RU207645U1 - Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу - Google Patents
Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу Download PDFInfo
- Publication number
- RU207645U1 RU207645U1 RU2021119931U RU2021119931U RU207645U1 RU 207645 U1 RU207645 U1 RU 207645U1 RU 2021119931 U RU2021119931 U RU 2021119931U RU 2021119931 U RU2021119931 U RU 2021119931U RU 207645 U1 RU207645 U1 RU 207645U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aerosols
- hydrocarbon vapors
- rectangular
- analysis
- optical
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 56
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 56
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 74
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 9
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 67
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 13
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 abstract description 11
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 8
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 7
- 239000013049 sediment Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000411 inducer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 56
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 4
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей (керосин, мазут, сжиженный природный газ (СПГ), нефть и т.п.) в атмосферу, экологического мониторинга окружающей среды и предупреждения техногенных аварий. Техническим результатом является унификация конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей путем уменьшения фона измерительных каналов анализа аэрозолей, обусловленного загрязнением оптических линз дисперсным осадком, вследствие осаждения аэрозольных частиц за счет инерции, зацепления и турбулентной диффузии на их поверхность при длительном анализе высококонцентрированных аэрозолей, что позволяет осуществлять их анализ с меньшей ошибкой измерения их оптической плотности и концентрации в течение большего временного интервала по сравнению с устройством по прототипу, в котором существенное изменение фона может привести к его неработоспособности. Для его достижения предложено устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу, содержащее блок его подвески, два параллельных и скрепленных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями для одновременного течения потока аэрозолей и паров углеводородов через измерительные каналы их анализа, два полупроводниковых лазера и два фотодиода с оптическими линзами и с защитными от аэрозолей цилиндрическими трубками, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием для течения потока аэрозолей и паров углеводородов, и состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и паров углеводородов, оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром, установленные внутри прямоугольного швеллера на выходе из измерительного канала для анализа потока аэрозолей и паров углеводородов и соединенные с побудителем его расхода, при этом, побудитель расхода воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром установлен на внутренней поверхности прямоугольного швеллера и его патрубок выхода фильтрованного воздуха соединен с двумя газопроводами фильтрованного воздуха к защитным от аэрозолей цилиндрическим трубкам двух полупроводниковых лазеров и двух фотодиодов с оптическими линзами для их обдува фильтрованным воздухом. 2 ил.
Description
Область техники
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей (керосин, мазут, сжиженный природный газ (СПГ), нефть и т.п.) в атмосферу, экологического мониторинга окружающей среды и предупреждения техногенных аварий.
Уровень техники
Известно фотоэлектрическое устройство для измерения концентрации и размеров облачных капель (авторское свидетельство СССР, №172094), включающее заборную трубку для отбора капель, ориентированную навстречу анализируемому потоку воздуха, источник света, щель, объектив, центральная часть которого закрыта диафрагмой, линзу для сбора света, рассеянного частицами на фотоэлектронный умножитель. Его недостатком является невозможность анализа паров углеводородов в атмосфере.
Известно устройство для измерения запыленности воздушного потока (патент РФ за полезную модель №38837), включающее канал для отсоса воздуха с фильтром на входе в него, побудитель аспирации анализируемого воздуха центробежным вентилятором, датчик его расхода и измерительный блок газодинамического сопротивления фильтра. Устройство предварительно тарируется в зависимости от аэродинамического сопротивления фильтра при постоянном расходе воздуха. Его недостатком является невозможность одновременного анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов в атмосфере.
Известен газоанализатор метана с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847). Недостатком устройства является невозможность одновременного анализа аэрозолей и паров углеводородов в атмосфере.
Известен газоанализатор токсичных, радиоактивных и горючих газов (патент РФ на полезную модель №127928), содержащий датчик радиоактивности и набор съемных газовых сенсоров, расположенных в газовом канале с внешним обогревателем для устранения конденсации влаги, внутренний измеритель температуры газов, пылевой фильтр на входе в газовый канал, на выходе из которого установлен побудитель расхода газа, и электронный модуль, включающий платы питания, интерфейса и внешней коммутации для питания и управления. Его недостатком является большое время быстродействия τ≥15-30 с для используемых термокаталитического, полупроводникового и/или электрохимического сенсоров токсичных и горючих газов, а также невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и паров в атмосфере.
Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ №2187093) для измерения объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов, включающий инфракрасный оптический датчик, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода измерительную газовую кювету, установленные за ней фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов, электронный модуль, с усилителем сигналов, стабилизатором питания, управляющим микропроцессором и коммуникационную плату с устройством внешней коммутации, стабилизированного питания, управляющим микропроцессором и интерфейсом с формирователем цифровых сигналов.
Недостатками данного инфракрасного газового анализатора являются относительно большая величина τ≈10 с и невозможность одновременного анализа паров и аэрозолей углеводородов в атмосферном воздухе.
Известно устройство для измерения содержания газов и пыли в воздухе (патент РФ на полезную модель №182124), содержащее емкостную ячейку с двумя электродами, соединенными с измерительной аппаратурой, выполненными газопроницаемыми с расположенным между ними фильтрующим элементом, при этом один из электродов имеет форму катушки с отверстиями и внутренней газовой камерой, внутри которой размещен газовый сенсор, соединенный с измерительной аппаратурой, а второй электрод выполнен виде сетки, установленной снаружи катушки. Недостатком данного устройства является забивка фильтрующего элемента фильтратом и необходимость его периодической замены в процессе эксплуатации, а также дрейф начальной емкости из-за забивки фильтра.
Известен оптический инфракрасный газоанализатор (патент РФ на полезную модель №191610), содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены электронный блок и плата внешней коммуникации, а на его поверхности установлен разъем для подключения внешних цепей и инфракрасный оптический датчик с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, а внутри нее коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа через отверстия для его входа и выхода в инфракрасном оптическом датчике и измеритель его внутренней температуры, дополнительную плату управления измерителями наружной и внутренней температуры анализируемого газа, побудителем его расхода и цилиндрической электропечью, установленную внутри цилиндрического корпуса. Его недостатком является невозможность одновременного анализа содержания паров и аэрозолей углеводородов в атмосфере.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов в атмосфере, содержащее блок его подвески, два параллельных жестко связанных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями для одновременного течения двухфазного потока аэрозолей и газов через измерительные каналы для анализа мелких и крупных капель, содержащие полупроводниковые лазеры и фотодиоды с оптическими линзами, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок для питания и управления с системой оцифровывания и передачи сигналов измерительных каналов к удаленному компьютеру, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием для течения двухфазного потока аэрозолей и газов в измерительный канал, и состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром с его поперечным обтеканием двухфазным потоком аэрозолей и паров, и оптический инфракрасный газоанализатор с побудителем расхода газового потока через аэрозольный фильтр, установленные на выходе анализируемого двухфазного потока аэрозолей и паров углеводородов из измерительного канала на внутренней поверхности прямоугольного швеллера (патент РФ на полезную модель №196118, прототип). Каждый полупроводниковый лазер и фотодиод с оптическими линзами, соединены соосно с защитными цилиндрическими трубками из металла для уменьшения эффективности осаждения аэрозольных частиц за счет зацепления, инерции и турбулентной диффузии на поверхность оптических линз с их загрязнением осадком дисперсных частиц (Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 280 С. 1987).
Устройство по прототипу предназначено для анализа содержания аэрозолей в выбросах топливных жидкостей в атмосферу путем измерения оптической плотности D=lg(I0/I) и поверхностной концентрации S=π<d2>n мелких и грубодисперсных капель, где I0 и I - интенсивность лазерного излучения без и в присутствии аэрозолей, n и <d2>0.5 - их счетная концентрация и среднеквадратичный диаметр. Одновременно, измеряется содержание паров углеводородов оптическим инфракрасным газоанализатором.
Недостатком устройства по прототипу является осаждение аэрозольных частиц за счет инерции, зацепления и турбулентной диффузии на поверхность оптических линз с ее загрязнением дисперсным осадком в процессе длительного анализа высококонцентрированных аэрозолей. Это приводит к неконтролируемому или стохастическому изменению фона измерительных каналов содержания аэрозолей и к ошибке их анализа. Причем, существенное изменение фона при длительном анализе высококонцентрированных аэрозолей может привести к неработоспособности устройства.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является унификация конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной модели является унификация конструкции устройства для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу и расширение его функциональных возможностей путем уменьшения фона измерительных каналов анализа аэрозолей, обусловленного загрязнением оптических линз дисперсным осадком, вследствие осаждения аэрозольных частиц за счет инерции, зацепления и турбулентной диффузии на их поверхность при длительном анализе высококонцентрированных аэрозолей, что позволяет осуществлять их анализ с меньшей ошибкой измерения их оптической плотности и концентрации в течение большего временного интервала по сравнению с устройством по прототипу, в котором существенное изменение фона может привести к его неработоспособности.
Для достижения технического результата предложено устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу, содержащее блок его подвески, два параллельных и скрепленных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями для одновременного течения потока аэрозолей и паров углеводородов через измерительные каналы их анализа, два полупроводниковых лазера и два фотодиода с оптическими линзами и с защитными от аэрозолей цилиндрическими трубками, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием для течения потока аэрозолей и паров углеводородов, и состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и паров углеводородов, оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром, установленные внутри прямоугольного швеллера на выходе из измерительного канала для анализа потока аэрозолей и паров углеводородов и соединенные с побудителем его расхода, при этом, побудитель расхода воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром установлен на внутренней поверхности прямоугольного швеллера и его патрубок выхода фильтрованного воздуха соединен с двумя газопроводами фильтрованного воздуха к защитным от аэрозолей цилиндрическим трубкам двух полупроводниковых лазеров и двух фотодиодов с оптическими линзами для их обдува фильтрованным воздухом.
В результате установки побудителя расхода воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром на внутренней поверхности прямоугольного швеллера и соединения его патрубка выхода фильтрованного воздуха с двумя газопроводами фильтрованного воздуха к защитными от аэрозолей четырем цилиндрическим трубкам двух полупроводниковых лазеров и двух фотодиодов с оптическими линзами для их обдува фильтрованным воздухом достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно уменьшение стохастического фона измерительных каналов для анализа аэрозолей, обусловленного загрязнением оптических линз дисперсным осадком, вследствие осаждения на их поверхность аэрозольных частиц за счет инерции, зацепления и турбулентной диффузии при длительном анализе высококонцентрированных выбросов аэрозолей, что позволяет осуществлять анализ с меньшей ошибкой измерения их оптической плотности и концентрации в течение большего временного интервала по сравнению с устройством по прототипу, а также, одновременно, анализировать содержание паров углеводородов сжиженного природного газа, бензина, керосина, мазута, дизельного топлива и т.п.оптическим инфракрасным газоанализатором с сенсором MIPEX согласно патентам РФ №2187093.
Как и в прототипе, для исключения попадания аэрозольных частиц в сенсор MIPEX и уменьшения времени быстродействия заявленного устройства используется побудитель расхода анализируемой смеси воздуха, аэрозолей и паров углеводородов через аэрозольный фильтр, установленный на входе в оптический инфракрасный газоанализатор согласно патенту РФ на полезную модель №191610.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу. На фиг. 2 показана схема его фотодиодов с оптическими линзами и обдувом их поверхности фильтрованным воздухом. Устройство на фиг. 1 содержит следующие основные элементы:
1 и 2 - два одинаковых параллельных и скрепленных между собой прямоугольных швеллера;
3 и 4 - прямоугольные входные и одинаковые отверстия на поверхности швеллеров 1 и 2;
5 - блок подвески устройства;
6 и 7 - два параллельных полупроводниковых лазера с оптическими линзами и защитными от попадания аэрозолей цилиндрическими трубками;
8 и 9 - два параллельных фотодиода с оптическими линзами и защитными от попадания аэрозолей цилиндрическими трубками;
10 - электронный блок для питания и управления измерительными каналами 13 и 14;
11 - прямоугольный канал сепаратора грубодисперсных аэрозолей;
12 - пористый цилиндр в канале 11 с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и паров углеводородов;
13 - измерительный канал для анализа аэрозолей с инерционным сепаратором грубодисперсных аэрозолей;
14 - измерительный канал для анализа аэрозолей и паров углеводородов с оптическим инфракрасным газоанализатором;
15 - оптический инфракрасный газоанализатор;
16 - аэрозольный фильтр оптического инфракрасного газоанализатора 15;
17 - побудитель расхода воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через аэрозольный фильтр 16 оптического инфракрасного газоанализатора 15;
18 и 19 - защитные от аэрозолей цилиндрические трубки полупроводниковых лазеров 6 и 7 с обдувом оптических линз фильтрованным воздухом;
20 и 21 - защитные от аэрозолей цилиндрические трубки фотодиодов 8 и 9 с обдувом оптических линз фильтрованным воздухом;
22 - газопровод фильтрованного воздуха из оптического инфракрасного газоанализатора 15 с аэрозольным фильтром 16 в побудитель его расхода 17;
23 - газопровод фильтрованного воздуха с расходом 2Q2 в защитные от аэрозолей цилиндрические трубки 18 и 20;
24 - газопровод фильтрованного воздуха с расходом 2Q2 в защитные от аэрозолей цилиндрические трубки 19 и 21;
25 - патрубок выхода фильтрованного воздуха, соединенный с газопроводами 23 и 24;
Q1 - объемный расход воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через аэрозольный фильтр 16 оптического инфракрасного газоанализатора 15;
Принципиальная схема фотодиодов 8 и 9 с оптическими линзами и с обдувом их поверхности фильтрованным воздухом приведена на рис. 2, где:
26 - патрубок подачи фильтрованного воздуха с расходом Q2 внутрь защитной от аэрозолей цилиндрической трубки 20;
27 - оптическая линза, обдуваемая фильтрованным воздухом;
Q2=Q1/4 - объемный расход фильтрованного воздуха внутрь защитной от аэрозолей цилиндрической трубки 20.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу.
Устройство содержит блок подвески 5 на тросе или мачте, два одинаковых и соединенных прямоугольных швеллера 1 и 2 из металла с прямоугольными входными и одинаковыми отверстиями 3 и 4 длиной L для одновременного течения двух потоков аэрозолей и паров углеводородов через два измерительных канала 13 и 14, состоящие из соосно расположенных двух полупроводниковых лазеров 6 и 7 с оптическими линзами и двух фотодиодов 8 и 9 с оптическими линзами для регистрации их излучения, электронный блок 10 для питания и управления измерительными каналами 13 и 14 с системой оцифровывания и передачи их сигналов к удаленному компьютеру с использованием витой пары. Перед входным отверстием 4 измерительного канала аэрозолей 13 установлен инерционный сепаратор грубодисперсных аэрозолей, состоящий из прямоугольного канала 11 и установленного в нем пористого цилиндра 12 диаметром D(ц) с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и паров углеводородов с инерционным улавливанием грубодисперсных капель. В измерительном канале 14 на выходе потока воздуха, аэрозолей и паров углеводородов по его центру закреплен внутри на поверхности швеллера 2 оптический инфракрасный газоанализатор 15 с сенсором паров MIPEX (на фиг. 1 не показан) и с аэрозольным фильтром 16. С целью повышения быстродействия обдува оптических линз фильтрованным воздухом оптический инфракрасный газоанализатор 15 с аэрозольным фильтром 16 соединен газопроводом 22 с побудителем 17 расхода фильтрованного воздуха Q1, который установлен на внутренней поверхности прямоугольного швеллера 2. Оптические линзы (линза 27 на фиг. 2) защищены от попадания аэрозолей на их поверхность цилиндрическими трубками 18 и 19 полупроводниковых лазеров 6 и 7, а также цилиндрическими трубками 20 и 21 фотодиодов 8 и 9 путем их непрерывного обдува фильтрованным воздухом. Конструкции и характеристики оптических линз, защитных от аэрозолей цилиндрических трубок 18-21 и патрубки их подачи фильтрованного воздуха для обдува оптических линз идентичны. Газопровод 23 соединен с защитными трубками 18 и 20, а газопровод 24 соединен с защитными трубками 19 и 21. Фильтрованный воздух с расходом Q1=4Q2 поступает в газопроводы 23 и 24 от патрубка выхода фильтрованного воздуха 25 побудителя 17 через аэрозольный фильтр 16 газоанализатора 15 по газопроводу 22. В каждую защитную от аэрозолей цилиндрическую трубку по газопроводам 23 и 24 подается фильтрованный воздух с расходом Q2. Например, в трубку 20 фотодиода 8 фильтрованный воздух поступает через патрубок 26 на фиг. 2.
Пористый цилиндр 12 предназначен для инерционного улавливания аэрозолей и одновременного впитывания пленки жидкого фильтрата капельного аэрозоля внутрь пористой структуры с целью устранения возможного срыва жидкости с поверхности цилиндра и ее дробления воздушным потоком с образованием вторичных капель. При обтекании цилиндра траектории движения капель за счет их инерции отклоняются от линий тока и осаждаются на его поверхность. Для сравнительно крупных капель их траектории близки к прямолинейным и эффективность захвата Е≈100%. Основным параметром, определяющим инерционное осаждение более мелких капель, является число Стокса Stk=τ(p)U/D(ц), где τ(p)≈ρв2/18η - время релаксации капли диаметром d<150 мкм для которой сила сопротивления среды определяется формулой Стокса, U - скорость смеси воздуха, аэрозолей и паров углеводородов вдали от цилиндра, ρ - плотность частицы, η - динамическая вязкость воздуха (Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 280 С. 1987).
Согласно теории рассеивания электромагнитной волны и закону Ламберта-Бугера-Беера ослабление излучения в дисперсных средах можно рассчитывать по формуле I=I0exp(-KL), где K - объемный коэффициент ослабления. Выраженное через поверхностную S или массовую М концентрацию капель ослабление излучения I=I0exp(-SL/4). Величина S=9,2 D/L, а М=Sρd*/6, где d*=<d3>/<d2> и <d3>1/3 - средний массовый диаметр капель (А.В. Загнитько, Н.П. Зарецкий, Каникевич, И.Д. Мацуков, Д.Ю. Федин, Быстродействующий лазерный анализатор мелких и крупных капель в аэрозольном потоке, журнал РФ «Приборы и техника эксперимента», 2019, №5, с. 150). Величины I и I0 от лазеров 6 и 7 регистрируются фотодиодами 8 и 9 в измерительных каналах 13 и 14.
Устройство работает следующим образом. Его подвешивают на мачте или тросе с помощью блока 5 на высоте от 1 до 50 м в атмосфере. Анализируемый конвективный поток воздуха, содержащий аэрозоли и пары углеводородов капель, в облаках или двухфазных атмосферных выбросах топливных жидкостей поступает в измерительные каналы 13 и 14. В результате одновременно измеряются значения оптической плотности аэрозолей D по измеренным значениям I и I0 в канале 14 до пористого цилиндра 12, а в канале 13 после него. Это позволяет определить поверхностную концентрацию мелких и грубодисперсных аэрозолей по измеренным значениям D согласно закону Ламберта-Бугера-Беера, описывающего ослабление излучения в дисперсных средах с учетом геометрических размеров устройства. Одновременно, в канале 14 без пористого цилиндра 12 измеряется объемная концентрация паров углеводородов в воздухе с помощью калиброванного оптического инфракрасного газоанализатора 15, установленного внутри швеллера 2 на выходе двухфазного воздушного потока аэрозолей и паров углеводородов из канала 14. С целью увеличения быстродействия осуществляется непрерывная аспирация воздуха с аэрозолями и парами углеводородов в оптический инфракрасный газоанализатор 15 через высокоэффективный аэрозольный фильтр 16 с помощью побудителем 17 с расходом Q1=200-300 см3/с по газопроводу 22. Время быстродействия анализа паров углеводородов τ=0,4-0,5 с. Одновременно, осуществляется обдувка поверхности оптических линз полупроводниковых лазеров 6 и 7 и фотодиодов 8 и 9 фильтрованным воздухом, поступающими из патрубка его подачи 25 по газопроводам 23 и 24 в защитные от аэрозолей цилиндрические трубки 18-21. Данные анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей передаются электронным блоком 10 по витой паре в удаленный компьютер (на фиг. 1 не показан).
В результате установки побудителя расхода 17 воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через оптический инфракрасный газоанализатор 15 с аэрозольным фильтром 16 на внутренней поверхности прямоугольного швеллера 2 и соединения его патрубка выхода фильтрованного воздуха 25 с двумя газопроводами 23 и 24 фильтрованного воздуха к защитными от аэрозолей четырем цилиндрическим трубкам 18-21 двух полупроводниковых лазеров 6 и 7 и двух фотодиодов 8 и 9 с оптическими линзами для их обдува фильтрованным воздухом достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно уменьшение стохастического фона измерительных каналов анализа аэрозолей 13 и 14, обусловленного загрязнением оптических линз дисперсным осадком, вследствие осаждения на их поверхность аэрозольных частиц за счет инерции, зацепления и турбулентной диффузии при длительном анализе высококонцентрированных выбросов аэрозолей, что позволяет осуществлять их анализ с меньшей ошибкой измерения оптической плотности D и концентрации S капель в течение большего временного интервала по сравнению с устройством по прототипу, а также, одновременно, анализировать содержания паров углеводородов регазифицированного сжиженного природного газа, бензина, керосина, мазута, дизельного топлива и т.п. оптическим инфракрасным газоанализатором с сенсором MIPEX согласно патенту РФ №2187093.
Пример
Прямоугольные швеллера 1 и 2 были изготовлены из дюраля длиной 100 см и шириной 8 см. Размер отверстий 3 и 4 составлял 27 (длина) и 4 (ширина) см. Напряжение питания 24 В; мощность излучения лазеров 6 и 7 и длина их волны около 5 мВт и 0,68 мкм; временное разрешение ≈10 мкс; оптическая длина рассеивающего слоя капель в измерительных каналах анализа аэрозолей L=27 см; диаметр и площадь поперечного сечения лазерного луча в каналах 13 или 14 составляли d1≈1,4 см и S1≈1,5 см2; диаметр приемного объектива фотодиода 8 или 9 совпадал с величиной d1; диапазон измерения оптической плотности аэрозолей D≈0,03-3,5; измеряемая поверхностная концентрация S=1-150 м2/м3; диапазон рабочей температуры Т=-20-55°С; временное разрешение при регистрации температуры облаков или двухфазных атмосферных выбросов термопарами хромель-алюмель составлял около 150 мс; диаметр пористого цилиндра 12 длиной L=27 см из волокнистого полиэстера D(ц)≈3,5 см, а его емкость по отношению к жидкому фильтрату капель ≈50 г.
Анализ объемной концентрации паров углеводородов осуществлялся оптическим инфракрасным газоанализатором 15 с сенсором МРЕХ (на фиг. 1 не показан) с рабочей температурой от -40 до 60°С согласно патенту РФ №2187093 и патенту РФ на полезную модель №191610.
Оптический инфракрасный газоанализатор 15 был установлен по центру отверстия 3 на внутренней стенке швеллера 2 в измерительном канале 14. В качестве побудителя расхода 17 для аспирации смеси воздуха, аэрозолей и паров углеводородов использовался микрокомпрессор с Q1=300 см3/с и напряжением питания 12 В. Для устранения попадания аэрозольных частиц в сенсор MIPEX анализируемая проба отбиралась в через высокоэффективный фильтр 16 аэрозольных частиц класса НИ, установленный на входе в оптический инфракрасный газоанализатор 15.
Защитные от аэрозолей цилиндрические трубки 18-21 длиной 3 см были изготовлены из латуни с внутренним диаметром 1,4 см и толщиной 0,3 см. Величина объемного расхода фильтрованного воздуха для обдува оптических линз полупроводниковых лазеров и фотодиодов Q2≈75 см3/с.
Разработанное устройство использовалось при детектировании выбросов капельного аэрозоля керосина ТС-1 при температуре воздуха 18-20°С. Высота его подвески на мачте составляла 1 м. Выброс керосина в атмосферу осуществлялся с помощью пневматического генератора типа «Wagner». Время распыления керосина варьировалось от 1 до 30 минут. Скорость выброса в центре затопленной струи составляла около 20 м/с на расстоянии 0,5 м от распылителя. В результате, были измерены значения плотности D и поверхности S мелких (d<20 мкм) и более крупных (d≈20-2500 мкм) капель с массовой концентрацией ≈250-300 г/м3 в струе. Одновременно, детектировалось содержание паров керосина. Их величина в центре струи несущественно флуктуировала во времени и была в 1,8-2 раза меньше измеренной концентрации насыщенных паров керосина.
Результаты одновременного измерения содержания аэрозолей керосина и объемной концентрации его паров передавались электронным блоком 10 каждые 10 мкс по витой паре в удаленный на 600 м компьютер (на фиг. 1 не показан), где программа обрабатывала полученные данные.
Без обдува оптических линз полупроводниковых лазеров и фотодиодов фильтрованным воздухом в процессе относительно длительного анализа содержания капель керосина при его выбросе в атмосферу наблюдалось через 8-10 минут стохастическое изменение фона измерительных каналов 13 и 14, фиксируемое по изменению величины интенсивности излучения I0 полупроводниковых лазеров 6 и 7 фотодиодами 8 и 9. Величина I0 измерительного канала 13 с сепарацией крупных капель была меньше значения I0 измерительного канала анализа аэрозолей 14. Через 18-20 мин. анализа аэрозолей фон измерительных каналов увеличился на 30-50%. Это обуславливало существенную ошибку измерения параметров D и S, а при длительном анализе высококонцентрированных аэрозолей может привести к неработоспособности устройства. Этот эффект с достаточной для практики точностью не наблюдался при обдуве поверхности оптических линз фильтрованным воздухом за время анализа капель 15 минут.
Таким образом, сравнение характеристик заявленного устройства для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу с прототипом показывает, что в результате осуществления непрерывного обдува оптических линз полупроводниковых лазеров и фотодиодов фильтрованным воздухом достигается уменьшение скорости стохастического изменения фона двух измерительных каналов анализа аэрозолей, обусловленного в прототипе случайным загрязнением оптических линз осадком, вследствие осаждения на их поверхность аэрозольных частиц при длительном анализе высококонцентрированных выбросов аэрозолей, что позволяет осуществлять их длительный анализ с меньшей ошибкой измерения оптической плотности и концентрации капель в течение большего временного интервала по сравнению с устройством по прототипу и одновременно, анализировать содержание паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей.
Claims (1)
- Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу, содержащее блок его подвески, два параллельных и скрепленных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями для одновременного течения потока аэрозолей и паров углеводородов через измерительные каналы их анализа, два полупроводниковых лазера и два фотодиода с оптическими линзами и с защитными от аэрозолей цилиндрическими трубками, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием для течения потока аэрозолей и паров углеводородов, и состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и паров углеводородов, оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром, установленные внутри прямоугольного швеллера на выходе из измерительного канала для анализа потока аэрозолей и паров углеводородов и соединенные с побудителем его расхода, отличающееся тем, что побудитель расхода воздуха с аэрозолями и парами углеводородов через оптический инфракрасный газоанализатор с аэрозольным фильтром установлен на внутренней поверхности прямоугольного швеллера и его патрубок выхода фильтрованного воздуха соединен с двумя газопроводами фильтрованного воздуха к защитным от аэрозолей цилиндрическим трубкам двух полупроводниковых лазеров и двух фотодиодов с оптическими линзами для их обдува фильтрованным воздухом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119931U RU207645U1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119931U RU207645U1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU207645U1 true RU207645U1 (ru) | 2021-11-09 |
Family
ID=78467140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021119931U RU207645U1 (ru) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU207645U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU211142U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2187093C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор |
| RU182124U1 (ru) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для измерения содержания газов и пыли в атмосфере |
| RU191610U1 (ru) * | 2019-03-05 | 2019-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Инфракрасный газоанализатор |
| RU196118U1 (ru) * | 2019-12-04 | 2020-02-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе |
-
2021
- 2021-07-07 RU RU2021119931U patent/RU207645U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2187093C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор |
| RU182124U1 (ru) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для измерения содержания газов и пыли в атмосфере |
| RU191610U1 (ru) * | 2019-03-05 | 2019-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Инфракрасный газоанализатор |
| RU196118U1 (ru) * | 2019-12-04 | 2020-02-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU211142U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу |
| RU213052U1 (ru) * | 2022-04-06 | 2022-08-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU196118U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе | |
| EP2352982B1 (en) | Method for measuring dust concentration in flowing gas and device for measuring dust concentration in flowing gas | |
| US7167240B2 (en) | Carbon black sampling for particle surface area measurement using laser-induced incandescence and reactor process control based thereon | |
| US6639671B1 (en) | Wide-range particle counter | |
| US9541488B2 (en) | Particle sampling and measurement in the ambient air | |
| JP2008544281A (ja) | 質量速度及び面積加重平均化流体組成サンプリング装置及び質量流量計 | |
| CN203894139U (zh) | 一种吸油烟机的油烟颗粒物测试装置 | |
| CN103674793A (zh) | 环境空气中的颗粒的采样和测量设备和方法 | |
| RU198022U1 (ru) | Устройство для анализа интенсивных осадков капель и содержания газов в атмосфере | |
| US4140005A (en) | Method and instrument for continuous monitoring of aerosols | |
| Lilleleht et al. | Measurement of interfacial structure for co-current air–water flow | |
| CN211292462U (zh) | 气溶胶粒子采集与进样系统 | |
| RU207645U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу | |
| CN100447555C (zh) | 大气悬浮颗粒物的激光信号实时连续提取方法 | |
| CN110799823B (zh) | 用于确定大气中的包括炭黑在内的物质的光吸收的仪器和校准方法 | |
| RU195645U1 (ru) | Устройство для измерения содержания аэрозолей и газов в атмосфере | |
| Liebman et al. | Dust cloud concentration probe | |
| RU195687U1 (ru) | Устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке | |
| RU211142U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу | |
| CN112710786A (zh) | 一种无人机在线气体监测装置 | |
| RU218768U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов в атмосфере | |
| CN215297070U (zh) | 一种用于滤材过滤效率测试仪的光度计 | |
| RU200194U1 (ru) | Устройство для быстрого анализа содержания капель в атмосферных высококонцентрированных аэрозольных выбросах и облаках | |
| RU198027U1 (ru) | Устройство для быстрого анализа загрязненности воздуха атмосферными высококонцентрированными аэрозольными выбросами капель | |
| Rostedt et al. | Non-collecting electrical sensor for particle concentration measurement |