CC BY
131
УДК [621.431.74.068.9:621.436]:542.76
Е. В. Глебова, О. П. Золин, Л. А. Осипова Астраханский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
В настоящее время достаточно актуален вопрос о выбросах отработавших газов (ОГ) судовых (и не только судовых) дизелей в атмосферу. В связи с этим необходимо определение состава отработавших газов судовых дизелей, оценить который можно двумя способами: аналитическим и инструментальным (используя приборы).
Аналитический способ - определение состава отработавших газов путем вычислений на основе физико-химических законов и эмпирических зависимостей. Здесь возможно полное исключение приборов измерения (газоанализаторов, дымомеров и т. д.), но в большинстве случаев первоначальные измерения все же производятся.
Инструментальный способ предполагает использование приборов и техники измерения концентрации отработавших газов.
Перед непосредственным определением состава отработавших газов снимают его пробы. Измерение содержания вредных веществ в отработавших газах производят посредством отбора части ОГ и проведения химического анализа указанной пробы в различных приборах. При этом прибор может работать как постоянно (в автоматическом режиме), так и периодически - только во время обслуживания его оператором [1].
Подбор метода химического анализа, реализованного в средствах измерения, зависит от вида вещества, концентрацию которого необходимо измерить. В том случае, если одно и то же вещество подвергается разным видам химического анализа, результаты могут как совпадать, так и различаться, причем разница может составлять от нескольких до сотен процентов. При сравнении результатов измерений концентрации одного и того же вещества, проведенных в разных организациях, использующих как однотипные приборы, так и различные, допустимым считается расхождение не более ± 5 %.
Для определения концентрации СО в отработавших газах двигателей могут применяться инфракрасные анализаторы, хроматографы и другие установки [2]. Приборы, основанные на принципе инфракрасных анализаторов, работают хорошо и надежно. При малой концентрации СО в ОГ дизелей целесообразно пользоваться аппаратурой, работающей по принципу термохимического детектирования. В настоящее время существуют различные приборы, в том числе и отечественные, для измерения концентрации СО в составе отработавших газов дизелей.
Окислы азота в отработавших газах дизелей содержатся в основном в виде N0 и N02. Их содержание можно определять отдельно. Однако во многих случаях N0 окисляют до N02 и находят их сумму - N0 + N0^ т. е. N0^
Окислы азота чаще всего определяют электрокалориметрическими методами и методами спектрального анализа. Калориметрические методы очень трудоемки. В настоящее время большее распространение получили приборы, основанные на принципе спектрального анализа. Эти приборы обладают высокой точностью измерения, быстродействием, с их помощью можно осуществлять непрерывный анализ.
По сути, отработавшие газы оцениваются по двум позициям, а именно:
1) определение наличия непосредственно самих компонентов и их концентрации в отработавшем газе;
2) определение дымности отработавшего газа.
Для определения наличия каждого элемента существует свой газоанализатор, хотя есть и газоанализаторы для определения наличия сразу нескольких компонентов.
Каждый газоанализатор имеет чувствительный элемент - сенсор, отвечающий за непосредственное определение наличия компонента, чаще всего для этого применяются детекторы.
Газоанализатор оксида углерода должен иметь недисперсионный инфракрасный детектор и обеспечивать измерение концентрации СО в диапазоне от 0 до 0,5 %.
Газоанализатор углеводородов должен иметь пламенноионизационный детектор, нагреваемый до температуры 453 + 10 К, и обеспечивать измерение концентрации углеводородов по эквиваленту СН185 в диапазоне от 0 до 0,2 %.
Газоанализатор оксидов азота должен иметь хемилюминесцентный детектор или нагреваемый хемилюминесцентный детектор (при «влажном» состоянии пробы) с конвертором-преобразователем N02 в N0. Эффективность конвертора-преобразователя должна быть не ниже 95 %. Измеряемым компонентом должна быть сумма всех оксидов азота N0^ выраженная через эквивалентную объемную долю оксидов вида N0^ Газоанализатор должен обеспечивать измерения от 0 до 0,5 % по эквиваленту N02 при любом составе индивидуальных оксидов.
Газоанализатор диоксида углерода должен иметь недисперсионный инфракрасный детектор и обеспечивать измерение концентрации СО2 в диапазоне от 0 до 20 %.
Газоанализатор кислорода должен иметь парамагнитный или электрохимический детектор и обеспечивать измерение концентрации О2 в диапазоне от 0 до 25 %.
При проведении испытаний двигателя выдается Свидетельство о соответствии, допускается по согласованию с Регистром применять альтернативные методы определения состава отработавших газов, обеспечивающие эквивалентность и требуемую точность. Эквивалентность альтернативных методов измерения должна быть подтверждена протоколом сравнительных испытаний, выполненных аккредитованной испытательной лабораторией, а точность измерения - быть не выше предельно допустимой.
Определение дымности. Дымность отработавших газов дизелей в настоящее время определяют с помощью дымомеров и измеряют оптическим или фильтрационным методами в соответствии с ГОСТ Р 51250.
Оптический метод определения дымности отработавших газов заключается в измерении их непрозрачности, а именно - определении коэффициента ослабления светового потока при просвечивании столба отработавших газов двигателя в измерительной камере дымомера с известной эффективной базой. Этот процесс фиксируется фотодатчиком дымомера [1, 2].
В качестве источника света следует использовать электрическую лампу накаливания с цветовой температурой нити 2 800-3 500 К или диод зеленого излучения со спектральным пиком в интервале 550-570 нм. Применение других источников света не допускается.
В качестве приемника света следует применять фотоэлемент или фотодиод со спектральной характеристикой, близкой к спектральной характеристике глаза человека. Максимальная чувствительность приемника света находится в диапазоне, соответствующем длине волны от 550 до 570 нм. При длине волны менее 430 нм и более 680 нм допускается отклонение не более 4 % от максимальной чувствительности.
Фильтрационный метод измерения дымности отработавших газов заключается в измерении коэффициента отражения (почернения) фильтра после пропускания через него строго определенного количества газов, содержащих аэрозоль. Поверхность фильтра темнеет, окрашиваясь всеми компонентами дисперсной фазы отработавших газов. Почернение фильтра оценивают по степени его оптического отражения в сравнении с чистым фильтром и измеряют оптико-электрическим рефлектометром.
Техническим нормативом дымности отработавших газов, измеренной фильтрационным методом, является дымовое число фильтра FSN в условных единицах 10-балльной шкалы [3, 4].
Заключение
На основе вышеуказанного процесс определения отработавших газов судовых двигателей и двигателей в целом является дорогостоящим, но оправданным. Именно поэтому в настоящее время многие органы по надзору выбросов и за составом отработавших газов двигателей внутреннего сгорания уделяют большое внимание разработке аналитических методов оценки отработавших газов и использованию их.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Кульчинский Р. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 2000.
2. Горлах С. А. Загрязнение морей / Пер. с англ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
3. Российский морской регистр судоходства по техническому наблюдению за соблюдением технических нормативов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при изготовлении и эксплуатации судовых энергетических установок. Т. 1, 2. - 2004.
4. Российский морской регистр судоходства. Освидетельствование судовых энергетических установок на соответствие техническим нормативам выбросов вредных веществ в атмосферный воздух. Т. 1, 2. - 2004.
Получено 3.03.05
DETERMINING COMPOSITION OF EXHAUST GASES OF MARINE DIESELS
E. V. Glebova, O. P. Zolin, L. A. Osipova
Evaluation of exhaust gases is done with direct determining qualitative and quantitative analysis of compound elements. Each component of exhaust gases corresponds to a certain method and range of using a particular instrument. There are effectively used chemiluminiscent method to determine nitrogen oxides, plas-moionized method - for hydrocarbons, dispersioning infra-red detector - for nitrogen oxides, electrochemical method - to determine oxygen. Exhaust capacity of gases is effectively measured by optical method.
