Газодинамическая установка

Устройство относится к области анализа материалов путем определения их химических и физических свойств, а именно к получению или подготовке образцов для исследования путем их разбавления, распыления или смешивания. Задачей полезной модели является оперативное создание стабильных по составу парогазовых смесей для высокотоксичных веществ. Газодинамическая установка предназначается для оценки качества технических средств систем мониторинга объектов по уничтожению химического оружия. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в разработке газодинамической установки для создания стабильных парогазовых смесей веществ широкого спектра летучести с возможностью оперативного изменения концентрации целевого вещества в парогазовой смеси в диапазоне от 1·10 ^-2 до 20,0 мг/м³; в сокращении времени выхода на рабочий режим (до 40 мин.), в существенном сокращении расхода целевого вещества (0,1-1,0 мкл/час), в нецелесообразности контроля физико-химического состава, т.к. не предполагается его повторное использование, в повышении безопасности эксплуатации газодинамической установки, обусловленной использованием микроколичеств высокотоксичных веществ в (1-10) мкл. Поставленная задача достигается тем, что газодинамическая установка включает дозирующее устройство и установку для создания парогазовых смесей заданной концентрацией. При этом дозирующее устройство выполнено в виде шприца-дозатора с целевым веществом, соединенного как с регулятором расхода газа, так и с установкой для создания парогазовых смесей заданной концентрацией, которая представляет собой последовательно расположенные испаритель, вход которого соединен с выходом шприца-дозатора, а выход - с блоком динамического разбавителя, соединенного как с регулятором расхода воздуха, так и с выходным устройством для пробоотбора. использование шприца-дозатора сокращает время выхода газодинамической установки на рабочий режим, который обусловлен необходимостью установления динамического равновесия в системе «жидкость-пар» до 40 минут. Кроме того, использование шприца-дозатора существенно сокращает расход целевого вещества до (1-10 мкл), что повышает безопасность эксплуатации газодинамической установки. 1 илл.

Полезная модель относится к области анализа материалов путем определения их химических и физических свойств, а именно к получению или подготовке образцов для исследования путем их разбавления, распыления или смешивания.

В последние годы уделяется большое внимание вопросам приготовления микроконцентраций образцовых (аттестованных) парогазовых смесей (ПГС). Аттестованные ПГС по своему назначению выполняют функции стандартных образцов для метрологического обеспечения различного рода испытаний, для контроля точности результатов при метрологической аттестации методик количественного химического анализа. Руководствуясь ГОСТом 17.2.4.02-81 (Государственная система обеспечения единства, измерений. Общие требования к аттестации смесей), можно выделить ряд общих требований, которым должны удовлетворять метод и стенд для создания микроконцентраций образцовых ПГС:

- созданные микроконцентрации отравляющих веществ (OB) в воздухе рабочей зоны, мг/м³ , должны составлять для зарина 2·10^-5; зомана 1·10^-5; V_x 5·10^-5; иприта 2·10^-4; люизита 2·10^-4 ;

- при проведении испытаний отбираемые объемы ПГС должны составлять 1010000 дм³;

- погрешность приготовления аттестованной ПГС OB не должна превышать 10% во всем диапазоне создаваемых концентраций:

- метод и стенд должны обеспечивать создание с указанной погрешностью концентрации отравляющего вещества в пределах величины от 1·10^-5 до 20,0 мг/м³.

Известны статические и динамические методы приготовления ПГС. Применение статического метода даже для испытательной камеры объемом 2 м³ не позволяет отбирать пробы зараженного воздуха объемом более 200 дм³ , хотя этого объема порой недостаточно для анализа концентраций на уровне предельно допустимых значений.

Применение динамических методов в этом случае дает наилучшие результаты, поскольку предполагает непрерывный газовый поток с известной концентрацией вещества. Известна установка для получения микроконцентраций диоксида серы (Е.Д.Перегуд, Д.О.Горелик. "Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы". Химия, 1981, 297 с.). Известный испытательный стенд предназначен для приготовления смесей OB с воздухом. В состав стенда входят дозатор в термостатированной камере, смесители потоков воздуха и газодинамическая установка в термостатированной камере.

При несомненных достоинствах известного стенда, заключающихся в возможности создания и поддержания в течение 8 часов работы ПГС с концентрацией вещества в интервале от 1·10^-4 до 10,0 мг/м³ с заданными значениями влажности от 3 до 95%, температуры от 25 до 50°С и объемного расхода ПГС от 1 до 15 дм³/мин, значительная относительная ошибка создания массовой концентрации ПГС, составляющая 50%, не позволяет использовать его для метрологического обеспечения испытаний технических средств химической разведки и контроля, а такие для создания аттестованных смесей при проведении метрологической аттестации методик выполнения измерений химического анализа. Кроме того, известный стенд не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему по диапазону создаваемых концентраций.

Согласно ГОСТ 17.2.4.02-81 (СТ СЭВ 2598-80) (Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ) общая погрешность метода определения загрязняющего вещества в воздухе не должна превышать 25%. Данные недостатки устранены в стендах для созданий парогазовых смесей веществ широкого спектра летучести, в которых используется диффузионный дозатор с переменной поверхностью испарения вещества, автономным термостатированием, регулируемым газовым потоком и гравиметрическим контролем производительности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Газодинамический стенд» по патенту Российской Федерации на изобретение 2284498, МПК G01N 1/22, G01N 1/38, 2006 г.

В данном стенде расширены функциональные возможности по диапазону создаваемых концентраций ПГС в аэродинамическом потоке в результате смешения веществ широкого спектра летучести и повышение точности создания заданной концентрации вещества.

Это достигается тем, что реакционная камера выполнена в виде делителя парогазовой смеси, состоящего из расширителя, связанного как с измерителем расхода парогазовой смеси и ее сбросом через фильтр и кран-дозатор, так и с системой разбавления через капилляр и смеситель делителя парогазовой смеси. При этом на входе в дозирующее устройство и на входе в смеситель делителя парогазовой смеси установлены регуляторы расхода газа, а система разбавления включает несколько последовательно расположенных ступеней, каждая из которых состоит из расширителя, фильтра, смесителя и капилляра,

При несомненных достоинствах данного стенда для него характерен ряд недостатков:

- использование капиллярного дозатора требует длительного времени, необходимого для выхода газодинамического стенда на требуемый режим, который обусловлен необходимостью установления динамического равновесия в системе «жидкость-пар» во внутреннем объеме капиллярного дозатора;

- для стабильной работы капиллярного дозатора необходимо достаточно большое количество целевого высокотоксичного вещества (3-5) см³, представляющего собой повышенную опасность. При этом после (3-4)-х кратного использования под воздействием повышенных температур, создаваемых в термостате, вещество неизбежно подвергается термодеструкции и требует частой его замены;

- необходимость замены дозатора с требуемой производительностью для изменения концентрации целевого вещества в парогазовой смеси в широком диапазоне ее значений. После замены необходимо осуществить повторный запуск газодинамического стенда и стабилизировать систему в течение 1-2 часов, что, в свою очередь, не позволяет оперативно изменять концентрацию целевого вещества в парогазовой смеси.

Задачей полезной модели является оперативное создание стабильных по составу парогазовых смесей для высокотоксичных веществ. Газодинамическая установка предназначается для оценки качества технических средств систем мониторинга объектов по уничтожению химического оружия. Установка должна обеспечить приготовление в динамическом режиме парогазовых смесей отравляющих веществ с воздухом с концентрациями от 1·10^-2 до 20,0 мг/м³ и мешающих примесей с воздухом в диапазоне 0,1-10,0 ПДК_Р.З. при расходе смеси на выходе от 10 до 50 дм ³/мин.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается

- в разработке газодинамической установки для создания стабильных парогазовых смесей веществ широкого спектра летучести с возможностью оперативного изменения концентрации целевого вещества в парогазовой смеси в диапазоне от 1·10^-2 до 20,0 мг/м³;

- в сокращении времени выхода на рабочий режим (до 40 мин.);

- в существенном сокращении расхода целевого вещества (0,1-1,0 мкл/час);

- в нецелесообразности контроля физико-химического состава, т.к. не предполагается его повторное использование;

- в повышении безопасности эксплуатации газодинамической установки, обусловленной использованием микроколичеств высокотоксичных веществ (1-10) мкл.

Поставленная задача достигается тем, что газодинамическая установка включает дозирующее устройство и установку для создания парогазовых смесей заданной концентрацией. При этом дозирующее устройство выполнено в виде шприца-дозатора с целевым веществом, соединенного как с регулятором расхода газа, так и с установкой для создания парогазовых смесей заданной концентрацией, которая представляет собой последовательно расположенные испаритель, вход которого соединен с выходом шприца-дозатора, а выход - с блоком динамического разбавителя, соединенного как с регулятором расхода воздуха, так и с выходным устройством для пробоотбора.

Суть полезной модели поясняется блочной схемой газодинамической установки,

где: 1 - шприц-дозатор;

2 - бокс газодинамической установки;

3 - регулятор расхода газа;

4 - регулятор расхода воздуха;

5 - термостат;

6 - испаритель парогазовой смеси;

7 - блок динамического разбавления;

8 - выходное устройство для пробоотбора.

Газодинамическая установка выполнена по блочно-модульному принципу в стационарном исполнении и предназначена для эксплуатации в невзрывоопасных помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией.

Газодинамическая установка обеспечивает приготовление парогазовых смесей токсичных химикатов с воздухом. Приготовление парогазовой смеси заключается в получении исходной парогазовой смеси путем подачи в испаритель посредством шприца-дозатора заданного количества примеси или OB, испарения в испарителе при заданной температуре и ее сдува газом-носителем, дальнейшей подачи парогазовой смеси по транспортному каналу и смешении ее со строго дозированным потоком воздуха.

Газодинамическая установка работает следующим образом.

Подготовительные операции.

В шприц-дозатор 1, объемом 10 мкл набрать необходимое количество целевого вещества (1-10) мкл в зависимости от требуемого времени работы газодинамической установки.

Установить заправленный шприц-дозатор 1 в держатель, установленный в боксе 2 газодинамической установки.

В зависимости от требуемой концентрации установить скорость дозирования (от 0,1 до 1,0 мкл/час).

На регуляторе расхода газа 3 установить скорость расхода газа-носителя, равной 1,0 дм ³/мин. На регуляторе расхода воздуха 4 установить скорость расхода воздуха, равной 30,0 дм³/мин. На термостате 5 газодинамической установки установить температуру, равной 35°С.

Работа газодинамической установки.

Последовательно запустить термостат 5 газодинамической установки, регулятор регуляторе расхода газа 3, регулятор расхода воздуха 4 и задействовать шприц-дозатор 1. При этом конец иглы шприца-дозатора 1 должен находиться в центральной части испарителя 6.

По истечению 40 минут произвести отбор пробы парогазовой смеси для контроля концентрации целевого вещества. Если концентрация целевого вещества в парогазовой смеси не превышает ±25% от заданного значения, то газодинамическая установка считается готовой к работе. Если концентрация целевого вещества в парогазовой смеси превышает ±25% от заданного значения, то посредством шприца-дозатора 1 путем увеличения или уменьшения скорости дозирования произвести коррекцию целевого вещества, после чего провести повторный отбор пробы.

Сущность метода создания парогазовых смесей токсичных химикатов с воздухом заключается в получении исходной паровоздушной смеси путем испарения токсичных химикатов из их жидкой фазы в испарителе 6 при заданной температуре и смешивании паров со строго дозированным потоком очищенного и осушенного воздуха. Получение парогазовых смесей токсичных химикатов с воздухом с требуемыми значениями массовой концентрации целевого вещества достигается путем разбавления в блоке динамического разбавления 7 строго дозированной части исходной паровоздушной смеси дополнительным потоком воздуха с заданной объемной скоростью и дальнейшей подачи их в выходное устройство для пробоотбора 8.

Таким образом, использование шприца-дозатора сокращает время выхода газодинамической установки на рабочий режим, который обусловлен необходимостью установления динамического равновесия в системе «жидкость-пар» до 40 минут. Кроме того, использование шприца-дозатора существенно сокращает расход целевого вещества до (1-10 мкл), что повышает безопасность эксплуатации газодинамической установки.

Установка предназначена для работы в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха от 10 до 35°С;

- атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст.);

- относительная влажность окружающей среды не более 80% при 25°С;

- содержание в воздухе агрессивных газов и паров, вызывающих коррозию, не более санитарных норм, установленных для закрытых помещений;

- воздействие прямых солнечных лучей должно отсутствовать;

- избыточное давление газа-носителя и воздуха на соответствующих входах в блоки установки в пределах 0,3±0,5 МПа;

- питание от сети переменного тока напряжением , 50±1 Гц.

Газодинамическая установка, включающая дозирующее устройство и установку для создания парогазовых смесей заданной концентрацией, отличающаяся тем, что дозирующее устройство выполнено в виде шприца-дозатора с целевым веществом, соединенного как с регулятором расхода газа, так и с установкой для создания парогазовых смесей заданной концентрацией, которая представляет собой последовательно расположенные испаритель, вход которого соединен с выходом шприца-дозатора, а выход - с блоком динамического разбавителя, соединенного как с регулятором расхода воздуха, так и с выходным устройством для пробоотбора.