eng
Выпуск #2/2008
Л.Исаев, Т.Москалев, В.Челибанов.
Лазерные анализаторы для контроля газовых выбросов
Лазерные анализаторы для контроля газовых выбросов
Просмотры: 2683
Лазерные анализаторы применяются для контроля веществ, обладающих спектрами поглощения в ближней ИК-области, – полярных молекул, в част-ности фтористого и хлористого водорода, аммиака, метана, сероводорода, диоксида углерода, этилена и ацетилена. Метод важен для мониторинга, особенно в алюминиевой (определение фтористого водорода HF) и нефтегазовой (определение метана CH4) отраслях промышленности.
Газовый трассовый анализ основан на регистрации абсорбционных спектров инфракрасного излучения в газовой среде. Источником инфракрасного излучения служит диодный лазер небольшой мощности.
Преимущества трассового анализа – высокая селективность, минимальное время отклика, возможность дистанционных измерений, низкая стоимость эксплуатации и обслуживания.
В настоящее время известно несколько компаний-производителей трассовых анализаторов, но только в пяти из них освоено серийное производство приборов такого типа (см.таблицу).
Приборостроительное предприятие ОПТЭК является официальным представителем компании Boreal Laser (Канада) на территории России и в странах СНГ. Boreal Laser с 1993 года занимается разработкой газовых детекторов на базе лазеров с использованием оптического волокна, диодных лазеров, фотодетекторов и других технологий. За этот период на базе анализатора Gas Finder – одного из наиболее известных устройств – было создано целое семейство высокоточных изделий для промышленного мониторинга с широким диапазоном измерений.
Трассовый анализатор Gas Finder 2,0 (рис.1) предназначен для контроля содержания загрязняющих газов в атмосфере и воздухе производственных помещений. Он состоит из двух частей: лазерного приемопередатчика и удаленного пассивного отражателя (ретрорефлектора). Приемопередатчик включает в себя источник излучения (инфракрасный перестраиваемый диодный лазер), оптический модуль, электронные блоки приемника и передатчика и компьютер.
Излучение диодного лазера из приемопередатчика распространяется в атмосфере по направлению к ретрорефлектору, отражается и возвращается в приемопередатчик, где фокусируется на фотодиодный детектор. Если в атмосфере присутствует контролируемый газ, излучение ослабляется в зависимости от концентрации газа. Часть излучения лазера периодически пропускается через встроенную реперную кювету, содержащую измеряемый газ с известной концентрацией, в результате чего формируется постоянно обновляемый опорный сигнал. Оптические сигналы аналитического и реперного каналов преобразуются приемным устройством в электрические сигналы, а затем обрабатываются на компьютере – вычисляется средняя концентрация газа вдоль траектории лазерного луча. Эти данные передаются во внешний компьютер для сохранения, отображения и анализа.
Трассовые анализаторы типа Gas Finder фирмы Boreal имеют несколько вариантов исполнения в зависимости от аналитической задачи (рис.2, 3, 4).
Gas Finder – трассовый газоанализатор с длиной трассы от 1 до 1000 м. Обычно применяется в атмосферном мониторинге и контроле утечек вокруг промышленных объектов.
Gas Finder FС – анализатор in-situ. Используется в основном для мониторинга выбросов. Применяется также для измерений in-situ или экстракционного газового анализа. Gas Finder FC можно установить на самолете, вертолете или автомобиле. Измерение утечек метана производится во время движения транспортных средств.
Gas Finder МС – мультитрассовая система, позволяющая контролировать до восьми трасс в системе контроля одного газа. Трасса измерения может быть экстракционной, in-situ или представлять собой их комбинацию. Gas Finder МС, как правило, используется для контроля утечек HF и H2S в нефте- и газопереработке, а также для мониторинга HF на алюминиевых заводах.
Анализаторы Gas Finder 2,0 производятся для контроля фтористого водорода (HF), хлористого водорода (HCl), сероводорода (H2S), аммиака (NH3), метана (CH4), диоксида углерода (CO2), цианистого водорода (HCN), этилена (C2H4) и ацетилена (C2H2). Основные пользователи устройств – алюминиевые заводы, нефтеперерабатывающие предприятия, химические комбинаты, заводы по газопереработке, производству кирпича и керамики. Рассмотрим более подробно анализаторы Gas Finder 2,0. Это семейство однокомпонентных приборов, имеющих различные модификации в зависимости от анализируемого газа.
Газоанализатор фтористого водорода Gas Finder 2,0
Лазерный трассовый анализатор Gas Finder 2,0 предназначен для измерения концентрации HF в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и газовых выбросах (рис.5а). Принцип действия Gas Finder 2,0 основан на поглощении оптического излучения молекулами анализируемого вещества в ближней инфракрасной области спектра.
Анализатор Gas Finder 2,0 состоит из блока управления (контроллера) с оптическим модулем, включающим источник и приемник излучения, и пассивного отражателя. В качестве источника излучения используется перестраиваемый диодный лазер малой мощности (класс 3a), не представляющий опасности для зрения. В комплект поставки анализатора Gas Finder 2,0 входят: контроллер с оптическим модулем; блок питания; отражатель; треножник для монтажа контроллера; треножник для монтажа отражателя; программное обеспечение.
Технические характеристики переносного
газоанализатора Gas Finder 2,0
Динамический диапазон.............................................105
Чувствительность........................................................0,1 ppm
Длина трассы...............................................................1–1000 м
Время отклика.............................................................1 с
Вывод данных..............................................................RS-232, 4-20 мА
Питание........................................................................12 В, 2 А
Габаритные размеры*..................................................290×195×150 мм
Масса*...........................................................................5,2 кг
*Без блока питания и отражателя
Условия эксплуатации анализатора Gas Finder 2,0: температура окружающего воздуха от -30 до 50°C; атмосферное давление 95–110 кПа; относительная влажность 0–95%.
Приборы серии Gas Finder 2,0 имеют стационарное и переносное исполнение, могут монтироваться на трубах для измерения по месту. Прибор используют, в частности, на вертолетах для контроля утечек метана при облете газопроводов, его можно также установить на автомобилях и вездеходах.
Помимо задач мониторинга трассовые анализаторы применяют для поиска утечек анализируемых компонентов. Сканирующие платформы позволяют исследовать территорию вокруг места установки прибора (рис.5б). Сканирование может проводиться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Варианты установок трассовых анализаторов многообразны в зависимости от аналитических задач.
Особенно важен мониторинг газовых выбросов в алюминиевой промышленности, так как в процессе электролиза Al2O3 при производстве первичного алюминия выделяется фтористый водород. Перечислим варианты применения анализаторов на алюминиевых заводах:
* мониторинг HF под крышами электролизных корпусов;
* мониторинг HF на входе и выходе систем газоочистки;
* мобильные измерения для выявления источников выброса HF;
* мониторинг HF по периметру заводов (трассы до 1000 м, чувствительность до 0,1 ppb);
* обнаружение утечек HF на криолитовых заводах.
Далее приведены характерные диапазоны концентраций HF в зависимости от места измерений для алюминиевой промышленности, ppm:
Электролизеры (отходящие газы)..............................200–400
Газоходы (после фильтров) .........................................0,1–5
Внутри корпусов электролиза....................................0,1–10
При охлаждении анодов.............................................1–15
Граница территории завода........................................0–0,01
Наряду с одноканальными анализаторами на алюминиевых заводах применяются многоканальные анализаторы (до восьми и более каналов), а также определенное число передатчиков и отражателей (рис.6).
В устройствах также используют мультиплексоры, позволяющие увеличить число каналов до 64. Многоканальные анализаторы обеспечивают контроль всего периметра алюминиевого завода, а также контроль содержания HF в трубах.
Технологии компании Boreal Laser применяются в 22 странах. В основном анализаторы служат для обеспечения безопасности защиты окружающей среды и контроля промышленного производства. Главными преимуществами анализаторов фирмы Boreal Laser являются самокалибровка, отсутствие влияния посторонних газов и прочное, надежное исполнение, которое не требует сложного обслуживания и больших затрат в ходе эксплуатации.
Преимущества трассового анализа – высокая селективность, минимальное время отклика, возможность дистанционных измерений, низкая стоимость эксплуатации и обслуживания.
В настоящее время известно несколько компаний-производителей трассовых анализаторов, но только в пяти из них освоено серийное производство приборов такого типа (см.таблицу).
Приборостроительное предприятие ОПТЭК является официальным представителем компании Boreal Laser (Канада) на территории России и в странах СНГ. Boreal Laser с 1993 года занимается разработкой газовых детекторов на базе лазеров с использованием оптического волокна, диодных лазеров, фотодетекторов и других технологий. За этот период на базе анализатора Gas Finder – одного из наиболее известных устройств – было создано целое семейство высокоточных изделий для промышленного мониторинга с широким диапазоном измерений.
Трассовый анализатор Gas Finder 2,0 (рис.1) предназначен для контроля содержания загрязняющих газов в атмосфере и воздухе производственных помещений. Он состоит из двух частей: лазерного приемопередатчика и удаленного пассивного отражателя (ретрорефлектора). Приемопередатчик включает в себя источник излучения (инфракрасный перестраиваемый диодный лазер), оптический модуль, электронные блоки приемника и передатчика и компьютер.
Излучение диодного лазера из приемопередатчика распространяется в атмосфере по направлению к ретрорефлектору, отражается и возвращается в приемопередатчик, где фокусируется на фотодиодный детектор. Если в атмосфере присутствует контролируемый газ, излучение ослабляется в зависимости от концентрации газа. Часть излучения лазера периодически пропускается через встроенную реперную кювету, содержащую измеряемый газ с известной концентрацией, в результате чего формируется постоянно обновляемый опорный сигнал. Оптические сигналы аналитического и реперного каналов преобразуются приемным устройством в электрические сигналы, а затем обрабатываются на компьютере – вычисляется средняя концентрация газа вдоль траектории лазерного луча. Эти данные передаются во внешний компьютер для сохранения, отображения и анализа.
Трассовые анализаторы типа Gas Finder фирмы Boreal имеют несколько вариантов исполнения в зависимости от аналитической задачи (рис.2, 3, 4).
Gas Finder – трассовый газоанализатор с длиной трассы от 1 до 1000 м. Обычно применяется в атмосферном мониторинге и контроле утечек вокруг промышленных объектов.
Gas Finder FС – анализатор in-situ. Используется в основном для мониторинга выбросов. Применяется также для измерений in-situ или экстракционного газового анализа. Gas Finder FC можно установить на самолете, вертолете или автомобиле. Измерение утечек метана производится во время движения транспортных средств.
Gas Finder МС – мультитрассовая система, позволяющая контролировать до восьми трасс в системе контроля одного газа. Трасса измерения может быть экстракционной, in-situ или представлять собой их комбинацию. Gas Finder МС, как правило, используется для контроля утечек HF и H2S в нефте- и газопереработке, а также для мониторинга HF на алюминиевых заводах.
Анализаторы Gas Finder 2,0 производятся для контроля фтористого водорода (HF), хлористого водорода (HCl), сероводорода (H2S), аммиака (NH3), метана (CH4), диоксида углерода (CO2), цианистого водорода (HCN), этилена (C2H4) и ацетилена (C2H2). Основные пользователи устройств – алюминиевые заводы, нефтеперерабатывающие предприятия, химические комбинаты, заводы по газопереработке, производству кирпича и керамики. Рассмотрим более подробно анализаторы Gas Finder 2,0. Это семейство однокомпонентных приборов, имеющих различные модификации в зависимости от анализируемого газа.
Газоанализатор фтористого водорода Gas Finder 2,0
Лазерный трассовый анализатор Gas Finder 2,0 предназначен для измерения концентрации HF в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны и газовых выбросах (рис.5а). Принцип действия Gas Finder 2,0 основан на поглощении оптического излучения молекулами анализируемого вещества в ближней инфракрасной области спектра.
Анализатор Gas Finder 2,0 состоит из блока управления (контроллера) с оптическим модулем, включающим источник и приемник излучения, и пассивного отражателя. В качестве источника излучения используется перестраиваемый диодный лазер малой мощности (класс 3a), не представляющий опасности для зрения. В комплект поставки анализатора Gas Finder 2,0 входят: контроллер с оптическим модулем; блок питания; отражатель; треножник для монтажа контроллера; треножник для монтажа отражателя; программное обеспечение.
Технические характеристики переносного
газоанализатора Gas Finder 2,0
Динамический диапазон.............................................105
Чувствительность........................................................0,1 ppm
Длина трассы...............................................................1–1000 м
Время отклика.............................................................1 с
Вывод данных..............................................................RS-232, 4-20 мА
Питание........................................................................12 В, 2 А
Габаритные размеры*..................................................290×195×150 мм
Масса*...........................................................................5,2 кг
*Без блока питания и отражателя
Условия эксплуатации анализатора Gas Finder 2,0: температура окружающего воздуха от -30 до 50°C; атмосферное давление 95–110 кПа; относительная влажность 0–95%.
Приборы серии Gas Finder 2,0 имеют стационарное и переносное исполнение, могут монтироваться на трубах для измерения по месту. Прибор используют, в частности, на вертолетах для контроля утечек метана при облете газопроводов, его можно также установить на автомобилях и вездеходах.
Помимо задач мониторинга трассовые анализаторы применяют для поиска утечек анализируемых компонентов. Сканирующие платформы позволяют исследовать территорию вокруг места установки прибора (рис.5б). Сканирование может проводиться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Варианты установок трассовых анализаторов многообразны в зависимости от аналитических задач.
Особенно важен мониторинг газовых выбросов в алюминиевой промышленности, так как в процессе электролиза Al2O3 при производстве первичного алюминия выделяется фтористый водород. Перечислим варианты применения анализаторов на алюминиевых заводах:
* мониторинг HF под крышами электролизных корпусов;
* мониторинг HF на входе и выходе систем газоочистки;
* мобильные измерения для выявления источников выброса HF;
* мониторинг HF по периметру заводов (трассы до 1000 м, чувствительность до 0,1 ppb);
* обнаружение утечек HF на криолитовых заводах.
Далее приведены характерные диапазоны концентраций HF в зависимости от места измерений для алюминиевой промышленности, ppm:
Электролизеры (отходящие газы)..............................200–400
Газоходы (после фильтров) .........................................0,1–5
Внутри корпусов электролиза....................................0,1–10
При охлаждении анодов.............................................1–15
Граница территории завода........................................0–0,01
Наряду с одноканальными анализаторами на алюминиевых заводах применяются многоканальные анализаторы (до восьми и более каналов), а также определенное число передатчиков и отражателей (рис.6).
В устройствах также используют мультиплексоры, позволяющие увеличить число каналов до 64. Многоканальные анализаторы обеспечивают контроль всего периметра алюминиевого завода, а также контроль содержания HF в трубах.
Технологии компании Boreal Laser применяются в 22 странах. В основном анализаторы служат для обеспечения безопасности защиты окружающей среды и контроля промышленного производства. Главными преимуществами анализаторов фирмы Boreal Laser являются самокалибровка, отсутствие влияния посторонних газов и прочное, надежное исполнение, которое не требует сложного обслуживания и больших затрат в ходе эксплуатации.
Отзывы читателей
