» » Технологический мониторинг: роли охладителей

Технологический мониторинг: роли охладителей



В оперативном контроле и мониторинге технологических процессов большую роль играют автоматические измерительные системы, . которые мгновенно измеряют среду в самых труднодоступных точках технологических процессов. Тогда как при традиционном лабораторном анализе это невозможно, поскольку на исследования тратились целые сутки. 

Успех внедрения современных автоматических измерительных систем (АИС) гарантируют, в том числе, подсистемы автоматического анализа, в частности, пробоподготовка. В 90% таких систем ключевым компонентом является охладитель пробы газа. 
В задачи охладителей входит стабилизация температуры пробы и снижение её температуры точки росы до допустимых и безопасных уровней для анализатора, а также снижение содержания водяных паров в пробе в целях уменьшения интерференции при измерении полезных компонентов. 
Одна из главных функций в термостабилизации пробы – это контролируемая конденсация в заданном месте с последующим управляемым отвод конденсата из охладителя. Речь идет об отводе конденсата в заданном месте с гарантированным сохранением представительности пробы. В современных охладителях реализован многоступенчатый комплекс защиты от вымывания водорастворимых веществ из пробы, как это было на заре их появления в 1960-1970-х годах прошлого века. 

Охладители бывают трех типов: воздушные, водяные и электрические. Каждый из типов имеет свои достоинства и недостатки. Так, в воздушном охладителе теплообменник с пробой газа принудительно обдувается воздухом окружающей среды. Такие охладители доступны по стоимости, но и сложно контролируемы: в них невозможно точно определить температуру точки росы пробы на выходе, что может вызвать неконтролируемую конденсацию в пробе в непредсказуемом месте аналитической системы. В водяных таких охладителях проба газа проходит через охлаждающую ячейку, омываемую циркулирующей технологической водой. Достоинства - простота конструкции и невысокая стоимость. Недостатки: зависимость выходных параметров пробы от температуры носителя - заводской воды, которой может колебаться в значительных пределах. В электрических охладителях теплообменные ячейки помещаются в охлаждающий контур, либо компрессорного типа, либо на базе элементов типа Пельтье. Такие охладители не зависят от параметров окружающей среды, хорошо управляются, в них можно устанавливать необходимую в каждом конкретном случае, температуру точки росы пробы на выходе. 
Мы рекомендуем подбирать охладитель на основании требований к пробе в каждом конкретном случае. Это позволяет оптимизировать стоимость и техническую сложность АИС в целом.

Как известно, теплообменные ячейки охладителей пробы производятся из нержавеющей стали, стекла, PTFE/PVDF.  По теплопроводящей способности ячейки из нержавеющей стали находятся на первом месте, стеклянные - на втором, и хуже всего отводят тепло теплообменники из PTFE/PVDF. Если проба газа не содержит агрессивных компонентов (типа SO2, NOХ или кислот) в процентных концентрациях, то применение нержавейки – универсальное решение. Если присутствуют агрессивные компоненты, то преимущественно применяется стекло. Часто интеграторы и проектировщики АИС контроля выбросов отказываются от стеклянных теплообменных ячеек из-за боязни повредить или разбить их во время сборки и эксплуатации. В таких случаях компромиссным решением станут ячейки из PTFE/PVDF. 

В ходе проектирования систем пробоподготовки важно определиться с корректностью расположения охладителя в системе. Самым оптимальным вариантом будет размещение охладителя в системе до пробоотборного насоса, когда проба поступает в него сразу после обогреваемой линии транспортировки пробы. Таким образом мы получаем контролируемую точку конденсации в системе с положительным эффектом вымыванием механических загрязнений, смол. Это многократно увеличивает ресурс работы многих других компонентов измерительной системы, стоящих за охладителем. Применение в охладителях двух раздельных теплообменных ячеек или отдельных газовых трактов двойной ячейки создаст охлаждение и осушение пробы в два этапа. На первом этапе проба имеет разрежение, так как находится в части системы расположенной до пробоотборного насоса и, следовательно, имеет пониженную температуру точки росы из-за разрежения. После первичного охлаждения и отвода конденсата проба попадает в пробоотборный компрессор, который её сжимает, повышая температуру точки росы из-за повышения давления, также проба нагревается из-за адиабатического сжатия. Далее проба направляется уже во вторую теплообменную ячейку или контур, имея уже высокое давление, повышенную температуру точки росы, и повышенную температуру. При проходе через вторую ячейку или контур проба проходит вторичное осушение и термостабилизацию. 

Стоит отметить, что процесс вымывания компонентов из пробы при конденсации влаги из пробы в охладителях часто ограничивает проектировщиков в применении хорошо контролируемых и проверенных методов анализа газов и выбросов с осушением и охлаждением пробы. Действительно, на заре применения охладителей в прошлом веке такие проблемы существовали, но сегодня мы говорим высокотехнологичных устройствах, специально разработанных для сохранения представительности пробы. Предубеждения развеят такие характеристики, как: высокая скорость прохождения пробы через теплообменники, отсутствие объёмного растворения при поверхностном прикосновении пробы с теплообменником, применение теплообменников из стекла, PTFE/PVDF, двухэтапное охлаждение и осушение пробы, отдельная настройка температур для каждой из ячеек и этапов охлаждения, калибровка всей измерительной систем с подачей поверочных газовых смесей до охладителя пробы или на вход измерительной системы.

При подборе охладителей важен также теплотехнический расчет, поскольку это один из самых дорогостоящих компонентов системы и нет смысла использовать дорогостоящие модели. Из таких расчетов становиться понятным, что нет смысла создавать избыточный расход пробы в системе, более чем того требуют анализаторы, это позволит не только подобрать оптимальный по теплоотводящей способности охладитель, но и существенно продлить ресурс других компонентов измерительной системы.

Современные охладители и осушители пробы используются как для автоматических измерений, так и для контроля технологических процессов и автоматического мониторинга выбросов. На рынке доступен широкий выбор типов охладителей и материалов теплообменных ячеек, позволяющих работать с любыми пробами для любого анализа. Современные охладители-осушители не имеют недостатков, свойственных самым ранним моделям, являются очень надёжными устройствами. Успех применения охладителей всецело зависит от понимания процессов, происходящих в измерительных системах и использовании описанных подходов к поиску технических решений и проектированию.

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо зайти на сайт под своим именем.

комментариев