книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов

Г Л А В А З

КОНТРОЛЬ ЗАПЫЛЕННОСТИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

ВВЕДЕНИЕ

Многие производственные Процессы сопровождаются образованием пыли, часть которой попадает в атмо­ сферу. Проблема борьбы с загрязнением воздуха на предприятиях горнорудной, металлургической промыш­ ленности, промышленности строительных материалов и т. п. представляет собой одну из наиболее важных санитарно-гигиенических и технологических задач, успешное решение которых имеет громадное народно­ хозяйственное значение.

Величина запыленности отходящих газов, например, в промышленности строительных материалов характери­ зует работу обеспыливающего и основного технологиче­

стики основных пылевыделяющих агрегатов, используе­

пыли порядка 300 000 т.

рукавными фильтрами равна 92,5%, т. е. при производ­ стве 1 млн. т цемента 22,5 тыс. т пыли выбрасывается в воздух. Одна из важнейших задач, стоящих перед промышленностью строительных материалов в настоя­ щее время, — повышение эффективности работ, прово­ димых по обеспыливанию производственных процессов, что в первую очередь потребует организации непре­ рывного контроля запыленности отходящих газов в различных точках технологической линии.

§1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ

Внастоящее время широкое распространение полу­ чил так называемый гравиметрический, или весовой,

этого метода предельно проста и сводится к двойному взвешиванию фильтра — до и после прокачки через него определенного количества газа.

Работы по созданию аппаратуры для измерения весовой концентрации пыли были в основном направ­ лены на изыскание связей между физическими харак­ теристиками дисперсной фазы аэрозоля и ее массой. Особенно многообещающим было использование для определения весовой концентрации проникающего иони­ зирующего излучения, которое во многих случаях позво­ ляло повысить чувствительность определения весовой концентрации пыли.

Методы измерения запыленности газоз с примене­ нием радиоактивных изотопов можно разделить на две группы: 1) прямые методы, т. е. когда не производится отделения дисперсной фазы от газовой среды; 2) методы, основанные на концентрировании дисперсной фазы с последующим измерением массы аэрозольных частиц.

Несомненно, прямые методы более корректны, но их использование весьма ограниченно из-за низкой чув­ ствительности.

Методы с концентрированием дисперсной фазы позво­ ляют проводить измерения с необходимой чувствитель­ ностью, хотя это и связано с непроизводительной тратой времени на отбор пробы. Кроме того, достоверность результатов зависит от представительности отобранной

Пробы, что особенно важно при измерениях запылен­ ности в различных газоходах. Концентрирование дис­ персной фазы осуществляется с помощью тканевых фильтров, циклонов, электростатических осадителей и т. п.

Самый доступный и наиболее распространенный ме­ тод концентрирования дисперсной фазы для опреде­ ления весовой концентрации пыли — осаждение на тканевые фильтры. В цементной промышленности при­ меняют две разновидности данного метода: метод внутренней и метод внешней фильтрации. При внутрен­ ней фильтрации пылеулавливающее устройство вводится внутрь газохода. При внешней фильтрации представи­

Из всех рассмотренных методов для проведения авто­ матического контроля запыленности наиболее пригоден, очевидно, метод внешней фильтрации.

Рассмотрим особенности измерения количества пыли, осевшей на фильтре, с помощью радиоизотопных излу­ чателей. В данном случае используется явление абсорб­ ции р-излучения.

Поглощение ионизирующего излучения при просве­ чивании фильтрационной ткани с осевшей пылью будет зависеть от толщины осадкаДля определения количе­ ства пыли, осевшей на 1 см2 фильтра, могут быть применены известные количественные соотношения, вы­ раженные простым экспоненциальным законом.

Для этой цели, как правило, используют р-активные изотопы, что объясняется малой зависимостью коэф­ фициента поглощения от эффективного атомного номера вещества и высокой чувствительностью.

К числу достоинств метода измерения запыленности воздуха, основанного на определении с помощью 3-из- лучения количества пыли, осевшей на фильтре, следует отнести: 1) существование прямой связи между изме­ ряемой величиной и весовой концентрацией пыли; 2) независимость показаний от дисперсности пыли в практически важном диапазоне размеров; 3) малая зависимость показаний от эффективного атомного но­ мера вещества — высокая чувствительность метода.

Определение концентрации пыли обычным взвеши­ ванием— работа весьма трудоемкая, в связи с этим возникла необходимость ее автоматизации.

Для решения этой задачи Ленинградский проектноконструкторский институт ВИАСМ сконструировал при­ бор типа ПВ-1 [ 5 ] , предназначенный для непрерывного автоматического определения запыленности отходящих газов. В настоящее время несколько таких приборов различной модификации работают на некоторых цемент­ ных заводах. Прибор построен по следующему прин­ ципу. С помощью пылезаборной трубки «нулевого» типа из газохода отбирается представительная часть газо­ вого потока. Отделение дисперсной фазы осуществляется с помощью микроциклона. Уловленная пыль стряхи­ вается в чашечку торсионных весов, и результат авто­ матически записывается электронным самописцем.

Использование микроциклона и обычного весового метода определения запыленности несколько снижает качественные показатели данного прибора.

Авторы данной работы, применив фильтрующий эле­ мент с более высоким коэффициентом фильтрации и заменив обычное взвешивание радиоизотопным опреде­ лением поверхностной плотности, создали радиоизотоп­ ный пылемер для автоматического измерения и реги­ страции количества пыли, уносимой аспирационным воздухом и отходящими газами технологических агре­ гатов цементных заводов.

В данном случае запыленность устанавливают при периодическом отборе определенного объема газового потока, при осаждении пыли на тканевом фильтре, поверхностную плотность осажденной пыли находят при помощи радиоизотопного плотномера.

§ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОИЗОТОПНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ

Методы измерения толщины и плотности, основан­ ные на поглощении или рассеянии ионизирующих из­ лучений, применяются в технике уже для многих целей.

Принцип измерения толщины и плотности при по­ мощи ионизирующего излучения хорошо освоен. Излу­ чение, проходя через объект, толщину или плотность которого необходимо определить, поступает в измери­ тельный прибор. Пользуясь образцами известной тол­ щины или плотности, находят связь между показаниями прибора и измеряемого параметра, т. е. получают гра-

дуировочный график, по которому в дальнейшем опре­ деляют измеряемый параметр.

При выборе.для этих целей радиоактивного изотопа следует учитывать два противоречивых фактора: с одной

коэффициент поглощения приводит к тому, что на детектор попадает лишь незначительная часть излуче­ ния, испускаемого источником, а это увеличивает ста­ тистическую погрешность. Кроме того, на выбор источ­ ника излучения накладывает определенные условия и сам контролируемый объект. Таким образом, для каж­ дого случая измерения плотности или толщины необ­ ходимо определять оптимальный тип источника излу­ чений, его активность, а также способ регистрации излучения.

Для контроля поверхностной плотности порядка 1-і-1000 мг/см2 наиболее подходящим видом излучения можно считать р-излучение. В табл. 3.2 приведены наи­ более часто применяемые источники р-излучения.

Т а б л и ц а 3.2

Р-Излучение обладает непрерывным энергетическим спектром, начиная от нуля до некоторой характерной для данного изотопа энергии Емакс. Существование непре­ рывного спектра р-излучения объясняется образованием при р-распаде нейтрино, которое уносит часть энергии, недостающую р-частице до ^макс -

Форма разрешенных спектров р-излучения описы­

Р-излучения, в то время как в таблицах и справочниках

ствие энергия р-частиц не теряется, т. е. происходит упругое рассеяние р-частиц.

Потеря энергии р-частицами определяет величину их пробега в веществе. Величину пробега р-частиц с энер­

Р-частиц ослабляется. Это ослабление описывается экс­

для р-излучения можно_ определить при помощи эмпи­

Используя это соотношение, можно определять массу, плотность или толщину по поглощению р-излучения в веществе.

Наиболее подходящим критерием выбора необходи­ мого радиоактивного изотопа для измерения данной толщины или плотности является получение макси­ мальной чувствительности. Обычно различают абсолют­ ную и относительную чувствительность. Абсолютная чувствительность определяется как отношение измене­ ния интенсивности к абсолютному изменению измеряемой величины:

Эта чувствительность монотонно меняется при уве­ личении или уменьшении поверхностной плотности, в то время как относительная чувствительность

d{pd)lpd

имеет максимум при определенном значении поверх­ ностной плотности.

Условием получения максимальной относительной чувствительности, очевидно, будет \xpd—\. Выполнение данного условия при заданном pd достигается соответ­ ствующим выбором вида и энергии ионизирующего излучения.

§ 3. РАДИОИЗОТОПНЫЙ ПЫЛЕМЕР РИП-1

Предварительные теоретические и экспериментальные [6, 7] исследования явились базой для разработки пер­ вого экспериментального образна установки автомати­ ческого контроля запыленности отходящих газов РИП-1.

Установка РИП-1 имеет следующие основные узлы. Узел отбора представительной часги газового потока состоит из специальной пылезаборной трубки и устрой­ ства регулирования скорости отбора газа [5]. Трубка снабжена обогревающим устройством, что предотвра­ щает выпадение росы, и системой продувки импульсных линий. В настоящее время в ВИАСМе разработана но­ вая, модернизированная конструкция заборного устрой­ ства.

Запыленный газовый поток по пылезаборной трубке поступает в узел пылеосаждения, который показан на рис. 3.1. Узел пылеосаждения состоит из пылеосадительной головки 2, механизма перемещения фильтро­ вальной ткани 3 и инжектора 5. Пылеосадительная головка выполнена в виде двух конусов, верхний из которых неподвижен, а нижний может перемещаться в

жат два прижимных ролика, вращаемых электродви­ гателем, время работы которого строго фиксировано, так как ткань должна перемещаться каждый раз на вполне определенное расстояние. Разрежение, необхо­ димое для прососа газа, создается с помощью обычного инжектора и изменяется устройством регулирования скорости отбора запыленного газа.

Измерительный блок состоит из радиоизотопного плотномера с автоматической записью показаний и механизма поворота измерительной головки. Измери-

тельная головка выполнена в виде кронштейна, на кото­

после напыления. Для этой цели служит механизм по­ ворота измерительной головки, который периодически перемещает ее из одного строго фиксированного поло­ жения в другое.

Импульсная информация со сцинтилляционного де­ тектора поступает на линейный измеритель скорости счета, установившиеся показания которого записываются электронным потенциометром.

Прибор калибруют при помощи алюминиевых фольг определенной поверхностной плотности.

Узел автоматики, схема которого представлена на рис. 3.2, предназначен для автоматического управления работой пылемера.

Прибор работает по следующей программе. В исход­ ном состоянии измерительная головка находится в поло­ жении, соответствующем измерению ненапыленной фильтровальной ткани, — измеряется плотность чистой фильтровальной ткани. Затем включается электродви­ гатель механизма перемещения фильтровальной ленты, и она перемещается в позицию напыления. С помощью

через исполнительный механизм регулятора скорости подается в инжектор, происходит просос запыленного газа через тканевый фильтр. В зависимости от запылен­ ности газа выбирается время отбора пробы, так как шкала радиоизотопного плотномера имеет вполне опре­ деленное значение (до 60 мг/см2). По окончании отбора пробы прекращается подача воздуха в инжектор. От­ ключается электромагнит подвижного конуса, конус опускается и освобождает фильтровальную ткань. Вклю­

механизма поворота измерительной головки, которая устанавливается в положение, соответствующее измере­ нию напыленной ленты. После операции измерения цикл повторяется.

Схема релейного блока предусматривает два режима работы — наладочный и автоматический. При наладоч-