«Масс-спектрометрическая система «Гранат»

«Берг коллегия. Промышленная безопасность», № 2(17), 2004г.
«Масс-спектрометрическая система „Гранат“».

Паринов С.П., (ООО «ЦФТИ «Аналитик»).

Повышение эффективности работы теплоэнергетических агрегатов и снижение вредных выбросов в атмосферу — это комплексная проблема, решение которой невозможно без создания на предприятиях аналитических центров на базе современной аппаратуры и измерительных средств. При этом большое значение имеет универсальность измерительных средств, позволяющих обеспечить оперативность и достоверность информации.

ООО ЦФТИ «Аналитик» выпускает газоаналитические системы «Гранат», которые соответствуют этим требованиям и могут рассматриваться как базовое оборудование для создания таких аналитических центров. Использование только одной системы «Гранат» позволяет осуществлять контроль состава всех входных и выходных газовых потоков одного либо нескольких агрегатов.

Газоаналитические системы «Гранат» успешно эксплуатируются на всех крупнейших металлургических комбинатах России. Это ОАО «Северсталь» и «НЛМК», ОАО «ЗСМК» и «Мечел», ОАО «Тулачермет» и Косогорский металлургический завод… Только в прошлом году 11 газоаналитических комплексов и систем установлено на различных технологических агрегатах, включая ТЭЦ ПВС (ОАО «Северсталь») и одну из крупнейших доменных печей в мире — ДП № 9 (Криворожский металлургический комбинат). С вводом двух газоаналитических систем на ДП № 9 (объем 5000 м³) все наиболее крупные доменные печи СНГ (ДП № 5 ОАО «Северсталь» (5300 м³), ДП № 6 ОАО НЛМК (3600 м³) будут оснащены нашим газоаналитическим оборудованием.

В качестве газоанализатора используется времяпролетный масс-спектрометр типа масс-рефлектрон. Высокий вакуум поддерживается магниторазрядным насосом, обеспечивающим «чистоту» оптико-электронной системы масс-анализатора. На способ использования магниторазрядных насосов в масс-спектрометрических газоаналитических системах получен патент (№ 2115196 от 14.07.1995 г.). Система прошла сертификацию и включена в Государственный реестр средств измерений под № 17938-98.

Использование масс-спектрометрического метода измерения обеспечивает:

• Многокомпонентность анализа (контроль большей части неорганических газообразных элементов);
• Однородность измерений;
• Быстроту, непрерывность и дискретность измерений (время измерения — доли секунды);
• Измерение состава газовых проб в микрообъемах;
• Широкий диапазон измерений (от 100 (об.) % до ppm).

Система обладает следующими метрологическими характеристиками. Среднее квадратичное отклонение измерений основных газовых компонентов равняется 0.03% −0.05% (абс). Абсолютная погрешность измерений конверторных газов (Н₂, СО, СО₂, N₂, O₂, Аг) составляет (0.005?0.01 5)•X(l) + 3•(l), где X(l) — абсолютная величина измеряемого 1-го компонента.

Газоаналитическая система «Гранат» работает в автоматическом режиме и не требует присутствия человека-оператора. Программное обеспечение реализовано, как набор приложений Windows NT. Передача данных в АСУ ТП осуществляется в виде гальванически развязанных аналоговых сигналов и в цифровом виде, используя сеть Ethernet (через NetDDE для приложений Windows).

Система предусматривает формирование архива данных газового анализа, содержимое из этого архива в цифровом и графическом виде может быть выведено на экран монитора управляющего компьютера, либо компьютера рабочей станции, установленного на пульте управления технологического агрегата.

Для определения возможностей использования системы «Гранат» на теплотехнических агрегатах проведены ее испытания на котле № 3 ТЭЦ ПВС (комбинат «Северсталь», г. Череповец), характеризующегося наличием следующих вход-выходных газовых потоков: доменный газ; коксовый газ, природный газ, дымовые газы (за воздухоподогревателем), дымовые газы в трубе (содержат экологически вредные выбросы: СО, NO, NO₂, H₂S и SO₂).

Газоаналитическая система «Гранат» работала на ТЭЦ-ПВС полностью в автоматическом режиме. Одновременно с измерениями состава горючих газов осуществлялся расчет калорийности топлива. Средние значения и диапазоны изменений значений концентраций входных и выходных газовых потоков, а также расчетных показателей претерпевают существенные изменения во времени. В дальнейшем необходимо будет вести речь не только о текущих значениях концентраций и расчетных показателей, но и об их средних уровнях.

Особый интерес представляли измерения экологически вредных выбросов в атмосферу. Нами не зафиксировано значимое содержание в отходящих газах таких газовых компонентов как NO₂ и H₂S. В тоже время значения концентраций СО, NO и SO₂ изменяются в широком диапазоне. При этом обнаружено ряд закономерностей. Так с увеличением содержания СО наблюдается рост концентрации NO. В меньшей степени аналогичная связь проявляется между значениями СО и SO₂. Практически отсутствует связь между значениями NO и SO₂. В период пропарки магистрали коксового газа резко снизился общий уровень SO₂.

Анализ полученных данных показывает, что на содержание SO₂ в дымовых газах сказывается в основном содержание серы в топливе, тогда как содержание СО и NO зависит от избытка окислителя и от температурного режима котла. Следовательно, регулированием технологического режима, повышением качества используемого топлива представляется возможным снижать общий уровень выбросов вредных газообразных веществ в атмосферу. Это многокритериальная задача, оптимальное решение которой требует учета как экономических, так и экологических показателей работы агрегатов. Результаты испытаний показали, что газоаналитическая система «Гранат» обеспечивает решение комплекса технологических задач. Использование данных системы «Гранат» с учетом других технологических параметров позволит:

• вести текущий расчет КПД агрегата, коэффициент избытка воздуха, коэффициент химического недожога;
• определять и минимизировать вредные газообразные выбросы в атмосферу;
• повысить объективность данных о калорийности газов, необходимых для взаиморасчетов между цехами за поставленное топливо.

ООО «ЦФТИ «Аналитик» начало производство новой серии специализированных приборов: систему «Гранат К», предназначенную для контроля состава и калорийности газообразного топлива, а также систему «Гранат ГЖ», обеспечивающую контроль токсичных органических веществ в газообразной и водной среде.