179683. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés áramló gázok szilárdanyagtartalmának meghatározására
3 179683 4 A helyi sebesség folyamatos, mintavétel közbeni mérésére alkalmas a „sebességmérő leszívócsonk”, amellyel az áramló közeg ossz- és statikus nyomása mérhető. A mindenkori helyi sebesség ismeretében a leszívott térfogatáram meghatározott értékére szabályozva biztosítható az izokinetikus elszívás. E módszer fő hátránya, hogy a leszívott térfogatáram pontos meghatározásához (amely az izokinetikus elszívás biztosításán túl az átlagos koncentráció megbízható méréséhez is szükséges), mérni kell a mintavevő berendezés térfogatárammérő eszközénél érvényes és a mérés során a mintavevő leválasztó egységének eltömődése vagy egyéb okok miatt változó gázállapotot (nyomást és hőmérsékletet), és ezen változásokat az elszívás szabályozásánál és a leszívott minta térfogatának meghatározásánál figyelembe kell venni. A probléma kiküszöbölhető nulla nyomású lesi ívócsonk alkalmazásával, amelynél a leszívócsonk belső és külső palástján levő furatokkal érzékelt nyomás egyenlősége esetén az elszívás izokinetikus (vagy ahhoz közelálló). A gázállapot változásából származó fenti probléma az említett mintavevő esetén a leszívott gáztérfogat pontos meghatározásánál és nem az izokinetikus elszívás biztosításánál jelentkezik. Ugyanakkor a nulla nyomású leszívócsonk alkalmazása több hátránnyal is jár (a gáz térfogatáramát külön kell mérni, Reynolds szám érzékenység, izokinetikustól eltérő elszívás például ferde megfúvás esetén stb.). A fentiekből következik az a felismerés, hogy a mérés pontosságát növelné és a mintavételt nagy mértékben leegyszerűsítené, ha a leszívott gáz térfogatáramának mérésére a mintavevő berendezésbe történő belépés közelében kerülne sor, ahol a gáz állapota (nyomás és hőmérséklet) megegyezik a csővezetékben áramló gáz állapotával. A mért gáz térfogatáramának mintavétel közbeni meghatározása ugyancsak hozzájárulna a mérés pontosságához. A mintavétel megbízhatóságának feltétele továbbá, hogy a leszívott gázmintában levő gyakorlatilag összes szilárd anyag leválasztásra kerüljön és az átlagos koncentráció számításánál figyelembe legyen véve. E feladat jó hatásfokú leválasztóval valósítható meg, amely a leszívócsonk közvetlen közelében helyezkedik el (ún. belsőtéri leválasztó). Ha a leszívott gázminta a mintavevő berendezésben hosszabb utat tesz meg, szilárdanyag-tartalmának egy része a vezetékben lerakódik, ami a kiértékeléskor nem, vagy csak igen pontatlanul vehető figyelembe. Annak érdekében, hogy a gáz lehűlését, a benne levő nedvesség kondenzációját és a szilárd anyag csőfalra történő nagy mértékű lerakódását elkerüljük, a mintavevő szonda szárát fűteni kell. Ez a berendezés bonyolultságát és költségességét növelő követelmény belsőtéri leválasztónál nem jelentkezik, miután a leválasztó előtt a közeg hőmérséklete gyakorlatilag nem változik. Az üzemekben alkalmazott leválasztok hatásfokának javulásával, tehát a mért koncentrációk csökkenésével párhuzamosan növekedett az igény a nagyobb teljesítményű mintavevő berendezések iránt, amelyekkel viszonylag rövid idő alatt elegendő mennyiségű szilárd anyag gyűjthető. A mintavétel időtartamának csökkentése azért is célszerű, mert így jobban biztosítható a mért berendezés üzemállapotának változatlansága, ami a pontos mérés feltétele. A belsőtéri leválasztó alkalmazá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 >a esetén viszont az addig alkalmazott mintavevők teljesítménye a rendelkezésre álló kis hely következtében viszonylag kicsiny, max 3—5 m3/h volt. A gázminta vételére üzemi körülmények között általában ideiglenes állványokon kerül sor. Ezért az alkalmazott berendezések kis súlya és kezelhetősége igen jelentős szempont. A mintavevő berendezés áramlási ellenállása — különösen nagy elszívott mennyiségek esetén — viszonylag nagy. Ezért olyan légszállító szerke?et a célszerű, amely viszonylag nagy légszállítás (80— 100 m3/h) és létesített össznyomásnövekedés (2—3 • 104 Pa) mellett hordozható és minél kisebb súlyú. E követelményeknek az eddig alkalmazott szerkezetek nem tettek eleget. A találmánnyal megoldandó feladat tehát olyan eljárás kidolgozása áramló gázok szilárdanyag-tartalmának meghatározására, amely egyszerűen szabályozható izokinetikus mintavétel, mintavétellel egyidejű térfogatáram-mérés és célszerűen nagy teljesítmény mellett nagy pontosságú mérést tesz lehetővé, valamint olyan berendezés létrehozása, amely alkalmas a fenti eljárás foganatosítására. A találmány alapja az a felismerés, hogy a vezetékben áramló főgázáramnak a mérési keresztmetszet egy pontjában mért pö össznyomása és a részáramként leszívott gázmínta leszívócsonkban mért psz statikus nyomása közötti Ap=p0—p3Z nyomáskülönbség ismeretében a gázminta Vm térfogatárama meghatározható. A Ap nyomáskülönbség és a Vm térfogatáram közötti kapcsolat képlettel fejezhető ki, ahol az áramló közegnek p sűrűsége van. A K tényező, amely egyszeri kalibrálással határozható meg, széles határok között gyakorlatilag független a Reynolds számtól, illetve a leszívócsonk megfóvásának irányától. A leszívócsonkkal mérhetjük a főgázáram pst statikus nyomását is. A p6 őssznyomás és a pst statikus nyomás különbsége, a pd dinamikus nyomás (pd=pö—p^) a v helyi áramlási sebesség értékéről ad felvilágosítást (v= pd). Fentiekből következik, hogy az elszívás akkor izokinetikus, ha a főgázáram pd dinamikus nyomásának és a Ap nyomáskülönbség N hányadosa, az adott leszívócsonk geometriája által megszabott, kalibrálással meghatározandó érték : N=Ap/pd. Adott kalibrálásból a mintavételnél használt leszívócsonkra jellemző K tényező mellett A-q időtartamonként leolvasva a Ap nyomáskülönbség értékét, a Vm=2 VmiATÍ=|SAPiAxi összefüggésből számítható a leszívott gázminta Vm térfogatárama. Ha a gázmintát a mérési keresztmetszet AA; részterületeihez tartozó pontokban szívjuk le és az elszívás időtartama alatt az izokinetikus mintavétel érdekében a pd dinamikus nyomás és Ap nyomáskülönbség előírt arányát tartjuk, akkor a vezetékben áramló gáz V térfogatárama a V=S viAAj = i ApjAAj összefüggésből határozható meg. ^5 2
