Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Авдеева А.А. Контроль топлива на электростанциях

.pdf
Скачиваний:
52
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.2 Mб
Скачать

личные точки газовой схемы. При введении пробы доза­ тором А в линию газа-носителя воздуха перед колон­ кой 1, заполненной активированным углем, в смеси опре­ деляют горючие компоненты Н2 , СО и СН4 . Двуокись углерода из пробы предварительно удаляют путем про­ пускания ее через фильтр с аскаритом. Затем пробу вво­ дят дозатором Б в линию газа-носителя аргона перед колонкой 2 для определения кислорода и азота. Третий

Общий

пик

Рис. 15-22. Схема проведения анализа на хрома­

тографе

«Союз» при определении Н 2 , СО, С Н 4 и

 

СОо ( I I вариант использования).

а — схема

прибора; б — примерный

вид хроматограммы;

/, 3 — разделительные колонки

(см. табл. 15-5);

 

А , Б — дозируемые объемы.

ввод пробы осуществляют дозатором В также в линию аргона перед колонкой 3 с активированным углем. Здесь происходит отделение С 0 2 от суммы всех остальных га­ зов, присутствующих в смеси. Примерный вид получае­

мой хроматограммы показан

на рис. 15-21,6. Время

пол­

ного

анализа составляет

10

мин.

 

II .

О п р е д е л е н и е

Hz.

СО, СН 4 и С 0 2 п р и

ис ­

п о л ь з о в а н и и в к а ч е с т в е г а з а-н о с и т е л я в о з ­ д у х а .

364

В тех случаях, когда нет необходимости в определе­ нии кислорода и азота или когда отсутствует аргон в баллоне, хроматограф «Союз» позволяет на газе-носи­ теле воздухе производить определение горючих компо­ нентов и двуокиси углерода.

Схема прибора для проведения таких анализов пока­ зана на рис. 15-22,а. Здесь обе колонки 1 и 3 (табл. 15-5) заполнены активированным углем. При введении пробы через дозатор А эффективной длиной является суммар­ ная длина обеих колонок. Для ускорения анализа дву­ окись углерода из пробы удаляют. При введении пробы, содержащей С 0 2 , через дозатор Б в процессе разделе­ ния участвует только колонка 3.

Пример получаемой при этом хроматограммы приве­

ден на рис. 15-22,6.

Время анализа

7 мин.

I I I . О п р е д е л е

н и е Н2 , СО,

С 0 2 , п р е д е л ь н ы х

и н е п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в Д О С4 в к л ю-

Воздух

Рис. 15-23. Схема проведения анализа на хроматографе «Союз» при определении Н2 , СО, С 0 2 и углеводородов до Ct ( I I I вариант использования),

а — схема прибора; б — примерный вид хроматограммы; /, 3, 4— разделитель­ ные колонки (см. табл. 15-5); А, Б, В — дозируемые объемы.

ч и т е л ь н о п р и и с п о л ь з о в а н и и в к а ч е с т в е г а з а - н о с и т е л я в о з д у х а .

Такая задача может возникнуть при необходимости анализа проб из зоны деструкции топлива, а также при анализе газового топлива. В этом случае собирают па­ раллельную схему, состоящую из трех разделительных колонок (рис. 15-23). Газ-носитель от микрокомпрессора через тройник подается в обе линии потока. Одна из ли­ ний с дозаторами А я Б работает по предыдущему ва­ рианту, другая линия — с дозатором В и разделительной колонкой 4 (табл. 15-5) служит для разделения пре­

дельных и непредельных углеводородов

до

СІ включи­

тельно. Время анализа

15 мин.

 

 

IV. О п р е д е л е н и е

Н2 , СО, СН 4 и С 0 2

в в о з д у х е

п р о и з в о д с т в е н н ы х п о м е щ е н и й .

 

 

При необходимости определить вредные примеси в за­

газованных помещениях

чувствительность

хроматографа

«Союз» может быть на порядок увеличена заменой чув­ ствительных элементов. В этом случае газовую схему собирают в соответствии со схемой, показанной на рис. 15-22. Разделительные колонки / и 3 также заполня­

ют активированным углем, но колонки имеют

другие гео­

метрические размеры: колонка

/ / = 0,8 м,

d B H = 4 мм;

колонка

2—/=0,3

м, G?BH = 3 мм.

 

 

V. О п р е д е л е н и е р а с т в о р е н н о г о в в о д е во ­

д о р о д а .

 

 

 

 

 

В комплекте с барботажной

приставкой хроматограф

«Союз»

используют

для определения микроконцентра­

ций водорода, растворенного в воде и паре.

Пороговая

чувствительность

0,05 мкг/кг.

По

водороду,

растворен­

ному в воде и паре,

можно судить

о степени

коррозион­

ных процессов, протекающих в трубах парогенераторов [Л. 46], а также можно осуществлять контроль плотности систем непосредственного водяного охлаждения обмоток статора турбогенераторов [Л. 47].

V I . О п р е д е л е н и е в л а ж н о с т и г а з о в .

В комплекте с реакционной приставкой хроматограф «Союз» может быть использован для определения влаж­ ности газов, в частности влажности водорода в турбоге­ нераторах.

Техническая характеристика хроматографа «Союз» была опреде­ лена при проведении межведомственных испытаний образцов прибо­ ров из опытно-промышленной партии, (выпущенной Опытным заводом ЦКТИ . При проведении испытаний прибор работал по схеме, приве­ денной на рис. 15-21. Испытания проводились в лабораторных уело-

виях при анализе искусственно приготовленных газовых смесей, по своему составу близких к составу продуктов горения. Ниже приво­ дятся некоторые результаты этих испытаний:

Время выхода прибора на режим

 

90 -- Ш5

мин

 

Уровень флуктуационных шумов

 

 

0,0%

 

 

Дрейф нулевой

линии

 

 

0,5% в

час

 

Погрешность по воспроизводимости абсолют­

 

 

 

 

ных значений

высот пиков

по

отдельным

 

 

 

 

компонентам

 

 

 

В пределах

от

0,5

до

Погрешность по воспроизводимости

относи­

1,5%

 

 

 

 

 

 

тельных значений высот пиков по отдель­

 

 

 

 

ным компонентам

 

 

' . В пределах

от

0,10

до

Погрешность по воспроизводимости времени

0,35%

 

 

 

 

 

 

удерживания

по всем компонентам

. . .

0,0%

 

 

Степень разделения для любой пары

смеж­

 

 

 

 

ных компонентов

 

 

 

> 1

 

 

 

Пороговая чувствительность

по

отдельным

 

 

 

 

компонентам

составила

(при

объеме

 

 

 

 

пробы 10 см3)

 

 

-

По

Н 2 — 3 - Ю - * ;

 

 

 

 

 

по СО и СН4 —1 • 10"3 ;

 

 

 

 

по

0 2 — 1 - Ю - 2 ,

 

 

 

 

 

по

С 0 2 — Ы 0 - ' %

 

 

 

 

 

(объемн.)

 

Влияние изменения температуры окружающей среды на показа­ ния прибора изучалось при температуре от +14 до +32 °С. Испыта­ ния показали, что сигнал прибора по водороду практически «е зави сит от температуры окружающей среды, по окиси углерода, метану и кислороду — зависит незначительно: высота пика при изменении

і

і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і і 1.1 і « і і ї ї і t І і і і, і j

13msК171819202122232t2S262728~29301

2 ~3 «*J

8 7 8 9 10111213ПК 1617IB 192D2122 '

-

Сентябрь 7968г."—-

-

Октябрь 1968г.

Рис. 15-24. Изменение значения выходного сигнала детектора во времени при неизменном значении входного сигнала (проверка ста­ бильности работы хроматографа «Союз» в течение длительного вре­ мени).

Период испытаний

— с 13

сентября

по 21 октября 1968 г. Колебания

темпера­

туры окружающей

среды — от 15 до 23 °С; состав смеси: Н2 =0,1%;

СО=0,2%;

СН4 =0,2%;

О2 =2,0%;

СО2=12,0%; остальное — N2 .

 

температуры окружающей среды на 1 °С изменяется на 0,7—1,2%, по двуокиси углерода наблюдается резкая температурная зависи­ мость: Ай/Д< 'при Л г = 1 ° С составляет 2,5%. Однако наличие линей­ ной зависимости высоты пика от температуры окружающей среды позволяет не производить в изменившихся условиях перекалибровку, а пользоваться поправочными коэффициентами.

Проверка герметичности газовых линяй прибора производилась при давлении, в 1,5 раза превышающем рабочее давление. Контроль

давления

в системе проводился

в течение 30 мин по образцовому ма­

нометру

и показал полную

герметичность прибора.

Определение

влияния

изменения напряжения питания прибора

в пределах +10

и —15%

от

номинального показало практически

полную независимость значения выходного сигнала детектора от на­ пряжения питания.

 

С помощью микродозатора была произведена калибровка прибо­

ра

по чистым газам, которая показала линейность сигнала детектора

от

количества вводимого в прибор вещества. Проверка стабильности

калибровки производилась в течение 39 дней работы прибора при анализе одной и той же смеси. Результаты проверки показаны на рис. 15-24, где нанесены высоты пиков отдельных компонентов. По­ грешность по воспроизводимости абсолютных значений высот пиков

за этот период без поправок «а

температуру окружающей среды, ко­

торая в этот период менялась

от

15 до 23"С, составила для Н 2 1,5%;

для СО 2,3%; для С Н 4 5,5%;

для 0 2 2,5%; для С 0 2 4,6%. При этом

потери каталитической активности чувствительных элементов не на­ блюдалось.

15-12. МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ Х Р О М А Т О Г Р А Ф О В

Точность результатов количественного анализа на хро­ матографе в значительной степени зависит от правильно­

го

выбора метода калибровки прибора и тщательности

ее

проведения.

Калибровка

хроматографа заключается

в

нахождении

для каждого

компонента анализируемой

смеси зависимости определяющего параметра пика (вы­ соты или площади) от концентрации данного компонента в смеси. Эту зависимость выражают либо графически, ли­ бо в виде калибровочных коэффициентов. Основными ме­ тодами калибровки хроматографов являются метод вну­ треннего стандарта, метод внутренней нормализации и

метод абсолютной калибровки.

 

М е т о д в н у т р е н н е г о с т а н д а р т а

основан на

введении в анализируемую смесь определенного количе­ ства стандартного вещества. Калибровочный график представляет собой зависимость между процентным со­ держанием компонента и отношением высот (или площа­ дей) пиков этого компонента и стандартного вещества. Калибровку производят добавлением постоянного коли­ чества стандартного вещества к определенному объему

различных искусственных смесей, содержащих перемен­ ные, но известные количества анализируемых компонен­ тов. Составленные таким образом смеси анализируют на хроматографе. При практическом выполнении анализа смеси неизвестного состава к определенному объему про­ бы добавляют известное количество стандартного ве­ щества и на основании сравнения полученных результа­ тов с калибровочной кривой определяют количественный состав смеси.

Основная трудность этого метода заключается в вы­ боре и точной дозировке стандартного вещества, которое не должно входить в число определяемых компонентов. Кроме того, должно быть обеспечено полное его разделе­ ние с другими компонентами. Точность метода возраста­ ет, если количество стандартного вещества, добавляемо­ го к анализируемой смеси, примерно одинаково с количе­ ством определяемого компонента, а физико-химические свойства их близки друг другу.

Все эти условия при анализе сложных многокомпо­

нентных смесей выполнить трудно, в связи

с чем метод

внутреннего стандарта в практике анализа

продуктов го­

рения

распространения не

получил.

 

 

 

М е т о д в н у т р е н н е й

н о р м а л и з а ц и и

основан

на

определении соотношений между реакцией

детекто­

ра

на

определенные компоненты смеси.

Необходимым

условием для применения этого метода является реги­ страция всех компонентов, входящих в анализируемую смесь. При расчете концентраций предполагают, что вы­ соты (или площади) пиков, умноженные на соответст­ вующие калибровочные коэффициенты, дают в сумме 100%.

Калибровочные коэффициенты должны учитывать различия в реакции данного детектора на анализируе­ мые соединения. Они могут быть определены эмпириче­ ски путем введения известного количества чистого веще­ ства в хроматографическую колонку. В случае использо­ вания в качестве детектора катарометра с газом-носите­ лем гелием или водородом можно брать калибровочные коэффициенты, приводимые в литературе, или опреде­ лять их по номограмме [Л. 36].

При

анализе

продуктов

горения резкое

различие

в концентрациях

анализируемых компонентов и, как

правило,

регистрация не всех

компонентов,

входящих

24—1276

369

в смесь, создают трудности

при использовании

метода

внутренней нормализации

и

не обеспечивают

необходи­

мой точности.

 

 

 

 

М е т о д а б с о л ю т н о й

к а л и б р о в к и .

Абсолют­

ные методы, основанные

на

экспериментальном

опреде­

лении зависимости высоты (или площади) пика от коли­ чества соответствующего компонента, получили наиболь­ шее распространение в практике газового анализа. Точ­ ность этих методов в значительной степени определяется постоянством режима работы прибора во время проведе­ ния калибровок и выполнения анализов.

Метод абсолютной калибровки можно проводить дву­ мя способами:

а) Введение в хроматограф одинаковых количеств смесей разного состава (калибровка по искусственно при­ готовленным контрольным смесям); в этом случае ре­ зультаты количественного анализа в основном зависят от точности приготовления контрольных смесей и от вос­ производимости объема пробы и условий ее ввода при калибровке и анализе.

б) Введение в хроматограф неравных количеств одной и той же смеси, в качестве которой можно исполь­ зовать чистые вещества (калибровка по чистым газам). Основным условием применения такого способа является отсутствие перегрузки разделительной колонки, т. е. обес­ печение наиболее полного разделения определяемых ком­ понентов.

В обычном варианте этот метод в применении к ана­ лизу газов заключается в следующем. С помощью микро­ дозатора со строго определенным известным объемом до­ зы Ум.д в хроматограф вводят «чистый» газ А с концен­ трацией основного компонента Са, выраженной в объем­ ных процентах. Замеряется определяющий параметр по­ лученного на хроматограмме пика /гм.д (для удобства рассуждения за определяющий параметр пика принята его высота; при необходимости она соответственно может быть заменена площадью пика). При проведении анализа смеси, содержащей компонент А в неизвестном количест­ ве САХ, с помощью рабочего дозатора вводят объем про­ бы Ур.д и соответственно замеряют высоту пика опреде­ ляемого компонента Яр .д . При условии линейности сигна­ ла детектора и отсутствии перегрузки разделительной колонки высота пика прямо пропорциональна количеству

вещества, вводимого

в колонку. Следовательно,

 

 

 

V *

C%Vp.a

 

 

(15-3)

 

 

 

 

 

откуда

концентрация

компонента

А в

анализируемой

пробе

 

 

 

 

 

 

 

 

СХА = С А ° / о ( о б ъ е м н . ) .

(15-4)

 

 

 

" м . д

* р . д

 

 

 

Если

при калибровке

используют чистый газ А =

= 100р/г). формула

(15-4)

примет вид:

 

 

 

С * =

,Й р

д !/ ,м -д

• Ю0°/о

(объемн.).

(15-5)

 

 

" м - д У р - д

 

 

 

 

Если сигнал детектора

в интересующих

эксперимента­

тора пределах измерения имеет нелинейную зависимость от концентрации вводимого компонента, то при кали­ бровке последовательно вводят с помощью микродозато­ ра разные, но точно измеренные объемы чистого газа и на основании измеренных при этом высот пиков строят калибровочный график в координатах h—Ум.д. Для удоб­ ства его использования при проведении массовых анали­ зов шкалу абсцисс можно отградуировать непосредст­

венно в объемных процентах

концентрации определяемо­

го компонента для различных

объемов, применяемых при

анализе рабочих дозаторов.

 

 

 

Пересчет шкалы производят по формуле

 

С = ^--100°/о

(объемн.),

(15-6)

' ' р . д

 

 

 

где С — концентрация компонента

в анализируемой

сме­

си при объеме рабочей дозы

Vv,n,

соответствующая

тому

же количеству чистого компонента, вводимого микродо­ затором С объеМОМ К-и.д-

Такой пересчет шкалы справедлив, если при калибров­ ке применяется газ с концентрацией С А = 100%• В про­ тивном случае результат анализа, полученный при ис­

пользовании калибровочного

графика, должен

быть

умножен на коэффициент

 

 

 

 

 

 

£ = СА /Ю0.

 

 

 

Этот метод калибровки является очень простым,

однако точность получаемых результатов, как

это

вид­

но из

формулы

(15-4), в основном

зависит от

той

точ­

ности,

с которой

измерены объемы

вводимых

микродоз

и рабочей дозы. Не располагая

специальным прецизион­

ным оборудованием, обеспечить

точное измерение объе-

24*

371

мов микродоз не представляется возможным. В самом деле, для того чтобы обеспечить проведение калибровки предназначенного для анализа продуктов горения хрома­ тографа по горючим компонентам в пределах от 0,001 до

0,1%

(объемн.), при объеме рабочей дозы 5 см3

следует

иметь

возможность вводить в прибор

дозы чистых га­

зов объемом от 5- Ю - 5 до 5- Ю - 3 лцл.

При этом

погреш­

ность, допущенная при измерении столь малых объемов, целиком отразится на результатах анализа и не обес­ печит требуемой точности в определении химической не­ полноты горения.

ЭНИН разработан способ калибровки хроматографов по чистым газам, при котором исключается необходи­ мость непосредственного определения объемов вводимых при калибровке микродоз и объема рабочего дозатора. При этом методе калибровки можно использовать лю­ бой микродозатор, который обеспечивает воспроизводи­ мость вводимого объема пробы при постоянных режим­ ных условиях работы прибора, например микрошприц с ограничителем обратного хода поршня или микродо­ заторы с движущимся штоком. При этом градуировка и определение объемов микродоз и рабочей дозы не тре­ буются.

Предварительно путем последовательного введения в прибор с помощью микродозатора и рабочего дозатора любой смеси с неизвестной концентрацией какого-то ком­ понента определяют соотношение высот пиков этого ком­

понента К=Н'рд/к'м,д,

 

где /г'р.д высота

пика

какого-то

компонента при

введении

смеси

рабочим

дозатором;

^'м.д высота

пика

того

же

компонента

при введении

смеси

микродозатором.

 

 

 

 

 

 

Из

формулы

(15-3)

видно,

что поскольку

при этом

использована

одна

и та

же смесь

ААХ),

 

коэффици­

ент К представляет собой соотношение объемов рабочей дозы и микродозы:

(15-7)

Подставляя в формулу (15-4) вместо отношения объе­ мов доз коэффициент К, получаем формулу для расчета концентрации компонента А в неизвестной анализируе­ мой смеси:

(15-8)

-м.д

Процесс калибровки хроматографа по какому-то ком­

поненту А теперь сводится

к введению

в хроматограф

с помощью микродозатора

(для которого

предварительно

определен коэффициент К) «чистого» газа, содержащего компонент А в количестве СА, % (объемн.), и измерению высоты полученного пика Лм .д . В- линейном диапазоне сигнала детектора от концентрации расчет количества компонента А в анализируемой смеси ведется по форму­ ле (15-8). При отсутствии линейности аналогично описан­ ному выше строится калибровочный график.

Разработанный способ калибровки прост в осущест­ влении, не требует специального оборудования и обеспе­ чивает высокую точность калибровки хроматографа (от­ носительная погрешность ± 1 % ) .

Коэффициент К, определяемый для каждого исполь­ зуемого в работе микродозатора применительно к рабо­ чему дозатору хроматографа, является величиной по­ стоянной. Однако периодически его следует проверять, вводя в прибор любую доступную смесь (например, воз­ дух или азот).

В качестве примера рассмотрим количественное определение ме­ тана в анализируемой смеси на хроматографе «Союз», произведенное описанным выше способом.

1. П р е д в а р и т е л ь н ы е о п е р а ц и и . С помощью микродо­ затора вводим в прибор пробу воздуха и замеряем высоту пика

кислорода /г'м .д = 50 мм (масштаб

измерения 1:1). Затем с

помощью

рабочего дозатора вводим воздух. Высота

ттика А'р.д = 212

мм

(мас­

штаб измерения 1 : 25).

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (15-7) для данной пары дозаторов определяем соот­

ношение их объемов:

 

 

 

 

 

 

 

 

ft',,

212-25

 

 

 

 

* = ^ = - - 5 0 - = ' 0 6 -

 

 

 

Этот коэффициент

используется при

последующих

калибровках

прибора по другим компонентам.

 

 

 

 

 

 

2. К а л и б р о в к а

и а н а л и з .

С

помощью микродозатора

в прибор вводим «чистый» метан

( С с

=99,8%); при этом

получаем

пик метана высотой Л „ . д = 1 6 5 мм (масштаб измерения

1:1).

Затем

рабочим дозатором вводим в прибор анализируемую смесь; на хро-

матограмме фиксируется пик метана

р . д

=15 0 мм

(масштаб изме­

рения 1:1).

 

 

 

Поскольку хроматограф «Союз»

имеет

линейный

сигнал детекто­

ра, расчет концентрации метана в анализируемой пробе ведем по формуле (15-8):

 

С

_ С

С Н . У »

99.8-150

= 0 6 & 7

% ( о б ъ е М н . ) .

 

с с н 4

7 С й м д ~"

106-165

 

 

Если бы калибровка прибора не имела линейного характера, сле­

довало

бы аналогично снять

несколько

точек при использовании раз­

личных

микродоз

и построить калибровочный

график.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ