- nauca.ru
- Поиск по сайту
Результат поиска
Искали: "водород кислород"
- Продукция предприятия 11 Выпускаемая продукцияКонтекст фразы в тексте
Продукция предприятия
- Документация
- ВОДОРОД ОСОБО ЧИСТЫЙ
- ВОДОРОД ОСОБО ЧИСТЫЙ
- Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А». Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А» с выносным ЩУ. Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-10/10». Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки кислорода «ВЕРА-10/10(К)». Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А». Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А» с выносным ЩУ. Габаритный чертеж
- Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-10/10». Габаритный чертеж
- О назначении кода организации-разработчика конструкторской документации
- «УТОА-40/10А» САУ «Ключ»® Извлечение данных.
- «УТОА-40/10А» САУ «Ключ»® Обновление программы.
- «ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Извлечение данных.
- «ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Обновление программы.
- «ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Настройка модулей.
- «ГСУ–1,0/2,5» Руководство по эксплуатации.
- Документация
- Водород чистый как побочный продукт производства водорода технического 63 Приводится описание основ технологии, аппаратуры и опыта многолетней эксплуатации производства чистого водорода путем криоадсорбционной очистки водорода технического, получаемого электролизом воды. Значение суммарной объемной доли примесей в очищенном водороде составляет не более 1·10⁻⁷%. Тарой для чистого водорода служат обычные стальные 40-литровые водородные баллоны, подготовленные к заполнению их последовательной продувкой глубоко осушенным воздухом, азотом и очищенным водородом. Качество продукции, объемная доля водорода в которой составляет от 99,995% до 99,99999%, определяется анализом проб, отбираемых из каждого заполненного баллона.Контекст фразы в тексте
Опубликована в журнале «Технические газы» №5, 2005, с.42-44
В.С. Морозов, Д.В. Морозов, Е.В. Морозов, С.Г. Демешев
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука»
129226, Россия, г. Москва, ул. Сельскохозяйственная, 12.
e-mail: nauca@nauca.ruВОДОРОД ЧИСТЫЙ КАК ПОБОЧНЫЙ ПРОДУКТ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА ТЕХНИЧЕСКОГО
Приводится описание основ технологии, аппаратуры и опыта многолетней эксплуатации производства чистого водорода путем криоадсорбционной очистки водорода технического, получаемого электролизом воды. Значение суммарной объемной доли примесей в очищенном водороде составляет не более 1·10⁻⁷%. Тарой для чистого водорода служат обычные стальные 40-литровые водородные баллоны, подготовленные к заполнению их последовательной продувкой глубоко осушенным воздухом, азотом и очищенным водородом. Качество продукции, объемная доля водорода в которой составляет от 99,995% до 99,99999%, определяется анализом проб, отбираемых из каждого заполненного баллона.
Ключевые слова: водород технический, водород чистый, очистка криоадсорбционная, баллоны водородные, подготовка баллонов, контроль аналитический, показатели качества.
V.S. Morozov, D.V. Morozov, E.V. Morozov, S.G. Demeshev
PURE HYDROGEN AS-PRODUCT OF TECHNICAL HYDROGEN PRODUCTION
Here is description of technology basics, facilities and experience of long-tern operation of pure hydrogen by means of krioadsorption purification of technical hydrogen obtained from water electrolysis. The value of total volumetric portion of admixtures in purified hydrogen amounts to no more than 1·10⁻⁷%. Ordinary steel 40-liter hydrogen cylinders prepared for filling by means of gradual scavenging with deep drained air, nitrogen and purified hydrogen can be used as packing materials for pure hydrogen. When hydrogen is graded for a purity of 99.995 to 99.99999 vol. %, samples for analysis should be collected from every vessel.
Keywords:technical hydrogen, pure hydrogen, kriodasorption, hydrogen cylinders, preparation of cylinders, analytical, quality coefficient.
ВВЕДЕНИЕ
На основании результатов изучение тенденций развития в России новых высоких технологий еще в 1994 г. было создано производство чистого водорода на базе производства водорода технического. Из года в год число потребителей такого водорода увеличивается и к настоящему времени составляет более 50-ти предприятий, расположенных в европейской части России (Москва, Нижний Новгород, Ижевск, Смоленск, Елец, Череповец и др.). Несмотря на явный интерес к такому водороду других регионов России (Урал, Сибирь) и даже стран ближнего зарубежья (Казахстан, Украина), расширению поставок качественного водорода препятствует рост транспортных расходов, сводящий на нет иные выгоды.
Цель настоящей работы – дать описание основ технологии, аппаратуры и опыта многолетней успешной эксплуатации созданного нами производства чистого водорода как побочного продукта производства водорода технического, получаемого электролизом воды. Представляемые здесь сведения могут быть интересны для предприятий, уже располагающих в своем составе производством технического водорода, или планирующих создавать такое.
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА СЫРЬЯ
Производство технического водорода электролизом воды, предназначенное для выпуска продукции марки “Б” по ГОСТ 3022-80[1], включает в себя следующие основные последовательно реализуемые стадии: электролитическое разложение воды; каталитическая очистка полученного водорода от кислорода; его сжатие в поршневых компрессорах; адсорбционная осушка; заполнение в баллоны или контейнеры.
В соответствии с [1] объемная доля продукта в пересчете на сухой газ в таком водороде должна быть не менее 99,95%. Соответственно, допустимым является значение суммарной объемной доли кислорода и азота 0,05%. При этом массовая концентрация водяных паров при 20°С и 101,3 кПа может составлять 0,2 г/м³, что соответствует объемной доле влаги 0,027%.
Однако, указанные нормы показателей качества относятся к техническому водороду в баллонах. Предполагается, что поток водорода, подаваемый на заполнение баллонов, может быть иным по своему составу. Поэтому выполняются анализы именно такого водорода. Газовые примеси при этом определяются с применением хроматографической аппаратуры, а влага – конденсационным гигрометром.
Результаты наших достаточно детальных наблюдений показали, что при работе производства в пределах нормального технологического режима основной примесью в водороде, подаваемом в баллоны, является азот. Значение его объемной доли колеблется в пределах от 5·10⁻⁴% до 3·10⁻³%, что существенно меньше требований [1]. При этом объемная доля кислорода не превышает 1·10⁻⁵%.
Наблюдается определенная корреляция между содержанием азота и аргона в водороде и температурной питающей электролизер воды как возможного источника этих примесей. Не обнаружены примеси оксида и диоксида углерода с пороговой чувствительностью анализа 1·10⁻⁶%, а так же примеси гелия и неона с пороговой чувствительностью 1·10⁻⁵%. Однако обнаруживается значительная примесь метана. Значение его объемной доли может достигать 1·10⁻³%. Причем, увеличение содержания метана наблюдается при повышении температуры компримирования водорода из-за возможного крекинга масла.
Изначально результаты анализов на содержание влаги в исследуемом потоке водорода были практически на уровне требований [1], т. е. соответствовали уровню его насыщения влагой. Как оказалось, причиной наблюдаемой картины являются параметры процесса регенерации силикагеля в аппаратах осушки водорода. Реализацией относительно простых мероприятий технологического характера удалось уменьшить содержание влаги до объемной доли не более 1·10⁻⁴%.
Это обстоятельство, с учетом представленных выше данных по содержанию газовых примесей, позволило рассматривать исследованный поток водорода в качестве вполне пригодного для реализации глубокой очистки криоадсорбционным методом.
Кстати, полученные данные касаются электролизеров ФВ-500, электролиз воды в которых проводится практически при атмосферном давлении. На рис.1 представлены полученные нами данные по содержанию азота в водороде в случае применения электролиз воды осуществляется под давлением 10 кГс/см². Видим, что и здесь значение объемной доли азота приблизительно такое же, как и для электролизеров ФВ-500.
КРИОАДСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДОРОДА
Первоначально нами была создана производственная линия с узлом криоадсорбционной очистки и наполнительной рампой, исходя из производительности, обеспечивающей заполнение до 10-ти баллонов в течение одного часа. Соответственно, количество очищаемого за один период времени работы узла в режиме очистки составляло приблизительно 60 м³.
По мере увеличения спроса на продукцию создали вторую, параллельную первой, линию с узлом очистки номинальной производительности 100 м³/ч и количеством очищаемого газа не менее 600 м³. Это обеспечивало заполнение не менее 100 баллонов за один период работы узла в режиме очистки.
По составляющим элементам рассматриваемые узлы очистки одинаковые и включают в себя рекуперативный (типа труба в трубе) и погружной (змеевикового типа) теплообменники, адсорбционный аппарат с активированным углем СКН и криососуд для жидкого азота.
Адсорбционные аппараты - периодического действия, полный цикл работы которых включает в себя следующие основные стадии: подготовку аппарата к работе его продувкой исходным газом при температуре окружающей среды (регенерация адсорбента от газовых примесей); охлаждение до рабочей температуры жидким азотом; собственно очистка адсорбцией примесей; отогрев до температуры окружающей среды. Перед первым пуском в работу и далее через каждые (2-3) месяца регенерируют адсорбент от влаги нагреванием до 200°С и продувкой азотом или воздухом.
Результаты анализов, проводимые в течение длительного времени с применением хроматографов серии “ЛУЧ”, показали, что при аккуратном выполнении указанных операций и соблюдении нормального технологического режима суммарная объемная доля примесей в очищенном водороде не превышает 1·10⁻⁷%. Таким образом, возникает вопрос о таре для такого водорода, обеспечивающей в достаточной мере его высокое качество.
ТАРА ДЛЯ ЧИСТОГО ВОДОРОДА
В результате проведенных исследований выяснили, что в качестве тары для чистого водорода можно использовать обычные стальные 40-литровые водородные баллоны россыпью или собранные в контейнеры. Однако, каждый баллон должен быть подготовлен соответствующим образом (высушен и освобожден от газовых примесей). Чем выше требования к чистоте водорода в баллоне, тем тщательнее он должен быть подготовлен к заполнению.
Такая подготовка включает в себя на первой стадии сушку баллонов их продувкой глубоко осушенным воздухом при температуре приблизительно 100°С. Сушат одновременно 8-10 баллонов в течение приблизительно 12 ч. Далее воздушная среда заменяется на азотную. Затем следует замена азотной среды на водородную. При этом используется водород, очищенный в описанной выше первой производственной линии.
На подготовку направляют баллоны после их технического освидетельствования. К ним относятся и баллоны, качество остаточного газа в которых по результатам входного контроля не соответствует необходимым требованиям, а также баллоны с остаточным давлением менее 5 кГс/см², что не дает возможности выполнить анализ содержимого.
АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
Определение газовых примесей в водороде, аналитический контроль технологии производства, входной контроль баллонов и контроль качества готовой продукции осуществляют хроматографом “ЛУЧ–6.7М”.
Содержание влаги в газах контролируют как гигрометрами “ИВА-9”, так и конденсационным гигрометром.
Важным при этом моментом является то, что в соответствии с [2] за партию продукта принимают количество водорода в одном баллоне или контейнере. Иными словами, на анализ качества продукции отбирают пробы водорода из каждого баллона (контейнера). Время такого анализа составляет не более 10 минут. Все сведения, касающиеся конкретного баллона (контейнера) заносятся в компьютерную базу данных.
НОМЕНКЛАТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОДУКЦИИ
Длительная практика показала, что спросом пользуются следующие продукты:
- водород особо чистый по техническим условиям [3], физико-химические показатели которого соответствуют нормам, указанным в таблице 1.
Таблица 1
Физико-химические показатели особо чистого водорода
Наименование показателя
Нормы для марок
«А»
«Б»
Объёмная доля водорода в пересчете на сухой газ, % не менее
99,99999
99,9999
Объёмная доля кислорода, %, не более
0,000002
0,00002
Объёмная доля азота, %, не более
0,000005
0,00005
Объёмная доля метана, %, не более
0,000003
0,00003
Объёмная доля паров воды, %, не более
0,00002
0,0002
- водород технический повышенной чистоты по техническим условиям [4] с физико-химическими показателями в соответствии с нормами, указанными в таблице 2.
Таблица 2
Физико-химические показатели водорода технического повышенной чистоты
Наименование показателя
Норма
Объёмная доля водорода в пересчете на сухой газ, % не менее
99,995
Объёмная доля кислорода, %, не более
0,001
Объёмная доля азота, %, не более
0,003
Объёмная доля метана, %, не более
0,001
Объёмная доля паров воды*, %, не более
0,004
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитию того или иного региона в части освоения новых высоких технологий может способствовать расширение номенклатуры продукции, выпускаемой на производствах технического водорода электролизом воды. Располагая компрессией и баллонным хозяйствам, относительно просто реализовать производство чистого водорода, наряду с производством технического. Отапливаемое помещение здесь требуется только для размещения аналитической аппаратуры и установок очистки воздуха и азота. Остальное оборудование можно и целесообразно располагать вне зданий, достаточно под навесом для защиты от атмосферных осадков.
Интерес к реализации производства чистого водорода как побочного продукта производства технического может быть и предметным, так как наше предприятие готово не только передать “ноу-хау”, но также изготовить, поставить необходимое оборудование, приборы и выполнить пуско-наладочные работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 3022-80. Водород технический. Технические условия.
2. ГОСТ Р 51673 2000 Водород газообразный чистый. Технические условия.
3. ТУ 2118-06-18136415-05 Водород особо чистый. Технические условия.
4. ТУ 2118-05-18136415-05. Водород технический повышенной чистоты. Технические условия.
- Производство особо чистого водорода 53 Впервые в России создано производство водорода особой чистотыКонтекст фразы в тексте
В.С. Морозов, Д.В. Морозов, Е.В. Морозов, Я.В. Морозов
ООО «Научно-производственная компания «Наука»
142700, Россия, Московская область, г. Видное, ул. Тинькова, дом 39.ПРОИЗВОДСТВО ОСОБО ЧИСТОГО ВОДОРОДА
1. Введение
В работе [1] представлено краткое описание оригинального опытно-промышленного производства водорода чистого как побочного продукта производства технического водорода. Такое опытное производство было создано ЗАО НТА “Наука” за счет собственных средств, но располагалось на территории ФГУП “СКТБЭ” (г. Москва).
К началу 2007 г. сформулированная ЗАО НТА “Наука” программа опытных работ по получению особо чистого водорода (далее в тексте — водород ОСЧ) была практически завершена. Задействованное в таких работах оборудование требовало замены на новое, отвечающее современным требованиям промышленной безопасности. Более того, всё бо́льшие трудности в борьбе с загрязнениями технического водорода маслом и продуктами его крекинга создавала изношенная система масляной компрессии в ФГУП “СКТБЭ”. Поэтому в новом предприятии ООО НПК “Наука” была создана система компремирования и очистки водорода СКОВ-10, выпускаемая по ТУ 3642-015-78538315-2007 и предназначенная для решения проблемы производства водорода ОСЧ. Всё оборудование, входящее в состав системы СКОВ-10, в установленном порядке сертифицировано (сертификат соответствия N РОСС RU.АИЗО.В04267), оформлено разрешение Федеральной службы по экологическому, техническому и атомному надзору на его применение N РРС 00-26748. Проект размещения головного образца системы СКОВ-10 выполнены ОАО “Мосэлектронпроект′ом” (г. Москва). Специализированные предприятия выполнили необходимый объем строительно-монтажных работ и испытаний.
Цель настоящей работы состоит в кратком описании нового серийного производства водорода ОСЧ, созданного в содружестве с работниками АО “ЭПИЭЛ” с использованием разработанной системы СКОВ-10.
2. Выбор места расположения производства
Рассмотрев предложения и условия ряда предприятий по размещению оборудования производства водорода ОСЧ, мы остановились на предложении ЗАО “ЭПИЭЛ” — предприятии в центре электронной промышленности (г. Зеленоград). Это предприятие имеет в своем составе непрерывно действующую водородно-кислородную станцию, оснащенную электролизерами СЭУ-40 с реальной перспективой их замены на более совершенные. Система электролиза имеет штатные узлы каталитической очистки водорода от кислорода и его осушки.
Поскольку состав исходного сырья имеет значение для параметров работы производства водорода ОСЧ, выполнили исследование по определению чистоты генерируемого в указанных электролизерах технического водорода.
В качестве определяемых компонентов были влага, кислород, аргон, азот, метан и оксид углерода.
Объемную долю влаги определяли посредством гигрометра “ИВА-9”. Остальных из указанных примесей – посредством хроматографа “ЛУЧ-6.7”.
Результаты измерений объемной доли влаги составили от 10 млн⁻¹ (ppm) до 21 млн⁻¹ (точка росы при 101,3 кПа от минус 60°С до минус 55°С). Объемная доля кислорода составила не более 0,005 млн⁻¹. Примеси метана и оксида углерода не обнаруживались с пороговой чувствительностью анализа 0,005 млн⁻¹.
С другой стороны, заметными по величине были значения объемной доли аргона (до 0,1 млн⁻¹) и преобладающими по величине – значения объемной доли азота (до 11 млн⁻¹).
На рис.1 представлены результаты 74-х измерений объемной доли азота в трех сериях наблюдений длительностью по (4-4,5)ч в разные дни.
Рис. 1. Результаты измерений объёмной доли азота в водороде
Выяснили, что практически единственным источником поступления примесей с исследуемую систему электролиза является питательная вода. Исходная питательная вода, даже изначально деаэрированная, контактирует с атмосферным воздухом как в период ее транспортировки к месту электролиза, так и в процессе хранения в баках для воды. Поэтому компоненты воздуха в ней растворяются, выступая загрязнителями продуктов электролиза. Волнообразный характер изменения содержания азота на фоне стабильного во времени среднеинтегрального значения можно объяснить колебаниями давления в системе, имеющей значительные по объему тупиковые зоны в виде газового пространства в баках питательной воды.
Полученные данные представляют самостоятельный интерес для разработчиков систем электролиза воды. В нашем случае они были использованы при разработке нормативно-технической и эксплуатационной документации при создании рассматриваемого нового производства водорода ОСЧ.
3. Краткое описание производства
На рис.2 изображена принципиальная блок-схема созданного производства водорода ОСЧ. В качестве сырья в производстве используется технический водород, поступающий под давлением (0,9-1,0) МПа из электролизной станции 1.
Рис. 2. Принципиальная блок-схема производства водорода особо чистого:
1-станция электролиза воды; 2-безмасляная компрессия; 3- хранилище сжатого водорода; 4-блок осушки водорода; 5-криоадсорбционная очистка водорода; 6-заполнение баллонов; 7-контроль давления и качества продукции; 8-блок осушки воздуха (азота); 9-шкаф подготовки баллонов.В компрессоре 2 водород сжимается до давления 25,0 МПа и направляется в хранилище сжатого водорода 3.
Водородный компрессор фирмы HYDRO-PAC типа С06-10-70/140LX (производство США) взрывозащищенного исполнения является безмасляным. При мощности электродвигателя 7,5 кВт он имеет производительность 10 нм³/ч, что обеспечивает годовую мощность производства водорода ОСЧ приблизительно 80000 нм³. Путем установки еще одного такого же компрессора мощность производства можно удвоить.
Хранилище сжатого водорода включает 12 одинаковых баллонов объемом по 0,5 м³, что соответствует запасу водорода в количестве приблизительно 1500 нм³ и обеспечивает работу последующих стадий производства практически вне зависимости от времени работы компрессора.
Из хранилища в сжатом до 15,0 МПа состоянии водород подается в блок его глубокой осушки 4 адсорбционным методом. Производительность данного блока составляет до 100 нм³/ч водорода, который далее направляется в блок его криогенной очистки 5, либо под давлением 0,8 МПа на технологию в производство изделий электронной техники (в редкие моменты перерыва в работе электролизной станции).
Очищенный криоадсорбционным способом водород направляется на одновременное заполнение до 10-ти 40-литровых баллонов 6. Каждый из заполненных баллонов направляется на контроль 7 в нем давления и качества готовой продукции.
Производство имеет отдельную технологическую линию подготовки баллонов в подогреваемом шкафу 9 путем продувки одновременно до 10-ти баллонов глубоко осушенным в блоке 8 воздухом (азотом).
В состав оборудования производства входят также щиты газораспределения, оснащенные необходимой арматурой, предохранительными и измерительными устройствами, обеспечивающими пуск, остановку и функционирование в нормальном технологическом режиме компрессора, хранилища сжатого водорода и систем криоочистки и заполнения баллонов.
4. Качество готовой продукции
Готовая продукция производства, выпускаемая в виде трех марок особо чистого водорода “А”, “Б” и “В” по новым техническим условиям ТУ 2114-016-78538315-2008, выгодно отличается от известных аналогов [2,3] как по номенклатуре возможных и поэтому нормируемых примесей, так и по численным значениям показателей качества.
Главным здесь является использование сырья, не содержащего углеводородов, и использование безмасляной компрессии. Это позволяет обоснованно не включать в число нормируемых примесей метан. В число нормируемых примесей можно не включать и оксид углерода по причине его отсутствия в сырье для производства водорода ОСЧ. Соответственно, аргон можно не включать в число нормируемых примесей из-за его исчезающе малых по отношению к азоту значений.
Таким образом, в числе нормируемых остаются только три реально наблюдаемые примеси: кислород, азот и влага.
Гарантии соответствия реальных значений показателей качества выпускаемого водорода ОСЧ установленным нормам обеспечиваются реализацией сплошного, а не выборочного, контроля показателей качества продукции анализом проб из баллонов при строгом контроле соблюдения требований технологического регламента производства, разработанного и утвержденного в соответствии с [4].
5. Заключение
Как правдиво отмечено в статье [5], уже в настоящее время потребность многих предприятий в водороде ОСЧ является значительной, а обладание его производством является престижным. Водород ОСЧ используют, как правило, при реализации новых высоких технологий, в том числе с поставками получаемой таким образом продукции на экспорт, о чем могут свидетельствовать осуществляемые в таком случае налоговыми органами так называемые встречные проверки.
Очевидно, объём спроса на водород ОСЧ является серьёзным показателем технического развития того или иного региона. Уверенность именно в таком пути развития регионов России и явилась основной побудительной причиной при реализации решения о разработке системы СКОВ-10 и создании на основе её головного образца действующего производства водорода ОСЧ. В данном случае система “привязана” к источнику сырьевого технического водорода — действующей электролизной станции. Однако, флагман производства отечественных электролизеров ОАО “Уралхиммаш” практически завершает создание (с нашим участием) электролизёра нового поколения, полностью автоматизированного и имеющего производительность 10 нм³/ч водорода под давлением 1,0 МПа. Это как раз то, что может быть головной частью в системе СКОВ-10. В таком случае производство водорода ОСЧ обретает свойство автономности.
Литература
1. В.С. Морозов, Д.В. Морозов, Е.В. Морозов, А.Г. Демешев “Водород чистый как побочный продукт водорода технического”, Технические газы, 2005, №5, с .47-51.
2. ГОСТ Р 51673-2000 Водород газообразный чистый.
3. ТУ 2118-06-18136415-06 Водород особо чистый.
4. “Положение о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса”, утвержденное 6 мая 2000г. Заместителем Министра Экономики Российской Федерации Н.Г.Шамраевым. “Положение о порядке разработки и содержании раздела “Безопасная эксплуатация производства технологического регламента” (РД 09-251-98), с Изменением №1 (РДИ 09-251-02), утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 18.12.98 №77, от 21.11.02 №66.
5. Александр Яцук “От аэростата до орбитальной станции” НГ-НВО от 27.04.2007
- О растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде 66 Измеренные значения растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде в интервале температур от 22,3 до 27,0 К изменяются, соответственно, от 2,51 до 75,9 ppbᵥ, т.е. исчисляются значениями биллионных долей. Полученные данные могут явиться основой для нормирования и контроля содержания кислорода в жидком водороде как криопродукте, а также основой для расчётно-экспериментальных оценок опасных накоплений твёрдого кислорода в аппаратуре жидководородных систем.Контекст фразы в тексте
УДК 541.183
В.С. Морозов, Д.В. Морозов, Е.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука»
129226, Россия, г. Москва, ул. Сельскохозяйственная, 12.О РАСТВОРИМОСТИ ТВЁРДОГО КИСЛОРОДА В ЖИДКОМ ВОДОРОДЕ
Измеренные значения растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде в интервале температур от 22,3 до 27,0 К изменяются, соответственно, от 2,51 до 75,9 ppbᵥ, т.е. исчисляются значениями биллионных долей. Полученные данные могут явиться основой для нормирования и контроля содержания кислорода в жидком водороде как криопродукте, а также основой для расчётно-экспериментальных оценок опасных накоплений твёрдого кислорода в аппаратуре жидководородных систем.
Ключевые слова: водород жидкий, кислород твёрдый, растворимость.
Measured values of solid oxygen dissolubility in liquid hydrogen within the temperature limits from 22,3 to 27,0 K change from 2,51 to 75,9 ppbᵥ accordingly that is are estimated at billion shares. Received data can be a base for standardization and control of oxygen content in liquid hydrogen as cryoproduct and also a ground work for settlement — experimental estimations of dangerous accumulations of solid oxygen in apparatus of liquid hydrogen systems.
Key words: liquid hydrogen; oxygen firm; solubility.
I. ВВЕДЕНИЕ
В работе [1] апробирована техника приготовления насыщенных растворов кристаллизующихся в жидком водороде примесей и техника анализа таких растворов. Представлялось интересным применить данную технику для измерений растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде. Во-первых, в связи с практической ценностью таких данных, во-вторых, в связи с описанными в обзоре [2] неудачными попытками подобных измерений, в-третьих, в связи с опубликованной в [3] информацией по рассматриваемому вопросу.
II. ИЗМЕРЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ ТВЁРДОГО КИСЛОРОДА В ЖИДКОМ ВОДОРОДЕ
Измерения растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде выполняли с применением той же аппаратуры и методики приготовления насыщенных растворов и их анализа, что и в работе [1], со следующими отличиями.
Прежде всего, проанализировали исходный жидкий водород в криогенном сосуде. По результатам анализов объёмная доля кислорода составила 0,85 ppbᵥ, а азота 0,15 ppmᵥ. В жидком водороде как криопродукте азот в виде примеси присутствует, по-видимому, всегда. Преследуя прежде всего практические цели, наличие в исследуемом водороде указанного содержания азота посчитали допустимым. По данным [4] при планируемых параметрах опытов азот в таком количестве должен был оставаться в растворённом виде.
Из соображений взрывобезопасности эксперимента, в такой водород вводили всего приблизительно 125 мг кислорода из его 1%-ной смеси с гелием. При этом расчётное содержание кислорода соответствовало его объёмной доле в 25 литрах жидкого водорода приблизительно 4 ppmᵥ.
Далее осуществляли такие же, как и в работе [1], операции по перемешиванию и нагреванию жидкого водорода барботированием чистого водорода, регулированию и измерению температуры опыта по давлению паров при кипении водорода, включению в работу капиллярного пробоотборника и хроматографа «Луч-6.7». Анализ выполняли с двумя ступенями обогащения, так что длительность аналитического цикла составляла от 10 до 15 минут. Одного заполнения криогенного сосуда жидким водородом было достаточно для выполнения приблизительно 20 анализов. После этого остатки жидкого водорода сливали, криогенный сосуд отепляли и снова повторяли все операции.
Содержание азота по результатам анализов всегда оставалось ниже уровня его растворимости в жидком водороде при параметрах опытов. Однако с течением времени его концентрация постепенно увеличивалась, вероятно, вследствие обогащения из-за испарения части водорода в криогенном сосуде.
В таблице представлены результаты измерений растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде, являющиеся средними арифметическими значениями из 5…10 параллельных анализов.
Таблица
Значения растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде
Температура, К
22,3
23,2
23,8
24,4
25,5
26,6
27,0
Растворимость, ppbᵥ
2,51
5,01
7,94
13,2
28,8
60,3
75,9
Границы относительных средних квадратических погрешностей результатов измерений составляют не более ±12% при доверительной вероятности Р=0,95.
В исследованном интервале параметров с относительной погрешностью не более 9% температурная зависимость растворимости передаётся эмпирическим уравнением следующего вида:
\[\lg{X}_{2}=9,102\frac{194,9}{T} ,\]
где ${X}_{2}$ — растворимость твёрдого кислорода в жидком водороде, ppbᵥ;
$T$ — абсолютная температура, К.Полученные в настоящей работе данные согласуются с информацией [3] о растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде. Наблюдаемые отклонения не превышают 20% отн.
Таким образом, можно утверждать вполне обоснованно, что при обращении с жидким водородом необходимо быть внимательным вследствие весьма малой растворимости в нём кислорода, исчисляемой уровнем биллионных долей.
Так, если какая-либо фирма предлагает агрегат ожижения водорода, «на штуцере» которого нормируется содержание кислорода в продукте на уровне 1 ppmᵥ, а такое мы наблюдали воочию, то находиться вблизи такого агрегата в период его работы мы бы не рекомендовали. В равной мере это относится и к приёмному резервуару для такого водорода. Действительно, если его вместимость, скажем, 45 м³ жидкого водорода, а заполнение ведётся с открытым газосбросом, то при хороших погодных условиях (атмосферное давление 760 мм.рт.ст.) в растворённом виде в резервуаре после полного его заполнения будет находиться приблизительно 16 мг кислорода. В твёрдом же виде здесь может оказаться 52 г кислорода. А что будет, если вместимость приёмного сосуда, скажем, 1000 м³? Очевидно, упомянутая норма допустимого содержания кислорода в таком случае не может рассматриваться приемлемой.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При обращении с жидким водородом весьма реальны ситуации, когда содержание в нём кислорода превышает уровень его растворимости. В таком случае определённая часть кислорода будет находиться в твёрдом состоянии. Плотность твёрдого кислорода приблизительно в 15,6 раз больше плотности жидкого водорода. Данное обстоятельство в сочетании с низким уровнем растворимости должны способствовать осаждению и накоплению твёрдого кислорода в жидководородных системах. Накопление значительной массы твёрдого кислорода в контакте с водородом может приводить к трагическим последствиям.
Полученные в настоящей работе экспериментальные данные о растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде могут послужить основой для объективной оценки норм допустимого содержания кислорода в жидком водороде в процессе осуществления с ним тех или иных технологических операций, а в ряде случаев – основой для корректировки параметров ведения технологических процессов в направлении минимизации накапливаемых масс твёрдого кислорода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Морозов В.С., Морозов Д.В. Отбор проб жидкого водорода на анализ // Технические газы – 2003.-в печати.
2. Есельсон Б.Н., Благой Ю.П., Григорьев В.Н. и др. Свойства жидкого и твёрдого водорода, Издательство стандартов справочные обзоры, № 1, М.-1969-136 с.
3. Khristenko Yu., Tomilin V. The safety provision during venting of gaseous hydrogen to atmosphere at the liquid propellant rocket engine test stand complex using LH2 + LOX // International Journal of Hydrogen Energy.-1999.-№24.-c. 677-685.
4. Морозов В.С., Морозов Д.В., Морозов Е.В. О растворимости азота в жидком водороде и его очистка адсорбцией // Технические газы – 2003 –в печати
- Водород особо чистый 33 Физико-химические показатели и цены на водород особой чистоты (ОСЧ) выпускаемый по ТУ 2114-016-78538315-2008. Паспорт на водород ОСЧ. Прайс-лист с ценами на водород ОСЧКонтекст фразы в тексте
ВОДОРОД ОСОБО ЧИСТЫЙ
Физико-химические показатели серийной продукции, выпускаемой в производстве ООО НПК «Наука» по техническим условиям ТУ 2114-016-78538315-2008 «Водород особо чистый» представлены в таблице 1.
Таблица 1
Физико-химические показатели водорода особой чистоты, выпускаемого по ТУ 2114-016-78538315-2008
Наименование показателя, размерность
Норма для марок
«А»
«Б»
«В»
1. Объёмная доля водорода в пересчете на сухое вещество, %, не менее
99,99999
99,9999
99,999
2. Объёмная доля кислорода, млн⁻¹ (ppmᵥ), не более
0,02
0,2
2
3. Объемная доля азота, млн⁻¹ (ppmᵥ), не более
0,08
0,8
8
4. Объёмная доля влаги, млн⁻¹, не более (точка росы, °С при 101,3 кПа, не выше)
0,5
(минус 80)2
(минус 71)10
(минус 60)
Рис.1 Паспорт Водород ОСЧ, марка А
Тарой для продукционного водорода служат обычные стальные 40-литровые водородные баллоны россыпью или сгруппированные в контейнеры из 8, 12 или 36 баллонов. При этом каждый баллон перед его первичным заполнением подвергается подготовке с целью удаления из него влаги и газовых примесей. При соблюдении правил эксплуатации таких баллонов, что проверяется при входном их контроле, повторная подготовка не требуется в течение времени до очередного технического освидетельствования баллона. Чем выше требования к чистоте водорода в баллоне, тем более тщательно он должен быть подготовлен к заполнению.
Рис.2 Баллоны для водорода ОСЧ
Соответственно, чем чище водород, тем выше его цена и больше стоимость подготовки баллонов к заполнению.
Гарантии соответствия показателей качества выпускаемого особо чистого водорода установленным нормам обеспечиваются реализацией сплошного контроля качества продукции, который предусматривает анализ проб из каждого баллона, при строгом соблюдении требований технологического регламента, разработанного и утвержденного в установленном порядке.
Для формирования собственного мнения о предсказуемости политики ценообразования на газообразный водород особой чистоты (ОСЧ), предприятиям-потребителям предлагается ознакомиться с историей изменения цен за более чем 10-летний период, отображенный в виджете цен на водород особой чистоты.
По состоянию на 01.01.2023 г. цены на водород ОСЧ различных марок и стоимость работ по подготовке баллонов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Цены на водород особой чистоты, выпускаемый по ТУ 2114-016-78538315-2008
Наименование
Единица измерения
Цена. НДС не облагается
1. Водород марка «А» (99,99999%)
м³
1750
2. Водород марка «Б» (99,9999%)
м³
1460
3. Водород марка «В» (99,999%)
м³
1110
4. Водород марка «А» (99,99999%) (с подготовкой баллона к заполнению)
м³
2630
5. Водород марка «Б» (99,9999%) (с подготовкой баллона к заполнению)
м³
2200
6. Водород марка «В» (99,999%) (с подготовкой баллона к заполнению)
м³
1580
7. Подготовка баллонов к заполнению водородом марки «А»
шт
5016
8. Подготовка баллонов к заполнению водородом марки «Б»
шт
4218
9. Подготовка баллонов к заполнению водородом марки «В»
шт
2679
Прайс-лист «Водород особо чистый» (c 01.01.2023 г.)
Прайс-лист «Водород особо чистый» (c 01.01.2022 г.)
Прайс-лист «Водород особо чистый» (c 01.01.2021 г.)
Прайс-лист «Водород особо чистый» (c 01.01.2020 г.)
Прайс-лист «Водород особо чистый» (c 01.01.2019 г.)
ТУ 2114-016-78538315-2008 Водород особо чистый
ТУ 2114-016-78538315-2008 Паспорт безопасности химической продукции
ТУ 2114-016-78538315-2008 Пояснительная записка
Схема проезда к складу готовой продукции участка по производству водорода ОСЧ
- Отбор проб жидкого водорода на анализ 43 Жидкий водород как криопродукт нуждается в аналитическом контроле его чистоты. Обязательным элементом в таком контроле является пробоотборное устройство. Приведено описание оригинальной конструкции непрерывного капиллярного пробоотборника. Полученные с применением такого пробоотборника результаты анализов насыщенных растворов твёрдого азота в жидком водороде практически совпадают с полученными ранее данными о его растворимости. Это служит основанием рекомендовать созданный пробоотборник в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода.Контекст фразы в тексте
УДК 541.183
В.С. Морозов, Д.В. Морозов, Е.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука»
129226, Россия, г. Москва, ул. Сельскохозяйственная, 12.ОТБОР ПРОБ ЖИДКОГО ВОДОРОДА НА АНАЛИЗ
Жидкий водород как криопродукт нуждается в аналитическом контроле его чистоты. Обязательным элементом в таком контроле является пробоотборное устройство. Приведено описание оригинальной конструкции непрерывного капиллярного пробоотборника. Полученные с применением такого пробоотборника результаты анализов насыщенных растворов твёрдого азота в жидком водороде практически совпадают с полученными ранее данными о его растворимости. Это служит основанием рекомендовать созданный пробоотборник в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода.
Ключевые слова: водород жидкий, примеси, анализ, отбор проб.
It is necessary to control analytically the purity of liquid hydrogen as crioproduct. Device for making choice of samples is a required element of such control. Here is description of original design of continuous capillary device for making choice of samples. The results of analysis of насыщенных solutes of solid nitrogen received with the use of such device for making choice of samples practically coincide with its dissolubility data received earlier. All the above allows to recommend constructed device for making choice of samples for analytical control of liquid hydrogen purity.
Key words: liquid hydrogen, admixtures, analysis, sample choice.
I. ВВЕДЕНИЕ
В научно-технической и патентной литературе приводятся описания целого ряда пробоотборных устройств для анализа криогенных жидкостей: стационарных, съёмных, переносных, со смотровыми окнами, автоматических и т.п. Такое обилие, к сожалению, не является следствием полного решения задачи пробоотбора в рассматриваемой области техники. Скорее наоборот – это отражение трудностей при создании средств пробоотбора в условиях, когда отсутствуют стандартные образцы состава анализируемых жидкостей для метрологической аттестации пробоотборников.
Рисунок 1. Температурная зависимость коэффициента распределения азота между соприкасающимися жидкой и паровой фазами водорода
Цель настоящей работы – экспериментальное определение возможности использования непрерывного капиллярного пробоотборного устройства для анализа жидкого водорода на содержание в нём кристаллизующихся примесей. В качестве характерного представителя таких примесей выбран азот, обладающий по данным [1] такой растворимостью в жидком водороде, что стадия газового анализа на хроматографе «Луч-6.7» реализуется в наиболее простом варианте с минимальной длительностью аналитического цикла и минимальной погрешностью измерений.
II. КАПИЛЛЯРНЫЙ ПРОБООТБОРНИК
На рис. 1 представлены рассчитанные нами оценочные значения коэффициентов распределения азота между соприкасающимися жидкой и паровой фазами водорода. Видим, что в процессе испарения жидкого водорода обеднение паровой его фазы азотом может составлять, в зависимости от температуры, от нескольких тысяч до нескольких миллионов раз.
В капиллярном пробоотборнике возможное отличие составов исходной и испарённой жидкости вследствие фазовых превращений минимизируется реализацией двух основных мероприятий. Во-первых, термостатированием капилляра частью потока анализируемой жидкости. Во-вторых, испарением выходящей из капилляра жидкости (вместе с примесями) путём взаимодействия с теплоподводящей стенкой, имеющей температуру более высокую, чем температура кристаллизации данной примеси при данной её концентрации в жидкости. Конкретно для азота — температура его кристаллизации из газовой фазы в интересующей нас области концентраций, по нашим оценкам, составляет приблизительно 35 К.
На рис. 2 изображён созданный нами капиллярный пробоотборник для анализа криогенных жидкостей, в том числе жидкого водорода. Роль теплопроводящей стенки в нём выполняет внутренняя трубка прямоточного теплообменника типа труба в трубе. В качестве теплового агента при этом используют газообразный азот с температурой окружающей среды или термостатирующий поток водорода, подогретый в дополнительном воздушном теплообменнике (на рис. 2 не показан) до температуры окружающей среды. Конструкция пробоотборника съёмная. Габаритные его размеры (260×260×60) мм без капилляра. Масса 450 г. Внутренний диаметр капилляра 1 мм. Его внутренняя поверхность и внутренняя поверхность внутренней трубки теплообменника отполированы химическим способом. Капилляр также съёмный – для обеспечения периодической очистки его внутренней поверхности от каких-либо возможных загрязнений.
Рисунок 2. Пробоотборник
Такие пробоотборники применяли в работе [2] для анализа закиси азота в жидком кислороде. Однако, для обоснованного их использования при анализе жидкого водорода посчитали необходимым провести описанные ниже испытания с полной имитацией рабочих условий применения.
III. ИСПЫТАНИЯ ПРОБООТБОРНИКА
На рис. 3 изображена принципиальная пневмогидравлическая схема стенда для испытаний пробоотборников путём анализа насыщенных растворов твёрдого азота в жидком водороде и последующего сопоставления полученных результатов с данными о его растворимости при параметрах опыта.
Стенд собран на базе 25-литрового криогенного сосуда 1, оснащённого имеющей вакуумную изоляцию трубкой 3 выдачи жидкого водорода на анализ. К выходу этой трубки подстыкован исследуемый капиллярный пробоотборник 6 и линия от баллона 4 с 10%-ной смесью азота в водороде. Приблизительно 10 литров этой смеси (1,25 г N₂) вводили в жидкий водород по трубке 3 и стакан 2, заполненный металловойлочным фильтром и спирально свёрнутым тампоном из латунной сетки. Регулятором давления РД типа «до себя» устанавливали давление опыта по показаниям манометра М1. Предупреждая проявление стратификации, жидкий водород непрерывно перемешивали барботированием чистого газообразного водорода из баллона 5. Приготовленный таким способом раствор азота в жидком водороде направляли через пробоотборник открытием вентилей В3 и В4.
Рисунок 3. Принципиальная пневматическая схема стенда для испытания пробоотборников:
1 - криогенный сосуд; 2 - стакан; 3 - трубка выдачи жидкости; 4 - баллон со смесью азота в водороде; 5 - теплообменник; 6 - капиллярный пробоотборник; 7 - баллон с чистым водородом; РД - регулятор давления; В1...В4 - вентили; F1...F4 - индикаторы расхода.Поток водорода величиной приблизительно 2 нм³/ч, устанавливаемый открытием вентиля В3 по показаниям индикатора расхода F3, в жидком виде (в трубке 3) выполнял роль термостатирующего капилляр потока. В теплообменнике 5 этот поток газифицировался, нагревался до температуры окружающей среды и поступал в наружную трубку пробоотборника, выполняя роль греющего газа.
Анализируемый поток водорода величиной приблизительно 1,5 нм³/ч, устанавливаемый вентилем В4 по индикатору расхода F4, после прохождения капилляра газифицировался вместе с примесью азота в пробоотборнике, нагревался и поступал частично в хроматограф 8 на анализ и остальное на сброс.
Гидравлическое сопротивление схемы по показаниям образцовых манометров М1 и М2 класса точности 0,4 с верхним пределом измерений 4,0 кГс/см² не превышало 0,04 кГс/см².
Анализировали полученные растворы на хроматографе «Луч-6.7» с одной ступенью обогащения. При этом длительность одного аналитического цикла составляла приблизительно 7 мин. Градуировали хроматограф непосредственно перед измерениями и повторно, для проверки стабильности, по их окончании.
Проведено три серии по 7-10 измерений в каждой, соответственно, при абсолютном давлении в криогенном сосуде 192 кПа, 258 кПа и 293 кПа. Используемый жидкий водород содержал приблизительно 50% параводорода. По нашим оценкам, отождествление его температуры кипения с температурой кипения нормального водорода (25% парамодификации) может привести к погрешности определения температуры не более 0,1 К, что является допустимым. Таким образом, по данным [3] о давлении насыщенных паров нормального жидкого водорода значением указанных выше давлений соответствуют температуры опытов 22,7 К, 23,8 К и 24,6 К.
В таблице представлено сопоставление полученных средних арифметических значений результатов измерений с данными [1] о растворимости твёрдого азота в жидком водороде. При соответствующих температурах. Если учесть погрешности, связанные с приготовлением насыщенных растворов, со стадией газового анализа, а также погрешность данных о растворимости, то наблюдаемые отклонения не дают пищи для каких-либо оценок погрешностей анализа, вносимых собственно стадией пробоотбора. Можно только утверждать, что величина таких погрешностей не превышает значений рассмотренных отклонений.
Таким образом, результаты испытаний созданного капиллярного пробоотборника можно отнести к положительным, и также пробоотборники можно рекомендовать для использования при определении чистоты жидкого водорода на содержание в нём кристаллизующихся примесей. Очевидно, также и для контроля подобных примесей в других криогенных жидкостях.
Таблица
Сопоставление результатов измерений с данными о растворимости твёрдого азота в жидком водороде
Температура опыта, К
Объёмная доля азота, ppmᵥ
Относительное отклонение, %
$\delta = \frac{\bar{x}-{x}_{нас}}{{x}_{нас}}100$по результатам измерений
$\bar{x}$Значение растворимости по
[1]${x}_{нас}$22,7
1,98
2,17
-8,7
23,8
3,90
3,94
-1,0
24,6
5,48
5,89
-7,0
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленную в настоящей работе информацию можно рассматривать с нескольких точек зрения.
Прежде всего, рекомендации относительно практического использования разработанной конструкции пробоотборного устройства для анализа криогенных жидкостей на содержание в них кристаллизующихся примесей можно отнести к разряду обоснованных.
С другой стороны, представленные результаты являются дополнительным подтверждением достоверности полученных ранее [1] данных о растворимости твёрдого азота в жидком водороде.
И наконец, задействованная в испытаниях техника и методика эксперимента в состоянии обеспечить получение насыщенных растворов отверждаемых примесей в жидком водороде. Некоторая неопределённость данного утверждения, в части номенклатуры определяемых примесей, нуждается в дополнительном его экспериментальном подтверждении. В первую очередь это касается такой примеси в жидком водороде как кислород. Надеемся в ближайшее время заняться и такой проблемой как анализ примеси кислорода в жидком водороде, тем более что основным назначением хроматографа «Луч–6.7» является определение не только примеси азота в водороде, но и кислорода в нём с нижним пределом его обнаружения 2·10⁻⁸%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Морозов В.С., Морозов Д.В., Морозов Е.В. О растворимости азота в жидком водороде и его очистка адсорбцией // Технические газы – 2003 –в печати
2. Морозов В.С., Морозов Д.В. Адсорбционная очистка жидкого кислорода от закиси азота // Технические газы – 2003.-в печати.
3. Есельсон Б.Н., Благой Ю.П., Григорьев В.Н. и др. Свойства жидкого и твёрдого водорода, Издательство стандартов справочные обзоры, № 1, М.1969, с. -136
- Установки финишной очистки технических газов 23 Представлено краткое описание освоенных в производстве установок финишной очистки технических газов. Такие установки являются эффективным средством получения действительно особо чистых газов и успешно эксплуатируются на различных предприятиях, в том числе при реализации новых высоких технологий. Они имеют разную степень сложности и разный уровень автоматизации. В качестве характерного примера полностью автоматизированного изделия может служить описанная более подробно установка финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А»Контекст фразы в тексте
Опубликована в журнале "Технические газы" – 2005. -№ 6.- с. 58-61.
Е.В. Морозов, Я.В. Морозов, В.С. Морозов, Д.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука», ул. Сельскохозяйственная, 12, г. Москва, 129226, РФ
e-mail: nauca@nauca.ruУСТАНОВКИ ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ
Представлено краткое описание освоенных в производстве установок финишной очистки технических газов. Такие установки являются эффективным средством получения действительно особо чистых газов и успешно эксплуатируются на различных предприятиях, в том числе при реализации новых высоких технологий. Они имеют разную степень сложности и разный уровень автоматизации. В качестве характерного примера полностью автоматизированного изделия может служить описанная более подробно установка финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А».
Ключевые слова:очистка газов финишная, установки очистки газов, установка очистки водорода автоматическая.
Here is the short description of the plants of final purification of technical gases, applied in production procedure. These plants are considered as effective devices for obtaining the extra pure gases and successfully used at different enterprises, also when actualizing new high technologies. They have different complexity rates and different levels of automation. The plant of hydrogen final purification «VERA-50/10A» described in details can serve for character example of totally automated product.
Key words:gases final purification, plants of gases purification, automated plant of hydrogen purification.
I. ВВЕДЕНИЕ
Результаты реализации процессов в области новых высоких технологий зависят от степени чистоты используемых газов. Значения норм допустимого содержания химических примесей здесь зачастую исчисляется уровнем биллионных долей, а механических примесей с размером частиц более 0,01 мкм – уровнем трёх штук в сотне литров газа.
Действующие промышленные системы газообеспечения особо чистыми газами объектов их потребления, как правило, имеют в своём составе централизованные системы очистки исходного сырья, магистральные трубопроводы и системы газораспределения между точками потребления. Результаты обследования таких систем показывают, что в процессах транспортирования и газораспределения наблюдаются загрязнения даже изначально чистых газов примесями основных компонентов воздуха, влагой, а так же механическими примесями.
Практика показывает, что наиболее эффективным способом решения возникающей проблемы является использование финишных средств очистки газов. Финишных не только в смысле их расположения в непосредственной близости от точек потребления газов, но так же в смысле окончательного и глубокого удаления вредных примесей, в том числе являющихся следствием загрязнения газов на пути их движения от источника к месту потребления.
В настоящем сообщении приводится общая характеристика освоенных в производстве установок финишной очистки газов и в качестве примера полностью автоматизированного изделия – описание установки финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А».
II. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСТАНОВОК ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
Многолетняя практика изготовления и внедрения установок финишной очистки газов и их смесей показала, что в каждом конкретном случае необходимо учитывать специфические особенности существующих или проектируемых систем газопотребления Заказчика. При этом наибольшим спросом пользуются ставшие типовыми установки, значения основных технологических параметров которых представлены в табл. 1.
Таблица 1
Основные технологические параметры установок финишной очистки газов
Очищаемые газы
H₂, N₂, Ar, He, O₂, воздух, смеси Ar-He, N₂-He, Ar-N₂, N₂-H₂
Диапазон производительности, нм³/ч
От 0,05 до 50
Диапазон рабочего давления, МПа
От 0,05 до 15
Объёмные доли О₂ и влаги в очищенном газе, не более
От 0,5 ppbᵥ до 1 ppmᵥ
Эффективность очистки от механических частиц размером более 0,01 мкм, не хуже, %
99,99999
Принцип действия установок сорбционно-каталитический или криоадсорбционный.
Сорбционно-каталитические установки предназначены для тонкой очистки газов и их смесей от кислорода, влаги и мехпримесей. При очистке азота, аргона, гелия и их смесей удаляются также примеси оксида и диоксида углерода.
Криоадсорбционные установки предназначены для очистки водорода или гелия от влаги, основных компонентов воздуха и углеводородов. При очистке водорода не удаляются примеси гелия и неона, а при очистке гелия – примеси водорода и неона.
Установки, как непрерывного действия, так и периодического – в расчёте на определённое количество очищаемого газа, после чего реализуется регенерация поглотителей примесей в аппаратах. Установки непрерывного действия – стационарные. Периодического – как стационарные, так и переносные.
В основу работы установок положены проверенные в ходе длительной эксплуатации технические решения и результаты собственных разработок в области катализаторов и сорбентов. Аппараты оригинальной конструкции, не требующие перезагрузки наполнителей в течение всего срока службы установок. При изготовлении аппаратов используются трубы из нержавеющей стали диаметром менее 150 мм, так что «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» на них не распространяются. Применяются сертифицированные датчики давления, температуры, регуляторы, элементы электрооборудования и газоаналитические приборы. Управление работой в установках как ручное, так и частично или полностью автоматизированное.
III. АВТОМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ВОДОРОДА «ВЕРА-50/10А»
Установка «ВЕРА-50/10А» предназначена для глубокой очистки водорода от кислорода, влаги и мехпримесей и используется в производствах изделий электронной техники, в электроламповых производствах, при получении ультрадисперсных порошков металлов и т. п. Принципиальная технологическая схема установки представлена на рис.1.
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема установки «ВЕРА-50/10А»: AV-1…AV-11- пневмоуправляемые клапаны; V-1…V-4- запорные вентили; C1 и C2- вентиляторы; КО- обратный клапан.
Основные технические характеристики таких установок представлены в табл. 2.
Таблица 2
Основные технические характеристики установки финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А».
Наименование параметра
Размерность параметра
Значение параметра
Диапазон производительности
нм³/ч
0-50
Диапазон рабочего давления
МПа
0,5 - 1,0
Объёмные доли примесей на входе в установку:
- О₂
- влага
ppmᵥ
ppmᵥ
1000
2000Объёмные доли примесей на выходе из установки:
- О₂
- влага
ppbᵥ
ppbᵥ
0,5
4Число частиц мехпримесей размером более 0,01 мкм:
- в подаваемом на очистку водороде
- в очищенном водородешт/ндм³
Не норм.
0,01Расход охлаждающей воды, не более
нм³/час
0,5
Электропитание переменным током:
- напряжение
- частота
- максимальная потребляемая мощность
В
Гц
кВт
220
50
3,0Габаритные размеры (длинна х ширина х высота), не более
м
0,9х0,9х1,9
Масса, не более
кг
350
Средний срок службы, не менее
лет
8
Очистка от кислорода в установках осуществляется непрерывно путём его каталитического гидрирования. Осушка – адсорбцией влаги силикагелем или молекулярными ситами в периодически переключаемых на регенерацию аппаратах. Выбор используемого адсорбента определяется максимальными значениями объёмных долей указанных примесей в исходном газе. Силикагель используется при их высоких значениях, благодаря более высокой при этом его адсорбционной ёмкости, чем у молекулярных сит. Адсорбционные аппараты снабжены наружным электрообогревом, теплоизоляцией и системой принудительного охлаждения по окончании процесса регенерации адсорбента. Очистка от механических примесей осуществляется применением стандартных финишных фильтров Уральского электрохимического комбината.
В газовой схеме на основных технологических потоках используются сильфонные пневмоуправляемые клапаны. При пуске установки в работу предусмотрен плавный набор давления с последовательной заменой имеющейся в аппаратах среды сначала на азотную и далее – на рабочую водородную. При остановке или аварийной ситуации предусмотрена замена водородной среды на азотную.
Автоматический режим работы установки, контроль параметров, система сигнализации и блокировок обеспечивается системой состоящей из:
- панельной рабочей станции типа PPC;
- модуля вывода дискретных каналов;
- модулей ввода аналогового сигнала;
- модуля ввода-вывода дискретных каналов;
- преобразователя интерфейса RS232/RS485;
- программного обеспечения;
- датчиков давления, температуры, расхода, уровня и объемной доли водорода в пределах периметра установки.Программное обеспечение, разработанное собственными силами, обеспечивает управление технологическими процессами как в ручном, так и в полностью автоматическом режимах в пределах задаваемых и контролируемых параметров.
На передней панели корпуса установки (рис. 2) расположен 12,1" TFT LCD монитор с сенсорным экраном, кнопка включения сети, кнопка «стоп» установки, панель гигрометра и световая сигнализация «ВНИМАНИЕ» и «АВАРИЯ».
Рисунок 2. Внешний вид установки «ВЕРА-50/10А».
На мониторе панельной рабочей станции (рис 3) отображается технологическая схема установки, положение клапанов, состояние аппаратов и значения всех контролируемых параметров в режиме реального времени.
Рисунок 3. Внешний вид экрана.
В нижней части экрана находится меню пользователя, с помощью которого он может настроить технологические параметры, управлять работой установки вручную, контролировать динамику изменения различных технологических параметров. Для этого достаточно войти в соответствующий раздел меню. Дружественный интерфейс программного обеспечения позволяет эксплуатационному персоналу быстро освоить и правильно эксплуатировать установку.
Разработанная и проверенная система сигнализаций и блокировок обеспечивает безопасную эксплуатацию установки даже в случае неверных действий обслуживающего персонала.
Результаты наблюдений показывают, что качество очищенного водорода по остаточному содержанию в нём кислорода соответствует значению нижней границы диапазона измерений хроматографа «Луч-6.7» (Госреестр № 23889-02), равному 0,5 ppbᵥ. Содержание влаги соответствует значению нижней границы диапазона измерений гигрометра «Ива-9» (Госреестр № 26634-04), равному 4 ppbᵥ при давлении 1,0 МПа (минус 106°С точки росы при давлении 101,3 кПа). Отдельные измерения влажности, выполненные гигрометром PANAMETRICS, приводят к результатам ниже минус 110°С точки росы при давлении 101,3 кПа. Такие результаты наблюдают вне зависимости от типа используемого для осушки адсорбента, что согласуется с данными работы [1]. Сведения о запылённости очищенного водорода основываются на паспортных данных используемых фильтров.
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение известных приёмов сохранения чистоты особо чистых газов в процессе их движения от источника к месту потребления (путём использования электрополированных труб, спецарматуры, хитроумных соединений, продуваемых тупиков и т.п.) не всегда себя оправдывает. Действительно эффективным является использование финишных средств очистки газов, в частности описанных в данной работе. Такие средства имеют разный уровень автоматизации, в том числе являются полностью автоматизированными. Характерной особенностью таких средств является то, что они гарантируют необходимое неизменно высокое качество газа в точках потребления, в том числе вне зависимости от изменений состава газа в его источнике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Морозов В.С., Морозов Е.В., Вихрова С.В., Рутенберг О.Л., Фаткудинова Ш.Р. /Остаточное содержание влаги в воздухе, осушенном силикагелем// Технические газы. – 2005. -№ 6.- с. 34-36.
2. Морозов В.С., Морозов Д.В., Морозов Е.В., Демешев С.Г., /Водород чистый как побочный продукт производства водорода технического// Технические газы. – 2005. -№ 5.- с. 38-40.
- Генераторы динамические поверочных газовых смесей 25 Определенным вкладом в решение проблемы приготовления поверочных газовых смесей являются выпускаемые ЗАО НТА «Наука» установки газосмесительные «ГСУ-6.7» (Госреестр №27207-04), в которых реализуется метод динамического смешения составляющих компонентов. Такие установки применяют для градуировки, калибровки, поверки средств измерений объемной (молярной) доли определяемых компонентов в газовых средах, аттестации методик выполнения измерений, а также в научных исследованиях.Контекст фразы в тексте
Опубликована в журнале «Законодательная и прикладная метрология» – 2005. -№ 5.- с. 38-42.
О.Л. Рутенберг, Ш.Р. Фаткудинова, С.В Вихрова
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, ул. Озёрная, д.46, г. Москва, 119361, РФВ.С. Морозов, Е.В. Морозов, Д.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука»
129226, Россия, г. Москва, ул. Сельскохозяйственная, 12.ГЕНЕРАТОРЫ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОВЕРОЧНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Определенным вкладом в решение проблемы приготовления поверочных газовых смесей являются выпускаемые ЗАО НТА «Наука» установки газосмесительные «ГСУ-6.7» (Госреестр №27207-04), в которых реализуется метод динамического смешения составляющих компонентов. Такие установки применяют для градуировки, калибровки, поверки средств измерений объемной (молярной) доли определяемых компонентов в газовых средах, аттестации методик выполнения измерений, а также в научных исследованиях.
Для приготовления смесей посредством таких установок необходимы чистый газ-разбавитель и дозируемый в него газ с установленной объемной долей определяемого компонента. Неоспоримыми удобствами для пользователей являются создаваемые на основе установок «ГСУ-6.7» динамические генераторы поверочных газовых смесей, в которых одновременно решены вопросы получения газов-разбавителей необходимой чистоты.
В настоящем сообщении приводится краткое описание сущности работы и основных характеристик установок «ГСУ-6.7», а также примеров их практического применения в виде динамических генераторов газовых смесей, в состав которых входят средства тонкой очистки газов — разбавителей.
Сущность работы и основные характеристики установок ГСУ-6.7
Установки газосмесительные «ГСУ-6.7» включают в себя (рис.1) линию дозируемого газа А и соединенную с ней посредством капилляра К линию газа-разбавителя Б. Установки снабжены образцовыми манометрами М1 и М2, регуляторами давления РДГ1 и РДГ2 и смесителем СМ.
Рис. 1. Принципиальная газовая схема установки «ГСУ-6.7»:
А – линия дозируемого газа; Б – линия газа – разбавителя; К – капилляр; М1 и М2 – манометры; СМ – смеситель; РДГ1 и РДГ2 – регуляторы давления.При работе установки дозируемый газ перетекает через капилляр К в газ-разбавитель под действием перепада давлений в линиях А и Б. В смесителе СМ полученная смесь дозируемого газа и газа-разбавителя приводится к однородному составу и далее подается на потребление и частично – на сброс через регулятор РДГ2.
Основу расчета состава смеси составляет материальный баланс по определяемому компоненту в дозируемом газе, газе-разбавителе и полученной смеси. Если газ-разбавитель чистый относительно определяемого компонента, то уравнение материального баланса можно записать в виде:
\begin{equation}x_{i,см}=x_{i,дг}·\frac{Q_{0,дг}}{Q_{0,см}},\end{equation}
где $x_{i,дг}$ и $x_{i,см}$ — объемные доли определяемого компонента i, соответственно, в дозируемом газе и в смеси;
$Q_{0,дг}$ и $Q_{0,см}$ — расходы, соответственно, дозируемого газа и смеси при нормальных условиях 0°С и 101,3 кПа (индекс 0).Для расчета $x_{i,см}$ по (1) значение $x_{i,дг}$ устанавливают по паспортным данным на дозируемый газ или измеряют в процессе приготовления смеси контрольным газоанализатором. Значение $Q_{0,см}$ является результатом измерения расхода смеси посредством газового счетчика, входящего в комплект установки. Для определения $Q_{0,дг}$ поступают, исходя из следующего.
Дозирование осуществляют при обычной температуре в области давлений, при которых поведение дозируемого газа подчиняется законам идеального газа и вязкостный режим его течения через капилляр описывается законом Гагена-Пуазейля с учетом температурной зависимости вязкости в соответствии с уравнением Сезерленда. В таком случае:
\begin{equation}Q_{0,дг}=\frac{K}{\eta_{0,дг}}·\left ( \frac{T+C_{дг}}{T_{0}+C_{дг}} \right )·\left ( \frac{T_{0}}{T} \right )^{\frac{5}{2}}·\left ( P_{1}^{2}-P_{2}^{2} \right ),\end{equation}
где $0,дг$ — вязкость дозируемого газа при нормальных условиях;
$C_{дг}$ — константа Сезерленда, определяемая природой газа;
$T$ и $T_{0}$ — соответственно, абсолютная температура капилляра и нормальная 273,15К;
$P_{1}$ и $P_{2}$ — соответственно, абсолютные давления дозируемого газа и смеси;
$K$ – коэффициент проницаемости капилляра, численное значение которого определяется его формой и геометрическими размерами.Точный теоретический расчет $K_{ }$ не представляется возможным. Поэтому его значение определяют путем градуировки. Градуировку выполняют измерением $0,дг$ микропипеткой 0,1 см³ или 0,2 см³ по скорости движения в ней под действием выходящего из капилляра газа пробки этанола или устройством УИРГ. Далее вычисляют $K_{ }$ в соответствии с уравнением (2), преобразованным к виду:
\begin{equation} K=\frac{Q_{0,дг}·\eta_{0,дг}} {P_{1}^{2}-P_{б}^{2}}·\left ( \frac{T_{0}+C_{дг}}{T+C_{дг}} \right )·\left ( \frac{T}{T_{0}} \right )^{\frac{5}{2}},\end{equation}
где $P_{б}$ — барометрическое давление.Границы допускаемой относительной погрешности определения $К_{ }$ составляют ±3,3% при доверительной вероятности $Р=0,95$.
Подстановкой (2) в (1) получим следующее уравнение:
\begin{equation} x_{i,см}=\frac{x_{i,дг}·K}{Q_{0,см}·\eta_{0,дг} }·\left ( \frac{T_{0}}{T} \right )^{\frac{5}{2}}·\left ( P_{1}^{2}-P_{2}^{2} \right )\end{equation}позволяющее вычислять $x_{i,см}$. При этом границы допускаемой относительной погрешности $\theta\left(x_{i,см}\right)$ определения $x_{i,см}$ при доверительной вероятности $P=0,95$ составляют
\begin{equation}\theta \left ( x_{i,см} \right )=\pm \sqrt{23,6+\theta^{2} \left ( x_{i,дг} \right )},\end{equation}
где ($x_{i,дг}$) – относительная погрешность объемной доли определяемого компонента в дозируемом газе.В качестве дозируемых газов могут быть Н₂, N₂, О₂, СО, СН₄, С₂Н₆, инертные газы, воздух под избыточным давлением до 0,4 МПа. Давление смеси может быть до 0,2 МПа. Определяемыми компонентами могут быть указанные дозируемые газы или содержащиеся в них примеси. При этом объемная доля примесей в дозируемом газе не должна превышать 0,1% в водороде, 0,5% - в гелии и 1,0% - в остальных газах. Диапазон значений объемной доли определяемого компонента в приготавливаемых смесях может составлять от 5·10⁻¹⁰% до 20%.
Газом-разбавителем может служить любой газ, содержание определяемого компонента в котором должно быть приблизительно в 50 раз меньше значения $x_{i,см}$. В противном случае результат расчета погрешности смеси по формуле (5) может не соответствовать реальному значению ($x_{i,см}$).
Генераторы динамические газовых смесей «ЭТАЛОН-01»
Генераторы «ЭТАЛОН-01» предназначены для приготовления поверочных газовых смесей на основе глубоко очищенных газов-разбавителей водорода или гелия.
Помимо установки «ГСУ–6.7», в состав генераторов входит установка сверхтонкой очистки водорода «БАЗА–6.7». В установках «БАЗА–6.7» реализуется осушка газа на силикагеле и двухступенчатая очистка от примесей компонентов воздуха и углеводородов на силикагеле и активированном угле при температуре кипения азота. Установки переносные периодического действия с регенерацией адсорбентов посредством съемных электронагревателей. Газ регенерации – воздух или азот. Количество очищаемого газа в пределах одного цикла работы составляет не менее 6 нм³ с расходом до 100 нсм³/с. Установки одинаково эффективны как при очистке водорода, так и при очистке гелия. Значение объемной доли указанных примесей в очищенных газах здесь составляет не более 2·10⁻¹⁰%.
Для иллюстрации возможностей рассматриваемого генератора использовали хроматограф газовый «ЛУЧ–6.7» (Госреестр №23889-02); обеспечивающий измерение объемных долей кислорода и азота в водороде с нижней границей диапазона измерений, соответственно, 5·10⁻⁸% и 2·10⁻⁷%. Границы допускаемой относительной погрешности хроматографа нормированы на уровне 25% при доверительной вероятности $Р=0,95$.
При анализе очищенного водорода каких-либо пиков на хроматограммах при максимальной чувствительности регистрации не обнаруживали. Таким способом убедились, что чистота газа, качество соединительных коммуникаций и фон самого хроматографа соответствуют необходимым условиям приготовления и анализа смесей вблизи нижней границы диапазона измерений хроматографа.
В таблице 1 представлено сопоставление результатов измерений объемных долей кислорода и азота в водороде с их значениями в приготовленных посредством генератора смесях.
Таблица 1
Объемная доля примеси $x$,%
Отклонение, %
$\delta x_{i}=\frac{x_{i}^{'}-x_{i}}{x_{i}}·100$
Приготовлено
Измерено
$x_{O_{2}}·10^{7}$
$x_{N_{2}}·10^{7}$
$x^{'}_{O_{2}}·10^{7}$
$x^{'}_{N_{2}}·10^{7}$
$\delta x_{O_{2}}$
$\delta x_{N_{2}}$
0,76
2,82
0,71
2,75
-7
-3
2,10
5,66
2,20
5,86
5
4
5,20
19,3
5,00
21,0
-4
9
9,90
36,7
9,35
36,0
-6
-2
В качестве дозируемого газа в работе использовали смесь кислорода и азота в гелии с относительной погрешностью объемных долей определяемых компонентов ±3%. Тогда вычисленное по формуле (5) значение погрешности смесей составляет ±6%. По данным табл.1 максимально наблюдаемое отклонение равно 9%, что меньше удвоенного значения погрешности приготовленных смесей. Таким образом, указанное выше нормированное значение относительной погрешности хроматографа можно уменьшить до ±12%.
Генераторы динамические влажного газа «ЭТАЛОН-02»
Генераторы «ЭТАЛОН-02» предназначены для приготовления на основе глубоко осушенных воздуха, азота или аргона поверочных газовых смесей с водяным паром в диапазоне объемных долей влаги от 1·10⁻⁸% до 1·10⁻²%.
Кроме установки газосмесительной «ГСУ–6.7», генераторы содержат систему увлажнения дозируемого газа, контрольный гигрометр и аппарат-осушитель. Аппарат — осушитель обеспечивает осушку газов от начального значения объемной доли влаги не более 0,4% до остаточного значения не более 3·10⁻¹⁰% путем адсорбции влаги на молекулярных ситах. Регенерация адсорбента от влаги осуществляется нагреванием аппарата и его продувкой исходным газом. Время непрерывной работы аппарата в режиме осушки газа не менее 240 ч с расходом до 100 нсм³/с.
Наличие такой системы осушки позволяет не только создавать смеси с весьма малыми значениями объёмной доли влаги, но также выполнять необходимую предварительную сушку гигрометров перед их поверкой. Такая функция генератора является важной, если учитывать длительный характер выхода на рабочий режим измерений непрерывных гигрометров в области низких значений влажности. Так, например, известная компания Artvik, Inc., США в документации на гигрометр модели 5800, обращает внимание пользователей, что время выхода на режим измерений значений объёмной доли влаги ниже 10⁻⁵% составляет (5-7) суток. По нашим данным, и гигрометры непрерывного действия других фирм в указанной области содержаний влаги имеют близкую к гигрометру модели 5800 характеристику времени выхода на рабочий режим измерений при первичном их включении в работу.
Ещё одной важной, на наш взгляд, особенностью рассматриваемого генератора является обеспечение возможности ступенчато изменять влажгость приготавливаемых смесей. Транспортное запаздывание при увеличении влажности составляет приблизительно 1 мин., а при уменьшении – несколько секунд. Для иллюстрации такой возможности генератора использовали гигрометр «ИВА-9» (Госреестр №26634-04). В фиксированный момент времени ступенчато увеличили значение объёмной доли влаги в воздухе на входе в гигрометр от 9,1·10⁻⁶ до 1,35·10⁻⁵%. После выхода гигрометра на стабильные показания уменьшили влажность до прежнего начального значения. На рис. 2 представлены результаты наблюдений за показаниями гигрометра во времени.
Рис. 2. Зависимость показаний гигрометра «Ива-9» от времени:
Ряд 1 — при увеличении влажности; Ряд 2 — при ее уменьшении.Полученные данные позволяют объективно оценить весь необходимый набор динамических характеристик гигрометра. Так время начала реагирования $\tau_{10}$ здесь составляет менее 1 мин., постоянная времени $\tau_{63}$ не более 8 мин., а время переходного процесса $\tau_{90}$ составляет приблизительно 20 мин. Причём, эти характеристики практически одинаковые как при увеличении влажности газа, так и при её уменьшении. Данный факт требует отдельного исследования в связи с указанной выше длительностью процесса сушки гигрометра при первичном его включении в работу.
Генераторы динамические газовых смесей «ЭТАЛОН–03»
Генераторы «ЭТАЛОН–03» предназначены для приготовления поверочных газовых смесей кислорода в азоте, аргоне, гелии.
Наряду с газосмесительной установкой «ГСУ-6.7», генераторы содержат патрон для тонкой очистки газов «БАЗА-03». В таком патроне реализуется осушка газов молекулярными ситами и очистка от кислорода и кислородсодержащих примесей никельсодержащим поглотителем. Патроны переносные периодического действия с регенерацией адсорбента и поглотителя азото-водородной смесью. Количество очищенного газа при исходном содержании в нём примеси кислорода не более 2·10⁻³% составляет не менее 18 нм³. Значение объёмной доли кислорода в очищенном газе не превышает 2·10⁻⁸%.
Для иллюстрации возможностей генератора воспользуемся экспериментальными данными, полученными в ходе испытаний опытного образца газоанализатора «ИСТОК», имеющего нижнюю границу диапазона измерений объёмной доли кислорода в азоте 1·10⁻⁶%.
После продувки газоанализатора очищенным азотом его фоновые показания составляли 1,3·10⁻⁷%, что приблизительно в 10 раз меньше указанной выше нижней границы диапазона измерений и является вполне удовлетворительным.
В табл. 2 представлено сопоставление результатов измерений объёмных долей кислорода в азоте газоанализатором «ИСТОК» с их значениями в приготовленных посредством генератора смесях.
Таблица 2
Объёмная доля кислорода, %
Отклонение, %
$\delta x_{i}=\frac{x_{i}^{'}-x_{i}}{x_{i}}·100$
Приготовлено $x·10^{6}$
Измерено $x^{'}·10^{6}$
1,90
1,73
-9
2,72
2,70
-1
3,57
3,76
5
5,72
6,00
5
Максимальное значение наблюдаемого относительного отклонения по данным таблицы 2 составляет – 9%, что по модулю меньше удвоенного значения погрешности смесей, равного 12. Таким образом, в исследованном диапазоне объёмных долей кислорода в азоте границы допускаемой относительной погрешности газоанализатора можно оценить значением ±12%.
На рис. 3 представлены, для примера, результаты наблюдений за показаниями газоанализатора во времени при ступенчатом изменении объёмной доли кислорода в анализируемом газе на величину 5,8·10⁻⁶%.
Рис. 3. Зависимость показаний газоанализатора «Исток» от времени:
Ряд 1 – при увеличении содержания кислорода; Ряд 2 – при его уменьшении.Полученные данные позволяют, с учётом транспортного запаздывания 1 мин., время начала реагирования газоанализатора при увеличении содержания кислорода $\tau_{10}$ оценить значением менее 30 с, постоянную времени $\tau_{63}$ значением 1,4 мин., при этом время переходного процесса $\tau_{90}$ составит 2,6 мин. При уменьшении объемной доли кислорода значения соответствующих динамических характеристик ещё меньше, чем при увеличении.
Таким образом, реализованный в установках газосмесительных «ГСУ-6.7» метод динамического смешения компонентов объективно обеспечивает приготовление поверочных газовых смесей различной природы в широком диапазоне объёмных долей определяемых компонентов с удовлетворительной погрешностью. Наиболее ярко достоинства метода и аппаратурного его оформления в виде динамических генераторов газовых смесей, в состав которых входят средства очистки, проявляются в области весьма малых значений объёмных долей определяемых компонентов, т. е. в наиболее трудной для других методов области концентраций.
Высокие технические характеристики генераторов сочетаются с простотой их конструкции и эксплуатационными удобствами.
ФГУП ВНИИМС располагает всем комплектом представленной поверочной аппаратуры и выполняет работы по испытаниям, поверке, сертификации газоаналитических приборов и аттестации методик выполнения измерений в области микросодержаний определяемых компонентов.
Контактный телефон (495) 437-94-19.
ЗАО НТА «Наука» принимает заказы на изготовление такой аппаратуры с её первичной (очередной) поверкой во ВНИИМС.
Контактный телефон (495) 411-01-85.
- Установки очистки водорода «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА–40/10А» 18 Установки газоочистки «ВЕРА–40/10А» предназначены для глубокой очистки водорода электролитического происхождения от кислорода, влаги и мехпримесей. Могут устанавливаться для работы непосредственно после электролизной установки. Применяются в производствах изделий электронной техники, в электроламповых производствах, в производствах ультрадисперсных порошков металлов и т.п.Контекст фразы в тексте
УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ ВОДОРОДА «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА–40/10А»
Предназначены для глубокой очистки водорода от кислорода, влаги и мехпримесей.
Рис. Установка очистки
водорода «ВЕРА-40/10»Применяются в производствах изделий электронной техники, в электроламповых производствах, в производствах ультрадисперсных порошков металлов и т.п.
По сущности реализуемых процессов, видам используемых катализаторов и сорбентов и набору основного технологического оборудования установки «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА-40/10А» идентичны. Соответственно, практически одинаковы их технические и массогабаритные характеристики.
Рис. Установка газоочистки
водорода «ВЕРА-40/10А»Очистка водорода от кислорода в установках осуществляется путем его каталитического гидрирования. Очистка от исходно присутствующей и реакционной влаги — путем её адсорбции на силикагеле или молекулярных ситах. Очистка от мехпримесей осуществляется фильтрованием.
Отличаются эти установки только уровнем автоматизации технологических процессов, соответственно, и внешним видом.
В установках «ВЕРА-40/10» автоматизированы температурные режимы и система блокировок. При этом на лицевую панель выведены органы контроля параметров и управления.
В установках «ВЕРА-40/10А» все операции, связанные с их пуском, работой и остановкой, полностью автоматизированы. На лицевой панели корпуса расположен TFT LCD монитор с сенсорным экраном, кнопка включения сети, кнопка "СТОП", панель гигрометра и световая сигнализация "ВНИМАНИЕ" — допустимые отклонения от НТР и "АВАРИЯ" — критические отклонения от НТР.
На сенсорном экране отображаются анимированная технологическая схема установки, положение клапанов, состояние аппаратов и значения всех контролируемых параметров в режиме реального времени. В нижней части экрана располагается меню управления, предназначенное для изменения технологических параметров, управления работой установки вручную, контролирования динамики изменения различных технологических параметров.
Дружественный интерфейс программного обеспечения позволяет эксплуатационному персоналу быстро освоить и правильно эксплуатировать установку.
Рис. Видеокадр установки очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
Проверенная в ходе длительной эксплуатации система управления, сигнализации и блокировок обеспечивает безопасную эксплуатацию установки даже в случае неверных действий обслуживающего персонала.
Установки очистки водорода «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА-40/10А» используют в рамках действующих производств, связанных с применением особо чистого водорода, для замены морально и физически изношенных установок диффузионной очистки водорода (ОДВ). Такое мероприятие приводит к производству целевой продукции стабильно высокого качества. Кроме того установки используются для очистки водорода непосредственно сразу после электролизера.
Таблица
Основные технические характеристики
установок финишной очистки водорода «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА-40/10А»Наименование параметра
Размерность
Величина
Диапазон производительности
нм³/ч
0-40
Диапазон рабочего давления
МПа
0,5-1,0
Объёмные доли примесей на входе в установку:
- О₂
- влага
ppm
ppm
5000
2000Объёмные доли примесей на выходе из установки:
- О₂
- влага
ppm
ppm
0,02
0,1Число частиц мехпримесей размером более 0,01 мкм:
- в подаваемом на очистку водороде
- в очищенном водородешт/ндм³
Не норм.
0,03Расход охлаждающей воды, не более
м³/час
0,2-0,5
Электропитание переменным током:
- напряжение
- частота
- максимальная потребляемая мощность
В
Гц
кВт
220
50
3,0Габаритные размеры (длинна × ширина × высота), не более
м
0,9×0,9×1,9
Масса, не более
кг
250
Средний срок службы, не менее
лет
10
Параметрические данные работы установок очистки водорода, представляющие наибольший интерес, приведены из архивов ведущихся системой автоматического управления САУ «Ключ»® на протяжении всего срока эксплуатации оборудования.
Рис. Источник очищаемого водорода - электролизная установка Hydrogenics HYstat
Рис. Источник очищаемого водорода - электролизная установка СЭУ-40
Аппараты установки изготовлены из труб внутренним диаметром не более 150 мм и «Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением»» (ФНП-ОРПД) на установку не распространяются.
Разрешительная документация
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АЛ16.В.46904
- Технический регламент ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 22.10.2020
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АВ45.В.88725
- Технический регламент ТР ТС 004/2011 "О безопасности низковольтного оборудования"
- Технический регламент ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 07.10.2020
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АЛ16.В.46904
- Методика аттестации анализных коммуникаций, задействованных в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода. 22 Перед вводом в эксплуатацию и далее периодически с интервалом времени не более 1 год анализные коммуникации, задействованные в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода, подвергают испытаниям на отсутствие влияния на результаты измерений натеканий из атмосферы основных компонентов воздуха (кислород, азот), их поступления в анализируемый водород из тупиков и поглощения кислорода вследствие хемосорбционного взаимодействия с возможными загрязнениями поверхностей трубок или арматуры.Контекст фразы в тексте
Ю.А. Кондрашков
ОАО «Криогенмаш»
Д.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука»
129226, Россия, г. Москва, ул. Сельскохозяйственная, 12.Методика аттестации анализных коммуникаций, задействованных в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода
Перед вводом в эксплуатацию и далее периодически с интервалом времени не более 1 год анализные коммуникации, задействованные в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода, подвергают испытаниям на отсутствие влияния на результаты измерений натеканий из атмосферы основных компонентов воздуха (кислород, азот), их поступления в анализируемый водород из тупиков и поглощения кислорода вследствие хемосорбционного взаимодействия с возможными загрязнениями поверхностей трубок или арматуры.
Для получения объективного заключения о пригодности данной конкретной анализной коммуникации, связывающей пробоотборное устройство с аналитическим прибором, для контроля чистоты водорода необходимо и достаточно определить:
— значения величин объемных долей примесей кислорода и азота в прошедшем через анализную коммуникацию особо чистом водороде;
— то же в прошедшей через анализную коммуникацию газовой смеси с известным значением в ней объемной доли микропримеси воздуха.1. Аппаратура и материалы.
— хроматограф для анализа микропримесей в водороде «Луч-6.7(Н)» или «Луч-3М(Н)» — далее в тексте хроматограф (предприятие изготовитель ЗАО НТА «Наука»);
— водород чистотой 99,9999% объемных, дополнительно очищенный в установке сверхтонкой очистки водорода «УСОВ–2/5» (предприятие-изготовитель ЗАО НТА «Наука»);
— поверочная газовая смесь на основе гелия с номинальным значением объемной доли воздуха в нем 1%, приготовленная с относительной погрешностью не более 5%;
— газосмесительная установка «ГСУ-6.7» (предприятие-изготовитель ЗАО НТА «Наука»);
— ротаметр типа ГУЗ с пределами измерения расхода от 400 дм³/час до 2 м³/час;
— вентиль регулировочный Ду-4.2. Подготовка к испытаниям.
2.1. Подготовить к работе аппаратуру, перечисленную в разделе 1, в соответствии с инструкциями по их эксплуатации.
2.2. Ко входу исследуемой анализной коммуникации подключить последовательно «УСОВ-2/5» и «ГСУ-6.7», а к её выходу — хроматограф, непосредственно перед которым установить тройник с отводом водорода на сброс через вентиль Ду-4 и ротаметр.
3. Проведение испытаний.
3.1. Условия окружающей среды должны быть следующие:
— атмосферное давление от 84 до 107 кПа;
— температура окружающей среды вместе расположения «ГСУ-6.7» от 288 до 303К;
— относительная влажность воздуха не более 90%;
— отсутствие веществ, вызывающих коррозию аппаратуры.3.2. Порядок проведения испытаний на отсутствие натекания примесей компонентов воздуха и влияния тупиковых зон.
3.2.1. Включить в работу «УСОВ-2/5» в соответствии с инструкцией по эксплуатации и установить по ротамерту расход водорода в анализной коммуникации не менее 0,5 м³/час.
3.2.2. Через 15 минут включить в работу хроматограф.
3.2.3. Установить расход водорода через анализную коммуникацию соответствующий по величине расходу при анализе жидкого водорода (с учетом расхода через хроматограф).
3.2.4. По истечении не менее одного часа выполнить посредством хроматографа не менее 3-х анализов на содержание примесей кислорода и азота в водороде.
Если содержание примесей в водороде составит не более 2·10⁻⁸% об. по кислороду и не более 2·10⁻⁷% об. по азоту, то анализная коммуникация считается выдержавшей испытание. Более высокий результат свидетельствует о наличии натекания вследствие негерметичностей или непродутых тупиков. Натекание необходимо устранить и повторить испытание.
3.3. Порядок проведения испытаний на отсутствие хемосорбции кислорода.
3.3.1. Включить в работу «ГСУ-6.7» в соответствии с инструкцией по её эксплуатации и создать на входе в анализную коммуникацию газовую смесь водорода с воздухом с содержанием последнего ≈ 1·10⁻⁶% по объёму.
3.3.2. По истечении не менее 30 минут выполнить не менее 3-х анализов газа на содержание в нем кислорода ${X}_{1}$ и азота ${X}_{2}$. По результатам измерений вычислить отношение
\begin{equation}{a}_{1}=\frac{{X}_{1}}{{X}_{2}}\end{equation}
и его среднее значение:\begin{equation}\bar{a}=\frac{1}{n}\sum_{n}^{i-n} {a}_{i}\end{equation}
где ${n}$ - число измерений.Сопоставить полученное значение (2) с соответствующим отношением в воздухе ${a}_{возд.}=3,71$. Если выполняется соотношение:
\begin{equation*}\frac{\left|\bar{a}-{a}_{возд.}\right|}{{a}_{возд.}}\leq 0,1,\end{equation*}
то полученный результат свидетельствует об отсутствии заметного влияния хемосорбции в анализной коммуникации. При получении отрицательного результата хемосорбцию необходимо устранить и повторить испытания начиная с п.3.2. - Установки очистки кислорода «ВЕРА–40/10А(К)» 10 Установки очистки кислорода «ВЕРА–40/10А(К) предназначены для глубокой очистки кислорода от водорода, влаги и мехпримесей.Контекст фразы в тексте
УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ КИСЛОРОДА «ВЕРА–40/10А(К)»
Предназначены для глубокой очистки кислорода от водорода, влаги и мехпримесей.
Применяются для очистки кислорода электролитического происхождения.
Очистка кислорода от водорода в установках осуществляется путем его каталитического гидрирования. Очистка от исходно присутствующей и реакционной влаги — путем её адсорбции на силикагеле или молекулярных ситах. Очистка от мехпримесей осуществляется фильтрованием.
В установках автоматизированы температурные режимы и система блокировок. При этом на лицевую панель выведены органы контроля параметров и управления.
В установках «ВЕРА-40/10А(К)» все операции, связанные с их пуском, работой и остановкой, полностью автоматизированы. На лицевой панели корпуса расположен TFT LCD монитор с сенсорным экраном, кнопка включения сети, кнопка "СТОП", панель гигрометра и световая сигнализация "ВНИМАНИЕ" — допустимые отклонения от НТР и "АВАРИЯ" — критические отклонения от НТР.
На сенсорном дисплее отображаются анимированная технологическая схема установки, положение клапанов, состояние аппаратов и значения всех контролируемых параметров в режиме реального времени. В нижней части экрана располагается меню управления, предназначенное для изменения технологических параметров, управления работой установки вручную, контролирования динамики изменения различных технологических параметров.
Дружественный интерфейс программного обеспечения позволяет эксплуатационному персоналу быстро освоить и правильно эксплуатировать установку.
Система управления САУ «Ключ»® собственной разработки, позволяет подключать установку к АСУ ТП верхнего уровня по протоколу MODBUS TCP.
Рис. Видеокадр установки «ВЕРА-40/10А(К)»
Проверенная в ходе длительной эксплуатации система управления, сигнализации и блокировок обеспечивает безопасную эксплуатацию установки даже в случае неверных действий обслуживающего персонала.
Установки «ВЕРА-40/10А(К)» используют в рамках действующих производств, связанных с применением особо чистого кислорода, могут работать непосредственно сразу после электролизера.
Таблица
Основные технические характеристики
установок очистки кислорода «ВЕРА-40/10А(К)»Наименование параметра
Размерность
Величина
Диапазон производительности
нм³/ч
0-40
Диапазон рабочего давления
МПа
0,5-1,0
Объёмные доли примесей на входе в установку:
- H₂
- влага
ppm
ppm
5000
2000Объёмные доли примесей на выходе из установки:
- H₂
- влага
ppm
ppm
0,02
0,1Число частиц мехпримесей размером более 0,01 мкм:
- в подаваемом на очистку водороде
- в очищенном водородешт/ндм³
Не норм.
0,03Расход охлаждающей воды, не более
м³/час
0,2-0,5
Электропитание переменным током:
- напряжение
- частота
- максимальная потребляемая мощность
В
Гц
кВт
220
50
3,0Габаритные размеры (длинна × ширина × высота), не более
м
0,9×0,9×1,9
Масса, не более
кг
250
Средний срок службы, не менее
лет
10
Аппараты установки изготовлены из труб внутренним диаметром не более 150 мм и «Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением»» (ФНП-ОРПД) на установку не распространяются.
Разрешительная документация
- Декларация соответствия ЕАЭС N RU Д-RU.АЖ26.В.02814
- Технический регламент ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 16.05.2023
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АВ45.В.88725
- Технический регламент ТР ТС 004/2011 "О безопасности низковольтного оборудования"
- Технический регламент ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 07.10.2020
- Декларация соответствия ЕАЭС N RU Д-RU.АЖ26.В.02814
- Эксплуатационная и конструкторская документация 16 Эксплуатационная и конструкторская документация установок очистки водорода, азота, кислорода, инертных газов и их смесей; водорода особой чистоты (ОСЧ)Контекст фразы в тексте
Эксплуатационная и конструкторская документация
ВОДОРОД ОСОБО ЧИСТЫЙ
Технические условия производства газообразного водорода категории ОСЧ: марка «А» 99,99999%; марка «Б» 99,9999%; марка «В» 99,999%
Обозначение:ТУ 2114-016-78538315-2008
Дата:март 2008
Продукция:Водород (H₂) газообразный особой чистоты (ОСЧ)
Документ:Технические условияВОДОРОД ОСОБО ЧИСТЫЙ
Паспорт безопасности химической продукции
Обозначение:РПБ №78538315.20.48529
Дата:октябрь 2017
Продукция:Водород (H₂) газообразный особой чистоты (ОСЧ)
Документ:Паспорт безопасности химической продукцииУстановка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А». Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.018-00.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А» с выносным ЩУ. Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.018-03.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А» с выносным ЩУ
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки водорода «ВЕРА-10/10». Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.018-01.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-10/10»
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки кислорода «ВЕРА-10/10(К)». Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.022-01.ГЧ
Дата:апрель 2018
Изделие:Установка тонкой очистки кислорода «ВЕРА-10/10(К)»
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А». Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.019-03.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А»
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А» с выносным ЩУ. Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.019-05.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-40/10А» с выносным ЩУ
Документ:Габаритный чертежУстановка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-10/10». Габаритный чертеж
Габаритный чертеж
Обозначение:ПЕАН.066111.019-02.ГЧ
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки инертных газов и азота УТОА-10/10»
Документ:Габаритный чертежО назначении кода организации-разработчика конструкторской документации
Обществу с ограниченной ответственностью «Научно-производственная компания «Наука» (ООО НПК «Наука») для обозначения конструкторской документации в соответствии с ГОСТ 2.201 назначен код организации-разработчика конструкторских документов: ПЕАН.
Дата:22.01.2016
Документ:Официальное письмо Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии СТАНДАРТИНФОРМ«УТОА-40/10А» САУ «Ключ»® Извлечение данных.
Инструкция по извлечению данных и конфигурации управляющей программы
Обозначение:RU.78538315.00019-01 32 03
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки инертных газов и азота «УТОА-40/10А»
Документ:Инструкция«УТОА-40/10А» САУ «Ключ»® Обновление программы.
Инструкция по обновлению программы
Обозначение:RU.78538315.00019-01 32 01
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки инертных газов и азота «УТОА-40/10А»
Документ:Инструкция«ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Извлечение данных.
Инструкция по извлечению данных и конфигурации управляющей программы
Обозначение:RU.78538315.00018-01 32 03
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
Документ:Инструкция«ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Обновление программы.
Инструкция по обновлению программы
Обозначение:RU.78538315.00018-01 32 01
Дата:февраль 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
Документ:Инструкция«ВЕРА-40/10А» САУ «Ключ»® Настройка модулей.
Руководство по настройке модулей ввода-вывода
Обозначение:RU.78538315.00018-01 32 02
Дата:август 2011
Изделие:Установка тонкой очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
Документ:Руководство«ГСУ–1,0/2,5» Руководство по эксплуатации.
Руководство по эксплуатации установки «ГСУ–1,0/2,5» объединённое с паспортом
Обозначение:ПЕАН.066111.021-00.РЭ ПС
Дата:сентябрь 2016
Изделие:Установка приготовления и очистки газовых смесей «ГСУ–1,0/2,5»
Документ:Руководство - Технологические параметры оборудования очистки технических газов 8 Форма заказа оборудования глубокой очистки технических газовКонтекст фразы в тексте
Технологические параметры заказа оборудования очистки технических газов
- Применение газосмесительной установки «ГСУ 6.7» в метрологическом обеспечении хроматографических систем для анализа микропримесей в чистом гелии 6 В настоящее время появились технические возможности прямой экспериментальной проверки правильности выполняемых измерений системами ХТМ, особенно в области микроконцентраций (менее 1 млн -1). Одним из таких технических средств является разработанная и изготовленная ЗАО «НТА Наука» и сертифицированная ФГУП «ВНИИМС» газосмесительная установка «ГСУ 6.7», позволяющая методом газодинамического разбавления приготавливать газовые смеси в диапазоне объемной доли от 5∙10-10 до 20 % об. с относительной погрешностью до 6.0% (при использовании в качестве исходных смесей ПГС «0» разряда по ТУ 6-16-2956-01)Контекст фразы в тексте
Нач. отдела метрологического обеспечения физико-химических измерений
ФГУП ВНИИМС, к.х.н. Ш.Р.ФаткудиноваЗав. лабораторией газового анализа
ООО «НИИ КМ», к.ф-м. н. Б.В.ЛевчукДиректор по производству технических газов и газовых смесей
ООО «НИИ КМ» А.Е.УгроватовПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОСМЕСИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ «ГСУ 6.7»
В МЕТРОЛОГИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ АНАЛИЗА МИКРОПРИМЕСЕЙ В ЧИСТОМ ГЕЛИИКомпания НИИ КМ (www.niikm.ru) является одним из ведущих поставщиков технических газов и газовых смесей в центральном регионе РФ.
Сегодня компания располагает современной технологической базой, которая позволила разработать технологические процессы и начать производство и поставку потребителям высокочистых газов (гелий, азот, аргон) с чистотой по основному компоненту до 99,99999% («7.0»).
Определяющим фактором успешной деятельности компании является гарантированное качество выпускаемой продукции.
Система качества НИИ КМ сертифицирована Госстандартом России в системе ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (рег. № РОСС RU.ИС65.К00041 от 31.01.2007 года), а лаборатория газового анализа, осуществляющая контроль качества газовой продукции как на этапах технологического процесса производства, так и готовой продукции, аккредитована на техническую компетентность в области анализа состава газов и газовых смесей всей выпускаемой номенклатуры в системе ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 (Аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.516241 от 29 ноября 2006 г.).
Основной аналитический метод, применяемый в лаборатории – газовая хроматография.
Анализ чистых и высокочистых газов проводится на хроматографических системах серии «ХТМ» (основанных на использовании метода криогенного концентрирования примесей из большого объема пробы при температурах жидкого азота, и теплодинамического концентрирования пробы при постепенном движении накопительной колонки из криостата в печь десорбции при 2500С):
- ХТМ-73 ГЛ – анализ микропримесей (кроме диоксида углерода и суммы углеводородов)
в гелии всех выпускаемых марок: «Технический», «Б», «А», «5.0», «5.5», «6.0» и «7.0»;
- ХТМ-01 Т – модернизированный вариант хроматографа ХТМ-73 ГЛ, расширяющий его аналитические возможности – дополнительно: анализ диоксида углерода, закиси азота и суммы углеводородов (включая и их аэрозольную составляющую);
- ХТМ-01 А – анализ микропримесей в аргоне всех выпускаемых марок:
«1сорт», «ВС» и «ВЧ»;
- ХТМ-01N₂ – анализ микропримесей в азоте всех выпускаемых марок:
«Технический», «Повышенной чистоты» и «ОЧ»;
- ХТМ-01 О₂ – анализ микропримесей в кислороде особой чистоты.
Все хроматографические системы серии «ХТМ-01» сертифицированы ФГУП «ВНИИМС», внесены в Государственный реестр средств измерений и проходят ежегодную поверку. Метрологическое обеспечение этих приборов, разработанное еще в 80-х годах прошлого века при проведении государственных испытаний хроматографической системы «ХТМ-73 ГЛ», построено на принципах градуировки приборов по чистым газам с использованием микродозаторов и поэлементной оценки предельной погрешности результатов измерений.
В настоящее время появились технические возможности прямой экспериментальной проверки правильности выполняемых измерений системами ХТМ, особенно в области микроконцентраций (менее 1 млн ⁻¹). Одним из таких технических средств является разработанная и изготовленная ЗАО «НТА Наука» и сертифицированная ФГУП «ВНИИМС» газосмесительная установка «ГСУ 6.7», позволяющая методом газодинамического разбавления приготавливать газовые смеси в диапазоне объемной доли от 5∙10-10 до 20 % об. с относительной погрешностью до 6.0% (при использовании в качестве исходных смесей ПГС «0» разряда по ТУ 6-16-2956-01).
ООО «НИИ КМ» совместно с ФГУП «ВНИИМС» провели сравнительные исследования результатов измерений хроматографом «ХТМ-73 ГЛ» содержания кислорода, неона, азота и метана в образцах газовых смесей, приготовленных с помощью ГСУ 6.7 в диапазоне (0,005 - 10)млн ⁻¹ с погрешностью, не превышающей 8%. Измерения проводили в соответствии с аттестованной «Методикой выполнения измерений объемной доли примесей в гелии»(МВИ). Для градуировки хроматографа были использованы чистые газы (кислород газообразный высокой чистоты – по ТУ6-21-10-83; азот поверочный нулевой – по ТУ6-21-39-96; неон газообразный особой чистоты – по ТУ 2114-006-39791733-2002; метан газообразный высокой чистоты по ТУ 51-841-87 с изм. 1-3.)
Некоторые результаты этих исследований приводятся в настоящей работе. Исследования проводились в лаборатории газового анализа ООО «НИИ КМ». Установка «ГСУ 6.7» была предоставлена разработчиками – ЗАО «НТА Наука». Работы проводились при непосредственном методическом участии зам. директора «НТА Наука», к.х.н. В.С.Морозова
В таблице 1 приведены средние арифметические значения высоты пиков, рассчитанные по серии из 4-х последовательных измерений (
), значения относительного среднего квадратического отклонения высоты пиков для всех компонентов не превышали установленного в МВИ норматива ( 4 %).Градуировка хроматографа проводилась по 5-ти последовательно выполняемым измерениям высоты пиков с относительным СКО результатов каждому компоненту, не превышающим установленных в МВИ значения – 2,5%.
Расчетное значение концентрации газовой смеси (Сат), полученное с помощью прилагаемого к установке ГСУ 6.7 программного обеспечения «Gas mixer GSU 6.7»,
принималось в качестве опорного значения. На рис.1 представлен пример протокола расчета концентрации примеси.
Погрешность результатов измерений концентрации примесей в гелии рассчитывали по формуле:
·100
Рис.1 Протокол расчета концентрации примесного компонента
Таблица1Диапазон измерений, млн ⁻¹
Объемная доля
(ГСУ 6.7)
Сат.,
млн ⁻¹Результат измерений
(ХТМ-73 ГЛ)Экспериментальная оценка погрешности измерений,%
Границы
относительной
погрешности
δ0,%
по МВИ, см.Сизм.,
млн ⁻¹КИСЛОРОД
от 0,005 до 0,1
0.0070
0.06
0.0075
7.1
±50
от 0,005 до 0,1
0.064
0.50
0.06
6.3
±50
от 0,10 до 10,0
0.101
0.75
0.094
6.9
±20
от 0,10 до 10,0
0.80
5.4
0.68
15
±20
от 0,10 до 10,0
2.05
17.5
1.6
18
±20
больше 10,0
36.5
287
35.9
1.6
±15
больше 10,0
100
880
110
9.1
±15
АЗОТ
от 0,005 до 0,1
0.0070
0.06
0.0080
14
±50
от 0,005 до 0,1
0.064
0.36
0.065
1.6
±50
от 0,10 до 10,0
0.122
1.00
0.132
8.2
±20
от 0,10 до 10,0
2.05
12.0
1.70
17
±20
от 0,10 до 10,0
0.800
6.1
0.802
2.5
±20
от 0,10 до 10,0
37.6
234
30.8
18
±15
больше 10,0
165
1085
143
13
±15
больше 10,0
221
1450
191
14
±15
МЕТАН
от 0,005 до 0,1
0.015
0.04
0.01
33
±50
от 0,005 до 0,1
0.045
0.18
0.04
11
±50
от 0,10 до 10,0
0.122
0.60
0.135
11
±20
от 0,10 до 10,0
0.65
2.1
0.53
18
±20
от 0,10 до 10,0
1.22
6.0
1.33
9.0
±20
больше 10,0
26.3
102
22.8
13
±15
больше 10,0
204
785
174
14
±15
больше 10,0
100
396
88.0
12
±15
НЕОН
от 0,005 до 0,1
0.0090
0.10
0.070
22
±50
от 0,10 до 10,0
0.49
0.60
0.40
18
±20
от 0,10 до 10,0
1.10
1.75
1.17
6.3
±20
от 0,10 до 10,0
7.0
12.2
8.2
16
±20
больше 10,0
14.0
23.5
15.7
12
±15
больше 10,0
100
162
108
8.3
±15
Таким образом, для всех выполненных измерений во всех диапазонах концентраций относительная погрешность результатов измерений (δ) не превышает границ установленной относительной погрешности (δ0), что подтверждает правильность измерений, выполненных по МВИ.
ВЫВОДЫ:
Проведенные исследования показали техническую целесообразность применения газосмесительной установки «ГСУ 6.7» в метрологическом обеспечении газохроматографических анализаторов микропримесей в чистых газах серии «ХТМ».
Установка «ГСУ 6.7» может быть эффективным средством оперативного контроля качества (подтверждения правильности) проводимых измерений содержания микропримесей в чистых газах.
На наш взгляд представляется целесообразным внедрение газосмесительной установки «ГСУ 6.7» в программы и методики метрологического обеспечения работ по аттестации МВИ, испытаниям и поверке газоаналитических приборов различных типов и назначения в широком диапазоне концентраций газообразных веществ .
Компания «НИИ КМ» выражает признательность НТА «Наука» за предоставленную возможность провести исследования хроматографических систем серии «ХТМ» с использованием газосмесительной установки «ГСУ 6.7».
Особую благодарность выражаем Владимиру Сидоровичу Морозову за техническую поддержку и методическое сопровождение работ.
- Статьи 40 Список опубликованных научно-технических статейКонтекст фразы в тексте
Статьи
Востребованность водорода ОСЧ и фальсификация продукта
В жизненном цикле товара, завоевавшего потребителя своими высокими техническими характеристиками, неизбежно возникает ситуация, когда под его видом покупателю предлагается нечто с заведомо худшим качеством и схожей ценеО глубине осушки газов силикагелем
Теоретическое и экспериментальное исследование осушки Не, Н₂ и азота силикагелем до остаточного влагосодержания по точке росы ниже минус 122°СПроизводство особо чистого водорода
Впервые в России создано производство водорода особой чистотыОсобенности гигрометрии в единицах термометрической шкалы
Только численное значение точки росы, пусть и с размерностью в градусах термометрической шкалы, не несет определенной информации о влажности газа.Применение газосмесительной установки «ГСУ 6.7» в метрологическом обеспечении хроматографических систем для анализа микропримесей в чистом гелии
В настоящее время появились технические возможности прямой экспериментальной проверки правильности выполняемых измерений системами ХТМ, особенно в области микроконцентраций (менее 1 млн -1). Одним из таких технических средств является разработанная и изготовленная ЗАО «НТА Наука» и сертифицированная ФГУП «ВНИИМС» газосмесительная установка «ГСУ 6.7», позволяющая методом газодинамического разбавления приготавливать газовые смеси в диапазоне объемной доли от 5∙10-10 до 20 % об. с относительной погрешностью до 6.0% (при использовании в качестве исходных смесей ПГС «0» разряда по ТУ 6-16-2956-01)Гигрометрия в единицах термометрической шкалы
Обоснованo использование для количественной характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы, только одного термина – «точка росы». Охарактеризованы особенности и условия корректного применения этого термина, а также расчетные методы оценки параметров фазового равновесия в системе вода в конденсированном состоянии – сжатый газ.Водород чистый как побочный продукт производства водорода технического
Приводится описание основ технологии, аппаратуры и опыта многолетней эксплуатации производства чистого водорода путем криоадсорбционной очистки водорода технического, получаемого электролизом воды. Значение суммарной объемной доли примесей в очищенном водороде составляет не более 1·10⁻⁷%. Тарой для чистого водорода служат обычные стальные 40-литровые водородные баллоны, подготовленные к заполнению их последовательной продувкой глубоко осушенным воздухом, азотом и очищенным водородом. Качество продукции, объемная доля водорода в которой составляет от 99,995% до 99,99999%, определяется анализом проб, отбираемых из каждого заполненного баллона.Установки финишной очистки технических газов
Представлено краткое описание освоенных в производстве установок финишной очистки технических газов. Такие установки являются эффективным средством получения действительно особо чистых газов и успешно эксплуатируются на различных предприятиях, в том числе при реализации новых высоких технологий. Они имеют разную степень сложности и разный уровень автоматизации. В качестве характерного примера полностью автоматизированного изделия может служить описанная более подробно установка финишной очистки водорода «ВЕРА-50/10А»Остаточное содержание влаги в воздухе, осушенном силикагелем
В результате исследований экспериментальным и экспериментально-расчетным методами установлено, что остаточное содержание влаги в воздухе, осушенном силикагелем промышленной марки, может быть в тысячи раз меньшим, чем известные литературные данные.Генераторы динамические поверочных газовых смесей
Определенным вкладом в решение проблемы приготовления поверочных газовых смесей являются выпускаемые ЗАО НТА «Наука» установки газосмесительные «ГСУ-6.7» (Госреестр №27207-04), в которых реализуется метод динамического смешения составляющих компонентов. Такие установки применяют для градуировки, калибровки, поверки средств измерений объемной (молярной) доли определяемых компонентов в газовых средах, аттестации методик выполнения измерений, а также в научных исследованиях.Адсорбционная очистка жидкого кислорода от закиси азота
В товарном жидком кислороде примеси закиси азота (N₂O) могут достигать 10 ppmᵥ. Эта примесь вредна при некоторых применениях кислорода. Оригинальным методом исследованы адсорбционные и фазовые равновесия в системе закись азота — жидкий кислород — силикагель. В лабораторном масштабе исследованы динамические характеристики одного из вариантов практического осуществления процесса адсорбционной очистки. Установлено, что адсорбционным методом можно получать практически свободный от закиси азота кислород при использовании аппаратуры небольших габаритов.Отбор проб жидкого водорода на анализ
Жидкий водород как криопродукт нуждается в аналитическом контроле его чистоты. Обязательным элементом в таком контроле является пробоотборное устройство. Приведено описание оригинальной конструкции непрерывного капиллярного пробоотборника. Полученные с применением такого пробоотборника результаты анализов насыщенных растворов твёрдого азота в жидком водороде практически совпадают с полученными ранее данными о его растворимости. Это служит основанием рекомендовать созданный пробоотборник в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода.О растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде
Измеренные значения растворимости твёрдого кислорода в жидком водороде в интервале температур от 22,3 до 27,0 К изменяются, соответственно, от 2,51 до 75,9 ppbᵥ, т.е. исчисляются значениями биллионных долей. Полученные данные могут явиться основой для нормирования и контроля содержания кислорода в жидком водороде как криопродукте, а также основой для расчётно-экспериментальных оценок опасных накоплений твёрдого кислорода в аппаратуре жидководородных систем.О расстворимости азота в жидком водороде и его очистке адсорбцией
При рассмотрении жидкого водорода в качестве товарного криопродукта необходимо учитывать возможную его загрязнённость микропримесями, в частности азотом. Литературные данные по этому вопросу весьма противоречивы. В настоящей работе независимым оригинальным методом получены термодинамически согласованные экспериментальные данные о растворимости твёрдого азота в жидком водороде. В интервале температур от 20,3 до 28,0 К растворимость изменяется от 0,45 до 23,4 ppmᵥ. Одновременно исследованы адсорбционные равновесия в системе азот — жидкий водород — силикагель АСМК-ВС, результаты которых позволяют рекомендовать для очистки жидкого водорода от примеси азота метод адсорбции.Методика аттестации анализных коммуникаций, задействованных в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода.
Перед вводом в эксплуатацию и далее периодически с интервалом времени не более 1 год анализные коммуникации, задействованные в аналитическом контроле чистоты жидкого водорода, подвергают испытаниям на отсутствие влияния на результаты измерений натеканий из атмосферы основных компонентов воздуха (кислород, азот), их поступления в анализируемый водород из тупиков и поглощения кислорода вследствие хемосорбционного взаимодействия с возможными загрязнениями поверхностей трубок или арматуры. - Опросный лист заказа установки «ВЕРА-40/10А» 5 Опции поставки и комплектации установки очистки водорода «ВЕРА-40/10А»Контекст фразы в тексте
Опросный лист заказа установки очистки водорода «ВЕРА-40/10А»
- Оборудование для глубокой очистки технических газов и их смесей 3 Серийно выпускаемое оборудование для глубокой очистки технических газов и их смесей.Контекст фразы в тексте
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ И ИХ СМЕСЕЙ
Значения основных технологических параметров освоенного в производстве оборудования для глубокой очистки технических газов и их смесей представлены в таблице, а технические характеристики подробно изложены в брошюре.
Таблица
Очищаемые газы
H₂, N₂, Ar, He, O₂, Xe, воздух, их смеси
Диапазон производительности, нм³/ч
0,05…40
Диапазон рабочего давления, кг/см²
0,5…400
Объёмные доли О₂ и влаги в очищенном газе, не более
0,5 ppbᵥ…1 ppmᵥ
Степень очистки от механических частиц размером более 0,01 мкм, не хуже, %
99,99999
Оборудование изготавливается как непрерывного действия, так и периодического. Оборудование непрерывного действия — стационарное. Периодического — как стационарное, так и переносное.
Рис. Сборочный цех установок газоочистки
Основу работы оборудования составляют проверенные в ходе длительной эксплуатации технические решения и результаты собственных разработок в области катализаторов и сорбентов. Аппараты оригинальной конструкции, не требующие замены катализаторов и сорбентов в течение всего срока службы. Управление работой оборудования от ручного до полностью автоматического. Оборудование оснащается средствами контроля состава газа на входе и качества очищенного газа.
Рис. Гигрометры Ива-9 и Michell Instruments. Параллельный анализ
Изготовлению конкретных изделий предшествует предметное рассмотрение технических требований Заказчиков, на основании чего разрабатываются техническое задание на изготовление и договор на поставку изделия. Срок поставки составляет, как правило, 180 суток.
По желанию Заказчика, выполняются пуско-наладочные работы по месту эксплуатации поставляемого оборудования, а в послегарантийный период — предоставляются услуги по сервисному обслуживанию.
В настоящее время успешно эксплуатируются на различных предприятиях следующие изделия:
- «ВЕРА–40/10А» установки очистки водорода
- «ВЕРА–40/10А(К)» установки очистки кислорода
- «УТОА–40/10А» установки очистки азота (аргона), инертных газов и их смесей
- «УТОА–40/10А(К)» установки безотходной очистки редких инертных газов
- «УГОА-2,5/5» установки глубокой осушки газов и их смесей
- Установки и блоки криоадсорбционной очистки водорода и гелия
- Справочные сведения 29 Нормативно-техническая документацияКонтекст фразы в тексте
Справочные сведения
Соотношение единиц давления. Таблица
Основа для пересчета в калькуляторе
Калькулятор:Соотношение единиц давленияСоотношение единиц влагосодержания. Таблица
по данным ГОСТ 8.524-85 для Р атм=750 мм рт.ст.
Калькулятор:Соотношение единиц влагосодержанияАРГОН ГАЗООБРАЗНЫЙ И ЖИДКИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на газообразный и жидкий аргон, получаемый из воздуха и остаточных газов аммиачных производств и предназначаемый для использования в качестве защитной среды при сварке, резке и плавке активных и редких металлов и сплавов на их основе, алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, нержавеющих хромоникелевых жаропрочных сплавов и легированных сталей различных марок, а также при рафинировании металлов в металлургии.
Обозначение:ГОСТ 10157-79КИСЛОРОД ГАЗООБРАЗНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ И МЕДИЦИНСКИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на технический и медицинский газообразный кислород, получаемый из атмосферного воздуха способом низкотемпературной ректификации, а также на технический газообразный кислород, получаемый электролизом воды.
Технический газообразный кислород применяют для газопламенной обработки металлов и других технических целей. Медицинский газообразный кислород применяют для дыхания и лечебных целей.
Обозначение:ГОСТ 5583-78ВОДОРОД ТЕХНИЧЕСКИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на технический водород, получаемый из азотоводородной смеси и электролизом воды, и пркмняемый в химической, нефтехимической, металлургической, фармацевтической, электронной и других отраслях промышленности.
Обозначение:ГОСТ 3022-80ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
Настоящие нормы устанавливают методику определения категорий помещений и зданий (или частей зданий между противопожарными стенами пожарных отсеков)* производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости от количества и пожаровзрывоопасных свойств находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов размещенных в них производств. Методика должна использоваться при разработке ведомственных норм технологического проектирования, касающихся категорирования помещений и зданий.
Обозначение:НПБ 105-95ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК. ПУЭ. Издание седьмое
В книге приведены требования к устройству электрической части освещения зданий, помещений и сооружений различного назначения, открытых пространств и улиц, а также требования к устройству рекламного освещения. Содержатся требования к электрооборудованию жилых и общественных зданий, зрелищных предприятий, клубных учреждений, спортивных сооружений.
Обозначение:ПУЭ 7ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОРОДА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДЫ
Правила безопасности при производстве водорода методом электролиза воды устанавливают требования промышленной безопасности при проектировании, строительстве, реконструкции, эксплуатации, техническом перевооружении, консервации и ликвидации опасных производственных объектов, связанных с получением, обращением, применением и хранением водорода и кислорода
Обозначение:ПБ 03-598-03КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО СПОСОБУ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ. Часть 2. Руководство для пользователей по защите от поражения электрическим током
Настоящий стандарт обеспечивает практическое применение принципов защиты от поражения электрическим током. Технические комитеты по стандартизации и разработчики конкретного оборудования могут устанавливать специфические или дополнительные требования, соответствующие конкретному оборудованию.
Обозначение:ГОСТ Р МЭК 60536-2-2001МАШИНЫ, ПРИБОРЫ И ДРУГИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ. КАТЕГОРИИ, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ В ЧАСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Настоящий стандарт распространяется на все виды машин, приборов и других технических изделий (далее — изделия) и устанавливает макроклиматическое районирование земного шара, исполнения, категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования изделий в части воздействия климатических факторов внешней среды
Обозначение:ГОСТ 15150-69ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (далее по тексту Правила), устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению , реконструкции, наладке, монтажу, ремонту, техническому диагностированию и эксплуатации сосудов, цистерн, бочек, баллонов, барокамер, работающих под избыточным давлением
Обозначение:ПБ 03-576-03
Статус:Отменены с 01.02.2017ВОДОРОД ГАЗООБРАЗНЫЙ ЧИСТЫЙ. Технические условия
Настоящий стандарт распространяется на газообразный чистый водород, применяемый в ракетно-космической технике, в хроматографии, в процессах термообработки металлопродукции, при получении ультрадисперсных металлических порошков и особо чистых металлов, спекании изделий из порошковых материалов, изготовлении изделий электронной техники, нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей и других отраслях промышленности и научных исследованиях.
Обозначение:ГОСТ Р 51673-2000ВОДОРОД ГАЗООБРАЗНЫЙ. Заправочные станции
Настоящий стандарт идентичен международному документу ИСО/ТС 20100:2008 «Газообразный водород. Заправочные станции» (ISO/TS 20100:2008 «Gaseous hydrogen — Fuelling stations»).
Обозначение:ГОСТ Р 55226—2012/ISO/TS 20100:2008ВОДОРОД ЖИДКИЙ. Технические условия
Настоящий стандарт распространяется на жидкий водород, производимый при избыточном давлении не ниже 0,03 МПа (0,3 кгс/см2) ожижением очищенного газообразного водорода, предназначенный для использования в качестве горючего в ракетно-космической технике, двигательных и энергетических установках, авиации и наземных транспортных средствах; как хладагент в экспериментальной физике при исследованиях материалов и измерительной техники; в качестве источника чистого газообразного водорода для процессов термообработки металлопродукции, получения особо чистых металлов, порошковой металлургии, при изготовлении изделий электронной техники, нейтрализаторов выхлопных газов, в нанотехнологиях.
Обозначение:ГОСТ Р 56248—2014СТЕПЕНИ ЗАЩИТЫ, ОБЕСПЕЧИВАЕМЫЕ ОБОЛОЧКАМИ (КОД IP)
Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст международного стандарта МЭК 529:1989 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)», за исключением набранных курсивом требований в разделах и пунктах: 1; 3.5.3; 4.1; 4.2; 8; 11.1; 11.2; 11.3. Замененный в этих разделах и пунктах аутентичный текст МЭК 529—89 приведен в приложении В
Обозначение:ГОСТ 14254-96ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает общие требования пожарной безопасности к объектам защиты различного назначения на всех стадиях их жизненного цикла: исследование, разработка нормативных документов, конструирование, проектирование, изготовление, строительство, выполнение услуг (работ), испытание, закупка продукции по импорту, продажа продукции (в том числе на экспорт), хранение, транспортирование, установка, монтаж, наладка, техническое обслуживание, ремонт (реконструкция), эксплуатация (применение) и утилизация. Для объектов, не соответствующих действующим нормам, стандарт устанавливает требования к разработке проектов компенсирующих средств и систем обеспечения пожарной безопасности на стадиях строительства, реконструкции и эксплуатации объектов.
Обозначение:ГОСТ 12.1.004-91ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на производственные процессы (включая транспортирование и хранение), в которых участвуют вещества, способные образовать взрывоопасную среду, и устанавливает общие требования по обеспечению их взрывобезопасности.
Обозначение:ГОСТ 12.1.010-76ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЕ. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования
Настоящий стандарт входит в комплекс межгосударственных стандартов на взрывозащищенное электрооборудование, разработанных Техническим комитетом ТК 403 «Оборудование для взрывоопасных сред (Ex-оборудование)» на основе применения международных стандартов МЭК на взрывозащищенное электрооборудование.
Обозначение:ГОСТ 30852.19-2002ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает общие требования электростатической искробезопаснос- ти (ЭСИБ) в целях обеспечения пожаровзрывобезопасности производственных процессов, их компонентов (людей — участников процессов, производственного оборудования), веществ и материалов, а также окружающей среды (далее — объектов защиты).
Обозначение:ГОСТ 12.1.018-93ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ. Общие требования и номенклатура видов защиты
Настоящий стандарт относится к группе стандартов, регламентирующих требования электробезопасности электроустановок производственного и бытового назначения на стадиях проектирования, изготовления, монтажа, наладки, испытаний и эксплуатации. В настоящем стандарте приведены технические способы и средства защиты, обеспечивающие электробезопасность электроустановок различного назначения.
Обозначение:ГОСТ Р 12.1.019-2009СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на средства защиты работающих от опасного и вредного воздействия статического электричества (СЗСЭ) и устанавливает общие технические требования к ним.
Обозначение:ГОСТ 12.4.124-83ТАРА. СИСТЕМА РАЗМЕРОВ
Настоящий стандарт распространяется на тару прямоугольного и круглого сечения и устанавливает для нее единую систему размеров исходя из модуля 600x400 мм с учетом номинальных размеров поддонов 1200x1000 мм и 1200x800 мм.
Обозначение:ГОСТ 21140-88БАЛЛОНЫ СТАЛЬНЫЕ МАЛОГО И СРЕДНЕГО ОБЪЕМА ДЛЯ ГАЗОВ НА Рр ≤ 19,6 МПа (200 кгс/см²). ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на баллоны из углеродистой и легированной стали малого объема — до 12 л и среднего объема — от 20 до 50 л с рабочим давлением до 19,6 МПа (200 кгс/см²), изготовленные из бесшовных труб и предназначенные для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температурах от минус 50 до плюс 60 °С.
Обозначение:ГОСТ 949-73МАНОМЕТРЫ, ВАКУУММЕТРЫ, МАНОВАКУУММЕТРЫ, НАПОРОМЕРЫ, ТЯГОМЕРЫ И ТЯГОНАПОРОМЕРЫ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на показывающие и самопишущие манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоро- меры, тягомеры и тягонапоромеры (далее — приборы), предназначенные для измерения избыточного и вакуумметрического давления жидкости, газа и пара.
Обозначение:ГОСТ 2405-88АЗОТ ГАЗООБРАЗНЫЙ И ЖИДКИЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Настоящий стандарт распространяется на газообразный и жидкий азот, получаемый из атмосферного воздуха способом низкотемпературной ректификации.
Обозначение:ГОСТ 9293-74МАРКИРОВКА ГРУЗОВ
Настоящий стандарт устанавливает общие правила маркировки грузов, в том числе поставляемых на экспорт, и предназначен для разработки нормативных документов на продукцию конкретных видов.
Обозначение:ГОСТ 14192-96ПРОМЫШЛЕННАЯ ЧИСТОТА. СЖАТЫЙ ВОЗДУХ. КЛАССЫ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
Настоящий стандарт распространяется на сжатый воздух, предназначенный для питания пневматических устройств и систем, работающих при давлении до 2,5 МПа, и устанавливает класс загрязненности по составу и содержанию посторонних примесей.
Обозначение:ГОСТ 17433-80ГРУЗЫ ОПАСНЫЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Настоящий стандарт распространяется на опасные грузы и устанавливает: классификацию; номенклатуру показателей и критерии для отнесения грузов к опасным и их классификации; методы определения показателей для классификации опасных грузов; маркировку и правила ее нанесения на грузовые единицы с опасными грузами, в том числе поставляемыми на экспорт.
Обозначение:ГОСТ 19433-88ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ Таможенного союза «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением»
Настоящий технический регламент устанавливает требования безопасности к оборудованию при разработке (проектировании), производстве (изготовлении), а также требования к маркировке оборудования в целях защиты жизни и здоровья человека, имущества, предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей.
Обозначение:ТР ТС 032/2013Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением
Настоящие ФНП направлены на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, инцидентов, производственного травматизма на объектах при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля (МПа)
Обозначение:ФНП ОРПД
Заменяют:ПБ 03-576-03ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ
Настоящий стандарт распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений влажности газов (см. рисунок А.1) и устанавливает назначение государственного первичного эталона единиц влажности газов (далее — государственный первичный эталон), его метрологические характеристики, состав и порядок передачи размеров единиц: относительной влажности газов — процент (%), молярной (объемной) доли влаги — миллионная доля (млн~1), температуры точки росы/ инея — градус Цельсия (°С) от государственного первичного эталона с помощью вторичных и рабочих эталонов средствам измерений с указанием погрешностей и основных методов поверки.
Обозначение:ГОСТ 8.547-2009ТАБЛИЦЫ ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЕ
ПОСТРОЕНИЕ, СОДЕРЖАНИЕ, РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
Обозначение:ГОСТ 8.524-85АТМОСФЕРА СТАНДАРТНАЯ. ПАРАМЕТРЫ
Настоящий стандарт устанавливает числовые значения основных параметров атмосферы для высот от минус 2000 до 1200000 м.
Обозначение:ГОСТ 4401-81АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ И ВОЗДУХ ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ, САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОЗДУХА
Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест: Гигиенические нормативы.
Обозначение:ГН 2.1.6.2309-07ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА
Книга подготовлена рабочей группой по свойствам атмосферных газов АН СССР и содержит подробные таблицы термодинамических свойств воздуха в интервале температур от 70 до 1500 К и давлений от 0,01 до 100 МПа. Табличные данные о термодинамических свойствах воздуха необходимы для расчетов воздухоразделительных и энергетических установок, а также аппаратов для химической промышленности.
Документ с текстовым слоем:ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХАТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
Монография посвящена термодинамическим свойствам азота в газообразном и жидком состоянии. Авторами критически проанализированы и обобщены многочисленные экспериментальные данные о термодинамических свойствах азота, представленные в отечественной и зарубежной литературе вплоть до 1976 г. Освещены разработанные авторами методы составления уравнений состояния с помощью ЭЦВМ и методы расчета таблиц термодинамических свойств с оценкой допусков табулируемых величин. Получены уравнения, надежно отображающие термические и калорические свойства газообразного и жидкого азота, рассчитаны таблицы термодинамических свойств в интервале температур от тройной точки до 1500 К и давлений 0,01—100 МПа.
Документ с текстовым слоем:ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТАТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
В таблицах представлены значения плотности, сжимаемости, энтальпии, энтропии, изохорной и изобарной теплоемкостей, скорости звука, летучести и ряда других необходимых на практике термодинамических функций для жидкой и газообразной фаз и на кривых затвердевания и насыщения в интервале температур от тройной точки до 1500 К и давлений от 0,1 до 100 МПа.
Документ с текстовым слоем:ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДАТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕЛИЯ
В монографии проанализированы и обобщены экспериментальные данные о термодинамических свойствах гелия-4, кратко изложен метод составления единого уравнения состояния и те особенности процедуры его составления, которые обусловлены чрезвычайной широтой области приведенных параметров. Таблицы термодинамических свойств, представленные в монографии, охватывают диапазон параметров от λ-линии до 1500 К и от 0,01 до 100 МПа, включая свойства жидкого гелия-4 на линиях парообразования и затвердевания. Таблицы включают широкую номенклатуру свойств. Выполнена оценка достоверности табулированных величин.
Документ с текстовым слоем:ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕЛИЯВОДОРОД. Свойства, получение, хранение, транспортированне, применение
Приведены важнейшие сведения о физико-химических, теплофизических, теплотехнических, оптических, электрических, магнитных и других свойствах водорода, в частности, его изотопов, показаны особенности процесса горения водорода. Даны характеристики различных способов получения, хранения и транспортирования газообразного, жидкого и других видов водорода, показана его совместимость с определенными конструкционными и уплотнительными материалами. Рассмотрены области, конкретные примеры и перспективы применения водорода в различных отраслях промышленности, а также проблемы экологии при его широком использовании в качестве универсального энергоносителя. Особое внимание обращено на условия безопасного обращения с водородом.
Данные глав 2—6 согласованы с ГСССД.
Документ с текстовым слоем:ВОДОРОД. Свойства, получение, хранение, транспортированне, применение - Гигрометрия в единицах термометрической шкалы 3 Обоснованo использование для количественной характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы, только одного термина – «точка росы». Охарактеризованы особенности и условия корректного применения этого термина, а также расчетные методы оценки параметров фазового равновесия в системе вода в конденсированном состоянии – сжатый газ.Контекст фразы в тексте
Опубликована в журнале "Измерительная техника" – 2006. -№ 1
О.Л. Рутенберг, Ш.Р. Фаткудинова, С.В. Вихрова,
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, ул. Озёрная, д.46, г. Москва, 119361, РФ
e-mail:analyt-vm@vniims.ruВ.С. Морозов, Е.В. Морозов
ЗАО «Научно-техническое агентство «Наука», ул. Сельскохозяйственная, 12, г. Москва, 129226, РФ
e-mail: nauca@nauca.ruГигрометрия в единицах термометрической шкалы
Обоснованo использование для количественной характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы, только одного термина – "точка росы". Охарактеризованы особенности и условия корректного применения этого термина, а также расчетные методы оценки параметров фазового равновесия в системе вода в конденсированном состоянии – сжатый газ.
Ключевые слова: гигрометрия, влажность газа, точка росы, фазовое равновесие.
The application only the term "dew point" for quantitative characteristic of gas moisture is founded. The features and the conditions of the correct application of the term as well as the calculation methods of the estimation of phase equilibrium parameters in the system condensed water – compressed gas are described.
Key words: hygrometry, gas moisture, dew point, phase equilibrium.
В отечественной технической литературе и нормативных документах встречаются разнообразные названия характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы: точка росы [1–4], температура насыщения [5], точка льда (инея) [4] и т. п. Поскольку всегда речь идет фактически об одной и той же характеристике влажности газа, целесообразно остановиться на одном термине – "точка росы", что в полной мере соответствует запросам практической гигрометрии (с учетом присущих этому термину особенностей).
Особенности применения термина "точка росы"
Термин "точка росы" в качестве характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы, введен в гигрометрию в связи с созданием конденсационного гигрометра, предназначенного изначально для анализа атмосферного воздуха. В определении точки росы, приведенном в [1, 2], фигурирует только влажный воздух, примеры в [2] охватывают только положительные температуры по шкале Цельсия. В действовавшем до недавнего времени стандарте [3] дано следующее определение точки росы: "Точка росы – температура, при которой водяной пар во влажном газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным". В соответствии с [4] точку росы обозначают $t_{d}$.
Из такого определения следует, что представлению $t_{d}$ в численном виде должен предшествовать перевод данной макроскопической гомогенной двухкомпонентной системы газ – водяной пар из начального состояния в конечное состояние насыщения путем изобарического охлаждения. При этом речь идет о температуре конечного равновесного состояния системы, а не о температуре, при которой фазовый переход в ней фактически начинается.
Система в конечном равновесном состоянии представляет собой газовую фазу, соприкасающуюся с плоской поверхностью влаги в конденсированном состоянии, имеющую одинаковые с рассматриваемой системой значения температуры и давления. Последствием такого соприкосновения будет только изменение характера равновесия. Из статического равновесия система перейдет в состояние двухфазного динамического равновесия. Система в таком состоянии в соответствии с правилом фаз Гиббса [6] является дивариантной, т. е. имеет две степени свободы. Отсюда следует, что численному значению $t_{d}$ при данной влажности газа обязательно должны сопутствовать еще и сведения о давлении газа.
Более того, одному и тому же значению $t_{d}$ при данном давлении могут соответствовать неодинаковые значения содержания влаги в различных по своей природе газах. В табл. 1 представлены взятые из [7] экспериментальные данные о равновесных значениях объемной доли влаги в таких газах, как Н₂, N₂, CH₄ и СО₂ при $t_{d}$ = 50°С и давлениях 10 и 50 МПа.
Таблица 1
Экспериментальные данные о равновесных значениях влаги в газах
Давление, МПа
Объемная доля влаги, млн⁻¹
Н₂
N₂
CH₄
СО₂
10
1380
1560
1900
3200
50
400
620
740
6550
Из табл. 1 видно, что при одном и том же значении $t_{d}$ объемная доля влаги зависит от природы и давления газа и, следовательно, приводить только значение точки росы без указания давления и природы газа некорректно, поскольку невозможно однозначно интерпретировать полученные данные.
Одним из способов решения этой проблемы является приведение значения $t_{d}$, соответствующее реальному давлению газа, к значению $t_{d\,101,3}$, соответствующему нормальному давлению 101,3 кПа. При нормальном давлении поведение многих технических газов и их смесей мало отличается от поведения идеального газа. В таком случае отпадает необходимость в указании природы газа, а полученное значение $t_{d\,101,3}$ достаточно просто переводить в соответствующие значения других характеристик влажности (объемных долей, влагосодержания, абсолютной влажности и т. д.). Соответственно, упрощается сравнительная оценка гигрометров различного принципа действия и обеспечивается возможность однозначной интерпретации результатов измерений влажности газов.
Приведение значений $t_{d}$ к $t_{d\,101,3}$ может быть выполнено с использованием как математических зависимостей значений $t_{d}$ от параметров состояния по кривым фазовых равновесий, так и соответствующих табличных, расчетных или экспериментальных данных, номограмм и т.п.
Примером представления влажности газов в виде $t_{d\,101,3}$ могут служить гигрометры ИВА-8 и ИВА-9, в которых необходимые расчеты выполняются автоматически.
Возможности расчетных оценок характеристик влажности газов
Расчеты, указанные выше в качестве необходимых, являются предметом теории и практики фазовых равновесий. К сожалению, состояние теории здесь такое, что в широкой области параметров предсказание возможно с получением только качественных результатов. Действительно, "фазовое равновесие в смесях газов и жидкостей – предмет непростой" ([8], стр. 343). Количественные результаты расчетов можно получить либо с привлечением экспериментальных данных, либо с использованием адекватных физических моделей системы. Ниже рассмотрена упрощенная модель двухкомпонентной двухфазной системы, применение которой приводит в ряде случаев к практически важным результатам.
Пусть данный газ (компонент 1) не вступает в химическое взаимодействие с водой (компонент 2). В конденсированном состоянии вода не растворяет заметно газ, т. е. является веществом чистым. Ее мольный объем в конденсированном состоянии $V_{2\,конд}^{0}$ не зависит от давления ${р}$ в системе, т. е. в таком состоянии вода является несжимаемой. Чистый насыщенный пар воды под давлением ${p}_{2\,нас}^{0}$ является идеальным газом, а значение ${p}_{2\,нас}^{0}\ll{p}_{}$. Вода в конденсированном состоянии находится в термодинамическом равновесии с ее газовым раствором. Переохлажденное квазиравновесное состояние воды здесь не рассматривается.
Тогда применение общих термодинамических выражений в соответствии с [7] приводит к следующему уравнению:
\begin{equation}F\equiv \frac{p\,x_{2}}{p_{2\,нас}^{0}} =\exp\left [ \frac{p\,V_{2\,конд}^{0}}{RT} -\frac{1}{RT}\int_{0}^{p}\left ( V-V_{ид} \right )dp-\frac{x_{1}}{RT}\int_{0}^{p}\left ( \frac{\partial\, V}{\partial\, x_{2}} \right )_{p,\,T}dp\right ],\end{equation}
где $F$ – фактор увеличения произведения ${p}x_{2}$ по отношению к $p_{2 нас}^{0}$ ($px_{2}$ равно парциальному давлению паров воды в газовой смеси);
$V, V_{ид}$ – мольные объемы газовой смеси при давлении $p_{}$ и температуре $T\left(T=273,15+t_{d}°C\right)$ и в идеальном состоянии, соответственно;
$x_{1},\,x_{2}$ – мольные (объемные) доли газа и влаги в газовой смеси, соответственно;
$R$ – газовая постоянная;
индекс «0» относится к чистому веществу.Уравнение (1) в границах принятых при его выводе условий позволяет выполнять расчеты всех необходимых характеристик влажности газов, если известны значения $P_{2\,нас}^{0}$ и ${p}-{V}-{T}-{x}$ – данные для исследуемой системы. Такие данные можно получить экспериментально или рассчитать с помощью подходящей теоретической модели.
Ниже рассмотрены некоторые теоретические модели, которые в сочетании с (1) могут быть использованы для практических расчетов.
Модель 1
$V_{2\,конд}^{0}=0$; газовая фаза – идеальный газ.
Тогда из (1) следует, что
\begin{equation} \frac{px_{2}}{p_{2\,нас}^{0}}=1 \quad или\quad px_{2}=p_{2\,нас}^{0}\end{equation}Уравнения (2) соответствуют открытому еще в 1801 г. закону Дж. Дальтона.
Модель 2
$V_{2\,конд}^{0}\neq 0$; газовая фаза – идеальный газ.
В таком случае из (1) получим
\begin{equation} \frac{px_{2}}{p_{2\,нас}^{0}}=\exp\frac{pV_{2\,конд}^{0}}{RT} \quad или\quad px_{2}=p_{2\,нас}^{0}\exp\frac{pV_{2\,конд}^{0}}{RT}.\end{equation}Экспоненциальный множитель в (3) называется поправкой Пойнтинга.
Модель 3
$V_{2\,конд}^{0}\neq 0$; газовая фаза является бесконечно разбавленным раствором, т. е.
\begin{equation*} \lim_{x_{2}\to0}x_{2}=0\quad и \quad \lim_{x_{1}\to0}x_{1}=1,\end{equation*}и подчиняется уравнению состояния со вторым вириальным коэффициентом
\begin{equation*} V=\frac{RT}{p}+B,\end{equation*}где $B$ – второй вириальный коэффициент, зависящий только от температуры и состава газовой смеси. Для двухкомпонентной смеси
\begin{equation*} B=B_{11}\,x_{1}^{2}+2B_{12}\,x_{1}\,x_{2}+B_{22}\,x_{2}^{2},\end{equation*}
где $B_{11},\,B_{22}$ – вириальные коэффициенты чистых компонентов 1 и 2;
$B_{12}$ – вириальный коэффициент, характеризующий взаимодействие молекул 1 и 2.В данном случае решением уравнения (1) будет выражение
\begin{equation*} px_{2}=p_{2\,нас}^{0}\,\exp\frac{p\left(V_{2\,конд}^{0}+B_{11}-2B_{12}\right)}{RT}.\end{equation*}На основе приведенных выше моделей, а также экспериментальных данных [9] рассчитали значения $t_{d}$ для азота с объемной долей влаги 1,0 млн⁻¹ в области давлений (0,05–20) МПа. В расчетах использовали известную зависимость $p_{2\,нас}^{0}$ от температуры [4], значение $V_{2\,конд}^{0}=19,5$ см³/моль [10] и вычисленные в соответствии с [11] значения $B_{11}$ и $B_{12}$. Зависимость от давления отклонений Δ$t_{d}$ значений $t_{d}$, расcчитанных в соответствии с описанными выше моделями, от вычисленных по данным [9], приведена на рисунке.
Рисунок. Зависимость расчетных значений Δ$t_{d}$ от давления при объёмной доле влаги в азоте $x_{2}$=1 млн⁻¹.
Показано, что для азота существует область относительно невысоких давлений, для которых использование рассмотренных моделей дает результаты, совпадающие в пределах погрешности с данными [9]. По оценке авторов, в области объемной доли влаги до 100 млн⁻¹ такое поведение справедливо для воздуха, кислорода, гелия, неона, водорода. Причем для гелия, неона и водорода расчеты по моделям 1 и 2 дают согласованные результаты при более высоких давлениях, чем для азота.
Применение указанных моделей без учета предварительно установленных ограничений в области давлений может привести к ошибочным результатам. Например, содержание влаги в сжатом до 15,0 МПа азоте $t_{d}$ = –65°С измерили конденсационным гигрометром. Далее рассчитали соответствующие значения объемной доли влаги $x_{2}$ и значения $t_{d\,101,3}$. Результаты расчета, приведенные в табл. 2, показывают, что наименьшее отклонение от данных [9] у результатов вычислений с использованием модели 3. Применение моделей 1 и 2 дает близкие отклонения от данных [9], составляющие для $t_{d\,101,3}$ приблизительно –4,5°С, а для $x_{2}$ - 60%, а для $t_{d\,101,3}$ - приблизительно (-4,5)°С.
Таблица 2
Результаты расчетов $x_{2}$ и $t_{d\,101,3}$ для азота, содержание влаги в котором соответствует $t_{d}$ = –65°С
Характеристика влажного газа
Расчетное значение содержания влаги в азоте
модель 1
модель 2
модель 3
данные [9]
$x_{2}$, млн⁻¹
3,60·10⁻²
4,26·10⁻²
11,0·10⁻²
9,46·10⁻²
$t_{d\,101,3}$, °C
–95,2
–94,3
–89,4
–90,1
Таким образом, имеется достаточно оснований в практической гигрометрии использовать один термин "точка росы" в качестве количественной характеристики влажности газа, выраженной в единицах термометрической шкалы. Этот термин имеет длительную историю применения, корректное в термодинамическом отношении определение и обозначается как $t_{d}$. Численному значению $t_{d}$ должны сопутствовать сведения о давлении газа и его природе, отсутствие которых ведет к неоднозначному толкованию полученных результатов.
Целесообразно значение $t_{d}$ приводить путем расчетов к значению $t_{d\,101,3}$. Такой прием находит практическое применение, но требует наличия надежных методов расчета. Основу таких расчетов могут составить как данные экспериментальных исследований фазовых равновесий в системах газ – вода, так и различные теоретические физические модели, адекватно представляющие свойства таких систем.
Результаты выполненных расчетов показывают, что для ряда технических газов существует область физических параметров, в которой может быть оправданным использование относительно простых известных моделей.
Литература
1. Толковый словарь по химии и химической технологии. Основные термины / Под ред. Ю. А. Лебедева. – М.: Русский язык, 1987.
2. Физический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1983.
3. ГОСТ 8.221 – 76. ГСИ. Влагометрия и гигрометрия. Термины и определения.
4. ГОСТ 8.524 – 85. ГСИ. Таблицы психрометрические. Построение, содержание, расчетные соотношения.
5. ГОСТ 9293 – 74. Азот газообразный и жидкий. Технические условия. Изм. 1,2,3.
6. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии. Т. 1. – М.: Госхимиздат, 1963.
7. Кричевский И.Р. Фазовые равновесия в растворах при высоких давлениях. – М., Л.: Госхимиздат, 1946.
8. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. – Л.: Химия, 1982.
9. Иомтев М.Б. и др. Таблицы рекомендуемых справочных данных. Системы газ – лед. Растворимость льда в азоте и воздухе в диапазонах температур от –50 до – 2 °С и давлении от 0,2 до 61 МПа. ГСССД № Р88–84. – М: Изд-во стандартов, 1984.
10. Hyland R. W. // J. Rec. NBS. – 1975. – 79A. – № 4. – P. 551.
11. Гиршфельдер Дж., Кертис И., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. – М.: ИИЛ, 1961.
- Установки глубокой осушки газов и газовых смесей 2 Установки глубокой осушки (очистки от влаги) газов серии «УГОА» предназначены для удаления примеси влаги (паров воды) из азота (N₂), аргона (Ar), гелия (He), водорода (H₂), воздуха, кислорода (O₂) и их смесей до остаточного влагосодержания менее 0,1 ppm, вне зависимости от исходной влажности очищаемого газа.Контекст фразы в тексте
УСТАНОВКИ ГЛУБОКОЙ ОСУШКИ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Рис. Установка
газоочистки «УГОА-2,5/5»Предназначены для глубокой осушки технических газов и их смесей, в том числе азота (N₂), аргона (Ar), гелия (He), водорода (H₂), воздуха, кислорода (O₂). Применяются в виде самостоятельных изделий в различных отраслях промышленности, а так же в виде блоков в установках криоадсорбционной очистки и криокомпрессорах.
В зависимости от влажности исходного газа, его осушка осуществляется адсорбцией влаги силикагелем или молекулярными ситами. Силикагель используется при высокой влажности исходного газа, благодаря более высокой при этом, чем у молекулярных сит, адсорбционной ёмкости.
Процесс осушки в установках реализуется таким способом, что вне зависимости от вида используемого адсорбента, остаточное содержание влаги в осушенном газе меньше нижней границы диапазона измерений известных гигрометров. Использование экспериментально-расчётного метода оценки остаточного содержания влаги приводит к результату в случае силикагеля не более 3,6 ppbᵥ (точка росы при давлении 101,3 кПа минус 106°С), а в случае молекулярных сит — еще ниже. Регенерация от влаги в установках, работающих под давлением до 2,0 МПа, осуществляется термическим способом с автоматическим регулированием температурных режимов, а в установках, работающих под давлением выше 2,0 МПа, — безнагревная.
Контроль процесса осушки в установках осуществляется гигрометром «ИВА-8».
При рабочем давлении до 1,0 МПа установки изготавливаются как с ручным управлением процессами, так и полностью автоматизированные.
Таблица
Основные технические характеристики
установок глубокой осушки технических газов и их смесейНаименование параметра
Размерность
Величина
Диапазон производительности
нм³/ч
0-40
Диапазон рабочего давления
МПа
0,5–40,0
Объёмная доля влаги на входе в установку
ppmᵥ
2000
Объёмная доля влаги на выходе из установки
ppbᵥ
4
Число частиц мехпримесей размером более 0,01 мкм:
- в подаваемом на очистку газе
- в очищенном газешт/ндм³
Не норм.
0,03Электропитание переменным током:
- напряжение
- частота
- максимальная потребляемая мощность
В
Гц
кВт
220
50
0,2-1,5Средний срок службы, не менее
лет
10
Уменьшение потерь для редких (и как следствие - дорогих) технических газов (в процессе регенерации установки) с 5% до 0,5% от очищаемого, обеспечивается технологической заменой газа регенерации на доступный и дешевый, такой как, например, азот или воздух.
Возможность технологической замены газа регенерации можно определить в опросном листе заказа установки «УГОА».
Аппараты установки изготовлены из труб внутренним диаметром не более 150 мм и «Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением»» (ФНП-ОРПД) на установку не распространяются.
Разрешительная документация
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АЛ16.В.46903
- Технический регламент ТР ТС 010/2011 "О безопасности машин и оборудования"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 22.10.2020
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АВ45.В.88725
- Технический регламент ТР ТС 004/2011 "О безопасности низковольтного оборудования"
- Технический регламент ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств"
- Схема декларирования 5д
- Тип объекта декларирования Серийный выпуск
- Дата окончания действия 07.10.2020
- Декларация соответствия ТС N RU Д-RU.АЛ16.В.46903
- Опросные листы 4 Опросные листы заказа на изготовление и поставку установок очистки водорода, азота, кислорода, инертных газов и их смесейКонтекст фразы в тексте
Опросные листы
«ВЕРА-X/XX(X)» Очистка водорода (кислорода). Опросный лист
Опросный лист заказа установки очистки водорода (кислорода)
Дата:март 2017
Документ:Опросный лист«УТОА-X/XX» Очистка азота, аргона. Опросный лист.
Опросный лист заказа установки очистки азота, аргона
Дата:март 2017
Документ:Опросный лист«УГОА-X/XX» Очистка от влаги (осушка). Опросный лист.
Опросный лист заказа установки глубокой очистки от влаги
Дата:март 2017
Документ:Опросный лист - Опросный лист заказа установки «УГОА-2,5/5» 2 Опции поставки и комплектации установки очистки газов от влаги «УГОА-2,5/5»Контекст фразы в тексте
Опросный лист заказа установки очистки газов от влаги «УГОА-40/10А»
- О предприятии 4 История создания компании НПК «Наука», авторский коллектив разработчиковКонтекст фразы в тексте
О Научно-производственной компании «Наука»
ООО НПК «Наука» создано в 2005 году по инициативе научных работников ЗАО НТА «Наука». Основной целью создания нового предприятия является реализация серийного производства и сервисного обслуживания установок глубокой очистки водорода ВЕРА-40/10 и ВЕРА-40/10А, производства газообразного водорода категории ОСЧ по техническим условиям ТУ 2114-016-78538315-2008.
Установки очистки водорода разработаны специалистами ЗАО НТА «Наука» в результате 15–летней научной и опытно-конструкторской работы с учетом анализа тенденций освоения в промышленности новых высоких технологий, основанных на использовании особо чистого водорода (ОСЧ). При этом все изготовленные экземпляры таких установок в виде опытных и установочных партий нашли применение и успешно эксплуатируются, в основном, в электронной промышленности в эпитаксиальном производстве. Проявился интерес к таким установкам в электроламповом производстве, в металлургии, в электроэнергетике (ТЭЦ, АЭС) и т.п.
Гарантии не только сохранения достигнутого высокого уровня целевых технических и эксплуатационных характеристик рассматриваемых установок при реализации их серийного производства, но и дальнейшее их улучшение обеспечивается тем, что основу производственного персонала ООО НПК «Наука» составляет авторский коллектив разработчиков установок «ВЕРА-40/10» и «ВЕРА-40/10А».
По состоянию на начало 2017 г. сквозная нумерация выпускаемых изделий по теме «глубокая очистка технических газов» преодолела отметку в 110 штук, включая единичные экземпляры, созданные под эксклюзивные требования заказчиков (см. «ГСУ–1,0/2,5»).
На многих предприятиях оборудование эксплуатируется 24 часа в сутки, 7 дней в неделю без перерывов на обслуживание, в течение более чем 5 лет, накапливая, в случае автоматических систем, информацию об их эксплуатации, что предоставляет нам огромный задел по их модернизации, уменьшению себестоимости и повышению надежности.
Естественно, что срок эксплуатации оборудования не безграничен и явно указан в документации. Раньше он составлял 8, а сейчас - 10 лет. Встречаются еще работающие системы с годом выпуска 2006, 2004 и даже 2002, что конечно, не может не радовать.
Найдено ссылок на символьные объекты: 23; общее число вхождений: 489 (время выполнения 0.233 с).
Цены на водород ОСЧ по ТУ 2114-016-78538315-2008 «Водород особо чистый»
- АМарка А (99,99999 %об.)1750 ₽ за м³
- БМарка Б (99,9999 %об.)1460 ₽ за м³
- ВМарка В (99,999 %об.)1110 ₽ за м³
- Подготовка баллона к заполнению водородом марки А5016 ₽
- Подготовка баллона к заполнению водородом марки Б4218 ₽
- Подготовка баллона к заполнению водородом марки В2679 ₽
- Цены приведены с учетом всех налогов и сборов