2015-01-07
2537
| Вещество | Концентрационные пределы воспламенения, % | Вещество | Концентрационные пределы воспламенения, % | ||
| нижний | верхний | нижний | верхний | ||
| Газы | Пары жидкос- | ||||
| Ацетилен | тей | ||||
| Аммиак | Амилацетат | 0,2 | 4,35 | ||
| Бутан | 1,9 | 9,1 | Анилин | 1,3 | 4,2 |
| Водород | 74,2 | Ацетон | 2,6 | 12,2 | |
| Метан | Бензол | 1,1 | 7,1 | ||
| Окись углерода | 12,5 | Бензин А-74, Б-70 | 0,79 | 5,16 | |
| Пропан | 2,1 | 9,5 | Керосин | 1,4 | 7,5 |
| Сероводород | 4,3 | 4,6 | Кислота уксусная | 3,3 | |
| Этан | 2,9 | Метилацетат | 3,6 | 12,8 | |
| Этилен | Сероуглерод | ||||
| Скипидар | 0,8 | - | |||
| Спирт мети- ловый | 34,7 | ||||
| Спирт эти- ловый | 3,6 | ||||
| Хлорбензол | 1,3 | 7,1 | |||
| Этилацетат | 3,55 | 16,8 |
вредных веществ в воздухе с помощью автоматических анализаторов. Вместе с тем усложнились задачи анализа состава загрязнений, что обусловлено развитием химии и производств органического синтеза. Это привело к разработке новых методов исследований, в частности хроматографических, позволяющих определять отдельные ингредиенты в составе сложных противогазовых смесей, органических кислот, спиртов и др.
Наряду с обычными лабораторными методами широко практикуется применение экспресс-методов, позволяющих в короткие сроки обнаружить наличие и замерить концентрацию ядов в воздухе. Являясь несколько менее точными по сравнению с другими методами, экспресс-методы имеют такие достоинства, которые в ряде случаев делают их незаменимыми (например, в случаях, когда необходимо дать быстрый ответ о наличии ядовитых или взрывоопасных газов и паров в воздухе, изменении их концентрации в течение какого-либо периода и др.).
Анализы воздушной среды проводят при максимальной загрузке оборудования. Пробы воздуха берут не только на основных рабочих местах, но и на местах, на которых рабочие могут находиться кратковременно. При исследовании содержания ядовитых веществ в воздухе пробы отбирают на высоте 2 м от пола 3-4 раза и более. Сравнивая результаты анализа с ПДК, можно сделать заключение о вредности воздушной среды данного цеха, эффективности герметизации производственного оборудования и вентиляции цеха.
В ГОСТ 12.1.005-88 ПДК даются в миллиграммах на кубический метр, а приборы измеряют содержание вредных газов и паров чаще всего в миллиграммах на литр. Поэтому для сравнения с ПДК фактические концентрации необходимо умножить на 1000, чтобы получить результаты в миллиграммах на кубический метр.
П р и м е р 1. По данным проведенного анализа воздуха, фактическая концентрация двуокиси азота (NO2) составила 0,012 мг/л. Так как в одном кубическом метре содержится 1000 л, концентрация окислов азота, приведенная к требованиям измерения по ГОСТ 12.1.005-76, составит соответственно: 0,012 ´ 1000 = 12 мг/м3. Сравнивая с ПДК (5 мг/м3), приходим к выводу, что фактическая концентрация окислов азота в воздухе превышает допустимые нормы в 12: 5 = 2,4 раза и является вредной.
Для взрывоопасных газов и паров концентрация из единиц массы должна пересчитываться в объемные единицы измерения. Пересчет осуществляют по формуле, %,
V = B н (273 + t) G × 22,4 × 100/(273 BtM),
где B н - нормальное атмосферное давление. Па; t - температура воздуха в помещении, °С; G - концентрация газа при температуре t и давлении воздуха Bt, г/л; 22,4 — постоянная величина, характеризующая объем одной грамм-молекулы газа в литрах при t = 273 К (или 0° С) и нормальном атмосферном давлении В н= 101325 Па; Вt - барометрическое давление воздуха, замеренное в цехе, Па; М - молекулярная масса газа.
Пример 2. По данным проведенного анализа воздуха фактическая концентрация паров бензола (С6Н6) в помещении составила 1,8 мг/л; температура воздуха была равной 24° С, а барометрическое давление в момент отбора пробы составляло 99600 Па. Определить: 1. Во сколько раз фактическая концентрация бензола в воздухе превышает ПДК. 2. Является ли фактическая концентрация бензола взрывоопасной, если известно, что нижний предел взрываемости паров бензола составляет 1,1, а верхний -7,1% по отношению к объему воздуха?
По ГОСТ 12.1.005-76 находят, что для бензола ПДК составляет 5 мг/м3. Фактическая концентрация бензола составляет 1,8 мг/л, или 1800 мг/м3, следовательно, она в 360 раз превышает допустимую норму и является вредной.
Из формулы бензола (С6Н6) определяют, что М =78, а его фактическая концентрация, выраженная в граммах, соответствует G = 0,0018 г/л. Подставляя в формулу все остальные значения входящих величин, находим, что V = 0,562 %. Так как 0,562% < 1,1%, фактическая концентрация бензола является невзрывоопасной.
Методы исследования содержания вредных веществ в воздухе. Методы определения содержания вредных веществ в воздухе основаны на различных физических и химических явлениях, но они неизменно включают два процесса: отбор пробы воздуха и его анализ.
Метод отбора пробы воздуха может быть продолжительным по времени и одномоментным. Первый метод, так называемый аспирационный, основан на протягивании анализируемого воздуха через твердые или жидкие среды для задержки в них путем механического разделения или растворения определяемого вещества. Второй метод заключается во взятии в рабочей зоне определенного объема воздуха для последующего анализа его в химической лаборатории.
Аспирационный метод позволяет накопить на фильтре или в поглотительном растворе анализируемое вещество хотя бы в минимальном количестве, находящемся выше уровня чувствительности химического метода определения. Отбор пробы продолжается 15-20 мин, а в некоторых случаях — 30-60 мин. Недостатком аспирационного метода являются большая трудоемкость отбора пробы и большое усреднение концентрации определяемого вещества в воздухе за продолжительный период времени (в то время как концентрация ядов в воздухе рабочей зоны нередко меняется довольно быстро).
Для отбора пробы необходимы аспиратор и устройства для задержки анализируемого вещества: при определении аэрозолей - фильтры; при определении паров и газов - поглотительные приборы. В качестве. аспиратора обычно используют электрический аспиратор - воздуходувку. При его применении в случае, когда определяют токсические вещества в виде аэрозолей, отбор пробы сходен с методом определения запыленности воздуха (см. лабораторную работу № 3). Отличие заключается лишь в самом определении токсического вещества, которое обычно проводится не весовым, а химическим методом с предварительным переводом твердого вещества в жидкое состояние путем растворения его в кислотах, щелочах и других растворителях.
При определении концентрации паров и газов скорость протягивания воздуха должна быть невелика, поэтому используется в аспираторах та пара реометров (расходомеров), которые имеют градуировку от 0 до 1 л/мин.
Во взрывоопасных производствах, в которых нельзя использовать электрический аспиратор, используют аспиратор эжекторный АЭРА, который работает за счет энергии сжатого воздуха в баллоне. В некоторых случаях используют простейший аспиратор. Представляющий собой две градуированные и соединенные резиновым шлангом бутыли, одна из которых заполнена водой. При расположении их на разных уровнях вода из верхней бутыли перетекает в нижнюю; за счет этого в верхней бутыли создается разряжение и анализируемый воздух засасывается в поглотители. О количестве протянутого воздуха судят по количеству переливающейся жидкости, скорость регулируют лабораторным зажимом на соединительном шланге.
Одномоментный способ отбора проб воздуха может быть применен в одном из трех вариантов:
выливанием жидкости из сосуда, что приводит к заполнению его исследуемым воздухом; сосуд после этого герметично закрывается резиновой пробкой и доставляется в лабораторию для анализа (метод применяется при нерастворимых в воде газах);
обменом воздуха (десятикратная продувка), когда чистый воздух в сосуде замещается анализируемым воздухом для последующего анализа его в лаборатории;
заполнением сосуда, в котором заранее был создан вакуум. При открывании сосуда в зоне работы анализируемый воздух заполняет его, после чего сосуд закрывают и доставляют в лабораторию.
Одномоментный способ отбора удобен и лишен недостатков аспирационного метода, но может применяться лишь тогда, когда имеется высокочувствительный метод анализа и нет необходимости концентрировать (аккумулировать) вещества, содержащиеся в воздухе производственных помещений в незначительном количестве.
Для задержки паров и газов применяют стеклянные изделия самой разнообразной конструкции (от простейших стеклянных трубок до колб сложной конфигурации), которые заполняются поглотителями (растворами, химическими чернеными и порошкообразными реактивами соответствующего назначения).
Для улавливания аэрозолей применяют аналитические фильтры аэрозольные АФА-ХА, АФА-ХП и АФА-ХС. Буква Х обозначает, что фильтры предназначены для проведения анализа аэродисперсных примесей химическим (а не весовым) методом. Стоящие рядом буквы указывают, что материал ультратонких волокон фильтра изготовлен соответственно из ацетилцеллюлозы (А), перхлорвинила (П) и полистирола (С).
Для определения концентрации радиоактивных аэрозолей применяют фильтры АФА-РМ из метилакрилатного материала; для определения изотопного состава радиоактивных аэрозолей спектрометрическим методом- фильтры АФА-РСП из перхлорвинилового материала; фильтры АФА-БА - для бактериального анализа аэродисперсных примесей и др.
Для определения концентрации вредных примесей весовым методом применяют стойкие к влаге, кислотам и щелочам фильтры АФА-ВП двух типов: АФА-ВП-10 и АФА-ВП-20 с площадью фильтрующих дисков 10 и 20 см2 и массой 50 и 110 мг соответственно.
Методы анализа проб воздуха, используемые для определения химических веществ в нем, весьма разнообразны: фотометрический, люминесцентный, спектроскопический, полярографический, хроматографический, оптический и др.
Кроме указанных выше методов - высокоточных и чувствительных, требующих, однако, значительных затрат времени на определение содержания вредных и опасных веществ в воздухе, современная промсанитария располагает менее точными, но более быстрыми методами анализа. К экспресс-методам анализа воздуха относятся колориметрические и линейно-колористические методы, позволяющие оперативно в месте отбора пробы определить концентрацию загрязняющих воздух веществ.
Колориметрические методы основаны на протягивании воздуха, содержащего загрязняющее вещество, через раствор, фильтровальную бумагу или зернистый твердый сорбент и измерении интенсивности полученной на них окраски путем сравнения со стандартными шкалами (образцами-эталонами) с указанной на них концентрацией исследуемого вещества.
Линейно-колористический метод основан на протягивании исследуемого воздуха через стеклянные индикаторные трубки и измерении длины окрашенного столбика порошка по заранее приготовленным шкалам, показывающим зависимость этой длины от концентрации данного вещества.
Рис.4.1. Прибор для определения окиси углерода: 1 - головка аспиратора; 2 - резиновый уплотнитель; 3 - регулировочный винт; 4 - аспиратор
|
Применяемые приборы. Анализ воздуха проводится на приборах УГ-1, УГ-2, ГХ-4, на приборе СО, фирмы «Дрегер» (ГДР) и др. Все они имеют один и тот же принцип действия, в основе которого лежит метод цветных реакций. Например, в приборе для определения окиси углерода (рис. 12) желтый силикономолибденовый комплекс при взаимодействии с окисью углерода окрашивается в синий цвет (чувствительность метода 0,01 мг/л, пределы определяемых концентраций 0,01-1 мг/л). В качестве воздушного насоса при отборе пробы воздуха на анализ используется резиновый аспиратор грушевидной формы, во входное отверстие которого вставляется индикаторная трубка (ампула с реактивом).
Химические газоанализаторы ГХ-1, ГХ-2 и ГХ-4 предназначены для определения в рудничном воздухе и воздухе других производственных помещений концентраций окиси углерода, сернистого газа, сероводорода и окислов азота. Они состоят из мехового аспиратора и индикаторных трубок (ампул), заполненных соответствующим реактивом и запаянных с двух сторон. На каждой ампуле имеются стрелка, указывающая направление движения воздуха, и кольца для облегчения снятия отсчета при определении содержания газа.
Меховой насос (резиновая гармоника), который приводится в действие одной рукой, служит для просасывания воздуха через индикаторную трубку. За один полный ход (разжатие) меха через трубку в течение 6-9 с присасывается 100 мл воздуха. В сжатый (до упора) насос вставляется вскрытая ампула (индикаторная трубка) так, чтобы стрелка на ней была направлена в сторону головки насоса. Отпустив мех, ждут, когда закончится протягивание воздуха до полного раскрытия меха. Если при этом окраска реактивного порошка достигла первого деления шкалы или превысила его, замер газа следует прекратить и выйти из рабочей зоны на свежий воздух, так как концентрация любого из определяемых газов в этом случае превышает ПДК. Если после одного хода меха окраска не появилась или не достигла первого деления шкалы (на левой стороне, где стоит отметка 100 мл), продолжают просасывание воздуха, делая еще девять ходов меха (всего 10). В этом случае концентрация газа определяется по правой стороне шкалы (где стоит от метка 1000 мл). Шкалы имеются на упаковке ампул. Ампулы прикладывают к шкале так, чтобы кольца ампулы (индикаторной трубки) совпадали с делениями шкалы, а начало окрашенного столбика - с нулевым ее делением.
Рис. 4.2. Газоанализатор химический ГХ-4:
а - аспиратор с индикаторной трубкой;
б - шкала
|
Индикаторные трубки-ампулы для различных газов заполняются соответствующими реактивами.
Еще более широкими возможностями для экспресс-анализа воздушной среды обладают универсальные газоанализаторы УГ-1 и УГ-2 (последний является более легким по массе и более усовершенствованной моделью первого образца прибора).
По принципу действия эти приборы аналогичны описанным выше. Общий вид (наиболее распространенного в настоящее время) газоанализатора УГ-2 показан на рис. 14. В комплект каждого прибора входят 6 штоков 1 и 14 ящиков ЗИП, в которых в зависимости от анализируемого газа имеются запасы индикаторных стеклянных трубок и химических реактивов, а также необходимые принадлежности для приготовления индикаторных трубок и фильтрующих патронов.
Газоанализатор УГ-2 состоит из корпуса 7, внутри которого расположен резиновый воздушный насос 5, называемый также аспиратором, или сильфоном. Аспиратор выполнен в виде широкой гофрированной резиновой трубы, закрепленной между двумя металлическими фланцами. Внутри аспиратора имеется стальная пружина 4, которая держит его в растянутом положении. Для сохранения формы гофрированных поверхностей (ребер жесткости насоса) с внутренней стороны в гофры вставлены распорные кольца 6. Сильфон сжимается штоком 1 путем нажатия рукой на его головку. Прибор оборудован направляющей втулкой 2, смонтированной на верхней плите 3. Для фиксации хода штока во время движения его по направляющей втулке предусмотрен стопор 12. Все шесть штоков газоанализатора имеют на противолежащих сторонах канавки 15. Над канавками вверху стоит цифра, соответствующая объему просасываемого воздуха в миллилитрах. Каждая канавка имеет два отверстия для фиксации стопором обозначенного объема протянутого через индикаторную трубку воздуха. Ход поршня от нижнего отверстия до верхнего регулируется автоматически. После протягивания обозначенного объема воздуха слышится щелчок от срабатывания стопора на верхнем отверстии канавки штока.
Рис. 4.3. Универсальный
газоанализатор УГ-2
|
Нижняя часть сильфона соединена резиновой трубкой 13 со штуцером 14, к которому присоединен гибкий резиновый шланг 11, предназначенный для подсоединения индикаторных трубок 10. Последние представляют собой стеклянные трубки длиной 90 мм с внутренним диаметром 2,5 мм, которые заполняются индикаторным порошком из ЗИПа соответствующего назначения (на 14 видов газов и паров 14 ЗИПов). На лицевой стороне панели прибора имеются гнездо 8 для хранения штока 1 и платформа 9 для крепления мерной шкалы-линейки.
Универсальный газоанализатор УГ-2 предназначен для определения присутствия в воздухе сернистого ангидрида, ацетилена, окиси углерода, сероводорода, хлора, аммиака, окислов азота, этилового эфира, бензина, бензола, толуола, ксилола, ацетона, керосина и уайт-спирита. Порошок в трубке удерживается с помощью двух пыжей из тонкой медной эмалированной проволоки диаметром 0,27 мм. Между пыжами и порошком укладывается тонкая (0,5 мм) прослойка ваты. Концы трубок обертывают фольгой и герметизируют слоем конторского сургуча, который удаляется при исследованиях специальным скребком. Для определения окиси углерода в комплект входят короткие (малые) индикаторные трубки, используемые для сокращения времени анализа и продувки фильтрующих патронов. Фильтрующие патроны представляют собой стеклянные трубки диаметром 10 мм с перешейками (сужениями). Они заполняются соответствующими поглотителями (сорбентами), предотвращающими влияние сопутствующих газов и паров (эффект наложения) на точность анализа исследуемого вредного вещества.
На каждый исследуемый газ, за исключением этилового эфира, ацетона и углеводородов нефти - керосина и уайт-спирита имеются две заметные шкалы-линейки (одна красного, другая черного цвета). По красной линейке замеряют концентрацию газов при использовании штоков с малым объемом просасывания воздуха, а по черной линейке - концентрацию газов при использовании штоков с большим объемом просасывания (см. табл. 4.2). При этом нулевое деление шкалы должно совпадать с началом границы поверхности порошка в индикаторной трубке. Отсчет берется по высоте окрашенного столбика реактива на линейке.
В настоящее время разработаны индивидуальные газосигнализаторы серии ИГС-98, предназначенные для оснащения персонала, помещений и промышленных зон предприятий, а также аварийно-спасательных формирований. 
Они имеют контрольный выход, через который с помощью выносного табло (вольтметра) можно измерять концентрацию газа в атмосфере и определять места утечек (см.табл.).
| НАИМЕНОВАНИЕ | КОНТРОЛИРУЕМЫЙ ГАЗ |
| ИГС-98/NНз | аммиак |
| ИГС-98/Cl2 | хлор |
| ИГС-98/О2 | кислород |
| ИГС-98/О3 | озон |
| ИГС-98/CО | угарный газ |
| ИГС-98/NО2 | диоксид азота |
| ИГС-98/SО2 | диоксид серы |
| ИГС-98/H2 | водород |
| ИГС-98/H2S | сероводород |
| ИГС-98/CHx | углеводороды |
Такая конструкция с выносным табло позволяет обследовать глубокие колодцы перед проведением в них необходимых работ, при этом они имеют следующие характеристики:
• надежность и простота эксплуатации;
• малые габариты: 100 ´ 50 ´ 25 мм и масса: 110 г.;
• два уровня акустической и оптической сигнализации;
• 1 год непрерывной работы без смены элементов питания
Предназначены для непрерывного контроля газовой среды в помещениях котельных, компрессорных цехов, хлораторных и других промышленных объектов, на которых могут образоваться опасные концентрации горючих и токсичных веществ.
При превышении ПДК газосигнализаторы с помощью сухих контактов обеспечивают включение вентиляции с оптическим и акустическим оповещением, а при значительном превышении допустимых концентраций дополнительно включают аварийную сигнализацию.
Питание сигнализаторов осуществляется от сети 220 В через сетевой адаптер или от источника тока 12 В
Конструктивно ИГС выполняются в следующих вариантах:
• индивидуальные - для контроля атмосферы на рабочих местах;
• стационарные - для непрерывного контроля атмосферы в помещениях, транспорте или на открытом воздухе в местах возможных утечек, а также в составе систем контроля;
• носимые - для мультигазового контроля состава атмосферы.
ИГС изготавливаются в прямоугольном корпусе 100´50´25 мм с возможностью его закрепления на кармане одежды. Источник питания - гальваническая батарея или аккумулятор. ИГС имеют аналоговый выход для дистанционного измерения концентрации контролируемого газа с помощью внешнего индикатора (вольтметра). Имеется вариант исполнения со встроенным индикатором (табло).
