Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Факультет низкотемпературной энергетики

Кафедра экологии и техносферной безопасности

 

Реферат по дисциплине

«Современные методы и средства контроля выбросов транспорта, промышленных предприятий и топливно-энергетического комплекса»

на тему: «Стационарные системы контроля выбросов транспортных средств»

 

Выполнила:

Василевская А.А.

Группа W4150

 

Проверил:

к.т.н. Белобородов В.В.

 

Санкт-Петербург
2017

 

Содержание

Введение...................................................................................................................3

1.Состав выхлопных газов ТС...............................................................................4

2. Организация контроля выбросов автотранспорта............................................5

3. Автомобильные газоанализаторы......................................................................6

3.1. Общие сведения и назначение..............................................................6

3.2. Устройство и принципы работы автомобильных газоанализаторов.....................................................................................................8

4. Приборы для контроля выбросов ТС..............................................................12

4.1. Газоанализатор дымовых газов дымомер ОМД-21...........................12

4.2. Газоанализатор транспортных выбросов АВТОТЕСТ-02.02 0кл.т........................................................................................................................15

Заключение.............................................................................................................16

Список литературы................................................................................................17

 

 

Введение

 

Серьезнейшим источником загрязнения атмосферного воздуха в наше время стал автомобильный транспорт. Этот вид транспорта по ряду примесей может быть основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количество вредных выбросов, поступающих в атмосферный воздух от него, зависит от следующих факторов: качественного и количественного составов парка автомобилей, условий организации уличного движения, архитектурно-планировочных особенностей сети автомагистралей и ряда других факторов. Выбросы автомобилей, прежде всего, опасны тем, что поступают непосредственно в приземный слой атмосферы, где скорость ветра незначительна и поэтому газы плохо рассеиваются.  Их образование является одной из самых важных проблем экологического состояния городов.

При попадании их в организм человека, больше всего страдают органы дыхания, что впоследствии может вызвать ряд опасных, как острых, так и хронических заболеваний. Цель данной работы заключается в выявлении и рассмотрении стационарных систем контроля выбросов ТС.

 

1.Состав выхлопных газов ТС

 

Отработавшие или выхлопные газы, которые образуются при работе современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), могут содержать белее 300 веществ и вредных соединений, большинство из которых являются токсичными.

В состав газовой смеси выхлопных выбросов входят множество различных аэрозолей и микропримесей, углеводороды и альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и прочие продукты неполного и полного сгорания топлива с разными химическими и физическими свойствами. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты (рис.1. Состав выхлопных газов ТС).

2. Организация контроля выбросов автотранспорта

 

Для изучения особенностей загрязнения воздуха выбросами автотранспорта организуются специальные наблюдения, в результате которых определяются:

1. Максимальные значения концентраций основных примесей, выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей, и периоды их наступления при различных метеоусловиях и интенсивности движения транспорта;

2. Границы зон и характер распределения примесей по мере удаления от автомагистралей;

3. Особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах, примыкающих к автомагистралям;

4. Особенности распределения транспортных потоков по магистралям города [2].

Наблюдения проводятся во все дни рабочей недели ежечасно с 6 до    13 ч или с 14 до 21 ч с чередованием дней с утренними и вечерними проверками. В ночное время наблюдения проводятся 1 — 2 раза в неделю.

Точки наблюдения выбираются на городских улицах с интенсивным движением транспорта и располагаются на различных участках улиц в местах, где часто производится торможение автомобилей и выбрасывается наибольшее количество вредных примесей. Кроме того, пункты наблюдения организуются в местах скопления вредных примесей из-за слабого рассеяния (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зонах пересечения двух и более улиц с интенсивным движением транспорта [2].

Приборы размещаются на тротуаре, на середине разделительной полосы при ее наличии и за пределами тротуара — на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться на расстоянии не менее 0,5 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную автомагистраль, пункты наблюдения размещаются на краях тротуара, а также на расстояниях, превышающих ширину магистрали в 0,5, 2 и 3 раза.

Интенсивность движения определяется путем учета числа проходящих транспортных средств, которые подразделяются на пять основных категорий (легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы, дизельные автомобили, микроавтобусы и мотоциклы), ежедневно в течение 2-3 недель в период с 5-6 ч до 21-23 ч, а на транзитных автомагистралях — в течение суток. Подсчет числа проходящих транспортных единиц проводится в течение 20 мин каждого часа, а в 2-3 часовые периоды наибольшей интенсивности движения автотранспорта — каждые 20 мин. Средняя скорость движения транспорта определяется на основе показателей спидометра автомашины, движущейся в потоке транспортных средств, на участке протяженностью от 0,5 до 1 км данной автомагистрали. На основании результатов наблюдений вычисляются средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблюдения [2].

 

3. Автомобильные газоанализаторы

3.1. Общие сведения и назначение

 

Диагностика и регулировка двигателей внутреннего сгорания автомобилей (ДВС) - это одно из наиболее важных направлений деятельности по снижению токсичности выхлопных газов, повышению экономичности ДВС и сроков их эксплуатации. Эти задачи решаются при помощи специального диагностического оборудования, в перечень которого входит и автомобильный газоанализатор, контролирующий состав отработанных газов.

Общее назначение газоанализаторов - измерение и анализ газовых смесей для определения их количественного и качественного (объёмного и процентного) состава. В частности, газоанализатор для автомобиля используется при измерении количества вредных выбросов в выхлопных газах ДВС, работающих на бензиновом, дизельном и газообразном топливе: оксида углерода (CО), диоксида углерода (СО2), углеводородов и других соединений. Диагностика двигателей, регулировка и ремонт карбюраторов, газового оборудования, наладка систем впрыска топлива - вот далеко не полный список работ, выполнение которых практически невозможно без применения автомобильных газоанализаторов. Регулировка расхода топлива - это особо востребованная в наши дни услуга, когда стоимость топлива растёт изо дня в день.

В зависимости от конструктивного устройства автомобильные газоанализаторы могут измерять один или несколько компонентов выхлопных газов (однокомпонентные и многокомпонентные). Одно- или двухкомпонентными газоанализаторами можно измерять количество вредных примесей в отработанных газах автомобилей (СО, окислы азота), не оборудованных катализаторами. Некоторое время назад наиболее распространёнными были однокомпонентные газоанализаторы для определения содержания оксида углерода СО. Введение норм выбросов по экологическим стандартам ЕВРО не только СО, но и других составляющих отработанных газов стимулировало выпуск и использование многокомпонентных газоанализаторов для оценки их состава. При помощи обычных автомобильных газоанализаторов можно выполнять диагностику и регулировку либо бензиновых, либо дизельных двигателей. Универсальные газоанализаторы позволяют диагностировать и выполнять регулировку и бензиновых, и дизельных ДВС.

Современные комбинированные автомобильные газоанализаторы, кроме определения состава отработавших газов, способны диагностировать и предоставлять дополнительную информацию о технических параметрах двигателя (температура масла, число оборотов двигателя, начало работы ТНВД, момент зажигания, коэффициент избытка воздуха и др.). Газоанализаторы могут дополнительно оснащаться печатающим устройством, интерфейсом для передачи данных на компьютер или синхронизируемый принтер.

Стационарные автомобильные газоанализатооры предназначены для работы в стационарных помещениях. Автомобильные газоанализаторы используются на станциях техобслуживания, пунктах инструментального контроля при техосмотрах, в автопарках и автохозяйствах - везде, где необходим контроль и регулировка бензиновых и дизельных ДВС.

 

3.2. Устройство и принципы работы автомобильных газоанализаторов

 

 

Простой автомобильный однокомпонентный газоанализатор предназначен для измерения содержания в выхлопных газах только оксида углерода СО, главным образом использует способ дожигания не полностью сгоревших компонентов в выхлопных газах (рис.2. Принципиальная схема двухкомпонентного газоанализатора на СО и углеводороды (1 - зонд; 2...4 - фильтры; 5 - насос для подачи выхлопных газов; 6 - измерительная кювета (камера); 7 - источник инфракрасного излучения; 8 - синхронный двигатель; 9 - обтюратор; 10 - сравнительная кювета (камера) СО; 11 - инфракрасный лучеприемник СО; 12 - мембранный конденсатор; 13, 16 - усилители; 14 - сравнительная кювета (камера) Сn Нm; 15 - инфракрасный лучеприёмник Сn Нm;17, 19 - индикаторы содержания углеводородов и СО; 18 - измерительная кювета (камера) Сn Нm))). Дожигание СО выполняется в измерительной камере прибора при помощи специальной нагретой нити, при этом изменение температуры нити и характеризует содержание СО в газах. Точность показаний такого газоанализатора невелика и зависит во многом от содержания ещё одного компонента - углеводорода СН.

Определение содержания вредных веществ в отработанных газах современными многокомпонентными газоанализаторами для автомобиля производится без использования химических реактивов, в основном тепловым (инфракрасным) способом измерения. Метод основан на принципе измерения величины поглощения теплового излучения различными составляющими выхлопных газов. Спектрометрический блок современного газоанализатора работает по принципу частичного поглощения энергии светового потока, который проходит через газ. Молекулы любого газа представляют собой колебательную систему, которая способна поглощать инфракрасное излучение только в строго определенном диапазоне волн. Таким образом, если через колбу с газом пропускать стабильный инфракрасный поток, то часть его будет поглощена газом. Более того, в таком случае поглощена будет только та небольшая часть всего спектра светового потока, которую называют абсорбционным максимумом данного газа. При этом, чем концентрация газа в колбе выше, тем большее будет наблюдаться поглощение.

Измерить концентрацию того или иного газа в газовой смеси путем измерения поглощения соответствующей длины волны, позволяет тот факт, что разным газам соответствуют разные абсорбционные максимумы. Таким образом, определить концентрацию каждого из газов в выхлопе двигателя можно измеряя снижение интенсивности светового потока в той части спектра, которая соответствует абсорбционному максимуму определенного газа.

Спектрометрический блок прибора работает следующим образом:

Через измерительную кювету, которая представляет собой трубку с закрытыми оптическим стеклом концами, прокачивают отработанные газы, предварительно отфильтрованные и очищенные от сажи и влаги. С одной стороны трубки устанавливается излучатель, который представляет собой спираль, нагреваемую электрическим током, температура которой строго стабилизируется на одной отметке. Такой излучатель генерирует стабильный поток инфракрасного излучения.

С другой стороны измерительной кюветы устанавливают светофильтры, которые из всего потока излучения выделяют те длины волн, которые соответствуют абсорбционным максимумам исследуемых газов. Поток, после прохождения светофильтров, попадает в приемник ИК-излучения, который измеряет интенсивность этого потока и преобразует её в информацию о концентрации газов в выхлопе автомобиля (рис.3. Работа спектрометрического блока прибора).

Поскольку данный метод применим только для измерения концентрации СО2, СО и СН, то на следующем этапе смесь выхлопных газов из измерительной кюветы поступает последовательно на датчики электрохимического типа для измерения кислорода O2 и оксидов азота NOX. При этом, электрохимические датчики вырабатывают электрический сигнал с напряжением, пропорциональным концентрации кислорода и оксидов азота.

Таким образом, выполняется замер концентрации всех значимых газов: СО, СН и СО2 –психрометрическим методом, О2 и NОX – электрохимическими датчиками. Обработка сигналов со спектрометрического блока и электрохимических датчиков в современном газоанализаторе выполняется при помощи микропроцессорной электронной схемы.

После обработки сигналов, информация о содержании газов выводится на экран прибора: СО, СО2 и О2 - в процентах, а СН и NОX - в ppm (parts per million), «частей на миллион».  Обозначение в ppm связано с тем, что концентрация таких газов в выхлопе крайне мала, и поэтому неудобно использовать проценты для обозначения их количества.

Соотношение между процентами и ppm можно описать следующим равенством: 1% = 10 000 ppm.

Так, например, в отработанных газах обычного двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля содержание CH составляет около 0.001%-0.01%.
 

Сущность пламенно-ионизационного метода заключается в ио­низации молекул органических веществ в пламени водорода и после­дующем измерении ионизационного тока.

 

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) представляет собой ио­низационную камеру, в которой установлены пламенная горелка, кол­лекторный электрод и зажигающая спираль. Внутри корпуса ионизаци­онной камеры может быть размещена также термопара в качестве ин­дикатора горения пламени. На корпус горелки (изолированный от корпуса ионизационной камеры) подается постоянное напряжение 100-300 В, создающее электрическое поле между корпусом горелки и коллекторным электродом. В горелку подается смесь водорода с ана­лизируемым газом, а в ионизационную камеру - воздух для поддержа­ния горения пламени.

Пламенно-ионизационный метод положен в основу работы пере­носного газоанализатора для суммарного определения органических веществ. Схема прибора представлена на рис. (Схема пламенно-ионизационного газоанализатора). 

Анализируемый воздух поступает в газоанализатор через забор­ную трубку, смонтированную вместе с регистрирующим прибором (1) в небольшом отдельном блоке, снабженном держателем. С помощью насо­са (2), питаемого батареей аккумуляторов, воздух засасывается в прибор, проходит через регулирующий вентиль (3), манометр (4), капил­лярную спираль (5) и поступает в водородное пламя детектора (6).

Очищенный воздух и электролитический водород подаются к го­релке через газоподводящие трубки. После того как горелка начнет работать, стрелку измерительного прибора устанавливают на нуль, включают насос и исследуемый воздух поступает в водородное пламя. Ток ионизации проходит через усилитель (7) и регистрируется прибо­ром. Значение тока пропорционально количеству углерода, сгорающе­го в единицу времени. Водород подается из баллона (8), а воздух для поддержания горения пламени - из баллона (9).

Минимальная определяемая концентрация органических веществ составляет 0,006 мг/м3.

4. Приборы для контроля выбросов ТС

4.1. Газоанализатор дымовых газов дымомер ОМД-21

 

Общая схема дымомера показана на рисунке. Отработавшие газы поступают в измерительную камеру, вытянутую в длину. С одной стороны камеры расположен источник, с другой — приемник света (фотодиод). Источник представляет собой светоизлучающий диод, который испускает свет с длиной волны 675 нм. Длина световой волны адаптирована под абсорбционную характеристику дымового газа. На противоположной стороне камеры фотодиод принимает поступающий свет. В зависимости от непрозрачности дыма изменяется степень прохождения света, падающего на фотоэлемент. Для защиты стекол дымомера от осадков отработавших газов и удаления их после работы в дымомерах предусматривают продувку с помощью воздуха, который подается через специальный клапан (рис.4. Схема дымомера).

Предназначен:

- для инспекционного контроля дымности отработанных газов дизельных и иных двигателей автомобилей с целью оценки качества их работы.

Область применения:

- Контроль дымности на станциях диагностики и технического контроля автотранспортных средств.

- Контроль дымности на постах ГИБДД, служб инспекций на автотранспорте, в автохозяйствах и авторемонтных мастерских.

Отличительные особенности прибора:

Принцип действия дымомера ОМД-21 основан на оптико-абсорбционном методе, заключающемся в измерении ослабления интенсивности света при его прохождении через задымленную среду.

Дымомер ОМД-21 состоит из аналитического блока, выносного блока индикации и пробозаборного зонда. Выносной блок индикации может быть отнесен на расстояние до 5 метров.
В приборе предусмотрены три режима работы в помещении с газовыми примесями:
- при первом и втором режимах эксплуатации на мониторе выводится информация о задымленности в реальном масштабе времени и основные параметры работы анализатора;
- третий режим работы дымомера используется для ускоренной проверки задымленности и позволяет через специальный разъем транслировать результаты измерений на внешний компьютер [5].

 

4.2. Газоанализатор транспортных выбросов АВТОТЕСТ-02.02 0кл.т.

 

    Проба анализируемого газа отбирается из выхлопной трубы автомобиля пробозаборным зондом. В рукоятке зонда размещается фильтр грубой очистки, где происходит предварительная очистка газа от частиц сажи и аэрозолей. Далее проба газа направляется к прибору по трубке доставки (рис.5. Схема подготовки и отбора пробы прибора). 

Результаты измерения газоанализатора АВТОТЕСТ-02.02 и служебная информация для пользователя отображается на буквенно-цифровом жидкокристаллическом индикаторе.

 

    В блоке преобразования размещается: компрессор пробы газа, компрессор эвакуации конденсата, оптический блок, включающий кювету, излучатель, модулятор, и фотоприемный узел. Для исключения дополнительной погрешности от изменения температуры окружающего воздуха и анализируемого газа фотоприемник и оптическая кювета АВТОТЕСТ-02.02 защищены теплоизоляционными оболочками и термостатируются системами стабилизации [5].

 

Заключение

 

 Таким образом, необходим контроль за количеством выбросов от автотранспорта и принятие мер для их уменьшения, так как в состав выхлопных газов входят токсичные вещества опасные для здоровья человека.

Для автомобилей,   находящихся в эксплуатации, нестабильность результатов определения токсичных веществ достигает ещё больших величин и в отдельных случаях отличается в 1,5—2 раза.

Получение однозначных результатов требует строгого соблюдения методики проведения испытаний и высокой точности измерения выброса токсичных веществ. Точность измерения объёмного содержания токсичных веществ в является наиболее ответственным моментом при оценке токсичности. Поэтому аппаратура для проведения газового анализа должна обладать высокой точностью быстротой и непрерывностью проведения газового анализа.

Системы контроля выбросов транспортных средств направлены на то, чтобы выявлять подобные нарушения, дабы минимизировать, либо устранить пагубные последствия для окружающей среды.

 

Список литературы:

1.      http://www.composesystem.com/ru/vehicle_ru

2.      ГОСТ Р 51832-2001. Экологические требования к автомобилям с бензиновыми двигателями. М.: Изд-во стандартов: 2001. 

3.      Токсичность отработавших газов и их анропогенное воздействие, Д.А. Чернецов, 2013

4.  Электронный ресурс: http://www.analitpribor-smolensk.ru/products/gazoanalizatory_transport/

5.     Электронный ресурс: http://zapadpribor.com/avtotest-02-02-0-kl-t/