Промышленные газовые хроматографы

Большое семейство промышленных газовых хроматографов предназначено для контроля и регулирования состава газовых потоков в технологических циклах (системах), контроля за промвыборасами и обеспечением безопасности при поступлении газов и паров в воздух рабочей зоны [307].

Промышленный (автоматический) газохроматографический анализ в Советском Союзе начал быстро развиваться около 40 лет тому назад в связи с потребностями атомной техники во фтористом водороде, фторе, фторидах урана и циркония, фрсонах, фтормономерах и фторполимерах, а нефтехимии — в глубокой переработке углеводородного сырья. К концу 1980-х гг. в СССР было выпущено более 4000 универсальных и специализированных автоматических газовых хроматографов различных типов. Основными разработчиками и производителями этой аппаратуры были ВНИИ КАНЕФТЕГАЗ и СКВ «Нефтехимавтоматика» (г. Москва), Дзср- жинскос ОКБА НПО «Химавтоматика», заводы «Хроматограф» (г. Москва) и «Ссвкавэлектроприбор» (г. Нальчик). К сожалению, в настоящее время в нашей стране промышленные хроматографы практически нс производятся.

Современные промышленные газовых хроматографы — это специализированные аналитические комплексы, которые создаются совместными усилиями специалистов заказчика и исполнителя на основе знания объектов контроля и элементной базы современной хроматографической аппаратуры. Основные проблемы их создания заключаются в тщательном изучении каждого объекта контроля, разработке надежных систем пробоот- бора и пробоподготовки, универсальных коррозионностойких детекторов с широким диапазоном линейности и достаточно высокой чувствительностью, надежных малогабаритных кранов-переключателей газовых потоков, работающих как под давлением, так и под вакуумом, стабильных во времени хроматографических колонок, а также в разработке специализированных методов и средств метрологического обеспечения измерений в условиях, соответствующих рабочим. Автоматические газовые хроматографы сегодня нужны многим отраслям промышленности, экологии и токсикологии.

На Кирово-Чепецком химическом комбинате накоплен большой опыт разработки и применения специализированных автоматических газовых хроматографов ХП АС для контроля технологических процессов переработки агрессивных соединений фтора и хлора и опыт разработки и применения способов и устройств для калибровки и поверки промышленных газовых хроматографов динамическими методами в условиях работы [368].

Регламентируемый действующими нормативными документами периодический контроль загрязняющих веществ (ЗВ) в технологических выбросных газах и воздухе рабочих зон, а также производственных санитарно-защитных и жилых зон, основанный на разовом мгновенном или разовом сорбционном пробоотборе, нс обеспечивает получение достоверной информации. Загрязнение этих объектов происходит непрерывно, носит случайный характер и зависит от вида технологического процесса, особенностей функционирования оборудования, кратности воздухообмена в контролируемых зонах, атмосферного переноса ЗВ и ряда других факторов. Отбор же разовых проб производится по графикам, не связанным с этими факторами, поэтому отобранные пробы не представительны. Они могут характеризовать загрязнение воздуха или потока выбросных газов только за период пробоот- бора. Результаты анализа этих проб нельзя использовать для расчета средне- сменных, среднесуточных и особенно среднемесячных и среднегодовых значений выбросов и концентраций ЗВ в контролируемых средах [368J.

Непрерывный автоматический анализ газовых сред позволяет обеспечить представительный пробоотбор и получить достоверные результаты. Но автоматические газоанализаторы (см. раздел 9) с непрерывным пробоотбо- ром и анализом контролируемого газового потока выпускается лишь для очень небольшого числа ЗВ, подлежащих контролю. Эти приборы сложны по конструкции с учетом схемы пробоотбора и пробоподготовки и трудоемки в эксплуатации. Не получили широкого применения и непрерывные автоматические анализаторы запыленности воздуха.

В наибольшей мере современным требованиям эколого-аналитического контроля удовлетворяют способы и устройства, основанные на непрерывном сорбционном пробоотборе (НСП) и периодическом анализе отобранных проб хроматоогафическими, спектрометрическими и другими методами [369J.

Для обеспечения экологической безопасности ряда непрерывных радиохимических, химических и других производств необходим непрерывный промышленный контроль ЗВ в организованных выбросах (технологических выбросных и вентиляционных газах) и неорганизованных выбросах (утечках из технологического оборудования, газовыделениях из веществ, материалов и изделий и т. д.). Такой контроль позволяет оперативно обнаруживать источники выбросов, устанавливать причины выбросов, с минимальными потерями устранять нарушения технологических процессов, негерметичность оборудования, недостатки в хранении и применении сырья, полупродуктов и готовой продукции, и не формально, а на деле поддерживать безопасный уровень загрязнения воздуха [368J.

На Кирово-Чепецком химическом комбинате (КЧХК) были впервые разработаны способы хроматографического анализа примесей газов в газовых потоках, основанные на непрерывном сорбционном пробоотборс (НСП) и периодическом газохроматографическом анализе сконцентрированных примесей (искусственный нос) [368].

С их использованием была изготовлена и внедрена на КЧХК и родственных предприятиях серия промышленных анализаторов фторорганиче- ских соединений в воздухе «ПАФОС», которые обеспечили непрерывный контроль примесей токсичных фторорганических и хлорорганических соединений в воздухе рабочих зон [369J.

Эти работы позволили ОКБА (г. Дзержинск Нижегородской обл.) в содружестве с КЧХК разработать и освоить выпуск промышленных газовых хроматографов «Микрофтор» и «Цвет-Эко» для автоматического контроля примесей загрязняющих веществ в воздухе.

Разработанные способы газохроматографического анализа примесей газов в газовых потоках и специализированная аппаратура применены в технологическом контроле для автоматического и автоматизированного определения состава, расхода и количества природного газа и выбросных газов, диагностики повреждения стационарного и передвижного газонаполненного и маслонаполненного электрооборудования; в токсикологическом контроле для определения газовыделений из синтетических материалов и изделий бытового назначения и осуществления индивидуального химического дозиметрического контроля.

Корректность, правильность этих измерений обеспечивают диффузионные и сорбционно-диффузионные способы непрерывного приготовления поверочных газовых смесей. Они реализованы в динамических установках для приготовления поверочных газовых смесей «МИКРОГАЗ» и позволяют осуществлять проверку работоспособности и калибровку приборов в условиях, соответствующих рабочим [368].

Одной из наиболее современных моделей автоматического потокового газового хроматографа является Микрохром-1121 (Интсрпромприбор, Москва). Он предназначен для контроля технологических процессов в нефтегазовой промышленности, на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии и при перекачке природного и других газов.

Хроматограф применяется во взрывозащищенном исполнении, оснащен микронасадочными колонками, регулируемым термостатом и катаро- метром. С помощью хроматографа Микрохром-1121 выполняют измерения содержаний целевых соединений в газовых и газо-воздушных средах, а также в потоках жидкостей. Хроматограф автоматический, все процессы регулируются компьютером, причем система из нескольких подобных хроматографов (масса 150—200 кг) может управляться единым компьютером.

Существенно меньшие габариты и масса (17 кг) у промышленного автоматического газового хроматографа «ПОТОК-2000» (ЗАО «ПОТОК», Санкт- Петербург) [308J. Он предназначен для автоматического контроля состава технологических газовых и паро-газовых потоков и организованных пром- выбросов в различных отраслях промышленности, в частности, на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Контролируемые компоненты: постоянные газы, СО, СО2, углеводороды Q—Сб, спирты, органические кислоты, альдегиды, кетоны, эфиры, фрсоны и др. [308].

В отличие от большинства существующих аналогов хроматограф «ПО- ТОК-2000» работает не только с микронасадочными, но и с капиллярными колонками и микрокатаромстром. Прибор может работать в изотермическом режиме (30—200°С) и с программированием температуры в интервале 30—200°С со скоростью подъема температуры колонок 4 и 15°С/мин. В хроматографе предусмотрено встроенное пробоотборнос устройство и персональный компьютер, который регулирует все режимы работы хроматографа.

Для работы хроматографа «ПОТОК-2000» не требуются внешние источники газов, что существенно упрощает схему его подключения к контро- ли руемому объекту (газоводы, технологические системы, системы контроля и др.) по сравнению со схемами подключения аналогичных хроматографов этого типа (рис. 1V.49).

Основной отличительной особенностью хроматографа «ПОТОК-2000» в сравнении с существующими аналогами является сочетание взрывозащищенного исполнения с малыми габаритами и массой (см. выше), независимость температурных режимов 4-х аналогичных разделительных колонок, вариантность способов ввода газовых (парогазовых) проб, возможность одновременной реализации режимов программирования температуры и скорости (расхода) потока газа-носителя. Предел определения целевых соединений на уровне ррш. Этот хроматограф намного удобнее, проще и экономичнее в эксплуатации, чем его предшественники [307] (см. также разделы 1.1.1 и 2.5).

Существуют и специализированные потоковые газовые хроматографы, применяемые в специфических технологических процессах, например, газовые промышленные хроматографы ПАФОС и Микрофтор, предназначенные для контроля технологических процессов и промвыборосов в промышленности органического синтеза, производящей фторорганическис соединения (ФТОС) ифреоны [309, 310]. Результаты одного из таких анализов (см. также раздел 5.4) приведены в табл. IV.58.

Рис. IV.49. Схемы соединения промышленных хроматографов с контролируемым объектом [308]. А — внешние соединения обычного взрывозащищенного поточного газового хроматографа; Б — внешние соединения взрывозащищенного поточного газового хроматографа типа «ПОТОК-2000».

Таблица IV.58. Определение фреонов' в технологических смесях [219, 3011

* Промышленный газовый хроматограф «Микрофтор» с катарометром, колонка насадочная с Порапаком Q.