Страница 4 из 17
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОК ОЗОНАТОРА.
Электродная трубка является основным элементом реактора. На ее поверхности при большой разности потенциалов между внутренним электродным покрытием и наружной спиралью происходят процессы ионизации с выделением озона.
Известно, что количество ионов, образующихся на поверхности трубки пропорционально разности потенциалов на электродах. При этом ограничивающим фактором является электрическая прочность (пробивное напряжение) материала трубки, в данном случае, стекла. Эффективность выделения ионов на поверхности трубки косвенно может быть оценена разрядным током при постоянном напряжении. Для исследования вольтамперных характеристик трубок изготовлен стенд, схеме которого представлена на рис.2. Высоковольтный трансформатор напряжения 1 типа НОМ-10 питается от ЛАТРа 2. ток, протекающий в цепи трубки 3, измеряется миллиамперметром 4, включенным в диагональ выпрямительного моста 5. Для защиты прибора в цепи при пробое служит сопротивление R и разрядник 6.
Напряжение в высоковольтной цепи измеряется киловольтметром 7, а в низковольтной цепи – вольтметром 8.
Для исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) использовались трубки длиной 30 мм, толщиной стенки 2 мм из технических сортов стекла. Внешняя спираль изготавливалась из стальной вязальной проволоки диаметром 2 мм.
Рабочая длина трубок изменялась в пределах 260– 440 мм, число витков спирали от 7 до 29 , напряжение питания 0-15,5 кВт.
На рис.3 представлены ВАХ с длиной рабочей части трубок 440 мм – 1, 380 мм – 2 и 260 мм – 3 и 4. Для трубки 1 ток увеличивается от 0,4 мА до 3,7 мА при увеличении напряжения с 3,85 кВ до 15,4 кВ. с уменьшением рабочей длины трубок до 380 мм при том же количестве витков спирали максимальный ток при U – 15,4 мА уменьшается до 3,0 мА, а для трубки длиной 260 мм– ток 2,5 мА.
Y, mA
Рис. 5 Вольтамперная характеристика трубок
Зависимость величины тока от рабочей длины трубок при прочих равных условиях показана на рис.5. Из графика видно, что увеличение рабочей длины трубки на 60% сопровождается соответствующим нелинейным возрастанием величины тока на 65-67% в интервале напряжений 10,0…15,5 кВ
Рис. 6. Вольтамперная характеристика реактора
Исследование влияния количества витков спирали (шага) навивки на величину тока при различных напряжениях проводили на трубках диаметром 30 мм с длиной рабочей части 380 мм. Количество витков спирали изменяли в пределах от 14 до 54, причем для трубки 4 спираль изготовили из проволоки диаметром 0,8 мм. Напряжение питания изменяли в пределах от 0 до 15,5 кВ.
Как видно из графиков, наибольшим потребляемым током отличается трубка 4, имеющая 54 витка с шагом 7 мм. Характеристики остальных трубок 4 расположены в порядке убывания тока, практически параллельно друг другу во всем диапазоне напряжений. Снижение количества витков спирали с 33 до 13 (на 39%) сопровождается адекватным снижением потребляемого тока на 50% при 10 кВ и на 30% при 15 кВ.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения работ по теме «Очистка вентвыбросов от стирола с помощью газоразрядного реактора» выполнено следующее:
1. Разработан эскизно-технический проект с деталировкой отдельных элементов опытно-экспериментального образца реактора-озонатора.
2. Разработана схема электрическая принципиальная кассеты реакторов.
3. Разработана лабораторная установка для проверки конструктивных и электрических характеристик реактора.
4. Проведен патентный поиск.
По сравнению с зарубежными аналогами в предлагаемой конструкции повышена надежность, увеличен срок службы, значительно упрощен способ изготовления.
Мат. России № 2008252 «Электроразрядный элемент озонатора трубчатого типа» Г.А. Александрова, Н.Н. Грутько, И.Д. Тугай, В.В. Павличенко. Заявл. 02.01.1991, Опубл. 28.02.1994, Б.И.. № 4.
Усиление внимания к вопросам охраны окружающей среды стимулировало поисковые работы по созданию новых способов и оборудования для очистки промышленных вентиляционных выбросов. Сотрудниками для этих целей был разработан опытный образец реактора-озонатора. Предназначенного для уменьшения концентрации присей органических веществ. Предлагается устанавливать такие реакторы в специальных аппаратах очистки, являющихся элементами вентиляционных систем, обслуживающих пожаровзрывоопасные производства. В процессе эксплуатации в винтиляционных системах могут перемещаться горючие газо-паро-пылевоздушные смеси. Естественно, что как вентиляционные системы в целом, так и отдельные их элементы должны удовлетворять требованиям по обеспечению пожаровзрывобезопасности.
Проведено исследование пожарной опасности реактора-озонатора (РО) и разработка рекомендаций по его безопасной эксплуатации в пожаровзрывоопасных производствах.
6. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Реактор-озонатор (РО) представляет собой электротехническое устройство – два электрода, разделённые диэлектриком. На электроды подаётся электрическое напряжение порядка 10 киловольт. Считается, что синтез озона осуществляется в барьерном разряде. При прохождении через зону разряда молекулы кислорода частично диссоциируют. Образовавшийся атомарный кислород реагирует с молекулой кислорода, образуя озон. Практически РО выполнен в виде стеклянной трубки, на внутренней поверхности которой расположен высоковольтный электрод (фольга), а снаружи намотан нулевой электрод (проволока). Торцы трубки заглушены. Для установки внутри аппаратов очистки РО объединяются в кассеты (по 12 шт.), которые легко извлекаются из аппаратов для обслуживания и ремонта. По сведениям заказчика, производительность кассеты с 12-ю РО составляет +-4,8 г озона в час. Время выхода РО на режим после подачи напряжения – 1-2 с. Стандарты на РО отсутствуют.
РО должен удовлетворять требования пожарной безопасности, однако, поскольку РО предлагается устанавливать внутри специальных технологических аппаратов очистки, требования ПУЭ 2 на них не распространяется. Следовательно, пожаро– и взрывобезопасность должна обеспечиваться на основе ГОСТов [3,4]. Известно, что требования этих ГОСТов достаточно общие, допускают варианты решений в рамках систем предотвращения взрыва, защиты от опасных факторов взрыва и соответствующих организационно-технических мероприятий. Естественно, что основой при выборе вариантов является представление о пожароопасности самого реактора-озонатора, которому в данном случае не требуется «присваивать маркировку по взрывозащите»5.
При работе РО пожарная опасность определяется наличием электрического разряда и образованием озона, взаимодействующего с окружающей средой. Воспламеняющая способность данного электрического разряда неизвестна. Естественно, что и экспериментальные методы определения характеристик пожарной опасности такого специфического электрического источника зажигания не стандартизировано. Отсутствуют необходимые сведения о нем в основных монографиях и справочниках.[6,7].
Химизм реакции озона с органическими соединениями изучен недостаточно, однако известно, что органические примеси способствуют разложению озона, при концентрациях более 20%, идущему со взрывом 7. Количественные данные о пожарной опасности озона в присутствии органических веществ отсутствуют.
7. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учитывая изложенное, исследования должны были бы включать изучение пожарной безопасности РО, как электрического источника зажигания, и изучение пожарной опасности озона в присутствии органических веществ. Однако, в условиях ограниченного финансирования и времени, подобное логически понятное построение работы невозможно. Для уже созданного РО ключевым моментом в исследованиях являются испытания исправного РО непосредственно во взрывоопасной среде. Только после испытаний, убедительно доказывающих возможность безопасной эксплуатации исправного РО во взрывоопасной среде, имеет смысл вести исследования, учитывающие наличие дефектов – частичное разрушение трубок – электродов, что предусмотрено техническим заданием.