<<
>>

2.4. Специализированный комплекс средств, обеспечивающий заглубление ибуксировку измерителей и непрерывный пробоотбор.

При разработке и создании СПК предстояло решить сложную научно- техническую задачу, связанную с контролем экологического состояния

глубинных слоев акваторий, который необходимо осуществлять непрерывно по ходу движения судна.

Суть поставленной задачи состоит в том, что необходимо создать специализированный комплекс средств, который при работе с движущегося носителя обеспечивает заглубление и буксировку измерителей "in situ" ГФХП и других параметров, непрерывный пробоотбор с различных глубин при движении и при стоянке судна и доставку проб к средствам экспрессного гидрохимического анализа.

Выполненные проработки показали, что в состав специализированного Ä комплекса должны входить носовое погружное устройство (контроль

приповерхностных слоев воды на глубинах до 1 м, используется при движении и стоянке судна), заглубляемая буксируемая линия (ЗБЛ) с углубителем (контроль глубинных слоев воды, используется при движении судна), устройство придонного водозабора (контроль глубинных слоев воды, используется на стоянке судна), погружаемый зонд (снятие вертикального разреза толщи воды, используется на стоянке судна). Перечисленные

устройства представлены на рис. 2.9.

Носовое погружное устройство, ЗБЛ с углубителем и устройство придонного водозабора оснащены специальным автоматизированным пробоотборником - системой непрерывного пробоотбора (СНП).

Из перечисленных устройств конструктивно наиболее сложным является ЗБЛ. ЗБЛ представляет собой армированную обтекателями специальной формы буксирно-кабельную гидросистему. На ходовом конце ЗБЛ закреплен углубитель, обеспечивающий стабильное движение ЗБЛ на скоростях до 12 узлов и глубинах до 50 м (при необходимости возможно увеличение рабочих глубин до 150-200 м при соответствующих конструктивных изменениях). Одновременно углубитель является носителем погружных измерителей, обеспечивающих непрерывное автоматическое измерение физикохимических параметров водной среды на указанных скоростях и глубинах при движении судна.

а) варианты носовых погружных устройств

б) варианты заглубляемых буксируемых комплексов

в) зонд

г) фрагменты постановки буксируемой линии в рабочее положение

Рис.

2.9. Специализированные устройства для установки погружных измерителей гидрофизикохимических показателей

Конструкция ЗБЛ и углубителя должна обеспечивать устойчивый режим буксировки и стабильное положение измерителей по вертикали в широком диапазоне скоростей и глубин буксировки.

Создание ЗБЛ с углубителем-носителем аппаратуры, имеющей в своем составе СНП, потребовало выполнения большого объема специальных разработок, выполненных при непосредственном участии автора и защищенных патентами и авторскими свидетельствами [36, 37, 38, 30].

Важность этих работ в задаче разработки и создания судовых природо­охранных комплексов связана с тем, что процедура пробоотбора и стабили­зация заданной глубины пробоотбора при движении носителя имеют очень большое значение. Рассмотрим вопросы, связанные с СНП, более подробно.

Наибольший вклад в погрешность результатов анализа при классическом подходе к контролю природных поверхностных вод (отбор проб в режиме позиционирования - лабораторный анализ) вносит процедура пробоотбора, т.к. при этом существует вероятность как загрязнения отбираемых проб продуктами и соединениями, сбрасываемыми судном, так и искажения проб за счет нарушения естественной стратификации контро­лируемых показателей состава и качества воды в приповерхностном слое.

При выполнении измерений аналитическими средствами, используемыми в составе СПК на борту судна, необходимы относительно небольшие объемы проб, однако полная и достоверная информация о химическом составе доставленной пробы и концентрации контролируемых ЗВ возможна только в случае представительного пробоотбора, т.е. в случае идентичности состава отобранной пробы составу контролируемого объекта [176].

В настоящее время при решении различных аналитических задач, в том числе и природоохранного направления, применяются различные методы и средства для отбора проб: ручные периодические, автоматические периодические, автоматические непрерывные. В ручных периодических методах пробоотбора обычно используют батометры ручной конструкции

[125], которые применяют и при работах с борта судна.

В автоматических , устройствах пробоотбора используют либо вакуумный пробоотбор, либо

перистальтические насосы [126, 127, 107].

Приведенные примеры систем пробоотбора (как ручные, так и автоматические) предназначены для отбора представительных проб и их последующего химического анализа в условиях стационарной лаборатории, поэтому для СПК потребовалась разработка специальной системы непрерывного пробоотбора (СНП), которая обеспечила бы в соединении с соответствующими средствами анализа непрерывные измерения в потоках проб, подаваемых по ходу движения судна с различных глубин - от приповерхностных слоев до глубинных (50 м и более).

Кроме приведенного выше требования по идентичности состава отобранной пробы, стандарт ИСО 5667 [107] при проектировании устройств автоматического отбора проб воды предъявляет еще ряд требований, в частности, следующие: коррозионная стойкость; инертность

конструкционных материалов; отсутствие засорения твердыми веществами; точность передаваемого объема; обеспечение хорошей корреляции аналитических данных с пробами, полученными вручную; скорость водозабора не должна препятствовать определению и т.д.

В ходе разработки СПК, как отмечалось выше, при непосредственном участии автора было разработано несколько вариантов системы непрерывного пробоотбора, в том числе, совмещенной с подводным буксиром -■ заглубляемой буксируемой линией, элементы которой - обтекатели, являются армирующей оболочкой для глубинной СНП. Предложенные конструкции обеспечивают выполнение основных требований, предъявляемых к СНП:

- обеспечение адекватности состава природной воды, поступающей на

⅛'

вход СНП, и воды, доставляемой на вход проточных анализаторов;

- удаление механических примесей и взвесей, которые могут приводить к засорению гидравлических линий проточных анализаторов;

- поддержание минимального и постоянного времени запаздывания в получении химико-аналитической информации за счет транспортировки пробы и через узлы СНП.

В состав реализованной конструкции СНП, обеспечивающей работу СПК как гражданского, так и военного назначения, входят следующие основные узлы [109, 110]:

- блоки магистральных насосов;

- блоки управления;

- фильтр первичной очистки (ФПО);

- блоки фильтра-распределителя деаэратора (ФРД);

- фильтры тонкой очистки (ФТО);

- устройства отбора проб;

- магистрали подачи проб;

- коммутатор потока;

- кран;

- магистрали слива отработанных реактивов;

- магистрали промывки.

Взаимодействие и работа перечисленных основных узлов СНП осуществляется следующим образом.

Блок магистрального насоса обеспечивает создание потоков отбираемых проб воды в гидротрассах СНП. Объемная (Q л/мин) и линейная (V м/сек) скорости потока проб зависят от длины и внутреннего сечения гидротрассы. Для гидротрассы с диаметром внутреннего сечения 10 мм и длиной 20-50 м (характерные параметры приповерхностной и глубинной магистралей) блок магистрального насоса обеспечивает величины: Q ~ 5-8 дм3 / мин или V ~ 1,0-1,7 м/с.

Фильтры первичной очистки, устанавливаемые на погружаемые устройства, являются начальными элементами приповерхностной, глубинной и придонной магистралей пробоотбора. Фильтры первичной очистки обеспечивают предварительную очистку отбираемых проб от частиц взвеси. В качестве фильтрующего элемента используется фильтровая гладкая сетка из нержавеющей стали. Максимальный диаметр пропускаемых частиц составляет величину не более 100 мкм.

Фильтры тонкой очистки являются конечными элементами СНП. Они располагаются на входе потоков пробы в приборные модули экспрессного гидрохимического анализа и служат для окончательной очистки этих потоков. Для фильтров ФТО в качестве фильтрующего элемента использована таблетка из спеченного пористого фторопласта. Диаметр частиц, пропускаемых таблеткой, составляет не более 0,5 мкм.

Устройство отбора проб предназначено для разового отбора проб объемом 1 л из магистрали СНП для проведения в случае необходимости последующего анализа, требующего предварительной пробоподготовки, с использованием аппаратуры, находящейся на борту судна.

Магистрали подачи проб, слива отработанных реактивов и промывки выполнены из химически инертных материалов, обладающих низким уровнем сорбции по отношению к ЗВ.

Коммутатор потока обеспечивает подключение приборной стойки (модуля монтажного электрогидравлического) с приборами экспрессного анализа к магистрали подачи проб воды приповерхностного или глубинного слоев.

Кран, имеющийся в составе СНП, предназначен для переключения потока отработанной пробы в емкость или за борт в зависимости от концентраций используемых при измерениях реактивов.

Работу СНП, построенную по схеме с последовательным расходом и трехступенчатой фильтрацией, поясняет рис. 2.10.

Пробы воды забираются с помощью магистральных насосов через фильтры ФПО, установленные на устройстве придонного водозабора, буксируемой линии и носовом погружаемом кронштейне.

Фильтры ФПО обеспечивают первую ступень фильтрации.

Поток пробы после прохождения через блоки ФРД поступает на устройство отбора проб, основным элементом которого является гидравлический кран. С помощью крана производится переключение потока либо в трубопровод к сменным емкостям для отбора стандартной пробы объемом 1 л, либо в сливную магистраль.

С блока ФРД часть прокачиваемой через него воды, прошедшей вторичную фильтрацию, через трубопроводы диаметром 1 мм подается на вход приборных стоек, откуда забирается перистальтическим насосом, устанавливаемым в приборах экспрессного гидрохимического анализа, для подачи в гидравлическую схему прибора.

Третья ступень фильтрации проб производится на фильтрах ФТО, устанавливаемых в накидных гайках трубопроводов, соединяющих распределители блоков ФРД с приборными стойками.

С целью определения соответствия разработанной конструкции СНП сформулированным выше требованиям были проведены специальные испытания как на модельных растворах, так и в натурных условиях.

Необходимость таких испытаний связана с тем, что проба воды, проходящая через СНП и поступающая на вход экспресс-анализаторов, контактирует с внутренними поверхностями системы водозабора, фильтров, гидравлических трасс, насоса и узла с фильтром тонкой очистки и т.д.

В результате сорбционных процессов на указанных поверхностях СНП возможны необратимые потери анализируемых компонентов пробы или их значительная временная задержка в СНП. В этих условиях возможно также проявление гистерезиса СНП и, так называемого, эффекта "памяти",

Забортная вода

Слив отработанных реактивов

Рис. 2.10. Система непрерывного пробоотбора

проявляющегося в том, что на вход анализаторов будет поступать проба, обогащенная ранее сорбированными в СНП анализируемыми компонентами.

Испытания СНП на адекватность состава пробы на входе и выходе СНП были проведены по всем компонентам, определение которых предусмотрено на анализаторах судовых природоохранных комплексов.

На основании полученных результатов испытаний СНП были сделаны выводы:

- СНП не вносит значимых искажений в результаты химических анализов, значения концентрации анализируемых компонентов на выходе из СНП адекватны этим значениям на входе;

'* - время задержки в получении химико-аналитической информации,

связанное с доставкой пробы по трактам и узлам СНП, не превышает 30-40 сек при скорости потока пробы через СНП б дм3/мин;

- гистерезис СНП при подходе измеряемой величины концентраций реперных компонентов со стороны больших значений может не учитываться при расчетах результатов анализа;

- солесодержание в пробе вплоть до концентраций, соответствующих водам Мирового океана (30 г/дм3), не оказывает значимого влияния на степень адекватности состава пробы на входе и выходе из СНП;

- колебания скорости потока пробы через СНП в течение 7 дней проведения испытаний не превысили 10%.

Разработанная конструкция и результаты ее испытаний позволили сертифицировать в органах Госстандарта новое средство пробоотбора - систему непрерывного пробоотбора [128], обеспечивающую работу судовых природоохранных комплексов на разных глубинах и скоростях движения носителей.

Как уже отмечалось, конструктивно СНП, кроме ЗБ Л, предназначенной + для контроля глубинных слоев на ходу судна, входит в состав носового

погружного устройства для контроля приповерхностного слоя и устройства

отбора проб воды из придонного слоя при стоянке судна.

В составе носового погружного устройства СНП представляет собой механически защищенную водозаборную трассу из секций фторопластовых трубок, заканчивающихся погружаемой водозаборной головкой.

Устройство автоматизированного придонного водозабора предназначено для непрерывного отбора проб воды из глубинных и придонного слоев (до глубин 50 м) и транспортировки их для экспрессного гидрохимического анализа при дрейфе или стоянке судна на якоре. Это устройство может быть также использовано для непрерывного отбора проб воды из любого слоя воды от дна до поверхности (в заданном диапазоне w глубин) для сканирования распределения ЗВ по глубине. Пробы воды

забираются с помощью бортового магистрального насоса через фильтр первичной очистки (ФПО), установленный на устройстве придонного

водозабора.

Данное устройство состоит из трех основных частей: лебедки, водозаборной линии и головки водозабора (рис. 2.96).

Лебедка представляет собой вертикальный барабан с электроприводом. На барабан в один слой наматывается водозаборная линия, размещаемая с помощью укладчика. Для постановки линия выходит через ролик, который

⅛ вываливается за борт на откидной консоли с помощью ручной лебедки. В

походном положении консоль размещается вертикально и не выходит за габариты судна.

Водозаборная линия состоит из секций фторопластовой трубки (с внутренним диаметром 10 мм), защищенной от механических повреждений резино-тканевой трубкой. Каждая секция имеет длину 5 м, на концах секции предусмотрены резьбовые муфты для стыковки с другими секциями. В состав секции входят также зажимы для соединения с грузонесущим тросом водозаборной линии диаметром 4 мм.

Головка водозабора состоит из груза (общий вес 20 кг), над которым крепится ФПО воды на нижнем конце линии водозабора со стабилизатором,

разворачивающим головку водозабора навстречу течению в обследуемом слое воды.

Проверка макета такого устройства придонного водозабора на стенде показала, что с глубин порядка 50 м можно обеспечить подачу воды с производительностью около 3 дм3/мин.

Стендовые [32] и натурные испытания и опыт эксплуатации устройств придонного водозабора в составе СПК подтвердили указанную производительность и выполнение других технических требований (коррозионную стойкость конструкции, точность передаваемого объема и т.д.), предъявляемых к устройствам автоматического отбора проб в соответствии со стандартом ИСО 5665 [107].

<< | >>
Источник: Гуральник Дмитрии Леонтьевич. Создание и Внедрение В практику экологического контроля и мониторинга судовых природоохранных комплексов [Электронный ресурс]: Дис. ... д-ра техн. наук : 03.00.16, 05.11.13 .-М.: РГБ, 2005. 2005

Скачать оригинал источника

Еще по теме 2.4. Специализированный комплекс средств, обеспечивающий заглубление ибуксировку измерителей и непрерывный пробоотбор.:

  1. Социальные условия формирования здорового образа жизни
  2. 4.2. Вредные физические факторы
  3. 3.1.2.5. Организационные и финансовые основы развития машиностроительного комплекса
  4. 5.2.2. ПОРЯДОК СОЗДАНИЯ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПСС МЧС РОССИИ
  5. 6.1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ПОРАЖЕНИЯ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВ ОРУЖИЯ
  6. 12.7. Поражающее действие обычных видов оружия (обычных средств поражения)
  7. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА МЕДИЦИНСКИХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ И ФОРМИРОВАНИЙ СЛУЖБЫ МЕДИЦИНЫ КАТАСТРОФ ВООРУЖЁННЫХ СИЛ РФ И ПРИНЦИПЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
  8. 4.2.3.Особенности поражающего действия биологических средств
  9. Средства медицинской защиты
  10. Словарь основных терминов
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -