ИЛЬТНЕР АЛЕКСАНДР ЯКОВЛЕВИЧ

Варшавский И.Л., Малов Р.В.
Как обезвредить отработавшие газы автомобилей
Изд-во "Транспорт", 1968 - 128с.

Глава II
КОНТРОЛЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

§ 1. АНАЛИЗ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Полный химический анализ состава проб газа и воздуха на содержание в них определенных компонентов производят в специализированных лабораториях. Анализу предшествует отбор проб газа. Пробы отбирают в специальные емкости, тип которых определяется назначением анализа. Газ может пропускаться некоторое время через поглотительные приборы, в которых задерживается определяемое вещество, или собираться в газоприемники (аспираторы). Чтобы газ поступал в газоприемники самостоятельно, из них откачивается часть воздуха, т.e. создается вакуум в 10-15 мм рт. ст. Иногда в качестве газопрнемников используют резиновые баллоны, в которые газ засасывается с помощью груш.

Специальной санитарно-гигиенической комиссией для каждого конкретного случая разработаны условия отбора проб для определения допустимых максимальных разовых и среднесуточных концентраций. При изучении токсичности отработавших газон автомобилей во избежание разбавления их атмосферным воздухом пробы отбирают прямо из выпускных трубопроводов двигателей.

Поступающие в лабораторию пробы анализируют. При этом используют самые различные методы аналитической химии и соответствующие приборы.

Наиболее простым и в то же время достаточно чувствительным является колориметрический метод.

Сущность метода основывается на способности растворов определенных веществ окрашиваться при воздействии па них химических реактивов. При этом степень окраски раствора увеличивается пропорционально количеству вещества, находящегося в растворе. Для того чтобы по окраске раствора определить количество исследуемого вещества, сравнивают интенсивность этой окраски с интенсивностью окраски раствора, содержащего известную концентрацию того же вещества.

Например, при определении содержания в газе формальдегида его сначала растворяют в воде (колбу с газом заливают водой), затем часть раствора отбирают в пробирку, добавляют в нее фуксинсернистую кислоту, встряхивают и оставляют па 1 ч в покое. После этого в пробирку доливают немного серной кислоты. Раствор приобретает синий цвет. Эту окраску пробы сравнивают со стандартной шкалой, состоящей из семи пробирок, в которых находятся растворы, содержащие известные количества формальдегида.

Несмотря на кажущуюся на первый взгляд неточность этого метода, чувствительность его достаточно высока. Для формальдегида она равна 1 y в объеме 5 мл раствора, акролеина - 0,002 мг в объеме 2 мл, окислов азота - 0,05 y в объеме 3,5 мл.

Так как точность метода в известной степени зависит от глаза лаборанта, его способности правильно сравнивать интенсивности окраски, то в последнее время стали применять фотоколориметрический метод. Отличие его от описанного заключается в том, что через пробирки с пробами пропускают свет, интенсивность которого регистрируется при помощи фотоэлемента. По величине фототока судят о концентрации исследуемого вещества. Этот метод, безусловно, точнее и быстрее, но тоже имеет недостатки. Например, при очень малых концентрациях, а следовательно, и слабых окрасках, фотоэлемент слабо реагирует на изменение окраски. Содержание в газах окиси углерода в лабораторных условиях определяют при по мощи газоанализаторов. Большое применение для анализа газа с малым содержанием СО находит прибор марки ТГ-5 (рис. 9). Этот газоанализатор состоит из двух частей: очистительной и аналитической. В очиститель ной части газ очищается от посторонних примесей. В аналитической части в специальной колонке окись углерода сжигается на раскаленной платиновой спирали. Далее определяют химическим путем количество образовавшегося при сгорании СО углекислого газа и по этому количеству рассчитывают содержание в исходной пробе окиси углерода. Чувствительность газоанализатора - от 0,0014 мг до 0,0028 мг. Работа с прибором требует определенного навыка и квалификации лаборанта.

Рис. 9. Газоанализатор ТГ-5

В случае концентрации в газовой смеси окиси углерода в количествах, составляющих проценты по объему, для определения содержания в ней СО ГОСТ 5439-56 предусмотрен прибор модели ВТИ-2. Анализ при помощи этого прибора позволяет кроме окиси углерода определить раздельные концентрации в смеси газов кислорода, азота, метана, суммарные концентрации углекислого газа, сернистого газа, сероводорода и других кислотных газов, а также непредельных углеводородов (СnНm), водорода в сумме с предельными углеводородами (СnН2m+2).

Принцип действия прибора основан на избирательном поглощении жидкими веществами отдельных 'Компонентов газов. Определенный объем газа прокачивается через жидкий поглотитель. Отдельный компонент его поглощается. По изменению объема газа судят о содержании в смеси этого компонента.

При определении содержания водорода в сумме с предельными углеводородами и метана газ дополнительно сжигают над окисью меди.

Точность прибора при определении методом поглощения (на содержание кислотных газов, СnНm, О2)-0,2%, а при анализе методом сжигания (на содержание Н2, СnН2m+2, метана ОН4)-0,3%.

Работа на приборе требует определенной квалификации лаборанта.

В последнее время в лабораторной практике появились автоматические и полуавтоматические самозаписывающие приборы газового анализа. К их числу в первую очередь следует отнести хроматографы и оптико-акустические газоанализаторы. Некоторые приборы включают элементы электроники. В практике они в большинстве случаев употребляются пока в специализированных лабораториях.

Анализ проб газа на содержание в них сажи, различных твердых веществ производят следующим образом. Определенный объем газа пропускают через бумажный или изготовленный из специального материала фильтр, зажатый в патроне. Часто используют абсолютный фильтр марки БФ, называемый также фильтром Петрякова. При высоких температурах отработавших газов материалом фильтра может служить высокотемпературное ультратонкое стекловолокно. Твердые частицы задерживаются на фильтре.

Материал фильтра темнеет. Степень потемнения фильтра сравнивают со стандартной шкалой, по которой судят о содержании твердых частиц в газе. Этот метод носит название метода Боша.

Химическим путем из материала фильтра могут извлекаться задерживаемые в нем компоненты. Тогда анализ дает точное содержание исследуемого вещества в газе. В частности, этим методом определяют содержание в отработавших газах канцерогенных веществ, находящихся в жидком и твердом состояниях.

Другим методом косвенного определения содержания твердых частиц в газе является метод Хартриджа. По этому методу определяется дымность отработавших газов. Сущность его заключается в том, что определенный объем газа просвечивается световым лучом. Естественно, что часть светового потока задерживается взвешенными в газе частицами и не попадает на регистрирующий элемент. По разности излучаемого светового потока и регистрируемого на приборе судят о дымности отработавших газов и косвенно о содержании взвешенных в газе частиц.

На рис. 10 дано сравнение единиц Боша и Хартриджа. Так как при помощи приборов Боша измеряют действительное количество взвешенных в газе частиц, а при помощи приборов Хартриджа оптическую плотность определенного объема аэрозоли, только частично зависящей от дисперсной фазы, то при переводе одних единиц в другие наблюдается большой разброс. Этим объясняется замена кривой в нижней части рисунка областью.

Для карбюраторных двигателей повсеместно принята необходимость нормирования содержания в отработавших газах окиси углерода. Нормирование 'выделения углеводородов принято в США, где также предполагается ввести ограничение и на окислы азота.

В Европе в качестве дополнительной контрольной цифры к данным по СО определяется выделение углеводородов.

Для дизельных двигателей вводятся нормы пока только на содержание сажи в отработавших газах.

В основу нормирования положен так называемый "ездовой цикл". Автомобиль последовательно работает на всех режимах, предусмотренных циклом. В процессе работы отбирают пробы отработавшего газа и анализируют на содержание в них нормируемых компонентов. Данные анализа усредняют, пересчитывают по специальным формулам и делают вывод о качестве автомобиля с точки зрения токсичности отработавших газов его двигателя.

Ездовые циклы разрабатывают на основе исследовании условии движения в городах.

Различают два типа ездовых циклов: американский и европейский. Американский ездовой цикл (семикратное повторение семирежимного цикла, общее время испытаний автомобиля- 15 мин) приведен в табл. 3, а европейский ездовой цикл (четырехкратное повторение двадцатишестирежимного цикла, общее время испытаний автомобиля - 13 мин) приведен в табл. 4.

Рис. 10. Сравнение показаний шкал Боша и Картриджа

Для автомобилей, эксплуатирующихся в городах СССР, ЛАНЭ разработал свой ездовой цикл, учитывающий специфику городского транспорта. Этот цикл в настоящее время всесторонне изучается. Существуют специальные ездовые циклы для автомобилей, используемых на открытых карьерных горных разработках, в подземных рудниках и тоннелях и т. д.

Все испытания проводятся на специальных стендах с беговыми барабанами. В СССР первый такой стенд создан ЛАНЭ при первом автомобильном комбинате Главмосавтотранса.

Общий вид одного in сажсмсроп представлен на рис. 13. Сажемер состоит из двух основных частей: гофрированного баллона-насоса н фильтра-патрона. Перед началом анализа прибор подготавливают к работе. С этой целью нажимают на рукоятку п сжимают гофрированный металлический баллон-насос, оставляя его в этом положении при помощи защелки.

В фильтр-патрон закладывают абсолютный фильтр марки БФ.

Рис. 13 Переносный прибор конструкции ЛАНЭ для определения содержания сажи в отработавших газах	Рис. 14. Указывающий прибор сажемера ЛАНЭ 35/300

Анализ заключается в следующем: в выпускной трубопровод вводят газозаборник и освобождают защелку. Баллон-насос, разжимаясь, просасывает через фильтр с определенной скоростью 300 см? отработавшего газа. Все частички сажи оседают на поверхности фильтра. Он темнеет.

Фильтр извлекают из фильтра-патрона п сравнивают степень потемнения с эталонной шкалой.

Усовершенствованный сажемер ЛАНЭ 35/300 также переносный. От рассмотренного выше он отличается тем, что процесс определения количества сажи, осевшей на фильтре, проводится при помощи специального прибора (рис. 14). С этой целью в прибор включен фотоэлемент, позволяющий степень потемнении фильтра связать с величиной фототока, регистрируемого миллиамперметром. Шкалу прибора градуируют в этом случае гак, чтобы по ней сразу можно было читать сколько сажи содержится в одном кубометре отработавших газов. Характеристика прибора и ее сравнение с характеристикой немецкого прибора Bosch EFAW-78 дана в табл. 5.

Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобилей. - Изд-во "Транспорт", 1968 - 128с.