способ автоматизированного неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем
Классы МПК: | G01N25/48 при растворении, сорбции или химических реакциях, кроме сгорания или каталитического окисления |
Автор(ы): | Кондрашов Сергей Николаевич (RU), Солошин Сергей Вячеславович (RU), Дубовицкий Николай Александрович (RU), Сапрыгина Елена Геннадьевна (RU), Ковалев Андрей Юрьевич (RU), Серебренников Борис Васильевич (RU), Павлов Михаил Борисович (RU), Шашкин Андрей Викторович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУ "33 ЦНИИИ МО РФ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-06-02 публикация патента:
27.05.2011 |
Настоящее изобретение касается способа автоматизированного неразрушающего контроля свойств фильтрующе-поглощающих изделий. Заявленный способ включает измерение температуры, контроль теплового эффекта процесса сорбции при поглощении углеродными сорбентами газо-воздушной смеси с эталонными веществами в динамических условиях. При этом дистанционным методом компьютерной визуализации тепловых полей регистрируют изменение температуры поверхности сорбента при прохождении через него газо-воздушной смеси с поглощаемым компонентом и осуществляют контроль за степенью исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий. Данный способ позволяет проводить экспресс-оценку теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем. 2 ил.
Формула изобретения
Способ автоматизированного неразрушающего контроля свойств фильтрующе-поглощающих изделий, включающий измерение температуры, отличающийся тем, что контролируют тепловой эффект процесса сорбции при поглощении углеродными сорбентами газовоздушной смеси с эталонными веществами в динамических условиях, при этом дистанционным методом компьютерной визуализации тепловых полей регистрируют изменение температуры поверхности сорбента при прохождении через него газовоздушной смеси с поглощаемым компонентом и осуществляют контроль за степенью исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий от паров токсичных химикатов и может быть использовано для оценки степени отработки шихты по загрязняющим веществам, поглощающими как на основе физической адсорбции, так и хемосорбции.
Предлагаемым способом можно проводить экспресс-оценку и прогнозировать их защитные характеристики (предельной сорбционной способности) по различным веществам.
Известен способ автоматизированного неразрушающего контроля материалов и изделий (Патент РФ № 2287149, МПК G01N 21/63, G01N 21/91). Сущность способа состоит в поочередном облучении светом, вызывающим люминесценцию используемого при магнитопорошковой или капиллярной дефектоскопии материала, и светом, не вызывающим люминесценции, с последующей фиксацией полученных изображений и сравнением их посредством вычислительного устройства.
Недостатками этого способа является ограниченность его применения. Кроме того, способ не предназначен для определения теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем.
Известен способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий (Патент РФ № 2301996, МПК G01N 25/00). Сущность способа состоит в том, что проводят тепловое воздействие на поверхность исследуемого объекта и регистрируют тестовую термограмму, по которой оценивают теплопроводность исследуемого объекта или разность температур.
Данный способ не предназначен для определения теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем.
Известен способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля (Патент РФ № 2315983, МПК G01N 25/00). Сущность способа состоит в определении дефектов в изделии нагревом его и последующим охлаждением, а затем измерением температуры изделия и темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия.
Недостатками способа являются трудоемкость, энергоемкость и не невозможность определения теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем.
Сущность заявляемого способа заключается в регистрации теплого эффекта, сопровождающего процесс поглощения паров различных органических сорбтивов углеродными адсорбентами методом ИК-термографии.
Техническим результатом является создание дешевого, эффективного и экспрессного способа оценки степени отработки шихты фильтрующе-поглощающих изделий и аппаратов парами токсичных химикатов, поглощающимися по различным механизмам сорбции.
Технический результат достигается тем, что определение изменения температуры поверхности сорбента при прохождении через него газовоздушной смеси с поглощаемым компонентом регистрируется методом компьютерной визуализации тепловых полей. Наблюдается также регистрируемое изменение температуры выходящего очищенного от загрязняющих веществ газо-воздушного потока.
Таким образом, при использовании данного способа определения теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих изделий и аппаратов значительно экономятся поглощающие материалы, и повышается эффективность контроля за степенью исчерпания их защитных свойств.
Для проведения способа неразрущающего контроля фильтрующе-поглощающей изделий при воздействии паров загрязнителей поглощающими углеродными адсорбентами с использованием метода ИК-термографии применяют динамическую трубку, снаряженную исследуемыми адсорбентами.
В качестве объектов исследований используют адсорбаты - бензол (стандартное вещество) и воду, а также угольные адсорбенты БАУ и КТ-1. характеризующиеся различными физическими свойствами и строением микропористой структуры. Адсорбенты снаряжаются в стеклянные динамические трубки объемом 15 см3 высотой слоя 10 мм. Экспериментальные исследования проводятся при следующих условиях:
- температура воздуха в лаборатории 16-20°С;
- равновесная влажность сорбентов (Wp) 40±3%;
- относительная влажность газо-воздушной смеси ( ) 45-90%;
- скорость паро-воздушного потока - 1 л/мин на образец.
Для измерения теплового эффекта процесса поглощения паров воды и бензола и получения термограмм в составе испытательного комплекса используется тепловизор «Иртис-200», работающий в диапазоне длин волн 3-5 мкм.
Общий вид получаемых в ходе экспериментов термоизображений представлены на фиг.1, 2.
После компьютерной обработки (визуализации) термоизображений были получены зависимости роста температуры сорбентов во времени при пропускании через динамическую трубку паров бензола и воды.
Анализ полученных термограмм показывает, что процесс поглощения (адсорбции) паров бензола и воды характеризуется различной скоростью изменения температуры сорбентов в динамических трубках.
Из фиг.1 и 2 видно, что в промежуток времени (до 5 минут от момента подачи газо-воздушной смеси на динамическую трубку) происходит резкое увеличение температуры сорбентов. По достижении максимума, в последующие промежутки времени происходит плавное снижение температуры сорбентов до исходных температур, что соответствует предельной величине сорбции. Следовательно, чем больше время достижения исходной температуры сорбента, тем больше предельная величина сорбции, и следовательно, защитные свойства сорбентов по исследуемым веществам.
Технологический процесс неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем осуществляется следующим образом: динамическую трубку наполняют исследуемым сорбентом с известной величиной равновесного увлажнениям подсоединяют к магистрали прибора, обеспечивающего замкнутую циркуляцию воздуха с заданным параметром относительной влажности. Трубку помещают в термососуд для поддержания заданного значения температуры. При помощи тепловизора «Иртис-200» снимают показания (значения температурных полей) при пропускания газо-воздушного потока со стандартным веществом (бензолом или парами воды) через динамическую трубку. Испытания производят до снижения температуры динамической трубки, соответствующей температуре термостатирования. Полученные видеоизображения процесса через цифровую плату вводятся в память компьютера для дальнейшей обработки изображения. Через аналого-цифровой преобразователь в памяти компьютера синхронно с видеозаписью регистрируются результаты измерения температуры в образце. Информацию об интенсивности излучений отдельно взятой точки или участка изображения можно получить как в числовом виде, так и в виде гистограммы.
На фиг.1 и 2 в качестве примера показана последовательность видеокадров процесса поглощения (адсорбции) паров бензола и воды угольными адсорбентами БАУ и КТ-1.
Таким образом, активная сорбция загрязняющих веществ сорбентами способствует выделению тепла, изменяя внутреннюю энергию тела, которая в состоянии термодинамического равновесия пропорциональна температуре вещества.
Телевизионный метод измерения температуры через регистрацию интенсивности излучения нагретого тела цветной аналоговой или цифровой видеокамерой с последующей компьютерной обработкой изображения позволяют получать:
- распределение температуры в течение выбранного времени;
- температурный профиль по любой оси с расчетом минимума, максимума и среднего значения;
- разность температур в двух или нескольких точках;
- отображение выделенных фрагментов в различных масштабах и их детальное описание с выводом отчетной документации.
В настоящее время на объектах по уничтожению химического оружия в технологии дегазации газообразных отходов используются следующие методы очистки: механические, химические, физико-химические. Из перечисленных методов наиболее распространен адсорбционный.
На основе этого метода разработаны различные способы средств обезвреживания газообразных отходов в зависимости от объема очищаемого воздуха, концентрации в нем токсичных веществ и их стойкости, а также технической и экономической целесообразности.
Содержание токсичных химикатов в абгазах на выходе из каждого рабочего адсорбера контролируется автоматически химическим методом. При превышении концентрации токсичного химиката выше предельной допустимости концентрации после первого по ходу газа адсорбера предусмотрено переключение адсорберов: первый по ходу абгазов адсорбер выключается из работы и в нем производится замена сорбента, второй адсорбер становится первым, а резервной - вторым по ходу абгазов. Таким образом, в технологической линии всегда используются три аппарата. По нашему мнению, при использовании предлагаемого способа неразрушающего контроля теплофизических свойств адсорберов (за счет визуализации тепловых полей выходящим газо-воздушным потоком) можно использовать два аппарата и сэкономить - один, а также обеспечить максимальную эффективность технологического процесса по очистке абгазов.
Таким образом, предлагаемый способ неразрушающего контроля фильтрующе-поглощающей изделий с использованием метода ИК-термографии направлен на решение актуальной научно-технической задачи, имеющей важное теоретическое и практическое значение.
Класс G01N25/48 при растворении, сорбции или химических реакциях, кроме сгорания или каталитического окисления