安全检测第十一节.ppt

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1、课题内容:粉尘检测教学目的：让学生进一步了解粉尘检测的基本知识 教学方法：演示法、讲授法重 点：粉尘的浓度和游离二氧化硅的检测难 点：粉尘的游离二氧化硅检测能力培养：培养学生对粉尘的游离二氧化硅检测。课堂类型：新授课教 具：多媒体教学设备,粉尘浓度检测,为了评价工作场所粉尘对工人健康的危害状况、研究改善防尘技术措施、评价除尘器性能、检验排放粉尘浓度和排放量是否符合国家标准，以及保护机电设备、防止粉尘爆炸均需对粉尘浓度进行测定。粉尘浓度的测定包括作业场所粉尘浓度测定，作业者个人暴露浓度测定及通风管道（包括烟道）中粉尘浓度测定。,在对作业场所浓度和作业者个人暴露浓度测定中，为了确切地了解粉尘浓度和

2、尘肺病发病地关系，一些国家同时采用总粉尘浓度和呼吸性浓度以评价作业场所粉尘的危害状况。我国也正在进行这方面的工作。当前国际上已有用呼吸性粉尘代替总粉尘的趋势。,粉尘浓度检测,1.作业场所粉尘浓度检测 作业场所粉尘浓度检测是为了了解作业场所粉尘的平均浓度和不同位置的粉尘浓度。采样点要考虑尘源的时间和空间扩散规律，根据工艺流程和操作方法确定采样点，应能代表粉尘对人体健康的实际危害状况。测定时通常采集呼吸带水平的粉尘。,粉尘浓度检测,(1)滤膜测尘,滤膜测尘系统1三脚支架 2滤膜采样头 3转子流量计 4调节流量螺旋夹5抽气泵,粉尘浓度检测,滤膜测尘是作业场所粉尘浓度测定的常用方法。由于这种方法操作简

3、单、精度高、费用低而得到广泛使用。其测试系统如右图所示。该系统由滤膜采样头、流量计和调节装置抽气泵等组成。抽取一定体积的含尘空气，其中粉尘被阻留在已知质量的滤膜上。由取样后滤膜的增量，求出空气中粉尘浓度C。,粉尘浓度检测,式中 m1、m2采样前、后的滤膜质量，mg；t采样时间，min；qv采样流量，m3/min。滤膜测尘需进行现场采样和滤膜称重等步骤，不能立即获得结果。近年来根据粉尘的某些特性研制了多种快速测尘仪。,粉尘浓度检测,(2)射线测尘仪 原理：当低能射线（14C或147Pm等）穿过厚度为x的粉尘层时，射线的强度被减弱，并服从于指数衰减规律,粉尘浓度检测,I0、I射线穿过粉尘层前后的强

4、度；l粉尘的线性吸收系数，1/mm；m 粉尘质量吸收系数，m l/，mm/mg；粉尘的密度，mg/mm3；粉尘的质量厚度，x，mg/mm。当抽气量为V（m3）时，再采样面积A（mm2）上采集的粉尘量为m（mg），则工作区的粉尘浓度C 在测出采样前后射线得强度及抽气量V时，就可得出粉尘浓度C。,粉尘浓度检测,(2)射线测尘仪 原理：当低能射线（14C或147Pm等）穿过厚度为x的粉尘层时，射线的强度被减弱，并服从于指数衰减规律,I0、I射线穿过粉尘层前后的强度；l粉尘的线性吸收系数，1/mm；m 粉尘质量吸收系数，m l/，mm/mg；粉尘的密度，mg/mm3；粉尘的质量厚度，x，mg/mm。当

5、抽气量为V（m3）时，再采样面积A（mm2）上采集的粉尘量为m（mg），则工作区的粉尘浓度C 在测出采样前后射线得强度及抽气量V时，就可得出粉尘浓度C。,粉尘浓度检测,射线测尘仪如下图所示，可用于作业场所粉尘的连续和快速测定，其测量范围较广、精度及灵敏度均能满足要求、方法简单。但对于含铅等重金属元素的粉尘，测量结果受粉尘成分影响较大。另外，本方法不适用于测量放射性物质的粉尘。,射线测尘仪结构简图1泵 2探测器 3放射源 4可移动滤膜 5信号处理及控制线路 6显示器,粉尘浓度检测,(3)压电晶体测尘仪 压电晶体测尘仪是将粉尘采集到石英谐振器的电极表面上，利用石英振荡频率随粉尘量而变化的原理进行测

6、量的。由压电石英晶体制成的谐振器固有频率依赖于晶体表面附着物的多少，其频率的变化f与晶体表面附着粉尘量m（g）的关系呈线性,压电晶体测尘仪原理图1放电针 2金属电极 3石英晶体 4直流高压发生器 5压电谐振电路 6频率检测电路,f0石英晶体固有频率，MHz；石英晶体密度，g/cm3；N石英晶体频率常数，MHzcm；A电极表面积，cm2。粉尘浓度C可表示为,图为CC1型压电晶体快速测尘仪原理图。被测空气进入由电晕放电针和谐振器电极表面组成的点面式静电采样器，将尘粒收集在电极表面上，收集效率可达98以上。晶体频率的变化由频率计电路检测。,粉尘浓度检测,(4)光散射测尘仪 光散射测尘仪是利用尘粒对光

7、得散射，光电器件变散射光为电信号以测量悬浮粉尘浓度，其原理如图所示。被测得含尘空气由抽气泵吸入仪器，当气流通过尘粒测量区域时，平行光束被尘粒散射，出现不同方向（或某一方向）的散射光，由光电倍增管接收并转变为电信号。如果光学系和尘粒系一定，并且仅考虑散射作用，则散射光得强度I正比于粉尘浓度C，即 CkI,光散射测尘仪1被测空气 2风扇 3散射光发生区 4光源 5暗箱 6光束 7光电倍增管,由于尘粒所产生的散射光强弱与尘粒的大小、形状、比重、粒度分布、光折射率、吸收率等密切相关，因而根据所测得的散射光强度从理论上推算粉尘的浓度比较困难，所以这种仪器实际上是在作业工况下标定，以确定散射光的强度和粉尘

8、浓度的关系。光散射测尘仪操作简便，可给出短时间间隔的平均粉尘浓度，可用于现场粉尘浓度变化的监测。其缺点是对不同的粉尘测定对象需进行不同的标定。,粉尘浓度检测,2.作业者个体接触粉尘浓度检测 个体测尘技术是国际上60年代依赖发展起来的评价作业场所粉尘对工人身体危害程度的一种测定方法。由佩带在工人身上的个体采样器连续在呼吸带抽取一定体积的含尘气体，测定工人一个工作班的接触粉尘浓度或呼吸性粉尘浓度。个体采样器若测定个人接触浓度，所捕集的应为工人呼吸区域内的总粉尘粒子；若测定呼吸性粉尘浓度，所捕集的应为进入到人体肺部的粒子。目前国际上普遍采用的是呼吸性粉尘卫生标准有AGGIH和BMRC两种，因此在测定

9、呼吸性粉尘浓度时，个体采样器必须带有符合上述要求的采样器入口及分粒装置。个体采样器主要由采样头、采样泵、滤膜等组成。采样头是个体采样器收集粉尘的装置，主要由入口、分粒装置（测定呼吸性粉尘时用）、过滤器三部分组成。采样器入口将呼吸带内满足总粉尘卫生标准的粒子有代表性地采集下来。分粒装置将采集的粒子中非呼吸性粉尘阻留。其余部分，即呼吸性粉尘由过滤器全部捕集下来。分粒装置主要有以下型式：旋风分离器 和冲击式分离器,粉尘浓度检测,含尘气流由入口圆筒，变为旋转气流。在离心力作用下，大颗粒被抛向管壁而落入大粒子收集器。气流继续向下运动至收缩锥部挟带小粒子沿漩流核心上升，这些小粒子最终被滤膜捕集。改变入口气

10、流速度，可分离不同粒径地粒子。接触的粉尘浓度C按下式计算 m粉尘增重，为分粒装置内与滤膜上粉尘量之和，mg；qv平均采样流量，l/min；t采样时间，min。如计算呼吸性粉尘浓度，只须将滤膜上粉尘量作为m值代入上式即可。,旋风分离器,1气体出口2滤膜 3气体入口 4气流线 5大粒子接收器,粉尘浓度检测,气体由喷孔高速喷出，在冲击板上方气流弯曲，大粒子由于惯性而脱离流线被冲击板捕集，而小粒子则随气流运动，最终被滤膜捕集。采样头必须经过严格地实验室标定及检验，它包括使用目前国际上普遍应用地单分散标准粒子对其分粒装置进行标定，对采样器入口效率以及测量一致性等进行检验。接触的粉尘浓度C按下式计算 m粉

11、尘增重，为分粒装置内与滤膜上粉尘量之和，mg；qv平均采样流量，l/min；t采样时间，min。,冲击式分离器,1喷嘴 2捕集板 3气流流线 4被捕集的粒子轨迹 5不能捕集的小粒子轨迹,如计算呼吸性粉尘浓度，只须将滤膜上粉尘量作为m值代入上式即可。,粉尘浓度检测,3.管道粉尘浓度检测 管道测尘通常是指一般含尘管道和烟道两种类型粉尘浓度和排放量的测定。车间一般含尘管道排出的尘粒，大多是由机械破碎、筛选、包装和物料输送等生产过程中产生的，气体介质成分稳定，气体的温度也不高。而从烟道中排出的尘粒，大都是由燃烧、锻造、冶炼、烘干等热过程产生的，这种含尘气体不但温度高，含湿量大，而且气体成分也发生变化，

12、并伴有二氧化碳、氮氧化物、氟化物等有害物质，有较强的腐蚀性。因此，在选定测定方法和测试装置时，应考虑这些因素。,粉尘浓度检测,（1）采样位置的选定和管道断面测点的布置 在测定烟气的流量和采集粉尘样品时，为了取得有代表性的样品，应尽可能将采样位置选在气流平稳的直管段中，距弯头、阀门及径管段下游方向大于6倍直径和在其上游方向大于3倍直径处。最少也不能少于1.5倍直径，此时应适当增加采样点数。要求取样断面气体流速最好在5 m/s以上。此外，应当注意在水平管道中，由于尘粒的重力沉降作用，较大尘粒有偏离流线向下运动的趋势，管道内粉尘浓度分布不如垂直管道内均匀，因此，在选择采样位置时应优先考虑垂直管道。,

13、等圆环面积的划分,采样位置选定后，采样孔和采样点主要根据管道断面的大小和形状而定。管道横断面上测点的选定，通常是将断面划分为适当数量的等面积环（或方块），在各个等面积环（或方块）上定出采样点。圆形管道断面的等面积分环法，即将圆管断面分成若干个等面积的圆环，然后将断面两垂直直径上各圆环的面积中分点作为测点，如图所示。,粉尘浓度检测,一般采样孔的结构如图a所示。为了适应各种形式采样管插入，孔径应不小于75 mm。当管道内有有毒或高温气体，且采样点管道处于正压状态时，为保护操作人员安全，采样孔应设置防喷装置，见图b。,图a 一般采样孔结构1丝堵 2短管 3烟道壁 4烟道,图b 采样孔防喷装置1密封室

14、 2采样管 3闸板阀 4烟道,粉尘浓度检测,（2）等速采样 等速采样原理 为了取得有代表性的样品，尘粒进入采样嘴的速度必须和管道内该点气流的速度相等，这一条件称为等速采样。所有非等速采样的采样结果都不能真实地反应实际尘粒分布情况。右图表示在不同采样速度下尘粒运动状况。当采样速度vn大于采样点的气流速度vs时，处于采样嘴边缘以下的部分气流进入采样嘴，继续沿着原来的,方向前进，使采取的样品浓度Cn低于实际浓度Cs。当采样速度vn小于采样点的气流速度vs时，情况正好相反，样品浓度Cn高于实际浓度Cs。只有采样速度等于采样点的气流速度时，采取的粉尘浓度才与实际情况相符。,粉尘浓度检测,对于不等速采样造

15、成的采样误差，国内外进行了很多研究，试图得到不等速采样的影响误差。虽然提出了各种计算公式和图表，但由于粉尘性质、粒径分布、流速波动等因素变化较大，很难得到准确的结果，提出的各种计算式差别较大、且计算复杂，在实际应用上还有一定困难。下图是沃特森（Watson）的试验结果，从图上可以看出，粉尘越大，不等速引起的采样误差越大，小于4 m的粒子，由于其惯性较小，不等速采样引起的误差影响不大。,非等速采样误差,粉尘浓度检测,维持等速方法 A.预测流速法。使用普通采样管一般采用此法，即在采样前预先测出各采样点的气体温度、压力、含湿量、气体成分和流速，根据测得的各点流速、气体状态参数和选用的采样嘴直径计算出

16、各采样点的等速采样流量，然后按此流量采样。等速采样计算主要有以下几点：a.采样嘴口径的选择。采样嘴的选择原则，是使采样嘴进口断面的空气速度和烟道测点速度相等，同时为防止与采样嘴相连的采样管内积尘，一般要求采样管内的气流速度大于25m/s。根据流体的连续性方程式，采样管内的空气流量应等于采样头进口断面的空气流量。b.常温管道等速采样计算。在此情况下可以不考虑温度、压力、湿度对采样体积的影响，因为一般气流的绝对压力变化不大。抽气量按下式计算 c.高温、大湿度管道等速采样计算。为使计算简化，假定在整个采样系统内的变化规律符合理想气体状态方程，且整个系统无漏气。进入采样嘴的气体流量qvs仍按上式计算；

17、若流量计前装有干燥器，则当气体流量qvs经干燥器除去其水分Xws（）后，达到流量计前的气体流量为,粉尘浓度检测,B.皮托管平行采样法 这种采样法实质是预测流速法，不同的是气体流速的测定与粉尘采样几乎是同时进行的，方法是将S型皮托管与采样管平行固定在一起，当已知皮托管指示的动压及管道和流量计处温度、压力时，利用预先绘制成的在等速条件下S型皮托管的动压和流量计读数关系的线算图或快速标尺，即可查出应取的流量计读书，立即调整流量进行采样。这种方法弥补了预测流速法测速与采样不同时的缺点，使等速更接近于实际情况。,粉尘浓度检测,C.压力平衡法 该法使用特制的平衡型等速采样管采样，不需预先测量气体的流速、状

18、态参数和计算等速采样流量等过程。将采样管置于采样点处，调节采样流量，使采样嘴内外静压相等或使采样管孔板的差压和采样点处皮托管测得的气体动压相等来达到等速。压力平衡法操作简单，并能根踪气体速度变化而随时保持等速条件。D.自动等速采样法 随着微型计算机技术和各种压力传感器的开发应用，近年来国外已开始使用各种型式的自动等速粉尘采样装置。如有的根据压力平衡原理制成的平衡型自动粉尘采样器；有的根据平行采样法制成自动等速粉尘采样器。这类仪器的工作原理是将气体温度、动压等信号自动输入到微处理器，经过运算处理，及时发出指令性讯号，自动控制等速采样流量，并把运算结果和有关数值显示出来，使粉尘采样实现自动化。,粉

19、尘浓度检测,采样嘴位置、形状、大小及采样方法 测尘采样时，采样嘴必须对准气流的方向。否则采样浓度将低于实际浓度，而且随着偏差角度和粒径的增大而增大，一般要求采样嘴和气流方向的偏差角度不得超过5。采样嘴形状和结构原则上以不扰动吸气口内外气流为准，其尖端应作成小于30的锐角，嘴边缘的壁厚不能超过0.2 mm，太厚容易使前方形成堤坝效应使颗粒偏离。连接采样管一端的内径与采样管内径要吻合。采样嘴内径不宜小于5 mm，否则大的尘粒易被排斥在外，引起误差。为了适应等速采样的需要，采样嘴通常作成内径为6、8、10、12 mm等，供采样的选用。采样方法分为移动采样和定点采样。为了较快地测得管道断面地粉尘平均浓

20、度，可用一个捕尘装置，在已定的各采样点上移动采样，各点的采样时间相等；为了了解管道内粉尘浓度分布情况及计算平均浓度，分别在已定的各采样点上采样，每点收集一个样品，即定点采样。,粉尘浓度检测,（3）过滤法管道粉尘浓度测定仪表 用过滤法测管道粉尘浓度的仪表，按控制等速方式通常分以下几种。普通型采样管测尘装置,普通型采样管测尘系统1烟道 2采样管 3冷凝管 4、6温度计 5干燥器7压力计 8转子流量计 9抽气泵,粉尘浓度检测,A.采样管 根据采样点温度不同采用玻璃纤维筒采样管或刚玉滤筒采样管两种。下图为滤筒采样管示意图。,滤筒采样管1滤筒 2采样嘴,粉尘浓度检测,B.捕尘滤筒 这是一种捕集效率高、阻

21、力小，并便于制成管道内部采样的捕集装置，目前广泛应用的有玻璃纤维滤筒和刚玉滤筒。玻璃纤维滤筒用无碱超细玻璃纤维制成，对油雾的捕集效率达99.98以上，适用于400以下的气体采样。C.流量计量箱 由冷凝水收集器、干燥器、温度计、压力计、和流量计组成，冷凝水收集器用来收集可能冷凝于采样管中的冷凝水。干燥器内装硅胶用以干燥采样气体，以保证流量计正常工作和使进入流量计气体呈干燥状态。温度计和压力计则用来测量转子流量计前的温度和压力，以便将测量状态下采气体积换算到标准状态下的才气体积。D.抽气泵 应具有克服管道负压和测量管线各部分阻力的能力，并应有足够的抽气量。流量在60 l/min以上的旋片式抽气泵，

22、比较适合现场使用。,粉尘浓度检测,动压平衡型采样装置 本装置采样利用采样管上的孔板差压与采样管平行放置的皮托管指示的气体动压相平衡实现等速。,动压平衡型采样系统,1烟道 2S型皮托管 3采样嘴 4孔板 5双联微压计 6冷凝器7干燥器 8温度计 9压力计 10累积流量计 11转子流量计,粉尘浓度检测,静压平衡型采样装置 该装置利用采样嘴内外静压相平衡的原理实现等速采样，其采样嘴结构如下图所示。如能使断面11至断面22管道和采样嘴的气流压力损失相等，即 则当 时，有，即达到等速。实际上气体进入采样最后，由于入口局部压力损失和嘴内管道摩擦压,静压平衡型采样嘴,力损失总大于管道压力损失，因此，静压相等

23、时流速并不相等。为此，大都通过改进采样嘴结构办法来补偿这一压力损失。有的改变管嘴外形结构，在采样嘴外部静压孔前设阻流圈，来提高管道气流的压力损失，有的则改变管嘴内部结构，将管嘴内静压孔部位的管嘴内径扩大，使该部位的气流速度降低，以达到静压相等时速度相等。,粉尘浓度检测,无动力等速粉尘采样器 无动力等速粉尘采样器是一种直接测量烟囱或一般含尘管道粉尘排放量的仪器，它利用采样器的特殊结构和气流本身提供的动力实现等速采样。从右图可以看出，当采样器对准气流时，一方面气流的动能迫使气体通过管道进入采样器，另一方面气流在流经采样器锥形尾翼时，产生一定的抽力，以克服气流通过采样器的阻力，在两种力联合作用下达到

24、等速采样的要求。粉尘捕集采用静电沉降方法，含尘气流进入管内后，粉尘即荷电，并沉降在作为收集板的管壁上，根据收集的尘量、采样时间、采样嘴直径和测点断面管道直径即可计算粉尘排放量。整个采样器由采样头和电源两部分组成。采样头由管嘴、电晕放电极、粉尘沉降极、流量调节装置等部件组成。,无动力等速采样器结构图1电晕极 2沉降极 3管嘴 4流量调节装置 5电晕极支座 6支架 7电源,粉尘的游离二氧化硅检测,粉尘的化学成分决定其对机体危害的性质和程度。其中，游离状态的二氧化硅含量影响尤为严重。长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘将引起矽肺病。粉尘中游离二氧化硅的含量愈高，引起病变的程度愈重，病变的发展速度愈

25、快。这里将对粉尘的游离二氧化硅检测做简要的介绍。,粉尘的游离二氧化硅检测,测定粉尘中的游离二氧化硅有化学法和物理法。化学法采用磷酸重量法和硷熔钼蓝比色法。其中焦磷酸重量法国内应用普遍，其优点是适用范围广、可靠性较好，缺点是操作程序繁琐、花费时间。硷熔钼蓝比色法灵敏度较高，但应用范围有一定局限性。物理法如x射线衍射法和红外分光光度法。物理法不改变被分析样品的化学状态，需要的样品量很少，分析资料可以保存在图谱上，常用于定性鉴别化合物的种类，用于定量测定则有一定的局限性。,粉尘的游离二氧化硅检测,1.焦磷酸重量法 一定量的粉尘样品经焦磷酸在245250处理后，其中的硅酸盐等杂质完全溶解，而游离二氧化

26、硅则几乎不溶。因此，称量处理后的残渣重量，可以推算出游离二氧化硅的含量。,粉尘的游离二氧化硅检测,2.硷熔钼蓝比色法 在800900 的温度下，碳酸氢钠和氯化钠混合熔剂与硅酸盐不发生作用，而选择性地熔融游离二氧化硅，生成可熔性的硅酸钠，在酸性介质中，硅酸钠与钼酸铵可形成络合物质，它遇到还原剂时将被还原成钼蓝，根据颜色深浅进行比色测定。,粉尘的游离二氧化硅检测,3.X射线衍射法 X射线在通过晶体时产生衍射现象。用照相法或X射线探测器可记录产生的衍射花纹。由于每种晶体化合物都有其特异的衍线图样，因此，只要将被测试样的衍射图样与已知的各种试样的衍射图谱相对照，就可以定性地鉴定出晶体化合物的种类；而根

27、据衍射图样的强度就可以定量测定试样中晶体化合物的含量。,粉尘的游离二氧化硅检测,衍射图样的定性鉴定主要凭经验，可以根据纯晶体化合物的标准衍射图谱对照鉴别。对于定量测定，在试样组成简单的情况下，只需在同一条件下将未知试样与含量已知的样品中特定的衍射线的强度作比较即可定量；对组成复杂的样品，则需要根据积分强度的概念，用解方程式的办法计算。,粉尘的游离二氧化硅检测,粉末照相机呈圆筒形，如下图（a）所示。由X射线管发射的X射线束，透过滤光片后成为近乎单色的辐射束，通过细管准直，照射到样品晶体上。其中一部分X辐射被晶体中的原子散射。粉末中所有与入射线的夹角为（该角决定于晶体的种类）的晶面散射光束，在空间

28、可连接成一个以入射线方向为轴，夹角为4的圆锥面。其它一定角度的散射可由其他方位的晶体产生。未被散射的辐射，通过出射细管射出照相机。散射线投射在衬有底片的相机内壁上，从而得出一对对的对称弧线组成的图样，如下图（b）所示。,粉尘的游离二氧化硅检测,照相法示意图（a）粉末照相机（b）显影底片条、和T指底片在照相机中的位置1x射线管 2滤光片 3照相软片 4样品 5透射光束6衍射光束 7照相软片上供入射和出射管用小孔,粉尘的游离二氧化硅检测,4.红外分光光度法（比色法）红外分光光度法可用于样品的化学成分的分析和分子结构的研究。样品可以是无机物也可以是有机物。可以是气态、液态、固态或者溶液。当具有连续波

29、长的红光照射物质时，该物质的分子选择性地吸收某几种波长的光，若将其透过的光进行色散，就得到一吸收光谱。每种化合物都有自己独特的光谱图，将未知试样的光谱图与若干纯化合物的标准谱图对照就能定性鉴别；而吸收峰的强度则决定于该化合物的含量，借此可进行定量分析。,粉尘的游离二氧化硅检测,对于组分数目不多，且其光谱形状差比又大的样品来说，被分析组分的特征吸收峰出现的位置，没有其它组分的吸收峰出现，定量分析工作较为简单，通常采用“工作曲线法”进行。工作曲线是由一系列已知含量的二氧化硅样品经试验测定，以含量为横坐标，相应的吸收率或透过率为纵坐标作图得到的曲线。在相同条件下测定样品，由测得的吸收率或透过率在工作曲线上就可以查得相应的游离二氧化硅含量。对于化学组分复杂得样品，通常先用化学方法进行预分离，然后再进行光谱测定。,