ГОСТ Р 51249-99

Группа Г84

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Дизели судовые, тепловозные и промышленные

ВЫБРОСЫ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

Нормы и методы определения

Marine, lokomotive and industrial diesel engines.
Emission with exhaust gases.
Standard values and testing methods
 

ОКС 27.020
ОКП 31 2000

Дата введения 2000-01-01

Предисловие

     1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 235 "Дизели судовые, тепловозные и промышленные"
     
     2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 3 марта 1999 г. N 56
     
     3 Стандарт соответствует ИСО 8178 "Двигатели внутреннего сгорания. Измерение выбросов вредных веществ". Части 1, 2, 4 и 5 - в части испытательных процедур и методов испытаний
     
     4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
     
     ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 6, 2001 год
     
     Поправка внесена юридическим бюро по тексту ИУС N 6, 2001 год
     
     

     1 Область применения  

          
     Настоящий стандарт распространяется на судовые, тепловозные и промышленные дизели и устанавливает нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами (далее - ОГ) при стендовых испытаниях новых или капитально отремонтированных дизелей.
     
     Допускается применение настоящего стандарта в условиях эксплуатации установок с дизелями судового, тепловозного и промышленного назначений.
     
     Стандарт не распространяется на санитарно-гигиенические нормы вредных выбросов дизелей.
     
     Требования настоящего стандарта являются обязательными и направлены на обеспечение жизни, здоровья населения и охраны окружающей среды.
     
     

     2 Нормативные ссылки  

          
     В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
     
     ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности
     
     ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
     
     ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования
     
     ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности
     
     ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности
     
     ГОСТ 12.4.051-87 ССБТ. Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические требования и методы испытаний
     
     ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия
     
     ГОСТ 10150-88 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Общие технические условия
     
     ГОСТ 10448-80 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний
     
     ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия
     
     

     3 Определения  

          
     В настоящем стандарте использованы следующие термины с соответствующими определениями:
     
     Отработавшие газы (ОГ) - смесь газообразных продуктов полного сгорания, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц), поступающая из цилиндров дизеля в его выпускную систему.
     
     Сухие ОГ - ОГ, влагосодержание которых меньше или равно равновесному при температуре 298 К и атмосферном давлении 101,3 кПа.
     
     Влажные ОГ - ОГ, влагосодержание которых соответствует полному составу продуктов сгорания топлива.
     
     Вредные вещества - вещества, содержащиеся в небольших количествах в ОГ и придающие им неблагоприятные либо вредные для человека и окружающей среды свойства. В рамках настоящего стандарта учитываются следующие вредные вещества: оксид углерода, оксиды азота и углеводороды.
     
     Оксид углерода - газообразный продукт неполного окисления углерода, входящего в состав углеводородного топлива, обозначаемый символом СО.
     
     Оксиды азота - смесь различных оксидов азота, образовавшихся в процессе горения топлива в цилиндре дизеля, обозначаемая символом NО.
     
     Углеводороды - смесь паров всех несгоревших и частично окисленных углеводородов топлива и масла, образующихся в процессах горения топлива и выпуска продуктов сгорания из цилиндра дизеля, обозначаемая символом СН.
     
     Концентрация оксида углерода - объемная доля в ОГ оксида углерода в объемных процентах (далее - об. %).
     
     Концентрация оксидов азота, приведенных к NО, - объемная доля в ОГ оксидов азота, которую они занимали бы при трансформации в эквивалентный объем двуокиси азота NО в об. %.
     
     Концентрация углеводородов, приведенных к СН, - объемная доля в ОГ суммы углеводородов, которую они занимали бы при условной трансформации в эквивалентный объем идеального газа с молекулярной массой 13,85 и энергией ионизации молекул, равной энергии ионизации пропана  в об. %.
     
     Выброс вредных веществ - количество вредного вещества, поступающего в атмосферу с ОГ в единицу времени.
     
     Испытательный цикл (режимы испытаний) - совокупность фиксированных по частоте вращения и мощности режимов работы дизеля, устанавливаемая в соответствии с его назначением и реализуемая в процессе испытаний.
     
     Весовой коэффициент режима испытаний () - условная величина, отражающая статистическую долю времени работы дизелей данного назначения в эксплуатации в окрестностях данного режима.
     
     Удельный средневзвешенный выброс вредного вещества - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу с ОГ, приходящееся на 1 кВт·ч эффективной работы дизеля при совершении им полного испытательного цикла.
     
     Предельно допустимый удельный средневзвешенный выброс вредного вещества - значение удельного средневзвешенного выброса вредного вещества, при превышении которого дизель не допускается к эксплуатации.
     
     Газоанализатор - прибор для непосредственного измерения концентрации вредного вещества в пробе ОГ.
     
     

     4 Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля  

          
     4.1 Нормируемые параметры
     
     Нормируемым параметром является удельный средневзвешенный выброс -го вредного вещества с ОГ дизеля , выражающий количество этого вредного вещества в граммах, приходящееся на 1 кВт·ч эффективной работы дизеля, совершенной им при выполнении полного испытательного цикла, имитирующего типовые условия эксплуатации.
     
     Устанавливают следующую номенклатуру нормируемых параметров:
     
     удельный средневзвешенный выброс оксида углерода ;
     
     удельный средневзвешенный выброс оксидов азота ;
     
     удельный средневзвешенный выброс суммы углеводородов .
     
     По согласованию между изготовителем дизеля, его потребителем и разработчиком стандарта номенклатура нормируемых параметров может быть расширена.
     
     4.2 Предельно допустимые значения нормируемых параметров
     
     4.2.1 Для новых дизелей
     
     Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ для вновь изготовленных дизелей судовых, промышленных и тепловозных при их стендовых испытаниях должны соответствовать приведенным в таблице 1.

               
Таблица 1
          

     
     
     4.2.2 Для дизелей после капитального ремонта
     
     Предельно допустимые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, прошедших капитальный ремонт,  устанавливают на основе данных таблицы 1 с использованием корректирующих коэффициентов  по формуле
     

.                                                                 (1)

     
     Значения корректирующих коэффициентов в зависимости от вредного вещества устанавливают по таблице 2.
     
     
Таблица 2
          

     5 Методы определения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля  

          
     5.1 Измеряемые параметры
     
     5.1.1 На каждом режиме испытаний дизеля измерению подлежат следующие показатели:
     
     эффективная мощность , кВт;
     
     частота вращения коленчатого вала , мин;
     
     расход воздуха, приведенный к нормальным атмосферным условиям (=101,3 кПа, =273 К) - , м/ч;
     
     концентрация в ОГ оксида углерода , об. %;
     
     концентрация в ОГ оксидов азота (в приведении к NO) - , об. %;
     
     концентрация в ОГ суммы углеводородов (в приведении к СН) - , об. %.
     
     5.1.2 Применяемые оборудование и приборы для проведения измерений состава газов должны обеспечить точность не ниже указанной в таблице 3.
     
     
Таблица 3
          

     
     
     5.1.3 Измерение других показателей дизелей - по ГОСТ 10448 и ГОСТ 10150.
     
     5.2 Испытательные циклы (режимы испытаний)
     
     Состав режимов испытаний в испытательном цикле в зависимости от назначения дизеля должен соответствовать указанному в таблице 4.
     
     
Таблица 4
          

     
     
     Дизель считается находящимся на данном режиме испытаний, если соответствующие ему значения частоты вращения и мощности достигли значений, указанных в таблице 4, с точностью по ГОСТ 10448. При этом расход воздуха, его температура и давление во впускном коллекторе (для дизелей с наддувом), давление и температура смазочного масла, температура охлаждающей жидкости в дизеле должны иметь соответствующие данному режиму испытания установившиеся значения.

     5.3 Методы определения нормируемых параметров
     
     Удельный средневзвешенный выброс -го вредного вещества рассчитывают по формуле
     

,                                                                         (2)

     
где  - молекулярная масса -го вредного вещества либо его эквивалента по приведению, кг/кмоль;

        -  количество режимов испытаний в испытательном цикле;
     
         - порядковый номер режима испытаний в испытательном цикле;
     
         - индекс вредного вещества;
      
       - измеренная при испытаниях в -м заданном режиме концентрация -го вредного вещества в ОГ, об. %;
     
 - объемный расход ОГ, приведенный к нормальным атмосферным условиям (=273 К, =101,3 кПа), м/ч, во "влажном" или "сухом" состоянии;
     
   - отношение эффективной мощности дизеля на данном режиме испытаний к номинальной эффективной мощности;
     
 - весовой коэффициент режима;
     
 - номинальная эффективная мощность дизеля, кВт.
     
     Объемный расход ОГ , м/ч, измеряют любым прямым способом с последующим приведением к стандартным атмосферным условиям либо рассчитывают по измеренным значениям расхода воздуха и топлива на каждом режиме испытаний по формуле
     

,                                                                                 (3)

     
где  - объемный расход воздуха, приведенный к нормальным атмосферным условиям (=273 К, =101,3 кПа), м/ч;

           - коэффициент приведения к нормальным атмосферным условиям расхода неразбавленных продуктов сгорания различных топлив (м/кг), принимаемый по таблице 5 для "сухого" или "влажного" состояния ОГ (или коэффициент состава топлива);
     
          - массовый расход топлива, кг/ч.
     
     
Таблица 5
     

     
     
     "Влажное" состояние ОГ принимают для случаев, когда измерение концентрации вредного вещества осуществляется при температуре выше 298 К.
     
     Для остальных случаев принимают "сухое" состояние ОГ.
     
     Для расчета объемного расхода ОГ допускаются другие стандартные методы, например, метод баланса углерода и кислорода.
     
     

     6 Оборудование испытательного стенда  

          
     Испытательный стенд должен быть оборудован системой пробоотбора и газоанализаторами для измерения состава ОГ в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 1, а также устройствами для измерения расходов воздуха, топлива и мощности дизеля.
     
     

1 - пробоотборный зонд; 2 - нагретая линия отбора проб; 3 - регулирующий клапан; 4 - предварительный фильтр; 5 - фильтр; 6 - насос; 1-6 - система пробоотбора; 2-6 - пробоотборная магистраль с устройствами пробоподготовки; 7 - селективный клапан для подвода поверочных газовых смесей; 8 - хемилюминесцентный газоанализатор; 9 - контроль потока через газоанализатор; 10 - контроль байпасного потока; 11 - газоанализатор пламенно-ионизационного типа; 12 - регулятор давления; 13 - газоанализатор недисперсного типа с поглощением в инфракрасной области спектра; 14 - охладитель-конденсатор; 15 - линия отбора проб для анализа СО, СО, О; 16 - термометр; 17 - манометр

Рисунок 1 - Схема установки для анализа выбросов вредных веществ

     6.1 Система пробоотбора
     
     Система пробоотбора состоит из пробоотборного зонда и пробоотборной магистрали с устройствами пробоподготовки для транспортирования пробы на анализ.
     
     6.1.1 Пробоотборный зонд устанавливают на расстоянии не менее 0,5 м до выхода газов из выпускной системы в атмосферу и достаточно близко к двигателю, чтобы обеспечить температуру пробы газов не менее 373 К. Рекомендуется устанавливать зонд на расстоянии 6 диаметров прямого участка трубы от присоединительного фланца выпускного коллектора.
     
     Пробу неразбавленного газа для всех компонентов отбирают с помощью одного пробоотборного зонда и делят перед входом в газоанализаторы. Пробоотборный зонд должен быть выполнен из нержавеющей стали с толщиной стенок не более 1 мм. Внутренний диаметр должен быть не более внутреннего диаметра трубок в системе распределения проб. Рекомендуется применять прямой многодырчатый пробоотборный зонд (не менее 3 отверстий в разных плоскостях) с закрытым концом.
     
     6.1.2 Пробоотборную магистраль изготовляют из нержавеющей стали или тефлона. Не допускается использовать медь и ее сплавы, а также углеродистую сталь. Диаметр трубки пробоотборной магистрали 6-8 мм. Рекомендуемая длина пробоотборной магистрали - не более 5 м. При использовании более длинных пробоотборных магистралей следует определять степень искажения состава пробы по методике изготовителя оборудования. При этом дополнительная погрешность измерения не должна выходить за пределы ±2%. Применять магистрали длиной более 20 м не допускается.
     
     При определении состава неразбавленных газов температура поверхности внутренней стенки пробоотборной магистрали должна поддерживаться на уровне (453±20) К. При использовании устройства для разбавления пробы газов перед анализом допускается понижать температуру в пробоотборной магистрали до (373±20) К. При этом должна быть определена дополнительная погрешность измерения концентрации СН по методике изготовителя оборудования, которая не должна выходить за пределы ±2%.
     
     6.1.3 Устройства пробоподготовки (осушители, клапаны, фильтры и насос) устанавливают только в тех случаях, когда газоанализаторы не укомплектованы штатной системой пробоподготовки. В случае их установки должна быть оценена дополнительная погрешность измерения по методике изготовителя оборудования, которая не должна выходить за пределы ±2%.
     
     6.2 Газоанализаторы (ГОСТ 13320)
     
     Газоанализаторы должны быть проградуированы в объемных процентах (об. %) и иметь стандартный унифицированный выходной сигнал для возможности подключения самописца или использования в измерительных комплексах. Запаздывание показаний газоанализаторов, подключенных к системе пробоотбора, не должно превышать 3 с.
     
     6.2.1 Газоанализатор оксида углерода должен иметь недисперсионный инфракрасный детектор и обеспечивать измерение концентрации СО в диапазоне от 0,01 до 0,5%.
     
     6.2.2 Газоанализатор углеводородов должен иметь пламенно-ионизационный детектор, нагреваемый до температуры (453±1) К.
     
     6.2.3 Газоанализатор оксидов азота должен иметь хемилюминесцентный детектор или нагреваемый хемилюминесцентный детектор (при "влажном" состоянии пробы ОГ) с преобразователем NO в NO. Измеряемым компонентом должна быть сумма всех оксидов азота NO, выраженная через эквивалентную объемную долю оксидов вида NO. Газоанализатор должен обеспечивать измерения от 0,005 до 0,5% по эквиваленту NO при любом составе индивидуальных оксидов.
     
     Рекомендуемые к использованию газоанализаторы отечественного производства указаны в приложении А.
     
     При проведении испытаний, не связанных с сертификацией дизеля, допускается по согласованию с разработчиком стандарта применять другие методы измерения концентраций вредных веществ, обеспечивающих точность измерений не ниже указанных в таблице 3.
     
     Все газоанализаторы должны быть снабжены методиками поверки.
     
     Схема подключения газоанализаторов с приспособлениями для дополнительной регистрации концентраций СО и О, необходимых для случаев определения расхода газов  по методу углеродного или кислородного баланса, приведена на рисунке 1.
     
     

     7 Условия проведения измерений  

          
     7.1 Дизель
     
     Измерения выбросов вредных веществ с ОГ судовых, тепловозных и промышленных дизелей следует проводить при всех видах стендовых испытаний по ГОСТ 10448.
     
     Испытания проводят на дизеле, установленном на испытательном стенде, оснащенном измерителем эффективной мощности и обеспечивающим точность измерений не ниже указанной в ГОСТ 10448.
     
     Эффективную мощность дизеля определяют при его комплектации по ГОСТ 10150.
     
     При испытаниях дизель должен работать на топливе по ГОСТ 305 и маслах, указанных в технических условиях на дизель конкретного типа.
     
     Если дизель должен соответствовать специальным требованиям к выбросам на месте его установки, испытания проводят на том топливе, которое будет использоваться на месте установки.
     
     7.2 Атмосферные условия
     
     Все объемные расходы газов должны быть приведены к температуре 273 К и давлению 101,3 кПа.
     
     На испытательном стенде должны быть измерены температура , К, и давление сухого воздуха , кПа, на впуске в дизель, а также относительная и абсолютная влажность воздуха.
     
     По результатам измерений рассчитывают параметр атмосферных условий  по одной из следующих формул:
     
     для дизеля без наддува или с наддувом от приводного нагнетателя
     

;                                                                             (4)

     
     для дизеля с наддувом от свободного турбокомпрессора
     

.                                                                           (5)

     
     В случае использования результатов испытаний для сертификации дизеля эти результаты считают достоверными, если в течение времени проведения испытаний параметр  остается в пределах
     

.                                                                                           (6)

     
     Влажность воздуха не должна превышать равновесную 10,71 г/кг при атмосферном давлении 101,3 кПа и температуре 298 К.
     
     

     8 Проведение измерений  

          
     Измерения проводят на режимах работы дизеля, указанных в таблице 4 в соответствии с его назначением. Рекомендуется начинать измерения с режима полной мощности и далее последовательно приближаться к режиму минимальной нагрузки.
     
     Перед началом измерений газоанализаторы следует прогреть и настроить по поверочным газовым смесям класса Государственных образцов (ПГС ГСО) по инструкции предприятия-изготовителя.
     
     Отсчет показаний газоанализаторов следует проводить на каждом режиме три раза с интервалом не менее 1 мин, причем первый отсчет следует проводить не ранее чем через 2 мин после установления температурного состояния дизеля на режиме испытаний. Результаты трех последовательных отсчетов должны отличаться друг от друга не более чем на 10%. За результат измерений принимают среднее арифметическое трех отсчетов.
     
     Одновременно регистрируют показатели дизеля, необходимые для определения значений нормируемых параметров.
     
     Результаты измерений оформляют протоколом, содержание которого должно соответствовать приведенному в приложении Б.
     
     

     9 Требования безопасности  

          
     9.1 Оборудование испытательного стенда и организация рабочего места при испытаниях должны соответствовать требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003 и ГОСТ 12.3.002.
     
     9.2 Каждый испытательный стенд, оборудованный газоанализаторами, должен быть снабжен инструкцией по технике безопасности, утвержденной в установленном порядке, с которой персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть ознакомлен.
     
     9.3 Воздух рабочей зоны стендового помещения должен соответствовать ГОСТ 12.1.005.
     
     9.4 Уровни шума и вибрации на рабочих местах стендового помещения должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.1.012.
     
     9.5 Персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты органов слуха по ГОСТ 12.4.051.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

Газоанализаторы, рекомендуемые для контроля состава отработавших
газов дизелей при проведении испытаний

     
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)

Протокол результатов испытаний

          
     Результаты испытаний оформляют протоколом, в который должны быть занесены следующие обязательные данные:
     
     Б.1 Заводская марка дизеля, назначение, заводской номер, год изготовления, завод-изготовитель (фирма), страна, основные технические данные, тактность, число и размер цилиндров, конструктивная компоновка, номинальная эффективная мощность, номинальная частота вращения, наличие наддува (способ привода наддувочного агрегата), вид испытаний (сдача на заводе-изготовителе, сдача на ремонтном предприятии).
     
     Б.2 Основные технические данные испытательного стенда:
     
     тип, марка, максимальный крутящий момент нагружающего устройства на номинальной частоте вращения дизеля, способ измерения расхода отработавших газов (прямое измерение, измерение расхода воздуха сужающим устройством, измерение расхода топлива и т.п.).
     
     Б.3 Применяемые методы и приборы для измерения концентрации вредных веществ в отработавших газах.
     
     Для каждого вещества отдельно указывают:
     
     тип, заводскую марку прибора, температуру газов в системе пробоотбора, рабочие диапазоны измерительной шкалы; наибольшую погрешность измерения в рабочих диапазонах; результаты проверки по калибровочной газовой смеси; концентрацию определяемого компонента в калибровочной смеси, максимальную погрешность ее задания; дату изготовления калибровочной смеси.
     
     В случае использования химической методики указывают принцип метода, основной детектирующий прибор, чувствительность метода, максимальную погрешность в диапазоне определяемых концентраций, вещество и метод для калибровки.
     
     Б.4 Данные окружающего воздуха и топлива:
     
     температура, давление и влажность окружающего воздуха; вид, марка, калорийность и элементный состав (можно ограничиться только указанием содержания углерода) топлива.
     
     Б.5 Результаты измерений:
     
     крутящего момента;
     
     частоты вращения коленчатого вала;
     
     расходов ОГ (воздуха) и топлива;
     
     концентрации в ОГ вредных веществ.
     
     Б.6 Результаты расчетов:
     
     значения эффективной мощности на режимах испытаний;
     
     значения приведенных к нормальным условиям расходов ОГ;
     
     удельные средневзвешенные выбросы нормируемых вредных веществ.
     
     Б.7 Заключение о соответствии (несоответствии) испытываемого дизеля требованиям настоящего стандарта.
     
     В случае несоответствия указывают, по какому компоненту ОГ обнаружено превышение предельно допустимого выброса и его значение.
     
     
     
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999