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在線氣體分析儀預處理系統的功能作用與正確選型
根據氣體成分分析儀工作原理的不同,氣體成分分析大致可分為兩種測量方式:
一是,直接測量方式,即將探頭安裝在過程氣體管道中直接測量(測量、變送裝置在探頭內),如紅外氣體分析儀、紫外氣體分析儀和激光光譜氣體分析儀等,由于它采用了光學技術能在不影響被測氣體本身狀態的情況下進行實時測量,具有測量準確、反應迅速的優點,尤其是它不需預處理裝置,與傳統的熱導式氣體分析儀相比有很大的優勢。
二是,間接(取樣)測量方式,即將過程氣體抽出進行除塵等處理后送至分析單元進行測量(測量、變送裝置在內）。
由于受工業過程氣體高溫、高粉塵、高水份、負壓及腐蝕性等惡劣氣體條件影響,對采用間接分析測量方式來說,大的困難就是怎樣獲得適合測試條件的樣氣,惟一的方法就是采用預處理裝置對樣氣進行處理,因此選用(制作)能適應工藝條件、性能穩定可靠的預處理裝置是解決在線氣體分析儀使用問題的關鍵。
雖然直接測量方法在對氣體進行實時測量時可省去預處理裝置,但工業過程氣體的監測大部分時候是一個連續的過程,需要提供在線實時的數據參考,因此為了保證測量結果的準確性,即便是采用光學技術原理的氣體分析儀一般也建議采用間接測量方式。本文針對在線氣體分析儀的預處理裝置——預處理系統進行了分析與介紹,希望可以幫助大家更好的了解在線氣體分析儀的基本原理。
一、預處理系統部件組成
1.取樣部分
主要設備有粗過濾器、取樣閥、取樣管道、支架等,安裝在現場。這是預處理系統的核心組成部分,也是決定儀器能否給出科學可信數據的一個重要環節,因此在實際的取樣過程中應該做到小心謹慎、規范操作。
2樣氣處理部分
主要設備有取樣閥、取樣管道、支架、精密過濾器、干燥裝置、穩壓裝置、穩流裝置、壓力表、流量計、取樣泵、標準氣和載氣裝置、氣泵或水泵、清洗裝置等,安裝在分析儀內。
主要設備有電源裝置、小型PLC控制器、電磁閥或氣動切換閥、環境狀態報警儀等,安裝在分析室儀表盤內。這是預處理系統的核心環節,也是預處理系統的精密的部分,該部分集中了在線氣體分析儀預處理系統的核心的部分,對于整個的測試結果與測試過程都有著極為重要的價值和意義。
因此,儀器在工作過程中的核心的環節還是控制部分。
4其他部分
主要設備有分析儀表盤、分析室恒溫和恒濕設備,安裝在分析室內。這些儀表雖然不是氣體在線分析儀預處理系統的主要部分,但是對于氣體在線分析儀預處理系統的正常工作都有著輔助作用,在很大程度上反應了在線氣體分析儀預處理系統的工作狀態,為我們的操作提供相應的指導性意見,更好地使在線氣體分析儀為大家所用。
二、預處理系統功能作用
在線氣體分析儀通常需要不含干擾組分的清潔、非腐蝕的樣氣,在正常情況下,樣氣必須是在限定的溫度、壓力和流量范圍之內。
前處理單元對取出的樣氣進行初步處理,使樣氣適合于傳輸,縮短樣氣的傳輸滯后,減輕后處理單元的負擔,如減壓、降溫、除塵。后預處理單元對樣氣再做進一步處理和調節,如溫度、壓力、流量的調節,過濾、除濕、去除有害物等,安全泄壓、限流和流路切換等。預處理系統的功能作用歸納如下:
1)流量調節
包括快速流路和分析回路,使用針閥、限流閥、單向閥和浮子流量計等,使樣氣流量達到分析儀表的要求。
2)壓力調節
包括降壓、抽吸和穩壓,利用減壓閥、安全閥和背壓閥等,調節樣氣的壓力達到系統所需要的恒定壓力。
3)溫度調節
包括降溫和保溫,一般采用螺旋管或水冷方式,將高溫樣氣降至常溫;一般采用伴熱裝置給氣體伴熱。
4)提取樣氣
將樣氣從工藝流程中通過取樣管道引入分析儀,主要有粗過濾器、取樣閥、取樣管道、支架等設備。為防止高溫樣氣結露應加裝保溫設備,對于負壓樣氣應加裝取樣泵設備。
5)過濾樣氣
將樣氣中的粉塵、水分等雜質過濾干凈,主要有取樣閥、取樣管道、支架、精密過濾器、普通干燥器、冷卻干燥裝置、離心干燥裝置等設備。
6)自動標定
完成對分析儀主機零點和量程自動標定工作,主要有電磁閥或氣動切換閥、分析儀主機控制電路、零點和量程標準氣瓶及減壓裝置等設備
7)自動采樣
使用一臺分析儀主機對多個樣氣組分進行周期分析的工作,主要由電磁閥或氣動切換閥、控制系統等設備完成。
三、預處理系統工藝選擇
1.取樣點位置的選擇
1)應選擇在能反映工藝流體性質和組成變化的靈敏點上,通常選擇在大于2倍直徑管段的二分之一處。
2)應位于工藝壓差處,構成快速循環回路的位置。
3)應選擇樣氣溫度、壓力、清潔度、干燥度和其他條件盡可能接近分析儀要求適宜位置,以便樣品預處理部件的數量減之少。
2.取樣探頭的選擇
1)直通式取樣探頭:適用于含塵量極微小或無粉塵的氣體取樣,多用于石油化工行業。
2)過濾式取樣探頭:帶有過濾器的探頭,適用于含塵量較高的氣體取樣,探頭濾芯為燒結金屬或陶瓷。
3)減壓式取樣探頭:是將減壓閥和取樣管組合成一體,將樣品氣體先減壓再取出的探頭。多用于高壓樣氣的取樣,防止壓力過大損壞儀表。
3樣氣傳輸管路的選擇
1)管材的材質和管徑尺寸的選擇,一般采用316不銹鋼或PTFE管路,管外徑以6mm為多。
2)管接頭的選用,一般選擇不銹鋼雙卡套接頭以保證連接的密閉性,特殊環境選擇PTFE或塑膠接頭。
4.保溫和伴熱裝置的選擇
1)電伴熱:通過纏繞在取樣管線上的電伴熱給樣氣伴熱。
2)蒸汽伴熱:通過取樣套管中的高溫蒸汽對樣氣進行伴熱
5.氣路切換的選擇
1)標定、測試的切換:通過電磁閥或電動閥切換不同的樣氣管路,予以選擇不同測量的氣泵。
2)多點測量:通過電磁閥或電動閥切換到不同的取樣點,達到一臺儀表可測量多點樣氣。
6樣氣排放的選擇
1)有毒氣體的排放:對人體有害的毒氣,可采用高位高空排放或返回取樣管道、回收裝置等。
2)可燃危險氣體分排放:使用排火炬或阻火裝置高位排放。
四、保證預處理系統正常工作的要求
在線氣體分析儀結構復雜而精密,對被分析介質的組份構成,清潔度及熱工參數均有不少特殊要求。為此,在設計中需要處理的問題有:
1編制科學的“操作維護規程”
在線氣體分析儀（系統）除需要周期的標定外，樣品預處理系統中的傳感器更換，冷凝物排出、化學藥劑的投放等,均需遵守嚴格的操作程序。這個程序的設計既與在線氣體分析儀(系統)本身的設計有關,又與工藝現場的運行條件有關。任何失誤的操作維護,均可導致在線氣體分析儀(系統)失靈或癱瘓,由此可見編制科學的“操作維護規程”對于該預處理系統的平穩運行有著十分重要的作用和價值。
2.使用“分析儀器柜”進行在預裝配調試
在線氣體分析儀(系統)中,取樣、預處理,標定、控制及保護裝置的價值,常常超過在線分析器本身,要把這些部件及裝置按工藝要求連接起來,才能組成分析系統。
“分析儀器柜”由具備經驗的分析儀器制造廠設計、制造。不受工藝現場條件的影響:系統設計及部件選用規范化,操作維護方便,可以在實驗室內模擬操作調試,使得系統在設備及結構上的主要問題在送往現場前,可及早得到糾正。
3集中取樣提高利用率
在線氣體分析儀(系統)的故障率及運行周期,通常取決于取樣及預處理裝置。因此,在設計中應把可能集中起來的在線分析儀器集中在一起,共用一個取樣點,共用一套樣氣預處理裝置。這樣既減少了系統硬件的用量,降低了系統成本,也可降低系統的運行費用。
4現場就近安裝,縮短滯后時間
在線氣體分析儀(系統)的滯后時間主要來源于樣氣輸送管線及預處理系統。在線氣體分析儀(系統)的硬件一經確定后,設計上縮短滯后時間的途徑就是盡可能的縮短取樣管線長度,這對實時控制具有重要意義。
在線氣體分析儀是一種重要的檢測手段,對于現代社會的發展與進步起了很大推動作用。因此,在實際的工作之中我們應該充分的認識到在線氣體分析儀預處理系統的重要性,規范操作,以期更好的為您服務。