《分析儀器》2009年第5期 “在線分析工程技術”欄目

　在線分析樣氣處理的原位處理法

金義忠  鄧發榮  劉 偉

（重慶凌卡分析儀器有限公司，重慶，400041 ）

摘  要  為克服傳統直接抽取法樣氣處理系統的缺點和局限，原位安裝法是項值得肯定的技術進步。但是工程應用實踐證明，它仍然存在維護周期短，維護困難和維護成本高的明顯不足。本文探討的原位處理法走的是“中庸”技術路線，試圖保持兩者的優勢，同時又克服兩者的不足，也就是同時把制造成本和維護成本都降下來。依靠技術創新，我們正在接近這個理想目標。

    關鍵詞  在線分析 樣氣處理系統  直接抽取法 原位安裝法 原位處理法 少維護 維護成本

1  在線分析對樣氣處理系統的要求

     “樣氣處理系統技術是在線分析系統的核心和關鍵技術”。^[1]  在線氣體分析之所以成為普遍的現實，是因為已有比較成熟的樣氣處理系統技術，能將樣氣處理成接近標準氣般的高品質，以滿足在線分析器的苛刻要求。

      老一輩儀器儀表工程技術專家朱良漪教授早在1997年首屆過程分析儀器應用及發展論壇的主旨報告“過程分析儀器的發展”中，曾精辟總結“制約過程分析儀器發展的癥結是：1、過程分析的取樣與預處理，2、成分信息的獲得與共生信息的干擾和噪聲的處理，3、長期使用的可靠性。”^[2]  他在2007年第二屆在線分析儀器應用及發展論壇的主旨報告“21世紀的前沿技術‘分析技術’與‘自動化’的系統集成”中，再次精辟總結在線分析工程技術的“難點和閃點：取樣系統、可靠性、少維護、軟件技術。”^[3]

      在線分析系統工程應用的成功，也就是在線分析器的應用成功，依賴樣氣處理系統的少維護和可靠性。

2  直接抽取法樣氣處理系統的回顧

   技術上比較成熟的直接抽取法樣氣處理系統在我國大約已有20年以上的歷史。樣氣需要直接抽取，≤0.015MPa的樣氣壓力，特別是爐窯負壓型，以采用抽氣泵抽取樣氣為標志。樣氣經取樣系統（含反吹裝置）取樣后，還要加熱保溫傳輸至位于控制室的分析儀器柜，再進行降溫、降壓、除塵、除濕、冷凝液排放，流量調節與顯示、氣路切換、報警控制等一系列針對性很強的樣氣處理。

   直接抽取法的優點是技術上比較成熟，樣氣處理很到位，基本上能夠達到接近標準氣般的高品質，能夠滿足在線分析器的苛刻要求，保障在線分析系統工程應用的成功。

   直接抽取法的缺點也顯而易見：技術設計復雜，制造成本高，安裝和使用維護都有諸多困難，新產生的一些“共生信息”會降低檢測準確度，例如CEMS系統采用電子冷凝器，SO2 會從冷凝水中流失掉3～5%，*一項SO2的檢測信號就新增一項 3～5% 的負向誤差。樣氣傳輸管路可能長達20m甚至30m以上，保障滯后時間小于60s有時也比較困難。

3  審視原位安裝法

   原位安裝法大概隨激光氣體分析器同時誕生，雖然時間不大長，因其*優勢很能吸引業界關注，志在做大做強的聚光科技（杭州）有限公司是應用原位安裝法的。

   原位安裝法（即現場安裝法）實際上并不存在樣氣處理系統。不管是相對安裝的發射單元和吸收單元，或是用法蘭安裝方法將測量氣室直接插入工藝管道（如煙囪）中，傳統概念的樣氣處理系統都是不存在的，直插式整體氧化鋯氧分析器也當屬此列。原位安裝法的優點似乎不言自明：省去了全套樣氣處理系統，制造成本大大降低，使用也簡單了，供需雙方都樂于接受這個良好的“愿景”。

   工程應用的優劣與成敗zui終zui公正的裁判仍然是時間和實踐。原位安裝法在在線分析專業領域，面對長期（長期：指數年以上的穩定工作時間）連續使用的現實，處于高水份、高粉塵、強腐蝕、高污染、負壓力的樣氣條件。測量氣室在煙囪內被污染只是個不太長的時間問題，任何良好的愿望都改變不了。工程實踐表明：大約1～2個月就需要維護和處理測量氣室，在此處理之前，分析器的飄移和準確性也是很難令人*放心的。維護帶安裝法蘭的測量氣室并不容易：位置在煙囪高位，測量氣室組合件很長很大很重，一兩個人還很難對付。由此產生的問題并不小，也并不樂觀：原位安裝法的維護周期短，維護難度大，維護成本高。多次艱難的維護之后，說不定就是棄之不用，后果似乎也很嚴重。有的連年虧損，專業作CEMS系統的環保公司竟然把虧損責任算在“維護”頭上。

   原位安裝法面臨革新和完善技術的艱巨任務，另尋它法也該冷靜的想一想了。

4  原位處理法探討

4.1 原位處理法新概念

   超越原有技術的局限，就是技術進步。

   在線分析系統的推廣應用，降低制造成本是主流方向之一。直接抽取法依靠復雜的匹配和組合設計，以及自動化技術，既能滿足在線分析的要求，維護量也并不很大，是可以接受的，大幅度降度成本卻很困難，除非是“山寨版的”粗制濫造，難和原位安裝法比拼。原位安裝法（即現場安裝法）如一些直插式分析器，雖然成本降得很到位，但維護周期短，維護量大，維護困難，維護成本很高，還可能威脅到可靠性和檢測準確度，這種違背在線分析系統工程應用宗旨的現實表現就值得認真反思了。

   “中庸”之道是中國傳統文化的一大特點，在線分析的取樣技術可借助“中庸”的文化概念，并轉變為技術概念，順應工程應用的客觀需要，提出“原位處理法”（即原位抽取法）。它不同于直接抽取法，因為樣氣不向遠處控制室的分析儀器柜傳輸，并不在樣氣處理系統后級進行復雜的處理；它也不同于經典的原位安裝法，因為分析器的測量氣室不在易受嚴重污染威脅的煙囪內。

   原位處理法的分析器（包括測量氣室）安裝在工藝管道（如煙囪）外的現場，樣氣從煙囪抽取后并不送走，就在現場進行加熱的過濾除塵處理，借助加熱反吹技術以保障連續取樣不堵塞，把維護量真正降下來；樣氣不再進行其他處理，如冷凝除水等，樣氣直接送入加熱保溫的測量氣室“高溫”檢測，把制造成本也真正降了下來。也就是說既保留了兩者的優點，又克服了兩者的不足之處。

4.2 原位處理法已有先例

   英國仕富梅公司的790M、790T型氧化鋯氧分析器，可看作是原位處理法的先例。該氧分析器為整體式結構，氧化鋯傳感器所在的取樣探頭和分析器控制部分連接成整體，控制部分也耐高溫。分析器有個簡化的取樣探頭，插入煙囪的探頭管前端有個不太大的陶瓷過濾器，過濾精度是3μm，可看作是內過濾器取樣探頭。探頭的爐墻外部分內置氧化鋯傳感器，一個微型氣動采樣泵將樣氣抽出并先流經傳感器，混合廢氣再返回煙道。壓縮空氣對內過濾器實施反吹，以保障連續取樣不堵塞。

   仕富梅公司該型氧分析器的“原位處理法”技術特征很鮮明，結構設計也小巧周到，應該是成功的設計。但是過濾器的過濾精度較低（3μm），比分析器要求樣氣含粉塵＜0.3μm

 ＜100mg/m有較大差距。另外反吹氣路管道直徑小，阻力較大，反吹掃過濾器的實際效果也會打折扣。如果把使用和維護周期放長些觀察分析，樣氣的含塵量和氧化鋯傳感器的免除污染和少維護，還是令人有些擔心的。

   另外，如果過濾器所處樣氣環境低于100℃的低溫狀態，可能難以保障過濾器不堵塞。

4.3 原位處理法取樣探頭

   重慶凌卡分析儀器有限公司新研發的LKP106型整體式取樣探頭，就是這種典型的原位處理法取樣探頭，專為CEMS系統的紫外差分光譜SO2、NOX 檢測儀配套。

   106型取樣探頭安裝在煙囪高位的SO2、NOX 檢測儀的上方，法蘭式安裝，直通式探頭管插入煙囪內30cm，前開口端有護管以提高粉塵等污染物的物理分離效果，位于爐墻外的加熱過濾器過濾粉塵，程控脈沖反吹掃保障過濾器連續取樣不堵塞，壓縮空氣儲氣罐和耐高溫電磁閥組也在探頭保護箱內，所以稱為整體式取樣探頭。從探頭出來的干凈樣氣直接送入加熱保溫的測量氣室進行“高溫”檢測，小型氣動采樣泵位于測量氣室之后，混合后的廢氣排向安全位置。

   本探頭的設計目標是維護周期爭取達到一年。如此信心來源于凌卡公司今年新研發的*專有基礎核心技術：具有納米疏水特性的SiC超微孔過濾器，過濾精度（*一級）達到0.3μm 、99%；φ42xφ18x130mm規格的氣流阻力，出人意料地小致120 Pa（樣氣流量1 L/min）；*的疏水特性，令人驚異：過濾器在水中浸泡24h后，立即通氣試驗，不但使用正常，氣流阻力還沒有任何變化。由于疏水、疏油的“油水雙疏”納米特性，能抗污染，加強了反吹掃防堵塞的效果，燒重油項目煤焦油污染的擔心將減輕許多。另外加熱反吹掃防堵塞技術是已經成功使用20多年的非常成熟的技術。取樣探頭的自限溫加熱器也提高了安全性和分析系統的可靠性。

   LKP-106型原位處理法整體取樣探頭已進入工程應用考核。

5  結束語

     原位處理法是2009年新提出來的技術概念，“看上去很美”，到底工程應用的實際效果如何，只能由工程應用得出令人信服的結論。我們應該始終不渝地堅持“有效改進，持續創新”的技術理念，就不會在現實的嚴重困難面前無所作為。

參考文獻

1、   金義忠，在線分析儀器樣品處理系統技術的應用及發展，第二屆在線分析儀器應用及發展論壇 論文集，2007：210-216

2、   朱良漪，過程分析儀器的發展，首屆過程分析儀器應用及發展論壇 論文集，

1997：17-23

3、   朱良漪，21世紀的前沿技術“分析技術”與“自動化”的系統集成，第二屆在線分析儀器應用及發展論壇 論文集， 2007：4-6