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氣體分析儀中重要的預(yù)處理系統(tǒng)
在化工領(lǐng)域中,在線分析儀表的使用提升了生產(chǎn)的安全性,使生產(chǎn)效率明顯改善,生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升,分析儀可幫助實(shí)現(xiàn)及時(shí)反饋工藝控制,達(dá)到準(zhǔn)確,實(shí)時(shí)的目的,終使生產(chǎn)效率明顯改善。
因?yàn)?/span>分析儀表是比較精密的儀器，對(duì)樣品的溫度、,壓力、流量、含水量等有很高的要求，因此分析儀表測(cè)量是否準(zhǔn)確主要取決于預(yù)處理系統(tǒng)功能是否滿足要求。
一般情況下，對(duì)于在線分析儀表來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行過(guò)程中涉及到預(yù)處理主要包括前級(jí)、后極預(yù)處理兩個(gè)環(huán)節(jié)。其中,就前者來(lái)說(shuō)口即對(duì)樣品實(shí)施相應(yīng)的處理便于樣品進(jìn)行傳輸防止在樣品傳輸過(guò)程中發(fā)生滯后現(xiàn)象,終降低后級(jí)預(yù)處理單元的負(fù)擔(dān)。如降低樣品溫度從而降低樣品露點(diǎn),去除大量水分,適當(dāng)調(diào)整壓力等。對(duì)于后級(jí)預(yù)處理來(lái)說(shuō),即進(jìn)一步處理樣品,如深入調(diào)整壓力、溫度,有效控制流量,除去其中包含的有害物質(zhì)等諸多方面,不僅如此,還涉及到流路切換、限流、泄壓等諸多內(nèi)容。將上述兩個(gè)過(guò)程有機(jī)結(jié)合,確保其工作過(guò)程中的樣品可以滿足要求,方便進(jìn)行分析,從而實(shí)現(xiàn)良好的效果。分析儀表涉及到的樣品基本上是沒(méi)有混合其他對(duì)測(cè)量組分有干擾的組分、沒(méi)有腐蝕、清潔的樣品樣品彼此保持在合適的流量、壓力、溫度區(qū)間之中。
一、樣品處理系統(tǒng)
在線過(guò)程分析特點(diǎn)就是長(zhǎng)期連續(xù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),所以必然要求連續(xù)取樣和嚴(yán)格樣氣的處理技術(shù),要求樣氣真實(shí)快速的傳輸,樣氣進(jìn)入分析儀表時(shí),要求達(dá)到接近于標(biāo)準(zhǔn)氣的品質(zhì)。過(guò)程分析系統(tǒng)的長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的可靠性和安全性,以及近于免維護(hù)的易維護(hù)性,都*依賴(lài)樣氣處理系統(tǒng)的針對(duì)性設(shè)計(jì),因此樣品處理系統(tǒng)是過(guò)程分析系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。
樣品處理系統(tǒng)是過(guò)程分析系統(tǒng)的核心,其主要包含四個(gè)環(huán)節(jié):樣品的提取、樣品的傳輸樣品的處理、尾氣的排放等
1、取樣系統(tǒng)
取樣系統(tǒng)的功能:取樣系統(tǒng)是確保儀器正常工作*的部分。它的功能是從分析對(duì)象中取出具有代表性的樣品,經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理(如冷卻、過(guò)濾等)與控制(溫度、濕度、壓力、流量的控制等),然后把符合分析儀器要求的樣品送入儀器的發(fā)送器部分進(jìn)行分析。根據(jù)使用條件的不同取樣系統(tǒng)是千變?nèi)f化的。
取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素：
1)盡可能地縮短取樣點(diǎn)與分析儀器的距離。
2)在一定條件下,適當(dāng)減少取樣系統(tǒng)傳送樣品管道的內(nèi)徑及其他部件中的傳送空間的容積。
3)在條件許可時(shí),盡量降低取樣點(diǎn)的壓力。
2、樣品的傳輸
傳輸時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),要求采樣管線盡可能短。采樣管線盡可能少?gòu)濐^和轉(zhuǎn)角,減少樣品積累控制溫度,盡量保持樣品物理特性,氣態(tài)或液態(tài),有時(shí)需保溫處理、防止取樣管線泄漏,減少誤差,尤其是負(fù)壓取樣。
3、樣品預(yù)處理
預(yù)處理系統(tǒng)是對(duì)樣品進(jìn)一步處理如流量、溫度、壓力的調(diào)節(jié)進(jìn)步冷卻除濕除塵限流,流路切換和泄壓等。
1)流量調(diào)節(jié):包括快速回路和分析回路,常見(jiàn)功能器件和方法有球閥、旋塞閥、單向閥、針閥、穩(wěn)流閥、限流閥、浮子流量計(jì)等。
2)壓力調(diào)節(jié):包括降壓、抽吸和穩(wěn)壓,常見(jiàn)功能器件和方法有壓力調(diào)節(jié)閥、安全泄壓閥、壓力表、蒸汽或電加熱減壓閥取樣泵等。
3)溫度調(diào)節(jié):包括降溫和保溫,常見(jiàn)功能器件和方法有冷凝器、旋風(fēng)制冷器、冷卻水降溫等。
4)除塵:常見(jiàn)功能器件和方法有過(guò)濾除塵、旋風(fēng)分離除塵、靜電除塵、水洗除塵等。
5)出水除濕和氣液分離:常見(jiàn)功能器件和方法有冷卻降溫、慣性分離、過(guò)濾、Nafion 管干燥器、干燥劑吸收吸附等。
6)除右害物質(zhì)
4、樣品的排放
樣品的排放分為旁路排放和分析后樣品的排放,氣體樣品一般排入火炬工藝管道,無(wú)毒無(wú)害的可排入大氣;液體返回工藝流程或無(wú)污染就地排放。排放的基本要求:不應(yīng)對(duì)環(huán)境帶來(lái)危險(xiǎn)或造成污染。
5、樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本性能特性
1)滯后時(shí)間樣品處理系統(tǒng)的滯后時(shí)間是指樣品從取樣點(diǎn)傳遞到在線分析儀器入口端所經(jīng)過(guò)的時(shí)間又稱(chēng)樣品傳送滯后時(shí)間樣品傳送滯后時(shí)間+分析儀器的響應(yīng)時(shí)間=分析系統(tǒng)滯后時(shí)間,即指樣品從取樣點(diǎn)取出到得到分析結(jié)果的這段時(shí)間。
2)滲透率泄漏率:在規(guī)定工作壓力范圍內(nèi),單位時(shí)間滲入(如大氣或漏出樣品處理系統(tǒng)或其部件的流體量，表示樣品處理系統(tǒng)的密封性能。
3)綜合誤差樣品處理后的樣品流和取樣點(diǎn)被測(cè)組分濃度之差。其差異可能是有吸附、稀釋、滲透或樣品流中被測(cè)組分的相互作用而引起的。綜合誤差考察樣品經(jīng)過(guò)處理后是否失真及失真的程度。
4)安全指標(biāo)樣品處理系統(tǒng)由各部件按照系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)要求配置,包括系統(tǒng)的供電及控制系統(tǒng)安全指標(biāo)主要指對(duì)系統(tǒng)的絕緣及耐壓等強(qiáng)制性安全指標(biāo),也包括:系統(tǒng)的接地、防靜電、防雷擊及抗電磁干擾等安全特性。
二、在線分析儀表預(yù)處理系統(tǒng)重要作用
一些被分析的氣體樣品在工況條件下并不符合在線分析儀表的運(yùn)行要求而且還存在著高壓、高溫與腐蝕成分氣體。在線分析儀表預(yù)處理系統(tǒng)則會(huì)對(duì)這些氣體進(jìn)行去除與調(diào)整,以達(dá)到分析儀表所需要的條件。
1、去除腐蝕氣體
在以往的化學(xué)在線分析儀表樣品測(cè)試中,監(jiān)測(cè)的很多成分的樣品都包含有強(qiáng)腐蝕性的氣體,如二氧化硫、硫化氫、氯化氫等這些腐蝕性氣體一旦溶于樣品中的水,將會(huì)形成酸或堿,不但提高了濕度,而且可能會(huì)對(duì)在線分析儀表造成腐蝕損壞。在線分析表是精密器件,對(duì)于分析的氣體介質(zhì)要求較高,一旦出現(xiàn)腐蝕性氣體,將會(huì)對(duì)分析結(jié)果造成直接的影響,無(wú)法保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
在線分析儀表成套設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)可以為企業(yè)終端提供全部防腐系統(tǒng)。首先采用探頭內(nèi)外涂覆防腐層,有效避免了腐蝕氣體的侵蝕;其次,把過(guò)濾器、閥件、冷凝器等重要的與氣體直接接觸的部件設(shè)計(jì)制造成防腐型,提高使用壽命第三,分析儀器的防腐也提高了分析儀表適用性范圍對(duì)于包含有腐蝕性氣體的樣品,目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出了具有針對(duì)各種腐蝕性質(zhì)與腐蝕強(qiáng)度氣體的個(gè)性分析系統(tǒng),以滿足不同的用戶(hù)需求如果氣體樣品中包含有微量的腐蝕性組分,可以用水洗或化學(xué)方法進(jìn)行去除。針對(duì)腐蝕氣體有效的辦法就是保持溫度在135以上,采用管道保溫法,加上有效的脫水措施,就可以有效避免腐蝕氣體對(duì)分析儀表造成的損壞影響。
2、避免樣品組分間相互干擾
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,化工領(lǐng)域也是日新月異,生產(chǎn)出的產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜,與此同時(shí),其工藝同樣越來(lái)越繁瑣反應(yīng)過(guò)程中涉及到的氣體成分十分多,并且非常易于生產(chǎn)副產(chǎn)品基此在線分析儀表運(yùn)行過(guò)程中必須要面對(duì)許多類(lèi)型的氣體混雜條件,這樣會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面作用,導(dǎo)致或多或少的誤差。干擾組分能夠使得輸出信號(hào)產(chǎn)生一定的誤差,從而對(duì)所得到的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾,使功能不能得到充分發(fā)揮而其預(yù)處理系統(tǒng)成套技術(shù)去可以解決各種組分的負(fù)面作用,從而能夠獲得測(cè)量結(jié)果。
首先,應(yīng)當(dāng)按照樣品中存在著各種干擾組分的化學(xué)性質(zhì),選擇科學(xué)合理的辦法將它們除去。要是其中含有NH3,在這種情況下,則能夠通過(guò)水洗的技術(shù)來(lái)將其除掉;要是其中含有SO2,則可通過(guò)堿來(lái)把它除去。預(yù)處理系統(tǒng)還可把樣品中混雜的腐蝕性物質(zhì)加以轉(zhuǎn)變,例如,對(duì)SO2和S3兩者的轉(zhuǎn)變,通過(guò)轉(zhuǎn)換爐加溫方法來(lái)進(jìn)行,一直使溫度保持在900℃以上;再如,就NO和NO2來(lái)說(shuō),兩者的轉(zhuǎn)變能夠通過(guò)MC催化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法需要的設(shè)備運(yùn)行比較穩(wěn)定,具有相對(duì)偏高的效率,同時(shí),其可靠性十分高。不僅如此,伴隨科技的日益進(jìn)步,分析儀器領(lǐng)域同樣會(huì)設(shè)計(jì)出更好地儀器,其選擇性將日益提升,從而能夠有效解決多種組分的干擾,比如,紫、紅外分析儀器等,可避免背景組分影響引起的誤差。
3在線分析系統(tǒng)的安全性
在線分析系統(tǒng)的安全性主要包括系統(tǒng)電氣安全、系統(tǒng)氣路密封性、防爆安全及網(wǎng)絡(luò)信息安全等。系統(tǒng)電氣安全包括系統(tǒng)防止觸電、著火、防雷擊、防電磁干擾等電氣安全;系統(tǒng)氣路密封性是防止管路泄露造成毒害氣體危機(jī)人身安全;系統(tǒng)防爆安全是系統(tǒng)在爆炸環(huán)境下的防爆設(shè)計(jì)的級(jí)別和能力,包括在線分析儀器及分析小屋的防爆設(shè)計(jì)要求;系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息安全是系統(tǒng)輸出的信息在傳輸中的安全性,以及分析儀器及系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全性等。在線分析系統(tǒng)的安全性又可分為硬件和軟件的安全性,系統(tǒng)硬件安全性主要指系統(tǒng)各功能部件的安全性和系統(tǒng)對(duì)內(nèi)外部的安全性,軟件安全主要指防病毒及通信安全,特別是信息數(shù)據(jù)的傳輸安全。
從化學(xué)角度上來(lái)講在線分析儀表所測(cè)量的氣體大多數(shù)都具有明顯的化學(xué)危害譬如腐蝕性毒性等,如果不能妥善處理勢(shì)必會(huì)造成大氣污染、人身中毒、甚至是爆炸,危害人身安全所以往往一些在線分析儀表大多具有特殊的防護(hù)措施。譬如防爆型的在線分析儀表的基本部件所采用的大多數(shù)是具有明顯防爆性能,這樣會(huì)保證其不出現(xiàn)爆炸意外,而特殊預(yù)處理系統(tǒng)往往會(huì)被安裝在通過(guò)增壓防爆的環(huán)境中。
調(diào)節(jié)氣體樣品的壓力
在線分析儀表的預(yù)處理系統(tǒng)還能夠?qū)毫蜏囟冗M(jìn)行一定程度上的調(diào)節(jié)。因?yàn)閷?duì)在線分析儀表來(lái)講，其工作環(huán)境是需要具有一定特殊壓力和溫度的，而其預(yù)處理系統(tǒng)能夠通過(guò)增減壓力的方式來(lái)使外部環(huán)境的壓力達(dá)到在線分析儀表所需要的范圍內(nèi),以保證在線分析儀表能夠得以正常的工作,一般來(lái)說(shuō),高壓環(huán)境下通過(guò)一般的減壓方式就能夠使外部環(huán)境達(dá)到在線分析儀表所需的壓力范圍。
5、去除焦油
化工生產(chǎn)過(guò)程中,焦油的存在會(huì)對(duì)在線分析儀表造成不可估量的影響,所以往往都需要采取一定的措施來(lái)掉氣體樣品中滲入的焦油雖然電捕法能夠有效的去掉大部分焦油,但是有一些焦油頑固的摻入在氣體樣品中,影響在線分析儀表測(cè)量的數(shù)據(jù),所以在預(yù)處理系統(tǒng)中仍要對(duì)焦油進(jìn)行二次處理。預(yù)處理系統(tǒng)中處理焦油一般是采用降溫法或水洗法來(lái)處理?yè)饺氲慕褂汀?/span>
三、在線分析儀表預(yù)處理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（以氧含量分析儀為例）
賽弗美在線氣體分析SFM-CT-200型氧含量分析儀主要分為預(yù)處理單元和O2分析單元組成；具備了可保證樣氣經(jīng)過(guò)取樣、降溫、中和、除塵、除水后將干凈、干燥、恒定的樣氣送
至氣體分析儀表進(jìn)行檢測(cè)。簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)過(guò)程，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命，提高了系統(tǒng)可靠性。
系統(tǒng)工作流程
被測(cè)樣氣為微負(fù)壓，組份中含有乙酸乙酯；
乙酸乙酯：分子式 C4H8O2，本品易燃，具刺激性、致敏性；微溶于水，溶于醇；
經(jīng)上述特性分析：
①．樣氣首先經(jīng)過(guò)一級(jí)洗氣罐（內(nèi)置乙醇溶液）溶解中和乙酸乙酯；
②．二級(jí)經(jīng)過(guò)洗氣罐（內(nèi)置清水）溶解稀釋余下的乙酸乙酯；
③．三級(jí)經(jīng)過(guò)氣液分離過(guò)濾器（內(nèi)置 0.1um 玻纖濾芯）過(guò)濾粉塵顆粒及去除大分子的水份；
④．四級(jí)經(jīng)過(guò)氣源處理器（內(nèi)置變色硅膠及活性炭）進(jìn)行樣氣的干燥吸附；預(yù)處理后的樣氣送至轉(zhuǎn)子流量計(jì)恒定在 0.5～0.6L/min，送至儀表進(jìn)行濃度分析。保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的正常工作。
在線分析儀表對(duì)化工行業(yè)生產(chǎn)有著重要作用，而預(yù)處理系統(tǒng)則可以使分析儀表得到干凈的測(cè)量氣體，避免形成各種干擾與腐蝕。在化工領(lǐng)域，在線分析儀表作用重大，在具體的運(yùn)行過(guò)程中，其必須配備相應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)才能取得良好的效果。
