1 樣氣處理系統(tǒng)在在線分析系統(tǒng)中的地位

樣品處理系統(tǒng)如果只限于在線氣體分析系統(tǒng)領(lǐng)域，就該稱為樣氣處理系統(tǒng)。
在在線分析工程技術(shù)行業(yè)內(nèi)，樣氣處理系統(tǒng)，過去卻一直叫取樣預(yù)處理系統(tǒng)、或預(yù)處理系統(tǒng)、樣氣預(yù)處理系統(tǒng)、取樣及預(yù)處理單元等。由于長期帶著“預(yù)”字，好像只是在線分析器微不足道的附庸部分，遠(yuǎn)未受到應(yīng)有的重視，這種毫無理性的“技術(shù)歧視”，嚴(yán)重阻礙了它的健康發(fā)展。

GB/T 19768—2005《在線分析器試樣處理系統(tǒng)性能表示》的國家標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)更早的JB/T 6854—1993的機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)，早就取消了預(yù)處理系統(tǒng)之前的“預(yù)”字，從中必然引申出最重要的核心技術(shù)概念和名詞術(shù)語：樣氣處理系統(tǒng)和樣氣處理部件。請(qǐng)注意，技術(shù)概念及其規(guī)范使用也是技術(shù)。

樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)，在在線分析工程應(yīng)用中自身有相對(duì)“獨(dú)立性”、嚴(yán)密性、體系性、以及比較嚴(yán)格的規(guī)范性。在線分析面對(duì)諸多十分艱巨復(fù)雜的技術(shù)難題，“樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)是在線分析系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵技術(shù)”。

2 在線分析器工程應(yīng)用對(duì)樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的依賴和苛刻要求

在線分析器工程應(yīng)用的癥結(jié)和*佳途徑

在線分析器的長期連續(xù)、適時(shí)的檢測(cè)分析，必然需要連續(xù)取樣和嚴(yán)格的樣氣處理技術(shù)，要求樣氣不失真和快速傳輸，樣氣進(jìn)入分析器時(shí)，要求達(dá)到近于標(biāo)準(zhǔn)氣的高品質(zhì)，例如粉塵含量 <0.3um<10ug/m3。在線分析系統(tǒng)長期連續(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，這種對(duì)工程應(yīng)用的完整性保障，*依賴于樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的專業(yè)化、針對(duì)性設(shè)計(jì)。專用型的在線分析系統(tǒng)必然有也必須有作為核心和關(guān)鍵技術(shù)的樣氣處理系統(tǒng)。

對(duì)于完善的在線氣體分析，起決定作用的是使樣氣處理系統(tǒng)與千差萬別的生產(chǎn)工藝條件和環(huán)境應(yīng)用條件匹配得當(dāng)、組合完善，能連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、近于免維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行。

3 樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的新定義

樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)，從技術(shù)邏輯分析，應(yīng)該由樣氣處理系統(tǒng)和樣氣處理技術(shù)組成，前者是硬件技術(shù)，后者是軟件技術(shù)。

樣氣處理系統(tǒng)的新定義：通過針對(duì)在線分析器工程應(yīng)用條件和樣氣條件的規(guī)范的專業(yè)化設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的樣氣處理部件與在線分析器之間的合理匹配、完善組合，而且能連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)備可靠、近于免維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行，能勝任一臺(tái)或多臺(tái)在線分析器工程應(yīng)用嚴(yán)格要求的完整體系性樣氣處理部件的總和。簡(jiǎn)言之，樣氣處理系統(tǒng)能將分析器與取樣點(diǎn)、排放點(diǎn)以及公共設(shè)施很妥善地連接起來。

樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的新定義：樣氣處理系統(tǒng)規(guī)范的專業(yè)化、針對(duì)性設(shè)計(jì)技術(shù)和專業(yè)性工程應(yīng)用及維護(hù)技術(shù)緊密結(jié)合的高度綜合性技術(shù)，它也應(yīng)理解成包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)。

在線分析工程技術(shù)的新定義：在線分析器和樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)集成為在線分析系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)在線分析工程應(yīng)用的全部硬件技術(shù)、軟件技術(shù)以及專業(yè)技術(shù)概念等緊密結(jié)合的高度綜合性技術(shù)。

4 復(fù)雜的樣氣條件和干法樣氣處理技術(shù)

4.1 復(fù)雜的樣氣條件是在線氣體分析面對(duì)的最大困難：

高溫(最高1400℃)或低溫、高粉塵(最高≤2000g/m3)、高水分(最高 12000ppm以上)或液霧、高壓(最高大于50MPa)或負(fù)壓、腐蝕性和爆炸性危險(xiǎn)等;

①較高的自動(dòng)化程度，少維護(hù)甚至近于免維護(hù)的應(yīng)用要求;

②防塵及防水、防腐蝕、防爆炸等方面極為苛刻的防護(hù)及安全要求;

③較快的反應(yīng)速度，系統(tǒng)總滯后時(shí)間一般要求<60s ;
④保證必要的檢測(cè)準(zhǔn)確度等。

5 樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的體系性特征

在線分析系統(tǒng)如果去掉在線分析器和某些應(yīng)用保障條件部分、公共工程部分，就是樣氣處理系統(tǒng)，體系性地簡(jiǎn)述樣氣處理系統(tǒng)如下：

5.1 采樣探頭
通常稱為取樣探頭，是樣氣處理系統(tǒng)重要和關(guān)鍵的樣氣處理部件，根據(jù)不同工業(yè)生產(chǎn)過程差別甚大的的取樣條件，就一定有不同的針對(duì)性*的采樣探頭，常用的是低于650℃ 的中溫通用型采樣探頭。采樣探頭還應(yīng)包括壓縮空氣加熱(180℃)反吹單元及其程控反吹技術(shù)。反吹單元的設(shè)計(jì)一定要符合流體力學(xué)的要求，這是保障反吹效果非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)技術(shù)。

采樣探頭能實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程工藝樣氣的連續(xù)采樣，是在不改變工藝氣體典型化學(xué)組分特征，即保持樣氣真實(shí)性的前提下完成樣氣從工藝氣流中的分離。

采樣探頭從實(shí)用出發(fā)來認(rèn)識(shí)，應(yīng)該稱為采樣探頭系統(tǒng)更為準(zhǔn)確。采樣時(shí)技術(shù)性地實(shí)現(xiàn)物理分離非常重要。

5.2 樣氣輸送管線
通常采用Φ6×1不銹鋼管，為避免發(fā)生冷凝，常采用伴熱保溫技術(shù)(≥120℃)，伴熱方式以自控溫電伴熱帶較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。如果采用大于Φ6×1的傳輸管道，會(huì)使系統(tǒng)在技術(shù)上很必要的反應(yīng)速度超過規(guī)范的要求，即達(dá)不到<60s的要求。認(rèn)為管道粗或壓力高就能反應(yīng)速度快，是個(gè)違背理論根據(jù)的很粗心低級(jí)錯(cuò)誤。

5.3 過濾器

過濾器就其用途來說，以下三類較有代表性：

一是探頭過濾器，在取樣點(diǎn)就地過濾粉塵，避免在其后產(chǎn)生粉塵沉淀和堵塞的危險(xiǎn)，目前的*水平是0.3um 99%。
二是后級(jí)高精度膜式過濾器，以保護(hù)分析器為主要目的，目前的*水平是0.05um 99%。

三是分析器內(nèi)部的微型過濾器，以在線分析器的自保護(hù)為目的，它并不屬于樣氣處理系統(tǒng)，一般做得比較小巧。

5.4 樣氣冷凝器
使樣氣冷凝至低露點(diǎn)(例如+2℃左右)，以干燥樣氣為目的。
壓縮機(jī)式樣氣冷凝器：能使樣氣由140℃冷至+2℃露點(diǎn)，效果好，但成本也較高;
半導(dǎo)體制冷樣氣冷凝器，入口樣氣溫度一般只能允許45℃;
渦流致冷樣氣冷凝器，能使樣氣溫度降低25℃以上，最大的優(yōu)勢(shì)是使用壓縮空氣，屬本安防爆類型;
使用水源的樣氣冷卻器(即熱交換器)也有不少應(yīng)用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的樣氣冷卻管可作為是有益的補(bǔ)充手段。

5.5 采樣泵

通常稱為抽氣泵，樣氣壓力為負(fù)壓或微正壓時(shí)，也能借助采樣泵的抽吸驅(qū)動(dòng)，為分析器提供規(guī)定的樣氣流量，隔膜式抽氣泵用得較多。另外，常用蠕動(dòng)泵來排放冷凝液，既不受抽氣泵抽及負(fù)壓的限制，也能在與樣氣主氣路隔離的狀態(tài)下連續(xù)排放冷凝液。

5.6 氣液分離器

氣液分離常是十分棘手的技術(shù)難題

旋風(fēng)自潔式分離器 對(duì)分離>5μm粉塵和液霧較為有效，可能相當(dāng)于70μm粒度以上粉塵的重力分離;

凝結(jié)式分離器適用于對(duì)付更小粒度的微小液霧，旋風(fēng)凝結(jié)分離過濾器在正壓型分析系統(tǒng)中大有用武之地。

特定項(xiàng)目專用型(如乙烯裂解)的氣液分離是技術(shù)含量很高的綜合技術(shù);

5.7 樣氣流量測(cè)量及控制
樣氣流量一般用球形轉(zhuǎn)子流量計(jì)，流量控制用針形閥調(diào)節(jié)，在線分析器要求的流量一般是30-60l/h。切換和關(guān)斷氣路要采用各種閥件。

5.8 樣氣壓力測(cè)量與調(diào)節(jié)

高壓樣氣的減壓、穩(wěn)壓與調(diào)節(jié)是項(xiàng)困難任務(wù)，各種閥的原理及規(guī)格的選擇也很有專業(yè)性。

高壓樣氣在取樣點(diǎn)根部閥處就地減壓很有必要，以避免降低反應(yīng)速度，有利于保障后級(jí)樣氣處理器部分的安全。

5.9 部件材料的正確選用
以O型密封圈選材為例：連續(xù)使用溫度的高低依次為，氟橡膠包覆聚四氟乙烯(260℃)、氟橡膠(180℃)、硅橡膠(200℃)、丁晴橡膠(100℃)。以上不但是長期使用溫度的順序，也是耐化學(xué)物質(zhì)影響以及抗老化，使用壽命長短的順序。

5.10 設(shè)備外殼及防護(hù)
一般采用的機(jī)柜稱為儀表盤，組裝后稱為分析(儀器)柜;
人可以進(jìn)入的機(jī)柜稱為分析小屋;
機(jī)柜對(duì)粉塵、水的防護(hù)等級(jí)以IPXX表示;
機(jī)柜對(duì)可燃性氣體和蒸汽的防爆等級(jí)。如 dⅡCT4 dⅡBT6等。

5.11 機(jī)柜的氣候調(diào)節(jié)

機(jī)柜的氣候調(diào)節(jié)可分為降溫、加熱、換氣等三個(gè)大的方面。

5.12 自控單元
樣氣處理系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、近于免維護(hù)的運(yùn)行，以及各種報(bào)警，都離不開PLC可編程序控制器為核心的自控單元。

5.13 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)即標(biāo)準(zhǔn)氣
是在線分析器的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已采用99.999%的高純氮作為零點(diǎn)氣。
和其他專業(yè)顯著不同，標(biāo)準(zhǔn)氣并不是想象的那樣“標(biāo)準(zhǔn)”，常量標(biāo)準(zhǔn)氣的準(zhǔn)確度<0.5%，而微量標(biāo)準(zhǔn)氣的準(zhǔn)確度只能達(dá)到2%。

5.14 快速回路設(shè)計(jì)

提高分析系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

5.15 尾氣和冷凝液的安全排放。

5.16 數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程傳輸。

5.17 工程現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工設(shè)計(jì)。

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