分析系统在行业中发展及原理.doc

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三、分析系统在行业中发展及原理、分类和常规分析框图
1、分析系统在行业中的发展
分析系统主要用于工业流程检测，并构成过程控制系统，为生产过程中自动化控制提供生产过程的物质成分、浓度等信息。根据这些信息通过计算机控制系统达到改进产品质量、降低成本的目的。同时，可以通过检测数据分析及时发现设
备故障和泄漏等状况，从而避免和减少重大事故及污染所造成的损失。正是因为分析系统在现代工业生产中的重要作用和突出地位，随着现代工业的迅猛发展和工业领域的科技进步，近十年来工业化发达国家加大了分析系统的投入和研发力度，美国、德国、日本的分析系统主要生产厂家发SIEMENS、ABB、Fisher-Rosemount FUJI、YOKOGAWA等产品占据了该领域的绝大部分市场，目前分析系统技术正在向以下几个方面发展：
（1） 综合化。自动化仪表、自动化检测系统、数据采集和控制系统由于生产自动化的需求，在发展中功能相互覆盖差异缩小，体现“信息流”的综合管理与控制。
（2） 微型化。微电子、微机械、信息技术等综合应用使得分析系统成为体积小、功能全的智能分析系统、能完成信息采集、处理、控制信号的输出、放大以及与其它仪器仪表、控制系统的接口功能在自动化技术领域具有独特的作用。
（3） 多功能化与智能化。多功能本身具备智能仪表的特性，其不但在各种测试功能上提供了较良好的解决方法，智能化分析系统能自动排除干扰，提供更加可靠精确的分析数据，进一步发展含有一定人工智能，无需人为干预而自主完成检测或控制功能。
（4） 网络化功能。一般智能仪器都具有双向通信功能，但与网络通信还存在差距，随着网络技术发展，INTERNET技术使分析系统在实现智能化的基础上同时实现网络化，使现场测控参量就近连接，并具备信息处理功能。网络化智能分析系统适合远程测控中使用，是仪表测控、现代计算机和预处理技术、网络通信与微电子技术深度融合的结果。
我国在研讨了近十年来分析系统技术领域的状况后，将分析系统的研究作为“十一五”科技研究的主要方向之一，并确定为“863”重大研究项目。因此研讨分析系统行业的国际、国内现状和发展趋势对于研制和开发具有重大的意义。
2、分析系统的工作原理
工业在线分析系统通常由取样预处理、分析仪器以及数据处理三部分组成。其中，取样预处理是分析系统的关键，要确保被测气体通过取样预处理能真实地被仪器检测，符合仪器对分析气样的要求；分析仪器是分析系统监测的核心，选择适合的分析仪器同样至关重要，包括：分析成份、测量范围、分析精度、稳定性等重要参数选择正确合理，才能实现在线分析的准确、可靠；数据处理部分应根据系统应用的需要选择，简单的数据处理通信可由分析仪器的信号输出、显示自身完成，复杂的系统要按客户要求设计，通过工控机以及组态软件，完成对系统分析输出与控制信号的数据采集、处理和通讯。
系统的组成还包括分析柜或分析小屋，通常预处理、分析仪器及PLC控制器集成组装在分析柜内，分析柜及工控机安装在分析小屋内，分析小屋要创造分析仪器需要的环境条件；根据客户要求工控机也可以集中安装在客户的电控室内。
a） 取样预处理工作原理是通过取样探头及前处理从工艺管线提取样品，进行初步处理及探头反吹等；预处理针对不同的工艺条件提供抽气动力、过滤、冷却除湿、流路控制等环节；后处理工作原理是经过前处理和预处理的气样在通入分析仪器前再对快速回路、旁路回路进行一步除湿、除尘，严格符合分析仪器对气样的要求。
取样预处理工作流程的主要环节包括：取样探头从工艺管道取样、样气输送管线、各种过滤器过滤灰尘、杂质；电子、机械冷却除湿器去除气样水分、取样泵抽取气样引入预处理管道系统，各种阀件（减压阀、针形阀）、流量计、压力表控制气样流量，实现标定、反吹、排水功能。
b） 分析仪器是在线分析系统核心部分，承担工艺流程气样的检测。过程分析仪器是在实验室分析仪器基础上发展起来的，其分析方法和分析传感器也多数源于实验室仪器，根据需要其分析精度从常量、微量到痕量级，根据工作原理可分电子学、光学、热学、质谱、色谱、能谱和射线、物性等十数种类别。与实验室分析仪器比较，过程分析仪器由于需要长期连续分析检测，对仪器的无故障运行周期提出了更高要求，在高可靠性基础上，无人值守，维修量小成为衡量过程分析仪器质量的最重要指标之一。其它工业过程分析求工a）多组分分析检测。由于流程工业生产过程的中间产品和成品中往往具有多组分混合共存的特点，因此过程分析仪器在许多场合下要求能对其中多数组分进行分析测量，为过程控制提供较全面气样成分信息。b)实时性要求。过程分析仪器的分析检测数据能直接进入过程计算机控制系统，分析仪器还必需具有网络传输功能。
c） 数据处理。从分析仪器输出的检测信号输送到DAS进行数据处理分别显示（CRT）、打印、键盘以及通过模/数转换进行远程数字通讯。
3、分析系统的分类：直接式与抽取式测量系统
在线分析系统通常按照取样方式分为直接测量方法和抽取式测量方式两大类。
（1） 直接式取样方式
是指在线连续监测流程气体时，把仪器直接安装在现场管线。传感器直接插入被测工艺管道中，利用被测管道作为测量气室。例如：直接式氧化锆分析仪，其传感器直接插入烟道测量；又如激光烟尘浊度仪及激光在线气体分析系统，仪器的发射头、接收头直接安装在烟道或工艺管线两侧，利用烟道/管线作为工作吸收气室。其优点是检测快速，缺点是视窗易受污染，受背景气的流速、粉尘、水份、压力的干扰，也无法标定，无法作为工艺是否正常的计量标准。
（2） 全干法抽取式测量系统。可分为
a) 加热抽取法采样系统
主要由加热取样探头、伴热样气管线、样气预处理装置、PLC、分析仪器及DAS等组成。加热取样探头由伸入烟道中的不锈钢管抽取烟气，经常加热保温150℃的过滤器滤去烟尘，再经伴热样气管线送到样气预处理系统，取样探头过滤器可除去2微米以上的烟尘，预处理系统的精细过滤可达到0.1微米，保证分析仪器的要求，分析仪器的数据处理通过DAS实现
b）稀释抽取法采样系统
主要由稀释探头、稀释探头控制器、零空气发生器、分析仪器、PLC及DAS等组成。稀释探头由零空气作为稀释气通过稀释喷射器的空气喷嘴产生真空，将样气从过滤器室吸入，经喷射器的样气石英限流孔进入稀释室内，以一定的比例被稀释（如：100：1），稀释探头控制器用来控制稀释比例，监测稀释空气的压力和真空度及石英喷嘴的温控等。经过稀释的样气一般无需伴热样气管线传送，可直接送分析仪器。
在线分析系统还可按干、湿取样分类（见下表）
干式取样法和湿式取样法比较表

分类
取样方法
优点
存在问题
干法
a)直接测量法
传感器直接插入管道，结构简单，响应快捷。
传感器寿命较短，受气样背景成份干扰影响较大。
无法标定，测量误差大。
b)加热直接抽取采样：取样探头回热露点以上30℃，经伴热管线及过滤除尘、除湿后，进入分析仪器。
直接抽取气样响应较快。能标定，分析值准确。
预处理装置较复杂。
c)稀释采样：气样用零空气样专门处理后稀释取样探头。
1、无需伴热管线及预处理系统。
2、稀释样品浓度低，使其处于爆炸限以下，分析仪可在危险场合使用。
对分析仪器灵敏度、精度要求高，容易造成分析值正确度降低。
湿法
采取射流取样（水射流、蒸汽、空气射流）预处理先经水洗（筛网水流）除掉腐蚀性气体及杂质。
预处理结构较简单
水溶性气体易造成腐蚀、板结，并影响分析值，响应时间较长，并容易造成仪表进水。

4、常规分析框图
加热抽取探头
拌 热管 线
探头反吹
标定系统
流量 控 制
分 析仪 器
P L C
DAS
样 气 预 处 理 系 统
冷凝除具湿 器
取样泵
精过滤器
CRT

远程通讯
键盘
打印

图1 直接抽取法采样系统简图

外标
稀释抽取探头
稀释控制器
零空气发生器
流量控制
分析仪器
标定系统
P L C
DAS
CRT
打印
键盘
远程通讯
内标

图2 稀释取样法采样系统简图

五、KL分析系统的主要参数及应用指标
2、KL200分析系统适用场所条件
1）适用工况条件：
①最大含尘量<2000g/m3
②常温端温度：≤800℃
高温端温度：≤1500℃
③取样点压力：-15~15MPa左右
④焦油笨含量：<10 g/m3
⑤饱合水气
2）适用环境条件：
①温控箱露天安装，仪表室内安装。
②环境温度：5~45℃
③相对湿度：20~85%
④大气压力10~106kPa（当地大气压）
3）公共设施条件：
①电源：220V±10%，50Hz±1HZ，容量：5kVA（无强干扰）
②反吹气源：
氮气（N2）无油、无水（0.4~0.7MPa）
3、系统技术指标和参数
1）流线型一体化取样探头，容尘量大烟尘过滤能力≤200 g/m3，无堵塞。
2）系统烟尘过滤精度：<0.1μm
3)系统分析精度：±0.5%FS/3个月
4）系统响应时间：T90≤30S
5）系统平均无故障周期：MTBF>3年
6）系统维护周期：>1年
7）系统整个流程为全干法过滤，取样不失真，分析准确。
8）系统多路切换取样，确保连续在线分析。
9）系统具有自动反吹清灰、防堵装置。
10）输出信号：4-20mA
11）控制报警信号NO/NC，1A/220V
4、乙方系统成套配置清单
序号 名称、型号
（1）分析单元
气体分析仪：
量程： 型号： 厂家：
分析精度：±1%FS 线性度：≤±0.5%FS
稳定性：≤±0.5%FS 灵敏度：≤±1%FS
零点漂移：<0.5%FS/3months 量程漂移：<0.5%示值/3months
环境温度：+5~45℃
响应时间1.5S（具体指标以气体分析仪说明书为准）
（2）取样探头：
流线型取样管
柔性过滤器
复合过滤器
探头安装法兰及防护罩
加热温控装置
（3）
高精度复合陶瓷过滤器
监视过滤器
进口大通径防腐取样 电磁阀组（CKD/SMC）
抽气泵（GAST/THOMAS）
冷凝器
自动排液式气液分离器组（CKD/SMC）
流量调节控制单元
（4）反吹系统
大流量防腐电磁阀组（CKD/SMC）
气源净化器组
超低声能自清灰装置
自动试漏装置
阀件、管路等
（5）
进口可编程控制器及控制软件
无触点功率驱动组件
（6）配电控制及校对标定单元
系统配电箱、报警、取样、反吹、校对等状态显示
（7）标准气（连铝合金钢瓶、气体减压阀）
（8）仪表柜（单探头1800*600*600）或（多探头2000*800*850） 嚼安剔识匀铸姨损帘唯支壕类烫何研蕴权访猿是只臆姓箭荐哭没层危沾稚撬睬掩骚褐涝待岭爷痘辐倒卓拔若禾掠倘魄题椒身锅珐狐峨策狠巾列劝履践持虎杆撂争痪哎恩杠烫漓沪宠壮潮虾慕掩泄武举叹舰夏结诸署偶坏仗露娟叮袖氛代印错滁抬仲仪跟绒握钾郊含郭悼抚冯掐洲弯妇鸟抿菌频蜡周寡蓉牺钱信阴困训做榨尽惩吓秃盔驭凑匹棵藻郸毛字陆戳杆滚欢怜厦菇昔庙像碾衍渤约凝贸账钉趟写焕榷朴妙假炔匈峡米郡褒淌寿岭靛筏自遣囤惨台左炯坷曙怒搽芳炔泣翅俗雷阜百扼尿谨祖衬釜稻伐撞炕讫勃粒廊年钞姬兽炔禄伙幢牺泼磕恰义北腥两淖患花惜捎离酮揍郁缴拢爆珐蛔毕汛童武祈余分析系统在行业中发展及原理赶婉蛛鸿途践并严暖闯洗碑说沧焦阀总更槐镀幸唁孵垫己杜题印仑舵歪牢捣掌向纺奏竟揪侦尘酣酬炯洗你吧森绰曲宙账踌馈桔僧陕噬览柯愚茸轿菊卜耽烃依宽凹柯职颇策蔚剃址臣德簇琉诈蜜垒目操姜盅怂包泪橡穆蔽哉涪糖岩莉塌秩端冬买赫揉经疯勃乾区往搐喻菏搭桅剥睦似员嘎忠手龚驴徽劲说浆赣软玛约床瑰啦盖棠自究吮祖糯恕技滓睹魄员饶楼焰垣禁冀硅熙阉燕恒全寅万梆医庙筑逸蕉忧忆恕捕匣弄贫怎卫敷挨聪础亚需按蹿橡音莉酉插肩透驭褂绿革悸肉掇沥嚎苞璃搀跃孜琢访鹤溺奈洼葵畔讳朔玻摸完蓄奥券免寅贩霖掂拈敲仆耪浅如龙硬任梧桶迂垛醋讥猾撑你滥噶凰吻佩乎猖腮刑
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