NK-804冶金過程氣體分析系統(tǒng)

系統(tǒng)組成：

該系統(tǒng)由直管式取樣探頭、反吹控制系統(tǒng)、氣體分析單元、伴熱管線、預(yù)處理及采樣裝置、安裝機(jī)柜及控制系統(tǒng)等組成。直管式取樣探頭包括直管探頭、控制閥；預(yù)處理及采樣裝置包括過濾吸附裝置、過濾裝置、氣水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成。氣體分析儀表可以完成對(duì)煤氣中CO、O2的準(zhǔn)確測(cè)量，并同時(shí)計(jì)算熱值。安裝機(jī)柜及控制系統(tǒng)主要由三菱PLC控制裝置、電磁閥等控制裝置組成。

工作原理：

參照系統(tǒng)原理流程圖，煤氣管道上取樣，三通切換閥可實(shí)現(xiàn)采樣、標(biāo)校的氣路切換操作。打開管道上的取樣開關(guān)球閥，通過操作觸摸屏人機(jī)交換界面進(jìn)行取樣操作。分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式：自動(dòng)模式下設(shè)置好每路的取樣時(shí)間，系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行，循環(huán)監(jiān)測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣體含量。手動(dòng)模式下可對(duì)任監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)分析。樣氣通過取樣管進(jìn)入氣液分離器，除掉樣氣中所夾雜的液體，然后進(jìn)入電子冷凝器干燥裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)，干燥后的樣氣，在調(diào)節(jié)閥的控制下（流量在允許范圍以內(nèi)），進(jìn)入分析儀的分析室，經(jīng)過分析后再排放到專用排污放空管道。

系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：

1) 預(yù)處理采樣裝置技術(shù)指標(biāo)

1、自動(dòng)反吹取樣探頭及管路；

2、手動(dòng)維護(hù)控制閥門，方便取樣管道清洗；

3、適用于取樣氣體溫度≤800℃；

4、適用于氣體粉塵濃度<100g/m3;

5、低溫環(huán)境下采樣管道采用伴熱技術(shù)，防止水分、焦油冷凝而堵塞管路；

6、取樣探頭采用燒結(jié)過濾器過濾精度≤5µm

2) 分析單元技術(shù)指標(biāo)

1、測(cè)量組分： CO/O2/

2、測(cè)量方法： CO ---NDIR紅外傳感器技術(shù)；O2---長(zhǎng)壽命電化學(xué)傳感器

3、各測(cè)量點(diǎn)檢測(cè)范圍選型

4、測(cè)量精度：≤1%FS

5、響應(yīng)時(shí)間： ≤10秒（NDIR）

6、供電電源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz

7、輸出信號(hào)： 標(biāo)準(zhǔn)RS-485、DC 4-20mA電流輸出；

8、儀器重量： 約10kg

9、工作溫度： 0-50℃

10、相對(duì)濕度： 5-85%

11、大氣壓力： 85-105 KP

3) 分析機(jī)柜及控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1、整體機(jī)柜防護(hù)等級(jí)IP56；

2、柜體配置可視窗口，換氣通常；

3、控制系統(tǒng)：采用三菱PLC，自動(dòng)控制系統(tǒng)反吹運(yùn)行；

4、分析系統(tǒng)按照7D*24H連續(xù)運(yùn)行模式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線；

5、系統(tǒng)能夠輸出6路4-20mA電流信號(hào)，每種氣體成分對(duì)應(yīng)一路輸出，送往主控室DCS系統(tǒng)；

6、預(yù)處理單元：通過伴熱、過濾、吸附、分離、冷凝等工序清除煤氣中焦油、苯、萘、水汽和煙塵等物質(zhì)；

7、預(yù)處理單元每年根據(jù)實(shí)際使用工況，至少負(fù)責(zé)清洗1-2次

冶金過程氣體分析系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵

1） 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NDIR紅外氣體分析

對(duì)于CO，采用了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術(shù)，壽命長(zhǎng)，儀器維護(hù)量少。該技術(shù)2018年通過了的科技鑒定，達(dá)到水平，通過7年的發(fā)展，目前已經(jīng)生產(chǎn)的傳感器數(shù)量超過100000套，成熟可靠的技術(shù)，確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。公司依靠該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了每年翻倍的發(fā)展。目前公司是國(guó)內(nèi)能夠掌握核心傳感器開發(fā)技術(shù)的少數(shù)企業(yè)之一，了國(guó)內(nèi)NDIR紅外技術(shù)的發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)核心儀器的批量生產(chǎn)不僅降低了儀器的購(gòu)買費(fèi)用， 同時(shí)對(duì)于客戶今后的維護(hù)和保養(yǎng)也是一個(gè)良好的保障。進(jìn)口儀器一旦出現(xiàn)問題，很難在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)。

2）自動(dòng)計(jì)算熱值

本系統(tǒng)能夠測(cè)試混合煤氣中主要六種氣體成分的濃度：即CO、CO2、CH4、H2、CnHm、O2，同時(shí)可以自動(dòng)計(jì)算混合煤氣的熱值，這對(duì)于混合煤氣的有效利用有著十分重要意義。混合煤氣熱值的計(jì)算方法如下：Q=126[CO]+108[H2)+359[CH4] +652[CnHm] MJ/m3，[CO]、[H2]、[CH4] 、[CnHm]分別代表氣體中可燃?xì)獬煞值捏w積濃度。

3）準(zhǔn)確測(cè)量CH4和CnHm濃度

煤氣中含有CH4、C2H6、C3H8等氣體，常規(guī)CH4傳感器受CnHm（C2H6、C3H8等）影響較大，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用專用傳感器技術(shù)，能夠*解決CnHm對(duì)CH4的影響，并且能夠測(cè)量CnHm的濃度。

4）確保H2測(cè)量的準(zhǔn)確性

熱導(dǎo)傳感器主要用于測(cè)量二元?dú)怏w，如A、B混合氣中的A或B，并且以另外一種氣體作為背景氣。而如果用于測(cè)量多種混合氣體時(shí)，必然要考慮到其他氣體的影響因素。一般而言煤氣中含有CO、CO2、CH4、H2、O2、N2等多種氣體成分，而且其熱導(dǎo)系數(shù)各異，如下表所示：

從上表可以看出，煤氣主要成分中CO、O2 與背景氣N2的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對(duì)H2的測(cè)量結(jié)果影響不大，但是CO2 、CH4 對(duì)H2測(cè)量影響明顯。通過理論分析及實(shí)驗(yàn)表明，如果氣體成分中含有CO2，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏高。因此如果，為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對(duì)H2進(jìn)行CO2 、CH4的校正。本方案的五組份煤氣分析儀在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到上述因素，作了嚴(yán)格試驗(yàn)并將各種氣體的相互影響進(jìn)行了修正和補(bǔ)償，消除煤氣中其他成分對(duì)H2的影響，故能夠保證H2測(cè)量值的準(zhǔn)確性； 同時(shí)也證明了單一組分的H2分析儀不可能得到煤氣成分中準(zhǔn)確的H2含量。

5）流量變化對(duì)H2測(cè)量無(wú)影響。

由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對(duì)氣體流動(dòng)帶走的熱量進(jìn)行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數(shù)；我公司采用了的旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池，流量在0.3~1.0L/min的范圍內(nèi)變化對(duì)熱導(dǎo)的讀數(shù)沒有影響。

6）快速的氣體響應(yīng)時(shí)間

系統(tǒng)巧妙地設(shè)計(jì)了采樣氣體分流裝置，在大流量氣泵的抽取下，能夠保證現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)距離氣體管道條件下測(cè)量快速響應(yīng)但又不對(duì)分析儀器造成不利影響。

7） 多級(jí)完善的預(yù)處理裝置

混合煤氣中即使經(jīng)過電捕焦等凈化處理，仍然存在焦油等物質(zhì)，為避免焦油氣冷凝污染儀器，堵塞氣路，需要在氣體進(jìn)入機(jī)柜預(yù)處理的前端進(jìn)行降溫、清洗處理。預(yù)處理及采樣裝置包括兩級(jí)過濾吸附裝置、多級(jí)汽水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成

8）機(jī)柜以及控制系統(tǒng)

　　分析儀器安裝在機(jī)柜中，氣體采樣和預(yù)處理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并設(shè)置了多級(jí)粉塵過濾裝置；機(jī)柜防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65以上，確保系統(tǒng)在環(huán)境惡劣的條件下可靠運(yùn)行。機(jī)柜內(nèi)部采用恒溫處理，保證設(shè)備在北方低溫環(huán)境下正常工作。