以在线分析系统形式将在线分析仪器应用于工业生产过程和节能、环保领域中去,实现气体物质成分量长期连续、稳定、可靠、少维护的检测分析,无论国内或国外,已经成为在线分析工程技术应用及发展的绝对主流,样品处理技术系统是其中极为关键的核心环节。
本文对样气处理系统的体系性、样气处理系统技术规范的专业化、针对性设计,工业炉窑、化工领域在线分析系统的工程应用技术进行了重点论述,肯定了当前样气处理系统技术研发的最新努力及最新进展,进而指出在线分析工程技术的应用及发展正进入新的发展时期。基于大趋势理念,样气处理系统技术的应用及发展急切需要重新定位和重新选择方向。
1 样气处理系统在在线分析系统中的地位
试样处理系统如果只限于在线气体分析系统领域,就该称为气体试样处理系统即样气处理系统sample gas handling system。液体试样处理系统技术及应用发展也很快、很重要,但不在本文讨论之列。
在在线分析工程技术行业内,本文所述的样气处理系统,过去却一直叫取样预处理系统、或预处理系统、样气预处理系统、取样及预处理装置等。由于长期带着“预”字,好像只是在线分析器微不足道的附庸部分,远未受到应有的重视,这种毫无理性的“技术歧视”,会严重阻碍它的健康发展。
JB/T 6854—1993的行业标准,早就取消了预处理之前的“预”字,从中必然引申出最重要的心技术概念和名词术语:样气处理系统和样气处理部件。请注意,技术概念及其规范使用也是技术。令人遗憾的是,长期以来并未得到专业人士的起码关注和认可,照样说“取样预处理装置”,将样气处理部件叫做“功能部件”。
本文着力阐述的样气处理系统技术,在在线分析工程应用中有相对的“独立性”、严密性、体系性、以及比较严格的规范性,怎么肯定都不为过。PLC可编程序控制器的自控功能及其软件就是证明。德国H&B公司的60S型干法高温取样探头系统最高售价135万元,是另一个颇具说服力的证明。
为了推进在线分析工程技术的发展,我们应该坚持一种全新的“颠覆性”技术观念:在线分析面对诸多艰巨复杂的技术难题,“样气处理系统技术是在线分析系统的核心和关键技术”,我们期待样气处理系统技术从此走上全面提升和健康发展的轨道。
2 在线分析器工程应用对样气处理系统技术的依赖和苛刻要求
2.1 在线分析器工程应用的起步
1985年以前,国内各分析仪器专业厂的在线分析器,几乎全是以单机销售的形式投放市场,而当时德国H&B公司的在线分析器却大约有三分之二是以在线分析系统(包括分析小屋)的形式投放市场,那时我国的样气处理系统有个“预”字理所当然。
川分以红外等三项技术引进为契机,同时从H&B公司延申引进了在线分析系统的工程应用技术,使川分无意中充当了一次在线分析器工程应用先驱的角色。
2.2 在线分析器工程应用的症结和最佳途径
在线分析器长期连续稳定的检测分析,必然需要连续取样和严格的样气处理技术,要求样气不失真和快速传输,样气进入分析器时,能达到接近标准气般的高品质,例如粉尘含量<0.3um <10ug/m3,可惜这一不可让步的控制标准,国内外的一些知名专业厂都未能达到。在线分析系统长期连续运行的可靠性和安全性,以及近于免维护的易维护性,这种对工程应用的完整性保障,完全依赖于样气处理系统技术规范的专业化、针对性设计。
根据每项在线分析系统的现场应用条件和取样条件,最好采用规范的专业化,针对性设计的专用型在线分析系统,由具有长期工程实践经验的专业制造商生产出高品质的在线分析系统,并承担全过程技术服务。这种专用型的在线分析系统必然有也必须有作为核心和关键技术的样气处理系统。
对于完善的在线气体分析,起决定作用的是使样气处理系统与千差万别的生产工艺条件和环境应用条件匹配得当、组合完善,能连续稳定、准确可靠、近于免维护地协调运行。在线分析器对样气处理系统的这种绝对依赖,反应整个系统和工艺过程的绝对相关性,在线分析器正在被在线分析系统突破和超越,在线分析器以在线分析系统形式开展工程应用成为在线分析工程技术发展的必然趋势,、已经是国内外不可逆转的技术发展潮流。
3 样气处理系统技术的最新定义
样气处理系统技术,从技术逻辑分析,应该由样气处理系统和样气处理技术组成,前者是硬件技术,后者是软件技术。
样气处理系统技术:sample gas handling engineering
样气处理系统:sample gas handling system
样气处理部件:sample gas handling component
样气处理:sample gas handling
在线分析工程技术:on-line analysis engineering
样气处理系统的最新定义:通过针对在线分析器工程应用条件和样气条件的规范的专业化设计,所实现的样气处理部件与在线分析器之间的合理匹配、完善组合,而且能连续稳定、准备可靠、近于免维护地协调运行,能胜任一台或多台在线分析器工程应用严格要求的完整体系性样气处理部件的总和。简言之,样气处理系统能将分析器与取样点、排放点以及公共设施很妥善地连接起来。
样气处理系统技术的最新定义:样气处理系统规范的专业化、针对性设计技术和专业性工程应用及维护技术紧密结合的高度综合性技术,它也应理解成包括硬件技术和软件技术。
在线分析工程技术的新定义:在线分析器和样气处理系统技术集成为在线分析系统,并成功实现在线分析工程应用的全部硬件技术、软件技术以及专业技术概念等系统集成的高度综合性技术。
4 复杂的样气条件和干法样气处理技术
4.1 复杂的样气条件是在线气体分析面对的最大困难:
高温(最高1400℃)或低温、高粉尘(最高≤2000g/m3)、高水分(特殊样气如甲醇气化炉水洗塔出口的样气含水蒸汽高达60%)或液雾、高压(最高大于50MPa)或负压、腐蚀性和爆炸性危险等;
较高的自动化程度,少维护甚至近于免维护的应用要求;
防尘及防水、防腐蚀、防爆炸等方面极为苛刻的防护及安全要求;
较快的反应速度,系统总滞后时间一般要求<60s ;
保证必要的检测准确度等。
以上应用要求的高难度被朱良漪高度概括为“取样系统、可靠性、少维护、软件技术”。
4.2 干法样气处理技术的必要性
干法样气处理技术有利于保持样气的真实性,即样气不失真,进而保证必要的检测准确度。
干法样气处理技术能使样气干燥、洁净,即经过高效率的“除尘”和“除水”(即除湿),达到近于标准气般的高品质,同时使可能发生的腐蚀性也大为降低。所有这些都有利于保证在线分析器长期连续稳定、准确可靠、少维护地协调运行,并延长其使用寿命,曾有某石化企业使用超过20年的红外分析器,也见过连续使用15年以上的样气处理系统。工程实践表明:在线分析系统在工程应用中达到15年的寿命周期不但非常必要而且也有可能。
干法样气处理技术已成为绝对的主流技术。当然湿法样气处理技术也未必被完全淘汰,如焦炉煤气O2分析系统,以湿法对付焦油可能更为有效。
5 样气处理系统技术的体系性特征
在线分析系统如果去掉在线分析器和某些应用保障条件部分、公共工程部分,就是样气处理系统,体系性地简述样气处理系统如下:
5.1 采样探头
通常称为取样探头,是样气处理系统最重要和最关键的样气处理部件,根据不同工业生产过程差别甚大的的取样条件,就一定有不同的针对性很强的采样探头,最常用的是低于650℃ 的中温通用型采样探头。采样探头还应包括压缩空气加热(180℃)反吹单元及其程控反吹技术。反吹单元的设计一定要符合流体力学的要求,这是保障反吹效果非常关键的设计技术。
采样探头能实现对工业生产过程工艺样气的连续采样,是在不改变工艺气体典型化学组分特征,即保持样气真实性的前提下完成样气从工艺气流中的分离。
采样探头从实用出发来认识,应该称为采样探头系统更为准确。采样时注意实现物理分离,以减少进入取样口的粉尘和水分。
5.2 样气输送管线
通常采用Φ6×1不锈钢管,为避免发生冷凝,常采用伴热保温技术(≥120℃),伴热方式以自控温电伴热带较为经济实用。如果采用>Φ6×1的传输管道,可能会使系统的反应速度超过规范要求,即做不到<60s。认为管道粗或压力高就能使反应速度加快,是违背理论根据的很粗心的低级错误。
5.3 过滤器
过滤器就其用途来说,以下三类较有代表性:一是探头过滤器,在取样点处就地过滤粉尘,避免在其后产生粉尘沉淀和堵塞气路的危险,目前的先进水平是0.3um 99%。二是后级高精度膜式过滤器,以保护分析器为主要目的,目前的先进水平是0.05um 99%。三是分析器内部的微型过滤器,以在线分析器的自保护为目的,它并不属于样气处理系统,一般<




