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在线分析仪器(四)在线气体分析成套系统简述

  • 在线分析仪(1)概述
  • 在线分析仪器(2)术语和技术指标
  • 单位和测量在线分析仪器(3)
  • 在线分析仪(4)在线气体分析系统简介
  • 在线分析仪器(5)水质在线分析系统简介
  • 在线分析仪器(6)防护等级和隔爆等级
  • 在线分析仪器(7)在线分析仪器简介

前言

以在线气体分析仪为核心的在线分析系统简要介绍了取样单元、预处理单元、分析仪器、传输管道、管道切换装置(以及电气部件)PLC由控制单元、执行控制机构、接口单元等组成。


文章目录

  • 前言
  • 1.成套气体系统概述
    • 1.1取样装置
      • 1.1.1取样点
      • 1.1.2 取样探头
        • 1.1.2.1 直接取样探头
        • 1.1.2.2 带压插拔取样探头
        • 1.1.2.3 过滤取样探头
        • 1.1.2.4 稀释取样探头
        • 1.1.2.5 综合自动取样探头
    • 1.2 传输单元
      • 1.2.1管道和管材
        • 1.2.1.1气样
        • 1.2.1.2 Tube管和Pipe管
      • 1.2.2管件接头
      • 1.2.3 样品传输动力
      • 1.2.3.1 泵
    • 1.3预处理单元
      • 1.3.1 流量调节
        • 1.3.1.1 球阀
        • 1.3.1.2 针阀
        • 1.3.1.3 单向阀
        • 1.3.1.6 浮子流量计
        • 1.3.1.7 电动比例阀
        • 1.3.1.8 电子流量控制器
        • 1.3.1.9 电磁阀
      • 1.3.2 压力调节
        • 1.3.2.1 压力调节阀
        • 1.3.2.2 安全泄压阀
        • 1.3.2.3 压力表
      • 1.3.3 温度调节
      • 1.3.4 气体样品
        • 1.3.4.1 除尘
        • 1.3.4.2 除水除湿与气液分离
        • 1.3.4.3 防腐及有害物质
    • 1.4 排放单元
  • 2.气体系统通常分析过程
  • 5分析小屋


1.成套气体系统概述

对于不直接安装在工艺管道中的气体分析仪(即非原位安装),需要配备一套完整的系统(预处理集成分析仪除外)。其功能是使分析仪器在短时间(短滞后时间)内获得具有代表性的工艺样品,样品的温度、压力、流量和清洁度满足分析仪的工作条件。

如何使用在线分析仪器不仅取决于仪器本身,还取决于整个系统的完善性和可靠性。在实际应用和维护中,系统的稳定性甚至比分析仪更重要,至少与分析仪器相同。

  • 系统的基本要求:
    • 。使分析仪器获得的样品与工艺中的样品组成和含量基本一致。
    • 。使用快速电路来减少滞后时间。
    • 。操作维护方便。
    • 。长期可靠工作,维护少。
    • 。尽可能简单地构成系统,以减少故障点。

1.1取样装置

从用户工艺管道等样品源中,可以克服复杂工艺条件的条件的装置。在气体分析仪器的过程中,取样装置相对复杂。

1.1.1取样点

指取样装置安装在工艺管道等样品源上的位置。

  • 选择取样点位置参考:
    • 位于能反应工艺流体性质和组成变化的灵敏点上。
    • 在过程控制的适当位置,尽量减少滞后。
    • 位于可以通过压差形成快速循环回路的位置。
    • 接近分析仪要求的样品温度、压力、清洁度、湿度等位置,降低系统环节和系统工作压力。
    • 位于易于安装维护位置。
    • 样品产生良好混合位置后,如多个弯头湍流后的平静位置、节流元件的后端(不靠近节流元件)。
    • 避免在长而直的管道下取样,样品在横截面会出现浓度梯度,不具有代表性。
    • 避免气体、蒸汽、液态烃、水、灰尘等死体积的积聚。

1.1.2 取样探头

在不同的应用场合,取样探头具有耐高温、易维护、保温等特点。以下是几种常见的取样探头类型。

1.1.2.1 直接取样探头

又称开式取样探头,由插入工艺管道的取样管(也称探头、探头)、连接法兰和根部截止阀组成。特点:探头45°,开口背对流体方向,用于惯性分离流体颗粒物,但是较小颗粒物无法分离 在这里插入图片描述 上图为固定直接探头,主要用于快速循环回路、高粉尘含量和污染液体样品,可适当增加管道尺寸,加快流体流量。

1.1.2.2 带压插拔取样探头

又称可拆卸探杆式取样探头,其特点是在工艺不停车的情况下,可取出探头的取样管进行清洗。 在直接取样探头的基础上,增加密封接头和闸阀(或球阀)。适用于样品脏、探头容易堵塞的场合。主要用于含有少量颗粒物、粘合物、聚合物晶体的液体或气体样品。

1.1.2.3 过滤取样探头

  • 带过滤器的探头适用于含尘量高的探头( > 10 m g / m 3 >10mg/m^3 >10mg/m 3 )的气体样品。
  • 其滤芯材料以样品温度决定:烧结金属或陶瓷, T < 800 ℃ T<800℃ T<800℃;碳化硅, 800 ℃ < T < 1000 ℃ 800℃<T<1000℃ 800℃<T<1000℃;刚玉, T > 1000 ℃ T>1000℃ T>1000℃.
  • 按过滤器的安装位置分类,安装在探杆头部(深入工艺管道内)称为内置过滤探头;反之,安装在探杆尾部的称为外置过滤探头。
  • 内置过滤探头不便将过滤器取出清洗,所以普遍应用外置过滤探头,方便维护与更换。

1.1.2.4 稀释式取样探头

一种将烟气用空气稀释后取出的探头,用于稀释抽取法CEMS系统中烟气样品的取样。

指温度 T > 1000 ℃ T>1000℃ T>1000℃的气体样品的取样探头,通常除了采用耐高温的刚玉材料( A l 2 O 3 Al_2O_3 Al2​O3​)的探头结构,还带有冷却装置(如循环水冷),典型应用为水泥窑。

1.1.2.5 一体化自动取样探头

由于现代自动化观念的发展,部分工厂已经采用自动化取样探头,除了具备普通高温探头的结构,还具有自动插入取样、自动退出、旋转、清洗、测温、测压等功能,减少探头损坏和堵塞的几率,大大减少现场维护。主要应用于探头易损易堵的超高温场合。

1.2 传输单元

指样品通过取样装置后,传输样品到预处理以及从预处理达到仪表之间的管道和管件。仪表中也有传输单元。

1.2.1管道和管材

1.2.1.1气样

  • 硬管优先使用退火处理316不锈钢不锈钢无缝Tube管及管件,软管使用PTFE(聚四氟乙烯)管或PVDF(聚偏氟乙烯)管。优点:
    • 性质稳定,不会与其测量组分发生反应,具有优良的耐腐蚀性
    • 无缝管,内壁光滑,对样品的吸附性低,减少死体积。

1.2.1.2 Tube管和Pipe管

  • Pipe管公称直径15mm以上;Tube管公称直径15mm以下用。
  • Pipe管有法兰、螺纹、焊接三种连接方式(水质可以粘接和活接);Tube管一般用双卡套结构。
  • Pipe管用DN表示,对于公制管道DN表示内径,对于管件既不表示,内径也不表示外径,只表示可以和相同DN规格的管道配合;而Tube管用OD表示管径规格,只关注管子的外径。
  • Pipe管一般用于工程、工艺管道、液样预处理管道等;Tube管一般用于仪表内管路及系统管路。

1.2.2管件接头

  • 一般使用316不锈钢内壁镀银的接头

卡套直通中间接头
卡套穿板中间接头
卡套三通中间接头
卡套四通中间接头
卡套弯通中间接头

- 异径卡套接头

外(阳)螺纹转卡套接头
内(阴)螺纹转卡套接头
90°外(阳)螺纹转卡套接头
外(阳)螺纹转卡套三通接头

一端软管,一端螺纹或者卡套,为软管转硬管接头

宝塔接头
卡套软管快拧接头
PG快接头

用于流路试漏,或者密封流路。

卡套堵头(闷头)

1.2.3 样品传输动力

1.2.3.1 泵

  • 按照工作原理分为:叶轮式、容积式。
  • 按照工作位置:潜水泵、地上泵。
  • 微正压或负压气样:一般使用隔膜泵、喷射泵等抽吸泵。
  • 样品增压排放:常采用离心泵、活塞泵、隔膜泵、齿轮泵等进行泵送
  • 气液分离系统中(冷凝器等),可用蠕动泵代替气液分离阀起到阻气排液作用。

1.3预处理单元

1.3.1 流量调节

流量调节主要用阀件调节。

1.3.1.1 球阀

阀芯呈球阀,用于切断或者切换样品流路。其驱动方式可分为手动、气动、电动等。

卡套二通球阀
卡套三通球阀
卡套水平三通球阀

1.3.1.2 针阀

  • 阀芯呈圆锥形,可以微调样品流量。
不锈钢针阀(不锈钢手柄
不锈钢针阀(黑胶木手柄)
不锈钢针阀(蓝铁手柄)
四氟针阀(四氟手柄)

1.3.1.3 单向阀

  • 又称止逆阀、止回阀,只允许样品单向流动,而不能逆向流动。
不锈钢卡套单向阀
不锈钢内丝单向阀
#### 1.3.1.4 稳流阀 用于稳定样品的流量和压力
不锈钢卡套单向阀
#### 1.3.1.5 限流阀、限流孔板 限制样品流量不超过某个允许值。
不锈钢限流阀

1.3.1.6 浮子流量计

又称转子流量计,用于指示流体的流量。气体样品中一般使用带针阀的流量计,既可指示流量,也起调节作用。

宝塔接口浮子流量计

1.3.1.7 电动比例阀

一种通过阀门开度比例进行流量的控制。

电控流量比例阀

1.3.1.8 电子流量控制器

一种流量测量和流量控制为一体的流量计。

1.3.1.9 电磁阀

电磁阀(Electromagnetic valve)是用电磁控制的工业设备,是用来控制流体的自动化基础元件,属于执行器。

两位三通电磁阀(气阀)
铜阀体电磁阀(水阀)

1.3.2 压力调节

1.3.2.1 压力调节阀

也称减压阀,按介质分可分为液体减压阀和气体减压阀,气体减压阀又分为多类:普通减压阀、高压减压阀、背压减压阀、双极减压阀。

不锈钢膜片二级减压阀
普通减压阀

1.3.2.2 安全泄压阀

用以保护分析仪和一些耐压能力有限的预处理部件免受高压样品的危害。如:

普通减压阀

1.3.2.3 压力表

应选用各组分专用压力表,如氧气压力表、氢气压力表等。如果是强腐蚀介质,应用隔膜压力表。

1.3.3 温度调节

1.3.4 气体样品

1.3.4.1 除尘

1.3.4.2 除水除湿与气液分离

1.3.4.3 防腐蚀和有害物

1.4 排放单元

2.气体系统通常分析流程

预处理单元
原始样品
原始样品
初步调压、调温、除尘、除水、汽化等的样品
初步处理的样品
进一步调节温度、压力、流量,除去水、有害物质等的样品
适合分析仪的样品
标准气校准
适合分析仪的样品
标准气校准
适合分析仪的样品
标准气校准
尾气
尾气
尾气
尾气
样品切换单元1
预处理单元
样品切换单元2
……
样品切换单元n
样品源
取样单元
前级处理单元
传输单元
分析仪1
分析仪2
……
分析仪n
标准气
排空或处理等

5分析小屋

未完

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