在线分析仪器系列

在线分析仪器（一）概述
在线分析仪器（二）术语和技术指标
在线分析仪器（三）单位与度量
在线分析仪器（四）在线气体分析成套系统简述
在线分析仪器（五）水质在线分析成套系统简述
在线分析仪器（六）防护等级与隔爆等级
在线分析仪器（七）在线分析仪器的简述

前言

简单介绍以在线气体分析仪为核心的在线分析成套系统，在成套系统中由取样单元、预处理单元、分析仪器、传输管线、管线切换装置（还有电气部分，如PLC控制单元、执行控制机构、接口单元等）组成。

文章目录

前言
1.气体成套系统概述
- 1.1取样装置
- - 1.1.1取样点
  - 1.1.2 取样探头
  - - 1.1.2.1 直通式取样探头
    - 1.1.2.2 不停车带压插拔式取样探头
    - 1.1.2.3 过滤式取样探头
    - 1.1.2.4 稀释式取样探头
    - 1.1.2.5 一体化自动取样探头
- 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 防腐蚀和有害物
- 1.4 排放单元
2.气体系统通常分析流程
5分析小屋

1.气体成套系统概述

对于不直接安装在工艺管道中分析仪（即不是原位安装）的气体分析仪都需要配备成套系统（除预处理一体化分析仪）。作用是，使分析仪器在短时间（短滞后时间）内得到有代表性的工艺样品，并且样品的温度、压力、流量和洁净程度等条件达到分析仪的工作条件。

在线分析仪器怎样用得好，不仅仅取决于仪器本身，取决于整个成套系统的完善程度和可靠性。在实际应用和维护中，系统的稳定性甚至比分析仪更加重要，至少也要放在与分析仪器等同的位置上。成套系统与分析仪器相辅相成，不可分割。

系统的基本要求：
- 样品真实性。使分析仪器得到的样品与工艺中的样品组成和含量基本一致。
- 高实时性。使用快速回路降低滞后时间。
- 易维护性。易于操作与维护。
- 高可靠性。能长期可靠工作，少维护。
- 简单化。系统构成尽量简单，以减少故障点。

1.1取样装置

从用户工艺管道等样品源内，将待分析的样品取出的能克服复杂工艺条件的装置。气体分析仪器在流程中使用时，取样装置相对是比较复杂的。

1.1.1取样点

指工艺管线等样品源上，取样装置安装的位置。

取样点位置的选择参考：
- 位于能反应工艺流体性质和组成变化的灵敏点上。
- 位于过程控制合适位置上，尽量减少滞后。
- 位于可以通过压差构成快速循环回路的位置。
- 位于样品温度、压力、洁净度、湿度等条件接近分析仪要求的位置，减少系统环节和系统工作压力。
- 位于易于安装维护位置。
- 位于样品产生良好混合的位置之后，如经过多个弯头湍流后的平静位置、节流元件的后端（不要靠近节流元件）。
- 避免位于长而直的管道下方取样，样品在横截面会出现浓度梯度，不具有代表性。
- 避免位于可能存在污染位置，或避免积累气体、蒸汽、液态烃、水、灰尘等死体积处。

1.1.2 取样探头

不同的应用场合下，取样探头的特性大不相同，需要如耐高温、易维护、保温等。下面列举几种常见的取样探头类型。

1.1.2.1 直通式取样探头

又称敞开式取样探头，由插入工艺管道的内部的取样管（也称探管、探针）、连接法兰、根部截止阀组成。特点：探杆头部呈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

上图为一种固定式直通探头，多用于快速循环回路、含尘量较高的样品和较污染的液体样品，可以适量加大管道尺寸加快流体流速。

1.1.2.2 不停车带压插拔式取样探头

又称可拆探杆式取样探头，特点是在工艺不停车的情况下，可将探头的取样管取出进行清洗。

在直通式取样探头的基础上，增加一个密封接头和一个闸阀（或球阀）。应用于样品较脏，探头易堵塞的场合。主要用于含有少量颗粒物、黏着物、聚合物、结晶物的液体或者气体样品。

1.1.2.3 过滤式取样探头

指带有过滤器的探头，适用于含尘量较高（＞10mg/m3＞10mg/m^3＞10mg/m3）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。

- 高温式取样探头
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（Al2O3Al_2O_3Al2O3）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

（1）中间接头

用于相同Tube管之间的连接，如：

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

（2）异径接头

用于不同管径的Tube管连接，如

- 异径卡套接头

（3）终端接头

用于Tube管与分析仪或预处理部件（电磁阀、泵等）的连接，一头为卡套，一头为螺纹，如

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

（4）软管接头

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

（5）堵头

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

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预处理单元

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

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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1.气体成套系统概述

1.1取样装置

1.1.1取样点

1.1.2 取样探头

1.1.2.1 直通式取样探头

1.1.2.2 不停车带压插拔式取样探头

1.1.2.3 过滤式取样探头

1.1.2.4 稀释式取样探头

1.1.2.5 一体化自动取样探头

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 防腐蚀和有害物

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