過程氣體分析儀表選型的原則和細節介紹

        過程氣體分析儀器儀表又稱在線分析儀器儀表，是用于工業生產流程中對物質的成分及性質進行自動分析與測量儀器儀表的總稱，重點為燃燒控制、廢氣安全回收、流程工藝控制、質量監測所需的自動化分析產品，所顯示的數據反映生產中的實時狀況。

▇ 過程氣體分析儀表選型的一般原則

（1）選用過程氣體分析儀表時，應詳盡了解被分析對象工藝過程介質特性、選用儀表的技術性能及其它限制條件。
（2）應對儀表的技術性能和經濟效果作充分評估，使之能在保證產品質量和生產安全、增加經濟效益、減輕環境污染等方面起到應有的作用。
（3）所選用分析儀表檢測器的技術要求應能滿足被分析介質的操作溫度、壓力和物料性質，特別是全部背景組份及含量的要求。
（4）儀表的選擇性、適用范圍、精確度、量程范圍、最小檢測量和穩定性等技術指標，須滿足工藝流程要求，并應性能可靠，操作、維修簡便。
（5）對用于腐蝕性介質或安裝在易燃、易爆、危險場所的分析儀表，應符合相關條件或在采取必要的措施后能符合使用要求。
（6）用于控制系統的分析儀表，其線性范圍和響應時間須滿足控制系統的要求。

▇ 取樣與預處理裝置

1、取樣要求

（1）由取樣點取出的試樣應有代表性，在通過取樣系統后不應引起組份和含量的變化。

        取樣口應設置在維護人員易接近之處，并應兼顧到試樣的溫度、壓力和滯后時間。

        取樣口不能選在流體呈層流的低流速區及節流件下游的渦流區和死角。

（2）氣體試樣應避免液體混入，液體試樣應避免夾帶氣體。若工藝管線管壁易附著臟物時，應將取樣探頭插入管線中心。當試樣中含有固體顆粒時，則必須在取樣處加裝過濾器，并備有反吹接口。

（3）根據取樣的工藝狀況，取樣系統應具備相應的減壓穩流、冷凝液排放、超壓放空、負壓抽吸、故障報警或耐高溫等功能。

（4）在取樣過程中如出現凝結物時，必須采取保溫伴熱措施，但應避免過熱引起試樣組成變化。

（5）取樣管路應盡量短，使滯后時間最小。樣品輸送系統的滯后時間一般不宜超過60s。取樣管管徑一般為φ6×1mm，但最大取樣管管徑不應大于φ14×2mm。

（6）取樣管材質一般采用不銹鋼，若試樣中含有對不銹鋼管腐蝕的組份時，可采用聚氯乙烯、聚四氟乙烯等其它合適的材質。對無腐蝕性的干試樣也可采用無縫鋼管。另外，試樣引導管線應采取防堵措施。

2、預處理裝置

（1）預處理裝置一般包括冷凝器、冷卻器、汽化器、過濾器或凈化器，以及為保證分析儀器選擇性而采取的化學或物理方法的處理裝置。其構成應根據具體試樣條件和分析儀表的技術要求確定。一般宜由分析儀器廠成套配置。

（2）試樣通過預處理裝置后應潔凈，有代表性，無有害組份，并符合分析儀表檢測器對試樣的技術要求。

（3）經過預處理裝置后的試樣，其待測組份的濃度或組份應不受影響。

3、樣品的排放要求

（1）被測介質有回收價值者，樣品應考慮回收。

（2）多種氣體試樣放空，若組份混合后無危險，且混合后背壓波動對分析儀表影響不大時，可先接至集氣管，然后排至適當高度空間。否則應單獨放空。

（3）有毒氣體和除水以外的液體試樣，在符合有關衛生標準要求時方可排放。

（4）預處理系統的部件或管路材質應不會與試樣起反應，不會污染試樣，不會吸附試樣中的組份。

▇ 混合氣體分析儀的選型

1、含氫氣體

         混合氣體中含氫量在0～100％之間，背景氣各組份的導熱系數十分接近，而其導熱系數與氫氣的導熱系數又相差較大，或背景氣組成較穩定時，宜選用熱導式氫分析儀。當待測組份含量低，而背景氣組份含量變化大時，則不宜選用。
（1）在非爆炸危險場所，含氫量在6％以下，其背景氣可為大氣、氮氣、氬氣、氧氣等，要求分析精確度不高于±0.1％，響應時間允許為60s時，應根據背景氣組成的不同，選用適合的熱導式氫分析儀。
（2）在非爆炸危險場所，當混合氣為以煤為原料的合成氨廠中的半水煤氣，含氫量在35％～75％之間，或混合氣為合成氨裝置中的新鮮氣或循環氣，其含氫量在50％～80％之間，要求分析精確度不高于2.5級，響應時間允許為60s時，應選用為小合成氨廠和大合成氨裝置特制的氫分析儀。
（3）在爆炸危險場所處，混合氣含氫量在40％～80％、80％～100％、90％～100％范圍內，應選用隔爆型氫分析儀，或采取相應的防爆措施。
（4）在制氬過程中，過量的氫含量在0～3％、0～2％范圍內，在電解氧中氫的含量濃度在0～2％要求測量精度不高于5級，可選用相應的熱導式氫分析儀。

2、含氧氣體

       氣體中含氧量分析應根據不同背景氣組份及含氧量多少，選用不同類型的氧量分析儀。微量氧分析應采用電化學式或熱化學式氧量分析儀，常量氧分析應采用磁導式（磁風和磁力機械式及磁壓力式）或氧化鋯氧量分析儀。
（1）在電解制氫的生產流程中，當電解槽出口的氫氣中含氧量在0～1％之間，響應時間允許為90s時，應選用熱化學式氧分析器（含氧量在0～0.5％之間時，儀表精確度為5級；含氧量在0～1％時，其精確度為10級）。若用于有爆炸危險場所時，應要求廠方配備隔爆型儀器。
（2）在非爆炸危險場所，含氧量在21％以下，背景氣中不含腐蝕性氣體和粉塵及一氧化氮、二氧化氮等正磁化率的組份，且背景氣的熱導率、熱容、粘度等在工況條件下變化不大，要求響應時間允許為30s，分析精確度在2.5級到10級之間時，應選用磁導式（磁風原理）氧分析器。儀表的測量范圍及精確度見下表。

（3）在非爆炸危險場所，含氧量在0～1％、0～2.5％、0～5％、0～10％、0～25％及0～100％范圍內，背景氣中不含腐蝕性氣體、粉塵及一氧化氮和二氧化氮等正磁化率的組份，且允許背景氣的熱導率、熱容、粘度等有所變化，要求基本誤差不高于2級，響應時間允許為7s時，應選用磁力機械式氧分析器。
該類儀表的氣樣壓力可為正壓，也可為負壓。
（4）在非爆炸危險場所，含氧量在0～100％之間，要求多種量程測量或起始量程不為零，最小量程跨度為0～1％，要求測量精度為1級，響應時間小于2s時，可選用磁力式氧氣分析儀。
（5）在非爆炸危險場所，對于含氧量在0～5％或0～10％范圍內的工業鍋爐煙道氣或其他燃燒系統煙道氣，要求分析精確度不高于2級，響應時間要求短時，可選用氧化鋯氧量分析儀；要求分析精度達1級，響應時間小于2s時，可選用磁壓力式氧分析儀。
（6）測量高純度氣體如氫氣、氮氣、氬氣等氣體中的微量氧或其他非酸性氣體中的微量氧含量，測量范圍在0～10～50ppM、0～20～100ppM、0～50～200ppM，要求測量精度不大于滿刻度的±10％，應選用電化學式微量氧分析儀。

3、含一氧化碳或二氧化碳氣體

       氣體中一氧化碳、二氧化碳的微量分析，一般選用電導式或紅外線吸收式分析儀。常量分析一般用紅外線吸收式分析儀。若氣樣中含有較多粉塵和水份時，必須去除，或用熱導式分析儀。
（1）混合氣體中或合成氨生產中微量一氧化碳和二氧化碳，背景氣為干凈的氫、氮氣或高純度氮、氧、氬氣等，且不含有硫化氫、不飽和烴、氨及較多水份，被測氣體溫度在5～40℃之間，壓力大于0.5MPa，一般應選用紅外線吸收式微量氣體分析儀；要求測量精度不高時，可選用電導式分析儀。見下表。

儀表的響應時間取決于氣樣通過預處理裝置的時間。
（2）混合氣中一氧化碳或二氧化碳含量在0～50％范圍內（可擴充到0～100％）。背景氣須干燥清潔、無粉塵、無腐蝕性，在要求分析精確度不高于5級時，宜選用紅外線氣體分析儀。其響應時間取決于氣樣通過預處理裝置的時間。
（3）在非爆炸危險場所，二氧化碳含量在0～20％范圍內的鍋爐煙道氣或二氧化碳含量為0～40％的窯爐尾氣，背景氣中允許含有少量一氧化碳、二氧化硫及較多的粉塵和水份，在要求分析精確度不高于2.5級時，可選用熱導式二氧化碳分析儀。其響應時間取決于氣樣通過預處理裝置酌時間。
熱導式分析儀要求背景氣組份的含量不能波動太大。

4、混合氣體中其他組份分析

（1）用于監測混合氣中甲烷、氨氣、二氧化硫及烴類化合物的含量，當背景氣干燥清潔、無粉塵、無腐蝕性時，宜選用紅外線氣體分析儀，其測量精確度可達1級，響應時間取決于氣樣通過預處理裝置的時間，并可用于有爆炸危險的場所。
其適用的測量氣體和最小測量范圍見下表。

     最大測量范圍為0～100％，標準測量范圍為0～2％、0～3％、0～5％、0～10％的倍率和0～15％、0～40％、0～80％，并且儀器最多可有四種量程供切換，量程轉換比一般不大于1∶4。
（2）混合氣或爐窯排放氣中的氮氧化合物、二氧化硫、硫化氫、氯氣等，背景氣清潔、干燥、無粉塵，要求測量精度不高于2級，可選用組裝紫外線氣體分析儀，響應時間取決于氣體通過預處理裝置的時間，見下表。

    最大測量范圍為0～100％，標準測量范圍為0～250ppM、0～500ppM或0～1％、0～2.5％、0～5％的倍率。
（3）混合氣中二氧化硫含量分析
①在非爆炸危險場所，用于監測環境大氣中二氧化硫濃度或生產流程中混合氣中的二氧化硫含量在0～0.5、0～1、0～2、0～4mg／m3范圍內，背景氣可含少量臭氧、碳氫化合物、二氧化氮、氯氣等，要求測量精確度不高于5級，響應時間允許為5min時，可選用庫侖式二氧化硫分析器。
②在非爆炸危險場所，混合氣中二氧化硫含量在0～15％之間，背景氣中含有酸霧（如硫酸生產流程中轉化爐的進口氣），要求測量精確度不高于5級，響應時間允許為1.5min時，可選用熱導式二氧化硫分析器。
③在非爆炸危險場所，混合氣中含有一氧化碳、二氧化碳及少量酸霧、水份、機械雜質和粉塵等，而二氧化硫含量小于8％，要求測量精確度不高于10級，響應時間允許為3min時，可選用工業極譜式二氧化硫分析器。
（4）混合氣中微量總硫（有機硫、無機硫）含量分析
以天然氣為原料的合成氨裝置，在加氫脫硫過程中其凈化氣中的微量硫含量要求不大于lmg／l，或天然氣脫硫廠及配氣站的輸氣管中硫含量要求低于30mg／m3，氣樣中應無機械雜質、粉塵、水份及脫胺液，背景氣中含氫量應低于12.5％，測定氣樣中總硫含量，若要求測量精確度不高于5級，響應時間允許為2min時，宜選用庫侖式微量硫氣體自動分析儀。該儀表可用于爆炸危險場所。

5、混合氣體中的多組份含量的分析

      分析混合氣中的單一組份或多流路多組份的含量，其濃度范圍可從ppM級到l00％含量，要求分析精度小于1級時，宜選用工業氣相色譜儀，響應時間取決于采樣周期和氣體預處理時間。
      工業氣相色譜儀常用的檢測器有熱導式和氫焰式兩種，前者適合測量有機或無機樣品，后者主要用于測量微量或半微量烴類有機物，也可測量烴類有機物中微量一氧化碳和二氧化碳含量。
     色譜儀若用于控制系統或需快速獲得準確分析數據，應選用智能式色譜分析程控和數據處理儀。
    工業氣相色譜儀的單一采樣點分析周期一般為3～20min，每2min一組份，采樣流路可為1～6路，單一采樣點的分析組份可為1～6個和1～40個。
若色譜儀安裝于爆炸危險場所，應選用防爆系列色譜儀。

6、氣體中微量水份分析

      測量空氣、惰性氣體、烴類、氫氣及其他不破壞五氧化二磷涂層及池體，在電極上不起聚合反應的氣體中的微量水份，其濃度小于100ppM或1000ppM，要求測量誤差小于±5％，應選用五氧化二磷電解法微量水份分析儀。要求取樣管材質致密，內壁光滑清潔，管線要短，取樣系統氣密性要好。

7、大氣濕度

       監測或控制空氣相對濕度，其濕度范圍在0～20％、20～100％、50～100％范圍內，氣溫為10～40℃，測量精確度允許為3級，響應時間允許為60s，在氣相無結露的條件下，可選用氯化鋰電阻式濕度計或鎳電阻溫度計式干濕球濕度計及鉑電阻溫度計式干濕球濕度計，其中氯化鋰電阻式和鎳電阻式濕度計應有指示和調節型儀表。
       若氣溫低于10℃或高于40℃，相對濕度大于90%時，應選用氯化鋰濕度變送器或位式調節器。
      若空氣濕度變化范圍比較大，測量精確度允許為5級，可選用牛（或羊）腸膜式濕度檢測儀。其測量范圍為15％～99％，靈敏度為l％相對濕度，滯后時間不大于20s。

8、氣體露點測量

（1）檢測壓縮空氣等其他無腐蝕性干燥氣體的露點，露點范圍在－60～－40℃，要求測量誤差小于±1.5℃，可選用絕熱膨脹式露點儀。
（2）檢測含硫燃料鍋爐尾氣中硫酸的露點，露點溫度在0～180℃和180～460℃，尾氣溫度在0～180℃和180～460℃，要求測量誤差小于±1.5％，可選用酸露點儀。

9、可燃氣體熱值檢測

      連續檢測城市煤氣、天然氣、沼氣等可燃氣體的熱值，熱值范圍在700～15000kcal／m3（2900～62800kJ／m3），比重在0.4～1.3kg／Nm3之間，氣樣含灰量小于5mg／m3，溫度小于50℃，壓力高于0.01～0.02MPa，要求響應時間不小于45s，精度低于1.5級，可選用燃燒法氣體熱值分析儀或熱值指數儀。
      選用分析儀時，應根據可燃氣體的熱值范圍和重度范圍選擇相應量程的熱值分析儀。被測氣體壓力小于0.01MPa時應配抽氣泵。儀器的滯后時間主要取決于氣體預處理時間。

10、可燃氣體報警器的選用和配置

（1）可燃氣體報警器用于測量空氣中各種可燃氣體、蒸汽閃點下限以下的含量，并要求當被測氣體濃度達到爆炸極限時，在規定的時間里報警。
可燃氣體報警器的指示范圍應在0～100％LEL（最低爆炸極限），要求測量精度不低于5級，響應時間小于30s。
單一可燃氣體可選用單點報警器，多種可燃氣體或多點可燃氣體可選用多點組合式報警器，報警器應安裝在控制室儀表盤上。
各種可燃氣體的爆炸下限濃度和上限濃度值參考國家勞動局有關規定。

（2）可燃氣體報警器檢測器的選擇和安裝
可燃氣體報警的檢測器主要有半導體氣敏元件和催化反應熱式（接觸燃燒式），前者對可燃氣體的反應較靈敏，但定量精度低，適合檢測有無氣體泄漏的場合，后者定量精度高，重復性好，適合檢測各種可燃氣體的濃度。
在爆炸危險場所的檢測器必須符合安裝場所的防爆等級，有腐蝕性的介質，要求檢測器與被測氣體接觸部分作防腐處理。
可燃氣體檢測器應安裝在能生成、處理或消耗可燃氣體的設備附近和易泄漏可燃氣體的場所，以及有可能產生和聚集可燃氣體的控制室和現場分析儀表室內。
檢測器的安裝位置應根據生產設備、管線泄漏點的泄漏狀態、氣體比重，結合環境的地形、主導風向和空氣流動趨勢等情況決定。
檢測器不能安裝在含硫和堿性蒸汽等強腐蝕性氣體的環境中。

（3）檢測器的設置
檢測器一般安裝在建筑物內壓縮機、泵、反應器及儲槽等容易泄漏的設備及周圍氣體易滯留的地方。檢測器的配置，提供如下情況供選擇，但也可根據實際情況作修正。
易泄漏設備周圍按每隔10m設置一個以上檢測器。
在室外露天設備應在其周圍及其氣體容易滯留的地方設置檢測器，其它地方按每隔20m設置一臺以上檢測器。
有加熱爐等火源的生產設備及容易滯留的場所設置檢測器，設備周圍每隔20m設置一臺以上檢測器。
有毒性氣體的灌裝設備周圍設置一臺以上檢測器。
液化石油氣儲槽區的出入管口及其周圍安裝2臺以上檢測器，同時在管道及設備和易滯留的場所安裝一臺以上檢測器。