在線氣體分析器的長期連續(xù)、適時(shí)的檢測分析，必然需要連續(xù)取樣和嚴(yán)格的樣氣處理技術(shù)，要求樣氣不失真和快速傳輸，樣氣進(jìn)入分析器時(shí)，要求達(dá)到近于標(biāo)準(zhǔn)氣的高品質(zhì)。在線氣體分析系統(tǒng)長期連續(xù)運(yùn)行的可靠性和安全性，以及近于免維護(hù)的易維護(hù)性，這種對工程應(yīng)用的完整性保障，*依賴于樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的專業(yè)化、針對性設(shè)計(jì)。

一、樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)相關(guān)定義

樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)，從技術(shù)邏輯分析，應(yīng)該由樣氣處理系統(tǒng)和樣氣處理技術(shù)組成，前者是硬件技術(shù)，后者是軟件技術(shù)。

1、樣氣處理系統(tǒng)的新定義

通過針對在線分析器工程應(yīng)用條件和樣氣條件的規(guī)范的專業(yè)化設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的樣氣處理部件與在線分析器之間的合理匹配、完善組合，而且能連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)備可靠、近于免維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行，能勝任一臺(tái)或多臺(tái)在線分析器工程應(yīng)用嚴(yán)格要求的完整體系性樣氣處理部件的總和。簡言之，樣氣處理系統(tǒng)能將分析器與取樣點(diǎn)、排放點(diǎn)以及公共設(shè)施很妥善地連接起來。

2、樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的新定義

樣氣處理系統(tǒng)規(guī)范的專業(yè)化、針對性設(shè)計(jì)技術(shù)和專業(yè)性工程應(yīng)用及維護(hù)技術(shù)緊密結(jié)合的高度綜合性技術(shù)，它也應(yīng)理解成包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)。

3、在線分析工程技術(shù)的新定義

在線分析器和樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)集成為在線分析系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)在線分析工程應(yīng)用的全部硬件技術(shù)、軟件技術(shù)以及專業(yè)技術(shù)概念等緊密結(jié)合的高度綜合性技術(shù)。

二、樣氣處理系統(tǒng)

樣氣處理系統(tǒng)的主要功能包括：樣氣提取、樣氣傳輸、樣氣處理、樣氣排放，以及樣氣流路切換、公共設(shè)施及樣氣處理流程的監(jiān)控、報(bào)警等。樣氣處理的關(guān)鍵是除去或改變樣氣的干擾和阻礙組分，不改變樣氣被分析組分。即樣氣處理過程中被測樣氣不能失真，樣氣進(jìn)入分析儀器前應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)氣要求（潔凈、干燥、常溫等）。

其中，復(fù)雜的樣氣條件是在線氣體分析面對的大困難：

①高溫(1400℃)或低溫、高粉塵(≤2000g/m³、高水分(12000ppm以上)或液霧、高壓(大于50MPa)或負(fù)壓、腐蝕性和爆炸性危險(xiǎn)等；

②較高的自動(dòng)化程度，少維護(hù)甚至近于免維護(hù)的應(yīng)用要求；

③防塵及防水、防腐蝕、防爆炸等方面極為苛刻的防護(hù)及安全要求；

④較快的反應(yīng)速度，系統(tǒng)總滯后時(shí)間一般要求<60s；

⑤保證必要的檢測準(zhǔn)確度等。

以上高難度的應(yīng)用要求被高度概括為“取樣系統(tǒng)、可靠性、少維護(hù)、軟件技術(shù)”。

三、樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)

目前樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)主要包括干法與濕法兩種。

干法樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)有利于有效保持樣氣的真實(shí)性，即樣氣不失真，進(jìn)而確實(shí)保證必要的檢測準(zhǔn)確度。

干法樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)能使樣氣干燥、潔凈，即經(jīng)過率的“除塵”和“除水”，達(dá)到近于標(biāo)準(zhǔn)氣的高品質(zhì)，同時(shí)使可能發(fā)生的腐蝕性也大為降低。如銳意自控在線氣體分析系統(tǒng)Gasboard-9031的樣氣處理系統(tǒng)，專門針對含粉塵、含水份的特定樣氣工況設(shè)計(jì)。其樣氣處理系統(tǒng)采用緩沖罐+不銹鋼電加熱溫控干法取樣探頭+空氣炮反吹掃技術(shù)，解決探頭堵塞問題。

干法樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用

Gasboard-9031樣氣處理系統(tǒng)采用過濾精度可達(dá)到0.3μm的二級過濾設(shè)備，及氣水分離器+半導(dǎo)體冷凝器除去樣氣中的粉塵、水分等諸多雜質(zhì)，為分析儀表提供潔凈樣氣，同時(shí)具備可再生能力。該系統(tǒng)還配備了PLC作為核心控制元件，OMRON中間繼電器作為輸出元件，控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行；設(shè)置了冷凝器報(bào)警功能，探頭報(bào)警功能。所有這些都有利于保證在線分析器連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、少維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行，并延長其使用壽命。見過某石化企業(yè)使用超過20年的在線氣體分析系統(tǒng)，也見過連續(xù)使用15年以上的樣氣處理系統(tǒng)。工程實(shí)踐表明：樣氣處理系統(tǒng)對延長在線分析系統(tǒng)在工程應(yīng)用的使用壽命達(dá)到15年以上，不但非常必要而且也可能。

干法樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)已成為的主流技術(shù)。當(dāng)然濕法樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)也并未被*淘汰，如焦?fàn)t煤氣O2分析系統(tǒng)，以濕法對付焦油更為有效。如銳意自控在線氣體分析系統(tǒng)Gasboard-9021的樣氣處理系統(tǒng)，專門針對含塵、含濕、含焦油的特定樣氣工況設(shè)計(jì)。其樣氣處理系統(tǒng)中的取樣探頭可根據(jù)現(xiàn)場焦油含量選擇直管或蒸汽取樣探頭。

在Gasboard-9021樣氣處理系統(tǒng)中，樣氣首先通過取樣探頭除去大量粉塵，再經(jīng)采樣管輸送至多級煤油清洗過濾器，深度溶解焦油。經(jīng)過多級煤油清洗過濾器后樣氣可能還存有少量焦油與粉塵，為了進(jìn)一步凈化樣氣，樣氣被輸送至水洗器，由水洗器將剩余的焦油分離出來，同時(shí)也分離出樣氣中攜帶的粉塵。經(jīng)過以上處理，樣氣得到了初步的凈化，焦油粉塵含量明顯減少，同時(shí)樣氣的待測成分得以完整保留。

全自動(dòng)水洗器，去除樣氣中的焦油

其中，水洗器采用了全自動(dòng)工作方式，相關(guān)閥門均為進(jìn)口電磁閥，由PLC控制工作時(shí)序，實(shí)現(xiàn)周期性自動(dòng)換水，從而使水洗器中的洗滌水得到及時(shí)更換，保證了水洗器的洗滌效果，也減少了人工維護(hù)量。

在進(jìn)一步的凈化中，系統(tǒng)采用了一級過濾精度為5μm的氣水分離器，過濾樣氣的同時(shí)分離樣氣中的液態(tài)水，采用了一級過濾精度為0.1μm的精密過濾器作為樣氣進(jìn)入分析儀表前的后一級過濾元件，保證樣氣達(dá)到分析儀表使用要求。

為去除樣氣中含有的氣態(tài)水，系統(tǒng)采用了一臺(tái)半導(dǎo)體冷凝器，輸出樣氣露點(diǎn)≤5℃；一臺(tái)抽氣能力為6L/min的德國KNF采樣泵，為樣氣輸送提供動(dòng)力；另外，還配備了減壓閥，用以調(diào)節(jié)樣氣壓力。同時(shí)，為保證儀表的安全運(yùn)行，系統(tǒng)后端配置了一套濕度報(bào)警模塊，與精密過濾器配套使用，當(dāng)系統(tǒng)除水功能意外失效時(shí)，信號反饋到PLC，PLC將切斷系統(tǒng)運(yùn)行，關(guān)閉閥門，并在現(xiàn)場及向遠(yuǎn)端控制中心發(fā)出報(bào)警信號。

四、樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的體系性特征

在線分析系統(tǒng)如果去掉在線分析器和某些應(yīng)用保障條件部分、公共工程部分，就是樣氣處理系統(tǒng)，體系性地簡述樣氣處理系統(tǒng)如下：

1、采樣探頭

通常稱為取樣探頭，是樣氣處理系統(tǒng)重要和關(guān)鍵的樣氣處理部件，根據(jù)不同工業(yè)生產(chǎn)過程差別甚大的的取樣條件，就一定有不同的針對性*的采樣探頭，常用的是低于650℃的中溫通用型采樣探頭。采樣探頭還應(yīng)包括壓縮空氣加熱(180℃)反吹單元及其程控反吹技術(shù)。反吹單元的設(shè)計(jì)一定要符合流體力學(xué)的要求，這是保障反吹效果非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)技術(shù)。

采樣探頭能實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程工藝樣氣的連續(xù)采樣，是在不改變工藝氣體典型化學(xué)組分特征，即保持樣氣真實(shí)性的前提下完成樣氣從工藝氣流中的分離。

采樣探頭從實(shí)用出發(fā)來認(rèn)識，應(yīng)該稱為采樣探頭系統(tǒng)更為準(zhǔn)確。采樣時(shí)技術(shù)性地實(shí)現(xiàn)物理分離非常重要。

2、樣氣輸送管線

通常采用Φ6×1不銹鋼管，為避免發(fā)生冷凝，常采用伴熱保溫技術(shù)(≥120℃)，伴熱方式以自控溫電伴熱帶較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。如果采用大于Φ6×1的傳輸管道，會(huì)使系統(tǒng)在技術(shù)上很必要的反應(yīng)速度超過規(guī)范的要求，即達(dá)不到<60s的要求。認(rèn)為管道粗或壓力高就能反應(yīng)速度快，是個(gè)違背理論根據(jù)的很粗心低級錯(cuò)誤。

3、過濾器

過濾器就其用途來說，以下三類較有代表性：

一是探頭過濾器，在取樣點(diǎn)就地過濾粉塵，避免在其后產(chǎn)生粉塵沉淀和堵塞的危險(xiǎn)，目前的*水平是0.3μm99%。

二是后級高精度膜式過濾器，以保護(hù)分析器為主要目的，目前的*水平是0.05μm99%。

三是分析器內(nèi)部的微型過濾器，以在線分析器的自保護(hù)為目的，它并不屬于樣氣處理系統(tǒng)，一般做得比較小巧。

4、樣氣冷凝器

使樣氣冷凝至低露點(diǎn)(例如+2℃左右)，以干燥樣氣為目的。

壓縮機(jī)式樣氣冷凝器，能使樣氣由140℃冷至+2℃露點(diǎn)，效果很好，但成本也較高；

半導(dǎo)體制冷樣氣冷凝器，入口樣氣溫度一般只能允許45℃；

渦流致冷樣氣冷凝器，能使樣氣溫度降低25℃以上，大的優(yōu)勢是使用壓縮空氣，屬本安防爆類型；

使用水源的樣氣冷卻器(即熱交換器)也有不少應(yīng)用，結(jié)構(gòu)簡單的樣氣冷卻管可作為是有益的補(bǔ)充手段。

5、采樣泵

通常稱為抽氣泵，樣氣壓力為負(fù)壓或微正壓時(shí)，也能借助采樣泵的抽吸驅(qū)動(dòng)，為分析器提供規(guī)定的樣氣流量，隔膜式抽氣泵用得較多。另外，常用蠕動(dòng)泵來排放冷凝液，既不受抽氣泵抽及負(fù)壓的限制，也能在與樣氣主氣路隔離的狀態(tài)下連續(xù)排放冷凝液。

6、氣液分離器

氣液分離常是十分棘手的技術(shù)難題。

旋風(fēng)自潔式分離器對分離>5μm粉塵和液霧較為有效，可能相當(dāng)于70μm粒度以上粉塵的重力分離；

凝結(jié)式分離器適用于對付更小粒度的微小液霧；

特定項(xiàng)目型(如乙烯裂解)的氣液分離是技術(shù)含量很高的綜合技術(shù)；

簡單的氣液分離器僅是圓筒中加上一根管子；

現(xiàn)在已有采用聚合膜方式過濾液霧的研究。

7、樣氣流量測量及控制

樣氣流量一般用球形轉(zhuǎn)子流量計(jì)，流量控制用針形閥調(diào)節(jié)，在線分析器要求的流量一般是30-60l/h。切換和關(guān)斷氣路要采用各種閥件，以五通切換閥被看重。

8、樣氣壓力測量與調(diào)節(jié)

高壓樣氣的減壓、穩(wěn)壓與調(diào)節(jié)是項(xiàng)困難任務(wù)，各種閥的原理及規(guī)格的選擇也很有專業(yè)性。

高壓樣氣在取樣點(diǎn)根部閥處就地減壓很有必要，以避免降低反應(yīng)速度，有利于保障后級樣氣處理器部分的安全。

9、部件材料的正確選用

以O(shè)型密封圈選材為例：連續(xù)使用溫度的高低依次為，氟橡膠包覆聚四氟乙烯(260℃)、氟橡膠(180℃)、硅橡膠(200℃)、丁晴橡膠(100℃)。以上不但是長期使用溫度的順序，也是耐化學(xué)物質(zhì)影響以及抗老化，使用壽命長短的順序。非金屬類型的O型密封卷的所使用的溫度不能超過327℃。

10、設(shè)備外殼及防護(hù)

一般采用的機(jī)柜稱為儀表盤，組裝后稱為分析(儀器)柜；

人可以進(jìn)入的機(jī)柜稱為分析小屋；

機(jī)柜對粉塵、水的防護(hù)等級以IPXX表示；

機(jī)柜對可燃性氣體和蒸汽的防爆等級，如dⅡCT4、dⅡBT6等。

11、機(jī)柜的氣候調(diào)節(jié)

機(jī)柜的氣候調(diào)節(jié)可分為降溫、加熱、換氣等三個(gè)大的方面。

12、自控單元

樣氣處理系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、近于免維護(hù)的運(yùn)行，以及各種報(bào)警，都離不開PLC可編程序控制器為核心的自控單元。

13、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

即標(biāo)準(zhǔn)氣，是在線分析器的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已采用99.999%的高純氮作為零點(diǎn)氣。

和其他專業(yè)顯著不同，標(biāo)準(zhǔn)氣并不是想象的那樣“標(biāo)準(zhǔn)”，常量標(biāo)準(zhǔn)氣的準(zhǔn)確度<0.5%，而微量標(biāo)準(zhǔn)氣的準(zhǔn)確度只能達(dá)到2%。

14、快速回路設(shè)計(jì)

提高分析系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

15、尾氣和冷凝液的安全排放。

16、數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程傳輸。

17、工程現(xiàn)場安裝的施工設(shè)計(jì)。

五、結(jié)語

根據(jù)每項(xiàng)在線分析系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用條件和取樣條件，要采用專業(yè)化、有針對性設(shè)計(jì)的型在線氣體分析系統(tǒng)，由具有長期工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)制造商生產(chǎn)這些高品質(zhì)的在線氣體分析系統(tǒng)，并承擔(dān)全過程技術(shù)服務(wù)。這種型的在線氣體分析系統(tǒng)必然有也必須有作為核心和關(guān)鍵技術(shù)的樣氣處理系統(tǒng)。

對于完善的在線氣體分析，起決定作用的是使樣氣處理系統(tǒng)與千差萬別的生產(chǎn)工藝條件和環(huán)境應(yīng)用條件匹配得當(dāng)、組合完善，能連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、近于免維護(hù)地協(xié)調(diào)運(yùn)行。在線氣體分析器對樣氣處理系統(tǒng)的這種依賴，也就是對整個(gè)系統(tǒng)和工藝過程的相關(guān)性，在線氣體分析器正在(或已經(jīng))被在線氣體分析系統(tǒng)突破和超越，使在線氣體分析器以在線氣體分析系統(tǒng)形式走向工程應(yīng)用，成為在線分析工程技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，無論國內(nèi)還是國外都已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的技術(shù)發(fā)展主流。