在线燃气分析仪是一种能够实时、连续监测燃气成分和浓度的分析仪器。它广泛应用于燃气生产、输送、储存和使用等各个环节,为燃气质量监控、安全预警和节能减排提供重要数据支持。在线燃气分析仪通过自动化、智能化的分析手段,确保燃气的安全、高效利用。其工作原理基于多种分析技术,如气相色谱法、红外吸收法、热导法等。这些技术能够准确测量燃气中的各种成分(如甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、氧气等)的浓度和含量。
在线燃气分析仪通常由以下几个核心部分组成:
1、取样系统
这是分析仪的“前端”,负责从工艺管线或烟道中安全、可靠地提取具有代表性的气体样品,并将其处理成适合分析单元的状态。
取样探头:
安装在工艺管道或烟道中,用于抽取气体样品。
通常由耐腐蚀材料(如316SS、哈氏合金)制成。
可带过滤器,初步去除粉尘和颗粒物。
取样管线:
将样品从探头输送到分析柜。需保温(伴热管线)以防止高沸点组分冷凝,尤其对于湿烟气或含重烃气体。
材质通常为不锈钢、聚四氟乙烯(PTFE)或PFA。
预处理单元:
过滤器:多级过滤(如烧结金属、膜式过滤器),去除粉尘、油雾、水雾等杂质。
冷凝器/除湿器:通过制冷或渗透膜技术去除样品中的水分,防止水汽干扰分析或腐蚀设备。
流量控制器/调节器:确保进入分析单元的样品流量稳定(如1-2 L/min)。
压力调节器:将样品压力调节至分析单元所需范围。
泵:提供抽吸动力,将样品从远端抽取至分析柜。
旁路/排放系统:处理无法分析的废样或过量样品,通常排至火炬或安全区域。
2、分析单元
这是分析仪的“大脑”,负责对处理后的气体样品进行成分分析。根据测量原理不同,有多种类型:
热导检测器:
原理:基于不同气体热导率的差异。
应用:常用于测量H₂、CH₄、CO、CO₂等双原子或简单分子气体,尤其适合氢气纯度分析。
红外分析仪:
原理:利用气体分子对特定波长红外光的吸收特性。
应用:非常适合测量CO、CO₂、CH₄、SO₂、NO、HC(碳氢化合物)等具有红外活性的气体。
顺磁/磁风式氧分析仪:
原理:利用氧气的强顺磁性。
应用:高精度测量O₂含量,广泛用于燃烧控制和安全监测。
电化学传感器:
原理:气体在电极上发生氧化还原反应,产生与浓度成正比的电流。
应用:常用于低浓度O₂、CO、H₂S、SO₂、NOx等有毒有害气体的检测,成本较低,但寿命有限。
气相色谱仪:
原理:通过色谱柱将混合气体中的各组分分离,再用检测器(如TCD、FID)逐一检测。
应用:可同时分析多种组分(如天然气全组分分析:N₂、CO₂、C1-C5+),精度高,但响应较慢(几分钟到十几分钟)。
质谱仪:
原理:将气体分子离子化,按质荷比分离并检测。
应用:可快速分析复杂混合气中的多种组分,灵敏度高,但成本高,维护复杂。
激光分析仪:
原理:利用可调谐激光扫描特定气体的吸收线。
应用:原位测量(无需取样),响应快,选择性好,适用于O₂、CO、H₂O、CH₄等。
3、控制与数据处理系统
控制器/PLC:
自动控制整个分析系统的运行,如取样泵启停、阀切换、校准周期管理。
信号处理单元:
将分析单元输出的模拟信号(如4-20mA)或数字信号进行处理、放大和转换。
显示单元:
本地显示屏,用于显示各组分浓度、系统状态、报警信息、历史数据等。
数据采集与通信模块:
将分析结果通过标准协议(如4-20mA、Modbus、HART、Ethernet)传输至DCS(分布式控制系统)、SCADA(监控与数据采集系统)或中央控制室。
4、校准系统
零点气:
通常为高纯氮气(N₂)或高纯空气,用于校准分析仪的“零点”。
量程气:
已知浓度的标准气体(标气),用于校准分析仪的“量程”或满量程点。
校准阀组:
电磁阀或气动阀,自动切换样品气、零点气和量程气进入分析单元,实现自动校准(Auto-Cal)。
减压阀与流量计:
调节标气压力和流量,确保校准过程稳定。
5、辅助系统
供电单元:
提供稳定的电源(通常为220V AC或24V DC),可能配备UPS(不间断电源)以保证连续运行。
伴热系统:
电伴热带和温控器,用于维持取样管线和预处理单元的温度,防止冷凝。
机柜与外壳:
防护等级通常为IP54或更高,防尘、防水、防腐蚀。在防爆区域使用时,需为防爆型(如隔爆、正压通风)。
报警系统:
当气体浓度超限、系统故障(如泵停、堵塞、断电)时,触发声光报警或继电器输出。