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气体分析仪器现状与技术比较1、气体分析技术介绍 (1)人工采样法 传统的分析方法如化学分析法、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法较多采用人工采样法。人工采样法的特点是采用人工取样的方式,抽取某一时点的样气进行分析。它的缺点是显而易见的:必须对气体进行人工取样,在实验室进行分析,其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响;只能单一成份地逐个进行检测分析,不具备多重输入和信号处理功能;分析费时费力,响应速度慢,效率低,难以实时地反映工况信息。 (2)连续采样法 连续采样法主要有红外线式、紫外线式和热导式三种测量方法。连续采样法的特点是采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成,采样探头将被测气体从烟道或管道中引出并进行预处理后,连续送入仪器的气体室中,分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。上述三种测量方法的系统集成方式、适应性和性价比有很大的区别。 应用最广泛的红外线式气体分析仪基于非色散红外吸收光谱(NDIR)的原理,其测量方法是基于气体对红外线进行选择性吸收的原理,当被测气体通过测量管道时吸收红外光源发出的特定频率光(与被测气体成分有关)使光强衰减,测出光强的衰减程度即确定了被测气体的浓度。 紫外线式气体分析仪是基于被测气体对紫外光选择性的辐射吸收原理,可以测量SO2、NOx、HCl、NH3等气体,但在同等性能、功能情况下仪器价格较高。 热导式气体分析仪的工作原理是利用各种气体不同的热导系数,即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体以恒定的流速流入分析仪器时,热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体的浓度变化而变化,运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号,通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化,使其成为测量值。热导式气体分析器的应用范围很广,如H2、Cl2、NH3、CO2、Ar、He、SO2、H2中的O2、O2中的H2和N2中的H2等等;它的测量范围也很宽,在0%~100%围内均可测量。热导式分析仪器是一种结构简单、性能稳定、价廉、技术上较为成熟的仪器。但是热导式分析仪器对气体的压力波动、流量波动十分敏感,介质中水汽、颗粒等杂质对测量影响较大,所以必须安装复杂的采样预处理系统。 (3)现场在线测量法 现场在线测量法中以半导体激光吸收光谱技术(DLAS)最为先进和最具有代表性。DLAS技术的特点是无需采样预处理系统,分析仪器直接安装在测量现场,通过一束穿过被测气体的激光光束来实现现场在线气体分析。DLAS技术可实现多种气体如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自动检测,适用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等各种领域。 虽然DLAS技术与其他吸收光谱气体分析技术都利用吸收光谱技术来实现气体分析,但由于DLAS技术采用了独特的“单线光谱”技术和调制光谱技术,可不受背景气体交叉干扰和粉尘、视窗污染的干扰,并可自动修正气体温度、压力等气体参数变化的影响,因此可以将分析仪器直接安装在测量现场,实现其他光谱吸收技术无法或很难实现的现场在线连续气体测量。 DLAS技术的优势在于能适应高温、高水分、高粉尘、强腐蚀性和高流速的被测气体环境,无需采样预处理系统,测量精度高,响应速度快。随着半导体激光气体分析技术的逐步成熟,相关光电元器件成本的显著下降,其性价比优势更为突出。在发达国家,半导体激光气体测量技术已逐步取代传统气体检测技术,在气体在线监测领域得到了日益广泛的应用。
一、概述二、实验室气体分析设备配置及工作原理 三、几种典型气体分析仪器的综合比较 四、气体成份在分析过程中常见问题及解决方法 五、一种典型的气体分析系统介绍 [color=#DC143C]主讲---李彦(热能实验室)[/color][img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=155454]热工实验技术与数据处理----气体成份分析[/url]
现场在线(in-situ)分析测量工业过程气体成分含量,在世界工业领域中显得越来越重要。 现场在线气体分析测量也是复杂工业过程和排放最重要的领域之一。特别是用户对低含量和高精度气体分析测量的需要,也要求气体分析仪制造商采用更新、更先进的技术。 满足此需要是挪威纳斯克公司开发激光气体现场在线分析仪的主要目的。纳斯克公司能提供基于独特技术、比传统气体分析产品更具优越性能的一系列激光气体现场在线分析仪。 激光气体现场在线分析仪开创了工业过程和排放气体测量新领域。通过先进的固态二极管激光技术、光学解决方案、光谱学和坚固的工业设计等独特技术,激光气体现场在线分析仪能工作在无来自其它气体交叉干扰影响情况下。过程压力可达5 bar,温度超过1600℃。 - 测量原理 激光气体现场在线分析仪是光学仪器,从温度稳定、单模二极管激光器发射激光到发射器直径方向相对的接收器上。二极管激光器工作在室温附近。 传统在线(on-line)分析仪如红外(IR)在线分析仪通常受来自其它气体成分(包括粉尘、水分背景成分等)交叉干扰影响,此问题在探测含量很低时,显得越来越严重。对照采用宽带光谱过滤的传统IR红外在线分析仪,激光气体现场在线分析仪采用在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]范围内的单线光谱技术。 单线光谱测量技术基于在近红外区域内对被测气体单吸收线的挑选。通过对所选吸收线光谱分析,使得在所选吸收线波长内无其它气体的吸收线(无交叉吸收干涉)。然后,通过调节二极管激光器温度和驱动电流,将二极管激光器频率调整对应到气体的单吸收线。激光光谱宽度相应调整到比被测气体单吸收线光谱宽度更窄。通过改变二极管激光器的电流,包含单吸收线的激光波长被扫描发射出来。 在激光扫描发射期间,作为波长的一个特性,接收单元探测到的光强度将发生变化,且此变化仅仅是来自于激光器与接收器之间光通道内被测气体分子对光线的吸收。探测到的单吸收线的形状和尺寸,用来计算发射器和接收器之间的气体含量。其它气体的吸收线不会出现在所选波长范围内,因此不会对单吸收线产生干扰,从而影响气体含量测量。 激光气体现场在线分析仪不受过程气体中分水、粉尘或视窗上污染物等吸收影响,这是由于气体含量的计算是基于独特单吸收线尺寸和形状,因此实现了更可靠的测量,并减少了维护的需要。 - 安装 由于其小而坚固的机械单元,激光气体现场在线分析仪很容易安装。由三个基本单元组成: 发射单元,带吹扫、调整机构、DN50安装 接收单元,带吹扫、调整和标定机构、DN50安装 电子单元,带显示器 发射和接收单元通过自身法兰直接装配到焊接在管道或烟道上的DN50/PN10或PN16法兰上,也可在它们之间插入带法兰阀门(推荐球阀)。安装时需联一台PC电脑到分析仪电子单元上,运行服务软件来进行。 光学视窗、不锈钢法兰和吹扫机构建立了过程气体和分析仪的接口。为了防止粉尘和其它污染物在视窗上的聚集,需用干且无油压缩空气、气体(一般为氮气)或风扇连续吹扫。 分析仪的调整通过调节发射器和接收器的法兰来进行。防止在安装和维护时过程气体泄露的阀(推荐球阀)可安装在过程气体和法兰之间,这些阀也保护了视窗。 - 维护 坚固的工业设计和连续吹扫,使得激光气体现场在线分析仪维护非常容易、维护工作量相当少(几乎接近于免维护)。由于无运动部件在仪器中,因此预防性维护有限到只需目测检查和清洁光学视窗。经验显示维护周期通常超过三个月且简单到只需清洁光学视窗。由于关键的参数已被内部检测,若需在推荐的维护周期以外进行维护,仪器会给出提醒。 - 标定 激光气体现场在线分析仪出厂时已标定好,首次使用无需标定,重标定至少在六个月或几年以后才需要。由于分析仪所采用的先进技术,标定非常容易。可通过向接收单元内置的“流体通过单元”吹入标定气进行标定,因此可进行现场在线标定,无需拆下发射和接收单元。标定通过PC来进行,标定过程非常容易——运行在PC中的服务软件完成全部的计算任务。也可选用标定管离线标定。 - 输入和输出信号 激光气体现场在线分析仪提供三种主要气体含量输出信号,作为标准信号: 4-20 mA模拟量输出测量值、500 Ω Max.,隔离。 电子单元上的显示(LCD):气体含量、光强、警告和错误信息 电子单元上RS 232口 选项:光纤信号输出测量值(同步ASCII格式) - 服务软件 激光气体现场在线分析仪包含发射器、接收器和电子单元。在安装、维护和标定时通过RS 232和PC 电脑通讯,也可通过MODEM和PC远程通讯。分析仪服务软件特别设计,用来完成所有必须的操作,如设置输出范围、气体温度和压力、光通道长度等。 - 总结 激光气体现场在线分析仪具坚固的设计,并采用了目前世界最先进技术。因此适合于高精度排放测量和过程控制应用。包含以下特征: 连续、现场在线测量 高灵敏度和高精度 响应时间一般小于2秒 可选的测量范围 可选的输出单位 工作在0.1到5 bar压力,气体温度超过1600℃ 容易安装 极少而又简单的维护需要 内置吹扫、标定机构 无需进行气体采样预处理 无其它气体交叉干扰(不受粉尘、水分、背景成分等影响) 视窗上粉尘和污物对测量无影响