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在线分析仪传感器在工业自动化中的新应用

发布时间:2013-03-25 来源:中国自动化网 类型:产业分析 人浏览
关键字:

CO可燃气体传感器 PAT过程分析技术

导  读:

PAT过程分析技术及在线分析仪在“十二五”期间受到极大重视,近年来由于相关传感器的发展,使在线分析仪的应用有了新动向,应引起各方重视

PAT过程分析技术及在线分析仪在“十二五”期间受到极大重视,近年来由于相关传感器的发展,使在线分析仪的应用有了新动向,应引起各方重视,特别是节能、环保、安全等方面要结合新技术的应用,取得实效。

 

基于薄膜技术的CO可燃器件传感器

 

长期以来,由于低量程可燃气体分析技术的瓶颈,一直以氧气测量作为烟气分析的主要手段。通常采用氧化锆传感器测量含氧量,但寿命较差,维护工作量较大;另外,可采用红外法的CO测量,但价格高、反应慢且维护要求高;燃烧气体法的(pellistor)的CO分析法,虽然价格和维护要求低,但灵敏度却达不到控制要求,所以该法原先不作为主要控制手段。

 

CO可燃气体传感器设计制造的最新进展是一种基于厚膜(Thick Film)技术的产品,将这种产品与氧化锆O2传感器组合成一套抽取式的气体分析仪,可以为流程工业、焚烧炉等行业提供一个高效、环保和相对廉价的气体燃烧控制解决方案。

 

厚膜可燃气体分析的CO测量技术原理基于烟气中CO与涂有催化剂的陶瓷盘片的反应。它的测量池的加工是从一个由激光加工成型的陶瓷盘片开始,之后采用铂金墨水在氧化锆基片上以很高的精度在四个象限上喷涂成轨道,每个象限由此构成惠更斯电桥的一个电阻,这个电路和铂金轨道都用一层玻璃釉质保护。在此之上,催化剂被喷涂在两个相对的象限之上。整个测量池被加热,温度被精确控制在300℃或572℃。样气中的任何CO成分会在催化象限的表面燃烧,从而减少了回路中的电流,这个电流的减少量,与样气之中CO气体的含量成正比。英国仕富梅公司厚膜法与同类技术相比可见表1。

 

燃烧气体取样方法为近距离抽取式。它安放的位置临近取样点,气样在到达分析仪之前需要通过一系列安放在探头和分析仪总的过滤器。它比完全抽取式价格便宜,安装方便,比直插式性能要好得多,而且可以将O2和CO的分析在同一地点合二为一,反应时间短,适于控制。目前仕富梅公司已在中国一些燃煤电厂进行了较长时间的应用,监控燃烧后的O2和CO,连续调节燃烧过程,提高了电厂的收益。某电厂采用了该CO厚膜测量传感器,精度达到25ppm,从而为燃烧过程的反馈控制提供了足够的灵敏度和反应时间,而且是非消耗性的,可以运作一段较长的时间而无需照管,可以做到自动标定,在一年以下的工作中无需服务。节能和环保要从源头抓起,即从燃烧控制抓起,可以大大提高科技的贡献率。

 

探头式TDL(可调谐二极管激光)氧气

传感器

 

化工和其他相关工业中,氧气是许多化学反应的组成部分,如丙酸是食品行业中重要的防腐剂,其生产过程包括丙醛和氧气在氧化器中发生反应,因此必须进行快速、准确的氧含量测定,需要具有最佳的氧气浓度以确保高效的反应,但是必须在11%以下,以免发生爆炸。在取样管路中,人们发现一种丙酸消耗氧气的现象,会导致氧气浓度下降,影响测量精度,也是不安全的因素,所以这种取样方式影响了安全。

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氯乙烯单体(VCM)是生成PVC的前体。采用乙烯路线生产VCM涉及多个步骤,如直接氯化、氧氯化(其中氧是重要的反应物)和二氯乙烷的(EDC)裂解。由于反应物不会被完全消耗,所以会形成各种副产物。反应时必须维持最佳的氧气含量,同时必须保持在低于爆炸限值水平。在直接氯化过程中,由于氯中存在杂质,因此会导致氧含量增加,从安全角度来说,必须避免这一现象,应使氧含量保持在接近零的水平。火炬系统、一氧化碳锅炉、邮轮码头的可燃气体回收、废物焚化,这些燃烧与排放控制都要进行氧气的测量,实现安全监控。

 

传统的的取样式氧分析仪(顺磁分析仪等)在测量时面临各种困难,包括苛刻的环境条件、各种背景气体干扰、粉尘量和水分等,还有维护困难和成本(维护成本为初期投资的两倍)等因素,所以TDL应运而生。

 

探头式TDL传感器,或称可调谐二极管激光吸收分光器TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy),基于激光吸收光谱原理,使可用调谐激光束对特定种类气体产生特征的吸收线进行分析,直接从气流中测量氧气,而无任何取样或预处理设备。具体有激光模块、气体池(有入口和出口)、检测器模块、信号控制和处理电路。除探头型外,还有双侧安装型探头式TDL,激光二极管和检测器处于同一部件中,只需要一个法兰连接。TDL分析仪具有高分辨率和精确度、快速的响应速度、抗交叉干扰、耐腐蚀、校准优势、维护方便、费用低等优点,已用于EDC、VCM、火炬气系统、焚烧炉等项目中,梅特勒-托利多GPro500系列TDL氧气传感器称为“安装即无忧”的在线传感器,具有创新式探头、SpectraID技术、预测诊断等项新技术,正在取代取样式氧气测量系统。

 

环保产业对气体分析仪传感器带来的新机遇

 

上面只谈了气体分析仪的两个例子,在“节能、减排、安全、环保”总需求下,这些年可喜的业绩还很多,从应用的角度来看,广度和深度都有所突破。

 

近十年来,我国大气固定污染源上安装了1.8万套CEMS连续排放监测系统,CEMS系统及相关的烟尘、烟气分析仪大部分都是国产设备。今后,将进一步提高产品质量、加强服务,形成相关的制造和服务产业。

 

2013年初,华北及东南沿海一带连续数日出现阴霾天气,使人们又加强了对PM2.5大气颗粒物监测的重视。为了环保的需要,环保所修订了《环境空气质量标准》,将PM2.5列入环境空气基本检测项目。有条件的城市均开展了大气颗粒物PM2.5的检测。但目前所用的监测仪大部分是国外产品。国际上的检测方法有微量震荡天平法和β射线法,β射线法按照输出方式不同又分为实时方法和时均值方式。目前,部分国内企业也进行了相关开发。该领域要形成一定规模,还需要多方支持。

 

关于水质自动监测系统的发展也很可观,而且出现了一批具有“小型化、模块化、智能化、网络化”构建特征的新型智能水质在线监测仪器,包括化学需氧量(COD)分析仪、高锰酸盐指数分析仪、总有机碳(TOC)分析仪、氨氮和总氮分析仪、磷酸盐和总磷分析仪等,均可进行在线分析,而且分析时间越来越短、性能越来越强、结构越来越简单。其中传感器数据采集部分的技术进步,功不可没。

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