高爐煤氣在線分析系統(tǒng)

總則

本技術(shù)方案是專門為軋鋼加熱爐的尾氣檢測(cè)而制定。

工業(yè)煤氣主要有蘭炭爐煤氣,、煤氣發(fā)生爐煤氣,、焦?fàn)t煤氣、扎鋼加熱爐等,。

軋鋼加熱爐尾氣主要成分如下：

*利用自身的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì),，儀器方面解決了傳統(tǒng)在線氣體分析儀CH4測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn),、不能直接測(cè)量CnHm的問(wèn)題，并能夠準(zhǔn)確測(cè)量煤氣體中H2的濃度,；預(yù)處理系統(tǒng)方面經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐并在借鑒   經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，開發(fā)出煤氣在線分析系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由如下幾個(gè)部分組成：

1,、 儀表部分：采用*自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的六組分紅外煤氣分析儀NK-400A,，用于在線分析煤氣中CO、CO2,、CH4,、CnHm、H2,、O2等氣體濃度,，并實(shí)時(shí)計(jì)算煤氣熱值；

2,、 預(yù)處理及采樣裝置：針對(duì)不同工況煤氣進(jìn)行采樣和凈化處理,，保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠,、準(zhǔn)確,、連續(xù)正常的工作。

3,、 控制系統(tǒng)：采用三菱高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng),，能夠使系統(tǒng)自動(dòng)完成采樣、反吹,、氣路切換等功能,，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守，大大減少了人工負(fù)荷,；

4,、 數(shù)據(jù)傳輸接口：測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485或4-20mA輸出接口傳輸?shù)缴霞?jí)集中控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè),、工藝調(diào)整提供實(shí)時(shí)依據(jù),。

  在方案實(shí)施過(guò)程中，本公司根據(jù)客戶現(xiàn)場(chǎng)的具體情況的具體要求,，積極提供設(shè)備的選型咨詢與技術(shù)交流,、確定技術(shù)方案與系統(tǒng)配置、針對(duì)性設(shè)計(jì)與生產(chǎn),、專業(yè)制作與調(diào)試,、人員培訓(xùn)等內(nèi)容,，我們將為用戶提供全過(guò)程專業(yè)技術(shù)服務(wù),。

標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

單路或多路巡檢煤氣成份分析系統(tǒng),，包括設(shè)計(jì)、制造和指導(dǎo)調(diào)試以及有關(guān)技術(shù)文件和圖紙,，遵循下述標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：

● ISA 5.1-2009 儀表符號(hào)和標(biāo)志

● HG/T 20638-2017 化工自控設(shè)計(jì)規(guī)定

● GB/T 12519-2010 分析儀器通用技術(shù)條件

● GB 3836.15-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備

● GB 50058-1992 爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范

● GB 50093-2002 自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范

● BS IEC 61831-1999 在線分析儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝

● IEC 60079 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備

● IEC 60529 外殼防護(hù)等級(jí)（IP 代碼）

● IEC/CENELEC 危險(xiǎn)區(qū)域電纜外殼和安裝規(guī)程

● ISA S 12.4 用以降低危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)的儀表吹掃

● ANSI/ISA S75.04-1995 爆炸和危險(xiǎn)環(huán)境下的法蘭控制閥的連接尺寸

● ASME/ANSI B16.5 管法蘭和法蘭連接件

● ASME B31.3-2002 工藝配管

● BS PAS 5308 儀表電纜

● GB/T 25480-2010 儀表運(yùn)輸,、運(yùn)輸貯存基本環(huán)境條件及試驗(yàn)方法

● GB/T 13384-2008 儀器儀表包裝技術(shù)條件

● SY 25-1995 石油設(shè)施電氣裝置場(chǎng)所分類

● GB 50160-2018          《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》

● GBJ 235-97            《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（金屬管道篇）

● GBJ 236-82            《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

● GBJ 232-82            《電氣安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

● GB50093-2002          《工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

● HGJ 229-83             《化工設(shè)備,、管道防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

● SHJ 501-85             《石油化工劇毒,、易燃可燃介質(zhì)管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》

● HG 20509-2014          《儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定》

● HG 20510-2014         《儀表供氣設(shè)計(jì)規(guī)定》

● HG 20516-2014        《自動(dòng)分析器室設(shè)計(jì)規(guī)定》

● EEMUA   38         《在線分析儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝》

● SH 3006                《石油化工控制室和自動(dòng)分析室設(shè)計(jì)規(guī)范》

● SH 3081                《石油化工儀表接地規(guī)范》

● ANSI  B16.104          《密封泄漏》  

● MSS-SP-25              《銘牌和印記》

● GB/T13384              《機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》

● GB/6388—86            《運(yùn)輸包裝收發(fā)標(biāo)志》

● GB/T4064—83           《電氣設(shè)備安全設(shè)計(jì)導(dǎo)則》

● GB/4720/GB3797/GB3047.1《電控設(shè)備制作規(guī)范》

（注：上述標(biāo)準(zhǔn)如果出現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)替代，按照最新標(biāo)準(zhǔn)版本執(zhí)行）

工作環(huán)境條件

2.1 柜體安裝地點(diǎn)：室內(nèi)安裝

2.2 環(huán)境溫度：-10℃～50℃

2.3 海拔高度：小于1800m

2.4 相對(duì)濕度：56%（25℃）

2.5 地震裂度：小于8度

系統(tǒng)概述

本方案主要針對(duì)如何高效,、合理的利用煤氣是企業(yè)節(jié)能減排,、追求經(jīng)濟(jì)效益的重點(diǎn)所在。功能設(shè)計(jì),、結(jié)構(gòu),、性能、安裝和驗(yàn)收等技術(shù)方面提出的要求,。

3.1.1設(shè)計(jì)要求：快速準(zhǔn)確的分析煤氣成分,，高效自動(dòng)運(yùn)行。

3.1.2設(shè)備名稱：軋鋼加熱爐尾氣成份分析系統(tǒng),。

3.1.3安裝位置：軋鋼加熱爐尾氣管道,。

3.1.4巡檢數(shù)量：1臺(tái)。

3.1.5監(jiān)測(cè)目的：監(jiān)測(cè)煤氣中CO,、CO2,、H2、O2濃度,，指導(dǎo)尾氣的合理有效利用,，

3.1.7信號(hào)輸出：提供標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA模擬量信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)的RS-485數(shù)字通訊。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

3.2.1工藝管道

管道型式：由買方提供相應(yīng)數(shù)據(jù)（豎式或者橫式）

系統(tǒng)組成及原理說(shuō)明

4.1系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由直管式取樣探頭,、反吹控制系統(tǒng),、氣體分析單元、伴熱管線,、預(yù)處理及采樣裝置,、安裝機(jī)柜及控制系統(tǒng)等組成。直管式取樣探頭包括直管探頭,、控制閥,；預(yù)處理及采樣裝置包括過(guò)濾吸附裝置、過(guò)濾裝置,、氣水分離和氣體干燥裝置,、氣體分流裝置、精密過(guò)濾裝置等組成,。氣體分析儀表可以完成對(duì)煤氣中CO,、CO2,、H2、O2的準(zhǔn)確測(cè)量,，并同時(shí)計(jì)算熱值,。安裝機(jī)柜及控制系統(tǒng)主要由三菱PLC控制裝置、電磁閥等控制裝置組成,。

4.2系統(tǒng)工作原理

參照系統(tǒng)原理流程圖,，煤氣管道上取樣，三通切換閥可實(shí)現(xiàn)采樣,、標(biāo)校的氣路切換操作,。

打開管道上的取樣開關(guān)球閥，通過(guò)操作觸摸屏人機(jī)交換界面進(jìn)行取樣操作,。分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式：

自動(dòng)模式下設(shè)置好每路的取樣時(shí)間,，系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行，循環(huán)監(jiān)測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣體含量,。手動(dòng)模式下可對(duì)任監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)分析,。

樣氣通過(guò)取樣管進(jìn)入氣液分離器，除掉樣氣中所夾雜的液體,，然后進(jìn)入電子冷凝器干燥裝置,，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)，干燥后的樣氣,，在調(diào)節(jié)閥的控制下（流量在允許范圍以內(nèi)）,，進(jìn)入分析儀的分析室，經(jīng)過(guò)分析后再排放到專用排污放空管道,。

4.3系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1) 預(yù)處理采樣裝置技術(shù)指標(biāo)

2 自動(dòng)反吹取樣探頭及管路,；

2 手動(dòng)維護(hù)控制閥門，方便取樣管道清洗,；

2 適用于取樣氣體溫度≤800℃,；

2 適用于氣體粉塵濃度<100g/m3;

2 低溫環(huán)境下采樣管道采用伴熱技術(shù)，防止水分,、焦油冷凝而堵塞管路,；

2 取樣探頭采用燒結(jié)過(guò)濾器過(guò)濾精度≤5µm

2) 分析單元技術(shù)指標(biāo)

2 測(cè)量組分： CO/CO2/H2/O2

2 測(cè)量方法： CO/CO2 ---NDIR紅外傳感器技術(shù)

              H2---TCD熱導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)

               O2---長(zhǎng)壽命電化學(xué)傳感器

測(cè)量量程   CO：0-75%

CO2：0-90%

H2：0-8%

2 測(cè)量精度： CO/CO2：≤1%FS

H2/O2：≤2%FS

2 響應(yīng)時(shí)間： ≤10秒（NDIR）

2 供電電源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz

2 輸出信號(hào)： 標(biāo)準(zhǔn)RS-485、DC 4-20mA電流輸出,；

2 儀器重量： 約10kg

2 工作溫度： 0-50℃

2 相對(duì)濕度： 5-85%

2 大氣壓力： 85-105 KPa

3) 分析機(jī)柜及控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

2 整體機(jī)柜防護(hù)等級(jí)IP56,；

2 柜體配置可視窗口，換氣通常,；

2 控制系統(tǒng)：采用三菱PLC,，自動(dòng)控制系統(tǒng)反吹運(yùn)行；

2 分析系統(tǒng)按照7D*24H連續(xù)運(yùn)行模式設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線,；

2 系統(tǒng)能夠輸出6路4-20mA電流信號(hào),，每種氣體成分對(duì)應(yīng)一路輸出，送往主控室DCS系統(tǒng),；

2 預(yù)處理單元：通過(guò)伴熱、過(guò)濾,、吸附,、分離、冷凝等工序清除煤氣中焦油,、苯,、萘、水汽和煙塵等物質(zhì),；

2 預(yù)處理單元每年根據(jù)實(shí)際使用工況,，至少負(fù)責(zé)清洗1-2次

4.4煤氣分析系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵

1） 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NDIR紅外氣體分析和TCD熱導(dǎo)分析技術(shù)

對(duì)于CO/CO2分析，采用了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術(shù),，壽命長(zhǎng),，儀器維護(hù)量少。該技術(shù)2018年通過(guò)了科技部的科技鑒定,，達(dá)  水平,，通過(guò)7年的發(fā)展，目前已經(jīng)生產(chǎn)的傳感器數(shù)量超過(guò)100000套,，成熟可靠的技術(shù),，確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。公司依靠該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了每年翻倍的發(fā)展,。目前公司是國(guó)內(nèi)能夠掌握核心傳感器開發(fā)技術(shù)的少數(shù)企業(yè)之一,，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)NDIR紅外技術(shù)的發(fā)展。

TCD熱導(dǎo)H2傳感器采用德國(guó)海利普微流熱導(dǎo)傳感器,，配合公司*的  技術(shù),，穩(wěn)定性比以往技術(shù)大大提高。儀器采用了*的數(shù)字化技術(shù)和嵌入式軟件,，精度達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品*水平,。

實(shí)現(xiàn)核心儀器的批量生產(chǎn)不僅降低了儀器的購(gòu)買費(fèi)用， 同時(shí)對(duì)于客戶今后的維護(hù)和保養(yǎng)也是一個(gè)良好的保障,。進(jìn)口儀器一旦出現(xiàn)問(wèn)題,，很難在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)。

2）確保H2測(cè)量的準(zhǔn)確性

　　熱導(dǎo)傳感器主要用于測(cè)量二元?dú)怏w,，如A,、B混合氣中的A或B，并且以另外一種氣體作為背景氣,。而如果用于測(cè)量多種混合氣體時(shí),，必然要考慮到其他氣體的影響因素,。一般而言爐氣中含有CO、CO2,、CH4,、H2、O2,、N2等多種氣體成分,，而且其熱導(dǎo)系數(shù)各異，如下表所示：

從上表可以看出,，煤氣主要成分中CO,、O2 與背景氣N2的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對(duì)H2的測(cè)量結(jié)果影響不大,，但是CO2 ,、CH4 對(duì)H2測(cè)量影響明顯。通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)表明,，如果氣體成分中含有CO2,，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4,，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏高,。因此如果，為了得到準(zhǔn)確的H2含量,，應(yīng)對(duì)H2進(jìn)行CO2 的校正,。本方案的五組份煤氣分析儀在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到上述因素，作了嚴(yán)格試驗(yàn)并將各種氣體的相互影響進(jìn)行了修正和補(bǔ)償,，消除煤氣中其他成分對(duì)H2的影響,，故能夠保證H2測(cè)量值的準(zhǔn)確性； 同時(shí)也證明了單一組分的H2分析儀不可能得到煤氣成分中準(zhǔn)確的H2含量,。

5）流量變化對(duì)H2測(cè)量無(wú)影響,。

由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過(guò)對(duì)氣體流動(dòng)帶走的熱量進(jìn)行換算，如果采用直接流通式的熱導(dǎo)檢測(cè)池,，很難控制氣流,，流量大小直接影響H2的讀數(shù)；我公司采用了  的旁流擴(kuò)散式的熱導(dǎo)檢測(cè)池,，流量在0.3~1.0L/min的范圍內(nèi)變化對(duì)熱導(dǎo)的讀數(shù)沒有影響,。

6）快速的氣體響應(yīng)時(shí)間

系統(tǒng)巧妙地設(shè)計(jì)了采樣氣體分流裝置，在大流量氣泵的抽取下,，能夠保證現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)距離氣體管道條件下測(cè)量快速響應(yīng)但又不對(duì)分析儀器造成不利影響,。

7） 多級(jí)完善的預(yù)處理裝置

混合煤氣中即使經(jīng)過(guò)電捕焦等凈化處理，仍然存在焦油等物質(zhì)，為避免焦油氣冷凝污染儀器,，堵塞氣路,，需要在氣體進(jìn)入機(jī)柜預(yù)處理的前端進(jìn)行降溫、清洗處理,。預(yù)處理及采樣裝置包括兩級(jí)過(guò)濾吸附裝置,、多級(jí)汽水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置,、精密過(guò)濾裝置等組成

8）機(jī)柜以及控制系統(tǒng)

　　分析儀器安裝在機(jī)柜中,，氣體采樣和預(yù)處理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并設(shè)置了多級(jí)粉塵過(guò)濾裝置,；機(jī)柜防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65以上,，確保系統(tǒng)在環(huán)境  惡劣的條件下可靠運(yùn)行,。機(jī)柜內(nèi)部采用恒溫處理,，保證設(shè)備在北方低溫環(huán)境下正常工作。

雙方責(zé)任

5.1分析系統(tǒng)供貨范圍及分界線表

注：“√"：主要責(zé)任人,，“○"：配合人

5.2買方責(zé)任

● 負(fù)責(zé)到分析系統(tǒng)的敷設(shè)信號(hào)線和工作電源（AC 220V 5KW）,。

● 負(fù)責(zé)設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與建設(shè)工作。

● 負(fù)責(zé)分析系統(tǒng)取樣閥的開孔以及焊接工作,。

● 負(fù)責(zé)采樣點(diǎn)平臺(tái)的建設(shè)工作（若需要）,。

● 負(fù)責(zé)對(duì)賣方所做的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行最終確認(rèn)。

● 根據(jù)技術(shù)協(xié)議及合同的要求,，提供設(shè)備安裝的  條件,。                

 ● 對(duì)購(gòu)買的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收，派遣相關(guān)人員參加技術(shù)培訓(xùn),。

● 負(fù)責(zé)DCS信號(hào)線纜的連接與組態(tài),。

● 負(fù)責(zé)配合賣方現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。

5.3賣方責(zé)任

● 負(fù)責(zé)所有應(yīng)供貨設(shè)備,，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)組裝,、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝及開機(jī)調(diào)試。

● 提供取樣點(diǎn)到分析系統(tǒng)之間所需采樣管,。

● 提供分析柜,，包括所有的分析儀表所用的電氣設(shè)備。

● 提供管道上安裝設(shè)備的全部要求,，包括數(shù)量,、尺寸和采樣孔的位置。

● 提供儀器標(biāo)定所需標(biāo)準(zhǔn)氣體和氣瓶減壓閥（根據(jù)訂貨合同清單）,。

5.3用戶配套服務(wù)

1.供電電源及電纜：220V  50HZ  阻燃三芯電纜,，線徑≧1.5mm²；接口：G1/2"（穿線孔徑＜14mm）;

2.對(duì)外接線箱信號(hào)電纜：用于與DCS的4-20mA，信號(hào)連接,，阻燃二芯屏蔽電纜,，線徑≧1.0mm²；氧含量信號(hào)共用接口：1-G1/2"（穿線孔徑＜30mm）;

4.排氣口規(guī)格：Ф6,；

5.分析系統(tǒng)落地式安裝底座（1800×600×600）;

6.單套系統(tǒng)重量約150kg,。

產(chǎn)品制造、安裝,、驗(yàn)收

6.1 檢驗(yàn)

6.1.1 出廠檢驗(yàn)

完整分析系統(tǒng)在裝箱前由賣方完成檢驗(yàn),。這些檢驗(yàn)是用于確定所有部件的合理配置和功能，并提供產(chǎn)品合格證,。

6.1.2 安裝測(cè)試

賣方負(fù)責(zé)在啟動(dòng)期間,，完成所有測(cè)試，主板老化試驗(yàn)不少于150小時(shí),。

6.1.3 驗(yàn)收

設(shè)備正常運(yùn)行72小時(shí)視為合格,，買方和賣方辦理驗(yàn)收交接手續(xù)；設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)18個(gè)月后,，因買方不具備安裝條件,，雙方視設(shè)備為驗(yàn)收合格，辦理交接手續(xù),，買方履行其它（付款）義務(wù),，但賣方仍履行指導(dǎo)安裝調(diào)試義務(wù)。

6.2 檢查

買方或  代表有如下權(quán)利：

在系統(tǒng)制造和裝貨前任何合理時(shí)間檢查和測(cè)試分析裝置或在賣方公司進(jìn)行測(cè)試和檢查時(shí)進(jìn)行監(jiān)督,。

裝貨前或裝貨后,，審查質(zhì)量控制工作。

在分析裝置到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行檢查,。

6.3保證

考慮到整體系統(tǒng)的運(yùn)行,，賣方作出如下保證：

6.3.1 交貨

賣方按買方要求保證交貨，并按合同要求裝貨,、打包和標(biāo)識(shí),。

6.3.2實(shí)用性

賣方以書面形式保證，賣方熟悉安裝現(xiàn)場(chǎng)和安裝分析系統(tǒng)的目的,。

6.3.3設(shè)計(jì),、質(zhì)量、材料和制造

賣方保證分析系統(tǒng)是新的和優(yōu)質(zhì)的,，設(shè)備在設(shè)計(jì)上沒有缺陷,。

賣方進(jìn)一步保證分析系統(tǒng)投運(yùn)后更換的部件材料沒有缺陷。

6.3.4性能

賣方保證分析系統(tǒng)的性能滿足買方要求,。

包裝,、運(yùn)輸和儲(chǔ)存

賣方負(fù)責(zé)分析系統(tǒng)的包裝和運(yùn)輸,，若因包裝和運(yùn)輸過(guò)程發(fā)生分析系統(tǒng)儀器設(shè)備的毀損，由賣方負(fù)  責(zé)任,。

賣方以書面形式提出買方儲(chǔ)存分析系統(tǒng)時(shí)的要求,，以防止分析系統(tǒng)的任何損壞。

交貨時(shí)間,、地點(diǎn)及運(yùn)輸方式

9.1交貨期：合同及技術(shù)協(xié)議簽訂生效后,，1個(gè)月發(fā)貨到現(xiàn)場(chǎng)。

9.2交貨地點(diǎn)：買方  地點(diǎn),。

9.3運(yùn)輸方式：物流,。

9.4產(chǎn)品使用說(shuō)明。

高爐煤氣在線分析系統(tǒng)