1 引 言

        QGS-08C 紅外線氣體分析器是基于NDIR（不分光紅外）和薄膜微音測量原理，在老一代模擬紅外線氣體分析器基礎(chǔ)上,，采用*的電氣處理和軟件分析方法,，成功研制的新一代數(shù)字式紅外線氣體分析器。此分析器用于連續(xù)測定多種工業(yè)流程或?qū)嶒?yàn)室產(chǎn)生的氣體（CO,，CO2,，CH4，SO2 NO 等）的濃度,，可以長時(shí)間在線運(yùn)行,。儀器有零點(diǎn)/量程的手動(dòng)/自動(dòng)校準(zhǔn)、線性化處理,、溫度補(bǔ)償,、開關(guān)量輸出控制,、電流/電壓輸出、系統(tǒng)設(shè)置等功能,，均使用數(shù)字處理技術(shù),。QGS-08C 紅外線氣體分析器具有雙量程及中間量程（量程比不大于1：10）測量功能。儀器精度高,，穩(wěn)定性好,，抗*力強(qiáng)，受溫度影響小,，可靠性高,，*適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)流程在線使用。儀器具有通訊功能,，包括RS232,、RS485、CAN 總線及以太網(wǎng),，經(jīng)一條通訊線纜,，可將分析器測量信息及狀態(tài)信息發(fā)送給其他數(shù)字設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、DCS 系統(tǒng)）,，可實(shí)現(xiàn)儀器狀態(tài)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測,。

        通常工業(yè)流程中微量氣體的分析采用在線色譜或質(zhì)譜分析，但系統(tǒng)復(fù)雜,，操作麻煩,，可靠性低，且價(jià)格昂貴,。QGS-08C 紅外線氣體分析器靈敏度高,，穩(wěn)定性好，適合ppm 級濃度的微量氣體分析,，在某些流程工藝段中*可以替代在線色譜或質(zhì)譜分析儀器,。

2 測量原理

        紅外吸收光譜法表明許多非單元素氣體分子在紅外波段存在特征吸收，特征吸收強(qiáng)度與氣體濃度成正比例關(guān)系,。QGS-08C 紅外線氣體分析器據(jù)此物理原理設(shè)計(jì),，用于分析混合氣體中某種或某幾種待測氣體組分的濃度。

        儀器采用單光源和薄膜電容檢測器,，測量氣室和參比氣室采用“單筒隔半”型結(jié)構(gòu),，接收氣室屬于串聯(lián)型，有前,、后兩室,，二者之間用晶片隔開，提高了抗非測量組分干擾的能力。

        在檢測器的內(nèi)腔中位于兩個(gè)接收室的一側(cè)裝有薄膜電容檢測器,，通過參比氣室和測量氣室的兩路光束交替射入檢測器的前,、后吸收室。在較短的前室充有被測氣體,，這里輻射的吸收主要是發(fā)生在紅外光譜帶的中心處,，在較長的后室也充有被測氣體，由于后室采用光錐結(jié)構(gòu),，它吸收譜帶兩側(cè)的邊緣輻射,。

        當(dāng)測量氣室通入不含待測組分的混合氣體（零點(diǎn)氣）時(shí)，它不吸收待測組分的特征波長,，紅外輻射被前,、后接收氣室內(nèi)的待測組分吸收后，室內(nèi)氣體被加熱,，壓力上升，檢測器內(nèi)電容器薄膜兩邊壓力相等,，接收氣室的幾何尺寸和充入氣體的濃度都是按上述原則設(shè)計(jì)的,。當(dāng)測量氣室通入含有待測組分的混合氣體時(shí)，因?yàn)榇郎y組分在測量氣室已預(yù)先吸收了一部分紅外輻射,，使射入檢測器的輻射強(qiáng)度變小,。此輻射強(qiáng)度的變化主要發(fā)生在譜帶的中心處，主要影響前室的吸收能量,，使前室的吸收能量減小,。被待測組分吸收后的紅外輻射把前、后室的氣體加熱,，使其壓力上升,，但能量平衡已被破壞，所以前,、后室的壓力就不相等,，產(chǎn)生了壓力差，此壓力差使電容器膜片位置發(fā)生變化,，從而改變了電容器的電容量,，因?yàn)檩椛涔庠匆?br />被調(diào)制，因此電容的變化量通過電氣部件轉(zhuǎn)換為交流的電信號,，經(jīng)放大后處理后得到待測組分的濃度,。

3 性能指標(biāo)

        可測量的氣體組分zui小量程如表1 所示：

表1 可測量范圍

主要技術(shù)指標(biāo)如下：
重復(fù)性： ≤0.5%
穩(wěn)定性： ±1% FS/7d
線性偏差： ±1% FS
響應(yīng)時(shí)間（T90）：≤25s（MAX）
環(huán)境溫度影響： ±1% FS （5℃～40℃）
氣壓波動(dòng)影響： 每103Pa 壓差為0.6% FS
干擾誤差影響： ±1% FS

4 技術(shù)特點(diǎn)

QGS-08C 紅外線氣體分析器具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）穩(wěn)定性好，非常適合在線使用,。

（2）靈敏度高,，既可以分析常量氣體，又可以分析微量氣體,，適用量程范圍廣,。

（3）抗背景氣體*力強(qiáng),，只有與檢測器內(nèi)氣體吸收譜線有重合的氣體才有靈敏度。雙層吸收氣室結(jié)構(gòu)降低了干擾組分的交叉靈敏度,。

（4）環(huán)境溫度影響小,。環(huán)境溫度的變化對氣體吸收及檢測器的靈敏度有一定影響，光學(xué)部件高溫恒溫（45～50℃）,，且增加軟件補(bǔ)償后,，工作溫度范圍的影響誤差控制在±1％FS 之內(nèi)。

（5）當(dāng)儀器劇烈振動(dòng)時(shí)對測量會(huì)有一定影響,，這是由此種傳感器測量原理決定,。儀器內(nèi)部設(shè)計(jì)了振動(dòng)消除措施，可以顯著減弱振動(dòng)的影響,。

（6）QGS-08C 紅外線氣體分析器通過專業(yè)機(jī)構(gòu)全面的電磁兼容性測試[6,7],，具有很高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，適用于電磁環(huán)境惡劣的工業(yè)流程,。產(chǎn)品已經(jīng)形成穩(wěn)定的大批量生產(chǎn),，每年銷售1000 臺以上，故障率很低,，年度統(tǒng)計(jì)在5%以下,，實(shí)屬令人放心的*水平，是技術(shù)成熟,，質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品,，*適合在線使用。

表2 為薄膜微音檢測方法與其它幾種主要紅外在線氣體分析方法的比較,。
表2 技術(shù)特點(diǎn)比較

注：★★★表示非常好,；★★表示較好；★表示一般,；×表示較差,。

5 非防爆型QGS-08C 紅外線氣體分析器

        非防爆型QGS-08C 紅外線氣體分析器采用483mm（19″）嵌入式機(jī)箱，通常安裝于483mm（19″）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi),。本型號儀器屬于非防爆型電氣設(shè)備,，禁止在有爆炸危險(xiǎn)的場所使用。外觀圖如圖1 所示,。

6 隔爆型QGS-08C Ex 紅外線氣體分析器

        QGS-08C Ex 隔爆型紅外線氣體分析器是在QGS-08C 紅外線氣體分析器的基礎(chǔ)上,，采用隔爆型機(jī)箱重新設(shè)計(jì)完成的隔爆型產(chǎn)品。本儀器殼體采用Ex 元件,，該Ex 元件防爆標(biāo)志為ExdⅡC,，為整體隔爆型式，*符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》的有關(guān)規(guī)定，并取得防爆合格證,。具有新型防爆螺紋的可拆裝結(jié)構(gòu),，使得現(xiàn)場維護(hù)十分方便、簡潔,。

        防爆級別為ExdⅡCT6（含乙炔）,，防護(hù)等級為IP65。

        由于本儀器具有隔爆型防爆結(jié)構(gòu),，可適用于含有ⅡC 級T6 組及其以下的爆炸性氣體及其混合物形成的1 區(qū),、2 區(qū)危險(xiǎn)環(huán)境中。

        隔爆型外觀圖如圖2 所示,。

7 典型應(yīng)用

        QGS-08C 紅外線氣體分析器具有一系列突出的性能和品質(zhì),，特別適用于石油、化工,、化肥在氣體分析工程項(xiàng)目中的在線分析系統(tǒng),。例如我國技術(shù)、規(guī)模zui大的大化肥生產(chǎn)裝置（江蘇靈谷化工限公司,，45 萬噸合成氨＋80 萬噸尿素）就采用QGS-08C Ex 隔爆型紅外線氣體分析器20 臺,。整個(gè)在線氣體分析工程項(xiàng)目于2009 年6 月全部投運(yùn)成功。

        QGS-08C 紅外線氣體分析器適合在線分析流程氣體濃度,，尤其適合分析微量的氣體濃度。在合成氨及空分領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用,，典型工藝應(yīng)用介紹：

        1）合成氨

        合成氨的生產(chǎn)過程：

        *步：原料氣的制取,。制備含有H2、CO,、N2 的粗原料氣,。一般由造氣、空分工序組成,。

        第二步：原料氣的凈化,。除去粗原料氣中的H2、N2 以外的雜質(zhì),。一般由原料氣的脫硫,、一氧化碳的變換、二氧化碳的脫除,、原料氣的精制工序組成,。

        第三步：原料氣的壓縮與合成。將符合要求的氫氮混合氣壓縮到一定的壓力后,，在高溫,、高壓和有催化劑的條件下，將氫氮?dú)夂铣蔀榘薄Ｒ话阌蓧嚎s,、合成工序組成,。

        QGS-08C 可用于分析各工序中CH4、CO,、CO2,、NH3 等組分的含量。例如分析合成塔入口氣體組分：0～20%的CH4,，0～5％的NH3,。合成塔出口氣體組分：0～20％的NH3。

        在合成氨流程中,，經(jīng)變換和脫碳后的原料氣尚有少量的一氧化碳（＜0.5%）,、二氧化碳（＜0.1%），為了防止它們對氨合成催化劑的中毒,，在送往合成以前,，必須作zui后的凈化處理，生產(chǎn)中稱為精煉,。精煉后氣體中的一氧化碳和二氧化碳的總量,，大化肥廠控制在小于10ppm，中小化肥廠控制在小于25ppmm,。QGS-08C 適合精練以后CO 和CO2 的濃度分析,，例如0～30ppm的CO，0～20ppm 的CO2,。儀器穩(wěn)定性好,、可靠性高，在該工藝段應(yīng)用被普遍認(rèn)可,。

        2）空分

        空氣分離裝置是用深度冷凍法（壓縮和膨脹）將空氣分離成高純度的O2,、N2、Ar 等氣體的裝置,?？諝庵写蠹s有380～500ppm 的CO2，CO2 在低于-78.5℃時(shí)就會(huì)結(jié)成固體,，而分餾塔的操作溫度在-180℃左右,，若大量的CO2 進(jìn)入分餾塔內(nèi)，將會(huì)堵塞氣路,，使設(shè)備無法工作,。為此，必須除掉空氣中的CO2,，CO2 是否已除去,，需要用CO2 分析器來檢測,，工藝要求CO2 含量在1ppm 以下，儀器量程0～5ppm 或0～10ppm,。QGS-08C *適合此工藝段的要求,，已得到大量應(yīng)用。

        3）北分麥哈克供貨的山東兗礦國泰化工甲醇/醋酸一期工程,，就是以QGS-08C 紅外線分析器為主體的在線分析系統(tǒng),。該工程被評為建國六十周年百項(xiàng)經(jīng)典工程之一,。

8 結(jié)束語
        北京北分麥哈克分析儀器有限公司研發(fā)生產(chǎn)紅外線分析器已有48 年歷史,，QGS-08C 和QGS-08C Ex 紅外線氣體分析器是基于引進(jìn)德國Maihak 公司*技術(shù)，自主開發(fā)生產(chǎn)的新一代產(chǎn)品,。QGS-08C 紅外線氣體分析器的優(yōu)良性能,、市場表現(xiàn)及工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都已表明：它是技術(shù)成熟,、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)良產(chǎn)品，它是我國在線氣體分析器的代表之一,。QGS-08C紅外線氣體分析器已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)體系的重要核心和支柱,，甚至是典型標(biāo)志，為廣泛開展在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供了zui有力的支持,。特大型化肥和型化工的典型業(yè)績,，是國產(chǎn)在線分析儀及在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用真實(shí)技術(shù)的有力證明。

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