《分析儀器》2009年第5期 “在線分析工程技術(shù)”欄目

　在線分析樣氣處理的原位處理法

金義忠  鄧發(fā)榮  劉 偉

（重慶凌卡分析儀器有限公司，重慶,，400041 ）

摘  要  為克服傳統(tǒng)直接抽取法樣氣處理系統(tǒng)的缺點和局限,，原位安裝法是項值得肯定的技術(shù)進步,。但是工程應(yīng)用實踐證明,，它仍然存在維護周期短,，維護困難和維護成本高的明顯不足。本文探討的原位處理法走的是“中庸”技術(shù)路線,，試圖保持兩者的優(yōu)勢,，同時又克服兩者的不足，也就是同時把制造成本和維護成本都降下來,。依靠技術(shù)創(chuàng)新,，我們正在接近這個理想目標,。

    關(guān)鍵詞  在線分析 樣氣處理系統(tǒng)  直接抽取法 原位安裝法 原位處理法 少維護 維護成本

1  在線分析對樣氣處理系統(tǒng)的要求

     “樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)是在線分析系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵技術(shù)”,。^[1]  在線氣體分析之所以成為普遍的現(xiàn)實，是因為已有比較成熟的樣氣處理系統(tǒng)技術(shù),，能將樣氣處理成接近標準氣般的高品質(zhì),，以滿足在線分析器的苛刻要求。

      老一輩儀器儀表工程技術(shù)專家朱良漪教授早在1997年首屆過程分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇的主旨報告“過程分析儀器的發(fā)展”中,，曾精辟總結(jié)“制約過程分析儀器發(fā)展的癥結(jié)是：1,、過程分析的取樣與預(yù)處理，2,、成分信息的獲得與共生信息的干擾和噪聲的處理,，3、長期使用的可靠性,。”^[2]  他在2007年第二屆在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇的主旨報告“21世紀的前沿技術(shù)‘分析技術(shù)’與‘自動化’的系統(tǒng)集成”中,，再次精辟總結(jié)在線分析工程技術(shù)的“難點和閃點：取樣系統(tǒng)、可靠性,、少維護,、軟件技術(shù)。”^[3]

      在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的成功,，也就是在線分析器的應(yīng)用成功,，依賴樣氣處理系統(tǒng)的少維護和可靠性。

2  直接抽取法樣氣處理系統(tǒng)的回顧

   技術(shù)上比較成熟的直接抽取法樣氣處理系統(tǒng)在我國大約已有20年以上的歷史,。樣氣需要直接抽取,，≤0.015MPa的樣氣壓力,，特別是爐窯負壓型，以采用抽氣泵抽取樣氣為標志,。樣氣經(jīng)取樣系統(tǒng)（含反吹裝置）取樣后,，還要加熱保溫傳輸至位于控制室的分析儀器柜，再進行降溫,、降壓,、除塵、除濕,、冷凝液排放,，流量調(diào)節(jié)與顯示、氣路切換,、報警控制等一系列針對性很強的樣氣處理,。

   直接抽取法的優(yōu)點是技術(shù)上比較成熟，樣氣處理很到位,，基本上能夠達到接近標準氣般的高品質(zhì),，能夠滿足在線分析器的苛刻要求，保障在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的成功,。

   直接抽取法的缺點也顯而易見：技術(shù)設(shè)計復(fù)雜,，制造成本高，安裝和使用維護都有諸多困難,，新產(chǎn)生的一些“共生信息”會降低檢測準確度,，例如CEMS系統(tǒng)采用電子冷凝器，SO2 會從冷凝水中流失掉3～5%,，*一項SO2的檢測信號就新增一項 3～5% 的負向誤差,。樣氣傳輸管路可能長達20m甚至30m以上，保障滯后時間小于60s有時也比較困難,。

3  審視原位安裝法

   原位安裝法大概隨激光氣體分析器同時誕生,，雖然時間不大長，因其*優(yōu)勢很能吸引業(yè)界關(guān)注,，志在做大做強的聚光科技（杭州）有限公司是應(yīng)用原位安裝法的,。

   原位安裝法（即現(xiàn)場安裝法）實際上并不存在樣氣處理系統(tǒng)。不管是相對安裝的發(fā)射單元和吸收單元,，或是用法蘭安裝方法將測量氣室直接插入工藝管道（如煙囪）中,，傳統(tǒng)概念的樣氣處理系統(tǒng)都是不存在的，直插式整體氧化鋯氧分析器也當屬此列,。原位安裝法的優(yōu)點似乎不言自明：省去了全套樣氣處理系統(tǒng),，制造成本大大降低，使用也簡單了,，供需雙方都樂于接受這個良好的“愿景”,。

   工程應(yīng)用的優(yōu)劣與成敗zui終zui公正的裁判仍然是時間和實踐,。原位安裝法在在線分析專業(yè)領(lǐng)域，面對長期（長期：指數(shù)年以上的穩(wěn)定工作時間）連續(xù)使用的現(xiàn)實,，處于高水份,、高粉塵、強腐蝕,、高污染,、負壓力的樣氣條件。測量氣室在煙囪內(nèi)被污染只是個不太長的時間問題,，任何良好的愿望都改變不了,。工程實踐表明：大約1～2個月就需要維護和處理測量氣室，在此處理之前,，分析器的飄移和準確性也是很難令人*放心的,。維護帶安裝法蘭的測量氣室并不容易：位置在煙囪高位，測量氣室組合件很長很大很重,，一兩個人還很難對付,。由此產(chǎn)生的問題并不小，也并不樂觀：原位安裝法的維護周期短,，維護難度大,，維護成本高。多次艱難的維護之后,，說不定就是棄之不用,，后果似乎也很嚴重,。有的連年虧損,，專業(yè)作CEMS系統(tǒng)的環(huán)保公司竟然把虧損責任算在“維護”頭上。

   原位安裝法面臨革新和完善技術(shù)的艱巨任務(wù),，另尋它法也該冷靜的想一想了,。

4  原位處理法探討

4.1 原位處理法新概念

   超越原有技術(shù)的局限，就是技術(shù)進步,。

   在線分析系統(tǒng)的推廣應(yīng)用,，降低制造成本是主流方向之一。直接抽取法依靠復(fù)雜的匹配和組合設(shè)計,，以及自動化技術(shù),，既能滿足在線分析的要求，維護量也并不很大,，是可以接受的,，大幅度降度成本卻很困難，除非是“山寨版的”粗制濫造,，難和原位安裝法比拼,。原位安裝法（即現(xiàn)場安裝法）如一些直插式分析器,，雖然成本降得很到位，但維護周期短,，維護量大,，維護困難，維護成本很高,，還可能威脅到可靠性和檢測準確度,，這種違背在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用宗旨的現(xiàn)實表現(xiàn)就值得認真反思了。

   “中庸”之道是中國傳統(tǒng)文化的一大特點,，在線分析的取樣技術(shù)可借助“中庸”的文化概念,，并轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)概念，順應(yīng)工程應(yīng)用的客觀需要,，提出“原位處理法”（即原位抽取法）。它不同于直接抽取法,，因為樣氣不向遠處控制室的分析儀器柜傳輸，并不在樣氣處理系統(tǒng)后級進行復(fù)雜的處理,；它也不同于經(jīng)典的原位安裝法,，因為分析器的測量氣室不在易受嚴重污染威脅的煙囪內(nèi)。

   原位處理法的分析器（包括測量氣室）安裝在工藝管道（如煙囪）外的現(xiàn)場,，樣氣從煙囪抽取后并不送走，就在現(xiàn)場進行加熱的過濾除塵處理,，借助加熱反吹技術(shù)以保障連續(xù)取樣不堵塞，把維護量真正降下來,；樣氣不再進行其他處理,，如冷凝除水等，樣氣直接送入加熱保溫的測量氣室“高溫”檢測,，把制造成本也真正降了下來。也就是說既保留了兩者的優(yōu)點,，又克服了兩者的不足之處,。

4.2 原位處理法已有先例

   英國仕富梅公司的790M,、790T型氧化鋯氧分析器,，可看作是原位處理法的先例。該氧分析器為整體式結(jié)構(gòu),，氧化鋯傳感器所在的取樣探頭和分析器控制部分連接成整體，控制部分也耐高溫,。分析器有個簡化的取樣探頭,，插入煙囪的探頭管前端有個不太大的陶瓷過濾器,，過濾精度是3μm，可看作是內(nèi)過濾器取樣探頭,。探頭的爐墻外部分內(nèi)置氧化鋯傳感器，一個微型氣動采樣泵將樣氣抽出并先流經(jīng)傳感器,，混合廢氣再返回煙道。壓縮空氣對內(nèi)過濾器實施反吹,，以保障連續(xù)取樣不堵塞,。

   仕富梅公司該型氧分析器的“原位處理法”技術(shù)特征很鮮明,，結(jié)構(gòu)設(shè)計也小巧周到，應(yīng)該是成功的設(shè)計,。但是過濾器的過濾精度較低（3μm）,，比分析器要求樣氣含粉塵＜0.3μm

 ＜100mg/m有較大差距。另外反吹氣路管道直徑小,，阻力較大，反吹掃過濾器的實際效果也會打折扣,。如果把使用和維護周期放長些觀察分析,，樣氣的含塵量和氧化鋯傳感器的免除污染和少維護,，還是令人有些擔心的。

   另外,，如果過濾器所處樣氣環(huán)境低于100℃的低溫狀態(tài)，可能難以保障過濾器不堵塞,。

4.3 原位處理法取樣探頭

   重慶凌卡分析儀器有限公司新研發(fā)的LKP106型整體式取樣探頭,，就是這種典型的原位處理法取樣探頭,，專為CEMS系統(tǒng)的紫外差分光譜SO2,、NOX 檢測儀配套,。

   106型取樣探頭安裝在煙囪高位的SO2,、NOX 檢測儀的上方，法蘭式安裝,，直通式探頭管插入煙囪內(nèi)30cm,，前開口端有護管以提高粉塵等污染物的物理分離效果,，位于爐墻外的加熱過濾器過濾粉塵，程控脈沖反吹掃保障過濾器連續(xù)取樣不堵塞,，壓縮空氣儲氣罐和耐高溫電磁閥組也在探頭保護箱內(nèi)，所以稱為整體式取樣探頭,。從探頭出來的干凈樣氣直接送入加熱保溫的測量氣室進行“高溫”檢測，小型氣動采樣泵位于測量氣室之后,，混合后的廢氣排向安全位置。

   本探頭的設(shè)計目標是維護周期爭取達到一年,。如此信心來源于凌卡公司今年新研發(fā)的*專有基礎(chǔ)核心技術(shù)：具有納米疏水特性的SiC超微孔過濾器,，過濾精度（*一級）達到0.3μm ,、99%；φ42xφ18x130mm規(guī)格的氣流阻力,，出人意料地小致120 Pa（樣氣流量1 L/min）,；*的疏水特性,，令人驚異：過濾器在水中浸泡24h后，立即通氣試驗,，不但使用正常，氣流阻力還沒有任何變化,。由于疏水、疏油的“油水雙疏”納米特性,，能抗污染,，加強了反吹掃防堵塞的效果，燒重油項目煤焦油污染的擔心將減輕許多,。另外加熱反吹掃防堵塞技術(shù)是已經(jīng)成功使用20多年的非常成熟的技術(shù),。取樣探頭的自限溫加熱器也提高了安全性和分析系統(tǒng)的可靠性,。

   LKP-106型原位處理法整體取樣探頭已進入工程應(yīng)用考核,。

5  結(jié)束語

     原位處理法是2009年新提出來的技術(shù)概念，“看上去很美”,，到底工程應(yīng)用的實際效果如何，只能由工程應(yīng)用得出令人信服的結(jié)論,。我們應(yīng)該始終不渝地堅持“有效改進，持續(xù)創(chuàng)新”的技術(shù)理念,，就不會在現(xiàn)實的嚴重困難面前無所作為。

參考文獻

1,、   金義忠，在線分析儀器樣品處理系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展,，第二屆在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇 論文集,，2007：210-216

2、   朱良漪,，過程分析儀器的發(fā)展,，首屆過程分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇 論文集，

1997：17-23

3,、   朱良漪,，21世紀的前沿技術(shù)“分析技術(shù)”與“自動化”的系統(tǒng)集成，第二屆在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇 論文集,， 2007：4-6