1 在線分析系統工程應用的現狀

　　我國專業化開展在線氣體分析工程應用始于1985年，艱辛歷程24年的工程應用實踐經驗值得認真總結和充分利用。基于在線分析系統已經突破和超越了在線分析系統的不爭事實，在線分析系統已成為主導市場的主要業態，在線分析工程技術必須高度鎖定工程應用的向度。當今的在線分析系統已經具有工程應用的力度、適應性和較大規模，并正在拓展更為廣闊的應用領域。

　　在線分析系統工程應用的主要目的是工藝過程的優化控制和安全生產以及節能治污減排，更直觀的技術表達就是追求物質成分量信息適時、連續計量的準確度。“不連續”和“不準確”將成為判斷在線分析系統“廣義”故障的兩個技術尺度。

　　2 在線分析系統工程應用故障的定義

　　本文討論的在線分析系統工程應用故障決不是僅僅指系統或儀器損壞，可能停用報廢的狹義而經典意義的故障，而是“廣義”的故障。欲了解更多信息請登錄電子發燒友網(http://www.1cnz.cn)

　　使在線分析系統的運行嚴重偏離正常的工程應用狀態，使在線分析系統的物質成分量檢測輸出信號嚴重偏離正確檢測值的一切非常態或故障，定義為在線分析系統的工程應用故障(以下簡稱故障)。自然也包括在線分析系統或在線分析器損壞而停用甚至報廢的后果極為嚴重的故障。

　　3 在線分析系統工程應用故障的分類技術分析

　　本文以在線分析系統工程應用角度的廣闊視野，對在線分析系統的工程應用故障進行分類評估和技術分析，以求能準備好故障處置的“應急預案”，提高故障排除的效率和效果。

　　在線分析系統的工程應用故障可大致分成如下十類，其后將分類陳述：

　　(1) 針對性設計失誤

　　(2) 技術轉移失效

　　(3) 環境適應性太差

　　(4) 反應速度太慢

　　(5) 樣氣流量下降或中斷

　　(6) 樣氣除塵失效

　　(7) 樣氣除濕失效

　　(8) 無檢測信號

　　(9) 分析值準確度低

　　(10) 安全性差

　　3.1 針對性設計失誤

　　在線分析系統的最大特點是針對樣氣條件、工程應用要求及環境條件的針對性設計，這種針對性設計的主要根據是工程項目的技術協議(合同的有效附件)，當然訂貨合同也是根據，只是它遠不如技術協議準確和全面。

　　(1) 分析器的測量范圍不符合工程應用要求，并進而導致檢測準確度嚴重降低;

　　(2) 分析器的選型和規格令設備的使用維護者不滿意;

　　(3) 在線分析系統不很適應工程非常態的樣氣條件和環境條件。對“非常態”缺氣認識和交流非常有害。

　　加強工程用戶的內部協調，加強供需雙方訂貨前后的深入技術交流，一般可以避免此類故障的發生。

　　3.2 技術轉移失效

　　在線分析一旦進入工程應用現場，系統針對性設計的產品技術，安裝技術，使用維護技術，以及一般性的檢修技術，都要準確無誤地轉移到工程用戶的專業操作人員手中。快速有效轉移的方式主要是系統的安裝使用說明書、系統安裝規范或指導文件、操作人員的針對性培訓以及供應的備品備件等。

　　技術轉移失效的突出表現是用戶反映“不會用”，“不會維護”。其嚴重后果是會引發不該發生的故障，甚至是系統停運或損壞。

　　(1) 安裝使用說明書的指導性差;

　　(2) 技術培訓不到位;

　　(3) 用戶的管理不規范。

　　供方的責任是：安裝使用說明書要能真正準確無誤、容易理解地指導用戶安裝、使用，維護設備;培訓用戶要按程序實施，以提高培訓質量。需方也應有規范的管理，讓專業人士接受培訓，避免操作人員盲目流動。

　　3.3 環境適應性太差

　　在線分析系統的應用環境是很難控制的，有時選一個合適的安裝位置都十分困難。

　　(1) 環境的極限溫度無論最高，最低都很容易引發系統的故障。最高溫度≥45℃時，40℃使用溫度的分析器肯定要癱瘓了，加空調器降溫是必要的。最低溫度≤+5℃是絕對不允許的，分析器和某些樣氣處理部件也不能適應，控制室升溫≥10℃是非常必要。

　　(2) 系統的取樣點離分析機柜的距離越小越好，以<15米為宜。對提高系統的反應速度有利。

　　(3) 控制室或分析機柜的安裝處要遠離大功率用電設備或強電磁場設備，避免發生電氣干擾和高頻電磁干擾。電氣干擾會造成分析儀器信號與上位DCS信號不一致，此時可加信號隔離器排除。高頻干擾信號會使系統的安全性能降低，甚至使質量不高的分析器出現液晶顯示亂跳字或黑屏的故障。

　　電氣干擾和高頻電磁干擾一旦出現，排除故障一般都比較困難。

　　3.4 反應速度太慢

　　在線分析的適時顯示非常必要，安全監控項目尤為重要。一般對系統總滯后時間(T10)的要求是<60s，有快速旁路流設計的系統和短距離傳輸樣氣的系統會遠小于60s 。

　　(1) 樣氣傳輸管線太長(例如≥30米)、太粗(以φ6ⅹ1為宜)、內壁太臟和粗糙;

　　(2) 樣氣處理部件過多，死體積過大;

　　(3) 樣氣流量過小(分析器流量盡可能選擇1L/min)。

　　正壓力樣氣的分析系統，在取樣點用減壓箱對高壓樣氣就地減壓至0.1MPa左右尤為重要。傳輸壓力越高，系統的反應速度(總滯后時間)越慢。

　　3.5 樣氣流量下降或中斷

　　樣氣流量下降或中斷是樣氣處理系統的樣氣處理性能惡化或發生故障的最直觀的顯示，也是系統每天維護中的重點觀察內容。

　　(1) 取樣探頭過濾器、膜式過濾器積塵嚴重或發生堵塞;

　　(2) 氣路有積塵積液的堵塞，最嚴重的是樣氣冷凝器因設定溫度過低所造成的冷凝水結冰發生的堵塞故障;

　　(3) 氣路泄露嚴重也會使樣氣流量嚴重下降。如果是工藝樣氣源流的壓力過低，則是系統的適應性問題，必要時需要適當改變樣氣處理系統(例如增加抽氣泵)才能排除。

　　3.6 樣氣除塵失效

　　樣氣除塵是樣氣處理系統最為困難的任務之一，分析器的苛刻要求是<0.3um，

　　<10ug/m3。隨技術的發展，系統設計的進步，應該說樣氣除塵已經是項很成熟的技術。

　　樣氣除塵有三個技術環節：

　　(1) 取樣探頭的加熱反吹過濾技術，所用的高效過濾元件已能過濾0.3um粉塵99%，過濾元件上不斷聚集的灰塵，借助PLC控制電磁閥組實現的0.6MPa壓力下的加熱反吹掃，完全可以實現免維護、高可靠性的防堵塞連續取樣。

　　(2) 后級膜式過濾器的失效，除了過濾膜嚴重污染或積塵需要更換以外，因氣流阻力增大或膜片破損而造成的故障，值得警惕。具有疏水特性的過濾膜片能有效適應偶然的“逃液”和樣氣中的液霧。

　　(3) 正壓型的在線分析系統，仍然需要設置某種原理的前級過濾器，如精度為1um 99%的過濾器和液霧捕集器。粉塵，液滴過濾器和液霧捕集器的合二為一的組合式設計是最理想的，重慶凌卡分析儀器有限公司有這種專利產品。

　　所有的過濾器，除非過濾元件和過濾膜片具有疏水特性，都會因樣氣含水或液霧嚴重而容易發生堵塞或破損失效，樣氣處理系統的針對性設計應能預防這種潛在的故障。

　　3.7 樣氣除濕失效

　　樣氣處理系統的除濕(含除水)，也是樣氣處理系統最為困難的任務，至今仍有很大的優化提高的技術空間。

　　(1) 樣氣除水采用氣水分離器，排放冷凝水最經典和最可靠的手段是采用蠕動泵。但是蠕動泵排水故障(如排水管粘連)，會造成冷凝水進入后級流量計的嚴重故障。

　　(2) 降低樣氣的濕度，即除濕，要采用某種原理的樣氣冷凝器。最為經典和有效的是壓縮機式樣氣冷凝器，雙路更好。渦流式樣氣冷凝器的最大優點是本安防爆，但樣氣溫度只能降低25℃以內。半導體制冷的樣氣冷凝器的優點是成本低，樣氣入口溫度也只能達到60℃左右。

　　(3) 使用樣氣冷凝器的最大問題是出口樣氣的設定溫度不能太低，一般以+4℃左右為宜，如果設定<+2℃,極有可能產生局部結冰堵塞，進而冷凝水向后灌入分析器，造成更為嚴重的后果。

　　以上所述樣氣冷凝器處理后出口樣氣的溫度都在+4℃，絕對達不到0℃的極限。因為樣氣壓力等條件的影響，此時樣氣的露點并不是+4℃，而是可能高得多，造成其后出現液態水的嚴重故障。

　　美國Perma Fure公司的Nafion高分子隔膜干燥器能使樣氣露點達到-10℃以下，Baldwin熱電冷凝器也能將樣氣露點降至-7℃。這是樣氣處理系統技術很大的跨越，能為在線分析器提供更加有效地保護。

　　3.8 無檢測信號

　　在線分析系統讓人最不能接受的故障是分析器無顯示值，即無輸出信號。

　　(1) 樣氣中斷，樣氣流量無顯示。主要是樣氣處理系統因堵塞或抽氣泵損壞等嚴重故障引起，應針對性檢查和排除。樣氣帶有液態水也很容易造成抽氣泵損壞。

　　(2) 系統或分析器的電器連接存在錯誤，特別是輸出信號開路，應認真檢查確認無誤。

　　(3) 分析器故障;如接收器等部件損壞。儀器保險絲熔斷保護也不要疏忽。

　　3.9 分析值準確度低

　　工程上使用在線分析器和在線分析系統的本質目的或最終目的，是準確、可靠、適時地在線檢測，為工業生產實現工藝過程優化控制提供物質成分量的準確信息。

　　分析值是否準確，只有正確使用合格的標準氣，對分析器的零點和量程進行嚴密的校準，才能予以確認。

　　分析值不準確的原因在“在線分析系統廣義抗干擾研究”【1】論文中已有全面深入的論述，大至可分為以下幾類;

　　(1) 分析器方面：儀器原理及其量程選型不當，干擾組分的干擾誤差過大等。

　　(2) 樣氣處理系統方面：工藝樣氣在取樣、樣氣傳輸和樣氣處理全過程中，發生的各種細微的變化和影響。如煙氣脫硫(CEMS)系統的樣氣冷凝器是樣氣處理系統必不可少的樣氣處理部件，SO2會從冷凝水中流失3—5%，也就是在這一技術環節，分析值的準確度下降了 3—5% 。

　　(3) 應用環境方面：主要是電氣干擾和射頻電磁干擾，如前所述。質量不高的分析器，旁邊有人打手機，都會使儀器的顯示亂“跳字”。

　　此方面的影響因素很多，涉及多方面的原理和許多微妙的因素，只能具體問題具體分析，工程應用的經驗起著決定性的作用。

　　3.10 安全性差

　　在線分析系統的安全應用所涉及的技術問題很多，而且專業性很強，可簡單歸納如下：

　　(1) 分析器和在線分析器的電氣安全指標是合格的，但因運輸、貯存、安裝等方面，因濕度高等原因，會使原有的電氣安全性能下降。

　　(2) 有一定防爆要求的在線分析系統和規范設計的在線分析系統，在現場安裝或重新組裝的過程中，由于安裝疏忽或檢查確認不到位等原因，使原設計的防爆功能下降。

　　(3) 完成安裝并運行的系統，冷凝水和尾氣排放不符合要求，不暢通或未排到安全、不致造成污染的地方。

　　(4) 樣氣處理系統的泄漏是絕對不允許的，是很大的安全隱患和故障源。

　　4 在線分析系統工程應用故障的排除

　　在線分析系統是大型、精密的成套設備，應該追求100%的工程應用成功率。所以對其工程應用故障進行全面深入的技術分析，有很重要的現實意義，對其故障的排除也有一定的指導意義。

　　對在線分析系統工程應用故障的排除提出如下意見：

　　4.1 加強專業廠的全過程技術服務

　　專業廠有針對性，規范的專業化設計，這是分析系統成功應用最大的保證。也應要求系統的安裝使用說明書、技術培訓、備品備件供應等，能有效保障該產品的設計技術、應用維護技術、一般性的檢修技術，能被工程用戶的專業操作人員全面理解、掌握和熟練運用。

　　4.2 以專業技術知識為指導

　　在線分析工程技術是門很特殊的新專業，要檢修其工程應用故障，沒有較好的專業技術知識和相當的理論知識是很難想象的。所以，進一步的學習和技術交流就顯得必要了。

　　4.3 經驗主義地解決現實問題

　　在線分析系統的專業化應用也有24年艱辛歷程，畢竟已經積累了比較豐富的工程應用經驗，這在系統的使用維護與檢修中肯定用得著。某種故障的排除或降低其不利影響，即使我們不知道為什么，但我們知道怎樣按程序如何做，也肯定能取得好的效果。

　　4.4 對生產工藝條件和現場條件的當前狀態多做深入分析研究

　　應十分清醒的認識到，工業生產的生產工藝條件是動態變化的，當然十分穩定的也有。變化的最大原因是產品的調整或生產工藝的改進，此時還固執地認為分析值與原來有差別，和大的變化，就是分析系統有故障，顯然是誤會或誤解。生產工藝也可能發生意外的不希望的擾動或失常，造成樣氣條件巨大變化，難免發生這種潛在的故障，也應該引起我們高度關注。

　　4.5 注重細節，關注過程

　　在線分析行業的在線分析系統工程應用， “細節決定成敗”的觀念很流行，也的確如此。難的是任何時間、任何技術環節，我們關注細節都嚴密周到，沒有任何疏忽和漏洞。

　　在線分析系統的工程應用，只有控制住了全過程，才能把握住所有細節。

　　所以，我們最后的忠告和建議是：

　　有效控制全過程，把握住所有細節，把故障消除在發生之前，全力爭取在線分析系統工程應用的完全成功。