在線監(jiān)測煤氣中CO、CO2、H2、O2濃度儀

總則

本技術(shù)方案是專門為軋鋼加熱爐的尾氣檢測而制定。

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，儀器方面解決了傳統(tǒng)在線氣體分析儀CH4測量結(jié)果不準(zhǔn)、不能直接測量CnHm的問題，并能夠準(zhǔn)確測量煤氣體中H2的濃度；預(yù)處理系統(tǒng)方面經(jīng)過長期實踐并在借鑒   經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)出煤氣在線分析系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由如下幾個部分組成：

1、 儀表部分：采用*自主知識產(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，并實時計算煤氣熱值；

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

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

4、 數(shù)據(jù)傳輸接口：測試數(shù)據(jù)通過RS-485或4-20mA輸出接口傳輸?shù)缴霞壖锌刂葡到y(tǒng)。為實現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測、工藝調(diào)整提供實時依據(jù)。

  在方案實施過程中，本公司根據(jù)客戶現(xiàn)場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、針對性設(shè)計與生產(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程專業(yè)技術(shù)服務(wù)。

*全新的單路或多路巡檢煤氣成份分析系統(tǒng)的優(yōu)勢：

由于被測量氣體中含有粉塵、水份、焦油、苯、萘等雜質(zhì)，為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定正常運行，本系統(tǒng)設(shè)計采用全程伴熱、汽水分離、氮氣反吹、精密過濾、吸附、降溫、分離等多級程序，保證系統(tǒng)工作可靠、測量準(zhǔn)確。

● 多路（1-6路）循環(huán)實時監(jiān)測煤氣成分濃度值，極大地為客戶節(jié)約分析儀投入成本。

● 通過PLC控制特殊定制的電磁閥來實現(xiàn)多路循環(huán)，帶有自動和手動模式。

● 使用工業(yè)觸摸屏做為人機(jī)對話界面操作簡便，可任意編程每路測量時間和報警點。同時還帶有實時曲線、歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)記錄、報警記錄等功能。

● 整機(jī)自主設(shè)計知識產(chǎn)權(quán)，安全可靠。友好人機(jī)對話界面，操作簡便。

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、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 儀表符號和標(biāo)志

● HG/T 20638-2017 化工自控設(shè)計規(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)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范

● GB 50093-2002 自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范

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

● 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（IP 代碼）

● IEC/CENELEC 危險區(qū)域電纜外殼和安裝規(guī)程

● ISA S 12.4 用以降低危險區(qū)域等級的儀表吹掃

● ANSI/ISA S75.04-1995 爆炸和危險環(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 儀表運輸、運輸貯存基本環(huán)境條件及試驗方法

● GB/T 13384-2008 儀器儀表包裝技術(shù)條件

● SY 25-1995 石油設(shè)施電氣裝置場所分類

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

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

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

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

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

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

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

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

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

● HG 20516-2014        《自動分析器室設(shè)計規(guī)定》

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

● SH 3006                《石油化工控制室和自動分析室設(shè)計規(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            《運輸包裝收發(fā)標(biāo)志》

● GB/T4064—83           《電氣設(shè)備安全設(shè)計導(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：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)效益的重點所在。功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)、性能、安裝和驗收等技術(shù)方面提出的要求。

3.1.1設(shè)計要求：快速準(zhǔn)確的分析煤氣成分，高效自動運行。

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。

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

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

3.2 現(xiàn)場環(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濾吸附裝置、過濾裝置、氣水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成。氣體分析儀表可以完成對煤氣中CO、CO2、H2、O2的準(zhǔn)確測量，并同時計算熱值。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，通過操作觸摸屏人機(jī)交換界面進(jìn)行取樣操作。分為自動模式和手動模式：

自動模式下設(shè)置好每路的取樣時間，系統(tǒng)可自動運行，循環(huán)監(jiān)測每個監(jiān)測點的氣體含量。手動模式下可對任監(jiān)測點進(jìn)行單獨檢測分析。

樣氣通過取樣管進(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小時在線監(jiān)測，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 自動反吹取樣探頭及管路；

2 手動維護(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)過濾器過濾精度≤5µm

2) 分析單元技術(shù)指標(biāo)

2 測量組分： CO/CO2/H2/O2

2 測量方法： CO/CO2 ---NDIR紅外傳感器技術(shù)

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

               O2---長壽命電化學(xué)傳感器

測量量程   CO：0-75%

CO2：0-90%

H2：0-8%

2 測量精度： CO/CO2：≤1%FS

H2/O2：≤2%FS

2 響應(yīng)時間： ≤10秒（NDIR）

2 供電電源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz

2 輸出信號： 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，自動控制系統(tǒng)反吹運行；

2 分析系統(tǒng)按照7D*24H連續(xù)運行模式設(shè)計，實現(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，每種氣體成分對應(yīng)一路輸出，送往主控室DCS系統(tǒng)；

2 預(yù)處理單元：通過伴熱、過濾、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） 自主知識產(chǎn)權(quán)的NDIR紅外氣體分析和TCD熱導(dǎo)分析技術(shù)

對于CO/CO2分析，采用了自主知識產(chǎn)權(quán)的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術(shù)，壽命長，儀器維護(hù)量少。該技術(shù)2018年通過了科技部的科技鑒定，達(dá)  水平，通過7年的發(fā)展，目前已經(jīng)生產(chǎn)的傳感器數(shù)量超過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)實現(xiàn)了每年翻倍的發(fā)展。目前公司是國內(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，帶動了國內(nèi)NDIR紅外技術(shù)的發(fā)展。

TCD熱導(dǎo)H2傳感器采用德國海利普微流熱導(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)到國際同類產(chǎn)品*水平。

實現(xiàn)核心儀器的批量生產(chǎn)不僅降低了儀器的購買費用， 同時對于客戶今后的維護(hù)和保養(yǎng)也是一個良好的保障。進(jìn)口儀器一旦出現(xiàn)問題，很難在短時間內(nèi)修復(fù)。

2）確保H2測量的準(zhǔn)確性

　　熱導(dǎo)傳感器主要用于測量二元氣體，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。而如果用于測量多種混合氣體時，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H2的測量結(jié)果影響不大，但是CO2 、CH4 對H2測量影響明顯。通過理論分析及實驗表明，如果氣體成分中含有CO2，會使H2的測量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數(shù)偏高。因此如果，為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對H2進(jìn)行CO2 的校正。本方案的五組份煤氣分析儀在設(shè)計時已經(jīng)考慮到上述因素，作了嚴(yán)格試驗并將各種氣體的相互影響進(jìn)行了修正和補償，消除煤氣中其他成分對H2的影響，故能夠保證H2測量值的準(zhǔn)確性； 同時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H2測量無影響。

由于熱導(dǎo)傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量進(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)檢測池，流量在0.3~1.0L/min的范圍內(nèi)變化對熱導(dǎo)的讀數(shù)沒有影響。

6）快速的氣體響應(yīng)時間

系統(tǒng)巧妙地設(shè)計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)場長距離氣體管道條件下測量快速響應(yīng)但又不對分析儀器造成不利影響。

7） 多級完善的預(yù)處理裝置

混合煤氣中即使經(jīng)過電捕焦等凈化處理，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過濾吸附裝置、多級汽水分離和氣體干燥裝置、氣體分流裝置、精密過濾裝置等組成

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)置了多級粉塵過濾裝置；機(jī)柜防護(hù)等級達(dá)到IP65以上，確保系統(tǒng)在環(huán)境  惡劣的條件下可靠運行。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)信號線和工作電源（AC 220V 5KW）。

● 負(fù)責(zé)設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計與建設(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)采樣點平臺的建設(shè)工作（若需要）。

● 負(fù)責(zé)對賣方所做的系統(tǒng)設(shè)計進(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。                

 ● 對購買的設(shè)備進(jìn)行驗收，派遣相關(guān)人員參加技術(shù)培訓(xùn)。

● 負(fù)責(zé)DCS信號線纜的連接與組態(tài)。

● 負(fù)責(zé)配合賣方現(xiàn)場服務(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)場組裝、進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)安裝及開機(jī)調(diào)試。

● 提供取樣點到分析系統(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.對外接線箱信號電纜：用于與DCS的4-20mA，信號連接，阻燃二芯屏蔽電纜，線徑≧1.0mm²；氧含量信號共用接口：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、驗收

6.1 檢驗

6.1.1 出廠檢驗

完整分析系統(tǒng)在裝箱前由賣方完成檢驗。這些檢驗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 安裝測試

賣方負(fù)責(zé)在啟動期間，完成所有測試，主板老化試驗不少于150小時。

6.1.3 驗收

設(shè)備正常運行72小時視為合格，買方和賣方辦理驗收交接手續(xù)；設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場18個月后，因買方不具備安裝條件，雙方視設(shè)備為驗收合格，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間檢查和測試分析裝置或在賣方公司進(jìn)行測試和檢查時進(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)場后進(jìn)行檢查。

6.3保證

考慮到整體系統(tǒng)的運行，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。

6.3.2實用性

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

6.3.3設(shè)計、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)計上沒有缺陷。

賣方進(jìn)一步保證分析系統(tǒng)投運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、運輸和儲存

賣方負(fù)責(zé)分析系統(tǒng)的包裝和運輸，若因包裝和運輸過程發(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存分析系統(tǒng)時的要求，以防止分析系統(tǒng)的任何損壞。

交貨清單

在線監(jiān)測煤氣中CO、CO2、H2、O2濃度儀