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在线分析样气处理的原位处理法
发布时间:2009-12-13 22:23:00     点击: ( 1973 )
在线分析样气处理的原位处理法
 
 
 
摘  要  为克服传统直接抽取法样气处理系统的缺点和局限,原位安装法是项值得肯定的技术进步。但是工程应用实践证明,它仍然存在维护周期短,维护困难和维护成本高的明显不足。本文探讨的原位处理法走的是“中庸”技术路线,试图保持两者的优势,同时又克服两者的不足,也就是同时把制造成本和维护成本都降下来。依靠技术创新,我们正在接近这个理想目标。
    关键词  在线分析 样气处理系统  直接抽取法 原位安装法 原位处理法 少维护 维护成本
 
1  在线分析对样气处理系统的要求
 
     “样气处理系统技术是在线分析系统的核心和关键技术”。[1]  在线气体分析之所以成为普遍的现实,是因为已有比较成熟的样气处理系统技术,能将样气处理成接近标准气般的高品质,以满足在线分析器的苛刻要求。
      老一辈国际仪器仪表工程技术专家朱良漪教授早在1997年首届过程分析仪器应用及发展国际论坛的主旨报告“过程分析仪器的发展”中,曾精辟总结“制约过程分析仪器发展的症结是:1、过程分析的取样与预处理,2、成分信息的获得与共生信息的干扰和噪声的处理,3、长期使用的可靠性。”[2]  他在2007年第二届在线分析仪器应用及发展国际论坛的主旨报告“21世纪的前沿技术‘分析技术’与‘自动化’的系统集成”中,再次精辟总结在线分析工程技术的“难点和闪点:取样系统、可靠性、少维护、软件技术。”[3]
      在线分析系统工程应用的成功,也就是在线分析器的应用成功,绝对依赖样气处理系统的少维护和可靠性。
 
2  直接抽取法样气处理系统的回顾
 
   技术上比较成熟的直接抽取法样气处理系统在我国大约已有20年以上的历史。样气需要直接抽取,≤0.015MPa的样气压力,特别是炉窑负压型,以采用抽气泵抽取样气为标志。样气经取样系统(含反吹装置)取样后,还要加热保温传输至位于控制室的分析仪器柜,再进行降温、降压、除尘、除湿、冷凝液排放,流量调节与显示、气路切换、报警控制等一系列针对性很强的样气处理。
   直接抽取法的优点是技术上比较成熟,样气处理很到位,基本上能够达到接近标准气般的高品质,能够满足在线分析器的苛刻要求,保障在线分析系统工程应用的成功。
   直接抽取法的缺点也显而易见:技术设计复杂,制造成本高,安装和使用维护都有诸多困难,新产生的一些“共生信息”会降低检测准确度,例如CEMS系统采用电子冷凝器,SO2 会从冷凝水中流失掉3~5%,仅此一项SO2的检测信号就新增一项 3~5% 的负向误差。样气传输管路可能长达20m甚至30m以上,保障滞后时间小于60s有时也比较困难。
 
 
3  审视原位安装法
 
   原位安装法大概随激光气体分析器同时诞生,虽然时间不大长,因其独特优势很能吸引业界关注,志在做大做强的聚光科技(杭州)有限公司是应用原位安装法的先驱。
   原位安装法(即现场安装法)实际上并不存在样气处理系统。不管是相对安装的发射单元和吸收单元,或是用法兰安装方法将测量气室直接插入工艺管道(如烟囱)中,传统概念的样气处理系统都是不存在的,直插式整体氧化锆氧分析器也当属此列。原位安装法的优点似乎不言自明:省去了全套样气处理系统,制造成本大大降低,使用也简单了,供需双方都乐于接受这个良好的“愿景”。
   工程应用的优劣与成败最终最公正的裁判仍然是时间和实践。原位安装法在在线分析专业领域,面对长期(长期:指数年以上的稳定工作时间)连续使用的现实,处于高水份、高粉尘、强腐蚀、高污染、负压力的样气条件。测量气室在烟囱内被污染只是个不太长的时间问题,任何良好的愿望都改变不了。工程实践表明:大约1~2个月就需要维护和处理测量气室,在此处理之前,分析器的飘移和准确性也是很难令人完全放心的。维护带安装法兰的测量气室并不容易:位置在烟囱高位,测量气室组合件很长很大很重,一两个人还很难对付。由此产生的问题并不小,也并不乐观:原位安装法的维护周期短,维护难度大,维护成本高。多次艰难的维护之后,说不定就是弃之不用,后果似乎也很严重。有的连年亏损,专业作CEMS系统的环保公司竟然把亏损责任算在“维护”头上。
   原位安装法面临革新和完善技术的艰巨任务,另寻它法也该冷静的想一想了。
 
4  原位处理法探讨
 
4.1 原位处理法新概念
   超越原有技术的局限,就是技术进步。
   在线分析系统的推广应用,降低制造成本是主流方向之一。直接抽取法依靠复杂的匹配和组合设计,以及自动化技术,既能满足在线分析的要求,维护量也并不很大,是可以接受的,大幅度降度成本却很困难,除非是“山寨版的”粗制滥造,绝对难和原位安装法比拼。原位安装法(即现场安装法)如一些直插式分析器,虽然成本降得很到位,但维护周期短,维护量大,维护困难,维护成本很高,还可能威胁到可靠性和检测准确度,这种违背在线分析系统工程应用宗旨的现实表现就值得认真反思了。
   “中庸”之道是中国传统文化的一大特点,在线分析的取样技术可借助“中庸”的文化概念,并转变为技术概念,顺应工程应用的客观需要,提出“原位处理法”(即原位抽取法)。它不同于直接抽取法,因为样气不向远处控制室的分析仪器柜传输,并不在样气处理系统后级进行复杂的处理;它也不同于经典的原位安装法,因为分析器的测量气室不在易受严重污染威胁的烟囱内。
   原位处理法的分析器(包括测量气室)安装在工艺管道(如烟囱)外的现场,样气从烟囱抽取后并不送走,就在现场进行加热的高效过滤除尘处理,借助加热反吹技术以保障连续取样不堵塞,把维护量真正降下来;样气不再进行其他处理,如冷凝除水等,样气直接送入加热保温的测量气室“高温”检测,把制造成本也真正降了下来。也就是说既保留了两者的优点,又克服了两者的不足之处。
4.2 原位处理法已有先例
   英国仕富梅公司的790M、790T型氧化锆氧分析器,可看作是原位处理法的先例。该氧分析器为整体式结构,氧化锆传感器所在的取样探头和分析器控制部分连接成整体,控制部分也耐高温。分析器有个简化的取样探头,插入烟囱的探头管前端有个不太大的陶瓷过滤器,过滤精度是3μm,可看作是内过滤器取样探头。探头的炉墙外部分内置氧化锆传感器,一个微型气动采样泵将样气抽出并先流经传感器,混合废气再返回烟道。压缩空气对内过滤器实施反吹,以保障连续取样不堵塞。
   仕富梅公司该型氧分析器的“原位处理法”技术特征很鲜明,结构设计也小巧周到,应该是成功的设计。但是过滤器的过滤精度较低(3μm),比分析器要求样气含粉尘<0.3μm
 <100mg/m有较大差距。另外反吹气路管道直径小,阻力较大,反吹扫过滤器的实际效果也会打折扣。如果把使用和维护周期放长些观察分析,样气的含尘量和氧化锆传感器的免除污染和少维护,还是令人有些担心的。
   另外,如果过滤器所处样气环境低于100℃的低温状态,可能难以保障过滤器不堵塞。
4.3 原位处理法取样探头
   重庆凌卡分析仪器有限公司新研发的LKP106型整体式取样探头,就是这种典型的原位处理法取样探头,专为CEMS系统的紫外差分光谱SO2、NOX 检测仪配套。
   106型取样探头安装在烟囱高位的SO2、NOX 检测仪的上方,法兰式安装,直通式探头管插入烟囱内30cm,前开口端有护管以提高粉尘等污染物的物理分离效果,位于炉墙外的加热过滤器过滤粉尘,程控脉冲反吹扫保障过滤器连续取样不堵塞,压缩空气储气罐和耐高温电磁阀组也在探头保护箱内,所以称为整体式取样探头。从探头出来的干净样气直接送入加热保温的测量气室进行“高温”检测,小型气动采样泵位于测量气室之后,混合后的废气排向安全位置。
   本探头的设计目标是维护周期争取达到一年。如此信心来源于凌卡公司今年新研发的独家专有基础核心技术:具有纳米疏水特性的SiC超微孔高效过滤器,过滤精度(仅此一级)达到0.3μm 、99%;φ42xφ18x130mm规格的气流阻力,出人意料地小致120 Pa(样气流量1 L/min);彻底的疏水特性,令人惊异:过滤器在水中浸泡24h后,立即通气试验,不但使用正常,气流阻力还没有任何变化。由于疏水、疏油的“油水双疏”纳米特性,能抗污染,加强了反吹扫防堵塞的效果,烧重油项目煤焦油污染的担心将减轻许多。另外加热反吹扫防堵塞技术是已经成功使用20多年的非常成熟的技术。取样探头的自限温加热器也提高了安全性和分析系统的可靠性。
   LKP-106型原位处理法整体取样探头已进入工程应用考核。
 
5  结束语
 
     原位处理法是2009年新提出来的技术概念,“看上去很美”,到底工程应用的实际效果如何,只能由工程应用得出令人信服的结论。我们应该始终不渝地坚持“有效改进,持续创新”的技术理念,就不会在现实的严重困难面前无所作为。
 
 
参考文献
 
1、   金义忠,在线分析仪器样品处理系统技术的应用及发展,第二届在线分析仪器应用及发展国际论坛 论文集,2007:210-216
2、   朱良漪,过程分析仪器的发展,首届过程分析仪器应用及发展国际论坛 论文集,
1997:17-23
3、   朱良漪,21世纪的前沿技术“分析技术”与“自动化”的系统集成,第二届在线分析仪器应用及发展国际论坛 论文集, 2007:4-6

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