在線監測煤氣中CO、CO2、H2、O2濃度儀

總則

本技術方案是專門為軋鋼加熱爐的尾氣檢測而制定。

工業煤氣主要有蘭炭爐煤氣、煤氣發生爐煤氣、焦爐煤氣、扎鋼加熱爐等。

軋鋼加熱爐尾氣主要成分如下：

*利用自身的技術創新優勢，儀器方面解決了傳統在線氣體分析儀CH4測量結果不準、不能直接測量CnHm的問題，并能夠準確測量煤氣體中H2的濃度；預處理系統方面經過長期實踐并在借鑒   經驗的基礎上，開發出煤氣在線分析系統。整個系統由如下幾個部分組成：

1、 儀表部分：采用*自主知識產權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、 預處理及采樣裝置：針對不同工況煤氣進行采樣和凈化處理，保證系統長期穩定、可靠、準確、連續正常的工作。

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

4、 數據傳輸接口：測試數據通過RS-485或4-20mA輸出接口傳輸到上級集中控制系統。為實現遠程的監測、工藝調整提供實時依據。

  在方案實施過程中，本公司根據客戶現場的具體情況的具體要求，積極提供設備的選型咨詢與技術交流、確定技術方案與系統配置、針對性設計與生產、專業制作與調試、人員培訓等內容，我們將為用戶提供全過程專業技術服務。

*全新的單路或多路巡檢煤氣成份分析系統的優勢：

由于被測量氣體中含有粉塵、水份、焦油、苯、萘等雜質，為保證系統長期穩定正常運行，本系統設計采用全程伴熱、汽水分離、氮氣反吹、精密過濾、吸附、降溫、分離等多級程序，保證系統工作可靠、測量準確。

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

● 通過PLC控制特殊定制的電磁閥來實現多路循環，帶有自動和手動模式。

● 使用工業觸摸屏做為人機對話界面操作簡便，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、歷史數據記錄、報警記錄等功能。

● 整機自主設計知識產權，安全可靠。友好人機對話界面，操作簡便。

標準與規范

單路或多路巡檢煤氣成份分析系統，包括設計、制造和指導調試以及有關技術文件和圖紙，遵循下述標準和規范：

● ISA 5.1-2009 儀表符號和標志

● HG/T 20638-2017 化工自控設計規定

● GB/T 12519-2010 分析儀器通用技術條件

● GB 3836.15-2000 爆炸性氣體環境用電氣設備

● GB 50058-1992 爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范

● GB 50093-2002 自動化儀表工程施工及驗收規范

● BS IEC 61831-1999 在線分析儀系統的設計和安裝

● IEC 60079 爆炸性氣體環境用電氣設備

● IEC 60529 外殼防護等級（IP 代碼）

● IEC/CENELEC 危險區域電纜外殼和安裝規程

● ISA S 12.4 用以降低危險區域等級的儀表吹掃

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

● GB/T 13384-2008 儀器儀表包裝技術條件

● SY 25-1995 石油設施電氣裝置場所分類

● GB 50160-2018          《石油化工企業設計防火規范》

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

● GBJ 236-82            《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》

● GBJ 232-82            《電氣安裝工程施工及驗收規范》

● GB50093-2002          《工業自動化儀表工程施工及驗收規范》

● HGJ 229-83             《化工設備、管道防腐蝕工程施工及驗收規范》

● SHJ 501-85             《石油化工劇毒、易燃可燃介質管道施工及驗收規范》

● HG 20509-2014          《儀表供電設計規定》

● HG 20510-2014         《儀表供氣設計規定》

● HG 20516-2014        《自動分析器室設計規定》

● EEMUA   38         《在線分析儀系統的設計和安裝》

● SH 3006                《石油化工控制室和自動分析室設計規范》

● SH 3081                《石油化工儀表接地規范》

● ANSI  B16.104          《密封泄漏》  

● MSS-SP-25              《銘牌和印記》

● GB/T13384              《機電產品包裝通用技術條件》

● GB/6388—86            《運輸包裝收發標志》

● GB/T4064—83           《電氣設備安全設計導則》

● GB/4720/GB3797/GB3047.1《電控設備制作規范》

（注：上述標準如果出現新標準替代，按照最新標準版本執行）

工作環境條件

2.1 柜體安裝地點：室內安裝

2.2 環境溫度：-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

系統概述

本方案主要針對如何高效、合理的利用煤氣是企業節能減排、追求經濟效益的重點所在。功能設計、結構、性能、安裝和驗收等技術方面提出的要求。

3.1.1設計要求：快速準確的分析煤氣成分，高效自動運行。

3.1.2設備名稱：軋鋼加熱爐尾氣成份分析系統。

3.1.3安裝位置：軋鋼加熱爐尾氣管道。

3.1.4巡檢數量：1臺。

3.1.5監測目的：監測煤氣中CO、CO2、H2、O2濃度，指導尾氣的合理有效利用，

3.1.7信號輸出：提供標準的4~20mA模擬量信號和標準的RS-485數字通訊。

3.2 現場環境

3.2.1工藝管道

管道型式：由買方提供相應數據（豎式或者橫式）

系統組成及原理說明

4.1系統組成

該系統由直管式取樣探頭、反吹控制系統、氣體分析單元、伴熱管線、預處理及采樣裝置、安裝機柜及控制系統等組成。直管式取樣探頭包括直管探頭、控制閥；預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的準確測量，并同時計算熱值。安裝機柜及控制系統主要由三菱PLC控制裝置、電磁閥等控制裝置組成。

4.2系統工作原理

參照系統原理流程圖，煤氣管道上取樣，三通切換閥可實現采樣、標校的氣路切換操作。

打開管道上的取樣開關球閥，通過操作觸摸屏人機交換界面進行取樣操作。分為自動模式和手動模式：

自動模式下設置好每路的取樣時間，系統可自動運行，循環監測每個監測點的氣體含量。手動模式下可對任監測點進行單獨檢測分析。

樣氣通過取樣管進入氣液分離器，除掉樣氣中所夾雜的液體，然后進入電子冷凝器干燥裝置，能夠實現24小時在線監測，干燥后的樣氣，在調節閥的控制下（流量在允許范圍以內），進入分析儀的分析室，經過分析后再排放到專用排污放空管道。

4.3系統技術指標

1) 預處理采樣裝置技術指標

2 自動反吹取樣探頭及管路；

2 手動維護控制閥門，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 低溫環境下采樣管道采用伴熱技術，防止水分、焦油冷凝而堵塞管路；

2 取樣探頭采用燒結過濾器過濾精度≤5µm

2) 分析單元技術指標

2 測量組分： CO/CO2/H2/O2

2 測量方法： CO/CO2 ---NDIR紅外傳感器技術

              H2---TCD熱導檢測技術

               O2---長壽命電化學傳感器

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 響應時間： ≤10秒（NDIR）

2 供電電源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz

2 輸出信號： 標準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) 分析機柜及控制系統技術指標

2 整體機柜防護等級IP56；

2 柜體配置可視窗口，換氣通常；

2 控制系統：采用三菱PLC，自動控制系統反吹運行；

2 分析系統按照7D*24H連續運行模式設計，實現真正意義上的在線；

2 系統能夠輸出6路4-20mA電流信號，每種氣體成分對應一路輸出，送往主控室DCS系統；

2 預處理單元：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；

2 預處理單元每年根據實際使用工況，至少負責清洗1-2次

4.4煤氣分析系統技術關鍵

1） 自主知識產權的NDIR紅外氣體分析和TCD熱導分析技術

對于CO/CO2分析，采用了自主知識產權的NDIR非分光紅外氣體傳感器技術，壽命長，儀器維護量少。該技術2018年通過了科技部的科技鑒定，達  水平，通過7年的發展，目前已經生產的傳感器數量超過100000套，成熟可靠的技術，確保了產品的穩定性。公司依靠該技術實現了每年翻倍的發展。目前公司是國內能夠掌握核心傳感器開發技術的少數企業之一，帶動了國內NDIR紅外技術的發展。

TCD熱導H2傳感器采用德國海利普微流熱導傳感器，配合公司*的  技術，穩定性比以往技術大大提高。儀器采用了*的數字化技術和嵌入式軟件，精度達到國際同類產品*水平。

實現核心儀器的批量生產不僅降低了儀器的購買費用， 同時對于客戶今后的維護和保養也是一個良好的保障。進口儀器一旦出現問題，很難在短時間內修復。

2）確保H2測量的準確性

　　熱導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，而且其熱導系數各異，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的熱導系數相當，對H2的測量結果影響不大，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的測量讀數偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數偏高。因此如果，為了得到準確的H2含量，應對H2進行CO2 的校正。本方案的五組份煤氣分析儀在設計時已經考慮到上述因素，作了嚴格試驗并將各種氣體的相互影響進行了修正和補償，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確的H2含量。

5）流量變化對H2測量無影響。

由于熱導傳感器的基本原理是通過對氣體流動帶走的熱量進行換算，如果采用直接流通式的熱導檢測池，很難控制氣流，流量大小直接影響H2的讀數；我公司采用了  的旁流擴散式的熱導檢測池，流量在0.3~1.0L/min的范圍內變化對熱導的讀數沒有影響。

6）快速的氣體響應時間

系統巧妙地設計了采樣氣體分流裝置，在大流量氣泵的抽取下，能夠保證現場長距離氣體管道條件下測量快速響應但又不對分析儀器造成不利影響。

7） 多級完善的預處理裝置

混合煤氣中即使經過電捕焦等凈化處理，仍然存在焦油等物質，為避免焦油氣冷凝污染儀器，堵塞氣路，需要在氣體進入機柜預處理的前端進行降溫、清洗處理。預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）機柜以及控制系統

　　分析儀器安裝在機柜中，氣體采樣和預處理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并設置了多級粉塵過濾裝置；機柜防護等級達到IP65以上，確保系統在環境  惡劣的條件下可靠運行。機柜內部采用恒溫處理，保證設備在北方低溫環境下正常工作。

雙方責任

5.1分析系統供貨范圍及分界線表

注：“√"：主要責任人，“○"：配合人

5.2買方責任

● 負責到分析系統的敷設信號線和工作電源（AC 220V 5KW）。

● 負責設備基礎的設計與建設工作。

● 負責分析系統取樣閥的開孔以及焊接工作。

● 負責采樣點平臺的建設工作（若需要）。

● 負責對賣方所做的系統設計進行最終確認。

● 根據技術協議及合同的要求，提供設備安裝的  條件。                

 ● 對購買的設備進行驗收，派遣相關人員參加技術培訓。

● 負責DCS信號線纜的連接與組態。

● 負責配合賣方現場服務工作。

5.3賣方責任

● 負責所有應供貨設備，指導現場組裝、進行現場指導安裝及開機調試。

● 提供取樣點到分析系統之間所需采樣管。

● 提供分析柜，包括所有的分析儀表所用的電氣設備。

● 提供管道上安裝設備的全部要求，包括數量、尺寸和采樣孔的位置。

● 提供儀器標定所需標準氣體和氣瓶減壓閥（根據訂貨合同清單）。

5.3用戶配套服務

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.排氣口規格：Ф6；

5.分析系統落地式安裝底座（1800×600×600）;

6.單套系統重量約150kg。

產品制造、安裝、驗收

6.1 檢驗

6.1.1 出廠檢驗

完整分析系統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，并提供產品合格證。

6.1.2 安裝測試

賣方負責在啟動期間，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；設備到達現場18個月后，因買方不具備安裝條件，雙方視設備為驗收合格，辦理交接手續，買方履行其它（付款）義務，但賣方仍履行指導安裝調試義務。

6.2 檢查

買方或  代表有如下權利：

在系統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行測試和檢查時進行監督。

裝貨前或裝貨后，審查質量控制工作。

在分析裝置到達現場后進行檢查。

6.3保證

考慮到整體系統的運行，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、打包和標識。

6.3.2實用性

賣方以書面形式保證，賣方熟悉安裝現場和安裝分析系統的目的。

6.3.3設計、質量、材料和制造

賣方保證分析系統是新的和優質的，設備在設計上沒有缺陷。

賣方進一步保證分析系統投運后更換的部件材料沒有缺陷。

6.3.4性能

賣方保證分析系統的性能滿足買方要求。

包裝、運輸和儲存

賣方負責分析系統的包裝和運輸，若因包裝和運輸過程發生分析系統儀器設備的毀損，由賣方負  責任。

賣方以書面形式提出買方儲存分析系統時的要求，以防止分析系統的任何損壞。

交貨清單

在線監測煤氣中CO、CO2、H2、O2濃度儀