激光气体分析仪在测量焦炉气氧含量中的应用

一、概述

在焦炉气柜后焦炉煤气进静电除尘装置前需要分析焦炉气氧含量, 静电除尘装置中氧含量达到一定百分比时会发生爆炸, 造成设备损坏和人身伤亡事故, 因此对进静电除尘的焦炉气氧含量的分析具有重要的现实意义。我公司采用的氧含量分析仪为LG-4100型激光分析仪, 直接安装在工艺现场, 没有采样预处理系统, 测量精确度高, 响应时间短, 维护工作量小, 运行成本低。具有其它类型的分析仪无可比拟的优点。

二、LGA-4100分析仪结构组成和分析原理

目前我公司测量焦炉气氧含量采用的型号为LGA-4100的激光分析仪, 其主要由以下几部分组成:发射装置、接收装置、中央处理单元和辅助单元。

其中发射装置和接收装置通过法兰和球阀直接安装在焦炉气管道的两侧, 发射装置发出一定波长的激光束 (仅能被被测气体吸收而不能被焦炉气中其它组分气体吸收) , 穿过管道中的焦炉气, 经被测气体吸收后激光强度会产生衰减, 激光强度的衰减和被测气体的含量成比例, 这是激光分析仪的测量原理。衰减后的透射光被接收装置的光电传感器接收, 再由线路传送到中央处理单元, 经中央处理单元处理后得到氧气的含量。

激光分析的辅助单元由吹扫装置和正压通风装置组成, 焦炉气中含有大量粉尘, 会污染发射装置和接收装置的光学镜片而使透过率下降, 为了保证分析仪的长期工作, 发射装置和接收装置的光学镜片由工业氮气吹扫, 在镜片上形成气幕, 与带粉尘的焦炉气相隔离, 起到保护镜片的作用。同时, LGA-4100分析仪在接收装置中内置了正压控制模块, 对发射装置和接收装置内部的防爆气体的压力进行检测和控制, 确保LGA-4100分析仪在危险场合的使用。

三、分析仪的性能特点

LGA-4100分析仪和其它类型的分析仪相比, 采用了独特的技术, 因而测量准确度高, 性能更加可靠。

1. 使用单线光谱技术防止其它组分的干扰

采用红外光谱技术的分析仪, 发出的光源谱线很宽, 其谱线除包含被测气体的吸收谱线外, 还有能被焦炉气中其它组分所吸收的谱线, 因此, 光源发出的谱线被被测量气体吸收的同时又被其它组分吸收, 激光气体分析仪光源的谱宽小于0.0001纳米, 为红外光源谱宽的1/106, 这么窄的谱线范围, 除了被被测气体所吸收外, 焦炉气中的其它组分均不能吸收, 可以称为单线光谱, 最大限度地防止了背景气体的干扰。

2. 使用调制光谱技术来克服粉尘与视窗污染的影响

分析仪的光通道内粉尘浓度增加或视窗污染均会导致光传感信号减弱, 如不采取措施, 仪器就会得到错误的测量结果。激光分析仪采用了调制光谱技术, 其光谱分为两个区, A区不能被被测气体吸收, B区能被被测气体吸收, A区得到的测量信号就是粉尘和视窗的透过率Td, 从B区得到的测量信号是总透过率, 其值为Tgd=Td×Tg, 经过换算后可以得到被测气体的透过率Tg=Tgd/Td, 被测气体的透光率Tg为总透过率与粉尘和视窗透过率Td的比值, 由于光学镜片的污染, 总透过率和粉尘和视窗的透过率都下降, 但比值不变, 分析仪的中央处理单元根据其比值得到被测气体的含量, 这样就保证了测量的准确性。

3. 谱线变化自动修正技术

在焦炉气的温度和压力发生变化时, 被测气体谱线也会发生相应的变化, 从而影响测量的准确性。LGA-4100激光气体分析仪采用了温度压力补偿技术, 通过输入焦炉煤气温度和压力变送器传来的信号, 分析仪能自动修正温度和压力变化对测量的影响, 从而保证了测量数据的精确性。

四、故障处理

1. 测量值偏高或偏低该如何处理?

(1) 当LGA-4100分析仪的测量值与手工分析值和经验值比较偏高或偏低时, 我们首先要判断手工分析值的准确性, 确定分析值是否可信, 和经验值比较时, 看工况是否发生了变化, 只有经过认真分析后, 才能怀疑到分析仪测量的可靠性。

(2) 可以用标准气验证分析仪测量是否正确, 应备有标准气体, 以验证分析仪测量的准确性, 并可标定分析仪。

(3) 在采用温度压力补偿时, 温度和压力信号异常时, 分析仪的测量值也会出现偏差, 故确认分析仪的参数正确也是必须的。

(4) 检查吹扫气的流量和纯度, 吹扫气的流量过大或过小影响测量光程, 吹扫气的组分中含有被测气体直接影响测量准确性,

2. 仪表透过率过低时, 该如何处理?

(1) 检查有无异常工况, 如管道内焦炉气未经净化处理, 进入其他非常组份 (水气, 粉尘) 超标, 均可导致透过率过低, 可通过工艺协调调查清楚。

(2) 检查和调整吹扫气体流量和压力, 有效加强对视窗的保护。

(3) 检查和清洁光学视窗, 依次关掉仪器电源, 根部球阀, 吹扫减压阀, 松开锁箍, 拆下发射和接收单元, 清洁光学镜片, 完毕后重新启动分析仪, 正常情况下仪器的透过率大于90%, 否则应是仪器存在问题, 应仔细检查。

结束语

LGA-4100激光气体分析仪, 不受焦炉煤气中粉尘的影响, 它可以被直接安装在被测煤气管道上现场测量氧气含量, 不需采样预处理系统, 响应速度快。没有采样气的排放, 无污染, 过程部件少, 故障率低, 维护量小, 运行成本低, 与其它类型的分析仪相比较具有很大优势。

摘要：本文论述了基于半导体激光吸收光谱测量技术的激光气体分析仪的测量原理, 结构组成和主要性能特点, 并介绍了它在焦炉煤气氧含量分析中的应用及常见故障处理方法。

关键词：预处理系统,半导体吸收光谱,单线光谱,调制光谱技术

参考文献

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[2] 王欣、孙越, 激光气体分析仪在钢铁行业的应用, 《中国仪器仪表》.

[3] 叶华俊、陈人, 激光氧气浓度分析仪用于电除尘安全监控系统, 《冶金动力》.