在線分析儀器與分析系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用6.ppt

在線分析儀器及分析系統(tǒng) 設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)講座 第二部分(6),第一講在線分析系統(tǒng)概述 第二講樣氣取樣處理系統(tǒng) 第三講分析系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用 主講人 朱衛(wèi)東 2011年,在線氣體分析系統(tǒng)設(shè)計與 工程應(yīng)用技術(shù)(第二部分),第一講 在線分析系統(tǒng)概述 第二講 樣氣取樣及處理系統(tǒng) 第三講 在線分析系統(tǒng)設(shè)計、集成與應(yīng)用 第四講 CEMS的煙氣參數(shù)監(jiān)測分析技術(shù) 第五講 煙氣脫硫脫硝CEMS的設(shè)計應(yīng)用 第六講 在線分析系統(tǒng)在石化行業(yè)的應(yīng)用,第一講 在線分析系統(tǒng)概述,1.1在線分析儀器與在線分析系統(tǒng)的發(fā)展,流程在線分析舉例：燃煤電廠在線監(jiān)測,在線分析儀器在過程控制上的應(yīng)用,在線分析儀器又稱過程分析儀器，通常指直接安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其他源流體現(xiàn)場，對被測介質(zhì)組成的成分參數(shù)或物性參數(shù)進行自動連續(xù)分析測量的一類儀器。 過程分析中，在線分析儀器大致分為兩類，一類是直接安裝在流程工藝管線上的在線分析儀器（on-line），儀器傳感器直接安裝在工藝管道或設(shè)備中，也稱為原位分析儀器； 另一類是通過簡單的取樣樣品處理，將樣氣從工藝管線取出，送到安裝在現(xiàn)場的過程分析儀器（in-line）檢測。這類簡單的取樣樣品處理被稱為在線分析儀器的取樣預(yù)處理部件。,在線分析儀器及在線分析系統(tǒng)已在石油化工、冶金、電力、建材、化肥、環(huán)境、安全監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對流程工業(yè)的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗和污染減排等發(fā)揮了重要作用 。 在線分析系統(tǒng)通常采取系統(tǒng)集成技術(shù)，根據(jù)不同在線分析要求，集成包括在線分析儀、其他相關(guān)檢測參量及自動化技術(shù)等組合的分析系統(tǒng)。 在線分析系統(tǒng)的集成技術(shù)應(yīng)用，除分析儀器、樣品取樣處理、數(shù)據(jù)處理傳輸技術(shù)外，還涉及到現(xiàn)代分析化學(xué)、物理學(xué)、機械、電子學(xué)、計算機技術(shù)及自動化等綜合學(xué)科的交叉應(yīng)用。,1.2在線分析系統(tǒng)的分類與基本組成,1.2.1在線氣體分析系統(tǒng)的分類 在線氣體分析系統(tǒng)的分類與在線分析儀器的分類相似。 按照在線分析儀器是否通過取樣分析被分為：取樣式在線分析系統(tǒng)及非取樣式在線分析系統(tǒng)； 按照在線分析儀器傳感器的安裝位置又分為原位安裝及現(xiàn)場安裝； 按照對被分析的樣品氣是否進行除濕處理又分為干法分析及濕法分析。,在線氣體分析系統(tǒng),圖1-1在線氣體分析系統(tǒng)的分類框圖,1.2.2抽取式分析系統(tǒng)的分類,1.2.3原位式在線分析系統(tǒng)的分類,原位式在線分析系統(tǒng)被分為點測量在線分析系統(tǒng)和線測量在線分析系統(tǒng)。 點測量原位式分析儀器的傳感器探頭直接安裝在工藝管線上 。 線測量原位式分析通常是發(fā)射一束光橫穿過流程管道，進行樣品氣的分析檢測 。又分為單光程和雙光程分析兩種形式,1.2.4在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用分類,在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用主要分為兩大類，一類是流程工業(yè)的過程控制工藝組分的在線成分量檢測應(yīng)用，一類是環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的固定源污染物排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）。 流程工業(yè)的在線分析系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，在線分析系統(tǒng)組成有各種類型。而環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的CEMS的組成類型也差不多。但CEMS的基本組成，已有國家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)范。目前CEMS是我國在線分析系統(tǒng)中唯一有明確標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的分析系統(tǒng)。CEMS的系統(tǒng)組成框圖參見下圖。,環(huán)境監(jiān)測 領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的 CEMS組 成示意圖,1.3在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成,1.3.1在線氣體分析系統(tǒng)的基本組成概述 在線氣體分析系統(tǒng)的的基本組成按照取樣式和非取樣式分類而不同。 取樣式分析系統(tǒng)的基本組成主要包括樣品取樣處理系統(tǒng)、在線分析儀器、數(shù)據(jù)采集處理傳輸以及分析小屋或分析柜等。 非取樣式在線分析系統(tǒng)，無需樣品取樣處理系統(tǒng)，如：原位式在線分析系統(tǒng)只包括原位式在線分析儀器及數(shù)據(jù)采集處理等部分。,圖1-3 取樣式在線分析系統(tǒng)組成框圖,1.3.3冷干法抽取式在線分析系統(tǒng)的組成, 冷/干法樣品處理系統(tǒng)要求 冷/干法的取樣處理應(yīng)保證樣品氣被測組分是真實的，保證能滿足在線分析儀器對被測樣品氣的要求。 在線分析儀器要求：被測量的樣品氣，應(yīng)該是無塵的（不含顆粒物）、干燥的（不含水汽）、并符合分析儀器要求的適宜的環(huán)境溫度范圍（常溫）。,通常冷/干法分析系統(tǒng)的取樣處理的除塵要求能達到0.10.3m；除濕器的設(shè)定冷凝溫度一般為為3-5；除濕器出口的溫度約在58，分析儀器傳感器大多恒溫在40左右，在分析檢測中不會有水分析出。,常規(guī)冷/干法分析系統(tǒng)組成示意圖,1.4在線分析系統(tǒng)的主要性能特性,1.4.1在線分析系統(tǒng)的可靠性 在線分析系統(tǒng)的可靠性是在線分析行業(yè)最關(guān)注的性能特性，是指按照客戶的要求進行可靠性設(shè)計，保證產(chǎn)品有合理的可靠度，能滿足客戶的預(yù)期使用壽命的特性。,可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力，或者是在規(guī)定的時間能保持完成規(guī)定功能的能力，也可以理解為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的能力。可靠性是與時間（t）有關(guān)的函數(shù)，表征產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)有可靠度、失效率、可靠壽命、首次故障平均時間（MTTF）、平均無故障工作時間（MTBF）、維修度、可用度等。 在線分析儀器及系統(tǒng)常用MTBF表示。如：氧化鋯氧分析儀的MTBF要求達到8000小時以上。,國內(nèi)用于環(huán)境監(jiān)測的煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），在標(biāo)準(zhǔn)中提出了至少連續(xù)運行90天的質(zhì)量保證要求。在90天運行時間內(nèi)，除系統(tǒng)正常維護外，不允許出現(xiàn)需要維修的故障；如出現(xiàn)故障維修后需重新檢測，這也是對系統(tǒng)可靠性及長期穩(wěn)定性的強制考核要求。,1.4.2在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在規(guī)定的工作條件下，輸入保持不變，在規(guī)定的時間內(nèi)分析系統(tǒng)的輸出信號（分析儀器示值）保持不變的能力。穩(wěn)定性用噪聲及漂移兩個參數(shù)表征，噪聲表示隨機誤差，漂移表示系統(tǒng)誤差。常用檢測指標(biāo)有：基線噪聲、零點漂移、量程漂移等。 在線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)，一般用在檢測期間內(nèi)的零點漂移和量程漂移的相對示值誤差表示，如：2%F.S./7d。對分析系統(tǒng)檢測期間的時間間隔大多要求為7d（168h）。,分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是指系統(tǒng)測量的指示值與被測量真值保持一致的能力。主要取決于分析儀器的準(zhǔn)確度，也包含系統(tǒng)取樣處理帶來的系統(tǒng)影響誤差。系統(tǒng)的準(zhǔn)確性的指標(biāo)大多用準(zhǔn)確度，即測量誤差表示，常用指標(biāo)為：絕對誤差和相對誤差。 分析系統(tǒng)在檢測標(biāo)定時，一般分為系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)及外標(biāo)。內(nèi)標(biāo)主要測定分析儀器的測量誤差，外標(biāo)要求從取樣探頭處通入標(biāo)氣進行系統(tǒng)標(biāo)定。也可采用規(guī)定參比方法標(biāo)準(zhǔn)進行在線比對檢測。,1.4.3在線分析系統(tǒng)的適應(yīng)性,在線分析系統(tǒng)的適應(yīng)性主要指分析系統(tǒng)對流程工業(yè)成份量檢測項目需求的適應(yīng)能力。包括滿足被測項目的工藝組分成份量的檢測要求，以及對被測項目的環(huán)境適應(yīng)性要求。 適應(yīng)性體現(xiàn)為系統(tǒng)的技術(shù)“解決方案”。應(yīng)該從客戶的需求分析出發(fā)，充分分析客戶的工藝及環(huán)境條件，根據(jù)客戶招標(biāo)文件提出的項目技術(shù)可行性及成套性，提出適宜的技術(shù)解決方案，滿足客戶對成份量監(jiān)測的要求。,從可靠性設(shè)計的要求出發(fā)，對客戶預(yù)期的產(chǎn)品生命周期即使用壽命，應(yīng)有適宜的目標(biāo)。對產(chǎn)品的使用并不要特別追求更長的使用壽命，從產(chǎn)品的競爭要求和產(chǎn)品技術(shù)更新周期考慮，可靠性設(shè)計的目標(biāo)是“壽命的平衡”。 事實上，客戶的需求是變化的，技術(shù)進步很快，系統(tǒng)只要能滿足客戶的現(xiàn)在需求和潛在需求，并具有合理的生命周期就是適宜的。,1.4.4在線分析系統(tǒng)的安全性,在線分析系統(tǒng)的安全性主要包括系統(tǒng)電氣安全、系統(tǒng)氣路密封性、防爆安全及網(wǎng)絡(luò)信息安全等。 系統(tǒng)電氣安全包括系統(tǒng)防止觸電、著火、防雷擊、防電磁干擾等電氣安全； 系統(tǒng)氣路密封性是防止管路泄露造成毒害氣體危及人身安全； 系統(tǒng)的防爆安全是系統(tǒng)在爆炸環(huán)境下的防爆設(shè)計的級別和能力，包括在線分析儀器及分析小屋的防爆設(shè)計要求；,系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息安全是系統(tǒng)輸出的信息在傳輸中的安全性，以及分析儀器及系統(tǒng)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全性等。 在線分析系統(tǒng)的安全性又可分為硬件和軟件的安全性，系統(tǒng)硬件的安全性主要指系統(tǒng)各功能部件的安全性和系統(tǒng)對內(nèi)外部的安全性 軟件安全主要指防病毒及通信安全，特別是信息數(shù)據(jù)的傳輸?shù)陌踩?1.4.5在線分析系統(tǒng)的可維護性,在線分析系統(tǒng)的可維護性是指系統(tǒng)通過預(yù)防性維護保證系統(tǒng)的正常運行，以及出現(xiàn)故障后通過維修恢復(fù)原有性能的特性。 通常用可維修度表達，其定義是“在可維修系統(tǒng)中，當(dāng)按照規(guī)定的方法進行維修時，在規(guī)定的時間內(nèi)，將設(shè)備恢復(fù)到原有性能的概率” 任何一個系統(tǒng)都可能出現(xiàn)故障或失效，提高系統(tǒng)的可維修度，可以增加系統(tǒng)的正常運行時間，需要對系統(tǒng)進行可維修性設(shè)計。,1.4.6在線分析系統(tǒng)的其他性能特性,1）在線分析系統(tǒng)的動態(tài)特性 系統(tǒng)的動態(tài)特性主要指系統(tǒng)的反應(yīng)時間，要求系統(tǒng)的反應(yīng)要快、要靈敏。 通常在線分析儀器已給出儀器的反應(yīng)時間指標(biāo)。 分析系統(tǒng)取樣及處理系統(tǒng)會增加儀器的滯后時間。系統(tǒng)內(nèi)部空間死體積要盡量減小，儀器盡量靠近取樣點，減少樣品氣輸送管線長度。 一般要求分析系統(tǒng)的總滯后時間不大于60s，為減小總滯后時間，可采取快速旁路加快反應(yīng)速度。,2）在線分析系統(tǒng)的成套性 系統(tǒng)成套性是指在線分析系統(tǒng)滿足客戶要求的合理配置，包括硬件、軟件配置，系統(tǒng)的輔助工程和備品備件等。 3）在線分析系統(tǒng)的工藝性 系統(tǒng)的工藝特性是系統(tǒng)設(shè)計制造水平的體現(xiàn)，系統(tǒng)的制造工藝，包括嚴格的裝配調(diào)試工藝是確保分析系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量的保證。,第二講 樣氣取樣及處理系統(tǒng),2.1樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本功能 樣品提?。簭呐欧旁慈狱c提取所需樣品流的功能，簡稱取樣。通常采用取樣探頭抽取樣品流，并根據(jù)樣品流工藝參數(shù)設(shè)計相應(yīng)的功能。 樣品傳輸：將樣品流從取樣點輸送到在線分析儀器入口端的功能，根據(jù)樣品流的特性，選擇合適的樣品傳輸管線及其控制參數(shù)。 樣品處理：樣品處理是指對樣品流除去或改變那些障礙組分和干擾組分，使之符合在線分析儀器對樣氣檢測的要求。樣品處理要求只改變樣品流的物理和（或）化學(xué)物質(zhì)，而不改變其組分。,樣品排放：樣品排放包括分析儀器樣氣出口端的煙氣排放，及旁通流（快速放散回路的煙氣流）和廢液的排放。 流路切換：分析系統(tǒng)流程設(shè)計主要有分析回路、標(biāo)定回路、快速放散回路及探頭反吹回路等，分析回路包括系統(tǒng)經(jīng)樣氣處理后，供給一套或多套分析儀器的樣品流路。,系統(tǒng)監(jiān)控：樣品處理系統(tǒng)通過PLC實現(xiàn)自動控制處理，包括系統(tǒng)流路切換、系統(tǒng)反吹控制及系統(tǒng)各主要部件的監(jiān)控，如：煙氣溫度、流量、含水分的報警等功能；還包括對監(jiān)測信號的采集，即系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控等。 公用設(shè)施：系統(tǒng)的公用設(shè)施主要是為分析儀器及樣品處理各部件提供必要的工作條件，確保系統(tǒng)正常工作。,系統(tǒng)的氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)通常集成為氣體分析柜，氣體分析柜需要與其他設(shè)備安裝在分析小屋內(nèi)。 分析小屋應(yīng)滿足在線分析儀器的安裝環(huán)境和使用要求。分析小屋的附屬公用設(shè)施，主要包括：配電箱、反吹壓縮空氣源、標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、廢氣、廢液排放設(shè)施、環(huán)境溫度控制設(shè)備和安全保證措施等，從而保證在線分析系統(tǒng)的可靠、準(zhǔn)確運行。,2.2樣氣取樣處理系統(tǒng)的基本性能特性,滯后時間 樣品處理系統(tǒng)的滯后時間是指樣品從取樣點傳送到在線分析儀器入口端所經(jīng)過的時間。又稱樣品傳送滯后時間。樣品傳送滯后時間+分析儀器的響應(yīng)時間=分析系統(tǒng)滯后時間，即指樣品從取樣點取出到得到分析結(jié)果的這段時間。 滲透率（泄漏率） 在規(guī)定工作壓力范圍內(nèi)，單位時間滲入（如大氣）或漏出樣品處理系統(tǒng)或其部件的流體量。表示樣品處理系統(tǒng)的密封性能。,綜合誤差 樣品處理后的樣品流和取樣點被測組分濃度之差。其差異可能是由吸附、稀釋、滲透或樣品流中被測組分的相互作用而引起的。綜合誤差考察樣品經(jīng)過處理后是否失真及失真的程度。 安全指標(biāo) 樣品處理系統(tǒng)由各部件按照系統(tǒng)流程設(shè)計要求配置，包括系統(tǒng)的供電及控制系統(tǒng)。安全指標(biāo)主要指對系統(tǒng)的絕緣及耐壓等強制性安全指標(biāo)，也包括：系統(tǒng)的接地、防靜電、防雷擊及抗電磁干擾等安全特性。,2.2.2樣品處理系統(tǒng)的特殊性能特性,體積效應(yīng)（富集效應(yīng)） 體積效應(yīng)是指由于從樣品流中除去一些組分，導(dǎo)致處理樣品流中的被測組分濃度升高的效應(yīng)。 稀釋效應(yīng) 稀釋效應(yīng)是指向樣品流注入惰性組分而形成的稀釋流，導(dǎo)致被測組分濃度降低或特性發(fā)生變化的效應(yīng)。 轉(zhuǎn)換器效率 由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的特定實際摩爾濃度與被轉(zhuǎn)換的理想最大摩爾濃度之比被稱為轉(zhuǎn)換器效率。,2.3樣氣取樣及取樣探頭,2.3.1CEMS取樣點選擇及安裝要求 取樣點選擇及安裝的一般性要求 取樣點的選擇應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求 ，應(yīng)位于氣態(tài)污染物混合均勻的位置。 CEMS取樣點開孔位置的選擇原則 優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負壓區(qū)域應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面,2.3.2常用取樣探頭,正壓取樣探頭 取樣探管直接插入管道，并安裝球閥可在線更換探管。 內(nèi)置過濾器取樣探頭 取樣探頭過濾器安裝在探管頭部（在煙道內(nèi)）被稱為內(nèi)置過濾器式探頭 。 外置加熱過濾取樣探頭 探頭過濾器裝在煙道外部與法蘭連接的圓筒內(nèi) ，通過加熱過濾器，可以避免濕煙氣冷凝，煙氣從加熱的過濾器中抽出，經(jīng)加熱樣品管線，再送到樣品處理系統(tǒng),圖2-2加熱外置過濾器探頭,圖2-1外置過濾器式探頭,外置高溫加熱取樣探頭 外置高溫型取樣探頭，探頭的溫度控制范圍為0320，探頭過濾器的加熱保溫溫度為300左右。常用于煙氣脫硝的加熱取樣 。 普通型煙氣加熱取樣探頭的加熱保溫溫度為150左右。常用于煙氣脫硫的加熱取樣 設(shè)定探頭過濾器保溫溫度的原則是確保在煙氣在取樣過濾探頭不出現(xiàn)冷凝水，不能低于煙氣酸露點以下,石化用的高溫裂解取樣探頭 石油化工的取樣及樣品處理系統(tǒng)，其組分復(fù)雜應(yīng)用難度很大。以乙烯裂解氣為例：其樣品也是高溫、高含水以及高油塵，樣品溫度最大達到：650，壓力最大到0.14MPa。 取樣探頭采用高溫裂解取樣探頭技術(shù)。該取樣探頭裝置先經(jīng)過雜質(zhì)過濾，采用渦旋制冷管產(chǎn)生制冷氣源，通過列管冷卻器使樣品氣的水分及重的烴類冷凝為液體，返回到工藝管道，樣品溫度通過溫控器控制，其輸出壓力及流量達到預(yù)定要求。樣品再經(jīng)過除水及油霧后送在線色譜儀檢測 。,圖2-3 美國流體數(shù)據(jù)公司Py-Gas取樣器系統(tǒng)示意圖,建材用的高溫、高粉塵取樣探頭 此探頭專用于水泥旋轉(zhuǎn)窯尾煙室及預(yù)分解爐的取樣處理系統(tǒng)。其樣品氣溫度高，窯尾樣氣溫度達到1350，預(yù)分解爐樣氣達到900，相對濕度達到65%，粉塵含量達到2000g/m3,分析對象：CO/NOx/O2。 該系統(tǒng)的高溫取樣探頭技術(shù)難度最大。由于現(xiàn)場條件太惡劣，高溫探頭經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，高溫探頭的維護量很大，可靠性還需要改進,圖2-4 西門子CEMAT-GAS高溫取樣探頭原理圖,取樣探頭的反吹防堵 用高壓氣體對取樣探頭過濾器進行“反吹”，可使探頭堵塞現(xiàn)象減至最低，反吹氣體一般使用60100psi（0.40.7MPa）干燥、潔凈的儀表空氣，反向（與煙氣流動方向相反）吹掃過濾器。反吹可以采取脈沖方式產(chǎn)生。過濾器的反吹周期間隔時間從15min8h不等，脈沖反吹持續(xù)時間為52s（10s）。 對于要求不能間斷取樣分析的系統(tǒng)，可以采用雙探頭取樣技術(shù)。,2.4樣氣傳輸管線,2.4.1樣品傳輸?shù)幕疽?樣品傳輸?shù)幕疽笫牵簶悠吩趥鬏斶^程中保持樣品被分析組分不失真，并滿足分析系統(tǒng)的要求。 防止相變。樣氣傳輸過程中氣態(tài)樣品要保持為氣態(tài)。冷/干法樣氣傳輸管線需要加熱保溫在煙氣露點之上。對脫硫煙氣分析的電加熱傳輸管線應(yīng)保溫在110120。.對脫硝煙氣分析的電加熱傳輸管線應(yīng)保溫在280以上。,樣氣傳輸管線不得泄漏。以免樣品氣外泄或環(huán)境空氣侵入，造成分析誤差及污染環(huán)境。對源級抽取法的傳輸管線從取樣探頭到分析柜或除濕器整個管路，安裝的傾斜度不得小于5。 樣氣傳輸管線應(yīng)盡可能短。也就是要求取樣點與分析柜的距離要盡量短，使得傳輸管線的容積盡可能小，樣品氣流速盡可能快，樣氣傳輸?shù)臏髸r間應(yīng)小于30秒，最大不宜超過60秒。如達不到系統(tǒng)響應(yīng)時間的要求，可采取快速循環(huán)回路或快速旁通回路，以縮短樣品傳輸?shù)臏髸r間。,對冷/干法CEMS，樣氣傳輸管線的連接應(yīng)特別注意電加熱傳輸管線與取樣探頭的連接接頭處，以及與分析柜內(nèi)的除濕器接頭處的加熱與保溫，防止在這些部位會出現(xiàn)因局部溫度降低產(chǎn)生冷凝水，導(dǎo)致腐蝕管路及連接件。,2.4.2樣品傳輸管線,樣品傳輸管線是將樣品從取樣探頭傳輸?shù)綐悠诽幚硐到y(tǒng)或分析儀的管線 。樣品傳輸管線的全過程傳輸要加熱保溫在煙氣露點之上溫度 。 樣品傳輸管線的伴熱保溫方式有蒸汽伴熱和電伴熱兩種。電伴熱的溫度較低在250左右，而蒸汽保溫溫度高可達到450，蒸汽伴熱通常用在需伴熱的溫度較高的場合。一般情況下，冷/干法CEMS采用電加熱樣品傳輸管線。,電伴熱組合管纜的電伴熱帶按加熱控制方式可分為恒功率型、限功率型或稱自限型、自調(diào)控型三種，CEMS中大多使用限功率型電伴熱組合管纜。,圖2-5典型的電伴熱組合管纜,2.4.3電伴熱帶及電伴熱管纜,電伴熱帶常用有：自調(diào)控電伴熱帶、恒功率電伴熱帶、限功率電伴熱帶、串聯(lián)型電伴熱帶。 前三種均屬于并聯(lián)型電伴熱帶，它們是在兩條平行的電源母線之間并聯(lián)電熱元件構(gòu)成的。樣品傳輸管線的電伴熱大多選用自調(diào)控電伴熱帶無需配溫控器。樣品溫度較高時采用限功率電伴熱帶。,2,5樣氣除水及除濕部件,2.5.1樣品除水要求及方法 除水要求 通常把將氣體樣品露點降至常溫（1520）叫做除水，而將樣品露點降至常溫以下叫做除濕或脫濕。,除水方法 冷卻降溫 有水冷（可降至30或環(huán)境溫度）、渦旋管制冷（可降至-10或更低）、冷劑壓縮制冷（可降至5或更低）、半導(dǎo)體制冷等。 慣性分離 有旋液分離器、氣液分離罐等。前者利用離心作用進行分離，后者利用重力作用進行分離。,過濾 有聚結(jié)過濾器、旁通過濾器、膜式過濾器、紙質(zhì)過濾器和監(jiān)視（脫脂棉）過濾器等。 前三種用于脫除液滴，后兩種用于分析儀之前的最后除濕。這些過濾器只能除去液態(tài)水，而不能除去氣態(tài)水，即不能降低樣氣的露點。,Nafion管干燥器 Nafion管干燥器是一種除濕干燥裝置，以水合作用的吸收為基礎(chǔ)進行工作，具有除濕能力強、速度快、選擇性好、耐腐蝕等優(yōu)點，但它只能除去氣態(tài)水而不能除去液態(tài)水。 干燥劑吸收吸附 所謂吸收，是指水分與干燥劑發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)變成另一種物質(zhì)，這種干燥劑稱為化學(xué)干燥劑；所謂吸附，是指水分被干燥劑（如分子篩）吸附于其上，水分本身并未發(fā)生變化，這種干燥劑稱為物理干燥劑。某些干燥劑對氣樣中一些組分也有吸收吸附作用；隨著時間推移，干燥劑脫濕能力會逐漸降低。,2.5.2冷卻降溫除水,樣品降溫除水常用的冷卻器 渦旋管冷卻器 根據(jù)渦旋制冷原理工作。 壓縮機冷卻器又稱為冷劑循環(huán)冷卻器，其工作原理和電冰箱完全相同。 半導(dǎo)體冷卻器 根據(jù)帕爾帖熱電效應(yīng)原理工作。 水冷卻器 通過與冷卻水的換熱實現(xiàn)樣品的降溫，有列管式、盤管式、套管式幾種結(jié)構(gòu)類型。,渦旋管冷卻器、壓縮機冷卻器和半導(dǎo)體冷卻器主要用于濕度高、含水量較大的氣體樣品降溫除水。其中以壓縮機冷卻器除濕效果最好，但價格較高。半導(dǎo)體冷卻器難以用在防爆場所，渦旋管冷卻器對氣源的要求高、耗氣量大，適用于防爆場所。 渦旋管冷卻器,圖2-7渦旋管的結(jié)構(gòu)示意圖,渦旋管冷卻器中，常溫壓縮空氣經(jīng)噴嘴沿切線方向噴入渦旋發(fā)生器，由于切向噴嘴的作用，在渦旋發(fā)生器中形成沿圓周方向以音速旋轉(zhuǎn)前進的高速氣流，順渦旋管向左運動。熱端裝有控制閥，當(dāng)氣流到達熱端時，外圈氣流從控制閥閥芯周邊排出，內(nèi)圈氣流受到閥芯的阻擋，反向折轉(zhuǎn)沿渦旋管向右運動，由冷端出口排出。,渦旋管冷卻器的結(jié)構(gòu)簡單，啟動快，維護方便，但耗氣量較大，可達50100L/min。采用較高氣壓時，氣樣的溫度可降至-40-10。在實際使用中，溫度給定不能太低，一般設(shè)定在15，使氣樣含水量降至0.6%0.8%左右即可。若低于0以下時，冷凝出的水凍結(jié)會堵塞管道。,渦旋管工作原理圖,壓縮機冷卻器 壓縮機冷卻器的制冷原理和電冰箱完全相同，如圖2-9所示。制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后，在冷凝器中液化并放出熱量，在進入干燥器脫除可能夾帶的水分。毛細管的作用是產(chǎn)生一定的節(jié)流壓差，保持入口前制冷劑的受壓液化狀態(tài)并使其出口釋壓膨脹汽化。制冷劑在汽化器中充分汽化并大量吸熱，使與之換熱的樣品冷卻降溫。,壓縮機冷卻器的制冷原理圖,壓縮機冷卻器的除濕裝置示意見下圖，它由一組放置在液體中的盤管組成。盤管材料有玻璃、Kynar(聚偏二氟乙烯)和Teflon（聚四氟乙烯）等，液體可以是水或某種防凍液，有時也采用空氣。這些液體由制冷系統(tǒng)冷卻，為了避免煙氣中的水分在盤管中凍結(jié)，液體的溫度不允許低于35（1.67）。水蒸氣冷凝液由液體收集器集中，用蠕動泵定期或連續(xù)排出。,增加一組冷卻盤管可進一步降低水分含量，但更為有效的措施是在第一級盤管之后加一個樣品泵，從第一級冷卻器加壓向第二級冷卻器傳送樣氣。氣體在壓力下比在真空下更容易冷凝,壓縮機冷卻器的除濕裝置,半導(dǎo)體冷卻器 半導(dǎo)體冷卻器如圖2-11左圖所示，半導(dǎo)體冷卻器又稱熱點冷卻器，其優(yōu)點是：外形尺寸小，使用壽命長，工作可靠，維護簡便，控制靈活方便，且容易實現(xiàn)較低的制冷溫度。其缺點是制冷效率低，成本高。 半導(dǎo)體冷卻器的除濕裝置是將一個撞擊器（impinger，又稱射流熱交換器jet stream heat exchangers）裝在吸熱塊中，吸熱塊與珀爾帖元件的冷端連接，其裝置圖參見圖2-12右圖。珀爾帖元件的熱端由一組散熱片散熱或用風(fēng)扇將熱量驅(qū)散。,圖2-11半導(dǎo)體冷卻器的除濕裝置圖,氣體冷卻除濕單元裝置 氣體冷卻除濕單元是由冷卻器、精細過濾器、隔膜泵及蠕動泵等組成的獨立單元。氣體樣品在隔膜泵的抽吸作用下進入冷卻器，冷卻脫濕后的樣品經(jīng)精細過濾器后由隔膜泵排出。冷凝出來的水分經(jīng)粗過濾器后由蠕動泵排出，蠕動泵的作用是阻氣排液。此外，該冷卻單元內(nèi)配有溫控系統(tǒng)，可以將氣樣出口溫度控制在50.1之內(nèi)，氣樣溫度精確控制意味著氣樣含水量的精確控制，便于從分析結(jié)果中扣除水分造成的干擾和影響。,水冷卻器 氣體樣品冷卻除水采用的水冷卻器大多為盤管式水冷卻器。,2.5.3慣性分離除水,旋液分離器 樣氣沿切線方向進入分離器，經(jīng)過分離片時由于旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，水分被甩到器壁上，沿壁流下。樣氣中如果還有灰塵，經(jīng)過濾器過濾后進入分析儀進行分析。氣室下部的積水達到一定液位高度時，浮子浮起，帶動膜片閥開啟，把積水排出。其結(jié)構(gòu)如圖2-12左邊所示。 K.O.罐 用于分離氣體樣品中液滴。結(jié)構(gòu)如圖2-12右邊所示，氣樣中液滴在慣性和重力作用下滴落入罐中。,圖2-12旋液分離器結(jié)構(gòu)及氣液分離罐結(jié)構(gòu)示意圖,聚集過濾器 聚結(jié)器也稱凝結(jié)器，是一種能將樣品中的微小液體顆粒聚集成大的液滴，在重力作用下將其分離出來的裝置。聚結(jié)器中的分離元件是一種壓緊的纖維填充層，通常采用玻璃纖維（俗稱玻璃棉）。當(dāng)氣樣流經(jīng)分離元件時，玻璃纖維攔截懸浮于氣體中的微小液滴，液滴在重力作用下，向著纖維填充層的下部流動，并在重力作用下滴落到聚結(jié)器的底部出口排出。,聚結(jié)器能有效實現(xiàn)氣霧狀樣品的氣液分離。聚結(jié)器只能除去液態(tài)的水霧，而不能除去氣態(tài)的水蒸氣，即氣樣通過聚結(jié)器后，其露點不會降低。,圖2-13左邊是聚結(jié)器的典型結(jié)構(gòu)。 圖2-13右邊是一種水平式聚結(jié)器。,2.5.4膜式過濾器,膜式過濾器（membrane filter）又稱薄膜過濾器，用于濾除氣體樣品中的微小液滴。過濾元件是一種微孔薄膜，多采用聚四氟乙烯材料制成。 氣體分子或水蒸氣很容易通過薄膜的微孔，樣氣通過膜式過濾器后不會改變其組成，正常操作條件下，即使是最小的液體顆粒，薄膜都不允許其通過。因而，膜式過濾器只能除去液態(tài)的水，而不能除去氣態(tài)的水，氣樣通過膜式過濾器后，其露點不會降低。圖2-14是A+公司200系列Genis膜式過濾器的結(jié)構(gòu)及其在樣品處理中的應(yīng)用。,圖2-14 Genis膜式過濾器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖,膜式過濾器有以下主要特點。 過濾孔徑最小可達0.01m。 PTFE薄膜具有優(yōu)良的防腐蝕性能，除氫氟酸外，可耐其他介質(zhì)腐蝕。 PTFE薄膜與絕大多數(shù)氣體都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且具有很低的吸附性，因而不會改變樣氣的組成和含量，可用于10-6甚至10-9級的微量分析系統(tǒng)中。 操作壓力最高可達5000psi（350bar G） 薄膜不但持久耐用，而且非常柔韌。,聚結(jié)薄膜組合過濾器 圖2-15左是一種聚結(jié)薄膜組合過濾器。 聚結(jié)薄膜組合過濾器由聚結(jié)器過濾器和薄膜過濾器兩部分組成，聚結(jié)器過濾器位于下部，過濾元件采用燒結(jié)多孔材料，呈筒形；薄膜過濾器位于上部，過濾元件采用疏水性微孔PTFE薄膜。氣體從入口進入并被直接向下導(dǎo)入聚結(jié)過濾器。聚結(jié)過濾器將所有的顆粒物捕獲，并不斷將顆粒物由底部排液口排出。樣氣向上流到薄膜過濾器的上游一側(cè)，流經(jīng)薄膜濾室后從下游一側(cè)的旁通口流出。薄膜位于濾室上方，經(jīng)薄膜進一步濾除殘留微小液體顆粒后的樣氣由頂部樣氣出口排出。,圖2-15聚結(jié)薄膜組合過濾器及聚結(jié)薄膜組合過濾器的應(yīng)用,2.5.5Nafion管干燥器,Nafion管干燥器（Nafion dryer）是Perma Pure公司開發(fā)生產(chǎn)的一種除濕干燥裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2-16所示。在一個不銹鋼、聚丙烯或橡膠外殼中裝有多根Nafion管，樣品氣從管內(nèi)流過，凈化氣從管外流過，樣品氣中的水分子穿過Nafion管半透膜被凈化氣帶走，從而達到除濕目的。 Nafion管的干燥原理完全不同于多微孔材料的滲透管，滲透管基于氣體分子的大小來遷移氣體，而Nafion管本身并沒有孔，它是以水合作用的吸收為基礎(chǔ)來進行工作的。,Nafion管干燥器示意圖,Nafion管干燥器的特點和優(yōu)點 除濕能力強。常溫常壓下，樣氣經(jīng)Nafion管干燥后可達到的最大露點溫度是-45，相當(dāng)于含水量為100L/L。 除濕速度快。由于水合作用的吸收是一個一級化學(xué)反應(yīng)，這個過程會在瞬間完成。 樣氣經(jīng)干燥后其組成和含量基本不變。氣態(tài)水分子可以隨意通過Nafion管，而其他分子基本上都不能通過。,Nafion管和聚四氟乙烯一樣，具有極強的耐腐蝕性能，即使是氫氟酸或別的凝結(jié)酸，Nafion管都可以承受。耐溫、耐壓能力較好，Nafion管可以承受的最高溫度為190，最高壓力為1 MPaG。Nafion 管干燥器無可移動部件，一般無需維護。,使用維護注意事項 謹防液態(tài)水進入Nafion管干燥器 Nafion管只能分離氣態(tài)水而不能分離液態(tài)水，聚結(jié)器和膜式過濾器只能分離液態(tài)水而不能分離氣態(tài)水，Nafion管則恰好與之相反。 要定期對Nafion管進行清洗 要想使Nafion管干燥器發(fā)揮最大效率，則必須定期對管的內(nèi)、外表面進行清洗，,操作溫度 其最高操作溫度建議為110。 操作壓力 應(yīng)注意避免咋Nafion管內(nèi)造成負壓 凈化氣 凈化氣可以采用干的空氣或氮氣，凈化氣流速設(shè)定為濕樣品氣流速的2倍 。,2.5.6冷凝液的排出,采用自動浮子排液閥排液 自動浮子排液閥的結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。當(dāng)液位引起浮子上升時打開閥門，使液體排出。樣氣壓力較高時不適用。 采用手動排液裝置排液 手動排液裝置的結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。該方法適用于壓力較高的場合。 采用蠕動泵自動排液 適合對少量冷凝液連續(xù)自動排放，用于冷凝除濕器冷凝液自動排放，同時能阻止氣體的排出。蠕動泵要定期維護，每30-60天進行預(yù)防性更換。,2.6樣氣除塵及除塵部件,2.6.1樣品除塵要求及方法 過濾除塵 主要用來濾除樣品中的固體顆粒物，有時也用于濾除液體顆粒物（水霧、油霧等） 旋風(fēng)分離除塵 旋風(fēng)分離器是一種慣性分離器，利用樣品旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將氣/固、氣/液、液/固混合樣品加以分離。廣泛用于液樣，對含塵粒度較大的氣樣效果也很好。 靜電除塵 水洗除塵,2.6.2過濾除塵,粗過濾器 篩網(wǎng)過濾器 采用金屬絲網(wǎng) 燒結(jié)過濾器 采用不銹鋼粉末冶金過濾器和陶瓷過濾器，燒結(jié)過濾器濾芯孔徑較小，屬于細過濾器。 纖維或紙質(zhì)過濾器，濾芯孔徑小，也屬于細過濾器 膜式過濾器 采用多微孔塑料薄膜 ，濾除非常微小的顆粒 ，屬于精細過濾器。,2.6.3精細過濾器（fine filter）,精細過濾器有兩種類型： 表面過濾器和深度過濾器。 表面過濾器是一個簡單的紙質(zhì)過濾器，它能夠把某一粒徑的顆粒物排除在外。 深度過濾器在散裝的過濾材料內(nèi)部收集顆粒物。過濾材料通常采用石英玻璃纖維，過濾材料的裝填密度和厚度足以將細小的顆粒物攔截下來。,2.6.4直通個和旁通過濾器,直通過濾器又稱在線過濾器（on-line filter），它只有一個出口，樣品全部通過濾芯后排出。 旁通過濾器（by-pass filter）又稱為自清掃式過濾器，它有兩個出口，一部分樣品經(jīng)過濾后由樣品出口排出，其余樣品未經(jīng)過濾由旁通出口排出。,圖2-19 Nupro FW系列在線過濾器的結(jié),圖2-210Nupro F系列和TF系列在線過濾器的結(jié)構(gòu),2.6.5氣溶膠過濾器,所謂氣溶膠（aerosol）是指氣體中的懸浮液體微粒，如煙霧、油霧、水霧等，其粒徑小于1m，采用一般的過濾方法很難將其濾除。 氣溶膠過濾器的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：樣品溫度：max.+80；樣品壓力：0.22bar abs.；樣品流量：max.300NL/h；樣品通過過濾器后的壓降：1kPa；過濾效果：粒徑大于1m的微粒99.9999%被濾除。,圖2-21CLF系列氣溶膠過濾器結(jié)構(gòu),2.7樣品抽氣泵,2.7.1樣品泵（sample pumps）的要求 樣品系統(tǒng)中使用的泵有隔膜泵、噴射泵、膜盒泵、電磁泵、活塞泵、離心泵、齒輪泵、蠕動泵等多種類型，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖2-22。 對于壓力不大于0.01MPa的微正壓或負壓的氣體樣品取樣都要使用泵抽吸被測氣樣，保證樣品達到分析儀要求的流量，常用隔膜泵及噴射泵。在樣品增壓排放系統(tǒng)中，常用電磁泵、活塞泵、離心泵等進行輸送。在氣液分離系統(tǒng)中，常用蠕動泵替代氣液分離閥起阻氣排液作用。,2.7.2隔膜泵,隔膜泵是無油泵，避免了油蒸汽污染的問題。隔膜泵的工作原理是機械沖程活塞或由連接棒移動使軟隔膜擴張和收縮抽取氣體。隔膜為圓形，由軟金屬片、聚四氟乙烯、聚氨酯或其他合成橡膠制成。隔膜往復(fù)運動，以短脈沖方式移動氣體，當(dāng)隔膜向下移動時，氣流通過氣體進口吸氣閥進入泵的內(nèi)腔；當(dāng)隔膜向上移動時，吸氣閥關(guān)閉同時排氣閥打開，泵腔中的氣體從氣體出口進入采樣管。因為只有泵腔、隔膜和閥門與氣體接觸，故氣體被污染的可能性很小。,圖2-23隔膜泵的工作原理示意圖,樣品系統(tǒng)所用的泵，其體積流量遠小于工藝裝置中所用的泵，泵送效率和動力消耗是不太重要的，而高可靠性、樣品不受污染、耐腐蝕性則是最重要的問題。 以德國M&C分析儀器公司MP47-EX型防爆隔膜泵為例，其主要性能指標(biāo)如下。泵送流量：最大6L/min（在一個大氣壓下）；泵送壓力:0.42.2bar abs.；樣品溫度范圍：-30+80；配管尺寸：1/4in；部件材質(zhì)：泵頭PTFE(聚四氟乙烯)，隔膜PTFE（聚四氟乙烯）；防爆等級：2G EEXe，qT3；防護等級：IP44EN60529。,2.7.3噴射泵,噴射泵又稱為文丘里抽吸器，它是一種利用高速第二流體（水、空氣或蒸汽，又稱工作流體）在文丘里管中產(chǎn)生的低壓把樣品抽吸出來的裝置。噴射泵的結(jié)構(gòu)如圖2-24所示。 工作流體經(jīng)噴射進入吸入腔體，形成低壓區(qū)，從而把低壓樣品吸入，再經(jīng)擴壓管中的喉管將混合流體升壓后排出，控制第二流體入口壓力，就能控制樣品的吸入量。 由于樣品經(jīng)過泵后與第二流體發(fā)生混合，因而噴射泵應(yīng)位于分析儀之后,圖2-24噴射泵的結(jié)構(gòu)示意圖,2.8樣品流量與壓力調(diào)節(jié)部件,2.8.1樣品流量調(diào)節(jié) 球閥（ball valves） 球閥的閥芯呈球形，用于切斷或接通樣品流路。樣品處理系統(tǒng)中大量使用的是二通球閥和三通球閥，根據(jù)驅(qū)動方式，二通、三通球閥又可分為手動、氣動、電動三種。此外，有時還在少數(shù)場合使用四通、五通、七通球閥。圖2-25是二通、三通球閥的結(jié)構(gòu)。,圖2-25 二通、三通球閥結(jié)構(gòu),旋塞閥 閥芯呈圓柱形，其作用同二通閥，不同之處是它有全開、全關(guān)和節(jié)流（半開）三種開度。,圖2-26 旋塞閥結(jié)構(gòu)圖,單向閥 又稱止逆閥、止回閥，只允許樣品單向流動，而不能逆向流動。,圖2-27 兩種單向閥結(jié)構(gòu),針閥（needle valves） 針閥的閥芯呈圓錐形，用于微調(diào)樣品流量和壓力。圖2-28是兩種針閥的結(jié)構(gòu),圖2-28 兩種針閥結(jié)構(gòu),穩(wěn)流閥 用于穩(wěn)定樣品流量和壓力。穩(wěn)流閥的結(jié)構(gòu)有多種形式，但它們都具有在輸入壓力或輸入負載變化時，能自動保持輸出流量恒定的性能。 穩(wěn)流閥的穩(wěn)流性能 是有條件的，只有 當(dāng)輸入壓力 變化不 太大時，輸出才具 有高穩(wěn)定性。因此， 一般穩(wěn)流閥需串接 穩(wěn)壓閥或針閥。,限流閥（restrictor） 限流閥用以限制樣品流量不超過某一允許值，起安全保護作用。 浮子流量計（flowmeter） 又稱轉(zhuǎn)子流量計，用于指示樣品流量。其錐形圓管材料有玻璃和金屬兩種，浮子材料有不銹鋼、銅、鋁、塑料等幾種。樣品系統(tǒng)中多使用帶針閥的浮子流量計，即可指示流量，也可調(diào)節(jié)流量。有時也使用帶低流量報警接點的浮子流量計，當(dāng)樣品流量低于規(guī)定值時發(fā)出報警信號，以免分析儀發(fā)出錯誤的測量信號。,2.8.2樣品壓力調(diào)節(jié),壓力調(diào)節(jié)閥（pressure regulator） 壓力調(diào)節(jié)閥也稱為減壓閥，是取樣和樣品處理系統(tǒng)中廣泛使用的減壓和壓力調(diào)節(jié)部件。按照被調(diào)介質(zhì)的相態(tài)，可分為氣體減壓閥和液體減壓閥兩類，氣體減壓閥又有多種結(jié)構(gòu)類型，如普通減壓閥、高壓減壓閥、背壓調(diào)節(jié)閥、雙級減壓閥、帶蒸汽或電加熱的減壓閥等。 穩(wěn)壓閥和穩(wěn)壓器 穩(wěn)壓閥的結(jié)構(gòu)及工作原理和穩(wěn)流閥完全相同，穩(wěn)流必須穩(wěn)壓，只有穩(wěn)定了壓力，流量才能穩(wěn)定。,泄壓閥（relief valves） 泄壓閥又稱安全閥，用以保護分析儀和某些耐壓能力有限的樣品處理部件免受高壓樣品的損害。圖2-33右圖是一種安全泄壓閥的結(jié)構(gòu)。 壓力表（pressure gauge） 測量氨氣、氧氣等介質(zhì)壓力時，應(yīng)采用氨氣、氧氣壓力表等專用壓力表。測量強腐蝕性介質(zhì)壓力時，可選用隔膜壓力表。,2.9其他特殊功能部件,2.9.1氮氧化物轉(zhuǎn)換爐 氮氧化物轉(zhuǎn)換爐較多采用金屬鉬作催化劑，在高溫下將NO2催化還原為NO，其反應(yīng)式如下： 3NO2+Mo3NO+MoO3 鉬轉(zhuǎn)化爐的反應(yīng)溫度為37550，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率96%，鉬在反應(yīng)過程中會逐步消耗，轉(zhuǎn)化率會逐步下降。在鉬將耗盡時，轉(zhuǎn)化率將急劇下降，這時鉬需要再生或更換。鉬催化劑經(jīng)再生可反復(fù)使用，再生反應(yīng)為： 3H2+ MoO3Mo+3H2O,2.9.2除有害物質(zhì)過濾器,采用吸附過濾器可去除微量有害組分。吸附過濾器的結(jié)構(gòu)參見圖2-31。吸附過濾器的容積根據(jù)樣氣流量及有害組分及干擾組分的含量確定，高度在100200mm之間。樣氣由入口進入后，先沿狹窄流路向下流動，再轉(zhuǎn)向上流動，樣氣與吸附劑充分接觸，增強吸附效果，同時冷凝液滴直接滴落到過濾器底部?？捎玫奈讲牧霞斑m用范圍參見表2-2。,圖2-31 吸附過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖,2.10配管及管材, 管材及管件 1）直通式樣品取樣管通常采用316不銹鋼管。 2）正壓式傳輸管線應(yīng)優(yōu)先采用316不銹鋼無縫Tube管。 3）需要電加熱保溫的樣品傳輸管線，其樣品管道大多采用耐腐蝕及耐高溫（200以下）的聚四氟乙烯管道。,4）管子的連接應(yīng)采用壓接方式，使用雙卡套式壓接接頭，管件（接頭、閥門）材質(zhì)、規(guī)格應(yīng)與管子相同和配套。 5）常用氣體樣品管采用6mm或1/4inOD Tube管。用于反吹以及快速放散的管道一般為10mm或3/8in。應(yīng)注意管壁厚度符合耐壓的要求。, Pipe管與Tube管 Pipe管與Tube管是兩種規(guī)格、系列的管子。 Pipe管是大口徑管子，在151500mm（1/260in）之間，用公稱直徑DN表示管子管徑規(guī)格，常用于工藝管道及公用工程管道 。 Tube管是小管徑管子，在312mm(1/81/2in)之間，用外徑OD表示管子管徑規(guī)格，其管壁很薄，不允許套螺紋，只能用卡套方式連接。外徑相同的管子和管件之間可以用卡套連接。其厚度采用實際壁厚表示。僅用于儀表系統(tǒng)的測量管路、氣動信號管路及在線分析儀的樣品管路。, 配管安裝要求 樣品處理系統(tǒng)的配管和部件應(yīng)能承受1.5倍最大操作壓力而無泄漏和損壞；所有進出分析柜的管子均應(yīng)通過穿板接頭；壓力表安裝應(yīng)采用壓力表轉(zhuǎn)換接頭；所有壓接接頭均應(yīng)采用雙卡套型。 當(dāng)需要采用其他軟管連接時，對軟管的材質(zhì)及連接方式應(yīng)提出設(shè)計要求，軟管必須保證耐腐蝕以及少吸附，常用聚四氟乙烯管等，采用裝用的連接接頭，確保系統(tǒng)的密封。,第三講 在線分析系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用,3.1冷干法CEMS的分析流程設(shè)計 （1）冷/干法CEMS的設(shè)計要求 包括對取樣點的選擇及安裝設(shè)計、樣品處理系統(tǒng)的流程的設(shè)計及分析儀器的選型設(shè)計等。 冷干法CEMS各監(jiān)測系統(tǒng)的取樣點選擇及安裝設(shè)計應(yīng)符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)HJ/T75-2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范規(guī)定的要求。通常由用戶與供應(yīng)商共同確定合適的取樣點，供應(yīng)商提供取樣點開孔及安裝法蘭要求，以確保分析系統(tǒng)到現(xiàn)場后的正確安裝 。,冷干法CEMS氣態(tài)污染物取樣處理系統(tǒng)設(shè)計 氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)的設(shè)計主要包括：樣品取樣處理系統(tǒng)的流程設(shè)計及各部件的配置和分析儀器的選型等。 應(yīng)充分了解用戶取樣點的煙氣參數(shù)及環(huán)境條件，主要包括：煙氣壓力、溫度、流量、含塵量、含水分、被測組分的濃度范圍及其環(huán)境條件。根據(jù)以上條件，在分析系統(tǒng)設(shè)計中采取適宜的樣品處理流程。,樣品處理流程設(shè)計的基本要求應(yīng)保證： 樣品氣滿足分析儀器對樣品氣的要求； 樣品氣被分析的組分不能失真（與排放源煙氣中的被測組分及含量一致）； 樣品的消耗量最少； 系統(tǒng)構(gòu)成盡量簡單； 易于操作和維護； 能長期安全可靠工作。,分析儀器的選型設(shè)計 冷/干法CEMS配套的分析儀器是常用的工業(yè)在線分析儀器如：紅外、紫外、熱磁、電化學(xué)等分析儀器。 按照被分析組分及其濃度范圍選擇適宜的分析儀器，可選擇單一組分分析儀或多組分分析儀器。選擇適宜的分析儀器應(yīng)注意其：測量范圍、分析精度及干擾氣體的影響度，并有較高的性價比。,（2）樣品處理系統(tǒng)各功能部件的要求及典型設(shè)計參數(shù) 取樣探頭：采用加熱過濾型式，探頭應(yīng)加熱保溫到150180，探頭內(nèi)置粗過濾器，其除塵精度可達2-3微米。內(nèi)置過濾器采用陶瓷過濾器或不銹鋼燒結(jié)過濾器，過濾器作為對煙氣的粗過濾。過濾器外部采用電加熱帶，并進行恒溫控制，溫控設(shè)計范圍在0180可調(diào)。 樣氣輸送管線：要求加熱保溫在110120左右，采用電加熱一體化管纜，管纜通常包括樣氣管線、標(biāo)氣管線及反吹氣管線。,冷凝除濕器：按照煙氣含水量多少，采取一級或兩級除濕，一級除濕可采用電子除濕器或單頭的壓縮機式除濕器；二級除濕大多采取雙頭的壓縮機除濕器，冷凝除濕的溫度一般設(shè)定為3-5； 煙氣除塵：按照煙氣含塵量多少，采取2-3級除塵，除取樣探頭內(nèi)設(shè)粗過濾器外，樣品處理系統(tǒng)設(shè)有氣溶膠過濾器，實現(xiàn)精過濾除塵和除去煙氣中的酸霧滴；再通過第三級過濾-精細過濾器，其除塵過濾精度達到0.1-0.3微米。,抽氣泵：通常煙道氣的壓力是負壓或微正壓，系統(tǒng)需要煙氣壓力選取合適取樣泵抽取煙氣，冷/干法CEMS取樣泵大多采用膜式泵，通常設(shè)置除濕器后或兩級除濕器中間，取樣流量約3-5L/min。 流路設(shè)計：煙氣經(jīng)過除塵、除濕處理后進入系統(tǒng)的分析回路，通過壓力流量調(diào)節(jié)進入分析儀器分析。為保證取樣探頭的可靠工作，系統(tǒng)設(shè)有探頭反吹回路。此外，系統(tǒng)還設(shè)有分析儀器標(biāo)定回路及快速放散回路和廢氣廢液排放回路。,系統(tǒng)報警及自動控制：為保證分析系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)設(shè)有溫度、壓力、流量、濕度等報警器。分析系統(tǒng)的自動控制由PLC控制，實現(xiàn)自動反吹、自動/手動標(biāo)定，自動報警以及采集報警和分析測量信號。 分析柜及分析小屋：樣氣處理系統(tǒng)及分析儀器集成安裝在分析柜內(nèi)。分析小屋內(nèi)安裝分析柜等，以及滿足分析儀器環(huán)境要求的公共條件：供電電源、供氣（儀表空氣）、環(huán)境溫度（空調(diào)）及安全設(shè)施等。分析小屋又分為土木結(jié)構(gòu)及金屬結(jié)構(gòu)兩種。,（3）冷/干法CEMS氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)流程典型設(shè)計,3.1.2冷/干法CEMS樣品處理流路設(shè)計,冷/干法CEMS的樣品處理流路設(shè)計主要包括：分析回路、標(biāo)定回路、反吹回路、快速放散回路、廢氣廢液排放回路等。 分析回路設(shè)有流量、壓力調(diào)節(jié)裝置，保證分析儀器對被測樣氣的壓力流量要求，一般單臺分析儀器樣氣流量約1L/min。 標(biāo)定回路通過切換閥、穩(wěn)壓閥及調(diào)節(jié)閥等管路、閥件，將標(biāo)準(zhǔn)氣通入分析儀器進行自動或手動標(biāo)定，通常儀器標(biāo)定從儀器入口通入標(biāo)氣（內(nèi)標(biāo)），對CEMS的系統(tǒng)標(biāo)定按標(biāo)準(zhǔn)要求必須從取樣探頭通入標(biāo)氣（外標(biāo)）。,反吹回路，主要是對探頭反吹防堵，也有對管路、探頭同時實現(xiàn)反吹.采取加熱脈沖式吹掃，出廠時由PLC設(shè)定反吹周期為8小時，脈沖反吹為5分鐘左右，脈沖反吹的頻次為52s=10s,停5s，反吹的儀表空氣要經(jīng)過預(yù)熱 . 快速放散回路，是為了加快系統(tǒng)分析速度，滿足分析系統(tǒng)的響應(yīng)時間要求,放散流量約1.5-2L/min。 廢氣廢液排放回路，是通過排放總管后排出分析小屋，注意對毒害氣體排放應(yīng)經(jīng)過處理。 系統(tǒng)設(shè)有各種報警功能，如：濕度報警、流量報警及加熱溫度報警等功能。,3.2冷干法CEMS分析系統(tǒng)的集成與應(yīng)用,3.2.1氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng) 包括：采樣及傳輸系統(tǒng)、樣氣處理系統(tǒng)、分析儀器、控制單元及組件、分析儀表柜或分析小屋，以及配電設(shè)備，校正系統(tǒng)等公用工程設(shè)施。 系統(tǒng)典型設(shè)計技術(shù)包括：分析系統(tǒng)的流程設(shè)計、分析系統(tǒng)的電氣設(shè)計、分析系統(tǒng)的控制設(shè)計PLC設(shè)計、分析系統(tǒng)柜或分析小屋的設(shè)計等。 分析系統(tǒng)的流程設(shè)計決定系統(tǒng)各功能部件的選擇與配置，系統(tǒng)的除塵設(shè)計，一般采取三級除塵技術(shù)，其除塵精度達到0.30.1m，保證分析儀器要求。,系統(tǒng)的除濕設(shè)計，一般采取一級或兩級除濕技術(shù)，一級除濕大多采用電子除濕器或單頭壓縮機式冷凝除濕器；兩級除濕一般采用雙頭壓縮機式冷凝除濕器，并將膜式抽氣泵，安放在一級除濕后，二級除濕之前，除濕器的冷凝溫度控制在35，冷凝器出口樣氣溫度約在58，滿足分析儀器的常溫要求。 系統(tǒng)抽氣泵采用膜式抽氣泵提供抽取煙氣的動力，要求耐腐蝕、抽氣性能強，能滿足分析系統(tǒng)對樣氣的流量要求。 系統(tǒng)壓力及流量調(diào)節(jié)、標(biāo)定按分析流程要求。 系統(tǒng)的自動控制及報警設(shè)計，采用PLC 實現(xiàn)對分析流程的自動控制及報警，并實現(xiàn)與DAS通訊。,3.2.2顆粒物監(jiān)測系統(tǒng),顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)是一個獨立的CEMS檢測系統(tǒng)，常采用光學(xué)透射法、散射法、靜電法及射線法等測塵儀器在線監(jiān)測煙塵濃度。 煙塵含量較高（大于200mg/m3）時，大多選用光學(xué)透射法測量煙塵儀器；煙塵含量較低（小于200mg/m3）時，選用后向散射法測量煙塵儀器由于除塵技術(shù)改進，其出口含塵量只達到幾十mg/m3 ，大多采用后向散射法測塵儀。 靜電法及射線法測塵儀在CEMS中應(yīng)用較少 。射線法測塵儀能直接測量煙塵的質(zhì)量濃度，有較好應(yīng)用前景。,3.2.3煙氣參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng),煙氣參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)主要有煙氣流速儀、煙氣濕度儀及煙氣含氧量檢測儀等組成。其中：煙氣流速儀通常為煙氣溫度、壓力及流速三位一體化檢測系統(tǒng)組成。 國內(nèi)CEMS的配置選型大多選用皮托管流速儀及阻容式濕度儀，氧含量檢測常采用氧化鋯氧分析儀、磁氧分析儀及電化學(xué)測氧儀。,3.2.4 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DAS）,數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)（DAS）的主要功能，包括：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)控制、數(shù)據(jù)處理（包括：顯示、存貯、圖表生成、打?。┘皵?shù)據(jù)通信等功能。 通常DAS的硬件：工業(yè)控制計算機可以安裝在分析小屋或控制室，也有