煤气含氧量在线分析,原位激光在线分析微量氧分析

煤气含氧量在线分析,原位激光在线分析微量氧分析

项目总述及设备需求
本技术附件是西安博纯科技有限公司（以下简称乙方），根据*******公司（以下简称甲方）项目提供******的资料而编制的。
本技术附件阐明了在此工程项目中分析仪表选型配置技术方案，乙方保证严格遵照招标文件的要求，所提供的分析仪表完全满足仪表数据表提出的技术规格，并保证系统的完整性及设计的合理性。
本技术附件作为商务合同附件，经甲乙双方签字后生效，生效后的版本将作为商务合同的技术附件，与商务合同具有同样法律效力。
技术声明、保证、标准和规范
乙方依据甲方提供的在线分析仪参数和要求进行选型，在充分满足甲方要求的前提下，对选型负完全责任，保证选型的准确性、完整性、可靠性。
乙方保证所提供的仪表在线分析系统成套是新的并且在甲方提供的工艺条件下正常使用。满足甲方提出的技术规格和环境条件。
乙方作为在线分析系统集成商，对所供产品的质量、数量、工程服务负责，保证所提供的仪表在线分析成套系统技术指标及供货范围完全符合本技术附件中所陈述的。
乙方保证所提供的在线分析成套系统的完整性、设计的合理性、技术的先进性及质量的可靠性。凡是为满足分析系统要求所必需的硬件、软件、资料、服务等均为本次供货范围。凡是技术附件中写明由乙方负责或乙方负责提供的内容均为本次供货范围。
乙方所提供的分析仪系统，包括设计、制作和安装施工以及有关技术文件和图纸，遵循下述标准和规范：
GB/T 191-2008 包装储运图示标志
GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求
GB 3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备
GB 4793.1-2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求
GB 7247.1-2001 激光产品的安全 第1部分：设备分类、要求和用户指南
GB/T 11606-2007 分析仪器环境试验方法
GB/T 13306-2011 标牌
GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件
GB/T 18268-2000 测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求
GB/T 18403.1-2001 气体分析器性能表示 第1部分：总则
GB/T 25476-2010 可调谐激光气体分析仪
GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范
EEMUA No.138 在线分析仪系统的设计和安装
ASME/ANSI B31.3 工艺配管
HG/T 20507-2000 自动化仪表选型设计规定
HG/T 20512-2000 仪表配管配线设计规定
基础选型数据
气象资料
项目当地气候条件。
分析仪表数据表
详见客户提供的仪表数据表。
设计选型
根据用户提供的资料乙方具体选型设计如下：
选择PUE-9000 激光气体分析仪 1台 应用于***********原位在线分析。分析仪防爆等级为ExdIICT6 Gb，满足1区和2区防爆使用要求。
供货范围和工作范围
供货范围
单套主设备清单
序号 位号/项目 型号及规格 数量 单位
1 激光气体分析仪 PUE-9000（0-10%Vol量程可定制） 1 台
2 连接单元 材质：不锈钢 1 套
3 吹扫单元 带减压阀、流量计等 1 套
4 标气（含减压阀） 标气 1 瓶
5 校准气体室 材质：不锈钢 1 个
6 吹扫管路 不锈钢管φ8mm 30 米
7 文档资料 博纯科技 1 份

工作范围
乙方工作范围
在线分析系统的详细设计；
分析系统的运输和现场开箱验收工作；
分析系统的指导安装和现场调试；
用户操作和维护现场培训。
甲方工作范围
提供正确完整的工况数据表，以便于乙方设计在线分析系统；
负责提供在线分析系统公用工程条件，并负责指导分析系统的现场安装，公用工程管线（电源、电信号）等的敷设
详见公用工程。
分析仪介绍
PUE-9000探头式激光气体分析仪
生产厂家：博纯科技
产 地：中国
型 号：PUE-9000原位式
5.1.1工作原理
激光气体分析仪基于国际领先的半导体激光吸收光谱技术（TDLAS），即“单线光谱”测量技术。系统采用可调制的半导体激光器为发光光源，通过调制半导体激光器的工作电流强度来调制激光频率，使激光扫描范围略大于被测气体的单吸收谱线。从而使半导体激光器发射的特定波长的激光束在穿过测量管时，被被测气体选频吸收，从而导致激光强度产生衰减。于是系统利用不同气体成分均有不同的特征吸收谱线及气体浓度和红外或激光吸收光谱之间存在的Beer-Lambert关系，通过检测吸收谱线的吸收大小（即激光强度衰减信息）就可以获得被测气体的浓度。
但不同的是，传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源，而TDLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好) 且波长可调谐的半导体激光器作为光源。因此，TDLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点。
5.1.2产品组成
PUE-9000激光气体分析仪采用原位安装形式，发射单元和接收单元通过连接单元直接安装在过程管道上，连接单元由吹扫接口、光路调整结构、根部阀门和安装法兰等组成，仪器的发射单元和接收单元如下图所示。

图1 PUE-9000安装示意图
发射单元
该单元包括半导体激光器、准直光学系统、驱动电路板和温控电路板。激光器被调制到特定的波长和频率，使其能够进行气体检测。在对发射单元进行清洁或其他维护时，机械连接法兰中的根部阀门可起到隔绝过程管道和操作环境，防止危险气体泄漏的作用，发射单元外观图见图2。


图2 PUE-9000发射单元
接收单元
接收单元通过机械连接法兰与测量管道连接，该单元包括光电传感器、透镜、接收主板、传感器板和显示板。透镜将准直激光聚焦于光电传感器上，然后探测的光信号被转化为电信号进行处理后，检测到二次谐波信号信息，再将二次谐波信息转化为浓度信息，并将浓度信息在接收端OLED屏上显示，接收单元外观图见图3。

图3 PUE-9000接收单元
吹扫单元
在测量场合较为恶劣的条件下，为了能够保证PUE-9000激光气体分析仪能够长期连续运行，PUE-9000激光气体分析仪需使用吹扫气体对发射单元和接收单元上的光学窗片进行吹扫，避免测量环境中粉尘或其它污染物对光学窗片造成严重污染而影响测量。PUE-9000激光气体分析仪的吹扫单元由过滤器、减压阀和稳流装置等组成，可为PUE-9000激光气体分析仪的吹扫气体提供稳定流量的吹扫气源。以下为PUE-9000激光气体分析仪的吹扫单元的示意图。

图4 吹扫单元尺寸示意图
接线盒
接线盒内含有对外输出信号接口，方便用户接电源供电线、4-20mA输出线缆及继电器线缆等。接线盒外观图如图5所示。

图5 接线盒外观示意图
5.1.3工作流程
通上电源，开启根部阀，半导体激光器发射出的特定频率的激光通过发射单元穿过气体通道，接收单元中的传感器接收衰减后的激光束，并将测量信号传送给中央分析模块，中央分析模块通过对测量信号进行分析处理，得到被测气体浓度，气体浓度信息通过显示屏显示出来并通过标准接口输出。
为了防止粉尘和被测环境中其它污染物在视窗上聚集，需用工业氮气等气体通过吹扫入口进行连续吹扫，以便在光学视窗与工业气体间形成一段气幕保护。
技术参数
类别 参数 指标
技术指标 量 程 O2等（量程可定制）
线性误差 ≤±1%F.S.
零点漂移 ≤±1%F.S./半年
量程漂移 ≤±1%F.S./半年
重复性 ＜1%
防爆等级 Ex dIICT6 Gb
防护等级 IP67
响应时间 预热时间 ≤2min
响应时间（T90） ≤1s
接口信号 模拟量输出 2路4～20mA电流（隔离、最大负载750Ω）
继电器输出 2路输出（继电器规格：24V，1A）
模拟量输入 2路4～20mA电流（温度、压力补偿）
通讯接口 RS485/RS232/GPRS
电气特性 电源 24VDC或220VAC
功耗 ≤20W
工作条件 环境温度 -20～60℃
吹扫气体 0.3～0.8MPa工业氮气或净化仪表气等
技术优势
与传统分析系统相比，本系统选用PUE-9000探头式激光气体分析仪由于采用了半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术，从根本上解决了采样预处理带来诸如响应滞后、维护频繁、易堵易漏、易损件多和运行费用高等各种问题，并具有如下特点：
不受背景气体交叉干扰；
可应用于电捕焦后焦油含量大的恶劣工况；
可应用于转炉风机后高湿、振动大场合；
维护费用成本低；
不受粉尘和视窗污染干扰；
不受被测气体环境参数变化干扰；
一体化设计，结构紧凑，可靠性高；
模块化设计，可现场更换所有功能模块，包含激光器模块；
智能化程度高，操作、维护方便；
无需采样预处理系统，系统结构简单；
响应速度快，响应时间不超过1s，保证及时进行工艺控制；
无样气额外排放，环保无污染；
直接对过程气体进行分析，测量准确性高。
公用工程
PUE-9000原位式分析系统公用工程（单套）：
电源线缆：分析仪供电电源引至现场分析仪附近，要留有一定余量；
吹扫气源：氮气或仪表空气0.3～0.8MPa无油、无尘、无水 G1/2镀锌钢管引至现场仪表附近，预留G1/2内螺纹球阀；
信号输出线缆：仪表输出包含浓度输出两路、两路报警信号，用户可根据情况引至控制室；
安装维护平台：在架空管道等其他不便安装和维护的场合，需要加装安装维护平台，尺寸为管道两侧各3*3米。
备注：测氧仪表必须使用氮气作为吹扫气，氮气纯度要求≥99.99%；非测氧仪表若甲方允许也可以使用压缩空气作为吹扫气体，吹扫气体必须满足无油、无尘、无水（无水是指气体的露点小于-40℃）的条件。
验收测试
系统安装调试完毕后3天内由甲方进行验收；验收方式为将标气通入仪器，若仪器测量结果在仪器的测量误差内，视为验收合格；系统验收合格，甲方在《现场服务确认单》上签字生效；如系统安装调试完毕后甲方未签字且一周内未提出书面疑义的，视为系统验收合格。
质量保证
质量保证期
按照合同要求执行。
性能保证
乙方提供的系统是先进、可靠、有效和完备的。在质保期内，乙方负责更换有故障的器件。
标气等消耗品不在此质保范围之内。
质量保证
根据甲方技术要求，乙方做以下保证：
保证所供设备为全新的；
保证所供设备的设计、制造是无缺损的、完整的；
保证所供设备能够在本次招标文件指定环境现场正常运行，数据准确、稳定、可靠；
保证所供设备在使用正常寿命期限内能够正常运行；
保证提供现场指导安装、调试、直至设备投运的完整服务；
保证所供资料真实有效，设备的操作与维护可完全按乙方所供资料进行操作维护。
技术服务
现场培训
分析系统培训由乙方负责，在用户现场进行。培训后能进行分析系统的日常操作和维护、维修。
指导安装
乙方负责分析系统的现场指导安装服务，甲方施工单位按照乙方的要求进行作业，现场管道开孔和焊接法兰。
售后服务
乙方负责为分析系统提供维修服务和技术支持。
文件资料
乙方随机提供如下文件资料：
1）产品用户手册；
2）产品检验报告；
3）产品合格证；
4）其他必须资料。
其它
未经乙方允许，甲方不得将乙方提供给甲方的任何资料、文件和技术内容透露给第三方，否则乙方保留追究甲方责任，要求甲方赔偿由此给乙方造成的损失的权利。
本技术附件签字、盖章生效，本协议与合同具有同等法律效力。
本技术附件中涉及到的商务条款以商务合同为准。
本附件未尽事宜,双方友好协商解决。

一.项目背景和工艺要求
在转炉煤气回收系统中，需要在引风机前/后安装气体分析仪用于检测煤气中CO 和O2 含量，当浓度符合要求时则回收煤气，否则经三通阀燃烧放散。气体分析仪的主要目的有两个：1、回收合格煤气；2、避免煤气中的氧气含量过高导致在回收或使用中发生危险。
目前本工艺点一般安装的是抽取式气体分析仪，抽取式分析仪表存在以下问题：
1、仪器响应时间长 抽取式气体分析仪表需将气体从工艺管道中抽取出来经过较长的管线送至安全位置，然后对气体进行滤尘，滤水等处理后进入分析仪表进行分析。从取出样气到仪表示值（即响应时间）需要花费 60-120 秒。
在回收前段时间内，当煤气已达到回收要求，而仪表相应时间滞后 60-120
秒，导致高热值煤气不能回收，每炉钢白白浪费近 1200 方煤气（回收系统气体流速设计约 10m/S），一年浪费近 3000 万方高热值煤气。
在回收后段时间内，煤气热值已不能达到要求，氧含量逐渐升高。仪表却滞后 60-120 秒才能显现出来，导致回收了大量不合格含氧煤气，存在潜在的安全问题。
2、维护量大，运行成本高 抽取式气体分析仪表存在许多活动及过滤部件，需经常维护给现场人员增加工作量，同时还需要经常更换滤芯，电磁阀等零件设备维护费用高。夏天气温较高时，预处理系统中的冷凝器不能正常工作，样气中的水分不能除去，导致分析仪表测量结果不准确，仪表发生损坏等问题。
二.项目方案设计
PUE-9000 激光气体分析仪表采用原位安装方式，直接安装在工艺管道上， 分别用于检测转炉煤气中 O2 含量以及 CO 含量。不需要采样预处理系统，可以很好地避免取样系统复杂、取样管路易堵塞、分析滞后、维护费用高等问题。仪表的响应速度小于一秒，每年可多回收 3000 万方煤气，按 0.15 元/立
方计算，仪表更换后此处工艺每年可为公司节省生产成本 450 万元。同时回收的煤气皆为合格煤气，不存在含氧量高的安全隐患。
三：产品介绍
PUE-9000 激光气体分析仪基于国际领先的可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy），该技术利用半导体激光器窄线宽、可调谐的特性（如图一激光光源频宽为红外分光光源的 1/106），对气体分子的单个吸收谱线进行分析。通过调制半导体激光器的工作电流来调制激光频率，使半导体激光器发射的特定波长的激光束在穿过测量管道时，被所测气体选频吸收，发生激光强度衰减，利用锁相放大器对接收端光电探测器探测的光信号进行解调，并结合气体浓度和红外或激光吸收光谱之间存在的Beer-Lambert[1]关系，获得被测气体的浓度。

四：系统优点
（1）无需采样预处理系统，克服粉尘、焦油等堵塞采样探头问题
（2）不受背景气体交叉干扰 半导体激光器发射的激光谱宽很窄，远小于被测气体单吸收谱线宽度，其波长扫描范围仅包含被测气体的单吸收谱线， 不包含其他气体组分的吸收谱线，从原理上避免了背景气体组分对待测气体的交叉吸收干扰。
（3）响应速度快 激光在线气体分析系统实现在线测量和秒级响应，实时反映过程气体浓度，避免了采样预处理滞后带来安全隐患。
（4）测量精度高 系统采用实时在线测量的工作模式，气体信息不易失真， 测量值为气体线平均浓度，与采样点取点浓度相比具有更高的测量精度。
（5）抗干扰能力强 半导体激光的波长可通过调节工作电流而被改变，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描过没有气体吸收的区域。当波长位于吸收区域时可测得包含气体和粉尘在内的总透光率 T 总，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘透光率T 粉尘，从而可以准确获得被测气体的透光率 T 气体 =T 总/ T 粉尘。使仪表具有在高温、高粉尘、高水分、高腐蚀性、高流速等恶劣测量环境下的良好适应性。
（6）隔爆防爆型式，安全系数高 设备通过国家防爆电器产品质量监督检测中心检测，同时仪器还通过了机械检查、冲击试验、IP 实验、温度试验、热剧变实验、外科耐压实验、内部点燃不传爆实验等七项测试，安全系数高。
（7）维护、标定简单 激光在线气体分析系统的年标定次数为传统分析仪的1/4~1/8，维护工作简单到只需擦净光学视窗。
综上所述，激光气体分析仪比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性，并且由于原位式安装省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护标定方便、可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的水平。

三、总排口规范和监测方式规范
根据环保管理的要求，为确保外排废水达标排放，同时保证即定技术需求的实现，对监测点和采样方式做了慎重论证，拟采用如下方案。
3.1 总排口规范化
为使监测准确，根据环保管理的要求、水污染物排放总量监测技术规范（HJ/T92－2002）和超声波明渠流量计监测规范（HJ/T15-1997）要求，厂方需要进行渠道规范化。
排口规范要求：
1）、排水渠道整改，厂内所有外排水都必须汇合到统一渠道经总排口外排
2）、规范总排口，总排口应进行规范化整治，根据现场情况和总排水量确定总排口形状并确定安装量水堰槽(矩形堰，三角堰，巴槽)的类别。
3）、废水总排放渠道因规则平直，长度不小于5米（废水排放进入渠道到量水堰槽前端的距离不小于3米（缓流区）。）
3.1.1 监测采样口规范化：
1、须在仪器采样口前安装格栅,保证能正常采取水样。
2、须派专人定时对采样口(格栅)附近清理杂物,以免堵塞网口。
3.1.2 监测方式
在周密考虑贵方技术需求的基础上，结合我公司在废水监测领域的丰富建设经验，监测拟采用下述方式。根据环保管理的要求和贵方的技术需求，并根据我公司技术人员对污水处理工艺的了解，监测方式拟采用以下方案。
在线监测仪采样监测（COD）：由仪器自带的蠕动采样泵进行自动采样，并同时输送到试样检测泵中进行在线监测分析。
3.2监测设备工作控制间（简称站房）建设
自动监控设备作为精密的监测仪器，对工作的现场环境要求较高，只有保证自动监控设备安全、准确、稳定运行，才可以确保监测数据的准确、有效，才可以最大程度上的发挥该系统的经济和社会效益；因此，为自动监控设备提供一个符合监测设备工作要求的工作环境是十分重要的。