Analisador de oxigênio a laser extraído em linha

Antecedentes do Projeto e Análise das Necessidades

1. Antecedentes do ProjetoNo processo de produção industrial, o teor de oxigênio é um parâmetro-chave do processo, e sua medição precisa é importante para garantir a segurança da produção, melhorar a qualidade do produto e otimizar o consumo de energia. Os métodos de análise tradicionais de eletroquímica e oxigênio magnético têm problemas como velocidade de resposta lenta, grande quantidade de manutenção e vulnerável a interferências, que são difíceis de atender às necessidades da indústria moderna de monitoramento em tempo real, preciso e estável.Analisador de oxigênio a laser extraído em linhaBaseado no espectro de absorção a laser semicondutor sintonizável (TDLASTecnologia, com uma boa seletividade, alta sensibilidade, velocidade de resposta rápida, pequena quantidade de manutenção e outras vantagens significativas, pode ser amplamente utilizado na análise de gás em áreas como energia elétrica, petroquímica, metalurgia e proteção ambiental.

2. Análise das necessidades：

ouComponentes de mediçãoOxigênio (O₂）

ouAlcance de medição：0-1% O ₂e0-5% O ₂e0-10% O ₂e0-21% O ₂e0-100% O ₂(selecionado ou personalizado de acordo com as condições reais do usuário)

ouPrecisão da medição：≤± 0,1% FSou≤± 0,05% FS(Determinado de acordo com o nível de medição e precisão)

ouRepetibilidade：≤± 0,05% FS

ouTempo de resposta：T90 ≤ 5segundos (dependendo do tempo de atraso do sistema de processamento de gás de amostra)

ouCondições do gásDependendo das circunstâncias reais do local, a amostra de gás pode conter poeira, vapor de água, gás corrosivo, alta temperatura, etc., que requer pré-tratamento.

ouInstalação: Cabinet tipo instalado dentro da cabine de análise ou armário de controle.

ouSaída de dados：4-20mAsinal analógico (saída isolada),RS485 / RS232Sinais digitais (Modbus RTUprotocolo), interface Ethernet opcional.

ouFunção de alarmeAlarme de alta e baixa concentração, alarme de falha do instrumento (saída do relé).

ouRequisitos ambientaisTemperatura Ambiental:-10℃~+50℃(Analisador principal); Umidade relativa:≤90%RH(sem condensação).

ouRequisitos de energia：AC 220V ± 10%，50 Hz- É.

II. Princípios técnicos

Este analisador é baseado na tecnologia de absorção a laser de semicondutores sintonizáveis (TDLAS). Seu princípio básico é: quando o laser de comprimento de onda específico atravessa o gás medido, a intensidade de absorção das moléculas de gás do laser e a concentração de gás satisfazem a Lambda.-Lei do Bill. Ao ajustar a corrente de trabalho (ou temperatura) do laser semicondutor, ele emite comprimentos de onda que varrem uma linha espectral específica de absorção das moléculas de gás medidas. O detector recebe um sinal de luz transmissível e, após o processamento do sinal, obtém o espectro de absorção do gás. Através da análise do espectro de absorção (por exemplo, detecção de pico, detecção de harmônica secundária, etc.), a concentração do gás medido pode ser calculada com precisão.

Os analisadores de oxigênio a laser geralmente selecionam a linha espectral de absorção das moléculas de oxigênio na faixa infravermelha próxima, como:760 nmcintura de absorção próxima. Esta tecnologia tem as seguintes características:

·Alta seletividadeA absorção é produzida apenas por linhas específicas de absorção de moléculas específicas, sem interferência por outros componentes de gás.

·Alta sensibilidade: RealizávelppmAté mesmo...em ppbNível de detecção (dependendo do comprimento da faixa óptica e da técnica de detecção).

·resposta rápidaSem pré-tratamento, o tempo de resposta pode chegar ao nível de milissegundos, juntamente com o sistema de transmissão de gás e pré-tratamento, ainda pode garantir a resposta de segundo nível.

·Baixa manutençãoA vida útil da fonte de luz laser é longa, a estrutura do caminho óptico é simples, sem necessidade de substituição frequente de consumíveis.

III. Composição do sistema

O sistema de análise online de oxigênio a laser de extração é composto principalmente pelas seguintes partes:

1. Sondas de amostragem e tubos de aquecimento：

ouSonda de amostragemInstalado no ponto de amostragem de uma tubulação de processo ou equipamento para extrair amostras representativas do fluxo de processo. Filtro incorporado da sonda (geralmente um filtro de sinterização metálica), pó de grandes partículas no gás filtrado inicialmente. De acordo com a temperatura e a corrosividade da amostra, escolha o material adequado (por exemplo:316Laço inoxidável).

ouTubos de aquecimentoAdote um tubo composto de aquecimento elétrico para manter a temperatura do gás da amostra durante a transferência, evitar a condensação do vapor de água no gás da amostra e evitar certos componentes fáceis de condensação (como:SO₃vapor de água) congelação ou perda na tubulação. A temperatura de acompanhamento é determinada de acordo com o ponto de orvalho da amostra, geralmente definida em temperatura superior ao ponto de orvalho da amostra10-20℃- É.

2. Sistema de pré-tratamento de gás：

ouFiltro primárioRemova ainda mais as partículas de poeira do gás da amostra para proteger a unidade de pré-tratamento posterior. Separador de ciclone ou filtro de precisão opcional (a precisão do filtro é geralmente1-5 μm).

ouRefrigeração Desumidificação/SecaçãoSe o teor de vapor de água no gás for alto, é necessário o tratamento de desumidificação. Compressor comum para resfriar o desumidificador, para resfriar o gás da amostra até a temperatura definida (como5℃), para separar a condensação do vapor de água, o ponto de orvalho do gás de saída pode ser alcançado5℃Abaixo. Ou escolha um secador de membrana conforme necessário.

ouFiltro finoRemoção de pequenas gotas e pó residual que podem ser geradas após a desiumidificação, a precisão do filtro é geralmente0,1-0,5 μm- É.

ouPressão constanteA precisão da análise é garantida pela estabilidade da pressão e do fluxo do gás da amostra que entra na unidade de análise por meio da válvula reguladora de pressão e da válvula reguladora de fluxo (ou controlador de fluxo de massa). Normalmente o fluxo de gás é controlado0,5-2L/min- É.

ou(Opcional) Tratamento QuímicoSe o gás contém componentes de gás que interferem com a absorção do laser ou corroam os componentes do instrumento (por exemplo:H₂SeHClÉ necessário adicionar os filtros químicos correspondentes (por exemplo, adsorção de carvão ativo, absorção de neutralizadores, etc.).

ouBomba periférica/Válvula de drenagemPara a emissão de água condensada gerada durante o pré-tratamento.

3. Unidade de análise de gás a laser：

ouMódulo de emissão a laserContém comprimentos de onda específicosDFBLasers semicondutores, circuitos de acionamento a laser e circuitos de controle de temperatura. O laser é accionado por uma fonte de corrente constante de alta precisão e através de um refrigerador semicondutor (TECControle preciso da temperatura para garantir que o comprimento de onda do laser seja estável e a largura da linha seja mais estreita.

ouPiscina de absorção de gásO gás da amostra flui através da piscina de absorção, o laser funciona plenamente com o gás da amostra na piscina de absorção. As piscinas de absorção geralmente usam estruturas de reflexão múltipla (comoHerriottpiscina) para aumentar o comprimento da luz e melhorar a sensibilidade da detecção. O material pode ser aço inoxidável ou vidro, com janelas ópticas em ambas as extremidades.

ouMódulo de recepção a laserDetectores fotoelétricos (comoInGaAsdiodos fotoelétricos) e circuito de amplificação frontal. O detector converte o sinal óptico recebido em sinal elétrico e faz uma amplificação inicial.

ouUnidade de processamento e controle de sinaisInclui cartão de captura de dados de alta velocidade, microprocessador incorporado (ou computador de controle industrial) e software de análise correspondente. do sinal elétrico recebido.A / DTratamento como conversão, filtragem, amplificação de fase de bloqueio (se a tecnologia de detecção armônica for usada), extração de informações de absorção de gás e-A Lei de Bill calcula a concentração de oxigênio. Ao mesmo tempo, a unidade é responsável pelo monitoramento e controle de parâmetros como temperatura, pressão, fluxo e comunicação com o exterior de todo o sistema.

4. Unidade de exibição e comunicação de dados：

ouInterface homem-máquina (Interface HMI）Geralmente uma tela táctil, usada para exibir a concentração de medição em tempo real, gráficos de tendência de dados históricos, parâmetros de estado de trabalho do instrumento, informações de alarme, etc., e pode realizar configurações de parâmetros, operações de calibração, etc.

ouInterface de saída de dados: Oferecer4-20mAsaída analógica,RS485 / RS232Comunicação digital, implementação eDCSedo PLCinteração de dados do sistema de controle.

5. Unidade auxiliar：

ouarmárioPara integrar o host do analisador, os módulos de pré-processamento e os componentes elétricos relacionados para fornecer proteção.

ouMódulo de alimentação: SeráAC 220Vpara converter a energia de corrente contínua necessária para cada componente do sistema (por exemplo,+ 5Ve+ 12Ve+24V).

ouMódulo de saída de alarme: Saída de relé para alarme de concentração e alarme de falha.

Parâmetros técnicos

V. Instalação e depuração

1. Condições de instalação：

ouA cabine de análise ou o local de instalação deve evitar vibrações fortes, fortes interferências eletromagnéticas, gases corrosivos e poeira.

ouGarantir uma boa ventilação.

ouOs pontos de amostragem devem escolher o local onde a mistura é uniforme, a velocidade de fluxo é estável e pode representar a condição real do processo.

ouA linha de aquecimento da sonda de amostragem ao sistema de pré-tratamento deve ser o mais curta possível para reduzir o atraso de transmissão.

2. Passos de instalação：

ouInstalação da sonda de amostragemDe acordo com os requisitos do processo, abra o furo no tubo, solda a flange e instale a sonda de amostragem firmemente para garantir a vedação.

ouConexão de tubos de aquecimentoConecte a saída da sonda de amostragem à entrada do tubo de aquecimento e a saída do tubo de aquecimento à entrada do sistema de pré-tratamento. Preste atenção à selagem da interface para evitar vazamentos de gás.

ouGabinete do analisador em posiçãoColoque o gabinete do analisador em um solo ou plataforma horizontal e sólida, fixando o gabinete.

ouInstalação do sistema de pré-processamentoSe a unidade de pré-tratamento for modular, instale-a no local especificado dentro do gabinete e conecte a tubulação interna.

ouConexão de circuito: ConexãoAC 220VCabo de alimentação (atenção à ligação a terra segura), cabo de sinal (4-20mAedo RS485alarme, etc.).

3. depurar o conteúdo：

ouDetecção de fugas de gásDetecção rigorosa de todo o sistema de amostragem, transmissão, pré-tratamento e vias de câmara de gás para garantir que não haja vazamentos.

ouInspeção elétricaVerifique a tensão de alimentação, se o fornecimento de energia de cada módulo é normal e se a terra é boa.

ouConfiguração de parâmetrosConfigurar o alcance da medição do instrumento, os valores de alarme, o fluxo de gás da amostra, a temperatura de aquecimento e outros parâmetros através da tela táctil.

ouCalibração de ponto zeroAcesso a gás zero verificado (por exemplo, nitrogênio de alta pureza)N₂Pureza.≥99.999%Calibração de ponto zero.

ouCalibração de medidaGases padrão em concentrações conhecidas (O₂calibração) para a calibração. O número de pontos de calibração é determinado de acordo com os requisitos de precisão, geralmente1-2Pontos.

ouCoordenação do sistemaVerifique se o fluxo de gás da amostra, a pressão e a temperatura são estáveis ​​na faixa definida e observe se os valores de medição do instrumento são estáveis ​​e consistentes com a concentração de gás padrão. Teste se a saída de dados é normal e se a função de alarme é confiável.

ouTeste de condição de trabalho simuladoSempre que possível, simular as condições reais de trabalho (por exemplo, mudanças de temperatura e umidade) para observar o desempenho do instrumento.

6. Operação e manutenção

1. Monitoramento diário：

ouVerifique regularmente se os valores de medição mostrados pelo analisador estão dentro de uma faixa razoável e se a tendência é normal.

ouVerifique se os indicadores de estado do instrumento estão normais e se há informações de alarme.

ouVerifique se o fluxo de gás da amostra, a pressão e os componentes da unidade de pré-tratamento (por exemplo, a diferença de pressão do filtro, a temperatura do refrigerador e a situação de drenagem) estão normais.

ouRegistre os parâmetros operacionais do instrumento e os registros de calibração.

2. Manutenção regular：

ouDiárioInspeção, verificação do estado do instrumento, emissão de água condensada.

ouSemanalmenteVerifique se o elemento do filtro está bloqueado (avaliado por pressômetro ou mudança de fluxo) e substitua conforme necessário. Verifique se o tubo de aquecimento está funcionando normalmente.

oumensalmenteCalibração ou verificação de ponto único para verificar a precisão do instrumento, usando zero e calibração de intervalo. Verifique se a conexão da via de ar está solta.

ouQuartualmente/Meio anoDependendo do grau de limpeza do gás da amostra, substitua o elemento de filtro de precisão e o adsorente do secador (se usado). Verifique se o detector fotoelétrico e a janela da cabeça do laser estão limpos e limpe suavemente com etanol sem água e papel da lente, se necessário.

ouTodos os anosUma inspeção e calibração abrangentes do desempenho do analisador (calibração multiponto). Verifique o filtro da sonda de amostragem e substitua-o conforme necessário. Verifique o efeito de acompanhamento de tubos de aquecimento, envelhecimento tropical de substituição oportuna.

3. Resolução de falhas：

ouNão é possível exibir ou iniciarVerifique a fonte de alimentação, os fusíveis e os módulos de alimentação.

ouValores de medição anormais (elevados)/Baixo/grande flutuação)Verifique se o gás da amostra é normal (fluxo, pressão, vazamento); Verifique se o sistema de pré-tratamento está falhando (bloqueio do filtro, mau efeito de desumidificação, poluição); Verifique se o caminho luminoso está alinhado e se as janelas estão contaminadas; verificação de calibração; Verifique se houve interferência.

ouFalha de comunicaçãoVerifique se a conexão da linha de comunicação, as configurações dos parâmetros de comunicação (taxa de transmissão, endereço, bit de verificação) e a interface de comunicação estão danificadas.

ouFalha de alarmeVerifique a configuração dos parâmetros de alarme, a linha de saída do relé, o dispositivo de alarme externo.

4. Peças de reposiçãoRecomenda-se que os usuários reservem peças de uso comum e bens de consumo, como filtros de filtro de várias especificações, aneis de vedação, secadores, gases padrão, etc.

Sete.Conclusão

Analisador de oxigênio a laser extraído em linhaAdotadoTDLASA tecnologia, combinada com um sistema de pré-tratamento de amostras de gás, permite um monitoramento on-line contínuo, preciso e confiável do teor de oxigênio em processos industriais. Suas características de alta seletividade, resposta rápida e baixa manutenção tornam-no ideal como alternativa aos métodos de análise tradicionais. Esta solução técnica, através de uma composição de sistema cuidadosamente projetada, instalação rigorosa e manutenção operacional especificada, garante a operação estável do analisador a longo prazo, fornecendo aos usuários dados de medição precisos e atendendo às necessidades de controle do processo de produção e monitoramento de segurança, com benefícios econômicos e sociais significativos.