在线监测煤气中CO、CO2、H2、O2浓度仪

总则

本技术方案是专门为轧钢加热炉的尾气检测而制定。

工业煤气主要有兰炭炉煤气、煤气发生炉煤气、焦炉煤气、扎钢加热炉等。

轧钢加热炉尾气主要成分如下：

*利用自身的技术创新优势，仪器方面解决了传统在线气体分析仪CH4测量结果不准、不能直接测量CnHm的问题，并能够准确测量煤气体中H2的浓度；预处理系统方面经过长期实践并在借鉴经验的基础上，开发出煤气在线分析系统。整个系统由如下几个部分组成：

1、 仪表部分：采用*自主知识产权的六组分红外煤气分析仪NK-400A，用于在线分析煤气中CO、CO2、CH4、CnHm、H2、O2等气体浓度，并实时计算煤气热值；

2、 预处理及采样装置：针对不同工况煤气进行采样和净化处理，保证系统长期稳定、可靠、准确、连续正常的工作。

3、 控制系统：采用三菱高度自动化的控制系统，能够使系统自动完成采样、反吹、气路切换等功能，实现24小时无人值守，大大减少了人工负荷；

4、 数据传输接口：测试数据通过RS-485或4-20mA输出接口传输到上级集中控制系统。为实现远程的监测、工艺调整提供实时依据。

在方案实施过程中，本公司根据客户现场的具体情况的具体要求，积极提供设备的选型咨询与技术交流、确定技术方案与系统配置、针对性设计与生产、专业制作与调试、人员培训等内容，我们将为用户提供全过程专业技术服务。

*全新的单路或多路巡检煤气成份分析系统的优势：

由于被测量气体中含有粉尘、水份、焦油、苯、萘等杂质，为保证系统长期稳定正常运行，本系统设计采用全程伴热、汽水分离、氮气反吹、精密过滤、吸附、降温、分离等多级程序，保证系统工作可靠、测量准确。

● 多路（1-6路）循环实时监测煤气成分浓度值，极大地为客户节约分析仪投入成本。

● 通过PLC控制特殊定制的电磁阀来实现多路循环，带有自动和手动模式。

● 使用工业触摸屏做为人机对话界面操作简便，可任意编程每路测量时间和报警点。同时还带有实时曲线、历史曲线、历史数据记录、报警记录等功能。

● 整机自主设计知识产权，安全可靠。友好人机对话界面，操作简便。

标准与规范

单路或多路巡检煤气成份分析系统，包括设计、制造和指导调试以及有关技术文件和图纸，遵循下述标准和规范：

● ISA 5.1-2009 仪表符号和标志

● HG/T 20638-2017 化工自控设计规定

● GB/T 12519-2010 分析仪器通用技术条件

● GB 3836.15-2000 爆炸性气体环境用电气设备

● GB 50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范

● GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范

● BS IEC 61831-1999 在线分析仪系统的设计和安装

● IEC 60079 爆炸性气体环境用电气设备

● IEC 60529 外壳防护等级（IP 代码）

● IEC/CENELEC 危险区域电缆外壳和安装规程

● ISA S 12.4 用以降低危险区域等级的仪表吹扫

● ANSI/ISA S75.04-1995 爆炸和危险环境下的法兰控制阀的连接尺寸

● ASME/ANSI B16.5 管法兰和法兰连接件

● ASME B31.3-2002 工艺配管

● BS PAS 5308 仪表电缆

● GB/T 25480-2010 仪表运输、运输贮存基本环境条件及试验方法

● GB/T 13384-2008 仪器仪表包装技术条件

● SY 25-1995 石油设施电气装置场所分类

●GB 50160-2018《石油化工企业设计防火规范》

●GBJ 235-97《工业管道工程施工及验收规范》（金属管道篇）

●GBJ 236-82《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

●GBJ 232-82《电气安装工程施工及验收规范》

●GB50093-2002《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

●HGJ 229-83《化工设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》

●SHJ 501-85《石油化工剧毒、易燃可燃介质管道施工及验收规范》

●HG 20509-2014《仪表供电设计规定》

●HG 20510-2014《仪表供气设计规定》

●HG 20516-2014《自动分析器室设计规定》

●EEMUA 38《在线分析仪系统的设计和安装》

●SH 3006《石油化工控制室和自动分析室设计规范》

●SH 3081《石油化工仪表接地规范》

●ANSI B16.104《密封泄漏》

●MSS-SP-25《铭牌和印记》

●GB/T13384《机电产品包装通用技术条件》

●GB/6388—86《运输包装收发标志》

●GB/T4064—83《电气设备安全设计导则》

●GB/4720/GB3797/GB3047.1《电控设备制作规范》

（注：上述标准如果出现新标准替代，按照最新标准版本执行）

工作环境条件

2.1 柜体安装地点：室内安装

2.2 环境温度：-10℃～50℃

2.3 海拔高度：小于1800m

2.4 相对湿度：56%（25℃）

2.5 地震裂度：小于8度

系统概述

本方案主要针对如何高效、合理的利用煤气是企业节能减排、追求经济效益的重点所在。功能设计、结构、性能、安装和验收等技术方面提出的要求。

3.1.1设计要求：快速准确的分析煤气成分，高效自动运行。

3.1.2设备名称：轧钢加热炉尾气成份分析系统。

3.1.3安装位置：轧钢加热炉尾气管道。

3.1.4巡检数量：1台。

3.1.5监测目的：监测煤气中CO、CO2、H2、O2浓度，指导尾气的合理有效利用，

3.1.7信号输出：提供标准的4~20mA模拟量信号和标准的RS-485数字通讯。

3.2现场环境

3.2.1工艺管道

管道型式：由买方提供相应数据（竖式或者横式）

系统组成及原理说明

4.1系统组成

该系统由直管式取样探头、反吹控制系统、气体分析单元、伴热管线、预处理及采样装置、安装机柜及控制系统等组成。直管式取样探头包括直管探头、控制阀；预处理及采样装置包括过滤吸附装置、过滤装置、气水分离和气体干燥装置、气体分流装置、精密过滤装置等组成。气体分析仪表可以完成对煤气中CO、CO2、H2、O2的准确测量，并同时计算热值。安装机柜及控制系统主要由三菱PLC控制装置、电磁阀等控制装置组成。

4.2系统工作原理

参照系统原理流程图，煤气管道上取样，三通切换阀可实现采样、标校的气路切换操作。

打开管道上的取样开关球阀，通过操作触摸屏人机交换界面进行取样操作。分为自动模式和手动模式：

自动模式下设置好每路的取样时间，系统可自动运行，循环监测每个监测点的气体含量。手动模式下可对任监测点进行单独检测分析。

样气通过取样管进入气液分离器，除掉样气中所夹杂的液体，然后进入电子冷凝器干燥装置，能够实现24小时在线监测，干燥后的样气，在调节阀的控制下（流量在允许范围以内），进入分析仪的分析室，经过分析后再排放到专用排污放空管道。

4.3系统技术指标

1) 预处理采样装置技术指标

²自动反吹取样探头及管路；

²手动维护控制阀门，方便取样管道清洗；

²适用于取样气体温度≤800℃；

²适用于气体粉尘浓度<100g/m3;

²低温环境下采样管道采用伴热技术，防止水分、焦油冷凝而堵塞管路；

²取样探头采用烧结过滤器过滤精度≤5µm

2) 分析单元技术指标

²测量组分：CO/CO2/H2/O2

²测量方法：CO/CO2 ---NDIR红外传感器技术

H2---TCD热导检测技术

O2---长寿命电化学传感器

测量量程CO：0-75%

CO2：0-90%

H2：0-8%

²测量精度：CO/CO2：≤1%FS

H2/O2：≤2%FS

²响应时间：≤10秒（NDIR）

²供电电源：220V±44V 交流 50Hz±1Hz

²输出信号：标准RS-485、DC 4-20mA电流输出；

²仪器重量：约10kg

²工作温度：0-50℃

²相对湿度：5-85%

²大气压力：85-105 KPa

3) 分析机柜及控制系统技术指标

²整体机柜防护等级IP56；

²柜体配置可视窗口，换气通常；

²控制系统：采用三菱PLC，自动控制系统反吹运行；

²分析系统按照7D*24H连续运行模式设计，实现真正意义上的在线；

²系统能够输出6路4-20mA电流信号，每种气体成分对应一路输出，送往主控室DCS系统；

²预处理单元：通过伴热、过滤、吸附、分离、冷凝等工序清除煤气中焦油、苯、萘、水汽和烟尘等物质；

²预处理单元每年根据实际使用工况，至少负责清洗1-2次

4.4煤气分析系统技术关键

1）自主知识产权的NDIR红外气体分析和TCD热导分析技术

对于CO/CO2分析，采用了自主知识产权的NDIR非分光红外气体传感器技术，寿命长，仪器维护量少。该技术2018年通过了科技部的科技鉴定，达 水平，通过7年的发展，目前已经生产的传感器数量超过100000套，成熟可靠的技术，确保了产品的稳定性。公司依靠该技术实现了每年翻倍的发展。目前公司是国内能够掌握核心传感器开发技术的少数企业之一，带动了国内NDIR红外技术的发展。

TCD热导H2传感器采用德国海利普微流热导传感器，配合公司*的 技术，稳定性比以往技术大大提高。仪器采用了*的数字化技术和嵌入式软件，精度达到国际同类产品*水平。

实现核心仪器的批量生产不仅降低了仪器的购买费用，同时对于客户今后的维护和保养也是一个良好的保障。进口仪器一旦出现问题，很难在短时间内修复。

2）确保H2测量的准确性

　　热导传感器主要用于测量二元气体，如A、B混合气中的A或B，并且以另外一种气体作为背景气。而如果用于测量多种混合气体时，必然要考虑到其他气体的影响因素。一般而言炉气中含有CO、CO2、CH4、H2、O2、N2等多种气体成分，而且其热导系数各异，如下表所示：

从上表可以看出，煤气主要成分中CO、O2 与背景气N2的热导系数相当，对H2的测量结果影响不大，但是CO2 、CH4 对H2测量影响明显。通过理论分析及实验表明，如果气体成分中含有CO2，会使H2的测量读数偏低；如果气体成分中含有CH4，会使H2的测量读数偏高。因此如果，为了得到准确的H2含量，应对H2进行CO2 的校正。本方案的五组份煤气分析仪在设计时已经考虑到上述因素，作了严格试验并将各种气体的相互影响进行了修正和补偿，消除煤气中其他成分对H2的影响，故能够保证H2测量值的准确性； 同时也证明了单一组分的H2分析仪不可能得到煤气成分中准确的H2含量。

5）流量变化对H2测量无影响。

由于热导传感器的基本原理是通过对气体流动带走的热量进行换算，如果采用直接流通式的热导检测池，很难控制气流，流量大小直接影响H2的读数；我公司采用了 的旁流扩散式的热导检测池，流量在0.3~1.0L/min的范围内变化对热导的读数没有影响。

6）快速的气体响应时间

系统巧妙地设计了采样气体分流装置，在大流量气泵的抽取下，能够保证现场长距离气体管道条件下测量快速响应但又不对分析仪器造成不利影响。

7）多级完善的预处理装置

混合煤气中即使经过电捕焦等净化处理，仍然存在焦油等物质，为避免焦油气冷凝污染仪器，堵塞气路，需要在气体进入机柜预处理的前端进行降温、清洗处理。预处理及采样装置包括两级过滤吸附装置、多级汽水分离和气体干燥装置、气体分流装置、精密过滤装置等组成

8）机柜以及控制系统

　　分析仪器安装在机柜中，气体采样和预处理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并设置了多级粉尘过滤装置；机柜防护等级达到IP65以上，确保系统在环境 恶劣的条件下可靠运行。机柜内部采用恒温处理，保证设备在北方低温环境下正常工作。

双方责任

5.1分析系统供货范围及分界线表

注：“√"：主要责任人，“○"：配合人

5.2买方责任

● 负责到分析系统的敷设信号线和工作电源（AC 220V 5KW）。

● 负责设备基础的设计与建设工作。

● 负责分析系统取样阀的开孔以及焊接工作。

● 负责采样点平台的建设工作（若需要）。

● 负责对卖方所做的系统设计进行最终确认。

● 根据技术协议及合同的要求，提供设备安装的 条件。

● 对购买的设备进行验收，派遣相关人员参加技术培训。

● 负责DCS信号线缆的连接与组态。

● 负责配合卖方现场服务工作。

5.3卖方责任

● 负责所有应供货设备，指导现场组装、进行现场指导安装及开机调试。

● 提供取样点到分析系统之间所需采样管。

● 提供分析柜，包括所有的分析仪表所用的电气设备。

● 提供管道上安装设备的全部要求，包括数量、尺寸和采样孔的位置。

● 提供仪器标定所需标准气体和气瓶减压阀（根据订货合同清单）。

5.3用户配套服务

1.供电电源及电缆：220V 50HZ阻燃三芯电缆，线径≧1.5mm²；接口：G1/2"（穿线孔径＜14mm）;

2.对外接线箱信号电缆：用于与DCS的4-20mA，信号连接，阻燃二芯屏蔽电缆，线径≧1.0mm²；氧含量信号共用接口：1-G1/2"（穿线孔径＜30mm）;

4.排气口规格：Ф6；

5.分析系统落地式安装底座（1800×600×600）;

6.单套系统重量约150kg。

产品制造、安装、验收

6.1检验

6.1.1出厂检验

完整分析系统在装箱前由卖方完成检验。这些检验是用于确定所有部件的合理配置和功能，并提供产品合格证。

6.1.2安装测试

卖方负责在启动期间，完成所有测试，主板老化试验不少于150小时。

6.1.3验收

设备正常运行72小时视为合格，买方和卖方办理验收交接手续；设备到达现场18个月后，因买方不具备安装条件，双方视设备为验收合格，办理交接手续，买方履行其它（付款）义务，但卖方仍履行指导安装调试义务。

6.2检查

买方或代表有如下权利：

在系统制造和装货前任何合理时间检查和测试分析装置或在卖方公司进行测试和检查时进行监督。

装货前或装货后，审查质量控制工作。

在分析装置到达现场后进行检查。

6.3保证

考虑到整体系统的运行，卖方作出如下保证：

6.3.1交货

卖方按买方要求保证交货，并按合同要求装货、打包和标识。

6.3.2实用性

卖方以书面形式保证，卖方熟悉安装现场和安装分析系统的目的。

6.3.3设计、质量、材料和制造

卖方保证分析系统是新的和优质的，设备在设计上没有缺陷。

卖方进一步保证分析系统投运后更换的部件材料没有缺陷。

6.3.4性能

卖方保证分析系统的性能满足买方要求。

包装、运输和储存

卖方负责分析系统的包装和运输，若因包装和运输过程发生分析系统仪器设备的毁损，由卖方负责任。

卖方以书面形式提出买方储存分析系统时的要求，以防止分析系统的任何损坏。

交货清单

在线监测煤气中CO、CO2、H2、O2浓度仪