在線(xiàn)分析系統工程應用故障的技術(shù)分析

1 在線(xiàn)分析系統工程應用的現狀

我國專(zhuān)業(yè)化開(kāi)展在線(xiàn)氣體分析工程應用始于1985年，艱辛歷程24年的工程應用實(shí)踐經(jīng)驗值得認真總結和充分利用?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/在線(xiàn)分析">在線(xiàn)分析系統已經(jīng)突破和超越了在線(xiàn)分析系統的不爭事實(shí)，在線(xiàn)分析系統已成為主導市場(chǎng)的主要業(yè)態(tài)，在線(xiàn)分析工程技術(shù)必須高度鎖定工程應用的向度。當今的在線(xiàn)分析系統已經(jīng)具有工程應用的力度、適應性和較大規模，并正在拓展更為廣闊的應用領(lǐng)域。

在線(xiàn)分析系統工程應用的主要目的是工藝過(guò)程的優(yōu)化控制和安全生產(chǎn)以及節能治污減排，更直觀(guān)的技術(shù)表達就是追求物質(zhì)成分量信息適時(shí)、連續計量的準確度。“不連續”和“不準確”將成為判斷在線(xiàn)分析系統“廣義”故障的兩個(gè)技術(shù)尺度。

2 在線(xiàn)分析系統工程應用故障的定義

本文討論的在線(xiàn)分析系統工程應用故障決不是僅僅指系統或儀器損壞，可能停用報廢的狹義而經(jīng)典意義的故障，而是“廣義”的故障。

使在線(xiàn)分析系統的運行嚴重偏離正常的工程應用狀態(tài)，使在線(xiàn)分析系統的物質(zhì)成分量檢測輸出信號嚴重偏離正確檢測值的一切非常態(tài)或故障，定義為在線(xiàn)分析系統的工程應用故障(以下簡(jiǎn)稱(chēng)故障)。自然也包括在線(xiàn)分析系統或在線(xiàn)分析器損壞而停用甚至報廢的后果極為嚴重的故障。

3 在線(xiàn)分析系統工程應用故障的分類(lèi)技術(shù)分析

本文以在線(xiàn)分析系統工程應用角度的廣闊視野，對在線(xiàn)分析系統的工程應用故障進(jìn)行分類(lèi)評估和技術(shù)分析，以求能準備好故障處置的“應急預案”，提高故障排除的效率和效果。

在線(xiàn)分析系統的工程應用故障可大致分成如下十類(lèi)，其后將分類(lèi)陳述：

(1) 針對性設計失誤

(2) 技術(shù)轉移失效

(3) 環(huán)境適應性太差

(4) 反應速度太慢

(5) 樣氣流量下降或中斷

(6) 樣氣除塵失效

(7) 樣氣除濕失效

(8) 無(wú)檢測信號

(9) 分析值準確度低

(10) 安全性差

3.1 針對性設計失誤

在線(xiàn)分析系統的最大特點(diǎn)是針對樣氣條件、工程應用要求及環(huán)境條件的針對性設計，這種針對性設計的主要根據是工程項目的技術(shù)協(xié)議(合同的有效附件)，當然訂貨合同也是根據，只是它遠不如技術(shù)協(xié)議準確和全面。

(1) 分析器的測量范圍不符合工程應用要求，并進(jìn)而導致檢測準確度嚴重降低;

(2) 分析器的選型和規格令設備的使用維護者不滿(mǎn)意;

(3) 在線(xiàn)分析系統不很適應工程非常態(tài)的樣氣條件和環(huán)境條件。對“非常態(tài)”缺氣認識和交流非常有害。

加強工程用戶(hù)的內部協(xié)調，加強供需雙方訂貨前后的深入技術(shù)交流，一般可以避免此類(lèi)故障的發(fā)生。

3.2 技術(shù)轉移失效

在線(xiàn)分析一旦進(jìn)入工程應用現場(chǎng)，系統針對性設計的產(chǎn)品技術(shù)，安裝技術(shù)，使用維護技術(shù)，以及一般性的檢修技術(shù)，都要準確無(wú)誤地轉移到工程用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)操作人員手中?？焖儆行мD移的方式主要是系統的安裝使用說(shuō)明書(shū)、系統安裝規范或指導文件、操作人員的針對性培訓以及供應的備品備件等。

技術(shù)轉移失效的突出表現是用戶(hù)反映“不會(huì )用”，“不會(huì )維護”。其嚴重后果是會(huì )引發(fā)不該發(fā)生的故障，甚至是系統停運或損壞。

(1) 安裝使用說(shuō)明書(shū)的指導性差;

(2) 技術(shù)培訓不到位;

(3) 用戶(hù)的管理不規范。

供方的責任是：安裝使用說(shuō)明書(shū)要能真正準確無(wú)誤、容易理解地指導用戶(hù)安裝、使用，維護設備;培訓用戶(hù)要按程序實(shí)施，以提高培訓質(zhì)量。需方也應有規范的管理，讓專(zhuān)業(yè)人士接受培訓，避免操作人員盲目流動(dòng)。

3.3 環(huán)境適應性太差

在線(xiàn)分析系統的應用環(huán)境是很難控制的，有時(shí)選一個(gè)合適的安裝位置都十分困難。

(1) 環(huán)境的極限溫度無(wú)論最高，最低都很容易引發(fā)系統的故障。最高溫度≥45℃時(shí)，40℃使用溫度的分析器肯定要癱瘓了，加空調器降溫是必要的。最低溫度≤+5℃是絕對不允許的，分析器和某些樣氣處理部件也不能適應，控制室升溫≥10℃是非常必要。

(2) 系統的取樣點(diǎn)離分析機柜的距離越小越好，以15米為宜。對提高系統的反應速度有利。

(3) 控制室或分析機柜的安裝處要遠離大功率用電設備或強電磁場(chǎng)設備，避免發(fā)生電氣干擾和高頻電磁干擾。電氣干擾會(huì )造成分析儀器信號與上位DCS信號不一致，此時(shí)可加信號隔離器排除。高頻干擾信號會(huì )使系統的安全性能降低，甚至使質(zhì)量不高的分析器出現液晶顯示亂跳字或黑屏的故障。

電氣干擾和高頻電磁干擾一旦出現，排除故障一般都比較困難。

3.4 反應速度太慢

在線(xiàn)分析的適時(shí)顯示非常必要，安全監控項目尤為重要。一般對系統總滯后時(shí)間(T10)的要求是60s，有快速旁路流設計的系統和短距離傳輸樣氣的系統會(huì )遠小于60s 。

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(1) 樣氣傳輸管線(xiàn)太長(cháng)(例如≥30米)、太粗(以φ61為宜)、內壁太臟和粗糙;

(2) 樣氣處理部件過(guò)多，死體積過(guò)大;

(3) 樣氣流量過(guò)小(分析器流量盡可能選擇1L/min)。

正壓力樣氣的分析系統，在取樣點(diǎn)用減壓箱對高壓樣氣就地減壓至0.1MPa左右尤為重要。傳輸壓力越高，系統的反應速度(總滯后時(shí)間)越慢。

3.5 樣氣流量下降或中斷

樣氣流量下降或中斷是樣氣處理系統的樣氣處理性能惡化或發(fā)生故障的最直觀(guān)的顯示，也是系統每天維護中的重點(diǎn)觀(guān)察內容。

(1) 取樣探頭過(guò)濾器、膜式過(guò)濾器積塵嚴重或發(fā)生堵塞;

(2) 氣路有積塵積液的堵塞，最嚴重的是樣氣冷凝器因設定溫度過(guò)低所造成的冷凝水結冰發(fā)生的堵塞故障;

(3) 氣路泄露嚴重也會(huì )使樣氣流量嚴重下降。如果是工藝樣氣源流的壓力過(guò)低，則是系統的適應性問(wèn)題，必要時(shí)需要適當改變樣氣處理系統(例如增加抽氣泵)才能排除。

3.6 樣氣除塵失效

樣氣除塵是樣氣處理系統最為困難的任務(wù)之一，分析器的苛刻要求是0.3um，

10ug/m3。隨技術(shù)的發(fā)展，系統設計的進(jìn)步，應該說(shuō)樣氣除塵已經(jīng)是項很成熟的技術(shù)。

樣氣除塵有三個(gè)技術(shù)環(huán)節：

(1) 取樣探頭的加熱反吹過(guò)濾技術(shù)，所用的高效過(guò)濾元件已能過(guò)濾0.3um粉塵99%，過(guò)濾元件上不斷聚集的灰塵，借助PLC控制電磁閥組實(shí)現的0.6MPa壓力下的加熱反吹掃，完全可以實(shí)現免維護、高可靠性的防堵塞連續取樣。

(2) 后級膜式過(guò)濾器的失效，除了過(guò)濾膜嚴重污染或積塵需要更換以外，因氣流阻力增大或膜片破損而造成的故障，值得警惕。具有疏水特性的過(guò)濾膜片能有效適應偶然的“逃液”和樣氣中的液霧。

(3) 正壓型的在線(xiàn)分析系統，仍然需要設置某種原理的前級過(guò)濾器，如精度為1um 99%的過(guò)濾器和液霧捕集器。粉塵，液滴過(guò)濾器和液霧捕集器的合二為一的組合式設計是最理想的，重慶凌卡分析儀器有限公司有這種專(zhuān)利產(chǎn)品。

所有的過(guò)濾器，除非過(guò)濾元件和過(guò)濾膜片具有疏水特性，都會(huì )因樣氣含水或液霧嚴重而容易發(fā)生堵塞或破損失效，樣氣處理系統的針對性設計應能預防這種潛在的故障。

3.7 樣氣除濕失效

樣氣處理系統的除濕(含除水)，也是樣氣處理系統最為困難的任務(wù)，至今仍有很大的優(yōu)化提高的技術(shù)空間。

(1) 樣氣除水采用氣水分離器，排放冷凝水最經(jīng)典和最可靠的手段是采用蠕動(dòng)泵。但是蠕動(dòng)泵排水故障(如排水管粘連)，會(huì )造成冷凝水進(jìn)入后級流量計的嚴重故障。

(2) 降低樣氣的濕度，即除濕，要采用某種原理的樣氣冷凝器。最為經(jīng)典和有效的是壓縮機式樣氣冷凝器，雙路更好。渦流式樣氣冷凝器的最大優(yōu)點(diǎn)是本安防爆，但樣氣溫度只能降低25℃以?xún)?。半導體制冷的樣氣冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是成本低，樣氣入口溫度也只能達到60℃左右。

(3) 使用樣氣冷凝器的最大問(wèn)題是出口樣氣的設定溫度不能太低，一般以+4℃左右為宜，如果設定+2℃,極有可能產(chǎn)生局部結冰堵塞，進(jìn)而冷凝水向后灌入分析器，造成更為嚴重的后果。

以上所述樣氣冷凝器處理后出口樣氣的溫度都在+4℃，絕對達不到0℃的極限。因為樣氣壓力等條件的影響，此時(shí)樣氣的露點(diǎn)并不是+4℃，而是可能高得多，造成其后出現液態(tài)水的嚴重故障。

美國Perma Fure公司的Nafion高分子隔膜干燥器能使樣氣露點(diǎn)達到-10℃以下，Baldwin熱電冷凝器也能將樣氣露點(diǎn)降至-7℃。這是樣氣處理系統技術(shù)很大的跨越，能為在線(xiàn)分析器提供更加有效地保護。

3.8 無(wú)檢測信號

在線(xiàn)分析系統讓人最不能接受的故障是分析器無(wú)顯示值，即無(wú)輸出信號。

(1) 樣氣中斷，樣氣流量無(wú)顯示。主要是樣氣處理系統因堵塞或抽氣泵損壞等嚴重故障引起，應針對性檢查和排除。樣氣帶有液態(tài)水也很容易造成抽氣泵損壞。

(2) 系統或分析器的電器連接存在錯誤，特別是輸出信號開(kāi)路，應認真檢查確認無(wú)誤。

(3) 分析器故障;如接收器等部件損壞。儀器保險絲熔斷保護也不要疏忽。

3.9 分析值準確度低

工程上使用在線(xiàn)分析器和在線(xiàn)分析系統的本質(zhì)目的或最終目的，是準確、可靠、適時(shí)地在線(xiàn)檢測，為工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現工藝過(guò)程優(yōu)化控制提供物質(zhì)成分量的準確信息。

分析值是否準確，只有正確使用合格的標準氣，對分析器的零點(diǎn)和量程進(jìn)行嚴密的校準，才能予以確認。

分析值不準確的原因在“在線(xiàn)分析系統廣義抗干擾研究”【1】論文中已有全面深入的論述，大至可分為以下幾類(lèi);

(1) 分析器方面：儀器原理及其量程選型不當，干擾組分的干擾誤差過(guò)大等。

(2) 樣氣處理系統方面：工藝樣氣在取樣、樣氣傳輸和樣氣處理全過(guò)程中，發(fā)生的各種細微的變化和影響。如煙氣脫硫(CEMS)系統的樣氣冷凝器是樣氣處理系統必不可少的樣氣處理部件，SO2會(huì )從冷凝水中流失3—5%，也就是在這一技術(shù)環(huán)節，分析值的準確度下降了 3—5% 。

(3) 應用環(huán)境方面：主要是電氣干擾和射頻電磁干擾，如前所述。質(zhì)量不高的分析器，旁邊有人打手機，都會(huì )使儀器的顯示亂“跳字”。

此方面的影響因素很多，涉及多方面的原理和許多微妙的因素，只能具體問(wèn)題具體分析，工程應用的經(jīng)驗起著(zhù)決定性的作用。

3.10 安全性差

在線(xiàn)分析系統的安全應用所涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，而且專(zhuān)業(yè)性很強，可簡(jiǎn)單歸納如下：

(1) 分析器和在線(xiàn)分析器的電氣安全指標是合格的，但因運輸、貯存、安裝等方面，因濕度高等原因，會(huì )使原有的電氣安全性能下降。

(2) 有一定防爆要求的在線(xiàn)分析系統和規范設計的在線(xiàn)分析系統，在現場(chǎng)安裝或重新組裝的過(guò)程中，由于安裝疏忽或檢查確認不到位等原因，使原設計的防爆功能下降。

(3) 完成安裝并運行的系統，冷凝水和尾氣排放不符合要求，不暢通或未排到安全、不致造成污染的地方。

(4) 樣氣處理系統的泄漏是絕對不允許的，是很大的安全隱患和故障源。

4 在線(xiàn)分析系統工程應用故障的排除

在線(xiàn)分析系統是大型、精密的成套設備，應該追求100%的工程應用成功率。所以對其工程應用故障進(jìn)行全面深入的技術(shù)分析，有很重要的現實(shí)意義，對其故障的排除也有一定的指導意義。

對在線(xiàn)分析系統工程應用故障的排除提出如下意見(jiàn)：

4.1 加強專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)的全過(guò)程技術(shù)服務(wù)

專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)有針對性，規范的專(zhuān)業(yè)化設計，這是分析系統成功應用最大的保證。也應要求系統的安裝使用說(shuō)明書(shū)、技術(shù)培訓、備品備件供應等，能有效保障該產(chǎn)品的設計技術(shù)、應用維護技術(shù)、一般性的檢修技術(shù)，能被工程用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)操作人員全面理解、掌握和熟練運用。

4.2 以專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識為指導

在線(xiàn)分析工程技術(shù)是門(mén)很特殊的新專(zhuān)業(yè)，要檢修其工程應用故障，沒(méi)有較好的專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識和相當的理論知識是很難想象的。所以，進(jìn)一步的學(xué)習和技術(shù)交流就顯得必要了。

4.3 經(jīng)驗主義地解決現實(shí)問(wèn)題

在線(xiàn)分析系統的專(zhuān)業(yè)化應用也有24年艱辛歷程，畢竟已經(jīng)積累了比較豐富的工程應用經(jīng)驗，這在系統的使用維護與檢修中肯定用得著(zhù)。某種故障的排除或降低其不利影響，即使我們不知道為什么，但我們知道怎樣按程序如何做，也肯定能取得好的效果。

4.4 對生產(chǎn)工藝條件和現場(chǎng)條件的當前狀態(tài)多做深入分析研究

應十分清醒的認識到，工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝條件是動(dòng)態(tài)變化的，當然十分穩定的也有。變化的最大原因是產(chǎn)品的調整或生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，此時(shí)還固執地認為分析值與原來(lái)有差別，和大的變化，就是分析系統有故障，顯然是誤會(huì )或誤解。生產(chǎn)工藝也可能發(fā)生意外的不希望的擾動(dòng)或失常，造成樣氣條件巨大變化，難免發(fā)生這種潛在的故障，也應該引起我們高度關(guān)注。

4.5 注重細節，關(guān)注過(guò)程

在線(xiàn)分析行業(yè)的在線(xiàn)分析系統工程應用， “細節決定成敗”的觀(guān)念很流行，也的確如此。難的是任何時(shí)間、任何技術(shù)環(huán)節，我們關(guān)注細節都嚴密周到，沒(méi)有任何疏忽和漏洞。

在線(xiàn)分析系統的工程應用，只有控制住了全過(guò)程，才能把握住所有細節。

所以，我們最后的忠告和建議是：

有效控制全過(guò)程，把握住所有細節，把故障消除在發(fā)生之前，全力爭取在線(xiàn)分析系統工程應用的完全成功。