一、過程分析儀表的基礎知識：

分析儀表的定義與分類

分析儀表的系統(tǒng)組成

分析儀表的定義

分析儀表是指直接從工藝管道或設備上采樣,對被測介質(zhì)的組成成分或物性參數(shù)進行自動連續(xù)或間斷分析的儀表。

分析儀表的分類

(1)按使用目的分類

①生產(chǎn)過程監(jiān)控

用于測量設備或管道內(nèi)的物料組分,保證工藝設備的正常運行,提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

②人身和裝置安全

用于探測易燃易爆、可燃或有毒氣體的泄漏,確保人身和裝置的安全。

③環(huán)境檢測

用于測量環(huán)境中氣體、液體中的污染物。

(2)按分析對象分類

① 氣體分析儀? 包括氣相色譜分析儀、紅外分析儀、氧分析儀、熱導分析儀、質(zhì)譜分析儀、激光分析儀等。

② 液體分析儀? 包括pH 計、電導率分析儀、密度計、黏度計、近紅外分析儀、水質(zhì)分析儀、油品分析儀等。

分析儀表的系統(tǒng)組成

1. 樣品處理系統(tǒng)

① 樣品提取

從流體中提取少量所需的樣品,簡稱采樣或取樣。

② 樣品傳輸

將樣品從取樣點輸送到在線分析儀入口端。

③ 樣品處理

將樣品進行過濾、減壓、增壓、氣化、分離等處理,使處理后的樣品滿足分析儀的工作要求。

④ 樣品排放

樣品排放包括分析后樣品的排放和旁通樣品的排放,易燃、有毒或腐蝕性樣品應返回裝置或排放至火炬。

2.在線分析儀

根據(jù)工藝要求,選用適當?shù)脑诰€分析儀。

3.管理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在線分析儀管理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集和處理,對在線分析儀、樣品處理系統(tǒng)、輔助設施的性能和運行情況進行監(jiān)測、分析、維護和管理。

4.輔助設施

① 環(huán)境防護

常用的環(huán)境防護措施有分析小屋、分析儀機柜、分析儀防護棚。

② 公用工程

UPS 電源、IPS 電源、24V 直流電源、空調(diào)、排風扇、儀表空氣、給排水、蒸汽等。

二、常見過程分析儀表的介紹：

氣體分析儀

氧分析儀

微量水和露點分析儀

水質(zhì)分析儀

分析小屋

氣體分析儀

熱導式氣體分析儀

熱導式氣體分析儀是一種使用最早的物理式氣體分析儀，用于分析氣體混合物中的某個組分含量。主要用于分析混合氣體中的 H2、CO2、SO2、NH3等氣體的含量。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導能力的原理，通過測定混合氣體導熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。

熱導池：將混合氣體的熱導率用電阻值的變化表現(xiàn)出來的檢測元件。

熱導池中的電阻絲（鉑絲）通以恒定電流，產(chǎn)生一定的溫度，氣體流過熱導池時會帶走一部分熱量（氣體自身量很小，吸收熱可忽略），當熱量通過氣體傳遞到器壁（熱導池具有恒溫裝置），達到熱平衡后，電阻絲的阻值達到恒。這就完成了導熱性到電流的變化的測定。

紅外氣體分析儀

各種氣體的分子本身都具有一個特定的振動和轉(zhuǎn)動的頻率，當紅外光譜的頻率與分子本身的特定頻率相一致時，分子就能吸收紅外線，紅外線法正是利用分子所具有的這種選擇性能力來對氣體的組成進行分析的。主要用于分析混合氣體中的 CO、CO2、CH4、NH3等氣體的濃度。

紫外氣體分析儀

紫外吸收光譜檢測技術的基礎是，紫外光與分子相互作用時被分子吸收導致光能的變化，由于不同分子內(nèi)部電子能級的躍遷能量和幾率的不同，使得不同分子具有特征吸收光譜，可見，紫外吸收光譜是分子在紫外波段吸收能力的定量描述。????

化學發(fā)光法氣體分析儀

化學發(fā)光法是分子發(fā)光光譜分析中的一類，它主要是依據(jù)化學檢測體系中待測物濃度與體系的化學發(fā)光強度在一定條件下呈線性定量關系的原理，利用儀器對體系化學發(fā)光強度的檢測，而確定待測物含量的一種痕量分析方法。?

化學發(fā)光法原理（NOx ）分析儀

NO＋O 3 →NO 2 *＋O 2

NO 2 *→NO 2 ＋hv

該反應的發(fā)射光譜在 600~3200nm 范圍內(nèi)， 最大發(fā)射波長為 1200nm。

NO 2 ＋O→NO＋O 2

O＋NO＋M→NO 2 *＋MNO 2 *→M+NO 2＋hv

反應發(fā)射光譜在 400~1400nm 范圍內(nèi)， 峰值波長為 600nm。）

樣品氣經(jīng)過濾，再通過毛細管及模式電磁閥分別進入NO 2轉(zhuǎn)換室或反應室,在NO 2轉(zhuǎn)換室， NO 2被轉(zhuǎn)化為 NO,在反應室 NO 與 O 3 反應產(chǎn)生特征熒光，熒光強度與 NO 濃度成正比， 從光電倍增管得到熒光強度信號，從而得出 NO X濃度。

顆粒物氣體分析儀又叫光學濁度儀、煙氣檢測儀。分前散射、抽取式、后散射、對穿法、電荷法等原理 。

氧分析儀

順磁式氧分析儀

任何物質(zhì)都具有一定的磁性，在外界磁場的作用下被碰化。各種物質(zhì)具有不同的磁化率，磁化率為正的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，在外界磁場中被吸引，磁化率為負的物質(zhì)在外界磁場中被排斥。氧為順磁性物質(zhì)，其磁化率與其他氣體(一氧化氮、二氧化氮除外)相比要大得多，故可以通過測量磁化率來測量氣體的氧含量。

氧化鋯分析儀

氧化皓氧分析儀利用氧化體電解質(zhì)原理分析待測氣體中的氧含量，屬于電化學分析方法、具有結(jié)構簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應時間快等優(yōu)點，一般用于石化，化工等行業(yè)的煙道氣中的氧氣濃度的分析。

固體電解質(zhì)是以氧化鋯為代表的氧離子導體。氧化鋯經(jīng)氧化鈣或氧化釔及稀土金屬氧化物摻雜后,結(jié)構穩(wěn)定,電導率提高。這是因為四價的鋯原子被二價的鈣或三價的釔原子所置換,形成氧離子空穴,高溫時(700℃以上)就變成了良好的氧離子導體。當氧化鋯管的內(nèi)外兩側(cè)氣體中氧分壓不同時,就構成了氧濃差電池。氧離子從濃度高的一側(cè)遷移到濃度低的一側(cè),在氧化鋯管的內(nèi)外就產(chǎn)生了電勢。

微量水和露點分析儀

微量水分析儀是用來測量氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)中微量水分子的含量,分可為電容法、冷鏡法、激光法(TDLAS)、石英晶體振蕩法、五氧化二磷電解法和光纖法(近紅外漫反射法)等。用于測量空氣、氮、氫、氧、一氧化碳、二氧化碳、天然氣、惰性氣體、烷烴、芳烴及其混合氣體、氯氣、氯化氫、氟、氟化氫、液態(tài)碳氫介質(zhì)等中的水分含量。

露點分析儀：露點概念，空氣濕度達到飽和時的溫度。氣溫愈低，飽和水氣壓就愈小。所以對于含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽壓降至與當時實際的水汽壓相等時的溫度，稱為露點。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點。補充：當該溫度低于零攝氏度時，又稱為霜點。測量方法：氧化鋁法。

微量水分析儀

五氧化二磷電解法

露點分析儀

水質(zhì)分析儀

PH分析儀

pH值是液體介質(zhì)酸堿度的測量單位。玻璃電極中的pH敏感部件是玻璃泡，它能夠產(chǎn)生與介質(zhì)pH值相對應的電化學電位。少量H+離子滲透穿過膜片外層，負離子仍保留在溶液內(nèi)，從而產(chǎn)生電位。

電導率分析儀

電導率分析儀是基于電解質(zhì)在溶液中離解為陰、陽離子,溶液的導電能力和離子的有效濃度成正比的原理。由于溶液的電導率大小與待測的電解質(zhì)濃度相關,通過測量電導率就能得到組分濃度。

電導率分析儀根據(jù)電極結(jié)構不同,分為電極式(接觸式)和電磁感應式(非接觸式)兩種。

密度分析儀:當需要換算油品總質(zhì)量或標準體積時,設置用于密度計算的壓力或差壓變送器,分以下兩種情況。

① 采用混合法(HTMS)計量,通過雷達液位計、伺服液位計等直接測量液位高度時,常壓儲罐采用1臺壓力變送器,低壓儲罐采用2 臺壓力變送器或1 臺差壓變送器測量并計算介質(zhì)的平均密度。

② 采用靜壓法(HTG)計量,通過測量油品罐底壓力或差壓計算液位時,采用2 臺壓力變送器測量并計算密度。測量得到的是2 個取源口之間油品的密度,并非整罐油品的平均密度。

密度分析儀:共振式密度計，叉體以共振頻率振動。介質(zhì)密度變化時，叉體的振動頻率也發(fā)生變化。介質(zhì)密度直接影響叉體的振動頻率。通過系統(tǒng)中儲存的介質(zhì)信息及計算公式精準計算介質(zhì)的濃度。

濁度分析儀，濁度是由懸浮顆粒引起的液體渾濁。濁度又稱渾濁度,是反映水中懸浮物和膠體,如泥沙、黏土、藻類、有機物質(zhì)以及其他微生物有機體含量的一個水質(zhì)參數(shù)。濁度一般采用光學原理進行測量,主要有透射光和散射光兩種形式。隨著濁度測量技術的發(fā)展,散射光測量原理的濁度儀可靠性高,適用范圍廣,已經(jīng)成為濁度分析儀的主流。

化學需氧量COD分析儀

化學需氧量(簡稱COD)又稱化學耗氧量,指在一定條件下,使用氧化劑氧化水中的還原性物質(zhì)(主要是有機物)所消耗的氧的量,以mg/L 表示。COD 是衡量水體有機污染的一項重要指標,化學需氧量大,表示水體受有機物的污染嚴重。

選型注意：

① 用于企業(yè)廢水排放口COD 監(jiān)測,數(shù)據(jù)需要實時上傳到環(huán)保部門,選用重鉻酸鉀氧化法原理的COD 分析儀。

② 選用重鉻酸鉀法COD 分析儀,其監(jiān)測廢水的氯離子含量最大不能超過4000mg/L,最好低于1000mg/L,否則需要選配自動稀釋裝置,或改用TOC 分析儀。

③ 企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程或水處理工藝控制,可選用響應速度快的間接測量原理的儀器。

④ 在危險區(qū)域應選用相應防爆等級的儀器。

總有機碳TOC分析儀

TOC 的測量主要是通過氧化作用,將水中的有機物質(zhì)氧化為CO2 ,然后再通過檢測氧化CO2 的量來換算成TOC 的濃度。

選型注意：

① 常規(guī)給水、循環(huán)水、蒸汽凝結(jié)水等較為潔凈的水樣,宜選用進樣量大、采用紫外光-過硫酸鹽雙重氧化原理的在線TOC 分析儀,可以保證低的檢出限。

② 成分復雜、含懸浮物的水樣,不論是工藝用水還是排放廢水中,可能有鹽、懸浮物和容易形成沉積物的組分,如氯離子、乳濁的油滴、懸浮的固體顆粒、無機鹽類等,宜選用臭氧羥基二級氧化原理的TOC 分析儀。

③ 懸浮物低、鹽含量低的水樣,可選用高溫燃燒催化氧化原理的TOC 分析儀。

④ 由于初期雨水往往懸浮物含量高,有機物成分復雜、濃度高,建議選用臭氧羥基二級氧化原理的TOC分析儀。

⑤ 監(jiān)測工藝用水,如凝結(jié)水回用、循環(huán)水外排以及下游產(chǎn)品原料時,宜采用連續(xù)進樣、響應時間快的TOC 分析儀。

分析小屋

分析小屋(柜、棚)是為安裝在現(xiàn)場的在線分析儀和樣品處理系統(tǒng)等提供合適的運行環(huán)境,確保在線分析儀系統(tǒng)的性能穩(wěn)定和正常運行,便于操作和維護。分析小屋宜安裝在安全區(qū)域內(nèi),或者安裝在2 區(qū)危險區(qū)域內(nèi)。小屋內(nèi)按危險區(qū)劃分按1 區(qū)考慮。

分析小屋應遵循下列國家和行業(yè)相關標準:

① GB 29812 工業(yè)過程控制 分析小屋的安全;

② GB/T 25844 工業(yè)用現(xiàn)場分析小屋成套系統(tǒng);

③ SH/T 3174 石油化工在線分析儀系統(tǒng)設計規(guī)范;

④ HG/T 20516 自動分析器室設計規(guī)范。

三、過程分析儀表相關規(guī)范：

SH/T 3174-2013? 石油化工在線分析儀系統(tǒng)設計規(guī)范

SH/T 3005-2016? 石油化工自動化儀表選型設計規(guī)范

HG/T 20507-2014 自動化儀表選型設計規(guī)范

HG/T 20516-2014 自動分析器室設計規(guī)范

GB/T 25844-2010 工業(yè)用現(xiàn)場分析小屋成套系統(tǒng)

GB/T 29812-2013 工業(yè)過程控制 分析小屋的安全