CB-Omni 产品介绍及工作原理

版本版本等级日期注释/ A B C首次发布针对CBX系列修订针对CB Omni系列修订1996年5月针对GN系列修订1999年10月2003年8月2007年8月第1章简介何谓在线、实时分析，对机械或电气工程师来说，这算不上什么问题。

大多数物理变量的控制是基于在线和实时的测量，所以“工艺”工程师几乎不使用这些词语。

例如，在机械/电气系统中的物理变量有温度、压力、速率、力、电流、电压、电阻等。

这些变量理所当然地需要在线、实时的测量。

所使用的仪器是能对需测量变量做出反应的传感器，如:温度计或阻温设备、压力计、风速表、标尺、伏特计、安培表等等。

在工艺流程中，这些设备几乎能立即显示感应到的测量值。

例如:植入管道的压力和温度传感器，可在液体流经管道时，同时读取液体的压力和温度。

这称为在线、实时的测量。

一般来讲，很少有工程师打开管道的某个阀门，提取管道中的一份液体样本，然后将样品带回实验室并测量其温度。

但如果他这样做，得到的温度读数对工艺流程来说是远程的和延时的。

他了解到的不是现在发生了什么，而是在他提取样品时曾经发生了什么。

在水泥及其它采矿业中，确实采用这种少量物料样品的远程测量。

但化学及实验室工程师，尤其是与散装固体物料打交道的工程师，要应付的不光是物理变量还有化学变量。

他们需要了解工艺流程中物料的元素构成。

对于他们，“在线、实时并配合化学分析和工艺控制”这一理念直到最近方可实现。

提取样品、仔细地制备样品，最后将其引入设备进行化学分析，这一做法如此根深蒂固，大部分人甚至将其看作是控制流程(甚至是动态流程)的唯一方法。

考虑到实验室获得的分析结果的可用性相对于样品提取有数小时有时甚至是几天的滞后，与此同时，工艺流程还在继续。

您可以发现该技术有一个重要的缺点:时间滞后性——该方法并非实时。

还考虑到散装物料的整个工艺流程不适用于实验室，仅使用其中的一小部分(通常为10-9)。

一般来说，测量错误主要是由于实验室分析的细小部分通常被视为所提取部分的代表。

你开始认识到传统分析方法的缺陷，并能发现该方法的其它重大缺陷:它远离工艺流程，并非在线测量。

�CB Omni分析仪本文件讲述的是Gamma-Metrics公司于1984年推出的系统。

该系统可在线、实时(每分钟)地测量散装固体物料的元素组成。

它类似一个物理变量传感器——将其装入工艺流，分析流过的一切物质，每分钟提供前一分钟通过的物料的化学组成数据。

物料无需预先处理，且其颗粒分析不会对结果造成影响。

第一台在线分析仪带有垂直斜槽，通过该斜槽，石料可依靠重力滚落。

显然，流动速率受限于斜槽的尺寸，对于一个900mm×300mm的斜槽，每小时流速大约为800~~1000吨，并且有时水分、厚度以及其它因素也会对流动性有所限制。

8001993年，Gamma-Metrics公司推出了水泥行业第一台全新设计的在线分析仪一一CrossBelt T M分析仪。

1999年，美国热电公司收购了Gamma-Metrics公司之后，又推出了CB-GN CrossBelt分析仪或称其为换代系列产品。

该新设计基于先进的数字信号处理，相比上一代CrossBelt分析仪，零件更少。

该系统独特的模块设计令该分析仪更轻松地适应更宽的传送带。

该设计还提供了一种方法，仅需对系统进行少量调整，即可现场变化为更宽的带子。

2003年，美国热电公司再次设计并推出了一种新型的CrossBelt系统，Gamma-Metrics CrossBelt Expert，又称CBX系统。

CBX秉承了前几代系统模块化的理念，但在分析管道尺寸、带宽和安装选件上，具有极高的灵活性。

2006年，美国热电公司同飞世尔科技公司合并，形成了赛默飞世尔科技公司。

负责在线分析仪的公司为Thermo Scientific。

Scientific c推出了CB OmnOmni i20066年，Thermo Scientifi200系列CrossBelt分析仪。

CB Omni独特地融合了两大行业领先的PGNAA设备供应商的最佳技术。

当2006年9月，赛默飞世尔科技公司收购了前ASYS公司(ASYS organization)，将两大集团最优秀最具有创新性的技术应用在CBOmni系列分析仪上，得到一套独特的系统。

该系统不但安装简便，在原料分析和控制上还具有无以伦比的性能和可靠性。

图1-1CB Omni CrossBelt分析仪顾名思义，CrossBelt意味着当物料在一个标准的传送带上流经分析仪时，该系统在无需接触的情况下，可分析物料的整个流程。

传送带周围有一个水平皮带沟，并且不受粘性或其它难处理物料影响。

物料流速仅同带子尺寸以及物料层厚度有关。

带速不影响分析进程，因此可通过提高带速来提高流动能力。

所有Thermo Scientific分析仪上使用的分级技术被成为瞬发γ射线中子活化分析(PGNAA)。

PGNAA的原理是每种元素当受到中子激发时，发射出具有特性的γ线，利用这一点，可识别并量化所含元素。

本文件中多次提到PGNAA技术，并在第二章中加以详细描述。

随着在线实时散装物料分析的产生，现在可以对动态工艺流程进行控制，就像在机械/电子系统中对物理变量进行控制一样。

对于整个物料流的连续分析目前仅在水泥行业上实现。

赛默飞世尔科技公司以成为这一技术的先行者为荣，并实现了对基于化学组成的在线实时过程控制的诺言。

这是利用CrossBelt分析仪进行的大宗物料过程控制，不以获得高精度的统计数据或历史数据分析结果为目的。

虽然该分析仪不能替代实验室分析仪，但它也能显示动态过程中通过分析传感器功能获得的分析数据。

与普通实验室分析方法相比，无论自动化和复杂程度如何，过程控制在线分析仪在分析速度和精度方面都具有明显的优势。

图1-2安装好的CB Omni系列CrossBelt分析仪�经济效益但归根到底，总是由经济效益决定了产品的成功与否。

CrossBelt分析仪为您带来的经济效益是非常显著的。

例如，须考虑到为监控预混料堆成分而投入的费用和人力工作。

许多水泥厂因监控料堆成分所需资金过于庞大而省略了这一步骤，而在机械采样塔、风动送样、制样和实验室分析仪方面投入大笔资金。

但事实上，这些机械系统中有大部分工作并不尽如人意，而且维护和运行成本高昂。

最终，只有采样塔不分析物料(但采样塔的成本往往高于在线分析仪);它只提取总试样，并在制样后将试样送往实验室。

在这一整套的复杂系统之外，每小时会对物料进行一次化学分析;但更多情况下，可能是每两小时或更长时间间隔才分析一次。

因而造成输送带会连续向料堆提供不明物料。

成分不对的料堆会对工厂的总体财务和质量性能造成不利影响。

相反，在线分析仪能提供连续、自动监控，无需采样即可获得关于采石场来料和料堆成分的第一手参考信息。

�小结这样，不仅改善了采石场管理工作和利用率，而且首次实现了从堆料机第一次堆料到整堆完成全过程严格控制料堆成分。

改善后的原料管理所产生的经济效益是显著的，保证了在极短时间内就收回分析仪的投资。

以在线分析仪安装在生料磨之前为例。

普通生混料控制系统基于生料磨之后的生料试样，这意味着实验室分析时间长，生料混合(使用球磨机的混料时间超过30分钟)后的采样时间长。

而基于至少1小时前分析的旧数据来控制动态过程并混合各种物料，其结果大多数情况下都不令人满意，为此需要在预热器之前使用费用高昂的均化库。

相反，在线分析仪能在生料混合后数分钟内报告混料成分，并能采取相应纠正措施，避免偏差过大。

与相应配料控制软件结合使用，可大幅减小出磨生料变异率，一般只有普通方法的几分之一。

例如，如果将LSF变异率作为测量值，则在线分析仪系统每小时在出磨口测量到生料成分的偏差可控制在一个小于1.5的标准偏差内。

在这样一致性的保证下，均化入窑料的所需能量显著降低，均化设备上的投资也相应减少。

入窑料质量提高带来的经济效益是熟料质量更好、具体燃耗更低、耐火材料使用寿命延长、终粉磨能耗下降、对熟料中混入添加剂的控制能力更强等等。

赛默飞世尔科技非常荣幸地向您介绍这项让人眼前一亮的PGNAA技术，以及代表该技术最新发展的设备——CB Omni分析仪。

虽然人们普遍认为PGNAA是一项新兴技术，但事实上，近20年来，赛默飞世尔科技在世界各地的水泥厂和煤厂安装的在线分析仪已超过300台。

在我们看来，我们率先启用的大宗物料过程控制已呈现不可逆转的发展趋势，衷心希望得到您的认同。

第2章产品描述赛默飞世尔科技CB Omni系列CrossBelt分析仪是迄今为止精度最高的在线PGNAA设备。

CB Omni采用革命性创新设计，材料与外形完美结合，最先进的信号处理技术配合新设计的探测器，是一款在简化操作与安装方面有突破性发展的产品。

CB Omni的模块化程度很高，安装简单，可以直接安装在已有输送线上，稍做调整即可使用。

该设备简单地绕输送带安装后，就可以对通过通道的料流进行分析。

另外，由于CB Omni的模块化特性，安装时不必割断输送带。

新型CB Omni的设计不仅便于安装，而且极大降低了安装和运行成本。

该款分析仪的大小可根据要安装的输送线进行调整，以便根据其要安装的设备来优化分析仪，最大限度地降低安装成本。

系统大小根据输送机张紧辊结构、输送带宽度及物料高度来调整。

本章描述了CB Omni及其工作原理。

�分析仪部件CB Omni包括多个部件:屏蔽装置、电子单元、标准参照样品和操作员控制台(见图2-1)。

以下各节简要描述了各个部件。

图2-1典型的CrossBelt分析仪�屏蔽装置屏蔽装置中包含支持中子活化瞬发γ射线分析(PGNAA)所需的关键部件。

同时，屏蔽装置也确保了辐射水平低于国际原子能机构(IAEA)和美国核管理委员会(NRC)规定的限制。

屏蔽装置由八个或八个以上的屏蔽块组成，屏蔽块中装有探测器和中子源，它除了具有屏蔽功能外，还对输送带负载端起到支撑作用。

屏蔽装置分为上中下三部分:上下两部分完全一样;中间部分的大小和布置取决于输送带的宽度(屏蔽装置的设计以输送带为基础)。

图2-2CB Omni屏蔽装置皮带回转端在屏蔽装置下方通过(见图2-2)。

一根挠性电缆将屏蔽装置接到电子单元，用于传递处理信号。

�标准参照样品标准参照样品用于性能验证测试和系统校准，它包括精心制备的物料，这些准确已知的物料，其成分稳定，密封在塑料容器中。

容器的大小和形状可根据CB Omni通道分析区中的输送带进行调整。

各标准样品接近CBOmni中满载输送带的外形。

�电子单元电子单元装在NEMA-4机箱中，以保护内部设备，起到防尘、防潮和防水的作用。

密封的热交换单元可调节内部温度，同时防止杂质进入。

电子单元包括:�数字信号处理电子元件�用于γ射线探测器的支撑设备�电源�电源端子、通信端子和控制线路。