样品处理系统

液样

回路，含尘较高的气样和较脏的液样


2 插入长度及方向、 一般插入长度应不小于管道内径的 1/3，EEMVA NO.138标准推荐插入长度：最小30mm,最大 0.5D+10mm


插入方向：①水平管道，气体顶部插入，液体侧壁插入， 禁止底部插入，探头垂直于流体流向；②竖直管道，侧 壁插入，液体要自下而上流动。 3 取样探头设计中应注意的问题 ① 取样探头应通过带法兰的T型短管接头固定 ② 所用材料、T型接头、法兰类型、阀门压力等级、焊 接件和热处理工艺应符合相应的配管技术规格


4 取样点应位于可利用工艺差压构成快速循环回 5 取样点应选在样品温度、压力、清洁度、干燥
路的位置

度等条件尽可能接近分析器的要求的位置，以使样 品处理部件减到最少（减少滞后和误差）

6 取样点的位置应易于从扶梯或平台接近 7 在线分析的取样点应和实验室取样点分开设置
尽可能避免以下情况
1 不要在一段长而直的管段下游处取样，这个位置 的流体往往呈层流状，管道横截面上的浓度梯度使 取样不具有代表性
四、Tube管和管接头 1、Pipe管和Tube管的区别 Pipe管和Tube管事两种规格系列的管子，其管径尺寸、连接方 式、表示方法和适用范围均不相同。 ① 管径尺寸：Pipe管管径大，一般在15mm ~1500mm（1/2 ~ 60in）之间，也有不在此范围的，但用的很少；Tube管管径小， 一般在3 ~ 12mm(1/8 ~ 1/2)之间。 ②连接方式：Pipe管采用法兰连接、螺纹连接、焊接三种，大多 用法兰连接，低压场合允许用螺纹连接；而Tube管管壁较薄不允 许套螺纹，经过退火后采用卡套连接。 ③表示方法：Pipe管用DN表示管径规格，DN不是管子的外径、 内径，只是管路系统中所有组件（管子、法兰、阀门、接头等）通 用的一个尺寸数字，DN相同的组件可以互连；Tube管用外径OD 表示管径规格，卡套连接关心的是外径，只要外径相同的组件都可 以互连，而不需考虑内径、壁厚等。另外，Pipe管的壁厚时标准值， Tube管的壁厚就用实际壁厚表示。 ④使用范围：Pipe管的使用十分广泛，工艺管道、公用工程管道 均采用Pipe管，Tube管仅用于仪表测量管路、气动管路、在线分 析样品管路。
容易发生共振，所以探头长度不能接近允许长度。
第三节 样品传输
一、样品传输的基本要求






1 传输滞后时间尽可能短（<60s）； 实现方法：取样点距离分析仪尽量近；管线中弯头和 拐角尽量少；传输系统容积尽量小；样品流速尽量快 （1.5-3.5m/s为宜）；采用快速回路等。 2 没有死体积和死支路； 3 对于有凝液的气体样品，管路要有一定坡度，一般 1:12，有时可以1:5，在最低处靠近分析仪设凝液收集 罐； 4 防止相变； 5 管路要避免通过温度极端变化区，以免产生样品条件 无控制的变化； 6 无泄漏。
一、电伴热的特点 目前，国内工业企业大多使用蒸汽伴热，主要原因是可以利用厂内 已有的蒸汽锅炉，但其伴热效能及日后运转中的维护和消耗都远不 如采用电伴热经济。另外蒸汽管网和回水管网的材料、保温安装及
日后维护费用，蒸汽用水的净化费用也是相当可观的。

与蒸汽伴热相比电伴热有以下优点： 1、电伴热系统结构简单，不像蒸汽伴热有复杂的供汽管网和回水 管路，所需要的伴热配电设施可与其他电气线路共用； 2、热损失范围和运行维护费用仅限于伴热管线上； 3、温度控制容易，可以达到很精确的伴热温度；
二、对样品处理系统的要求
1 取样要有代表性，即所取样品的组分 和含量要与源流体一致 2 样品传输的滞后时间要尽量短 3 样品消耗要少 4 结构简单，便于操作维护 5 要能长期可靠工作


三、样品处理系统的特点
样品处理系统不是定型设备，不能批 量生产，每套样品处理系统都是根据特定 的应用对象单独设计的。 样品处理系统的共有性能特性有三个 方面： 1 滞后时间 2 渗透率 3 综合误差
四、样品处理系统的组成
取样部件
样品传输管路
样品处理部件 样品排放管路
第二节 样品提取

一、取样点的选择 在工艺管线上选择取样点应遵循以下原则，最佳位置通 常是几点的权衡和折衷

1 取样点应选在管线的湍流位置，以保证代表性 2 取样点应选在反应工艺流体性质和组成变化的灵敏点 上 3 取样点应选在最适宜过程控制的位置，以避免不必要 的工艺滞后
易造成堵塞，可用不停车带压插拔式探头
3 对于含尘量较高(>10mg/m3)的气体样品，可采用过
滤式探头取样
三、取样探头的规格、插入长度及方向 选择
1
取样探头的规格


①6mm或1/4in OD Tube——气体取样
②10mm或3/8in OD Tube——液体取样 ③3mm或1/8in OD Tube ——需汽化传输的 ④12mm或1/2in OD Tube——用快速循环

ห้องสมุดไป่ตู้
③ 取样截止阀应作为探头组件的一部分加以考虑（以闸阀或球阀为
宜），高压时可用两个阀；

④ 取样探头应有足够的机械强度，在工艺介质中保持刚性固定； ⑤ 法兰上应标注探头位号和管道流体方向；⑥ 注意防共振设计。 4 取样探头的允许长度 取样探头垂直插入管道中，会产生涡街效应，在此作用下，探头 会振动（频率等于涡街频率）当此频率等于或接近探头的固有频率 时，会发生共振，对探头产生很大影响（断裂，影响取样）
二、样品传输中的快速回路


1、作用：利用工艺管路的压差，加快样品流动，缩短样 品传输滞后。 2、快速回路的类型 ① 返回工艺的快速循环回路（设计时优先考虑） ② 通向废料的快速旁通回路
三、样品传输管线

1、管材和管件


样品传输管线使用的管材和管件应符合以下要求：
① 样品传输管线应优先选用316不锈钢无缝Tube管，管子要经退 火处理，优点如下：

a 316不锈钢不会与样品中的组分发生化学反应，耐腐蚀性能优良； b 无缝钢管与焊接钢管比，内壁光滑，对样品吸附作用小，耐压等 级高； c Tube管采用卡套连接，密封性好，死体积少；

d 退火处理后管子挠性高，便于弯曲施工和卡套连接。





② 管子的连接应采用压接方式，使用双卡套接头，管件 （阀门、接头）材质、规格应与管子相同和匹配； ③ 避免使用非金属管子和管件，除非起物理化学性能有 明显优势并取得用户允许； ④ 紫铜管和管件只能用于气动系统和伴热系统，不得用 于样品传输。 2、管径尺寸的确定 样品系统的流量与工艺物流相比是很小的，受传输滞 后时间的限制，其管径应尽可能小，管径尺寸一般根据经 验确定。 气体样品采用6mm或1/4in OD Tube管 液体样品采用10mm或3/8in OD Tube管 快速循环回路或脏污样品采用12mm或1/2in OD Tube管





2、Tube管使用的管接头 Tube管使用的管接头种类繁多，但归纳起来主要有以 下几大类： ① 中间接头：用于管子和管子之间的连接主要有以下几 种：中通中间接头、三通中间接头、四通中间接头、弯通 中间接头（90 °、45 °）、穿板接头。 ② 异径接头：俗称大小头，用于不同管径的管子之间的 连接，也是一种中间接头； ③ 终端接头：用于Tube管和仪表及辅助设备的连接， 一边用卡套和管子连接一边用螺纹和仪表及辅助设备连接。 常用的有：直通终端接头、三通终端接头、弯通终端接头、 穿板终端接头。 ④ 压力表接头：也是一种终端接头。 Tube管接头中使用的螺纹有以下两种 ① 圆锥管螺纹：包括NPT(60°牙型角)、BSPT(55°牙 型角)，密螺纹密封管螺纹； ② 圆柱管螺纹：包括Straight螺纹（60°牙型角）、 BSPP（55°牙型角）。这种螺纹不具有自密封性，其密 封要靠其他密封材料。
在线分析仪 样品处理系统
牛振伟
第一节 样品处理系统的相 关概念
一、样品处理系统的基本功能
样品处理系统是将分析器与源流体和排 放点相连的系统，作用是在尽量短的滞 后时间内取得具有代表性的样品，并将 样品传输、处理使之满足分析器的要求， 分析之后样品排放。 ①样品提取 ②样品传输 ③样品处理 ④样品排放


4、蒸汽伴热系统中使用的疏水器（疏水阀） 疏水器的作用是定期排出蒸汽伴热系统中的凝结水， 阻止蒸汽的泄漏，节约能源。每个伴热系统应单独安装一 个输水器。目前仪表伴热保温系统中常用的疏水器有： 热动力式疏水器 温调式疏水器 温调式和热动力式混合型

热动力式疏水阀


电伴热（净化用）

因此设计探头时一定要考虑探头的长度，不能大于允许长 度。允许长度是固有频率等于涡街频率时的长度。

探头固有频率： fn =Fm
4.38 x E (d 0 d i )
L2


允许长度：
L’
100d 0 v
E (d d )
2 0

2 i


由公式可以看出探头的固有频率与探头长度 的平方成反比，因此探头越长固有频率越小，越



2、伴热蒸汽和保温材料 伴热蒸汽：低压过热蒸汽，低压饱和蒸汽 保温材料：样品管线常用的保温材料有硅酸铝保温绳、硅 酸盐制品等。 3、蒸汽伴热方式 重伴热：伴热管和样品管线直接接触，用于易冷凝、冻 结、结晶的样品或者需要汽化传输的液样伴热。 轻伴热：伴热管和样品管线不直接接触或中间加隔离层。 当重伴热会引起样品发生聚会、分解反应或会使液体样品 汽化时采用。
五、样品传输管路的保温



在样品传输过程中有一个很重要的问题是防止样品发生 相变。样品传输过程中很容易受到外界环境温度变化的影 响，我国处于大陆性季风带，冬夏温差往往很大。此外， 夏季阳光直射也会是样品管线表面温度达到较高值。在这 些情况下，样品很容易发生相变。因此需要对样品传输管 线进行伴热或隔热保温，以保证样品相态和组成不因环境 温度变化而变化。 1、隔热保温：为了减少样品传输过程中与外界环境换 热，在样品管线外表面采取的包覆措施。 2、伴热保温：伴热保温是样品管路保温最重要的手段， 下面将详细介绍这种保温手段的相关问题。







3、管壁厚度的确定 管子的承压能力与管壁有关，而且受温度的制约， 一般工程设计中对样品管线管壁厚度的要求如下： Φ3X0.7或1/8in x0.028 Φ 6x1.0或1/4in x0.035 Φ 10x1.0或3/8 inx0.035 Φ 12x1.5或1/2inx0.049 4、吹洗设施的配备 在下述情况下要对样品管线和部件配备吹洗设施。 ①样品运动黏度高于500cst时（38 ℃ ）； ②可能出现凝固或结晶的样品； ③腐蚀性或有毒样品； ④ 用户规定的其他场合。 吹洗介质可采用氮气或蒸汽，应从取样点邻近的 下游引入，特别要注意对系统中附加的独立部件吹 洗。


2 避免在管线的死体积处取样，死体积处可能会积 存污物、水、蒸汽等 3 不要再管壁上直接钻孔取样，应该用插入式探头

二、取样探头类型的选择

取样探头根据样品的物理状态性质的不同可有以下几
种选择

1 对于含尘量<10mg/m3 的气体样品和洁净液体样品
可采用直通式探头，在线分析仪多使用这种探头
2 液样中含有少量颗粒物、粘稠物、聚合物、结晶物时


4、无噪声、无污染，不存在“跑、冒、滴、漏”现象；


5、电伴热带的使用寿命可达25年甚至更长；
6、安装使用维护方便。

电伴热的主要缺点：温度低、热量小，电伴热温度最高只能
达到250 ℃，而蒸汽伴热可达到450 ℃，有些伴热温度高的
伴热保温
伴热保温的方式有蒸汽伴热和电伴热两种。 一、蒸汽伴热（甲烷化） 1、特点 优点：温度高，热量大，可迅速加热样品，并使样品保 持在较高的温度。 缺点：①伴热长度受到限制，蒸汽伴热系统因蒸汽管径 偏细气压不能太高和存在立管高度的变化，有效伴热长度受 到很大限制，以致样品管线较长或重负荷伴热时不得不分段 伴热，最大伴热长度一般不超过30m。 ② 伴热温度难以达到均衡和稳定的要求，原因是蒸汽压力 的波动，有时供汽不足或者短时中断供汽。 ③ 蒸汽伴热温度不可控制。