在线分析仪器及分析系统设计与应用技术4-908

在线气体分析仪器及分析系统设计与应用技术讲座

第一部分（4）

第六讲在线气相色谱仪

主讲人：朱卫东2011年

第六讲在线气相色谱仪

⏹6.1在线气相色谱仪的原理及基本组成

⏹6.1.1在线气相色谱仪的分析原理

⏹在线气相色谱仪又称过程气相色谱仪或工业气相色谱仪。它是利用气相色谱法的先分离、后检测的原理进行工作，并通过自动进样实现仪器的在线分析。是一种大型、精密分析仪器，具有选择性好、灵敏度高、分析对象广、多组分分析等优点，被广泛应用于石化、冶金等行业。

⏹多组分的混合气体通过色谱柱时，被色谱柱的填充剂吸收或吸附，由于气体分子种类不同，被填充剂吸收或吸附的程度也不同，通过色谱柱的速度产生差异，在色谱柱的出口混合气体被分离成各个组分。

⏹填充剂被称为固定相，通过固定相流动的流体被称为流动相，可以使气体也可以是液体。

⏹按照流动相的状态，色谱法可分为气相色谱法和液相色谱法。按照固定相的状态，气相色谱法又可分为气固色谱法和气液色谱法。

混合气体通过色谱柱后被分离成个各组分示意图

⏹在线气相色谱仪与实验室色谱仪相比功能比较单一，其检测器、色谱柱、样品和系统动作都是固定的，能自动连续可靠运行。

⏹在线气相色谱仪通常安装在现场附近的分析小屋内，并通过取样及处理系统提供适合色谱仪分析要求的工艺流程样品。

⏹在线气相色谱仪按照现场要求，在爆炸危险的场所应具有防爆功能。具有防爆功能的在线气相色谱仪被称为防爆型工业气相色谱仪。

6.1.2在线气相色谱仪的基本组成

⏹工艺流程气体经取样和处理装置变成洁净、干燥的样品，连续流过色谱仪的定量管。取样时定量管中的样品在载气的携带下进入色谱柱系统。样品中的各组分在色谱柱中进行分离，然后依次进入检测器。

⏹检测器将组分浓度信号转换成电信号。微弱的电信号经放大电路后进入数据处理部件，最后送主机液晶显示器显示，以模拟或数字信号形式输出。

⏹程控器按预先安排的动作程序，控制系统中各部件自动、协调、周期地工作。

⏹温度控制器对恒温箱温度进行控制。

在线气相色谱仪分析系统方框图

在线气相色谱仪由分析器、控制器、样品处理及流路切换单元等三个部分组成，通常组装在一体化机箱内。在爆炸危险场所使用的在线色谱仪，其采样单元被单独安装在分析小屋外部的箱体内，色谱分析器和控制器主机则安装在分析小屋内。色谱分析器、控制器和采样单元是在线色谱仪的三个有机组成部分。分析器、采样单元均在控制器的控制下按动作程序协调工作.当出现"样品流量低"等情况时，采样单元发出报警信号，控制器指挥分析器和其信息处理部分采取相应措施加以应对。

⏹在线气相色谱仪的主要组成部件简介如下。

⏹(1)分析器

⏹主要由以下部件组成。

⏹①恒温炉给分析器提供恒定的温度，在程序升温型的色谱仪中，还需要设置程序升温炉供色谱柱按程序升温。

⏹②自动进样阀周期性向色谱柱送入定量样品。

⏹③色谱柱系统利用各种物理化学方法将混合组分分离开。

⏹④检测器据某种物理或化学原理将分离后的组分浓度信号转换成电量。

⏹(2)控制器

⏹控制器的功能包括:炉温控制，进样、柱切和流路切换系统的程控，对检测器信号进行放大处理和数值计算。本机显示操作和信号输出，与DCS通信等。

⏹(3)采样单元

⏹包括样品处理、流路切换、大气平衡部件等，这里所说的样品处理,是色谱仪内部对样品进行一些简单的流量、压力调节和过滤处理。如果样品含尘、含水量较大，或含有对分析器有害的组分，则需另设取样样品处理系统预先加以处理。

⏹除了上述部件之外，还有气路控制指示部件(其作用是对进入仪器的载气及辅助气体进行稳压、稳流控制和压力、流量指示)、防爆部件(各种隔爆、正压、本安防爆部件及其报警联锁系统)等。

6.2在线气相色谱仪主要性能特性

6.2.1测量物质

过程气相色谱仪的测量对象是气体和可汽化的液体.一般以沸点来说明可测物质的限度，可测物质的沸点越高说明可分析的物质越广。目前能达到的指标见下表

6.2.2 测量范围

⏹测量范围主要体现在分析下限,目前能达到的指标如下。

⏹TCD检测器分析下限：10ppm

⏹FID检测器：1ppm

⏹FPD检测器：0.05ppm

6.2.3 重复性

⏹在线气相色谱仪的重复性误差一般如下：⏹100%～500ppm ±1%FS

⏹500～50ppm ±2%FS

⏹50～5ppm ±3%FS

⏹≤5ppm ±4%FS

6.2.4分析流路数

指色谱仪具备分析多少个采样点(流路)样品的能力。目前，色谱仪分析流路最多为31个(包括标定流路)，实际使用一般为1~3个流路，或4个流路

6.2.5 分析组分数

⏹指单一采样点(流路)中最多可分析的组分数，色谱仪测量组分数最多为：

⏹恒温炉50~60个，

⏹程序升温炉255个。

⏹实际使用一般不超过6个组分。

6.2.6 分析周期

⏹指分析一个流路所需要的时间，色谱仪分析周期一般如下。

⏹填充柱：无机物3~6min，

⏹有机物6~12min。

6.3在线气相色谱仪主要应用及产品介绍

⏹6.3.1主要应用对象

⏹①石油化工乙烯裂解分离、聚丙烯、聚乙烯、氯

乙烯、苯乙烯、了二烯、醋酸乙烯、乙二醇装置，醇、醛、醚装置、芳烃抽提分离装置等。其中，乙烯裂解分离装置使用数量最多，根据生产规模不同，在16~30台之间，其它装置在2~6台之间。

⏹②炼油催化裂化、气体分离、催化重整、烷基化、MTBE等，程序升温型色谱仪可用于石脑油、汽油

组成分析及模拟蒸榴分析。其中，催化裂化和气体分离联合装置使用数量最多，根据生产规模不同，在12~16台之间，其它装置在1~3台之间。