在线气体分析仪原理与常见故障处理

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工作原理：核心是被形象称为哑铃球的测量池，（见下图一）
该哑铃球悬挂在测量池内超强的非均匀磁场中，由于氧气的顺 磁性，当样气中的氧气进入测量池中会产生对悬挂在测量池中
的哑铃球发生偏转的推力， 使哑铃球偏离原来的平衡位置，此
偏转（趋势）与样气中的氧浓度成正比，该偏转被安置在测量 池外的光电池检测到，并将此信号经电路放大，送回到缠绕在 哑铃球上的反馈线圈上，使之产生大小相等作用力与氧分子推 力相反力，将哑铃球推回到原来的平衡位置。该反馈电流的大 小与样气中氧分子的浓度成正比。
重、有硫化物等的情况，我们主要在前段采用 了，增加增压泵进行加压、用分离器进行脱离 水垢，用水洗罐进行清洗样气中的粉尘和少量 的硫化氢气体，用旋风制冷器除去样气中的冷 凝水，用干燥剂（活性炭)继续脱出样气中的水 分，再用膜式过滤器脱出样气中的微粒，用玻 璃转子流量计进行控制样气流量。用旁路玻璃 转子流量计加速样气流量减少滞后。
测出电流
充氮玻璃微珠
反馈系统
反馈线圈
反光镜 感光元件 光源
日常维护工作：
1、检查预处理水洗罐水位是否正常，水洗罐内
水质是否清洁，气体鼓泡情况是否合适； 2、检查增压泵出口压力变化，其外壳是否过热； 3、旋风制冷器制冷效果是否异常（结霜）； 4、干燥器中干燥剂是否进水变质； 5、玻璃转子流量计流量符合要求； 6、膜式过滤器过滤纸有无污垢变色情况； 7、分离器排水是否正常。
传感器安装步骤如下： 仪表电路和气路已连接完毕，仪表已进入
测量模式，气路为高纯氮气（99.999%N2） 吹扫氮气（99.999%N2）的压力为5psig， 流量为1升/分钟 打开仪表测量池底部的传感器仓底盖 快速拆开氧传感器的两层保护包装，拔下 氧传感器顶面（金属环面）的短路保护钮， 快速将氧传感器放入仪表底部的传感器仓。
2、煤制氢后段样气特点:从315工段出来以后气体 压力比较高，粉尘杂物比较少的特点，后续工段的 分析表预处理主要是减压和精过滤系统，预处理相 对比较简单。 3、其他特殊情况就是316工段2#变换炉出口CO分 析表AI-31602还有高温和带水现象，因此在取样处 增加了换热器和气水分离器，再进行减压过滤，旋 风制冷器进行脱水 装置，从而达到脱水降温减压 目的。318工段尾气出口CO2分析表压力偏低的现 象，但经过长期观察发现在供气情况下其压力有 20KPa以上，可以不要增加增压泵进行加压就能推 动分析与处理系统，因此，我们取消了该分析表的 增压泵，作为备品备件处理。
式中
Ι0——射入被测组分的光强度 Ι——经被测组分吸收后的光强度 k——被测组分对光能的吸收系数 c——被测组分的摩尔百分比浓度 l——光线通过被测组分的长度（气室长度）
（2-1）式表明待测组分是按照指数规律对红外
辐射能量进行吸收的，当k、l 一定时，上式可 简化为线性吸收定律 （2-2）式表明，当Kl 一定时，辐射能量的衰 减与待测组分的浓度成线性关系。 为了保证读数呈线性关系，当待测组分浓 度大时，分析仪的测量气室较短；当浓度低时， 测量气室较长。经吸收后的光能用检测器检测， 转换为被测浓度的变化。
0.89 0.684 0.605 0.35
热导式气体分析仪的基本原理，是根据气体的导热率， 而确定其成分，即通过混合气体的导热率的测量来决 定混合气体中某气体的含量，在混合气体中氢气热导 率最高，因此当混合气体中背景气体（如N2等）或其 它成分基本保持恒定时，混合气体的热导率基本取决 于氢气的多少，这样根据混合气体导热率的不同，就 可测出所含氢气多少。 实际上气体的导热率绝对值极小，尤其在工业中更不 易正确测出，由于气体导热率的变化而使电阻值改变， 从而可间接测得不同气体的不同导热率，本仪器利用 上述特性进行工作，利用通电加热的铂丝作敏感元件 以测量混合气体导热率的变化，当被测气体中氢含量 变化时，导热率随之变化，其电阻值也随之改变，则 在惠斯登电桥中产生不平衡电压，通过数字表头显示 氢的含量。
电化学氧分析仪的特点就是：精度高可以达到
PPm级，其缺点就是响应时间较长，还要定时 更换传感器，因此维护费用相对较高。厂家说： 微氧传感器有效时间可达一年，一年左右就要 报备件，而且备件又不能长期准备，长期准备 也会造成传感器失效，最好提前一个月准备为 好。

煤制氢磁氧分析仪目前只有一台AI-31203。

为确保最优化的测量性能，样气须经过如下预处理：
1 、过滤器除尘、颗粒物。 2、 样气露点须低于环境温度，避免分析仪内样气凝结。若样气 中含有 水蒸汽，则必须使用减湿器，使露点减低至 0°C。 3 、若样气中含有 SO2 雾气，则需使用雾气过滤器或冷却器将 其去除； 其他雾气也需使用相应的雾气过滤器或冷却器去除。 4 、若样气中存在大量的腐蚀性气体（例如 Cl2, F2 and HCl）， 会减短仪表寿命,也必须用脱除剂除去。 5 、样气温度保持在 0-50°C 之间，高温样气不得直接通入分析 仪器。 6、流量：0.5L/min ±0.2L/min 采样系统设计必须在测量中防止 流量变化。 使用流量计控制流量。

煤制氢所用氧分析表主要有磁氧分析仪和电化
学分析仪。 为什么要采用磁氧和电化学呢？ 主要是从工况和分析表的特性来说的：磁氧分 析表响应快，维护相对比较少，但易受环境温 度影响，测量氧的精度相对比较差，其量程极 限在1%以上，误差在10%左右，因此，对于煤 制氢氧含量要求较高的场所不利于大量使用。
日常维护 定期标定 分析仪进行正常工作以后，一般是每3 个月要 用标准气校验一次。标定时先通N2 检查分析仪零 点，再通入量程气检查分析仪的范围。如果分析仪 的零点和范围与标准气偏差较大时，可按相应分析 仪的校验中所规定的步骤，校正零点和范围。 （1）定期清洗或更换过滤器。 （2）每天按时巡检，检查样品气的流量、压力、 温度是否符合要求。 （3）每天检查样品管路连接处有无泄漏，特别是 对有毒的、可燃性的样品，应特别注意。
3 仪表不断上漂 4、仪表总是乱漂
a、测量池有杂物 拆下测量池用无水酒精清洗干净 a、测量池污染 b 、传感器损坏 中毒 拆下测量池用无水酒精清洗，用 高纯氮长期吹扫。 用无水酒精擦净，或更换传感器。
1、红外线气体分析仪的工作原理：
红外线分析仪是基于被测介质对红外光有选择
性吸收而建立的一种分析方法，属于分子吸收 光谱分析法 。 使红外线通过装在一定长度容器内的被测气 体，然后通过测定通过气体后的红外线辐射强 度来测量被测气体浓度。 根据朗伯-比尔吸收定律
序 故障现象 号
故障原因
处理方法
1、 仪表显示偏低 1
a、样气流量偏低 调整流量至合适位置 b、仪表量漂偏低 用标气校准量程
2、仪表显示偏高
a、样气流量偏高 b、仪表零点偏高 C、测量池有杂物 d 、传感器中毒
调整流量至合适位置 用纯氮较长时间吹扫激活传感器 拆下测量池用无水酒精清洗干净 用无水酒精擦净，或更换传感器
2、
仪表显示偏高
3、
仪表示值来回波 a 、因环境温度变化太大造 主要是给仪表降温，最好 动大 成恒温装置在不停升温降温 把分析仪安装在有空调的 b 、附近有震动源造成干扰。恒温室内； 消除震动源或远离振动源
电化学氧分析仪工作原理。 电化学氧分析表是一种化学类的气体分析仪表。 它根据传感器中电解液的化学反应所引起的电 流变化来测量气体中氧的成分。其特点就是： 测量精度高，可以达到PPm级，但响应时间较 长，易中毒造成损坏，根据使用时间和使用环 境情况不定时进行更换传感器。
2、电化学氧分析表的日常维护工作。 1） ■传感器不能长时间暴露在空气中。只要拆开传感器 包装，要保证传感器不长时间暴露在空气中，特别是在停 产或检修期间，要保证测量池的密闭性（进去口和出气口 都密封）或用高纯氮气持续吹扫传感器 ■避免有腐蚀性、液态物质进入测量池，以免污染传感器、 污染测量池 ■避免测量池内的传感器受压，仪表的排放口一定要对空 排放，杜绝气路有背压 ■保证样品气路和量程气路的密闭性，避免因为管路密闭 性问题影响仪表的使用和传感器的寿命 ■不建议长期储存传感器，但建议用户提前采购 ■不需要进行零点校准

样气进口
R1
电流表
Rt
样气出口
RS E
Rt为测量池，R2为参比室 RS为调量程电位器， RZ为调零电位器； R1、R3为桥路电阻
RZ
参比气进口
G R2 R3
桥路电路平衡原 理：RT/R2=R1/R3
参比气出口
仪表有4个气体接口，在靠近前面板的底部， 分别为：参比气入口、 出口、样品气入口、 样品气出口。如果仪表有内置参比气，仪表 就没有参比气入口、出口或者处于封堵的状 态。由于我们制氢的氢气要求比较高达99.9% 以上，所以采用99.999%的高纯氢作为参比气， 并且要不断通参比气以保证分析表准确，我 们试图进行改造把高纯氢关闭在参比室中， 但不成功，主要达不到密封要求。该表是反 量程，所以校表时要注意：99.999%的高纯氢 用来校零点，98.01%的标气校量程。

每天检查分析与处理中有没有带水情况，膜式过滤器
中的过滤纸有没有变色情况； 连接好气路后，一定要完整检查整个气路的密闭性 样气流量要求为0.5-2L/MIN，典型值为1L/MIN 样气压力为5-50PSI（1PSI=6.78KPa），典型值为 10PSI 调整好流量和压力后,要保持压力和流量的稳定
注意：氧传感器顶面（金属环面）朝上（内）
接触两个探针，底部（金属网面）朝外（下） 接触底盖 快速拉上传感器仓底盖 保持吹扫氮气（99.999%N2）持续吹扫24小时， 观察仪表读数，应该3ppm以下（由于时间太长， 根据我们煤制氢仪表使用量程一般当仪表读数 在300ppm以内就可以了） 切换到样品气测量或量程气标定
煤制氢系统使用的气体分析仪
一个在线分析表使用好坏主要在于分析表的取
样与预处理部分，如果取样与预处理比较理想 就可以大大延长分析表的使用寿命，而且大大 减轻仪表的维护成本；反之则可能使分析表不 能正常运行，更不要说仪表的寿命和维护成本 了。 分析表的预处理主要取决于对工艺介质的物理 和化学性能。根据介质的工况进行样气的抽吸 器、冷凝器、机械夹杂及化学杂质过滤器、干 燥器、分离器、稳压稳定器、流量指示器等组 成。
分析表的取样要求：
1、能正确地反应被测组分的地点； 2、不存在泄露的
3、试样中含尘雾少，不易发生堵塞现象；
4、样品不处于化学反应过程之中。 5、一般来说为了减少滞后时间最好分析表与取
样点越近越好。
根据制氢分析表的特点进行预处理改造：
1、煤制氢前段样气中压力低、粉尘多、带水严
热导式气体分析仪的工作原理：
热导式氢分析器工作原理基于氢气热导率比其
它气体高，各种气体具有不同的热导率，如以 空气为参比，在标准气压和0℃时，各种气体的 相对热导率见表1：
气 体 空气 H2
相对 1.00 热导 率 7.15
CH4
O2
N2
CO
NH3
Ar
CO2
SO2
1.25 1.013 0.996 0.96
序号
1
故障现象
仪表显示偏低
故障原因
a、样气流量偏低 b、仪表零漂偏低 C、仪表量漂偏小 a、取样管道有泄漏 b、样气流量偏高 c、仪表零点偏高 d、仪表量漂偏高 e 、测量池有异物
处理方法
找出原因调整至合适位置 用标气校准零点 用量程标气校准。 检查管线除漏 调整流量至合适位置 用高纯氮校准零位， 用量程标气校准量程 用高纯氮长期吹扫


由光源发出一定波长范围的红外光，切光片在 同步电机的带动下做周期性旋转，将红外线按 一定的周期切割（即连续地周期性地遮断光 源），使红外光变成脉冲式红外线辐射，通过 测量气室和参比气室后到达检测器，在检测器 内腔中位于两个接受室的一侧装有薄膜电容检 测器，通过参比气室和测量气室的两路光束交 替的射入检测器的前、后吸收室。在较短的前 室充有被测气体，这里辐射的吸收主要发生在 红外光谱带的中心处，在较长的后室也充有被 测气体，它吸收谱带两侧的边缘辐射。