氣體分析系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的故障分析和探討

一 在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的現(xiàn)狀

我國化開展在線氣體分析工程應(yīng)用始于1985年，艱辛歷程24年的工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)值得認(rèn)真總結(jié)和充分利用?；谠诰€分析系統(tǒng)已經(jīng)突破和越了在線分析系統(tǒng)的不爭事實(shí)，在線分析系統(tǒng)已成為主導(dǎo)市場的主要業(yè)態(tài)，在線分析工程技術(shù)必須高度鎖定工程應(yīng)用的向度。當(dāng)今的在線分析系統(tǒng)已經(jīng)具有工程應(yīng)用的力度、適應(yīng)性和較大規(guī)模，并正在拓展更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的主要目的是工藝過程的優(yōu)化控制和安全生產(chǎn)以及節(jié)能治污減排，更直觀的技術(shù)表達(dá)就是追求物質(zhì)成分量信息適時、連續(xù)計(jì)量的度。“不連續(xù)”和“不”將成為判斷在線分析系統(tǒng)“廣義”故障的兩個技術(shù)尺度。

二 在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用故障的定義

本文討論的在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用故障決不是僅僅指系統(tǒng)或儀器損壞，可能停用報廢的狹義而經(jīng)典意義的故障，而是“廣義”的故障。使在線分析系統(tǒng)的運(yùn)行嚴(yán)重偏離正常的工程應(yīng)用狀態(tài)，使在線分析系統(tǒng)的物質(zhì)成分量檢測輸出信號嚴(yán)重偏離正確檢測值的一切非常態(tài)或故障，定義為在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用故障（以下簡稱故障）。自然也包括在線分析系統(tǒng)或在線分析器損壞而停用甚至報廢的后果極為嚴(yán)重的故障。

三 在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用故障的分類技術(shù)分析本文以在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用角度的廣闊視野，對在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用故障進(jìn)行分類評估和技術(shù)分析，以求能準(zhǔn)備好故障處置的“應(yīng)急預(yù)案”，提高故障排除的效率和效果。在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用故障可大致分成如下十類，其后將分類陳述：

（1） 針對性設(shè)計(jì)失誤

（2） 技術(shù)轉(zhuǎn)移失效

（3） 環(huán)境適應(yīng)性太差

（4） 反應(yīng)速度太慢

（5） 樣氣流量下降或中斷

（6） 樣氣除塵失效

（7） 樣氣除濕失效

（8） 無檢測信號

（9） 分析值度低

（10） 安全性差

3.1 針對性設(shè)計(jì)失誤

在線分析系統(tǒng)的大特點(diǎn)是針對樣氣條件、工程應(yīng)用要求及環(huán)境條件的針對性設(shè)計(jì)，這種針對性設(shè)計(jì)的主要根據(jù)是工程項(xiàng)目的技術(shù)協(xié)議（合同的有效附件），當(dāng)然訂貨合同也是根據(jù)，只是它遠(yuǎn)不如技術(shù)協(xié)議和。

（1） 分析器的測量范圍不符合工程應(yīng)用要求，并進(jìn)而導(dǎo)致檢測度嚴(yán)重降低；（2） 分析器的選型和規(guī)格令設(shè)備的使用維護(hù)者不滿意；（3） 在線分析系統(tǒng)不很適應(yīng)工程非常態(tài)的樣氣條件和環(huán)境條件。對“非常態(tài)”缺氣認(rèn)識和交流非常有害。加強(qiáng)工程用戶的內(nèi)部協(xié)調(diào)，加強(qiáng)供需雙方訂貨前后的深入技術(shù)交流，一般可以避免此類故障的發(fā)生。

3.2 技術(shù)轉(zhuǎn)移失效

在線分析一旦進(jìn)入工程應(yīng)用現(xiàn)場，系統(tǒng)針對性設(shè)計(jì)的產(chǎn)品技術(shù)，安裝技術(shù)，使用維護(hù)技術(shù)，以及一般性的檢修技術(shù)，都要無誤地轉(zhuǎn)移到工程用戶的操作人員手中?？焖儆行мD(zhuǎn)移的方式主要是系統(tǒng)的安裝使用說明書、系統(tǒng)安裝規(guī)范或指導(dǎo)文件、操作人員的針對性培訓(xùn)以及供應(yīng)的備品備件等。技術(shù)轉(zhuǎn)移失效的突出表現(xiàn)是用戶反映“不會用”，“不會維護(hù)”。其嚴(yán)重后果是會引發(fā)不該發(fā)生的故障，甚至是系統(tǒng)停運(yùn)或損壞。

（1） 安裝使用說明書的指導(dǎo)性差；

（2） 技術(shù)培訓(xùn)不到位

（3） 用戶的管理不規(guī)范。

供方的責(zé)任是：安裝使用說明書要能真正無誤、容易理解地指導(dǎo)用戶安裝、使用，維護(hù)設(shè)備；培訓(xùn)用戶要按程序?qū)嵤?，以提高培?xùn)質(zhì)量。需方也應(yīng)有規(guī)范的管理，讓人士接受培訓(xùn)，避免操作人員盲目流動。

3.3 環(huán)境適應(yīng)性太差

在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是很難控制的，有時選一個合適的安裝位置都十分困難。

（1） 環(huán)境的極限溫度無論高，低都很容易引發(fā)系統(tǒng)的故障。高溫度≥45℃時，40℃使用溫度的分析器肯定要癱瘓了，加空調(diào)器降溫是必要的。低溫度≤+5℃是不允許的，分析器和某些樣氣處理部件也不能適應(yīng)，控制室升溫≥10℃是非常必要。

（2） 系統(tǒng)的取樣點(diǎn)離分析機(jī)柜的距離越小越好，以＜15米為宜。對提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度有利。

（3） 控制室或分析機(jī)柜的安裝處要遠(yuǎn)離大功率用電設(shè)備或強(qiáng)電磁場設(shè)備，避免發(fā)生電氣干擾和高頻電磁干擾。電氣干擾會造成分析儀器信號與上位DCS信號不一致，此時可加信號隔離器排除。高頻干擾信號會使系統(tǒng)的安全性能降低，甚至使質(zhì)量不高的分析器出現(xiàn)液晶顯示亂跳字或黑屏的故障。電氣干擾和高頻電磁干擾一旦出現(xiàn)，排除故障一般都比較困難。

3.4 反應(yīng)速度太慢

在線分析的適時顯示非常必要，安全監(jiān)控項(xiàng)目尤為重要。一般對系統(tǒng)總滯后時間（T10）的要求是＜60s，有快速旁路流設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和短距離傳輸樣氣的系統(tǒng)會遠(yuǎn)小于60s 。

（1） 樣氣傳輸管線太長（例如≥30米）、太粗（以φ6ⅹ1為宜）、內(nèi)壁太臟和粗糙；（2） 樣氣處理部件過多，死體積過大；（3） 樣氣流量過?。ǚ治銎髁髁勘M可能選擇1L/min）。

正壓力樣氣的分析系統(tǒng)，在取樣點(diǎn)用減壓箱對高壓樣氣就地減壓至0.1MPa左右尤為重要。傳輸壓力越高，系統(tǒng)的反應(yīng)速度（總滯后時間）越慢。

3.5 樣氣流量下降或中斷樣

氣流量下降或中斷是樣氣處理系統(tǒng)的樣氣處理性能惡化或發(fā)生故障的直觀的顯示，也是系統(tǒng)每天維護(hù)中的重點(diǎn)觀察內(nèi)容。

（1） 取樣探頭過濾器、膜式過濾器積塵嚴(yán)重或發(fā)生堵塞；（2） 氣路有積塵積液的堵塞，嚴(yán)重的是樣氣冷凝器因設(shè)定溫度過低所造成的冷凝水結(jié)冰發(fā)生的堵塞故障；（3） 氣路泄露嚴(yán)重也會使樣氣流量嚴(yán)重下降。如果是工藝樣氣源流的壓力過低，則是系統(tǒng)的適應(yīng)性問題，必要時需要適當(dāng)改變樣氣處理系統(tǒng)（例如增加抽氣泵）才能排除。

3.6 樣氣除塵失效

樣氣除塵是樣氣處理系統(tǒng)為困難的任務(wù)之一，分析器的苛刻要求是＜0.3um，＜10ug/m3。

隨技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，應(yīng)該說樣氣除塵已經(jīng)是項(xiàng)很成熟的技術(shù)。樣氣除塵有三個技術(shù)環(huán)節(jié)：

（1） 取樣探頭的加熱反吹過濾技術(shù)，所用的過濾元件已能過濾0.3um粉塵99%，過濾元件上不斷聚集的灰塵，借助PLC控制電磁閥組實(shí)現(xiàn)的0.6MPa壓力下的加熱反吹掃，*可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、高可靠性的防堵塞連續(xù)取樣。（2） 后級膜式過濾器的失效，除了過濾膜嚴(yán)重污染或積塵需要更換以外，因氣流阻力增大或膜片破損而造成的故障，值得警惕。具有疏水特性的過濾膜片能有效適應(yīng)偶然的“逃液”和樣氣中的液霧。

（3） 正壓型的在線分析系統(tǒng)，仍然需要設(shè)置某種原理的前級過濾器，如精度為1um 99%的過濾器和液霧捕集器。粉塵，液滴過濾器和液霧捕集器的合二為一的組合式設(shè)計(jì)是的，重慶凌卡分析儀器有限公司有這種產(chǎn)品。

所有的過濾器，除非過濾元件和過濾膜片具有疏水特性，都會因樣氣含水或液霧嚴(yán)重而容易發(fā)生堵塞或破損失效，樣氣處理系統(tǒng)的針對性設(shè)計(jì)應(yīng)能預(yù)防這種潛在的故障。

3.7 樣氣除濕失效

樣氣處理系統(tǒng)的除濕（含除水），也是樣氣處理系統(tǒng)為困難的任務(wù)，至今仍有很大的優(yōu)化提高的技術(shù)空間。

（1） 樣氣除水采用氣水分離器，排放冷凝水經(jīng)典和可靠的手段是采用蠕動泵。但是蠕動泵排水故障（如排水管粘連），會造成冷凝水進(jìn)入后級流量計(jì)的嚴(yán)重故障。

（2） 降低樣氣的濕度，即除濕，要采用某種原理的樣氣冷凝器。為經(jīng)典和有效的是壓縮機(jī)式樣氣冷凝器，雙路更好。渦流式樣氣冷凝器的大優(yōu)點(diǎn)是本安防爆，但樣氣溫度只能降低25℃以內(nèi)。半導(dǎo)體制冷的樣氣冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是成本低，樣氣入口溫度也只能達(dá)到60℃左右。

（3） 使用樣氣冷凝器的大問題是出口樣氣的設(shè)定溫度不能太低，一般以+4℃左右為宜，如果設(shè)定＜+2℃，極有可能產(chǎn)生局部結(jié)冰堵塞，進(jìn)而冷凝水向后灌入分析器，造成更為嚴(yán)重的后果。

以上所述樣氣冷凝器處理后出口樣氣的溫度都在+4℃，達(dá)不到0℃的極限。因?yàn)闃託鈮毫Φ葪l件的影響，此時樣氣的露點(diǎn)并不是+4℃，而是可能高得多，造成其后出現(xiàn)液態(tài)水的嚴(yán)重故障。

美國Perma Fure公司的Nafion高分子隔膜干燥器能使樣氣露點(diǎn)達(dá)到-10℃以下，Baldwin熱電冷凝器也能將樣氣露點(diǎn)降至-7℃。這是樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)很大的跨越，能為在線分析器提供更加有效地保護(hù)。

3.8 無檢測信號

在線分析系統(tǒng)讓人不能接受的故障是分析器無顯示值，即無輸出信號。

（1） 樣氣中斷，樣氣流量無顯示。主要是樣氣處理系統(tǒng)因堵塞或抽氣泵損壞等嚴(yán)重故障引起，應(yīng)針對性檢查和排除。樣氣帶有液態(tài)水也很容易造成抽氣泵損壞。

（2） 系統(tǒng)或分析器的電器連接存在錯誤，特別是輸出信號開路，應(yīng)認(rèn)真檢查確認(rèn)無誤。

（3） 分析器故障；如接收器等部件損壞。儀器保險絲熔斷保護(hù)也不要疏忽。

3.9 分析值度低

工程上使用在線分析器和在線分析系統(tǒng)的本質(zhì)目的或終目的，是、可靠、適時地在線檢測，為     工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工藝過程優(yōu)化控制提供物質(zhì)成分量的信息。

分析值是否，只有正確使用合格的標(biāo)準(zhǔn)氣，對分析器的零點(diǎn)和量程進(jìn)行嚴(yán)密的校準(zhǔn)，才能予以確認(rèn)。

分析值不的原因在“在線分析系統(tǒng)廣義抗干擾研究”【1】論文中已有深入的論述，大至可分為以下幾類；（1） 分析器方面：儀器原理及其量程選型不當(dāng)，干擾組分的干擾誤差過大等。

（2） 樣氣處理系統(tǒng)方面：工藝樣氣在取樣、樣氣傳輸和樣氣處理全過程中，發(fā)生的各種細(xì)微的變化和影響。如煙氣脫硫（CEMS）系統(tǒng)的樣氣冷凝器是樣氣處理系統(tǒng)*的樣氣處理部件，SO2會從冷凝水中流失3—5%，也就是在這一技術(shù)環(huán)節(jié)，分析值的度下降了 3—5% 。

（3） 應(yīng)用環(huán)境方面：主要是電氣干擾和射頻電磁干擾，如前所述。質(zhì)量不高的分析器，旁邊有人打手機(jī)，都會使儀器的顯示亂“跳字”。

此方面的影響因素很多，涉及多方面的原理和許多微妙的因素，只能具體問題具體分析，工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)起著決定性的作用。

3.10 安全性差

在線分析系統(tǒng)的安全應(yīng)用所涉及的技術(shù)問題很多，而且性很強(qiáng)，可簡單歸納如下：

（1） 分析器和在線分析器的電氣安全指標(biāo)是合格的，但因運(yùn)輸、貯存、安裝等方面，因濕度高等原因，會使原有的電氣安全性能下降。

（2） 有一定防爆要求的在線分析系統(tǒng)和規(guī)范設(shè)計(jì)的在線分析系統(tǒng)，在現(xiàn)場安裝或重新組裝的過程中，由于安裝疏忽或檢查確認(rèn)不到位等原因，使原設(shè)計(jì)的防爆功能下降。

（3） 完成安裝并運(yùn)行的系統(tǒng)，冷凝水和尾氣排放不符合要求，不暢通或未排到安全、不致造成污染的地方。

（4） 樣氣處理系統(tǒng)的泄漏是不允許的，是很大的安全隱患和故障源。

四在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用故障的排除

在線分析系統(tǒng)是大型、精密的成套設(shè)備，應(yīng)該追求100%的工程應(yīng)用成功率。所以對其工程應(yīng)用故障進(jìn)行深入的技術(shù)分析，有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，對其故障的排除也有一定的指導(dǎo)意義。

對在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用故障的排除提出如下意見：

4.1 加強(qiáng)廠的全過程技術(shù)服務(wù)

廠有針對性，規(guī)范的化設(shè)計(jì)，這是分析系統(tǒng)成功應(yīng)用大的。也應(yīng)要求系統(tǒng)的安裝使用說明書、技術(shù)培訓(xùn)、備品備件供應(yīng)等，能有效保障該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)用維護(hù)技術(shù)、一般性的檢修技術(shù)，能被工程用戶的操作人員理解、掌握和熟練運(yùn)用。

4.2 以技術(shù)知識為指導(dǎo)

在線分析工程技術(shù)是門很特殊的新，要檢修其工程應(yīng)用故障，沒有較好的技術(shù)知識和相當(dāng)?shù)睦碚撝R是很難想象的。所以，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和技術(shù)交流就顯得必要了。

4.3 經(jīng)驗(yàn)主義地解決現(xiàn)實(shí)問題

在線分析系統(tǒng)的化應(yīng)用也有24年艱辛歷程，畢竟已經(jīng)積累了比較豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，這在系統(tǒng)的使用維護(hù)與檢修中肯定用得著。某種故障的排除或降低其不利影響，即使我們不知道為什么，但我們知道怎樣按程序如何做，也肯定能取得好的效果。

4.4 對生產(chǎn)工藝條件和現(xiàn)場條件的當(dāng)前狀態(tài)多做深入分析研究應(yīng)十分清醒的認(rèn)識到，工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝條件是動態(tài)變化的，當(dāng)然十分穩(wěn)定的也有。變化的大原因是產(chǎn)品的調(diào)整或生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，此時還固執(zhí)地認(rèn)為分析值與原來有差別，和大的變化，就是分析系統(tǒng)有故障，顯然是誤會或誤解。生產(chǎn)工藝也可能發(fā)生意外的不希望的擾動或失常，造成樣氣條件巨大變化，難免發(fā)生這種潛在的故障，也應(yīng)該引起我們高度關(guān)注。

4.5 注重細(xì)節(jié)，關(guān)注過程

在線分析行業(yè)的在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用， “細(xì)節(jié)決定成敗”的觀念很流行，也的確如此。難的是任何時間、任何技術(shù)環(huán)節(jié)，我們關(guān)注細(xì)節(jié)都嚴(yán)密周到，沒有任何疏忽和漏洞。在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用，只有控制住了全過程，才能把握住所有細(xì)節(jié)。所以，我們后的忠告和建議是：有效控制全過程，把握住所有細(xì)節(jié)，把故障消除在發(fā)生之前，爭取在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的*成功。