Analizador en línea de oxígeno láser de extracción

I. antecedentes del proyecto y análisis de las necesidades

1. Antecedentes del proyecto: en el proceso de producción industrial, el contenido de oxígeno es un parámetro clave del proceso, y su medición precisa es de gran importancia para garantizar la seguridad de la producción, mejorar la calidad del producto y optimizar el consumo de energía. Los métodos tradicionales de análisis, como la electroquímica y el oxígeno magnético, tienen problemas como la lenta velocidad de respuesta, la gran cantidad de mantenimiento y la facilidad de interferencia, lo que dificulta satisfacer las necesidades de la industria moderna para un monitoreo en tiempo real, preciso y estable.Analizador en línea de oxígeno láser de extracciónBasado en el espectro de absorción láser de semiconductores tunables..TDLAS) la tecnología tiene ventajas obvias como buena selectividad, alta sensibilidad, velocidad de respuesta rápida y pequeña cantidad de mantenimiento, y puede ser ampliamente utilizada en el análisis de gases en los campos de la electricidad, la petroquímica, la metalurgia y la protección del medio ambiente.

2. Análisis de la demanda:

oComponentes de medición: oxígeno..O₂(...)

oAlcance de la medición:0-1% O ₂,0-5% O ₂,0-10% O ₂,0-21% O ₂,0-100% O ₂(seleccionado o personalizado de acuerdo con las condiciones reales de trabajo del usuario)

oPrecisión de medición:≤± 0,1% FSo≤± 0,05% FS(determinado por el rango y el nivel de precisión)

oRepetibilidad:≤± 0,05% FS

oTiempo de respuesta:T90 ≤ 5Segundos (dependiendo del tiempo de retraso del sistema de procesamiento de muestras)

oCondiciones de la muestra de gas: de acuerdo con la situación real en el lugar, el gas de muestra puede contener polvo, vapor de agua, gas corrosivo, alta temperatura, etc., que debe ser pretratamiento.

oMétodo de instalación: el tipo de Gabinete se instala en la cabina de análisis o en el Gabinete de control.

oSalida de datos:4-20mASeñal analógica (salida aislada),RS485 / RS232Señales digitales..Modbus RTUProtocolo), interfaz Ethernet opcional.

oFunción de alarma: alarma de alta y baja concentración, alarma de falla del instrumento (salida del relé).

oRequisitos ambientales: temperatura ambiente:-10℃~+50℃(máquina principal del analizador); Humedad relativa:≤90% RH(sin condensación).

oRequisitos de suministro de energía:AC 220V ±10%,50 Hz.

II. principios técnicos

Este analizador se basa en la tecnología de espectro de absorción láser de semiconductores tunables..TDLAS). El principio básico es que cuando un láser de una longitud de onda específica pasa por el gas medido, la intensidad de absorción y la concentración de gas de las moléculas de gas satisfacen a lambert.-La Ley de bill. Al ajustar la corriente de trabajo (o temperatura) del láser semiconductor, su longitud de onda de emisión escanea una línea espectral de absorción específica de la molécula de gas medida. El detector recibe señales ópticas transmitidas y, después del procesamiento de señales, obtiene el espectro de absorción del gas. A través del análisis del espectro de absorción (como la detección de picos, la detección de armónicos secundarios, etc.), se puede calcular con precisión la concentración del gas medido.

Los Analizadores de oxígeno láser suelen seleccionar líneas espectrales de absorción de moléculas de oxígeno en la banda de infrarrojo cercano, como760 nmZona de absorción cercana. Esta tecnología tiene las siguientes características:

·Alta selectividad: solo absorbe líneas espectrales de absorción específicas de moléculas específicas, sin interferencias de otros componentes de gas.

·Alta sensibilidad: realizableppminclusoppbNivel de detección (dependiendo de la longitud del recorrido óptico y la tecnología de detección).

·Respuesta rápida: sin preprocesamiento, el tiempo de respuesta puede alcanzar el nivel de milisegundos, junto con el sistema de transmisión y preprocesamiento de gas de muestra, todavía puede garantizar la respuesta del nivel de segundos.

·Bajo volumen de mantenimiento: la fuente de luz láser tiene una larga vida útil y una estructura simple del camino óptico, sin necesidad de reemplazar los consumibles con frecuencia.

III. composición del sistema

El sistema de análisis en línea de oxígeno láser extractivo se compone principalmente de las siguientes partes:

1. Sonda de muestreo y tubería de seguimiento de calor:

oSonda de muestreo: puntos de muestreo instalados en tuberías o equipos de proceso para extraer muestras representativas de gas del flujo de proceso. La sonda tiene un filtro incorporado (generalmente un filtro de sinterización metálica) que filtra inicialmente las grandes partículas de polvo en el gas de muestra. De acuerdo con la temperatura y la corrosividad del gas de muestra, elija el material adecuado (por ejemplo316LAcero inoxidable).

oTubería de rastreo de calor: adoptar un tubo compuesto de rastreo eléctrico de calor para mantener la temperatura del gas de muestra durante la transmisión, evitar la condensación de vapor de agua en el gas de muestra y evitar ciertos componentes fáciles de condensar (comoSO₃(vapor de agua) obstrucción o pérdida de condensación en la tubería. La temperatura de seguimiento se determina de acuerdo con el punto de rocío del gas de muestra, que generalmente se establece por encima del punto de rocío del gas de muestra.10-20℃.

2. Sistema de pretratamiento de gas de muestra:

oFiltración primaria: eliminar aún más las partículas de polvo en el gas de muestra y proteger la unidad de pretratamiento posterior. Se puede optar por un ciclón o un filtro de precisión (la precisión del filtro suele ser1-5 μm).

oDeshumidificación por refrigeración/.Secado: si el contenido de vapor de agua en el gas de muestra es alto, es necesario realizar un tratamiento de deshumidificación. El mecanismo de compresión común es el Deshumidificador en frío, que enfría el gas de muestra a la temperatura establecida (por ejemplo5℃), para que el vapor de agua se condense y se separe, el punto de rocío de la muestra de salida puede alcanzar5℃Abajo. O elija un secador de película según sea necesario.

oFiltro fino: eliminar las gotas de micro - líquido y el polvo residual que puede producirse después de la deshumidificación, la precisión del filtro suele ser0,1-0,5 μm.

oEstabilización de la tensión y estabilización del flujo: la presión de la muestra y la estabilidad del flujo que entran en la unidad de análisis se controlan a través de la válvula de Estabilización de tensión y la válvula de Estabilización de flujo (o controlador de flujo de masa) para garantizar la precisión del análisis. Por lo general, el flujo de gas de muestra se controla en0,5-2L/min.

o(opcional) tratamiento químico: si el gas de muestra contiene componentes de gas que interfieren con la absorción láser o corroen los componentes del instrumento (por ejemploH₂S,HCl(etc.), es necesario agregar los filtros químicos correspondientes (como la absorción de carbón activado, la absorción de neutralizantes, etc.).

oBomba peristáltica/.Válvula de drenaje: se utiliza para descargar el agua condensada producida durante el pretratamiento.

3. Unidad de análisis de gas láser:

oMódulo de emisión láser: contiene una longitud de onda específicaDFBLáseres semiconductores, circuitos de accionamiento láser y circuitos de control de temperatura. El láser está impulsado por una fuente de corriente constante de alta precisión y pasa por un enfriador de semiconductores..TEC) controlar con precisión la temperatura para garantizar una longitud de onda láser estable y un ancho de línea estrecho.

oTanque de absorción de gas: el gas de muestra fluye a través de la piscina de absorción, y el láser actúa plenamente con el gas de muestra en la piscina de absorción. La piscina de absorción suele adoptar una estructura de reflexión múltiple (por ejemploHerriottPiscina) para aumentar la longitud del Camino óptico y mejorar la sensibilidad de detección. El material puede ser de acero inoxidable o vidrio, con ventanas ópticas en ambos extremos.

oMódulo de recepción láser: incluye fotodetectores (por ejemploInGaAsFotodiodos) y circuitos de amplificación previa. El detector convierte la señal óptica recibida en una señal eléctrica y la amplifica inicialmente.

oUnidad de procesamiento y control de señales: incluye tarjetas de adquisición de datos de alta velocidad, microprocesadores integrados (o computadoras de control industrial) y el software de análisis correspondiente. Realizar la señal eléctrica recibidaA/DConversión, filtrado, amplificación de bloqueo de fase (si se utiliza la tecnología de detección armónica), etc., para extraer la información de absorción de gas y de acuerdo con Lambert-La Ley de Bill calcula la concentración de oxígeno. Al mismo tiempo, la unidad es responsable del monitoreo y control de la temperatura, presión, flujo y otros parámetros de todo el sistema, así como de la comunicación con el exterior.

4. Unidad de visualización y comunicación de datos:

oInterfaz hombre - máquinaHMI(...): generalmente es una pantalla táctil para mostrar la concentración de medición en tiempo real, el mapa de tendencias de datos históricos, los parámetros del Estado de trabajo del instrumento, la información de alarma, etc., y puede realizar la configuración de parámetros, operaciones de calibración, etc.

oInterfaz de salida de datos: proporcionado4-20mASalida analógica,RS485 / RS232Interfaz de comunicación digital, realización yDCS,del PLCInteracción de datos del sistema de control, etc.

5. Unidad auxiliar:

oArmario de servidores: se utiliza para integrar el motor principal del analizador, el módulo de preprocesamiento y los componentes eléctricos relacionados para proporcionar protección.

oMódulo de alimentación: seráCA 220VConversión a la fuente de alimentación de corriente continua necesaria para cada uno de los componentes del sistema (por ejemplo+ 5V,+ 12V,+ 24V).

oMódulo de salida de alarma: realizar la salida del relé de la alarma de concentración y la alarma de falla.

IV. parámetros técnicos

V. instalación y puesta en marcha

1. Condiciones de instalación:

oLas cabañas de análisis o los lugares de instalación deben evitar vibraciones violentas, interferencias electromagnéticas fuertes, gases corrosivos y polvo.

oGarantizar una buena ventilación y disipación de calor.

oEl punto de muestreo debe seleccionar una posición que se mezcle uniformemente en la tubería de proceso, tenga un caudal estable y pueda representar el estado real del proceso.

oLa tubería de rastreo de calor de la sonda de muestreo al sistema de pretratamiento debe ser lo más corta posible para reducir el retraso de transmisión.

2. Pasos de instalación:

oInstalación de la sonda de muestreo: abrir agujeros en la tubería de acuerdo con los requisitos del proceso, soldar la brida, instalar firmemente la sonda de muestreo y garantizar el sellado.

oConexión de la tubería de rastreo de calor: conecte la salida de la sonda de muestreo a la entrada de la tubería de seguimiento de calor, y la salida de la tubería de seguimiento de calor a la entrada del sistema de pretratamiento. Preste atención al sellado de la interfaz para evitar fugas de aire.

oEl Gabinete del analizador está en su lugar.: coloque el Gabinete del analizador en un suelo o plataforma horizontal y estable y fije el gabinete.

oInstalación del sistema de preprocesamiento: si la unidad de preprocesamiento es de diseño modular, instale en la posición designada en el Gabinete y conecte la tubería de gas interna.

oConexión de circuito: conexiónCA 220VLínea de alimentación (preste atención a la puesta a tierra segura), línea de señal..4-20mA,RS485, salida de alarma, etc.).

3. Contenido de depuración:

oDetección de fugas en el camino de gas: detectar estrictamente fugas en todo el sistema de circuito de gas de muestreo, transmisión, pretratamiento y Cámara de aire para garantizar que no haya fugas.

oInspección eléctrica: comprobar si el voltaje de suministro de energía, el suministro de energía de cada módulo es normal y si el suelo es bueno.

oConfiguración de parámetros: a través de la pantalla táctil, se establecen parámetros como el rango de medición del instrumento, el valor de alarma, el flujo de gas de muestra y la temperatura de seguimiento.

oCalibración cero: entrada de gas cero verificado (como nitrógeno de alta pureza)N₂, pureza≥ 99999%), realizar una calibración cero.

oCalibración del rango: entrada de gas estándar con concentraciones conocidas..O₂Gas estándar), calibrar el rango. El número de puntos de calibración se determina de acuerdo con los requisitos de precisión, generalmente1 - 2Punto.

oAjuste conjunto del sistema: comprobar si el flujo de gas de muestra, la presión y la temperatura son estables en el rango establecido, observar si los valores de medición del instrumento son estables y consistentes con la concentración estándar de gas. Probar si la salida de datos es normal y si la función de alarma es confiable.

oPrueba de condiciones de trabajo simuladas: en la medida de lo posible, simular las condiciones reales de trabajo (como los cambios de temperatura y humedad) y observar el rendimiento del instrumento.

VI. funcionamiento y mantenimiento

1. Monitoreo diario de Operaciones:

oVerifique regularmente si los valores de medición mostrados por el analizador están en un rango razonable y si la tendencia es normal.

oCompruebe si los indicadores de Estado del instrumento son normales y si hay información de alarma.

oComprobar si el flujo de gas de muestra, la presión y los componentes de la unidad de pretratamiento (como la diferencia de presión del filtro, la temperatura del enfriador y el drenaje) son normales.

oRegistre los parámetros de funcionamiento del instrumento y los registros de calibración.

2. Mantenimiento regular:

oDiario: inspección, comprobación del Estado del instrumento y descarga de agua condensada.

oSemanalmente: compruebe si el filtro del filtro está bloqueado (juzgado por el manómetro diferencial o el cambio de flujo) y reemplace según sea necesario. Compruebe si la tubería de rastreo de calor funciona normalmente.

ocada mes: utilice gas cero y gas estándar de rango para una calibración o verificación de un solo punto para verificar la precisión del instrumento. Compruebe si la conexión de la vía de aire está suelta.

oTrimestral/.Medio año: reemplazar el filtro de filtro de precisión y el adsorbente del secador (si se utiliza) de acuerdo con la limpieza del gas de muestra. Compruebe si el Fotodetector y la ventana de la cabeza láser están limpios y limpie suavemente con etanol anhidro y papel de lente si es necesario.

oCada año: realizar una inspección completa del rendimiento y la calibración del analizador (calibración multipunto). Compruebe el filtro de la sonda de muestreo y reemplace según sea necesario. Compruebe el efecto de rastreo de calor de la tubería de rastreo de calor y reemplace el trópico de rastreo de envejecimiento a tiempo.

3. Manejo de fallas:

oSin pantalla o sin arranque: compruebe la fuente de alimentación, los fusibles, el módulo de alimentación.

oValores de medición anormales (altos/.Bajo/.Grandes fluctuaciones): comprobar si el gas de muestra es normal (flujo, presión, si hay fugas); Comprobar si el sistema de pretratamiento falla (bloqueo del filtro, mal efecto de deshumidificación, contaminación); Comprobar si el camino óptico está alineado y si la ventana está contaminada; Realizar la verificación de calibración; Compruebe si hay componentes de interferencia entrando.

oFallo de comunicación: compruebe si la conexión de la línea de comunicación, la configuración de los parámetros de comunicación (tasa de baud, dirección, bit de verificación) y la interfaz de comunicación están dañadas.

oFalla de alarma: compruebe la configuración de los parámetros de alarma, la línea de salida del relé, el equipo de alarma externo.

4. Piezas de repuesto: se recomienda que los usuarios reserven piezas vulnerables y consumibles de uso común, como filtros de filtro de varias especificaciones, anillos de sellado, secadores, gas estándar, etc.

siete, Conclusiones

Analizador en línea de oxígeno láser de extracciónAdoptadoTDLASLa tecnología, combinada con un sistema perfecto de pretratamiento de muestras de gas, puede realizar un monitoreo continuo, preciso y confiable en línea del contenido de oxígeno en el proceso industrial. Sus características de alta selectividad, respuesta rápida y bajo mantenimiento lo convierten en una opción ideal para reemplazar los métodos de análisis tradicionales. A través de una composición cuidadosa del sistema, una instalación y puesta en marcha estrictas y un funcionamiento y mantenimiento estandarizados, este esquema técnico puede garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del analizador, proporcionar a los usuarios datos de medición precisos, satisfacer las necesidades de control del proceso de producción y monitoreo de seguridad, y tener beneficios económicos y sociales significativos.