氣體分析系統(tǒng)和氧分析系統(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

      我國專業(yè)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。基于在線分析系統(tǒng)已經(jīng)突破和超越了在線分析系統(tǒng)的不爭(zhēng)事實(shí)，在線分析系統(tǒng)已成為主導(dǎo)市場(chǎng)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(shí)、連續(xù)計(jì)量的準(zhǔn)確度。“不連續(xù)”和“不準(zhǔn)確”將成為判斷在線分析系統(tǒng)“廣義”故障的兩個(gè)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(bào)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(cè)輸出信號(hào)嚴(yán)重偏離正確檢測(cè)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(jiǎn)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(bào)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(duì)在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用故障進(jìn)行分類評(píng)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(duì)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(cè)信號(hào)

(9) 分析值準(zhǔn)確度低

(10) 安全性差

3.1 針對(duì)性設(shè)計(jì)失誤

        在線分析系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是針對(duì)樣氣條件、工程應(yīng)用要求及環(huán)境條件的針對(duì)性設(shè)計(jì)，這種針對(duì)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)議準(zhǔn)確和全面。

(1) 分析器的測(cè)量范圍不符合工程應(yīng)用要求，并進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)準(zhǔn)確度嚴(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(duì)“非常態(tài)”缺氣認(rèn)識(shí)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(chǎng)，系統(tǒng)針對(duì)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)，都要準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)移到工程用戶的專業(yè)操作人員手中。快速有效轉(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(duì)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(huì)用”，“不會(huì)維護(hù)”。其嚴(yán)重后果是會(huì)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準(zhǔn)確無誤、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蕴岣吲嘤?xùn)質(zhì)量。需方也應(yīng)有規(guī)范的管理，讓專業(yè)人士接受培訓(xùn)，避免操作人員盲目流動(dòng)。

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(shí)選一個(gè)合適的安裝位置都十分困難。

(1) 環(huán)境的極限溫度無論最高，最低都很容易引發(fā)系統(tǒng)的故障。最高溫度≥45℃時(shí)，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。最低溫度≤+5℃是絕對(duì)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(duì)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(chǎng)設(shè)備，避免發(fā)生電氣干擾和高頻電磁干擾。電氣干擾會(huì)造成分析儀器信號(hào)與上位DCS信號(hào)不一致，此時(shí)可加信號(hào)隔離器排除。高頻干擾信號(hào)會(huì)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(shí)顯示非常必要，安全監(jiān)控項(xiàng)目尤為重要。一般對(duì)系統(tǒng)總滯后時(shí)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(huì)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) 樣氣流量過小(分析器流量盡可能選擇1L/min)。

正壓力樣氣的分析系統(tǒng)，在取樣點(diǎn)用減壓箱對(duì)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(shí)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)生故障的最直觀的顯示，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，最嚴(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(huì)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(shí)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)最為困難的任務(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)的進(jìn)步，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(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)：

(1) 取樣探頭的加熱反吹過濾技術(shù)，所用的高效過濾元件已能過濾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，完全可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、高可靠性的防堵塞連續(xù)取樣。(2) 后級(jí)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(jí)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)是最理想的，重慶凌卡分析儀器有限公司有這種專利產(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(huì)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(duì)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)最為困難的任務(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，排放冷凝水最經(jīng)典和最可靠的手段是采用蠕動(dòng)泵。但是蠕動(dòng)泵排水故障(如排水管粘連)，會(huì)造成冷凝水進(jìn)入后級(jí)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。最為經(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最大優(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) 使用樣氣冷凝器的最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℃，絕對(duì)達(dá)不到0℃的極限。因?yàn)闃託鈮毫Φ葪l件的影響，此時(shí)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(cè)信號(hào)

     在線分析系統(tǒng)讓人最不能接受的故障是分析器無顯示值，即無輸出信號(hào)。

(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(duì)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(cuò)誤，特別是輸出信號(hào)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(xiǎn)絲熔斷保護(hù)也不要疏忽。

3.9 分析值準(zhǔn)確度低

       工程上使用在線分析器和在線分析系統(tǒng)的本質(zhì)目的或最終目的，是準(zhǔn)確、可靠、適時(shí)地在線檢測(cè)，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)成分量的準(zhǔn)確信息。

     分析值是否準(zhǔn)確，只有正確使用合格的標(biāo)準(zhǔn)氣，對(duì)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)。

     分析值不準(zhǔn)確的原因在“在線分析系統(tǒng)廣義抗干擾研究”【1】論文中已有全面深入的論述，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)必不可少的樣氣處理部件，SO2會(huì)從冷凝水中流失3—5%，也就是在這一技術(shù)環(huán)節(jié)，分析值的準(zhǔn)確度下降了 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(huì)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，而且專業(yè)性很強(qiáng)，可簡(jiǎn)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(huì)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(chǎng)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)的泄漏是絕對(duì)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(duì)其工程應(yīng)用故障進(jìn)行全面深入的技術(shù)分析，有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)其故障的排除也有一定的指導(dǎo)意義。

對(duì)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)專業(yè)廠的全過程技術(shù)服務(wù)

       專業(yè)廠有針對(duì)性，規(guī)范的專業(yè)化設(shè)計(jì)，這是分析系統(tǒng)成功應(yīng)用最大的保證。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)，能被工程用戶的專業(yè)操作人員全面理解、掌握和熟練運(yùn)用。

4.2 以專業(yè)技術(shù)知識(shí)為指導(dǎo)

        在線分析工程技術(shù)是門很特殊的新專業(yè)，要檢修其工程應(yīng)用故障，沒有較好的專業(yè)技術(shù)知識(shí)和相當(dāng)?shù)睦碚撝R(shí)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)的專業(yè)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(duì)生產(chǎn)工藝條件和現(xiàn)場(chǎng)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(shí)到，工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝條件是動(dòng)態(tài)變化的，當(dāng)然十分穩(wěn)定的也有。變化的最大原因是產(chǎn)品的調(diào)整或生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，此時(shí)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(huì)或誤解。生產(chǎn)工藝也可能發(fā)生意外的不希望的擾動(dòng)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(shí)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，我們最后的忠告和建議是：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，全力爭(zhēng)取在線分析系統(tǒng)工程應(yīng)用的完全成功。