在线分析仪的设计重点分析

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在线分析仪的设计重点分析

摘要：在线分析系统的工程设计是以自控专业为主导，多个专业协调配合，复杂且综合的过程

设计。本文结合某些项目的经验教训，阐述了在线分析系统的工程设计要点，包括分析仪的选

型、分析小屋的设计原则，从分析小屋总图位置的选择、防爆和通风设计原则、安全联锁等角

度加以探讨和论述。另外，基于几个项目的设计经验，强调了一些设计中的其他注意事项。

关键词：在线分析系统；分析仪选型；分析小屋；正压通风；安全联锁；

0 引言

在石油、化工等行业的工艺过程控制中，除了常规的温度、压力、流量、液位检测之外，在线

监测介质的组分也是一个不容忽视的控制手段。相较于上述四大参数的检测仪表，在线分析仪

表的测量原理更多样，检测方案也更复杂，但它却最能直接反映过程控制的成效。一些工艺路

线中的组分分析，可以说对整个过程控制的安全和最终产品的质量起着不可替代的关键作用。

在线分析系统是由采样系统、在线分析仪及分析柜或分析小屋构成的系统，对比于分析时间

长、分析结果滞后的实验室分析，它更有利于生产装置的实时调整。从工程设计的角度出发，

结合参与过的几个项目的实际经验，粗浅地谈一下在线分析系统在设计中的一些要点。

1 在线分析仪的选型

在线分析仪表虽然种类繁多，但也可从不同的角度加以分类：1）根据分析仪表的测量对象，

可以分为气体分析仪器和液体分析仪器两个大类；2）如果按照主要的测量原理分类，分析仪

可以分为：（1 ）光学分析仪；（2 ）电化学分析仪；（3 ）色谱分析仪；（4 ）物性分析

仪；（5 ）其他分析仪（如顺磁式氧分析仪、热导式气体分析仪、射线分析仪、质谱仪等）

[1].

一套在线分析系统的成功应用，离不开准确的工程设计、集成制造、运行维护。而在线分析仪

正确合理的选型是工程设计阶段最核心的工作。因此，在线分析系统技术规格书和分析仪数据

表是最关键的设计文件，也是最根本的选型依据。在技术规格书中，工程公司会根据项目实际

情况明确具体的技术要求，包括：执行的标准规范、气象条件、环境条件、供货范围、分析小

屋（柜）配管配线、文件及图纸、FAT、SAT、性能考核、技术服务、备品备件等；分析仪数

据表则定义了分析仪的测量对象、用途、测量范围、采样点及采样返回点的温度、压力、流

量、仪表的防爆等级和防护性能，规定了分析仪的性能指标包括：准确度、灵敏度、稳定性、

重复性、线性范围、响应时间等。而其中，采样点背景组分的定性定量是整个数据表中最关键

的参数，工艺专业在提交仪表条件时必须准确，尤其是有些装置在正常运行和开停车阶段工艺

参数有较大区别时，必须针对各自不同的工况提出相应的工艺条件。之所以这样做的原因是：

在线分析仪表种类繁多，各个类型的仪表技术指标各不相同。即使是相同测量原理的仪表，在

不同工况下的适应性也大不相同。

“ ”分析仪较之于其他常规仪表更特殊的另一个原因，就是其自身的制造结构复杂而且特别娇贵 ,

现场恶劣的环境、复杂的工况与仪器仪表本身对于样品的温度、压力、腐蚀性、水分含量、灰

尘含量的品质要求必然会形成矛盾，这就对于仪表的选型、设计、安装、调试、维护等一系列

工作提出更高的要求。

过去在某个项目中的经验教训：

1）某总有机碳分析仪（TOC）在项目投运一定时间后，进样瓶有盐分析出结晶，导致现场运

维人员需要每天清洗。通过进一步离线取样分析后发现，样品本身的实际含盐量远高于数据表

中的组分浓度。

众所周知，TOC 是以碳的含量表示介质中有机物的总量，常作为评价介质被有机物污染程度的

一项参考指标。其主要测量方法有：直接燃烧氧化-NDIR（非分散红外法）、紫外/过硫酸盐催

化氧化-NDIR 法、湿法氧化- 非色散红外探测（二级氧化法）。各测量原理的优劣比较如下：

◇直接燃烧氧化-NDIR （非分散红外法）

具有高温燃烧、氧化完全的特点，一般应用于有机物含量较高及成分较复杂的工业废水监测

[2].但一般它的进样量有严格限制（10μL 以下），取样管线纤细易堵塞，需对样品严格过滤，

维护量大；样品中的盐和沉积物会阻塞燃烧炉，需对反应器经常清洗除垢，需要经常校正，催

化剂会中毒失效等缺点。

◇紫外/过硫酸盐催化氧化-NDIR 法

具有灵敏度高、量程宽、响应时间快等特点，一般应用于饮用水、地表水等比较干净的水体监

测。但它存在氧化能力不足，样品需要过滤，盐含量高时影响氧化效果，紫外灯功率会衰减，

消减反应器材质受限制，需要经常校正，维护量较高等劣势。

◇湿法氧化- 非色散红外探测（二级氧化法）

以两种型号的羟基自由基和臭氧两级氧化及过硫酸盐+热消解氧化法为代表，消解效能高，高

盐高浊度样均能消解，样品可无需过滤和除杂，比较适合含盐工业废水的测量，可做到反应器

自清洗和双量程选择。缺点是试剂消耗多，有些蠕动泵泵管需要经常更换，维护量相对较高。

当初项目选用的是直接燃烧氧化测量原理的 TOC,从上述可知，所选型式并不适用于含盐量特

别高的场合。出于对项目业主负责及根本解决问题角度出发，最终，项目上不得不重新采购了

一台TOC（湿法氧化-非色散红外探测）。重新投用后，上述问题得以解决。但显而易见，此

次变更涉及设计、采购、施工，影响面较大，成本有所增加且整个项目的进度也有所滞后。

2）某分析仪在开车调试阶段一直无法正常工作，后发现是由于进样管线内含水导致（正常工

况是不含水分的）。后续不得不在预处理装置中增加气液分离设备，并对整个进样管路重新吹

扫、调试、测试。

上述两个经验教训告诉我们，不同原理的分析仪表，其适用的工况不同，价格也不同。从工艺

数据准确性，选择合适的测量原理（方法），满足测量要求，并能稳定运行，体现仪表选型的

重要性及解决问题方法。

2 分析小屋的设计原则

2.1 总图位置的选择

分析小屋的位置选择，一般由以下几个方面综合考虑：

1）尽量选择在安全区，当不得不安装在爆炸危险场所，根据《石油化工在线分析仪系统设计

规范》（SH/T 3174-2013）及《自动分析器室设计规范》（HG/T 20516-2014）的相关规定，应

采取相应的防爆措施。一般可接受的爆炸危险区域的等级为2 区。

2 ）基于样品的性质和分析仪响应时间的考虑，尽量靠近采样点位置。

3 ）便于分析小屋吊装、安装。

4 ）远离振动源、电磁干扰源。

5 ）便于小屋的分析排放。

2.2 防爆、通风系统设计

防爆、通风系统的设计对整个在线分析系统的安全、平稳运行至关重要。

只有当分析小屋设置在安全区且小屋内没有可燃性介质泄漏或积聚的场合，电气设备、照明灯

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摘要：

在线分析仪的设计重点分析摘要：在线分析系统的工程设计是以自控专业为主导，多个专业协调配合，复杂且综合的过程设计。本文结合某些项目的经验教训，阐述了在线分析系统的工程设计要点，包括分析仪的选型、分析小屋的设计原则，从分析小屋总图位置的选择、防爆和通风设计原则、安全联锁等角度加以探讨和论述。另外，基于几个项目的设计经验，强调了一些设计中的其他注意事项。关键词：在线分析系统；分析仪选型；分析小屋；正压通风；安全联锁；0引言在石油、化工等行业的工艺过程控制中，除了常规的温度、压力、流量、液位检测之外，在线监测介质的组分也是一个不容忽视的控制手段。相较于上述四大参数的检测仪表，在线分析仪表的测量原理更多...

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