一、過(guò)程分析儀表的基礎(chǔ)知識(shí)：

分析儀表的定義與分類

分析儀表的系統(tǒng)組成

分析儀表的定義

分析儀表是指直接從工藝管道或設(shè)備上采樣,對(duì)被測(cè)介質(zhì)的組成成分或物性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)或間斷分析的儀表。

分析儀表的分類

(1)按使用目的分類

①生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控

用于測(cè)量設(shè)備或管道內(nèi)的物料組分,保證工藝設(shè)備的正常運(yùn)行,提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

②人身和裝置安全

用于探測(cè)易燃易爆、可燃或有毒氣體的泄漏,確保人身和裝置的安全。

③環(huán)境檢測(cè)

用于測(cè)量環(huán)境中氣體、液體中的污染物。

(2)按分析對(duì)象分類

① 氣體分析儀 包括氣相色譜分析儀、紅外分析儀、氧分析儀、熱導(dǎo)分析儀、質(zhì)譜分析儀、激光分析儀等。

② 液體分析儀 包括pH 計(jì)、電導(dǎo)率分析儀、密度計(jì)、黏度計(jì)、近紅外分析儀、水質(zhì)分析儀、油品分析儀等。

分析儀表的系統(tǒng)組成

1. 樣品處理系統(tǒng)

① 樣品提取

從流體中提取少量所需的樣品,簡(jiǎn)稱采樣或取樣。

② 樣品傳輸

將樣品從取樣點(diǎn)輸送到在線分析儀入口端。

③ 樣品處理

將樣品進(jìn)行過(guò)濾、減壓、增壓、氣化、分離等處理,使處理后的樣品滿足分析儀的工作要求。

④ 樣品排放

樣品排放包括分析后樣品的排放和旁通樣品的排放,易燃、有毒或腐蝕性樣品應(yīng)返回裝置或排放至火炬。

2.在線分析儀

根據(jù)工藝要求,選用適當(dāng)?shù)脑诰€分析儀。

3.管理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在線分析儀管理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集和處理,對(duì)在線分析儀、樣品處理系統(tǒng)、輔助設(shè)施的性能和運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、維護(hù)和管理。

4.輔助設(shè)施

① 環(huán)境防護(hù)

常用的環(huán)境防護(hù)措施有分析小屋、分析儀機(jī)柜、分析儀防護(hù)棚。

② 公用工程

UPS 電源、IPS 電源、24V 直流電源、空調(diào)、排風(fēng)扇、儀表空氣、給排水、蒸汽等。

二、常見(jiàn)過(guò)程分析儀表的介紹：

氣體分析儀

氧分析儀

微量水和露點(diǎn)分析儀

水質(zhì)分析儀

分析小屋

氣體分析儀

熱導(dǎo)式氣體分析儀

熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種使用最早的物理式氣體分析儀，用于分析氣體混合物中的某個(gè)組分含量。主要用于分析混合氣體中的 H2、CO2、SO2、NH3等氣體的含量。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過(guò)測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)推算其中某些組分的含量。

熱導(dǎo)池：將混合氣體的熱導(dǎo)率用電阻值的變化表現(xiàn)出來(lái)的檢測(cè)元件。

熱導(dǎo)池中的電阻絲（鉑絲）通以恒定電流，產(chǎn)生一定的溫度，氣體流過(guò)熱導(dǎo)池時(shí)會(huì)帶走一部分熱量（氣體自身量很小，吸收熱可忽略），當(dāng)熱量通過(guò)氣體傳遞到器壁（熱導(dǎo)池具有恒溫裝置），達(dá)到熱平衡后，電阻絲的阻值達(dá)到恒。這就完成了導(dǎo)熱性到電流的變化的測(cè)定。

紅外氣體分析儀

各種氣體的分子本身都具有一個(gè)特定的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，當(dāng)紅外光譜的頻率與分子本身的特定頻率相一致時(shí)，分子就能吸收紅外線，紅外線法正是利用分子所具有的這種選擇性能力來(lái)對(duì)氣體的組成進(jìn)行分析的。主要用于分析混合氣體中的 CO、CO2、CH4、NH3等氣體的濃度。

紫外氣體分析儀

紫外吸收光譜檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)是，紫外光與分子相互作用時(shí)被分子吸收導(dǎo)致光能的變化，由于不同分子內(nèi)部電子能級(jí)的躍遷能量和幾率的不同，使得不同分子具有特征吸收光譜，可見(jiàn)，紫外吸收光譜是分子在紫外波段吸收能力的定量描述。

化學(xué)發(fā)光法氣體分析儀

化學(xué)發(fā)光法是分子發(fā)光光譜分析中的一類，它主要是依據(jù)化學(xué)檢測(cè)體系中待測(cè)物濃度與體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度在一定條件下呈線性定量關(guān)系的原理，利用儀器對(duì)體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)，而確定待測(cè)物含量的一種痕量分析方法。

化學(xué)發(fā)光法原理（NOx ）分析儀

NO＋O 3 →NO 2 *＋O 2

NO 2 *→NO 2 ＋hv

該反應(yīng)的發(fā)射光譜在 600~3200nm 范圍內(nèi)， 最大發(fā)射波長(zhǎng)為 1200nm。

NO 2 ＋O→NO＋O 2

O＋NO＋M→NO 2 *＋MNO 2 *→M+NO 2＋hv

反應(yīng)發(fā)射光譜在 400~1400nm 范圍內(nèi)， 峰值波長(zhǎng)為 600nm。）

樣品氣經(jīng)過(guò)濾，再通過(guò)毛細(xì)管及模式電磁閥分別進(jìn)入NO 2轉(zhuǎn)換室或反應(yīng)室,在NO 2轉(zhuǎn)換室， NO 2被轉(zhuǎn)化為 NO,在反應(yīng)室 NO 與 O 3 反應(yīng)產(chǎn)生特征熒光，熒光強(qiáng)度與 NO 濃度成正比， 從光電倍增管得到熒光強(qiáng)度信號(hào)，從而得出 NO X濃度。

顆粒物氣體分析儀又叫光學(xué)濁度儀、煙氣檢測(cè)儀。分前散射、抽取式、后散射、對(duì)穿法、電荷法等原理 。

氧分析儀

順磁式氧分析儀

任何物質(zhì)都具有一定的磁性，在外界磁場(chǎng)的作用下被碰化。各種物質(zhì)具有不同的磁化率，磁化率為正的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，在外界磁場(chǎng)中被吸引，磁化率為負(fù)的物質(zhì)在外界磁場(chǎng)中被排斥。氧為順磁性物質(zhì)，其磁化率與其他氣體(一氧化氮、二氧化氮除外)相比要大得多，故可以通過(guò)測(cè)量磁化率來(lái)測(cè)量氣體的氧含量。

氧化鋯分析儀

氧化皓氧分析儀利用氧化體電解質(zhì)原理分析待測(cè)氣體中的氧含量，屬于電化學(xué)分析方法、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，一般用于石化，化工等行業(yè)的煙道氣中的氧氣濃度的分析。

固體電解質(zhì)是以氧化鋯為代表的氧離子導(dǎo)體。氧化鋯經(jīng)氧化鈣或氧化釔及稀土金屬氧化物摻雜后,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,電導(dǎo)率提高。這是因?yàn)樗膬r(jià)的鋯原子被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔原子所置換,形成氧離子空穴,高溫時(shí)(700℃以上)就變成了良好的氧離子導(dǎo)體。當(dāng)氧化鋯管的內(nèi)外兩側(cè)氣體中氧分壓不同時(shí),就構(gòu)成了氧濃差電池。氧離子從濃度高的一側(cè)遷移到濃度低的一側(cè),在氧化鋯管的內(nèi)外就產(chǎn)生了電勢(shì)。

微量水和露點(diǎn)分析儀

微量水分析儀是用來(lái)測(cè)量氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)中微量水分子的含量,分可為電容法、冷鏡法、激光法(TDLAS)、石英晶體振蕩法、五氧化二磷電解法和光纖法(近紅外漫反射法)等。用于測(cè)量空氣、氮、氫、氧、一氧化碳、二氧化碳、天然氣、惰性氣體、烷烴、芳烴及其混合氣體、氯氣、氯化氫、氟、氟化氫、液態(tài)碳?xì)浣橘|(zhì)等中的水分含量。

露點(diǎn)分析儀：露點(diǎn)概念，空氣濕度達(dá)到飽和時(shí)的溫度。氣溫愈低，飽和水氣壓就愈小。所以對(duì)于含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽壓降至與當(dāng)時(shí)實(shí)際的水汽壓相等時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)。補(bǔ)充：當(dāng)該溫度低于零攝氏度時(shí)，又稱為霜點(diǎn)。測(cè)量方法：氧化鋁法。

微量水分析儀

五氧化二磷電解法

露點(diǎn)分析儀

水質(zhì)分析儀

PH分析儀

pH值是液體介質(zhì)酸堿度的測(cè)量單位。玻璃電極中的pH敏感部件是玻璃泡，它能夠產(chǎn)生與介質(zhì)pH值相對(duì)應(yīng)的電化學(xué)電位。少量H+離子滲透穿過(guò)膜片外層，負(fù)離子仍保留在溶液內(nèi)，從而產(chǎn)生電位。

電導(dǎo)率分析儀

電導(dǎo)率分析儀是基于電解質(zhì)在溶液中離解為陰、陽(yáng)離子,溶液的導(dǎo)電能力和離子的有效濃度成正比的原理。由于溶液的電導(dǎo)率大小與待測(cè)的電解質(zhì)濃度相關(guān),通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)率就能得到組分濃度。

電導(dǎo)率分析儀根據(jù)電極結(jié)構(gòu)不同,分為電極式(接觸式)和電磁感應(yīng)式(非接觸式)兩種。

密度分析儀:當(dāng)需要換算油品總質(zhì)量或標(biāo)準(zhǔn)體積時(shí),設(shè)置用于密度計(jì)算的壓力或差壓變送器,分以下兩種情況。

① 采用混合法(HTMS)計(jì)量,通過(guò)雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)等直接測(cè)量液位高度時(shí),常壓儲(chǔ)罐采用1臺(tái)壓力變送器,低壓儲(chǔ)罐采用2 臺(tái)壓力變送器或1 臺(tái)差壓變送器測(cè)量并計(jì)算介質(zhì)的平均密度。

② 采用靜壓法(HTG)計(jì)量,通過(guò)測(cè)量油品罐底壓力或差壓計(jì)算液位時(shí),采用2 臺(tái)壓力變送器測(cè)量并計(jì)算密度。測(cè)量得到的是2 個(gè)取源口之間油品的密度,并非整罐油品的平均密度。

密度分析儀:共振式密度計(jì)，叉體以共振頻率振動(dòng)。介質(zhì)密度變化時(shí)，叉體的振動(dòng)頻率也發(fā)生變化。介質(zhì)密度直接影響叉體的振動(dòng)頻率。通過(guò)系統(tǒng)中儲(chǔ)存的介質(zhì)信息及計(jì)算公式精準(zhǔn)計(jì)算介質(zhì)的濃度。

濁度分析儀，濁度是由懸浮顆粒引起的液體渾濁。濁度又稱渾濁度,是反映水中懸浮物和膠體,如泥沙、黏土、藻類、有機(jī)物質(zhì)以及其他微生物有機(jī)體含量的一個(gè)水質(zhì)參數(shù)。濁度一般采用光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量,主要有透射光和散射光兩種形式。隨著濁度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,散射光測(cè)量原理的濁度儀可靠性高,適用范圍廣,已經(jīng)成為濁度分析儀的主流。

化學(xué)需氧量COD分析儀

化學(xué)需氧量(簡(jiǎn)稱COD)又稱化學(xué)耗氧量,指在一定條件下,使用氧化劑氧化水中的還原性物質(zhì)(主要是有機(jī)物)所消耗的氧的量,以mg/L 表示。COD 是衡量水體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo),化學(xué)需氧量大,表示水體受有機(jī)物的污染嚴(yán)重。

選型注意：

① 用于企業(yè)廢水排放口COD 監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)上傳到環(huán)保部門,選用重鉻酸鉀氧化法原理的COD 分析儀。

② 選用重鉻酸鉀法COD 分析儀,其監(jiān)測(cè)廢水的氯離子含量最大不能超過(guò)4000mg/L,最好低于1000mg/L,否則需要選配自動(dòng)稀釋裝置,或改用TOC 分析儀。

③ 企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過(guò)程或水處理工藝控制,可選用響應(yīng)速度快的間接測(cè)量原理的儀器。

④ 在危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)選用相應(yīng)防爆等級(jí)的儀器。

總有機(jī)碳TOC分析儀

TOC 的測(cè)量主要是通過(guò)氧化作用,將水中的有機(jī)物質(zhì)氧化為CO2 ,然后再通過(guò)檢測(cè)氧化CO2 的量來(lái)?yè)Q算成TOC 的濃度。

選型注意：

① 常規(guī)給水、循環(huán)水、蒸汽凝結(jié)水等較為潔凈的水樣,宜選用進(jìn)樣量大、采用紫外光-過(guò)硫酸鹽雙重氧化原理的在線TOC 分析儀,可以保證低的檢出限。

② 成分復(fù)雜、含懸浮物的水樣,不論是工藝用水還是排放廢水中,可能有鹽、懸浮物和容易形成沉積物的組分,如氯離子、乳濁的油滴、懸浮的固體顆粒、無(wú)機(jī)鹽類等,宜選用臭氧羥基二級(jí)氧化原理的TOC 分析儀。

③ 懸浮物低、鹽含量低的水樣,可選用高溫燃燒催化氧化原理的TOC 分析儀。

④ 由于初期雨水往往懸浮物含量高,有機(jī)物成分復(fù)雜、濃度高,建議選用臭氧羥基二級(jí)氧化原理的TOC分析儀。

⑤ 監(jiān)測(cè)工藝用水,如凝結(jié)水回用、循環(huán)水外排以及下游產(chǎn)品原料時(shí),宜采用連續(xù)進(jìn)樣、響應(yīng)時(shí)間快的TOC 分析儀。

分析小屋

分析小屋(柜、棚)是為安裝在現(xiàn)場(chǎng)的在線分析儀和樣品處理系統(tǒng)等提供合適的運(yùn)行環(huán)境,確保在線分析儀系統(tǒng)的性能穩(wěn)定和正常運(yùn)行,便于操作和維護(hù)。分析小屋宜安裝在安全區(qū)域內(nèi),或者安裝在2 區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。小屋內(nèi)按危險(xiǎn)區(qū)劃分按1 區(qū)考慮。

分析小屋應(yīng)遵循下列國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn):

① GB 29812 工業(yè)過(guò)程控制 分析小屋的安全;

② GB/T 25844 工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)分析小屋成套系統(tǒng);

③ SH/T 3174 石油化工在線分析儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范;

④ HG/T 20516 自動(dòng)分析器室設(shè)計(jì)規(guī)范。

三、過(guò)程分析儀表相關(guān)規(guī)范：

SH/T 3174-2023 石油化工在線分析儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范

SH/T 3005-2023 石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范

HG/T 20507-2023 自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范

HG/T 20516-2023 自動(dòng)分析器室設(shè)計(jì)規(guī)范

GB/T 25844-2010 工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)分析小屋成套系統(tǒng)

GB/T 29812-2023 工業(yè)過(guò)程控制 分析小屋的安全