系统概述
设计要求：快速准确的分析炉气成分，高效自动运行。
设备名称：炉气在线监测系统。
安装位置：炉气管道。
巡检数量：1-6台。
监测目的：为了电石炉的安全生产以及炉气的有效利用。
信号输出：提供标准的4~20mA模拟量信号和标准的RS-485数字通讯。
管道型式：由买方提供相应数据（竖式或者横式）
系统组成
该系统由直管式取样探头、反吹控制系统、气体分析单元、伴热管线、预处理及采样装置、安装机柜及控制系统等组成。直管式取样探头包括直管探头、控制阀；预处理及采样装置包括过滤吸附装置、过滤装置、气水分离和气体干燥装置、气体分流装置、精密过滤装置等组成。气体分析仪表可以完成对炉气中CO、CO2、CH4、H2、O2的准确测量，并同时计算热值。安装机柜及控制系统主要由三菱PLC控制装置、电磁阀等控制装置组成。
工作原理
参照系统原理流程图，炉气管道上取样，三通切换阀可实现采样、标校的气路切换操作。打开管道上的取样开关球阀，通过操作触摸屏人机交换界面进行取样操作。分为自动模式和手动模式：自动模式下设置好每路的取样时间，系统可自动运行，循环监测每个监测点的气体含量。手动模式下可对任监测点进行单独检测分析。炉气通过取样管进入气液分离器，除掉炉气中所夹杂的液体，然后进入电子冷凝器干燥装置，能够实现24小时在线监测，干燥后的炉气，在调节阀的控制下（流量在允许范围以内），进入分析仪的分析室，经过分析后再排放到专用排污放空管道。
系统技术指标
1) 预处理采样装置技术指标
1、自动反吹取样探头及管路；
2、手动维护控制阀门，方便取样管道清洗；
3、适用于取样气体温度≤800℃；
4、适用于气体粉尘浓度<100g/m3;
5、低温环境下采样管道采用伴热技术，防止水分冷凝而堵塞管路；
6、取样探头采用烧结过滤器过滤精度≤5µm
2) 分析单元技术指标
1、测量组分： CO/CO2/CH4/H2/O2/热值
2、测量方法：
a：CO/CO2/CH4---NDIR红外传感器技术
b：H2---TCD热导检测技术
c：O2---长寿命电化学传感器
d：热值=126[CO]+108[H2)+359[CH4] MJ/m3
3、测量量程 CO：0-100%
a：CO2：0-20%
b：CH4：0-5%
c：H2：0-20%
d：O2：0-5%
4、热值：0-9000Kcal/Nm3
5、测量精度： CO/CO2/CH4≤1%FS；H2/O2≤2%FS
6、响应时间： ≤10秒（NDIR）
7、供电电源： 220V±44V 交流 50Hz±1Hz
8、输出信号： 标准RS-485、DC 4-20mA电流输出；
9、仪器重量： 约10kg
10、工作温度： 0-50℃
11、相对湿度： 5-85%
12、大气压力： 85-105 KPa
3) 分析机柜及控制系统技术指标
1、整体机柜防护等级IP56；
2、柜体配置可视窗口，换气通常；
3、控制系统：采用三菱PLC，自动控制系统反吹运行；
4、分析系统按照7D*24H连续运行模式设计，实现真正意义上的在线；
5、系统能够输出6路4-20mA电流信号，每种气体成分对应一路输出，送往主控室DCS系统；
6、预处理单元：通过伴热、过滤、吸附、分离、冷凝等工序清除煤气中焦油、苯、萘、水汽和烟尘等物质；
7、预处理单元每年根据实际使用工况，至少负责清洗1-2次
炉气在线监测系统技术关键
1） 自主知识产权的NDIR红外气体分析和TCD热导分析技术
对于CO/CO2/CH4分析，采用了自主知识产权的NDIR非分光红外气体传感器技术，寿命长，仪器维护量少。该技术2018年通过了科技部的科技鉴定，达到国际先进水平，通过7年的发展，目前已经生产的传感器数量超过100000套，成熟可靠的技术，确保了产品的稳定性。公司依靠该技术实现了每年翻倍的发展。目前公司是国内能够掌握核心传感器开发技术的少数企业之一，领导了国内NDIR红外技术的发展。
TCD热导H2传感器采用德国海利普微流热导传感器，配合公司特有的专利技术，稳定性比以往技术大大提高。仪器采用了先进的数字化技术和嵌入式软件，精度达到国际同类产品先进水平。
实现核心仪器的批量生产不仅降低了仪器的购买费用， 同时对于客户今后的维护和保养也是一个良好的保障。进口仪器一旦出现问题，很难在短时间内修复。
2）自动计算热值
本系统能够测试混合煤气中主要六种气体成分的浓度：即CO、CO2、CH4、H2、CnHm、O2，同时可以自动计算混合煤气的热值，这对于混合煤气的有效利用有着十分重要意义。混合煤气热值的计算方法如下：Q=126[CO]+108[H2)+359[CH4] MJ/m3，[CO]、[H2]、[CH4] 分别代表气体中可燃气成分的体积浓度。
3）准确测量CH4浓度
电石炉尾气中含有CH4、C2H6、C3H8等气体，常规CH4传感器受CnHm（C2H6、C3H8等）影响较大，本系统设计中采用专用传感器技术，能够彻底解决CnHm对CH4的影响。
4）确保H2测量的准确性
热导传感器主要用于测量二元气体，如A、B混合气中的A或B，并且以另外一种气体作为背景气。而如果用于测量多种混合气体时，必然要考虑到其他气体的影响因素。一般而言煤气中含有CO、CO2、CH4、H2、O2、N2等多种气体成分，而且其热导系数各异，如下表所示：
气体类型 | 热导系数 | 分子量 | |
K(0ºC) mW/Km | K(25ºC) mW/Km | M Kg/kmol | |
CO2 | 14 | 16.4 | 44.0 |
CH4 | 30 | 34 | 16.0 |
H2 | 174 | 180 | 2.0 |
O2 | 25 | 26.2 | 32.0 |
N2 | 24 | 26.0 | 28.8 |
CO | 23 | 25.8 | 28 |
从上表可以看出，炉气主要成分中CO、O2 与背景气N2的热导系数相当，对H2的测量结果影响不大，但是CO2 、CH4 对H2测量影响明显。通过理论分析及实验表明，如果气体成分中含有CO2，会使H2的测量读数偏低；如果气体成分中含有CH4，会使H2的测量读数偏高。因此如果，为了得到准确的H2含量，应对H2进行CO2 、CH4的校正。本方案的五组份煤气分析仪在设计时已经考虑到上述因素，作了严格试验并将各种气体的相互影响进行了修正和补偿，消除煤气中其他成分对H2的影响，故能够保证H2测量值的准确性； 同时也证明了单一组分的H2分析仪不可能得到煤气成分中准确的H2含量。
5）流量变化对H2测量无影响。
由于热导传感器的基本原理是通过对气体流动带走的热量进行换算，如果采用直接流通式的热导检测池，很难控制气流，流量大小直接影响H2的读数；我公司采用了专利的旁流扩散式的热导检测池，流量在0.3~1.0L/min的范围内变化对热导的读数没有影响。
6）快速的气体响应时间
系统巧妙地设计了采样气体分流装置，在大流量气泵的抽取下，能够保证现场长距离气体管道条件下测量快速响应但又不对分析仪器造成不利影响。
7） 多级完善的预处理装置
混合煤气即使经取样探头过滤，仍然存在粉尘、水汽等物质，为避免粉尘和水气冷凝污染仪器，堵塞气路，需要在气体进入机柜预处理的前端管路进行伴热处理。预处理及采样装置包括两级过滤吸附装置、多级汽水分离和气体干燥装置、气体分流装置、精密过滤装置等组成。
8）机柜以及控制系统
分析仪器安装在机柜中，气体采样和预处理采用了高可靠性的三菱PLC控制，并设置了多级粉尘过滤装置；机柜防护等级达到IP65以上，确保系统在环境极端恶劣的条件下可靠运行。机柜内部采用恒温处理，保证设备在北方低温环境下正常工作。
