GC1000色譜分析儀在八鋼新區高爐中的應用

姜洋

【摘要】介紹GC1000氣相色譜儀分析系統原理，應用在寶鋼集團八鋼公司新區2500m?高爐的爐頂煤氣在線分析狀況，并簡述該系統的結構組成。在2500m?高爐頂壓調節系統煤氣管道上安裝煤氣分析儀，通過煤氣分析儀獲取高爐內產生氣體的相關數據及趨勢，對高爐上升管煤氣進行分析，可以幫助操作人員了解高爐爐況。有效避免安全事故的發生。

【關鍵字】氣相色譜儀、高爐、結構；

1、GC1000 系列工業色譜儀

1.1、色譜儀系統的原理

氣體色譜儀是一種成份分析儀器，它將一定容量的待分析的多組份混合氣體輸入到色譜柱中，在色譜柱中對各組份進行分離，然后用檢測器測量各種組份的濃度。工業氣相色譜儀間歇性地按周 期進行分析，因此可以實現自動取樣。下面說明 GCl000D/GC1000S 工業氣相色譜儀的測量原理。

1.1.1 采樣分析原理

氣相色譜儀的樣品分析機構由采樣機構、色譜柱和檢測器三部分組成。待分析的樣品用采樣閥進行采集，采樣閥有采樣和分離及檢測兩種工作狀態。在分離及檢測狀 態時，取樣閥應能讓需要測量的氣體（液體）流過采樣閥的定量管。采樣狀態時，載氣將采樣閥定量 管中需測量的氣體（液體）樣品帶入色譜柱中（見下圖）。 關于采樣有兩點需注意：因為需要重復采樣，所以采樣的體積應固定不變。此外，采樣必須迅 速可靠。實際測量中，使用—根溫度和壓力固定且定體積的的樣品定量管來保證采集的某一氣體（液 體）的體積不變。使采樣迅速而可靠的方法是待測量的氣體始終不停地流通。

1.1.2 色譜柱分離

氣相色譜儀可使用三種色譜柱：填充色譜柱（Packed Column），大孔 徑毛細管柱（Mega-bore Column）和毛細管色譜柱（Capillary Column）。填充色譜柱為內徑約 2mm，長度 0.2—2.0M 的不銹鋼管，管內充填有可對分析組份進行分離的填充物，這種填充物稱作固定相。大孔徑毛細管柱和毛細管柱的直徑分別約為0.5mm和0.3mm左右，管的內表面涂覆有—薄層稱 為固定相的物質。 多組份混合樣品中的各種成份和載氣稱為流動相，流動相通過色譜柱時，反復的溶入固定相并 以一特定的比率從固定相中揮發出來。該比率與各種成份特定的分配系數有關。不同的組份有不同 的分配系數（Partition Coefficient）。由于有不同的分配系數，各種成分通過色譜柱時有不同的傳輸速率，也就是在色譜柱中有不同的通過速度。這樣一來，多組份混合樣品中的各種成份在色譜柱中被分離為單一的組份并按一定的 時間順序從色譜柱中流出。下圖表示出由 A，B，C 三種組份混合的樣品氣通過色譜柱以及在一定時間內被分離成各種獨立的組份的情形。

1.1.3 熱導檢測器（TCD）原理

在色譜柱中被分離的各組份被送往檢測器，用檢測器測量各個組份的濃度。熱導檢測器可以測量幾乎所有的非腐蝕性的組份，但靈敏度較低。熱導檢測器利用被測氣體與載氣間導熱性的差別，測量電橋電路中產生的不平衡電壓，從而測 量出被測氣體的濃度。熱導檢測器通常用來測量被測氣體（液體）的百分濃度。

1.2、色譜儀系統的構成

GC1000氣相色譜儀是一體化的整機結構，按照它們的功能可以劃分為五個部分，它們是： 1.正壓防爆盒裝置：安裝儀器采用的正壓充氣防爆所需要的控制聯鎖和接線。 2.電氣控制部件及接線端子組件：安裝儀表自動運行控制及組份含量計算所需的的微機控制器及各種控制電路板和控制機構及相應的接線端子板。 3.色譜分析部件：安裝儀表分析所必須的恒溫加熱爐、采樣閥和控制閥件、色譜柱、檢測器組件，以完成樣品組成及含量的分析 4.樣品采集部件（可選部件）：擔負對現場工業樣品的接入及控制。 5.氣體調控組件：對儀表工作所需要的載氣、驅動氣、吹掃氣、燃燒氣，助燃氣等的壓力流量等參數進行調整和控制；

3、改進優化

3.1儀表分析用載氣管路的改進

分析儀表需要氫氣和氮氣2種載氣，載氣為鋼 瓶裝的高純度氣體，每30天需更換一次。如果更換 時間超過5min，設備會停機。為了實現無擾切換載 氣，使用三通閥連接兩路管道，增加了一路連接載 氣鋼瓶的管路。當更換載氣時，先把新載氣瓶連接 好，打開這一路的閥門，然后再關閉需更換下來的氣 瓶前的閥門，這樣就做到了無擾更換載氣。

3.2自動排放系統

設備設計前期采用手動排放廢氣，如果人員檢修維護不到位，或者地區溫度降低，溫差較大時就會造成設備內積水較多，容易造成分析儀主機燒毀，后果不堪設想。采用時間繼電器和銅質電磁閥的組合，組成自動排放系統，既解決了手動排放的困難，也提升了設備的運行穩定率。

4、儀表的日常維護檢修

4.1、防爆結構

儀表維修前首先應檢查防爆結構，以確保儀表的防爆性能不變。該項檢查主要應檢查以下幾項。1）. 系統的正壓保護盒上的固定螺釘有否損壞和松動。2）.外殼和透明視窗有否損壞。3）.任何襯墊有否破裂或嚴重變形。

4.2、更換鋼瓶，

更換載氣或標準氣體鋼瓶后常需要檢查鋼瓶減壓閥周圍有無泄漏。鋼瓶更換后的三天內至少要檢查 2～3 次。

4.3、泄漏檢查

儀表的任何管接頭件或內外部零件在更換或檢修后都必須檢查接頭是否有泄漏。檢漏時應保持管子處于加壓狀態，用肥皂水（“SNOOP”或其它裝置）涂在接頭處進行檢漏。發現泄露時應擰緊接頭或更換不合格零件。任何泄露都會影響儀表的正常工作、降低分析結果的準確性或增加氣體的消耗量。

4.4、檢查色譜圖

儀表更換任何另部件后重新開始運行時，應記錄若干色譜圖并和操作數據手冊中的結果進行對比。

5、結語

經過以上幾個方面的改造和日常正常維護后，整套系統不再頻繁停機，大大降低了設備的故障率，同時減少了維護量，為高爐連續提供準確可靠的爐頂煤氣分析數據。在新區高爐投產后，爐頂色譜分析系統一直運行良好，高爐煤氣利用率一直保持在46%左右，生產過程中實現了煤氣利用率高、節焦降耗效果明顯。