紅外及色譜分析儀在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

王建玲，馬志偉，王川川，劉志景

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南鄭州 450000）

化工生產(chǎn)屬于高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)工作開展過程中，會(huì)面對(duì)各種成分復(fù)雜的氣體、混合物以及其他物質(zhì)。由于化工生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)頗高，所以需進(jìn)行定量分析及定性分析，尤其是針對(duì)氣體的成分分析，需合理利用相關(guān)現(xiàn)代化儀器設(shè)備完成氣體各項(xiàng)成分的分析，通過分析，判斷氣體成分的安全性，為化工生產(chǎn)安全監(jiān)控提供有效支持。值得注意的是，結(jié)合多年的實(shí)踐工作顯示，在化工生產(chǎn)中紅外分析儀與色譜分析儀應(yīng)用廣泛。因此，從化工生產(chǎn)工作效率及質(zhì)量提升角度考慮，本文對(duì)紅外及色譜分析儀在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1 紅外分析儀的應(yīng)用分析

紅外分析儀，即紅外線氣體分析儀的簡(jiǎn)稱，指的是通過對(duì)紅外線的利用，完成對(duì)氣體的分析。紅外分析儀能夠根據(jù)待分析組分濃度的差異，吸收輻射能的差異，剩下輻射能使檢測(cè)器中的溫度升高的差異，動(dòng)片薄膜兩邊承受壓力的差異，進(jìn)一步使一個(gè)電容檢測(cè)器的電信號(hào)產(chǎn)生；如此，便能夠間接測(cè)量待分析組分的濃度。下面便從紅外分析儀的運(yùn)行機(jī)制、投運(yùn)準(zhǔn)備工作、校正、相關(guān)問題及解決對(duì)策進(jìn)行分析，確保紅外分析儀在化工生產(chǎn)中應(yīng)用的可靠性及高效性。

1.1 運(yùn)行機(jī)制

紅外分析儀主要運(yùn)行機(jī)制為：通過對(duì)紅外線的利用，然后經(jīng)裝在一定長(zhǎng)度容器內(nèi)，比如測(cè)量室的被測(cè)氣體，因參比室內(nèi)充的為高純氮?dú)猓鴾y(cè)量室裝的為被測(cè)氣體，因此所產(chǎn)生的光強(qiáng)存在差異；在被測(cè)氣體使?jié)舛炔町a(chǎn)生的情況下，通過吸收之后，剩下的光可以進(jìn)入檢測(cè)器當(dāng)中，通過檢測(cè)，使電容產(chǎn)生變化，然后通過轉(zhuǎn)化形成電壓信號(hào)，進(jìn)一步通過放大輸送至儀表當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示及記錄。此外，值得注意的是，化工生產(chǎn)過程中，通常會(huì)使用到三類檢測(cè)器，即薄膜電容檢測(cè)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器、微流量檢測(cè)器。

這三類檢測(cè)器在化工生產(chǎn)中均具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值，需根據(jù)化工生產(chǎn)實(shí)際需求，做到合理選擇應(yīng)用。

1.2 儀表投運(yùn)準(zhǔn)備工作

儀表投運(yùn)之前，需對(duì)接線進(jìn)行仔細(xì)檢查，明確信號(hào)的正確性，中控量程和現(xiàn)場(chǎng)有無維持一致性；保證預(yù)處理正確，并保證取樣管線的清潔、干燥，進(jìn)一步做好通電預(yù)熱處理。上述操作達(dá)標(biāo)之后，再進(jìn)行投運(yùn)工作。

1.3 儀表校準(zhǔn)

1.3.1 零點(diǎn)校準(zhǔn)

零點(diǎn)校驗(yàn)過程中，通常將高純氮當(dāng)作零點(diǎn)氣。以將艾默生儀表為例，在校準(zhǔn)過程中，具體步驟為：將任意鍵按下，進(jìn)入主菜單后，選取“Control”鍵，然后進(jìn)入“zero”；在穩(wěn)定之后，將“Star cal”鍵按下，然后完成相對(duì)應(yīng)的零點(diǎn)校準(zhǔn)操作。

1.3.2 量程校準(zhǔn)

基于量程校準(zhǔn)過程中，將量程標(biāo)氣接通，然后按下任意鍵，進(jìn)入主菜單之后，選取“steup”，對(duì)其中的“cal gas”點(diǎn)擊，對(duì)修改表氣量程值進(jìn)行查看并修改；需注意，如果標(biāo)氣量程值和標(biāo)氣量程氣瓶上值保持一致，則無須修改；返回主菜單之后，選取“control”，然后進(jìn)入“span”，完成最終的量程標(biāo)定作業(yè)。

1.4 相關(guān)問題及解決對(duì)策

基于化工生產(chǎn)過程中，紅外分析儀的應(yīng)用易出現(xiàn)一些問題，因此針對(duì)相關(guān)問題有必要采取及時(shí)有效的解決對(duì)策，從而確保紅外分析儀在化工生產(chǎn)中應(yīng)用的有效性及安全性。總結(jié)起來，具體問題及解決對(duì)策如下：

（1）紅外分析儀的顯示值突然發(fā)生下降的情況，通標(biāo)氣之后無變化。針對(duì)此類問題，有必要對(duì)屏幕進(jìn)行仔細(xì)檢查，明確是否存在“souse”報(bào)警字樣；如果存在，則代表光源損壞，進(jìn)一步對(duì)光源及時(shí)更換。

（2）儀表零點(diǎn)出現(xiàn)持續(xù)正漂現(xiàn)象，且出現(xiàn)波動(dòng)幅度大、不準(zhǔn)的現(xiàn)象；在標(biāo)定之后，此類問題仍存在。針對(duì)此類問題，需對(duì)測(cè)量室及濾波氣室進(jìn)行嚴(yán)格檢查，通過檢查觀察是否受到污染，是否有水分進(jìn)入，然后做好清洗或者更換處理。

（3）輸出維持不變，輸出值不準(zhǔn)確。針對(duì)此類問題，需對(duì)模擬輸出板進(jìn)行嚴(yán)格檢查，通過檢查明確有無損壞，若損壞則及時(shí)更換模擬輸出板。

（4）現(xiàn)場(chǎng)顯示和中控存在差異，需對(duì)量程進(jìn)行查看，然后對(duì)比中控，判斷兩者有無維持一致性。

（5）溫度傳感器出現(xiàn)持續(xù)發(fā)生報(bào)警的情況，且沒有辦法進(jìn)行正常的測(cè)量作業(yè)，在通標(biāo)氣之后仍未解決。因此，需對(duì)溫度傳感器進(jìn)行仔細(xì)檢查，判斷有無損壞；若損壞，則需及時(shí)更換處理。

（6）儀表指示呈現(xiàn)回零現(xiàn)象，通標(biāo)氣之后沒有變化。針對(duì)此類問題，需對(duì)監(jiān)測(cè)器電容進(jìn)行嚴(yán)格檢查，判斷有無短路或者損壞；若損壞，及時(shí)更換。此外，還可能出現(xiàn)儀表指示滿度的問題，或者出現(xiàn)中控?zé)o顯示值的問題，此類問題在雙通道紅外分析儀中常發(fā)生；針對(duì)這些問題，需判斷有無超量程，并對(duì)雙光源進(jìn)行仔細(xì)檢查，判斷有無損壞光源，若存在則需及時(shí)更換光源。

2 色譜分析儀的應(yīng)用分析

色譜分析儀，為一類分離分析儀器，主要針對(duì)復(fù)雜、多組分混合物進(jìn)行分離及分析。在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，通過色譜分析儀的使用，可以完成對(duì)物質(zhì)的定性分析及定量分析。

2.1 運(yùn)行機(jī)制

混合氣體經(jīng)色譜柱，受到色譜柱內(nèi)部的填充劑吸收或者吸附，因氣體分子種類存在差異，且被填充劑吸收或者吸附的程度存在差異，所以經(jīng)過柱子的速度存在差異，出柱子之后濃度同樣存在差異；基于柱口位置的混合氣體通過分離，形成各組分之后，進(jìn)一步通過檢測(cè)器完成定性分析及定量分析；然后由檢測(cè)器對(duì)組分濃度信號(hào)，轉(zhuǎn)化為微弱電信號(hào)，進(jìn)一步利用放電電路完成數(shù)據(jù)處理，最終在主機(jī)顯示，并將具體數(shù)據(jù)信息記錄下來。

2.2 儀表投運(yùn)準(zhǔn)備工作及常用檢測(cè)器種類

在儀表投運(yùn)準(zhǔn)備工作過程中，需保證投運(yùn)之前各部件的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，無漏電問題，同時(shí)保證管線維持清潔及干燥狀態(tài)；以工廠設(shè)定溫度為依據(jù)，確保儀表加熱器溫度滿足此標(biāo)準(zhǔn)要求。而通常使用到的檢測(cè)器主要有三類。

2.2.1 熱導(dǎo)檢測(cè)器

此類檢測(cè)器通常對(duì)下限10×10-6的非腐蝕性碳?xì)浠衔铩o機(jī)物進(jìn)行分析，通過對(duì)被測(cè)氣體和載氣之間的各組分間熱導(dǎo)率差異加以利用，讓測(cè)量電橋使不平衡電壓產(chǎn)生，最終將組分濃度測(cè)量出來。

2.2.2 氫火焰離子檢測(cè)器

此類檢測(cè)器通常在下限1×10-6的微量分析中應(yīng)用，主要機(jī)理為：基于高溫氫氣火焰當(dāng)中，碳?xì)浠衔锇l(fā)生燃燒，使化學(xué)電離產(chǎn)生，進(jìn)一步由反應(yīng)產(chǎn)生的正離子基于電場(chǎng)作用條件下，通過收集至負(fù)極之上，使微弱的電離電流形成，且該電離電流和被測(cè)組分呈正相關(guān)性。

2.2.3 火焰光度檢測(cè)器

通常下限在0.05×10-6，機(jī)理為：基于氫氣火焰燃燒狀態(tài)條件下，由含硫物將特征光譜發(fā)出，其波長(zhǎng)為394nm，含磷物為526nm，通過對(duì)濾光片濾波進(jìn)行干涉，利用光電倍增管對(duì)其光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步將硫、磷的含量求解出來。

2.3 儀表標(biāo)定方法

以艾默生色譜分析儀為例，在接通標(biāo)氣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步按照以下步驟完成儀表標(biāo)定操作：

（1）基于“control”菜單當(dāng)中選取“halt”鍵暫停，然后再進(jìn)入“control”菜單，選取“single stream”（單流路），選取“stream4”（標(biāo)定流路），將“enter”鍵按下之后，呈現(xiàn)“purge60seconds”（吹掃60s），在60s之后對(duì)譜圖進(jìn)行查看，確定有無保持適宜，走上3～5個(gè)周期。

（2）然后在“control”菜單當(dāng)中選取“cal”標(biāo)定。

（3）標(biāo)定好以后，對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行查看，判斷有無和標(biāo)氣設(shè)定值趨同；然后，進(jìn)入“auto sequence”（自動(dòng)流路），投表走上3～5個(gè)周期，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行查看，最終完成標(biāo)定效果的驗(yàn)證。

2.4 相關(guān)問題及解決對(duì)策

在化工生產(chǎn)過程中，色譜分析儀的應(yīng)用同樣會(huì)遇到一些較為明顯的問題，針對(duì)相關(guān)問題需采取有效解決對(duì)策。

（1）出現(xiàn)顯示不準(zhǔn)確的情況，或者出現(xiàn)質(zhì)檢不匹配的情況。針對(duì)此類問題，可以接通標(biāo)氣，然后走上若干個(gè)周期，判斷有無對(duì)上，如果對(duì)上則代表儀表屬正常。

（2）流量計(jì)無流量，需對(duì)根部進(jìn)行仔細(xì)查看，判斷有無堵漏問題發(fā)生，倘若存在則需及時(shí)解決。

（3）色譜呈現(xiàn)不出峰現(xiàn)象，或者出峰混亂，不具規(guī)則性；針對(duì)此類問題，首先對(duì)流量計(jì)進(jìn)行查看，判斷有無流量；進(jìn)一步對(duì)取樣五菱閥進(jìn)行檢查，判斷有無損壞，然后對(duì)出峰時(shí)間進(jìn)行正確修改。

（4）載氣消耗量異常，需對(duì)各部件進(jìn)行嚴(yán)格檢查，判斷有無漏氣情況發(fā)生，判斷色譜柱有無老化，倘若這些問題存在則需采取相對(duì)應(yīng)的處理措施。

2.5 案例分析

以氣相色譜分析儀為例，該儀器的優(yōu)勢(shì)突出，主要包括：靈敏度高、分離效率高以及分析速度快等，在化工生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用廣泛。為了使樣管堵塞問題得到有效解決，并使煙氣實(shí)現(xiàn)有效回收置換，工作環(huán)境得到有效改善，進(jìn)一步使取樣操作更加容易，最終提升化工生產(chǎn)工作效率，在氣相色譜分析儀使用過程中，應(yīng)用了智能取樣模塊，如圖1所示：此模塊于轉(zhuǎn)化器當(dāng)中獨(dú)立安裝，能夠?yàn)榉治龉ぷ魅藛T提供舒適的取樣環(huán)境，并且可以對(duì)取樣管有無堵塞進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還能夠?qū)苈愤M(jìn)行疏通，進(jìn)一步使煙氣回收功能有效實(shí)現(xiàn)，使高濃SO2、SO3氣體排放于大氣的情況得到有效預(yù)防控制，使化工設(shè)備腐蝕率降低，極大地改善了化工生產(chǎn)工作環(huán)境。因此，值得借鑒及應(yīng)用。

圖1 基于色譜分析儀的職能取樣模塊安裝圖示

3 結(jié)束語

綜上所述，在化工生產(chǎn)領(lǐng)域，紅外分析儀與色譜分析儀應(yīng)用廣泛，且價(jià)值顯著。為了提升紅外分析儀與色譜分析儀的實(shí)用價(jià)值，需了解其工作機(jī)制，掌握儀表投運(yùn)相關(guān)準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行儀表校準(zhǔn)，進(jìn)一步針對(duì)常見問題采取及時(shí)有效的解決對(duì)策，以保證紅外分析儀與色譜分析儀在化工生產(chǎn)的價(jià)值作用發(fā)揮至最佳，從而全面提升化工生產(chǎn)的工作效率及質(zhì)量。