在線分析系統(tǒng)工程應用故障的分類技術分析

1 在線分析系統(tǒng)工程應用的現狀

　　我國專業(yè)化開展在線氣體分析工程應用始于1985年，艱辛歷程24年的工程應用實踐經驗值得認真總結和充分利用?；谠诰€分析系統(tǒng)已經突破和超越了在線分析系統(tǒng)的不爭事實，在線分析系統(tǒng)已成為主導市場的主要業(yè)態(tài)，在線分析工程技術必須高度鎖定工程應用的向度。當今的在線分析系統(tǒng)已經具有工程應用的力度、適應性和較大規(guī)模，并正在拓展更為廣闊的應用領域。

　　在線分析系統(tǒng)工程應用的主要目的是工藝過程的優(yōu)化控制和安全生產以及節(jié)能治污減排，更直觀的技術表達就是追求物質成分量信息適時、連續(xù)計量的準確度。“不連續(xù)”和“不準確”將成為判斷在線分析系統(tǒng)“廣義”故障的兩個技術尺度。

　　2 在線分析系統(tǒng)工程應用故障的定義

　　本文討論的在線分析系統(tǒng)工程應用故障決不是僅僅指系統(tǒng)或儀器損壞，可能停用報廢的狹義而經典意義的故障，而是“廣義”的故障。

　　使在線分析系統(tǒng)的運行嚴重偏離正常的工程應用狀態(tài)，使在線分析系統(tǒng)的物質成分量檢測輸出信號嚴重偏離正確檢測值的一切非常態(tài)或故障，定義為在線分析系統(tǒng)的工程應用故障(以下簡稱故障)。自然也包括在線分析系統(tǒng)或在線分析器損壞而停用甚至報廢的后果極為嚴重的故障。

　　3 在線分析系統(tǒng)工程應用故障的分類技術分析

　　本文以在線分析系統(tǒng)工程應用角度的廣闊視野，對在線分析系統(tǒng)的工程應用故障進行分類評估和技術分析，以求能準備好故障處置的“應急預案”，提高故障排除的效率和效果。

　　在線分析系統(tǒng)的工程應用故障可大致分成如下十類，其后將分類陳述：

　　(1) 針對性設計失誤

　　(2) 技術轉移失效

　　(3) 環(huán)境適應性太差

　　(4) 反應速度太慢

　　(5) 樣氣流量下降或中斷

　　(6) 樣氣除塵失效

　　(7) 樣氣除濕失效

　　(8) 無檢測信號

　　(9) 分析值準確度低

　　(10) 安全性差

　　3.1 針對性設計失誤

　　在線分析系統(tǒng)的最大特點是針對樣氣條件、工程應用要求及環(huán)境條件的針對性設計，這種針對性設計的主要根據是工程項目的技術協(xié)議(合同的有效附件)，當然訂貨合同也是根據，只是它遠不如技術協(xié)議準確和全面。

　　(1) 分析器的測量范圍不符合工程應用要求，并進而導致檢測準確度嚴重降低;

　　(2) 分析器的選型和規(guī)格令設備的使用維護者不滿意;

　　(3) 在線分析系統(tǒng)不很適應工程非常態(tài)的樣氣條件和環(huán)境條件。對“非常態(tài)”缺氣認識和交流非常有害。

　　加強工程用戶的內部協(xié)調，加強供需雙方訂貨前后的深入技術交流，一般可以避免此類故障的發(fā)生。

　　3.2 技術轉移失效

　　在線分析一旦進入工程應用現場，系統(tǒng)針對性設計的產品技術，安裝技術，使用維護技術，以及一般性的檢修技術，都要準確無誤地轉移到工程用戶的專業(yè)操作人員手中?？焖儆行мD移的方式主要是系統(tǒng)的安裝使用說明書、系統(tǒng)安裝規(guī)范或指導文件、操作人員的針對性培訓以及供應的備品備件等。

　　技術轉移失效的突出表現是用戶反映“不會用”，“不會維護”。其嚴重后果是會引發(fā)不該發(fā)生的故障，甚至是系統(tǒng)停運或損壞。

　　(1) 安裝使用說明書的指導性差;

　　(2) 技術培訓不到位;

　　(3) 用戶的管理不規(guī)范。

　　供方的責任是：安裝使用說明書要能真正準確無誤、容易理解地指導用戶安裝、使用，維護設備;培訓用戶要按程序實施，以提高培訓質量。需方也應有規(guī)范的管理，讓專業(yè)人士接受培訓，避免操作人員盲目流動。

　　3.3 環(huán)境適應性太差

　　在線分析系統(tǒng)的應用環(huán)境是很難控制的，有時選一個合適的安裝位置都十分困難。

　　(1) 環(huán)境的極限溫度無論最高，最低都很容易引發(fā)系統(tǒng)的故障。最高溫度≥45℃時，40℃使用溫度的分析器肯定要癱瘓了，加空調器降溫是必要的。最低溫度≤+5℃是絕對不允許的，分析器和某些樣氣處理部件也不能適應，控制室升溫≥10℃是非常必要。

　　(2) 系統(tǒng)的取樣點離分析機柜的距離越小越好，以<15米為宜。對提高系統(tǒng)的反應速度有利。

　　(3) 控制室或分析機柜的安裝處要遠離大功率用電設備或強電磁場設備，避免發(fā)生電氣干擾和高頻電磁干擾。電氣干擾會造成分析儀器信號與上位DCS信號不一致，此時可加信號隔離器排除。高頻干擾信號會使系統(tǒng)的安全性能降低，甚至使質量不高的分析器出現液晶顯示亂跳字或黑屏的故障。

　　電氣干擾和高頻電磁干擾一旦出現，排除故障一般都比較困難。

　　3.4 反應速度太慢

　　在線分析的適時顯示非常必要，安全監(jiān)控項目尤為重要。一般對系統(tǒng)總滯后時間(T10)的要求是<60s，有快速旁路流設計的系統(tǒng)和短距離傳輸樣氣的系統(tǒng)會遠小于60s 。

　　(1) 樣氣傳輸管線太長(例如≥30米)、太粗(以φ6ⅹ1為宜)、內壁太臟和粗糙;

　　(2) 樣氣處理部件過多，死體積過大;

　　(3) 樣氣流量過小(分析器流量盡可能選擇1L/min)。

　　正壓力樣氣的分析系統(tǒng)，在取樣點用減壓箱對高壓樣氣就地減壓至0.1MPa左右尤為重要。傳輸壓力越高，系統(tǒng)的反應速度(總滯后時間)越慢。

　　3.5 樣氣流量下降或中斷

　　樣氣流量下降或中斷是樣氣處理系統(tǒng)的樣氣處理性能惡化或發(fā)生故障的最直觀的顯示，也是系統(tǒng)每天維護中的重點觀察內容。

　　(1) 取樣探頭過濾器、膜式過濾器積塵嚴重或發(fā)生堵塞;

　　(2) 氣路有積塵積液的堵塞，最嚴重的是樣氣冷凝器因設定溫度過低所造成的冷凝水結冰發(fā)生的堵塞故障;

　　(3) 氣路泄露嚴重也會使樣氣流量嚴重下降。如果是工藝樣氣源流的壓力過低，則是系統(tǒng)的適應性問題，必要時需要適當改變樣氣處理系統(tǒng)(例如增加抽氣泵)才能排除。

　　3.6 樣氣除塵失效

　　樣氣除塵是樣氣處理系統(tǒng)最為困難的任務之一，分析器的苛刻要求是<0.3um，

　　<10ug/m3。隨技術的發(fā)展，系統(tǒng)設計的進步，應該說樣氣除塵已經是項很成熟的技術。

　　樣氣除塵有三個技術環(huán)節(jié)：

　　(1) 取樣探頭的加熱反吹過濾技術，所用的高效過濾元件已能過濾0.3um粉塵99%，過濾元件上不斷聚集的灰塵，借助PLC控制電磁閥組實現的0.6MPa壓力下的加熱反吹掃，完全可以實現免維護、高可靠性的防堵塞連續(xù)取樣。

　　(2) 后級膜式過濾器的失效，除了過濾膜嚴重污染或積塵需要更換以外，因氣流阻力增大或膜片破損而造成的故障，值得警惕。具有疏水特性的過濾膜片能有效適應偶然的“逃液”和樣氣中的液霧。

　　(3) 正壓型的在線分析系統(tǒng)，仍然需要設置某種原理的前級過濾器，如精度為1um 99%的過濾器和液霧捕集器。粉塵，液滴過濾器和液霧捕集器的合二為一的組合式設計是最理想的，重慶凌卡分析儀器有限公司有這種專利產品。

　　所有的過濾器，除非過濾元件和過濾膜片具有疏水特性，都會因樣氣含水或液霧嚴重而容易發(fā)生堵塞或破損失效，樣氣處理系統(tǒng)的針對性設計應能預防這種潛在的故障。

　　3.7 樣氣除濕失效

　　樣氣處理系統(tǒng)的除濕(含除水)，也是樣氣處理系統(tǒng)最為困難的任務，至今仍有很大的優(yōu)化提高的技術空間。

　　(1) 樣氣除水采用氣水分離器，排放冷凝水最經典和最可靠的手段是采用蠕動泵。但是蠕動泵排水故障(如排水管粘連)，會造成冷凝水進入后級流量計的嚴重故障。

　　(2) 降低樣氣的濕度，即除濕，要采用某種原理的樣氣冷凝器。最為經典和有效的是壓縮機式樣氣冷凝器，雙路更好。渦流式樣氣冷凝器的最大優(yōu)點是本安防爆，但樣氣溫度只能降低25℃以內。半導體制冷的樣氣冷凝器的優(yōu)點是成本低，樣氣入口溫度也只能達到60℃左右。

　　(3) 使用樣氣冷凝器的最大問題是出口樣氣的設定溫度不能太低，一般以+4℃左右為宜，如果設定<+2℃,極有可能產生局部結冰堵塞，進而冷凝水向后灌入分析器，造成更為嚴重的后果。

　　以上所述樣氣冷凝器處理后出口樣氣的溫度都在+4℃，絕對達不到0℃的極限。因為樣氣壓力等條件的影響，此時樣氣的露點并不是+4℃，而是可能高得多，造成其后出現液態(tài)水的嚴重故障。

　　美國Perma Fure公司的Nafion高分子隔膜干燥器能使樣氣露點達到-10℃以下，Baldwin熱電冷凝器也能將樣氣露點降至-7℃。這是樣氣處理系統(tǒng)技術很大的跨越，能為在線分析器提供更加有效地保護。

　　3.8 無檢測信號

　　在線分析系統(tǒng)讓人最不能接受的故障是分析器無顯示值，即無輸出信號。

　　(1) 樣氣中斷，樣氣流量無顯示。主要是樣氣處理系統(tǒng)因堵塞或抽氣泵損壞等嚴重故障引起，應針對性檢查和排除。樣氣帶有液態(tài)水也很容易造成抽氣泵損壞。

　　(2) 系統(tǒng)或分析器的電器連接存在錯誤，特別是輸出信號開路，應認真檢查確認無誤。

　　(3) 分析器故障;如接收器等部件損壞。儀器保險絲熔斷保護也不要疏忽。

　　3.9 分析值準確度低

　　工程上使用在線分析器和在線分析系統(tǒng)的本質目的或最終目的，是準確、可靠、適時地在線檢測，為工業(yè)生產實現工藝過程優(yōu)化控制提供物質成分量的準確信息。

　　分析值是否準確，只有正確使用合格的標準氣，對分析器的零點和量程進行嚴密的校準，才能予以確認。

　　分析值不準確的原因在“在線分析系統(tǒng)廣義抗干擾研究”【1】論文中已有全面深入的論述，大至可分為以下幾類;

　　(1) 分析器方面：儀器原理及其量程選型不當，干擾組分的干擾誤差過大等。

　　(2) 樣氣處理系統(tǒng)方面：工藝樣氣在取樣、樣氣傳輸和樣氣處理全過程中，發(fā)生的各種細微的變化和影響。如煙氣脫硫(CEMS)系統(tǒng)的樣氣冷凝器是樣氣處理系統(tǒng)必不可少的樣氣處理部件，SO2會從冷凝水中流失3—5%，也就是在這一技術環(huán)節(jié)，分析值的準確度下降了 3—5% 。

　　(3) 應用環(huán)境方面：主要是電氣干擾和射頻電磁干擾，如前所述。質量不高的分析器，旁邊有人打手機，都會使儀器的顯示亂“跳字”。

　　此方面的影響因素很多，涉及多方面的原理和許多微妙的因素，只能具體問題具體分析，工程應用的經驗起著決定性的作用。

　　3.10 安全性差

　　在線分析系統(tǒng)的安全應用所涉及的技術問題很多，而且專業(yè)性很強，可簡單歸納如下：

　　(1) 分析器和在線分析器的電氣安全指標是合格的，但因運輸、貯存、安裝等方面，因濕度高等原因，會使原有的電氣安全性能下降。

　　(2) 有一定防爆要求的在線分析系統(tǒng)和規(guī)范設計的在線分析系統(tǒng)，在現場安裝或重新組裝的過程中，由于安裝疏忽或檢查確認不到位等原因，使原設計的防爆功能下降。

　　(3) 完成安裝并運行的系統(tǒng)，冷凝水和尾氣排放不符合要求，不暢通或未排到安全、不致造成污染的地方。

　　(4) 樣氣處理系統(tǒng)的泄漏是絕對不允許的，是很大的安全隱患和故障源。

　　4 在線分析系統(tǒng)工程應用故障的排除

　　在線分析系統(tǒng)是大型、精密的成套設備，應該追求100%的工程應用成功率。所以對其工程應用故障進行全面深入的技術分析，有很重要的現實意義，對其故障的排除也有一定的指導意義。

　　對在線分析系統(tǒng)工程應用故障的排除提出如下意見：

　　4.1 加強專業(yè)廠的全過程技術服務

　　專業(yè)廠有針對性，規(guī)范的專業(yè)化設計，這是分析系統(tǒng)成功應用最大的保證。也應要求系統(tǒng)的安裝使用說明書、技術培訓、備品備件供應等，能有效保障該產品的設計技術、應用維護技術、一般性的檢修技術，能被工程用戶的專業(yè)操作人員全面理解、掌握和熟練運用。

　　4.2 以專業(yè)技術知識為指導

　　在線分析工程技術是門很特殊的新專業(yè)，要檢修其工程應用故障，沒有較好的專業(yè)技術知識和相當的理論知識是很難想象的。所以，進一步的學習和技術交流就顯得必要了。

　　4.3 經驗主義地解決現實問題

　　在線分析系統(tǒng)的專業(yè)化應用也有24年艱辛歷程，畢竟已經積累了比較豐富的工程應用經驗，這在系統(tǒng)的使用維護與檢修中肯定用得著。某種故障的排除或降低其不利影響，即使我們不知道為什么，但我們知道怎樣按程序如何做，也肯定能取得好的效果。

　　4.4 對生產工藝條件和現場條件的當前狀態(tài)多做深入分析研究

　　應十分清醒的認識到，工業(yè)生產的生產工藝條件是動態(tài)變化的，當然十分穩(wěn)定的也有。變化的最大原因是產品的調整或生產工藝的改進，此時還固執(zhí)地認為分析值與原來有差別，和大的變化，就是分析系統(tǒng)有故障，顯然是誤會或誤解。生產工藝也可能發(fā)生意外的不希望的擾動或失常，造成樣氣條件巨大變化，難免發(fā)生這種潛在的故障，也應該引起我們高度關注。

　　4.5 注重細節(jié)，關注過程

　　在線分析行業(yè)的在線分析系統(tǒng)工程應用， “細節(jié)決定成敗”的觀念很流行，也的確如此。難的是任何時間、任何技術環(huán)節(jié)，我們關注細節(jié)都嚴密周到，沒有任何疏忽和漏洞。

　　在線分析系統(tǒng)的工程應用，只有控制住了全過程，才能把握住所有細節(jié)。

　　所以，我們最后的忠告和建議是：

　　有效控制全過程，把握住所有細節(jié)，把故障消除在發(fā)生之前，全力爭取在線分析系統(tǒng)工程應用的完全成功。