LGA-4100半導體激光氣體分析儀

LGA-4100半導體激光氣體分析儀由激光發(fā)射模塊發(fā)出的激光束穿過被測煙道（或管道）,被安裝在直徑相對方向上的光電傳感模塊中的探測器接收，分析控制模塊對獲得的測量信號進行數(shù)據(jù)采集和分析，得到被測氣體濃度。在掃描激光波長時，由光電傳感模塊探測到的激光透過率將發(fā)生變化，且此變化僅僅是來自于激光器與光電傳感模塊之間光通道內(nèi)被測氣體分子對激光強度的衰減。光強度的衰減與探測光程之間的被測氣體含量成正比。因此，通過測量激光強度衰減可以分析獲得被測氣體的濃度。

圖2 基于半導體激光吸收光譜（DLAS）測量技術系統(tǒng)組成示意圖

l 原位測量，檢測靈敏度，響應速度快；

l 體化設計，結構緊湊，可靠性；

l 模塊化設計，可現(xiàn)場更換所有功能模塊；

l 智能化程度，操作、維護方便。

1) 單線光譜技術

“單線光譜”測量技術利用激光的光譜比較窄、遠小于被測氣體的吸收譜線的性，選擇某位于定波長的吸收光譜線，使得在所選吸收譜線波長附近無測量環(huán)境中其它氣體組分的吸收譜線，從而避免了這些背景氣體組分對該被測氣體的交叉吸收干涉，圖3是“單線光譜”測量原理圖。

圖3 “單線光譜”測量原理圖

2) 激光頻率掃描技術

LGA-4100半導體激光氣體分析儀通過調(diào)制激光頻率使之周期性地掃描過被測氣體吸收譜線，激光頻率的掃描范圍被設置成大于被測氣體吸收譜線的寬度，從而在次頻率掃描范圍中包含有不被氣體吸收譜線衰減的圖1.1中的“Ⅰ”區(qū)和被氣體吸收譜線衰減的“Ⅱ”區(qū)。從“Ⅰ”區(qū)得到的測量信號可以獲得粉塵和視窗的透光率Td，從“Ⅱ”區(qū)得到的測量信號可以獲得粉塵和視窗以及被測氣體的總透光率Tgd=Td*Tg。因此，激光現(xiàn)場在線氣體分析系統(tǒng)通過在個激光頻率掃描周期內(nèi)對“Ⅰ”、“Ⅱ”兩區(qū)的同時測量可以準確獲得被測氣體的透光率Tg=Tgd/Td，從而自動修正粉塵和視窗污染產(chǎn)生的光強衰減對氣體測量濃度的影響。

3) 譜線展寬自動修正技術

在氣體溫度和壓力發(fā)生變化時，被測氣體譜線的展寬及度會發(fā)生相應的變化，從而影響測量的準確性。通過輸入(4-20)mA方式的溫度和壓力信號，LGA-4100半導體激光氣體分析儀能自動修正溫度和壓力變化對氣體濃度測量的影響，從而保證了測量數(shù)據(jù)的精確性。

LGA-4100分析儀的供電如下圖4所示，24V DC電源首先被接入到隔爆的正壓單元（并沒有直接給正壓腔體內(nèi)的電路），正壓單元內(nèi)的控制電路開始檢測從正壓腔體內(nèi)的壓力傳感器傳來的壓力信號，并顯示在壓力指示條上，同時根據(jù)該壓力來判斷是否給正壓腔內(nèi)電路供電。

                           圖4 LGA-4100分析儀供電原理圖

正壓單元面板主要由電源指示燈、狀態(tài)指示燈和壓力指示條組成，其中：

壓力指示條：用于指示正壓壓力數(shù)值，指示條共10格，代表0Pa-1000Pa的差壓范圍，每格代表壓力100Pa。

電源（Power）指示燈：紅色LED指示燈，用于指示正壓控制模塊的電源情況。紅燈亮表示正壓控制模塊已經(jīng)正常上電。

狀態(tài)（State）指示燈：能顯示紅、綠、黃的LED三色指示燈，其中：

a) 指示燈不亮：發(fā)射和接收單元內(nèi)部壓力處于低壓狀態(tài)（小于300Pa），正壓控制單元不接通發(fā)射和接收單元的供電電源；

b) 指示燈呈黃色：發(fā)射和接收單元內(nèi)部壓力已從低壓狀態(tài)進入正常工作狀態(tài)（500Pa-1000Pa），正壓控制單元正處于換氣延時（15分鐘）等待中。此時，正壓控制單元仍不接通發(fā)射和接收單元的供電電源；

c) 指示燈呈綠色：發(fā)射和接收單元內(nèi)部壓力已經(jīng)達到正常工作狀態(tài)，并完成換氣，此時正壓控制單元接通發(fā)射和接收單元的供電電源，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

d) 指示燈呈紅色：發(fā)射和接收單元壓力處于警告工作狀態(tài)，此時壓力可能可能處于欠壓(300Pa-500Pa)或者過壓(>1000Pa)狀態(tài)，此時正壓控制單元仍會接通發(fā)射和接收單元的供電電源。

2) 正壓壓力的調(diào)節(jié)

由儀表的供電原理可知，儀表要正常上電工作，正壓壓力必須大于等于500pa，并保持15分鐘以上，那么儀表的正壓是怎樣實現(xiàn)和調(diào)節(jié)的呢？

圖5 儀表吹掃和正壓氣路圖

如圖5所示，正壓氣體由吹掃單元接入，經(jīng)過濾、減壓、流量控制，首先被送到發(fā)射單元；接著被引到接收單元，再由接收單元的阻燃器排空，而壓力傳感器就安裝在接收單元內(nèi)腔。綜上，在整個正壓氣路氣密性良好的基礎上，只要調(diào)節(jié)進氣減壓閥的壓力即可調(diào)節(jié)正壓壓力。

3) 開機步驟

了解了儀表的供電原理和正壓調(diào)節(jié)的方法，儀表的上電應該就沒有問題了，但仍有些細節(jié)需要注意。

l 確認儀表的電源、信號輸入/輸出、吹掃及正壓氣源連接正確。

l 卸開進吹掃單元的氣源總管，打開總管球閥，進行氣源管道吹掃，清除管道內(nèi)的鐵銹等雜質(zhì)。

l 連接進吹掃箱的氣源總管，調(diào)節(jié)減壓閥調(diào)節(jié)旋鈕。使吹掃氣體減壓閥壓力表顯示為0.4Mpa左右。

l 打開焊接法蘭根部的維護切斷閥。

l 接通系統(tǒng)電源后，電源狀態(tài)指示燈（POWER）點亮紅色，證明正壓單元已上電成功。

l 觀察接收單元的正壓壓力指示條，微調(diào)減壓閥調(diào)節(jié)旋鈕，使正壓壓力指示條保持5-9個點亮。

  l 根據(jù)防爆規(guī)范要求，系統(tǒng)在達到正壓要求延時換氣15分鐘之后，發(fā)射和接收單元內(nèi)部才正式通電運行，此時正壓控制模塊的電源指示燈變?yōu)榫G色，發(fā)射單元LCD液晶屏界面顯示出上電自檢信息，儀表上電成功。

LGA-4100分析儀日常的巡檢內(nèi)容有下幾項：

1)、檢查儀表測量值是否正常

儀表的檢測數(shù)據(jù)般都有規(guī)律或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當工藝沒有顯著變化的情況下，儀表的測量值出現(xiàn)有別于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的異常，我們通常情況下都會同時檢查工藝和儀表。

2)、檢查儀表透過率是否在10%以上（報警59/60）

3）、檢查吹掃氣體壓力和流量，檢查正壓壓力是否正常

4）、檢查報警碼顯示

LGA-4100分析儀在工作異常時，會自動在液晶屏上顯示，報警碼后有相應的報警說明

標定注意事項：

Ø 如只是日常檢查或懷疑測量不準，建議通入標氣比對，而不用進行標定操作。

Ø 如儀器輸出是聯(lián)鎖控制的，在標定前應先斷開聯(lián)鎖，標定完成后再接回聯(lián)鎖。

Ø 在標定前為了防止誤操作，可以使用標定菜單中的備份功能；若在標定過程中出現(xiàn)意外情況可以使用標定菜單中的恢復功能；

Ø 在儀器面板液晶顯示屏上有錯誤或警告報警信息出現(xiàn)時，不能實施標定工作。

Ø 標準氣體容器到標定管進氣口之間應使用盡量短的連接管線。

Ø 標定時人要站在上風處，尾氣排放在通風，偏僻的地方。

圖6  LGA-4100激光氣體分析儀標定流程

以下僅為LGA-4100分析儀的按鍵操作，必須在標定流程下進行。

1) 標定零點的步驟

l 按上圖所示連接氣管，通入零點氣體，（在連接標定氣阻流器的情況下），將減壓閥出口壓力表調(diào)節(jié)至3kg/cm²，通氣持續(xù)5分鐘。

l 待“氣體濃度”顯示值穩(wěn)定后。注：假如顯示值和標準氣的值相差很大的情況，客戶必須重新檢查管路和設置的正確性。

l 按“SET”鍵，進入密碼設定，輸入密碼“1111”。

l 然后通過主設置界面，通過“＜”或“＞”鍵，使光標移到“離線標定”，按“SET”鍵確認“離線標定”。

l 在“離線標定”菜單下通過“＜”或“＞”鍵選擇“調(diào)整零點”。

2) 標定滿度的步驟

l 在【離線標定界面】更改以下的參數(shù)

Ø 按“＜”或“＞”鍵使光標移到“標定光程”設置，氣路的連接如上圖的情況下，此時“標定光程”就是設標定管的長度，如沒有殊說明，長度為0.4616M或1.1216M。

Ø 然后按“＜”或“＞”鍵使光標移至“標定溫度”，然后按“SET”鍵選擇“輸入方式”進行設定即可，標定溫度的設定就是標定管所在位置的溫度（即環(huán)境溫度）。

注意：因為外界環(huán)境溫度經(jīng)常會變化，所以必須重新設置。

Ø 然后按“＜”或“＞”鍵使光標移至“標定壓力”，然后“SET”鍵選擇“輸入方式”進行設定即可，

Ø 標定壓力的設定就是標定管所在位置的壓力（即環(huán)境壓力：基本為個大氣壓力0.1Mpa）。

l 之后按“＜”或“＞”鍵把光標移到“標定預覽”，按“SET”鍵。

l 然后設定“標定濃度”，按“SET”鍵進行設定，設定的原則：就是根據(jù)標氣瓶上小標簽上的標注的濃度值的大小。

l 按上圖通入標準氣體，（在連接標定氣阻流器的情況下），將減壓閥出口壓力表調(diào)節(jié)至3kg/cm²，通氣5分鐘。

l 待“氣體濃度”顯示值穩(wěn)定后。注：假如顯示值和標準氣的值相差很大的情況，客戶必須重新檢查管路和設置的正確性。

l 然后通過“＜”或“＞”鍵使光標移至“確認標定”。按“SET”鍵，儀器開始標定，顯示標定進度畫面。

當LGA-4100分析儀的測量值與手工分析值或經(jīng)驗值偏或偏低時，我們該如何處理呢？下來主要就導致測量值異常的幾個常見問題進行分析，并介紹相應的處理方法。

圖7 測量值異常處理流程

1) 判斷手工分析和經(jīng)驗值的準確性。

通常在儀表的測量值大于或小于手工分析值或經(jīng)驗值時，我們就認為LGA-4100分析儀異常了。但是以手工分析值作為LGA-4100分析儀正常與否的標準是不科學的。

例如，傳統(tǒng)氣體分析儀器奧氏氣體分析儀，常用于CO₂、O₂、CO、H₂、烴類等的含量測定。其工作原理是利用不同的溶液來相繼吸收氣體試樣中的不同組分。

具體來說：用40％的氫氧化鈉吸收試樣中的二氧化碳；用焦沒食子酸鉀溶液吸收試樣中的氧氣；用氨性氯化亞銅溶液來吸收試樣中的氧化碳。然后根據(jù)吸收前后試樣體積的變化來計算各組分的含量。CH4和H2用爆炸燃燒法測定，剩余氣體為N2。

奧氏分析儀的絕對誤差般為±0.2%，因為其操作復雜，分析周期長，分析人員的操作技能和“態(tài)度”對分析的精確度有很大影響。所以，我們認為奧氏手工分析的結果可以作為定性結論，即可以以其測量值作趨勢圖與LGA-4100分析儀的分析結果趨勢比較。

經(jīng)驗值般都不會存在問題，但套用經(jīng)驗值時定要確認工藝情況是否和通常情況樣。

2) 工況問題

工藝發(fā)生改變后，往往會對被測組分的含量造成影響，例如，爐煉鐵噴煤系統(tǒng)中的原料煤由無煙煤更換為煙煤，煤粉倉中的CO含量定會增加。燃氣鍋爐減小了空氣鼓風量時，氣廢氣管道中的可燃氣含量肯定會增加。故儀表測量值異常時，我們首先需了解工藝是否有異常，二者是否有關聯(lián)。

3) 儀表參數(shù)檢查

在本手冊2.2節(jié)中，詳細的介紹了參數(shù)對儀表測量值的影響。儀表參數(shù)其可能被誤操作，其二在儀表采用自動溫度、壓力補償時，溫度和壓力信號異常時，儀表的測量值也會出現(xiàn)偏差。故測量值出現(xiàn)異常時，確認儀表的參數(shù)的正確也是必選的工作。

4) 吹掃流量檢查

由本手冊2.5和2.6節(jié)中可知，當吹掃流量低于設定值時，吹掃不充分會導致實際測量光程大于設定的測量光程，導致測量誤差。吹掃流量過大時同樣會導致測量錯誤。

5) 標準氣驗證LGA-4100分析儀是否正常測量

LGA-4100分析儀測量功能是否正常，有效的方法就是標準氣驗證。即將接收和發(fā)射單元安裝到標定管上，通入標準氣體，并設定相應的參數(shù)，看儀表是否能準確的測量標氣濃度。具體操作方法和流程可參見本手冊3.2節(jié)。

6) 檢測吹掃氣體中是否含有被測組分

測量的方法和檢測標氣濃度的方法相同，吹掃氣中含有被測組分對儀表測量的影響和處理方法參見本手冊2.6節(jié)。

7) 如以上方法均不能解決，請聯(lián)系聚光客戶服務部。

儀表透過率過低

圖8 透過率問題處理流程

1) 檢查有無異常工況

工況的異常將會導致透過率降低，如管道內(nèi)氣體未經(jīng)原定處理系統(tǒng)凈化（初冷器、除塵器等）；進入其他非常組份（水氣、粉塵）標。可通過工藝協(xié)調(diào)調(diào)查清楚。

2) 檢查和調(diào)整吹掃氣體流量及壓力

3) 檢查和清潔光學視窗

l 依次關掉儀器電源、根部球閥、吹掃減壓閥；

l 松開鎖箍，拆下發(fā)射和接收單元，取下玻環(huán)，清潔玻環(huán)上的光學玻片；

l 重新裝回玻環(huán)和發(fā)射、接收單元，旋緊鎖箍； 

l 打開根部球閥，開啟減壓閥，將壓力調(diào)節(jié)至(4-6)kg/cm²；
4) 裝上標定管通

正常情況下儀器安裝在標定管上時，儀器的透過率大于90%，可以據(jù)此來判斷儀器本身是否存在問題。

5) 檢查清理吹掃內(nèi)棒

在吹掃氣體停止吹掃時，過程氣體進入吹掃內(nèi)棒，形成死氣，且球閥部位的氣體溫度降低，其中的些灰塵、雜質(zhì)易沉積在吹掃內(nèi)棒中，阻擋激光通路。

我司門設計了可帶氣操作的除污工裝使用方法如下：

注意：維護時需至少兩人配合協(xié)調(diào)工作。

a) 組裝除污工裝（除污桿表面涂上少許硅脂/黃油，保證密封和潤滑）；

b) 拔下除污手柄并從該端套上鎖箍；

c) 把除污組裝件從鋼刷那端插入發(fā)射單元儀器法蘭，注意墊環(huán)上有銷釘孔要和儀器法蘭上的銷釘對應起來（墊環(huán)安裝與玻環(huán)相似）之后旋緊鎖箍；

d) 打開吹掃流量控制針閥，打開探頭球閥，裝上除污手柄，握住除污手柄順時針方向旋轉并慢慢往前推進；推進至大約鋼刷過吹掃內(nèi)棒頂頭再順時針方向旋轉慢慢往后拉，這樣反復2到3次；

e) 把除污棒拉回至剛開始安裝位置，關閉探頭球閥，檢查系統(tǒng)氣密性后再關閉吹掃流量控制針閥（氣密性完好表現(xiàn)為吹掃轉子位置為流量計下端）。松開鎖箍，拆下墊環(huán)；

f) 換接收單元除污，方法步驟如上。

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