混合物有哪些-化工自控仪表 | 过程分析仪表有哪些基础知识？

一、过程分析仪表的基础知识：

分析仪表的定义与分类

分析仪表的系统组成

分析仪表的定义

分析仪表是指直接从工艺管道或设备上采样,对被测介质的组成成分或物性参数进行自动连续或间断分析的仪表。

分析仪表的分类

(1)按使用目的分类

①生产过程监控

用于测量设备或管道内的物料组分,保证工艺设备的正常运行,提高产品质量和产量。

②人身和装置安全

用于探测易燃易爆、可燃或有毒气体的泄漏,确保人身和装置的安全。

③环境检测

用于测量环境中气体、液体中的污染物。

(2)按分析对象分类

① 气体分析仪 包括气相色谱分析仪、红外分析仪、氧分析仪、热导分析仪、质谱分析仪、激光分析仪等。

② 液体分析仪 包括pH 计、电导率分析仪、密度计、黏度计、近红外分析仪、水质分析仪、油品分析仪等。

分析仪表的系统组成

1. 样品处理系统

① 样品提取

从流体中提取少量所需的样品,简称采样或取样。

② 样品传输

将样品从取样点输送到在线分析仪入口端。

③ 样品处理

将样品进行过滤、减压、增压、气化、分离等处理,使处理后的样品满足分析仪的工作要求。

④ 样品排放

样品排放包括分析后样品的排放和旁通样品的排放,易燃、有毒或腐蚀性样品应返回装置或排放至火炬。

2.在线分析仪

根据工艺要求,选用适当的在线分析仪。

3.管理和数据采集系统

在线分析仪管理和数据采集系统用于数据采集和处理,对在线分析仪、样品处理系统、辅助设施的性能和运行情况进行监测、分析、维护和管理。

4.辅助设施

① 环境防护

常用的环境防护措施有分析小屋、分析仪机柜、分析仪防护棚。

② 公用工程

UPS 电源、IPS 电源、24V 直流电源、空调、排风扇、仪表空气、给排水、蒸汽等。

二、常见过程分析仪表的介绍：

气体分析仪

氧分析仪

量水和露点分析仪

水质分析仪

分析小屋

气体分析仪

热导式气体分析仪

热导式气体分析仪是一种使用最早的物理式气体分析仪，用于分析气体混合物中的某个组分含量。主要用于分析混合气体中的 H2、CO2、SO2、NH3等气体的含量。它根据不同气体具有不同热传导能力的原理，通过测定混合气体导热系数来推算其中某些组分的含量。

热导池：将混合气体的热导率用电阻值的变化表现出来的检测元件。

热导池中的电阻丝（铂丝）通以恒定电流，产生一定的温度，气体流过热导池时会带走一部分热量（气体自身量很小，吸收热可忽略）混合物有哪些，当热量通过气体传递到器壁（热导池具有恒温装置），达到热平衡后，电阻丝的阻值达到恒。这就完成了导热性到电流的变化的测定。

红外气体分析仪

各种气体的分子本身都具有一个特定的振动和转动的频率，当红外光谱的频率与分子本身的特定频率相一致时，分子就能吸收红外线，红外线法正是利用分子所具有的这种选择性能力来对气体的组成进行分析的。主要用于分析混合气体中的 CO、CO2、CH4、NH3等气体的浓度。

紫外气体分析仪

紫外吸收光谱检测技术的基础是，紫外光与分子相互作用时被分子吸收导致光能的变化，由于不同分子内部电子能级的跃迁能量和几率的不同，使得不同分子具有特征吸收光谱混合物有哪些，可见，紫外吸收光谱是分子在紫外波段吸收能力的定量描述。

化学发光法气体分析仪

化学发光法是分子发光光谱分析中的一类，它主要是依据化学检测体系中待测物浓度与体系的化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的原理，利用仪器对体系化学发光强度的检测，而确定待测物含量的一种痕量分析方法。

化学发光法原理（NOx ）分析仪

NO＋O 3 →NO 2 *＋O 2

NO 2 *→NO 2 ＋hv

该反应的发射光谱在 600~3200nm 范围内， 最大发射波为 1200nm。

NO 2 ＋O→NO＋O 2

O＋NO＋M→NO 2 *＋MNO 2 *→M+NO 2＋hv

反应发射光谱在 400~1400nm 范围内， 峰值波为 600nm。）

样品气经过滤，再通过毛细管及模式电磁阀分别进入NO 2转换室或反应室,在NO 2转换室， NO 2被转化为 NO,在反应室 NO 与 O 3 反应产生特征荧光，荧光强度与 NO 浓度成正比， 从光电倍增管得到荧光强度信号，从而得出 NO X浓度。

颗粒物气体分析仪又叫光学浊度仪、烟气检测仪。分前散射、抽取式、后散射、对穿法、电荷法等原理 。

氧分析仪

顺磁式氧分析仪

任何物质都具有一定的磁性，在外界磁场的作用下被碰化。各种物质具有不同的磁化率，磁化率为正的物质称为顺磁性物质，在外界磁场中被吸引，磁化率为负的物质在外界磁场中被排斥。氧为顺磁性物质，其磁化率与其他气体(一氧化氮、二氧化氮除外)相比要大得多，故可以通过测量磁化率来测量气体的氧含量。

氧化锆分析仪

氧化皓氧分析仪利用氧化体电解质原理分析待测气体中的氧含量，属于电化学分析方法、具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应时间快等优点，一般用于石化，化工等行业的烟道气中的氧气浓度的分析。

固体电解质是以氧化锆为代表的氧离子导体。氧化锆经氧化钙或氧化钇及稀土金属氧化物掺杂后,结构稳定,电导率提高。这是因为四价的锆原子被二价的钙或三价的钇原子所置换,形成氧离子空穴,高温时(700℃以上)就变成了良好的氧离子导体。当氧化锆管的内外两侧气体中氧分压不同时,就构成了氧浓差电池。氧离子从浓度高的一侧迁移到浓度低的一侧,在氧化锆管的内外就产生了电势。

量水和露点分析仪

量水分析仪是用来测量气态或液态介质中量水分子的含量,分可为电容法、冷镜法、激光法(TDLAS)、石英晶体振荡法、五氧化二磷电解法和光纤法(近红外漫反射法)等。用于测量空气、氮、氢、氧、一氧化碳、二氧化碳、天然气、惰性气体、烷烃、芳烃及其混合气体、氯气、氯化氢、氟、氟化氢、液态碳氢介质等中的水分含量。

露点分析仪：露点概念，空气湿度达到饱和时的温度。气温愈低，饱和水气压就愈小。所以对于含有一定量水汽的空气，在气压不变的情况下降低温度，使饱和水汽压降至与当时实际的水汽压相等时的温度，称为露点。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点。补充：当该温度低于零摄氏度时，又称为霜点。测量方法：氧化铝法。

量水分析仪

五氧化二磷电解法

露点分析仪

水质分析仪

PH分析仪

pH值是液体介质酸碱度的测量单位。玻璃电极中的pH敏感部件是玻璃泡，它能够产生与介质pH值相对应的电化学电位。少量H+离子渗透穿过膜片外层，负离子仍保留在溶液内，从而产生电位。

电导率分析仪

电导率分析仪是基于电解质在溶液中离解为阴、阳离子,溶液的导电能力和离子的有效浓度成正比的原理。由于溶液的电导率大小与待测的电解质浓度相关,通过测量电导率就能得到组分浓度。

电导率分析仪根据电极结构不同,分为电极式(接触式)和电磁感应式(非接触式)两种。

密度分析仪:当需要换算油品总质量或标准体积时,设置用于密度计算的压力或差压变送器,分以下两种情况。

① 采用混合法(HTMS)计量,通过雷达液位计、伺服液位计等直接测量液位高度时,常压储罐采用1台压力变送器,低压储罐采用2 台压力变送器或1 台差压变送器测量并计算介质的平均密度。

② 采用静压法(HTG)计量,通过测量油品罐底压力或差压计算液位时,采用2 台压力变送器测量并计算密度。测量得到的是2 个取源口之间油品的密度,并非整罐油品的平均密度。

密度分析仪:共振式密度计，叉体以共振频率振动。介质密度变化时，叉体的振动频率也发生变化。介质密度直接影响叉体的振动频率。通过系统中储存的介质信息及计算公式精准计算介质的浓度。

浊度分析仪，浊度是由悬浮颗粒引起的液体浑浊。浊度又称浑浊度,是反映水中悬浮物和胶体,如泥沙、黏土、藻类、有机物质以及其他生物有机体含量的一个水质参数。浊度一般采用光学原理进行测量,主要有透射光和散射光两种形式。随着浊度测量技术的发展,散射光测量原理的浊度仪可靠性高,适用范围广,已经成为浊度分析仪的主流。

化学需氧量COD分析仪

化学需氧量(简称COD)又称化学耗氧量,指在一定条件下,使用氧化剂氧化水中的还原性物质(主要是有机物)所消耗的氧的量,以mg/L 表示。COD 是衡量水体有机污染的一项重要指标,化学需氧量大,表示水体受有机物的污染严重。

选型注意：

① 用于企业废水排放口COD 监测,数据需要实时上传到环保部门,选用重铬酸钾氧化法原理的COD 分析仪。

② 选用重铬酸钾法COD 分析仪,其监测废水的氯离子含量最大不能超过4000mg/L,最好低于1000mg/L,否则需要选配自动稀释装置,或改用TOC 分析仪。

③ 企业内部生产过程或水处理工艺控制,可选用响应速度快的间接测量原理的仪器。

④ 在危险区域应选用相应防爆等级的仪器。

总有机碳TOC分析仪

TOC 的测量主要是通过氧化作用,将水中的有机物质氧化为CO2 ,然后再通过检测氧化CO2 的量来换算成TOC 的浓度。

选型注意：

① 常规给水、循环水、蒸汽凝结水等较为洁净的水样,宜选用进样量大、采用紫外光-过硫酸盐双重氧化原理的在线TOC 分析仪,可以保证低的检出限。

② 成分复杂、含悬浮物的水样,不论是工艺用水还是排放废水中,可能有盐、悬浮物和容易形成沉积物的组分,如氯离子、乳浊的油滴、悬浮的固体颗粒、无机盐类等,宜选用臭氧羟基二级氧化原理的TOC 分析仪。

③ 悬浮物低、盐含量低的水样,可选用高温燃烧催化氧化原理的TOC 分析仪。

④ 由于初期雨水往往悬浮物含量高,有机物成分复杂、浓度高,建议选用臭氧羟基二级氧化原理的TOC分析仪。

⑤ 监测工艺用水,如凝结水回用、循环水外排以及下游产品原料时,宜采用连续进样、响应时间快的TOC 分析仪。

分析小屋

分析小屋(柜、棚)是为安装在现场的在线分析仪和样品处理系统等提供合适的运行环境,确保在线分析仪系统的性能稳定和正常运行,便于操作和维护。分析小屋宜安装在安全区域内,或者安装在2 区危险区域内。小屋内按危险区划分按1 区考虑。

分析小屋应遵循下列国家和行业相关标准:

① GB 29812 工业过程控制 分析小屋的安全;

② GB/T 25844 工业用现场分析小屋成套系统;

③ SH/T 3174 石油化工在线分析仪系统设计规范;

④ HG/T 20516 自动分析器室设计规范。

三、过程分析仪表相关规范：

SH/T 3174-2013 石油化工在线分析仪系统设计规范

SH/T 3005-2016 石油化工自动化仪表选型设计规范

HG/T 20507-2014 自动化仪表选型设计规范

HG/T 20516-2014 自动分析器室设计规范

GB/T 25844-2010 工业用现场分析小屋成套系统

GB/T 29812-2013 工业过程控制 分析小屋的安全

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