激光式氣體分析儀（LGA—4100）在轉(zhuǎn)爐煤氣回收中的應(yīng)用

劉望遠(yuǎn)

摘 要：介紹了激光氣體分析儀的測量原理、系統(tǒng)組成以及檢測中的日常維護(hù)和故障處理等。

關(guān)鍵詞：激光式分析儀；轉(zhuǎn)爐煤氣；煤氣回收

中圖分類號：X757 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0097-02

1 前言

在轉(zhuǎn)爐的過程中吹煉會產(chǎn)生大量的一氧化碳?xì)怏w和其他混合氣體，而一氧化碳的含量平均值約為50%，熱值比較高。目前隨著鋼產(chǎn)量的不斷增長，人們對轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用越來越重視。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)也得到了有效的提高，一般轉(zhuǎn)爐回收優(yōu)異程度是通過轉(zhuǎn)爐煤氣的多少來衡量。近年來激光技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中也具有一定的安全性和可靠性。本文先把傳統(tǒng)的采樣氣體分析與現(xiàn)代化激光分析儀進(jìn)行分析，然后對激光分析儀（LGA—4100）的測量原理、日常維護(hù)要點(diǎn)及常見故障判斷等作出詳細(xì)的分析，并對激光分析儀在煤氣回收中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 傳統(tǒng)分析儀和激光分析儀比較和選型

2.1 兩種分析儀比較

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼氣體分析系統(tǒng)采用的是取樣的方式進(jìn)行分析處理，而這種方式雖然也取得了較好的成果，但是缺點(diǎn)也比較明顯。在預(yù)處理的過程中很容易導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，或是泄漏等現(xiàn)象。而且在分析的過程中時(shí)間比較長，預(yù)處理過程中的故障排查比較復(fù)雜，使得維護(hù)工作比較困難，最主要的缺點(diǎn)是采樣分析系統(tǒng)檢測結(jié)果具有嚴(yán)重的延遲，不但造成回收相應(yīng)慢回收量少的情況，更會產(chǎn)生不安全的因素，將低CO含量高氧含量的煤氣回收入柜。但是激光分析儀相較傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼氣體分析系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，在進(jìn)行氣體處理的過程中可以不用對采樣氣體進(jìn)行預(yù)處理，只要用激光對需要處理的氣體環(huán)境進(jìn)行測量就可以，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測測量，無延時(shí)現(xiàn)象，而且在維護(hù)過程中的具有工作量較小、管理方便等特點(diǎn)。

2.2 氣體分析儀的選型依據(jù)

在轉(zhuǎn)爐煤氣回收的過程中，為保證安全有效的回收煤氣，就必須在風(fēng)機(jī)前或者風(fēng)機(jī)后安裝氧分析儀和和一氧化碳分析儀，以實(shí)時(shí)檢測煤氣管道內(nèi)氧氣和一氧化碳的含量，避免氧含量過高或者一氧化碳含量過低的不合格煤氣的回收。在設(shè)計(jì)時(shí)，對煤氣分析儀提出了如下要求：

（1）在線氣體分析系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間應(yīng)<1S，避免測量之后帶來的安全隱患；（2）測量的準(zhǔn)確性關(guān)系到對安全隱患判斷的準(zhǔn)確性問題，氣體測量誤差<±1%；（3）風(fēng)機(jī)前后均是煤氣區(qū)域，如果煤氣泄露會有爆炸危險(xiǎn)，所以測量系統(tǒng)必須具有防爆功能；（4）盡量減少維護(hù)時(shí)間和標(biāo)定的工作量，減少維護(hù)率；（5）減少分析儀設(shè)備后期運(yùn)行和維護(hù)成本。

針對上述要求，我們最終選擇了杭州聚光的LGA—4100激光分析儀作為轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收的檢測儀表，該分析儀具有在線測量，快速響應(yīng)（激光檢測系統(tǒng)響應(yīng)速度快15～30秒，可帶來生產(chǎn)效率3-5%的提升），測量誤差小，比對和標(biāo)定周期長（6個(gè)月比對，12個(gè)月標(biāo)定），故障率低且?guī)в姓龎悍辣δ艿葍?yōu)點(diǎn)。

3 LGA—4100激光分析儀介紹

3.1 LGA—4100組成

（1）發(fā)射單元；（2）接收單元；（3）連接單元；分體式連接單元，該連接單元目前應(yīng)用比較廣泛，適用于工程氣體比較干凈的工況和轉(zhuǎn)爐煤氣柜前等管道氣體流速可能很低或不流動的工況。在粉塵顆粒或水份含量比較大的工況，應(yīng)在迎向氣流方向離連接單元100mm左右的地方加裝擋板。一體式連接單元——如圖即通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和流體計(jì)算，在保證適時(shí)的情況下，測量光程段的瓦片結(jié)構(gòu)能有效阻擋部分焦油和粉塵顆粒。該結(jié)構(gòu)的好處是減小工程施工難度、較好保證同軸度和阻擋焦油、粉塵。該結(jié)構(gòu)除用在電捕焦工況外還用在粉塵顆粒比較大的非電捕焦工況中。在含水量較大的工況還需加裝擋板；（4）吹掃單元。

3.2 LGA—4100測量原理

激光分析儀是利用的DLAS技術(shù)。激光吸收光譜（DLAS）技術(shù)利用激光能量被氣體分子“選頻”吸收光譜的原理來測量氣體濃度，由半導(dǎo)體激光器發(fā)射出特定波長的激光束（僅能被被測氣體吸收），穿過被測氣體時(shí)，激強(qiáng)度的衰減與被測氣體的濃度成一定的函數(shù)關(guān)系，因此。通過測量激光強(qiáng)度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度。LGA—4100測量原理如下圖所示，發(fā)射單元發(fā)出的激光束穿過被測煙道（氣體），被安裝在直徑相對方向上的接收單元中的探測器接收，獲得的測量信號傳送到中央分析儀，中央分析儀對測量信號進(jìn)行分析，得到被測氣體的濃度。激光氣體分析系統(tǒng) 有內(nèi)置溫度和壓力自動修正功能，能根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境溫度和壓力對測量值進(jìn)行自動修正，從而實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確的在線分析。

3.3 LGA—4100日常維護(hù)主要檢查項(xiàng)目

（1）儀表透過率是否正常（一般要求大于10%，特殊工況除外），透過率過低會造成檢測結(jié)果不準(zhǔn)，偏低或偏高。（2）檢查儀表吹掃是否正常（壓力是否正常、流量是否正常、是否含有油水等雜質(zhì)）。（3）檢查儀表的正壓是否正常（正壓壓力應(yīng)保持在500pa-900pa之間），正壓低于500Pa時(shí)，會導(dǎo)致分析儀工作電源斷電。（4）檢查儀表是否有報(bào)警碼。（5）檢查儀表的測量值是否正常。（6）目測檢查和清潔光學(xué)元件（玻片），適時(shí)的清理吹掃內(nèi)棒。（7）優(yōu)化系統(tǒng)測量光路。（8）根據(jù)測量值的變化，適時(shí)對儀表的標(biāo)定、調(diào)零。

3.4 LGA—4100常見故障處理流程

3.4.1 LGA-4100測量值偏低或偏高該如何處理

針對現(xiàn)場測量值異常的故障，最好的判斷的方法就是將儀器裝在標(biāo)定管上通標(biāo)氣，判斷儀器測量值是否正常。若將儀表裝在標(biāo)定管上通標(biāo)氣、零氣，測量值正常，則檢查以下幾項(xiàng)：

（1）吹掃N2異常。吹掃N2流量不夠造成吹掃內(nèi)棒中過程氣沒有置換完；對于測氧儀表，吹掃N2的純度會影響測量。（2）參數(shù)設(shè)置：現(xiàn)場測量參數(shù)光程、壓力溫度等參數(shù)設(shè)置是否正常。（3）工藝異常：客戶生產(chǎn)工藝是否改變造成被測氣體濃度確實(shí)發(fā)生改變。

若將儀表裝在標(biāo)定管上通標(biāo)氣、零氣，測量值不準(zhǔn)，在排除透過率異常，吸收峰異常等故障情況后，則對儀表重新進(jìn)行調(diào)零標(biāo)定即可。

3.4.2 透過率異常造成的測量值異常

見圖1。

3.4.3 LGA—4100安裝要求

在被測管道相對方向安裝焊接法蘭，發(fā)射單元和接收單元連接到儀表法蘭，吹掃單元主要由減壓閥、穩(wěn)流裝置組成。在測量CO時(shí)，吹掃氣體可以使用壓縮空氣，檢測氧氣含量必須使用氮?dú)猓ǖ獨(dú)夂繛?9.99%以上，）為吹掃氣體?？梢杂行У谋苊獯祾邭怏w中含氧引起的測量錯(cuò)誤，從而影響煤氣的正?；厥?。

3.4.4 煤氣回收條件

漣鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)采用西門子S7-400 PLC，畫面監(jiān)控采用西門子WINCC系統(tǒng)，通過接收處理LGA—4100分析儀中心單元輸出的4-20mA模擬信號，制定如下煤氣回收條件：

（1）當(dāng)一氧化碳含量≥20%，氧氣含量≤1.0%，允許回收。（2）當(dāng)一氧化碳含量<20%，不允許回收，此時(shí)打開放散閥。（3）當(dāng)氧含量>1%時(shí)，也是絕對不允許回收。（4）其他設(shè)備的連鎖條件，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙氣溫度、入柜柜前煙氣溫度等關(guān)鍵參數(shù)。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)的分析儀相比，LGA—4100在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中使用效果很好，具有操作簡單、維護(hù)方便、檢測準(zhǔn)確度較高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，是轉(zhuǎn)爐煤氣安全可靠、高質(zhì)量回收轉(zhuǎn)爐煤氣不可缺少的重要設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高，半導(dǎo)體激光分析儀設(shè)備成本也在不但下降，在使用過程中具有一定的安全性和可靠性，值的應(yīng)用推廣。