單流路分析儀實(shí)現(xiàn)多流路分析的方法

崔福軍，朱斌，高曉華，王皓，涂麗容

(新疆獨(dú)山子石化公司 乙烯儀表車間，新疆 獨(dú)山子 833699)

在線分析儀具有測量快速，同時(shí)可大量減少人工分析工作量等優(yōu)點(diǎn)，在化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。由于在線分析儀較為昂貴，在許多化工企業(yè)中，為了讓分析儀充分地發(fā)揮更大作用，在應(yīng)用中經(jīng)常采用多流路分析的方案。當(dāng)前，在線分析儀實(shí)現(xiàn)1機(jī)多流路分析測量的方法主要有兩種情況： 在線分析儀自帶多流路分析的功能；在線分析儀不帶多流路分析的功能。

對于自帶多流路分析功能的在線分析儀，在沒有達(dá)到該分析儀的多流路分析上限時(shí)，如果想增加新的分析流路，其改造相對簡單。對于不帶多流路分析功能的在線分析儀，如需增加分析流路，改造則復(fù)雜一些。

筆者在具體改造項(xiàng)目中，通過改造單流路在線分析儀，實(shí)現(xiàn)了多流路分析的目的。

1 分析儀實(shí)現(xiàn)多流路分析的方法

多流路分析是指用1臺在線分析儀通過控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對多條進(jìn)樣流路輪流采樣、分析，當(dāng)試樣分析周期結(jié)束后，在線分析儀送出對應(yīng)進(jìn)樣流路的分析結(jié)果，即在每個(gè)分析周期結(jié)束時(shí)，只能送出1條進(jìn)樣流路的分析結(jié)果。

1.1 在線分析儀自帶多流路分析功能

在線氣相色譜儀、在線質(zhì)譜儀等在線分析儀，具有適用范圍廣、分析成分多、測量范圍寬等特性，為了適應(yīng)現(xiàn)場各種實(shí)際工況，通常儀表的電子單元設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，用戶在初期選型時(shí)只要選擇帶有多流路分析功能的在線分析儀即可。

雖然在線分析儀自帶多流路分析功能，但初期如果選型為1條分析流路，后期若需要增加分析流路，同時(shí)在線分析儀也沒有配置備用輸出通道，則后期需要添加模擬輸出通道，如采用數(shù)字通信就不需添加輸出設(shè)備，并且還需要增加流路控制電磁閥，并且需要相應(yīng)地改造樣品預(yù)處理系統(tǒng)。

由于采用該方法實(shí)現(xiàn)多流路分析的應(yīng)用案例較多，因此用戶在現(xiàn)場具體采用何種方法實(shí)現(xiàn)多流路試樣的分析，需要根據(jù)在線分析儀各生產(chǎn)廠家說明書中的要求進(jìn)行對應(yīng)改造，這里不作詳細(xì)的介紹。

1.2 在線分析儀不帶多流路分析功能

對于不帶多流路分析功能的在線分析儀，要實(shí)現(xiàn)多流路分析，就需要對在線分析儀進(jìn)行如下兩方面的改造：

1)改造樣品預(yù)處理系統(tǒng)。將2路分析試樣通過管路分別引入樣品預(yù)處理系統(tǒng)，分別進(jìn)行減壓、除液、除塵、限流等處理，以滿足在線分析儀的分析條件；然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，通過控制電磁閥輪流切換分析進(jìn)樣流路，將待分析的試樣引入在線分析儀中。

2)改造在線分析儀的分析數(shù)據(jù)輸出部分。通過改造，使分析結(jié)果由1路輸出變成多路輸出，并通過邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對各分析進(jìn)樣流路的吹掃、分析，讓在線分析儀的輸出結(jié)果與流路分析試樣一一對應(yīng)。

因此，為了實(shí)現(xiàn)上述功能，現(xiàn)場實(shí)際工作中通常采用以下兩種方法實(shí)現(xiàn)多流路在線分析。

1.2.1 通過PLC實(shí)現(xiàn)多流路分析

以單流路在線分析儀改造為2條流路分析為例，為了實(shí)現(xiàn)2條流路分析，需要改造單流路的進(jìn)樣系統(tǒng)，增加1路進(jìn)樣流路至預(yù)處理單元，經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)處理并滿足在線分析儀要求的條件后，再通過控制防爆電磁閥的通斷，從而輪流切換2條進(jìn)樣流路，使2條進(jìn)樣流路待分析試樣輪流進(jìn)入在線分析儀，最終實(shí)現(xiàn)1臺在線分析儀對2條進(jìn)樣流路的分析。通過可編程序控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)多流路分析控制的原理如圖1所示。

圖1 PLC多流路分析控制原理示意

由于在線分析儀只有1路4～20 mA分析結(jié)果輸出，為了實(shí)現(xiàn)2路輸出，還需要將在線分析儀的分析輸出數(shù)據(jù)引入PLC的模擬輸入端，并對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理。在PLC的模擬輸出端引出2路4～20 mA分析信號，分別作為流路1及流路2的輸出結(jié)果。在PLC中實(shí)現(xiàn)分析流路與分析結(jié)果輸出相對應(yīng)的運(yùn)算時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1)當(dāng)流路1進(jìn)樣時(shí)，流路1電磁閥打開。2條進(jìn)樣流路的試樣經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)處理并滿足在線分析儀要求的條件后，通過電磁閥切換進(jìn)入在線分析儀，由于進(jìn)入在線分析儀之前的管路為2條進(jìn)樣流路輪流使用，因此為了避免切換時(shí)滯留在管線中的前1條流路的少量殘余分析試樣與現(xiàn)流路的分析試樣混合造成的分析結(jié)果偏差，需要先使用待分析的試樣將共用的管路吹掃一定時(shí)間，確保能將滯留在管路中的前1條流路的殘余分析試樣置換干凈后，再進(jìn)行分析。

2)由于2條進(jìn)樣流路為輪流間歇式進(jìn)樣分析，因此當(dāng)1條進(jìn)樣流路的試樣分析完之前，為了確保分析結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定，此時(shí)流路1和流路2的輸出均保持上次的分析結(jié)果，待分析試樣吹掃置換結(jié)束完成后，再開始下1條進(jìn)樣流路試樣的分析。

a)正式開始分析時(shí)，通過PLC將流路1的輸出定義為在線分析儀的分析結(jié)果輸出，而流路2的輸出則繼續(xù)保持上次的分析結(jié)果。

b)當(dāng)流路1分析結(jié)束后，流路1電磁閥關(guān)閉；同時(shí)流路2電磁閥打開，流路2開始進(jìn)樣，為了避免流路1的殘余試樣對流路2的分析造成影響，因此先需要用流路2試樣對管路吹掃、置換，這期間還需要通過PLC將流路1及流路2的輸出繼續(xù)保持上次分析結(jié)果，直至流路2吹掃置換結(jié)束后，開始分析流路2時(shí)，再通過PLC將流路2的輸出定義為在線分析儀的分析結(jié)果輸出，而流路1的輸出此時(shí)仍然保持上個(gè)周期的分析結(jié)果。

如此反復(fù)檢測、分析、循環(huán)，在線分析儀的1路分析結(jié)果在送至PLC后，將分析結(jié)果按流路順序及時(shí)序拆分成2路輸出，最終實(shí)現(xiàn)單流路在線分析儀的多流路分析。對于沒有采用分散控制系統(tǒng)(DCS)的裝置，將單流路在線分析儀改造成多流路分析儀，通常選用該方案實(shí)現(xiàn)多流路分析。

1.2.2 通過DCS實(shí)現(xiàn)多流路分析

若裝置采用DCS，就可以通過DCS中的功能實(shí)現(xiàn)單流路在線分析儀對多流路試樣組分的分析。目前的DCS基本都配有邏輯運(yùn)算功能，只是DCS為了減少處理器的負(fù)荷，其掃描時(shí)間等指標(biāo)比專業(yè)的PLC邏輯運(yùn)算慢，同時(shí)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算功能也沒有PLC編寫方便。但對于本文前面介紹的PLC的邏輯功能，DCS的邏輯運(yùn)算功能足矣，其實(shí)現(xiàn)多流路分析的原理與PLC相同，兩者區(qū)別僅是將上述介紹的邏輯運(yùn)算功能在DCS中編程實(shí)現(xiàn)即可，并將輸出結(jié)果直接顯示到DCS顯示畫面上，不同廠家的DCS可能實(shí)現(xiàn)的具體方法也不盡相同。通過DCS實(shí)現(xiàn)多流路分析控制的原理如圖2所示。

圖2 DCS實(shí)現(xiàn)多流路分析控制原理示意

2 兩種改造方案的比較

在線分析儀單流路改造為多流路分析，一方面是為了減少投資，另一方面是現(xiàn)場位置受限或者取樣管線的距離等無法滿足新增大型多流路在線分析儀的條件，轉(zhuǎn)而利用原有的在線分析儀進(jìn)行改造。

1)若裝置采用DCS，建議采用第二種方案，即通過DCS實(shí)現(xiàn)多流路分析功能，因?yàn)椴还茉黾佣嗌贄l進(jìn)樣流路，但模擬輸入通道不需要增加，只需將在線分析儀分析結(jié)果輸出到DCS后，通過DCS內(nèi)部的功能塊就能將1個(gè)分析結(jié)果按邏輯關(guān)系分別顯示到對應(yīng)的流路畫面中，僅需增加數(shù)字量輸出至控制電磁閥即可。

2)若采用PLC方案，如果想要增加幾條進(jìn)樣流路，從投資的性價(jià)比上要差些，同時(shí)對邏輯以及設(shè)定值的更改，還需用專門的PLC編程設(shè)備，這也增加了投資及工作量。

3 結(jié)束語

通過單流路在線分析儀實(shí)現(xiàn)多流路分析的改造，提高了在線分析儀的使用效率，對企業(yè)的挖潛增效具有顯著的效果。盡管單流路在線分析儀能夠?qū)崿F(xiàn)多流路試樣分析的功能，但各個(gè)用戶現(xiàn)場工藝要求的分析指標(biāo)及工藝介質(zhì)等不盡相同，因此是采用單臺在線分析儀或是多臺在線分析儀進(jìn)行分析，要視現(xiàn)場具體情況分析、選擇。