原位式激光气体分析仪 技术方案

目录
第1章 项目介绍 2
1.1 项目总述 2
1.2 项目设计依据 2
1.3 产品总述 3
1.4 工作范围 3
1.4.1 乙方工作范围 3
1.4.2 甲方工作范围 3
1.5 设计选型 4
1.6 供货范围 4
1.6.1 主设备供货清单 4
第2章 系统介绍 4
2.1 系统组成 4
2.2 系统优势 5
2.3 技术原理 6
2.4 仪器组成 7
2.4.1 发射单元 7
2.4.2 接收单元 8
2.4.3 隔爆接线盒 8
2.4.4 吹扫单元 8
2.4.5 校准气路 9
2.4.6 技术参数 10
2.4.7 系统安装 10
第3章 公用工程 11
3.1 公用工程 11
第4章 工程计划表 11
1.1 技术服务 12
1.2 质量保证 12
1.3 性能保证 13
1.4 质量保证 13
1.5 其它 13
SLAS-100在位式安装示意图 14
SLAS-100在位式系统布局图 15

第1章 项目介绍

1.1 项目总述

本技术方案是****有限公司（以下简称乙方），根据****有限公司（以下简称甲方）提供的****分析技术要求而编制的。
本技术方案作为商务合同附件，经双方签字后生效，生效后的版本将作为商务合同的技术协议，与商务合同具有同样法律效力。

1.2 项目设计依据

乙方所提供的分析仪系统，包括设计、制作和安装施工以及有关技术文件和图纸，遵循下述标准和规范：
GB-12519-2010   分析仪器通用技术条件
GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范
GB7307-87 非螺纹密封的管螺纹（电气接口）
HG 20505-2000 过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号
BS 5308 仪表电缆
ISA S50.1-82 工业仪表模拟信号
ISA S5.1   仪表符号和标志
GB-12519-90   分析仪器通用技术条件
GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范
EEMUA No.138 在线分析仪系统的设计和安装
ASME/ANSI B31.3 工艺配管
HG/T 20507-2000     自动化仪表选型设计规定
HG/T 20512-2000     仪表配管配线设计规定
GB50414-2007       钢铁冶金企业设计防火规范
GB50406-2007       钢铁工业环境保护设计规范
GB/T 191-2000       包装储运图示标志
GB 3836.1           爆炸性环境用防爆电气设备 通用要求
GB 3836.4           爆炸性气体环境用电气设备
GB/T 6587.7-1986    电子测量仪器  基本安全试验
GB/T 15464-1995     仪器仪表包装通用技术条件

1.3 产品总述

        基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光气体分析仪已经迅速应用到对于灵敏度、响应时间、背景气体免干扰等有较高要求的各种气体监测领域。TDLAS的技术优势在于实现了实时的原地测量，避免了气体抽样测量带来的弊端。整套分析系统耐用且易于安装，特别适用于众多工业领域气体排放监测和过程控制，例如：燃煤发电厂、铝厂、钢铁厂、冶炼厂、垃圾发电站、水泥厂和化工厂等等。激光气体分析仪能够在各种环境下（尤其是高温、高压、高粉尘、强腐蚀等恶劣环境）进行气体浓度的在线测量，具有测量准确、响应速度快、可靠性高，运行费用低等优点。

1.4 工作范围

1.4.1 乙方工作范围

在线分析系统的内部设计；
分析系统的运输和现场开箱验收工作；
指导甲方进行分析系统的安装和调试；
系统安装完成后对甲方人员在现场进行培训：基本操作和日常维护知识；

1.4.2 甲方工作范围

提供正确完整的工况数据表，以便于乙方设计在线分析系统；
负责提供在线分析系统公用工程条件，并负责分析系统的现场安装和相关公用条件的施工建设，例如公用工程管线（电源、电信号）等的敷设；
详见公用工程。

1.5 设计选型

根据甲方提供的工况调查表，乙方具体选型设计如下：
气体检测XX       SLAS-100型激光气体分析仪     1  台；

1.6 供货范围

1.6.1 主设备供货清单

序号	位号/项目	型号及规格	数量	厂家	备注
1	激光气体分析仪	SLAS-100（XX:量程定制）	1台	SINZEN
2	机械连接单元	连接法兰等，材质：不锈钢	1套	SINZEN	根据工况定制
3	吹扫单元	带减压阀、流量计等	1套	SINZEN
4	标准标气	8L，带阀	1套	SINZEN
5	资料包	包括备品备件，分析仪资料，内部安装使用电缆管阀件等。	1套	SINZEN

第2章 系统介绍

2.1 系统组成

        SLAS-100激光气体分析仪是基于TDLAS技术开发的一款隔爆型仪表，可以原位测量O2、CO、CO2、CH4、HCL、HF、NH3等气体含量。主要功能模块由发射单元、接收单元和接线盒组成，发射单元主要实现驱动半导体激光器发射激光，发射出特定波长的激光穿过被测环境，由接收单元进行光电转换、信号处理、光谱数据分析，从而得到测量结果。接线盒内含有I/O接口，方便电源线、信号线的接入和接出。如下图（系统示意图）：

2.2 系统优势

与传统抽样分析系统相比，本系统选用SLAS-100探头式激光气体分析仪由于采用了半导体激光吸收光谱（DLAS）技术，从根本上解决了采样预处理带来诸如响应滞后、维护频繁、易堵易漏、易损件多和运行费用高等各种问题，并具有如下特点： 
n 采用原位测量，无需采样预处理系统，避免预处理采样吸附、堵塞和器件损坏等问题，降低运行成本。
n 响应速度快，响应时间不超过1s，保证及时进行工艺控制；
n 隔爆一体化结构，相比正压模式，吹扫气体消耗量少，运行成本低；
n 不受背景气体交叉干扰；
n 维护费用成本低；
n 不受粉尘和视窗污染干扰；
n 不受被测气体环境参数变化干扰；
n 一体化设计，结构紧凑，可靠性高；
n 模块化设计，可现场更换所有功能模块，包含激光器模块；
n 智能化程度高，操作、维护方便；
n 无样气排放，环保无污染；

2.3 技术原理

        激光过程气体分析系统基于国际领先的可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS），即“单线光谱”测量技术。系统采用可调制的半导体激光器为发光光源，通过调制半导体激光器的工作电流强度来调制激光频率，使激光扫描范围略大于被测气体的单吸收谱线。从而使半导体激光器发射的特定波长的激光束在穿过测量管时，被被测气体选频吸收，从而导致激光强度产生衰减。于是系统利用不同气体成分均有不同的特征吸收谱线及气体浓度和红外或激光吸收光谱之间存在的Beer-Lambert关系，通过检测吸收谱线的吸收大小（即激光强度衰减信息）就可以获得被测气体的浓度。
        但不同的是，传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源，而TDLAS技术使用谱宽非常小(也就是单色性非常好) 且波长可调谐的半导体激光器作为光源。因此，TDLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点。
不受背景气体交叉干扰
        半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/106，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。
不受被测气体环境参数变化干扰
        被测气体环境参数—温度或压力变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。而TDLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析，因此可较容易地对温度、压力效应进行修正。为此系统内置了温度和压力自动修正功能，能根据实际测量得到的被测气体温度和压力对气体成分测量值进行自动修正，从而可实现精确的在线气体分析。
        综上所述，单线光谱技术、激光波长扫描技术和环境参数自动修正技术使TDLAS技术可以被用于实现气体的在线分析，因此比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。

2.4 仪器组成

        SLAS-100激光气体分析仪采用一体化隔爆的防爆型式，主要功能模块是由发射单元和接收单元构成（见下图）。发射单元主要实现驱动半导体激光器发射激光，发射出的激光穿过被测环境，由接收单元进行光电转换、信号处理、对光谱数据进行分析，获得测量结果。

2.4.1 发射单元

        该单元包括半导体激光器、准直光学系统、驱动电路板和温控电路板。激光器被调制到特定的波长和频率，使其能够进行气体检测。在对发射单元进行清洁或其他维护时，机械连接法兰中的根部阀门可起到隔绝过程管道和操作环境，防止危险气体泄漏的作用，发射单元外观图见下图。

2.4.2 接收单元

        接收单元通过机械连接法兰与测量管道连接，该单元包括光电传感器、透镜、接收主板、传感器板和显示板。透镜将准直激光聚焦于光电传感器上，然后探测的光信号被转化为电信号进行处理后，检测到二次谐波信号信息，再将二次谐波信息转化为浓度信息，并将浓度信息在接收端OLED屏上显示，接收单元外观图见下图。

2.4.3 隔爆接线盒

  接线盒内含有对外输出信号接口，方便用户接电源供电线、4-20mA输出线缆及继电器线缆等。接线盒外观图如下图所示。

2.4.4 吹扫单元

        在测量场合较为恶劣的条件下，为了能够保证SLAS-100激光气体分析仪能够长期连续运行，激光气体分析仪需使用吹扫气体对发射单元和接收单元上的光学窗片进行吹扫，避免测量环境中粉尘或其它污染物对光学窗片造成严重污染而影响测量。激光气体分析仪的吹扫单元由过滤器、减压阀和稳流装置等组成，可为激光气体分析仪的吹扫气体提供稳定流量的吹扫气源，下图是
SLAS-100激光气体分析仪的吹扫单元。

2.4.5 校准气路

2.4.6 技术参数

类别	参数	指标
技术指标	量    程	XX（具体量程根据客户要求确定）
	线性误差	≤±1%F.S.
	量程漂移	≤±1%F.S./半年
	零点漂移	≤±1%F.S./半年
	重复性	≤1%
	防爆等级	ExdIICT6 Gb
	防护等级	IP66
响应时间	预热时间	≤15min
	响应时间	≤1s（T90）
接口信号	模拟量输出	2路4～20mA电流（隔离、最大负载750Ω）
	继电器输出	2路输出（继电器规格：24V，1A）
	模拟量输入	2路4～20mA电流（温度、压力补偿）
	通讯接口	RS485/RS232/GPRS
电气特性	电源	24VDC
	功耗	＜20W
工作条件	环境温度	-20～60℃
	吹扫气体	0.3～0.8MPa工业氮气或净化仪表气等

2.4.7 系统安装

 

激光气体分析仪现场安装条件确认单