추출식 레이저 산소 온라인 분석기

1. 프로젝트 배경과 수요 분석

1. 프로젝트 배경: 공업생산과정에서 산소함량은 관건적인 공정매개 변수로서 그 정확한 측정은 생산안전을 보장하고 제품의 품질을 제고하며 에너지소모를 최적화하는데 중요한 의의가 있다.전통적인 전기화학, 자기산소 등 분석방법에는 응답속도가 느리고 유지보수량이 많으며 교란을 받기 쉬운 등 문제가 존재하여 현대화공업의 실시간, 정확, 안정적인 감측에 대한 수요를 만족시키기 어렵다.추출식 레이저 산소 온라인 분석기튜닝 가능한 반도체 레이저 흡수 스펙트럼 기반 (TDLAS는) 기술은 선택성이 좋고 민감도가 높으며 응답 속도가 빠르고 유지보수량이 적은 등 현저한 장점을 가지고 전력, 석유화학, 야금, 환경보호 등 분야의 가스 분석에 광범위하게 응용할 수 있다.

2. 요구 사항 분석：

o측정 그룹: 산소 (O₂）

o측정 범위：0-1 % O₂、0-5 % O₂、0-10 % O₂、0-21 % O₂、0-100 % O₂(사용자의 실제 작업 상황에 따라 선택 또는 사용자 정의)

o측정 정밀도：≤±0.1%FS또는≤±0.05%FS(측정 및 정밀도 등급에 따라 결정)

o반복성：≤±0.05%FS

o응답 시간：T90 ≤ 5의초 (스플라인 처리 시스템의 대기 시간에 따라 다름)

o샘플 조건: 현장 실제 상황에 근거하여, 샘플 가스는 분진, 수증기, 부식성 가스, 고온 등을 함유하고 있을 수 있으며, 사전 처리를 해야 한다.

o설치 방법: 캐비닛은 분석 캐비닛이나 제어 캐비닛에 설치됩니다.

o데이터 출력：4-20mA아날로그 신호 (출력 격리),RS485 / RS232의디지털 신호 (Modbus RTU는프로토콜), 이더넷 인터페이스 옵션

o경보 기능: 고, 저농도 경보, 기기 고장 경보 (계전기 출력).

o환경 요구 사항: 주변 온도:-10℃~+50℃(분석기 호스트),상대 습도:≤90%RH(비응축).

o전력 요구 사항：AC 220V ±10%，50Hz의。

2. 기술원리

이 분석기는 튜닝 가능한 반도체 레이저 흡수 스펙트럼 기술(TDLAS는）。그 기본 원리는 특정 파장의 레이저가 측정된 기체를 통과할 때 기체 분자의 레이저에 대한 흡수 강도와 기체 농도가 랑버를 만족시킨다는 것이다-빌의 법칙.반도체 레이저의 작동 전류 (또는 온도) 를 조절하여 측정된 가스 분자의 특정 흡수 스펙트럼 선을 발사 파장으로 스캔하도록 합니다.탐측기는 투과광 신호를 수신하여 신호 처리를 거친 후 기체의 흡수 스펙트럼을 얻는다.피크 검출법, 2차 고조파 검출법 등 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 측정된 기체의 농도를 정확하게 계산할 수 있다.

레이저 산소 분석기는 일반적으로 근적외선 대역에서 산소 분자의 흡수 스펙트럼을 선택한다. 예를 들어760nm부근의 흡수대.이 기술은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

·높은 선택성: 특정 분자의 특정 흡수 스펙트럼 선에만 흡수되며 다른 가스 성분의 간섭을 받지 않습니다.

·고감도: 구현 가능ppm의심지어ppb레벨 감지 (포토메트릭 길이 및 감지 기술에 따라 다름)

·빠른 응답: 사전 처리가 필요 없는 경우 응답 시간은 밀리초급에 달하며 스플라인 전송 및 사전 처리 시스템까지 더해져 여전히 초급 응답을 보장할 수 있습니다.

·낮은 유지 보수: 레이저 광원은 수명이 길고 광로 구조가 간단하여 소모품을 자주 교체할 필요가 없다.

3. 시스템 구성

추출식 레이저 산소 온라인 분석 시스템은 주로 다음과 같은 부분으로 구성되어 있습니다.

1. 샘플링 프로브 및 반열 파이프라인：

o샘플링 프로브: 프로세스 흐름에서 대표적인 스플라인을 추출하기 위해 프로세스 파이프 또는 장비에 설치된 샘플링 점입니다.프로브에는 필터 (일반적으로 금속 소결 필터) 가 내장되어 있으며, 샘플 가스 중의 큰 입자 먼지를 초보적으로 여과한다.스플라인 온도 및 부식성에 따라 적합한 재료 (예:316L의스테인리스강).

o반열 파이프라인: 전기반열복합관을 채용하여 전송과정에서의 표본가스의 온도를 유지하고 표본가스중의 수증기가 응축되는것을 방지하며 일부 쉽게 응축되는 성분을 피면한다 (예를 들면SO₃, 수증기) 파이프라인 내에 응결되어 막히거나 손실됩니다.반열 온도는 샘플 가스 노출점에 근거하여 확정하며, 일반적으로 샘플 가스 노출점보다 높은 온도에 설치한다10-20℃。

2. 스플라인 사전 처리 시스템：

o기본 필터링: 시료 가스 중의 분진 입자를 한층 더 제거하여 후속 예처리 단위를 보호한다.회오리 분리기 또는 정밀 필터 옵션 (필터 정밀도는 일반적으로1-5μm）。

o냉방 제습/건조: 샘플 중 수증기 함량이 비교적 높으면 제습 처리를 해야 한다.압축기를 사용하여 제습기를 냉각하고 샘플을 설정 온도로 냉각 (예:5℃), 수증기를 응축시켜 분리, 수출 샘플 이슬점 도달5℃다음.또는 필요에 따라 필름식 건조기를 선택한다.

o정밀 여과: 제습 후 발생할 수 있는 미량의 액체 방울과 잔류 미세한 먼지를 제거하고, 필터 정밀도는 일반적으로0.1-0.5μm。

o안정 압력 안정 흐름: 안정 밸브와 안정 밸브 (또는 품질 유량 컨트롤러) 를 통해 분석 단위에 들어오는 가스 압력과 유량을 안정적으로 제어하여 분석 정밀도를 확보한다.일반적으로 제어 스플라인 유량은0.5-2L/분。

o(옵션) 화학 처리: 샘플 가스에 레이저 흡수에 방해가 되거나 장비 부품에 부식된 가스 성분이 포함된 경우 (예:H₂S、HCl은등), 적절한 화학 필터 (예: 활성탄 흡착, 중화제 흡수 등) 를 추가해야합니다.

o연동 펌프/배수 밸브: 사전 처리 과정에서 발생하는 응축수를 배출하는 데 사용됩니다.

3. 레이저 가스 분석 단위：

o레이저 발사 모듈: 특정 파장의DFB는반도체 레이저, 레이저 구동 회로 및 온도 제어 회로레이저는 고정밀 항류원으로 구동되며 반도체 냉각기를 통해 (TEC는) 온도를 정확하게 제어하여 레이저 파장의 안정과 선폭의 좁음을 확보한다.

o가스 흡수 탱크: 샘플 가스는 흡수 탱크를 흐르고 레이저는 흡수 탱크에서 샘플 가스와 충분히 작용한다.흡수 풀은 일반적으로 여러 번 반사 구조를 사용합니다 (예:헤리오트는풀) 을 사용하여 광도 길이를 늘리고 감지 민감도를 높입니다.소재는 스테인리스 스틸 또는 유리일 수 있으며 양 끝에는 광학 창이 설치되어 있습니다.

o레이저 수신 모듈: 광전 탐지기 포함 (예:InGaAs는옵티컬 다이오드) 및 전면 증폭 회로탐측기는 수신된 광신호를 전신호로 변환하고 초보적인 증폭을 진행한다.

o신호 처리 및 제어 장치: 고속 데이터 수집 카드, 내장형 마이크로프로세서 (또는 산업 제어 컴퓨터) 및 해당 분석 소프트웨어를 포함합니다.수신된 전신 번호에 대하여A/D는변환, 필터링, 자물쇠 증폭 (하이웨이브 감지 기술을 사용하는 경우) 등의 처리로 가스의 흡수 정보를 추출하고 랑버에 따라-빌의 법칙은 산소 농도를 계산한다.이와 동시에 이 단위는 전반 시스템의 온도, 압력, 류량 등 매개 변수의 감시측정과 통제 및 외부와의 통신을 책임진다.

4. 데이터 디스플레이 및 통신 장치：

o휴먼 컴퓨터 인터페이스 (HMI는）: 보통 터치스크린으로 실시간 측정 농도, 역사 데이터 추세도, 기기 작업 상태 파라미터, 경보 정보 등을 표시하고 파라미터 설정, 교정 조작 등을 할 수 있다.

o데이터 출력 인터페이스: 제공4-20mA아날로그 출력,RS485 / RS232의디지털 통신 인터페이스, 구현 및DCS는、PLC는등 제어 시스템의 데이터 상호작용.

5. 보조 장치：

o캐비닛: 분석기 본체, 사전 처리 모듈 및 관련 전기 부품을 통합하여 보호 기능을 제공합니다.

o전원 모듈:AC 220V시스템의 각 부품으로 변환하는 데 필요한 DC 전원 공급 장치 (예:+ 5V、+ 12V、+ 24V）。

o경보 출력 모듈: 농도 경보와 고장 경보의 계전기 출력을 실현한다.

4. 기술 매개 변수

5. 설치 및 디버깅

1. 설치 기준：

o작은 집이나 설치 장소를 분석하려면 격렬한 진동, 강한 전자기 간섭, 부식성 기체와 분진을 피해야 한다.

o양호한 통풍과 열 방출을 보장하다.

o샘플링 지점은 공정 파이프에서 균일하게 혼합되고 유속이 안정적이며 공정의 실제 상황을 나타낼 수 있는 위치를 선택해야 한다.

o샘플링 프로브에서 사전 처리 시스템까지의 반열 파이프라인은 가능한 한 짧아야 하며 전송 지연을 줄여야 한다.

2. 설치 단계：

o샘플링 프로브 설치: 공정 요구에 따라 파이프에 구멍을 내고 플랜지를 용접하며 샘플링 프로브를 단단히 설치하여 밀봉을 확보합니다.

o반열 파이프라인 연결: 샘플링 프로브 출구와 반열 파이프라인 수입을 연결하고, 반열 파이프라인 출구를 예처리 시스템 입구로 연결한다.바람이 새지 않도록 인터페이스 밀봉에 주의해라.

o분석기 캐비닛 장착: 수평, 견고한 바닥 또는 플랫폼에 분석기 캐비닛을 배치하여 캐비닛을 고정합니다.

o사전 처리 시스템 설치: 사전 처리 단위가 모듈식으로 설계된 경우 캐비닛 내의 지정된 위치에 설치하고 내부 가스 파이프라인을 연결합니다.

o회로 연결: 연결AC 220V전원 코드 (보안 접지 주의), 신호 케이블 (4-20mA、RS485는, 경고 출력 등).

3. 디버그 내용：

o가스 누출을 검사하다.: 전체 샘플링, 전송, 사전 처리 및 가스실 가스 회로 시스템에 대해 누출을 엄격히 검사하여 누출이 없도록 합니다.

o전기 검사: 전력 공급 전압, 각 모듈의 전력 공급이 정상적인지, 접지가 양호한지 검사한다.

o매개변수 설정: 터치스크린을 통해 측정기구의 측정량정, 경보값, 표본가스류량, 반열온도 등 매개 변수를 설정한다.

o영점 교정: 검증된 제로 가스 (예: 고순도 질소) 유입N₂, 순도≥99.999%), 영점 보정을 수행합니다.

o측정 교정: 알려진 농도의 표준 가스 유입 (O₂가스 표시), 측정 교정을 진행한다.교정점 수는 정밀도 요구 사항에 따라 결정됩니다. 일반적으로1-2점.

o시스템 연결: 샘플 가스 유량, 압력, 온도가 설정 범위에 안정되어 있는지 검사하고, 측정 기기의 측정 값이 안정되어 있는지, 표준 가스 농도와 일치하는지 관찰한다.데이터 출력이 정상인지, 경보 기능이 신뢰할 수 있는지 테스트합니다.

o시뮬레이션 작업 상태 테스트: 가능한 경우 온도, 습도 변화와 같은 실제 작업 조건을 시뮬레이션하여 기기의 성능을 관찰합니다.

6. 운영 및 유지 보수

1. 일상적인 운영 모니터링：

o분석기에 표시된 측정값이 적정 범위에 있는지, 추세가 정상인지 정기적으로 확인합니다.

o계기의 각종 상태 표시등이 정상인지, 경보 정보가 있는지 검사한다.

o시료 가스 유량, 압력, 사전 처리 단위의 각 부품 (예: 필터 압차, 냉각기 온도, 배수 상황) 이 정상인지 검사한다.

o계기 운행 매개 변수와 교정 기록을 기록합니다.

2. 정기 유지 보수：

o매일: 순찰, 기기 상태 확인, 응축수 배출.

o매주: 필터 필터가 막혔는지 (압차계나 유량 변화를 통해 판단) 확인하고 필요에 따라 교체합니다.히트 파이프라인이 제대로 작동하는지 확인합니다.

o매월: 제로 가스 및 측정 표시 가스를 사용하여 단일 포인트 교정 또는 검사를 수행하여 계기의 정확성을 검증합니다.가스 연결이 느슨한지 확인하세요.

o분기별/반년: 스플라인 세정 정도에 따라 정밀 필터 필터, 건조기 흡착제 (사용 시) 를 교체합니다.광전 탐지기와 레이저 헤드 창이 청결한지 확인하고, 필요할 때는 무수 에탄올과 렌즈지로 가볍게 닦는다.

o매년: 분석기에 대한 포괄적인 성능 검사 및 보정 (다중 보정)샘플링 프로브 필터를 확인하고 필요에 따라 교체하십시오.반열관선의 반열효과를 검사하고 노화된 반열대는 제때에 교체한다.

3. 장애 처리：

o표시되지 않거나 시작할 수 없음: 전원 공급 장치, 퓨즈, 전원 공급 장치 모듈을 확인합니다.

o측정값 예외 (높음/낮음/파동이 크다): 샘플 가스가 정상 (흐름, 압력, 누출 여부) 인지 확인합니다.예처리 시스템의 실효 여부(필터 차단, 제습 효과 저하, 오염)를 확인한다.광로가 정확한지, 창문이 오염되었는지 검사한다;교정 검증을 수행합니다.그룹 진입이 방해되는지 확인합니다.

o통신 장애: 통신 회선 연결, 통신 매개 변수 설정 (전송률, 주소, 검사 위치), 통신 인터페이스가 손상되었는지 확인합니다.

o경보가 작동하지 않다: 경보 파라미터 설정, 계전기 출력 회로, 외부 경보 설비를 검사한다.

4. 비품 비품: 사용자는 각종 규격의 필터 필터, 밀봉 링, 건조제, 표준 가스 등 자주 사용하는 손상되기 쉬운 부품과 소모품을 비축하는 것을 건의합니다.

칠, 결론

추출식 레이저 산소 온라인 분석기채택의TDLAS는기술은 완벽한 샘플 가스 사전 처리 시스템과 결합하여 산업 과정 중의 산소 함량에 대해 연속적이고 정확하며 신뢰할 수 있는 온라인 모니터링을 진행할 수 있다.높은 선택성, 빠른 응답성 및 낮은 유지 관리 기능을 통해 기존 분석 방식을 대체하는 데 이상적입니다.이 기술 방안은 세심하게 설계된 시스템 구성, 엄격한 설치 디버깅과 규범화된 운행 유지보수를 통해 분석기의 장기적이고 안정적인 운행을 확보하고 사용자에게 정확한 측정 데이터를 제공하며 생산 과정 통제와 안전 모니터링의 수요를 만족시켜 현저한 경제 효과와 사회 효익을 가진다.