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论在线分析仪表成套系统的现场应用

发表时间：2020/10/20 来源：《基层建设》2020年第19期作者：赵飞龙

[导读] 摘要：在线分析仪表是连续或周期性检测物质化学成分或某些物性的仪表，可安装于生产现场对生产状况实现实时监测。

        天津联维乙烯工程有限公司天津 300270
        摘要：在线分析仪表是连续或周期性检测物质化学成分或某些物性的仪表，可安装于生产现场对生产状况实现实时监测。由于其在取样分析过程中处于密闭独立状态，可消除和避免人工取样分析带来的样品污染、样品混放、主观错误等因素带来的误差及缺陷，所以具有较高的可靠性和精确性。然而，在实际应用中却存在故障不断，各种影响因素无法消除，甚至出现错误数据等问题，使得投用于生产现场的在线分析仪表沦为人工测量的对比设备甚至闲置，成为“样子货”。此种状况的出现大部分是由于成套管理系统不合理造成的。在线分析仪的使用不仅仅在于传感器的灵敏度、数据处理程序的先进性，还取决于样品的实时性、代表性以及物理状态。本文介绍了在线分析仪表中的成套管理系统在工业应用中存在的问题及改进措施。
        关键词：仪表仪器；在线分析仪表；成套管理系统
        成套管理系统的作用是保证分析仪在最短的滞后时间内得到具有代表性的工艺样品，使样品的状态（温度、流量、压力和清洁程度）达到分析仪测量操作的条件。事实上，成套管理系统中遇到的问题往往比分析仪本身还要多，成套管理系统的维护量也远远超过分析仪本身，所以，要重视成套管理系统的作用，至少要把它提高到与分析仪本身同等重要的位置来考虑[1]。在实际应用中，许多使用者错误地认为分析仪表可直接投入使用，缺乏对成套管理系统的投入及维护，甚至将原本不应该直接安装于管道或设备内的传感器直接安装到管道或者设备上，产生较大误差或错误数据，这就造成了用户对分析仪表的不信任，对在线分析仪表的发展是不利的。
        1成套管理系统
        成套管理系统的构成为以下几部分：（1）压力调节控制如减压阀、背压调节阀、压力表等部件；（2）流量调节控制如稳流阀、转子流量计、限流阀等部件；（3）温度调节控制如各种换热器、伴热带、保温层等部件；（4）流路切换控制如气动切断阀、电磁阀、多通管线等部件；（5）除干扰组分部分如除湿器、过滤器、气液分离器、聚结器等部件；（6）样品排放部分一般有返回工艺管线和就地排放两种[2]。对于压力、流量、温度以及流路切换等控制部分由于具有相对成熟的技术支持以及经验，往往易于解决。目前，成套管理的难点在于干扰组分的去除方面，市场上流通的抗干扰产品具有较大的局限性，诸多生产实况下不适用或者使用寿命短，维护量大。
        2成套管理系统的改造
        2.1成套管理系统改造的难点
        成套管理系统的设计制造难点在于以下几点。（1）涉及材料学、流体学、化工、自动化等多门学科，综合性强，很难由一方单独完成，需多方精诚合作。（2）专用性高。几乎是一台分析仪对应一种成套管理方案，难以实现批量生产，需结合生产情况单独定制解决方案。（3）现场局限性高。同一台在线分析仪表随着生产状况及使用环境的变化需要随时变更优化成套管理系统。（4）依赖于手工制作和装配。不能形成自动流水线作业，市场上现有的设备不适用于现场，须人工改造后使用。（5）成本的增加。使生产商及用户对成套管理的维护及改造处于主动忽视状态。（6）成套管理系统的测试与调整须在现场进行。制造厂与实验室都不具备模拟条件，然而，目前在线分析处于发展阶段，现场投用少，厂商技术人员驻厂时间短等多种因素系统调整成本耗费高。（7）成套管理系统测试周期长。在线分析仪表稳定运行的必要条件是经过较长周期的验证可适应不同工况，此周期短则一两个月，长则一年[3]。综上所述，成套管理系统的设计制造难点决定了成套管理系统无法在分析仪投用前便设计制造完善，其改造过程也不可能是一蹴而就的，需结合现场使用条件对成套管理系统进行多次具有针对性的改造完善，使成套管理系统逐渐适用于生产现场。

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        2.2成套管理系统改造实例
        一次盐水过碱量分析仪是测量盐水中氢氧化钠及碳酸钠含量的在线分析仪表，投用后故障频发，厂家技术人员与现场维护人员对其进行过十几次升级改造，绘制控制回路图与流路改造图6张，历时8个月，目前仍处于测试阶段。在改造过程中进行了为期8个月的观察、统计与分析，一步步剖析造成故障频发的根本原因，并组织进行了多次具有针对性的改造。在线分析仪表本身故障的发生率要远远小于成套管理系统的故障发生率，故障多发点在Y型过滤器及隔膜阀被杂物堵塞上。通过对样品分析，发现样品中造成堵塞的物质有泥沙（直径约2mm）、浮游植物（直径在20~80mm）、结晶盐水（直径1mm左右）、碳酸钙沉淀（颗粒直径0.1mm左右）等。由于杂质大小直径不等，很难利用单一设备进行处理，只能利用多道处理工序，导致成套管理系统内元件过多，流路复杂，增加了故障点及故障种类，维修的专业性要求也相应提高。诸多成套管理故障并不能够被彻底解决，只能通过改造使其转移到易于解决的位置。
        2.3成套管理的改造原则
        在线分析仪表的建设阶段主要有在线分析仪表的规划、设计、选型、购置、安装及投运前的全部工作。在线分析仪表的配置应结合生产控制需要提出合理、经济的配置需求，在线分析仪表基础设计完成后，应组织专业人员进行设计审查，重点是分析小屋的现场位置、公用工程系统配置及分析样品采集点代表性，仪表型号及适应性，检测参数，工艺介质条件，预防处理方案等进行审查，还要考虑与实验室离线分析采样点及数据的比对的事项等。在线分析仪表的选型要重点考虑选用的分析仪表是否通过GBT19001或ISO9001体系认证企业生产的产品。应满足《SH/T3005—2016石油化工自动化仪表选型设计规范》的要求。要尽量选择与实验室离线分析检测仪表原理相同或相近的仪表，这样便于后期进行数据比对等工作，可以大幅降低企业实验室离线分析频次，降低分析成本，具有一定的经济效益。
        （1）注重现场测试，加强现场调整力度。
        （2）由繁入简，前期使用可根据需要增加环节，后期通过合并，去除多余环节，减少故障点。
        （3）了解样品质量，根据最糟糕的情况设计成套管理系统。
        （4）故障转移原则，将故障多发点由难以维修、维修工作量大的转移至维护量小乃至排放点，降低成套管理故障对在线分析的影响。
        （5）不可避免的易损易耗件应选择结构简单，价格低廉的元件。
        （6）多走访工艺人员，借鉴生产中去除杂质的方法，“土办法”分析应用。双碱分析仪成套管理系统改造中预处理装置的应用就是借鉴了生产设备预处理器的结构，通过人工制成，使用后效果显著，可除去多数大颗粒杂质，减少后期Y型过滤器的压力。样品预处理装置，在其制作过程中借鉴了预处理器的构造。
        结语
        目前，在线分析仪成套管理系统仍处于发展阶段，成套管理技术能否发展成熟是在线分析仪表能否得到广泛应用的关键所在。对于生产商来说，投入相应的成本到成套管理技术的研究与设计制造中是在线分析仪表发展与应用中必不可少的条件。成套管理系统的少维护是在线分析系统少维护的重要前提和技术基础。只有从少维护提升到免维护，才能实现工程应用中对人工介入的真正解放，以及危险场所工程应用的无人值守。
        参考文献：
        [1]梅青平，金义忠，李太福，唐一科，杨永龙.在线分析成套管理系统技术创新发展综论.自动化仪表，2018.39，（2）.
        [2]王森.在线分析仪器技术进展、市场前景、存在问题及建议.中国仪器仪表，2009，（2）.
        [3]马文佳.成套管理系统各组成部分的功能及其设计概述.科技论坛，2018，101.
        [4]王森，符青灵.仪表工试题集在线分析仪表分册[M].北京：化学工业出版社.