在线气体分析仪的取样和样品传输
 
     当在线分析仪器的传感元件不直接安装在工艺管道或设备中时，都需要配备样品处理系统。样品处理系统是将一台或多台在线分析仪器的源流体、排放点连接起来的系统，其作用是保证分析仪在最短的滞后时间内得到有代表性的样品，样品的状态（温度、压力、流量和清洁程度）适合分析仪所需要的操作条件。
 
      样品处理系统可以实现下述基本功能：样品提取、样品传输、样品处理、样品排放。这些基本功能也是样品系统的主要构成环节和样品在系统中的基本流程。
 
      在线分析仪器能否用好，往往不在分析仪自身，而取决于样品处理系统的完善程度和可靠性。因为分析仪无论如何复杂和，分析精度都要受到样品的代表性、实时性和物理状态的限制。事实上，样品处理系统使用中晕倒的问题往往比分析还要多，样品处理系统的维护量也往往超过分析仪本身。所以，要重视样品处理系统的作用，至少要把它放在和分析仪等同的位置上来考虑。
 
对样品处理系统的基本要求可归纳如下：
 
①使分析仪得到的样品与管线或设备中源流体的组成和含量一致；
 
②样品的小号量最少;
 
③易于操作和维护;
 
④能长期可靠工作;
 
⑤系统构成尽可能简单;
 
⑥采用快速回路以减少样品传送滞后时间。
取样和取样探头
 
在线气体分析仪的取样点的选择：
 
     在工艺管线上选择分析仪取样点的位置时，应遵循下述原则，位置可能是一下各点中某几点的权衡和折衷:
 
①取样点应位于能反映工艺流体性质和组成变化的灵敏点上；
 
②取样点应位于对过程控制最适宜的位置，以避免不必要的工艺滞后；
 
③取样点应位于可利用工艺压差构成快速循环回路的位置；
 
④取样点应选择在样品温度、压力、清洁度、干燥度和其他条件尽可能接近分析仪要求的位置，以便使样品处理部件的数目减至最小；
 
⑤取样点的位置应易于从扶梯或固定平台接近；
 
⑥在线分析仪的取样点和实验室分析的取样点应分开设置。
 
      一般认为，在大多数气体和液体管线中，从产生良好混合的湍流位置上取样，可保证样品真正具有代表性。因为气体或液体混合物除非有湍流存在，是不容易达到完全混合的。取样点可选在一个或多个90°弯头之后，紧接最后一个弯头的顺流位置上，或选在节流元件下游一个相对平静的位置上（不要紧靠节流元件）。
 
尽可能避免以下情况：
 
①不要在一个相当长而直的管道下游取样，因为这个位置流体的流动往往呈层流状态，管道横截面上的浓度梯度会导致样品组成的非代表性。
 
②避免在可能存在污染的位置或可能积存有气体、蒸气、液态烃、水、灰尘和污物的死体积处取样。
 
③不要在管壁上钻孔直接取样。如果在管壁上钻孔直接取样，一是无法保证样品的代表性，不但流体处于层流或紊流状态时是这样，处于湍流状态时也难以保证取出样品的代表性；二是由于管道内壁的吸收或吸附作用会引起记忆效应，当流体的实际浓度降低时，又会发生解吸现象，使样品的组成发生变化，特别是对微量组分进行分析时（如微量水、氧、一氧化碳、乙炔等），影响尤为显著。所以，样品均应当用插入式取样探头取出。
 

取样探头类型的选择：
 
①对于含尘量<10mg/m3 的气体样品和洁净的液体样品，可采用直通式（敞开式）探头取样。直通式取样探头一般是刨口呈45°角的杆式探头，开口背向流体流动方向安装，利用惯性分离原理，将探头周围的颗粒物从流体中分离出来，但不能分离粒径较小的颗粒物。在线分析中使用的取样探头大多是这种探头。
 
②当液样中含有少量颗粒物、粘稠物、聚合物、结晶物时，易造成堵塞，可采用不停车带压插拔式探头取样。这种探头也可用于含有少量易堵塞物（冷凝物、粘稠物）的气体样品。
 
      图1所示的取样探头就是一种不停车带压插拔式取样探头，又称可拆探管式取样探头，可在工艺不停车的情况下，将取样管从带压管道中取出来进行清洗。它是在直通式探头装增加一个密封接头和一个闸阀（或球阀）构成的。

图1可拆探管式取样探头结构
      密封接头的结构见图2。其结构可分为两部分，其一是取样管的夹持和固定部分，采用卡套式压紧结构；其二是与闸阀法兰的连接部分，采用螺纹连接方式，依靠密封件实现两者之间的密封。安装时注意应使取样管的坡口朝向和法兰上的箭头指向（流体流动方向）一致。为便于插拔操作和保证安全，取样管的前端焊有一块凸台，以免取样管在拔出过程中被管道内的压力吹出，发生安全事故，当凸台到达盲法兰盘端部时，即可将闸阀关闭，然后将密封接头旋开，将取样管取出。

图2：密封接头的结构
 
③对于含尘量较高（>10mg/ m3）的气体样品，可采用过滤式探头取样。
      所谓过滤式取样探头是指带有过滤器的探头，过滤元件视样品温度分别采用烧结金属或陶瓷（<800℃）、碳化硅（>800℃）、刚玉Al2O3(>1000℃)。探头的设计应考虑利用流体冲刷达到自清扫的目的。
 
       过滤器装在探管头部（工艺管道内）的称为内置过滤器式探头，装在探管尾部（工艺管道外）的称为外置过滤器式探头。内置过滤器式探头的缺点是不便于将过滤器取出清洗，只能靠反吹方式进行吹洗，过滤器的孔径也不能过小，以防微尘频繁堵塞。这种探头用于样品的初级粗过滤比较适宜。普遍使用的是外置过滤器式探头，这种探头可以很方便地将过滤器取出进行清洗。当用于烟道其取样时，由于过滤器置于烟道之外，为防止高温烟气中的水分冷凝对旅行呢造成堵塞，对过滤部件应采用电加热或蒸汽加热方式保温，是取样烟气温度保持在其露点温度以上。这种探头广泛用于锅炉、加热炉、焚烧炉的烟道气取样。
 
④脏污液样不得采用过滤式探头，因为湿性污物附着力强，难以靠流体的冲刷达到自清洗目的。一般是采用口径较大的直通式探头，将液体取出后再加以除污。
 
⑤对于乙烯裂解气，催化裂化再生烟气、硫磺回收尾气、煤或重油气化气、水泥回转窑尾气等复杂条件样品对的取样，应采用特殊设计的专用取样装置。
 
 
探头规格、插入长度及方位的选择
 
      直通式取样探头一般采用316不锈钢管材质作，探头内部的容积应限制其尺寸尽可能减少。探头的规格一般有如下几种：
 
6mm或1/4"OD Tube——用于气体样品；
 
10mm或3/8"OD Tube——用于液体样品；
 
3mm或1/8"OD Tube——用于需气化传送的液体样品；
 
12mm或1/2"OD Tube——用于快速循环回路、含尘量较高的气样和叫脏污的液样。
 
     探头的长度主要取决于插入长度，为了保证取样品的代表性，一般认为插入长度至少等于管道内径的1/3。EEMVA  No.138标准推荐的插入长度为：
 
最小长度：30mm；
 
长度：（0.56d+10）mm（d为管道内径）。
 
取样探头的插入方位应作如下考虑：
 
水平管道：气体取样，探头应从管道顶部插入，以避开可能存在的凝液或液滴；液体取样，探头应从管道侧壁插入，以避开管道上部可能存在的蒸气和气泡，以及管道底部可能存在的残渣和沉淀物。
 
垂直管道：从管道侧壁插入，液体应从由下至上流动的管段取出，避免下流液体流动不正常时的气体混入。
 

设计和制作探头时的注意事项
 
主要应注意以下问题。
 
①取样探头应通过带法兰的T形短管接头固定。
 
②所用的材料、T形接头组件的一部分加以考虑，截止阀以闸阀或球阀为宜。当样品为高压气体时，可考虑采用双截止阀系统，这是一种双重隔离的附加保护措施。
 
③取样截止阀应作为探头组件的一部分加以考虑，截止阀以闸阀或球阀为宜。当样品为高压气体时，可考虑采用双截止阀系统，这是一种双重隔离的附加保护措施。
 
④取样探头应有足够的机械强度，在工艺流体中保持刚性固定。当流体速度快、流动力大时，如探头较细，可套上加强管加以保护。
 
⑤法兰上应标注探头位号和工艺管道流体流动方向。
 
⑥在设计探头时应注意，防止因共振效应而断裂。

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