在线气体分析监测系统在本钢能源输送环节中的应用

赵 峰

(本钢板材股份有限公司 能源总厂， 辽宁 本溪 117000)

在线气体分析监测系统在本钢能源输送环节中的应用

赵 峰

(本钢板材股份有限公司 能源总厂， 辽宁 本溪 117000)

本钢能源总厂氧气厂以电容式露点仪和微量氧分析仪为核心设备建立了在线气体分析监测系统，该系统有效地解决了原来因缺少气体监测手段而不能及时发现其输送的氮气杂质过大、纯度降低，进而严重的影响钢铁成品质量的问题。文章介绍了在线气体分析监测系统在本钢氮气输送环节中的应用，在实际的应用过程中，该系统显著的提高了气体产品的质量，保障了炼钢、轧钢工序的稳定生产及钢铁成品的质量。

在线气体分析监测系统； 氮气；电容式露点仪

1 概述

辽宁本钢集团是年产2000万吨优质钢材的特大型国有钢铁联合企业。高纯度氧气、氮气是保障钢铁稳定生产的重要介质，作为气体生产与输送厂，本钢能源总厂氧气厂承担着此项重要任务。近年来，随着集团公司产线技术改造升级，二冷轧、炼钢等主体生产线对氮气的质量要求越来越高，输送气体质量的好坏也严重影响公司主线产品的成品质量。

高纯度氮气中的主要杂质是氧气和水。以前氧气厂氮气系统由于在线监测设备不完善，对于用户提出的气体质量异议难以定论，不能及时准确判断气体产品质量是否有问题，不能及时给终端用户反馈准确信息，对于安全生产、节能降耗极为不利，并容易导致问题扩大，给集团公司造成难以估量的损失。2015年，氧气厂投资新增两套氮气在线分析监测系统，分别对输送到二冷轧和炼钢厂的氮气进行在线监测，并辅助监测氧气厂两台氮压机出入口管道氮气的质量。主要目的就是为了保证供二冷轧和炼钢厂的氮气质量，及时发现气体污染，采取措施，避免因气体质量问题影响钢铁产品质量，更好的完成保产保供任务。

2 系统简介

2.1 系统监测原理

该系统整体网络示意图如图1所示。

图1 系统网络图

该系统采用高质量不锈钢取样管〔1〕将被测样品气源接入到气体分析柜中。其中一号分析柜接入炼钢和A氮压机的样品气源，二号分析柜接入二冷轧和B氮压机的样品气源，每个分析柜内均装有高精度微量氧分析仪和在线电容式露点仪各一台，分别对应检测分析氮气中的含氧量和含水量，检验出的结果在柜体表面显示面板进行显示，同时将测出的气体纯度PPM值转化为4～20mA标准信号，并经标准信号电缆输出到8号制氧机DCS系统中，在中控室操作站数据画面上进行实时显示并根据设定发出报警信号。另外利用该DCS系统远程操作站可将气体纯度数据在调度系统中进行显示。

2.2 系统主要构成

微量氧分析仪和在线电容式露点仪是在线气体分析监测系统的核心设备，承担着气体成分化验分析的主要工作，二者及其配套装置各自相互独立，互不影响。

现以一号柜的在线电容式露点仪及其配套装置为例，对分析柜工作状态做简要描述。整套设备主要分为两个单元：预处理单元、检测分析单元。气路流程如图2所示。

图2 在线露点仪气路流程图

1) 预处理单元〔1〕

炼钢和氮压机A的三路样品气接入分析柜内后，因来源样品气压力超高且伴有杂质，需首先经过预处理单元进行前期处理。内容主要包括气路持续的稳压、减压、过滤清洁等。经预处理过的样品气无杂质，自身压力较低且恒定，达到下步分析单元所需条件。预处理完毕的样品气经气路切换装置接入到在线电容式露点仪内。气路切换装置根据现场的实际要求，采用了不锈钢材质的“四入一出”模式的纯手动控制切换阀，可依据生产需要进行气路切换，实现对不同样品气进行分析。手动切换阀的好处就是切换稳定，成本较小。

2)检测分析单元

主要设备为在线电容式露点仪。仪器配备流量控制、显示装置，快速吹洗、旁路装置，具有自动校正、故障诊断功能。其工作原理为仪器首先分别对标准零点气源和标准终点气源进行分析检测，即可生成标准气趋势曲线，该曲线为线性显示。之后对样品气源进行分析检测，检测出的响应值经过标准曲线换算，得出样品气体中微量水的含量，如果低于控制值，则表明样品气源质量符合要求，可以对气体用户进行输送；若超出标准范围，则表明样品气体质量不达标，则中断气体输送，进行生产调整。电容式露点仪的检测范围为露点-110～10℃，在含水份的气体流经后，介电常数或电导率发生相应变化〔2〕，测出当时的电容值, 就能得出当时的气体水份含量,趋势示意图如图3所示。

图3 样品气露点检验趋势图

图3中，纵坐标为仪器检测的电容响应值，横坐标为气体的露点，系列趋势1为取样气体露点为-110～10℃的14点生成的标准曲线，系列趋势2为一个校准周期后的标准曲线，同样为取14点生成的标准曲线。从图中可以直观的看出二者的偏差范围，特别是在0～10℃范围内二者偏差较大，以需要定期对标准曲线进行校准，将校准后的数值输入仪器，可以保证检测结果的准确性。经检验的样品氮气，若检验值显示为：含水量体积比值小于等于10PPM，表明样品氮气质量符合输送用户要求，可以输送；若检验值显示在10PPM以上，表明样品氮气不符合要求，需生产部门进行工况调整。

微量氧分析仪气路工作流程与在线露点仪基本一致，不同之处为第三单元由微量氧分析仪替代了在线露点仪，其余配套单元设施均无变化。

3 系统应用分析

3.1 系统优点

该系统自动化程度很高，除预先设定各项参数及气路选择外，其余工作均自动完成。

系统能够自动取样并对样品进行处理，具有维护量少，运行成本低等特点。该系统为两点自动循环取样，适用于多点循环检测，以及同一点交替取样/反吹。系统控制采用可靠的闭环控制，执行器带有反馈信号，每一步指令均通过可编程控制器对反馈信号、逻辑关系、计时、计次等进行运算判断后给出，可靠性极高。系统输出信号丰富，可输出标准4-20mA信号、上下限报警信号、取样点伴随信号、故障信号等。

3.2 系统优化措施

全套装置试运行后，发现取样管路存在堵塞的现象，经厂内生产和设备各方技术人员共同确认，管路堵塞是由样品氮气种带有颗粒状的固态杂质所引起的。针对这一问题并结合生产实际情况，技术人员对系统软硬件进行了技术改进。

首先技术人员更改了管路反吹冲洗阶段的持续时间设定，由原来设计的15分钟延长至30分钟；其次，管道取样点探头由原设计的直径10毫米款式更换为直接6毫米款式。通过这两个方法，有效的解决了固态杂质堵塞取样管的问题。

4 小结

在线气体分析监测系统投入使用后，氧气厂生产操作与调度人员对氮气产品质量有了直观的监测手段。可以实时根据监测结果对生产运行进行调整，有效防止了因气体质量问题而导致炼钢、二冷轧等主体产线停产的问题发生。另外，该分析监测系统的建立，也为能源总厂培养了一批具有实际工作经验的化验分析设备管理维护人员，极大的增强了维护人员的见识与动手能力，同时也为以后本钢兄弟厂矿建设类似系统提供了实际经验。

该系统的不足之处在于核心设备微量氧分析仪和露点仪采用的是国外进口产品，导致成套设备造价不菲，初期投资达到一百万元人民币之多。但国内同类设备精度低，制造工艺较差，无法满足在钢铁企业生产现场复杂环境下长期稳定工作的需要。而且采用国外产品后，进口备件价格高昂，我厂每年用于该系统维护的资金较大。

目前，能源总厂技术人员正积极与国内分析仪生产厂商联系沟通，协助厂商进行技术创新以提高产品制造工艺，使分析仪产品性能满足现场实际需要，力争早日实现国产设备替代进口设备。

〔1〕GB/T 29814-2013，在线分析器系统的设计和安装指南〔S〕.北京:中国标准出版社，2013.

〔2〕章丽萍,张凯.气体分析〔M〕.北京:化学工业出版社，2016：171-172.

Application of Gas Analysis and monitoring System to Energy Transport Links

ZHAO Feng

(SteelPlateCo.Ltd,BenxiSteel,BenxiLiaoning, 117000China)

Taking dew point hygrometer and oxygen microanalyzer as key instruments, we establish the gas analysis and monitoring system on-line.The paper introduces the application of gas analysis and monitoring system to oxygen transport link.At practical process, the system notably improves the quality of gas products, thus ensures the quality of steel products.

Gas analysis and monitoring system on-line; Oxygen; Dew point hygrometer with capacitance

1008-3723(2017)03-016-03

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.03.007

2017-03-10

赵峰(1980-)男，辽宁鞍山人，本钢板材股份有限公司能源总厂工程师.

TM406

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