转炉煤气分析仪工作原理和故障原因分析及处理

景志峰+刘宁雁

摘 要：论述了转炉抽气式煤气分析仪的工作原理，对出现的故障原因进行分析，提出处理方法并加以实施，生产实践证明是有效可行的，为维护人员提供参考借鉴，提高检修效率。

关键词：煤气分析仪；PLC；故障；处理

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.20.098

1 前言

随着钢铁行业的发展，转炉煤气回收作为节能减排、资源二次利用的有效手段，在企业安全环保和降成本工作中的地位日益突出。通过煤气分析仪检测烟气中的CO， O2含量，选择C0、O2含量合格的烟气进行回收利用，不但在炼钢过程中实现了节能减排，也创造了可观的经济效益和社会效益。

转炉煤气与空气或氧气混合达到一定比例后遇明火会发生爆炸，爆炸极限范围为12.5%～74.0%。根据转炉煤气回收的工艺技术条件和安全回收要求，当转炉烟气中的CO≥35%、O2≤2%时，才能保证回收煤气的安全使用。煤气分析仪测量准确可靠，运行稳定，是转炉煤气安全、高效回收的前提和保证。

2 煤气分析仪工作原理与系统构成

2.1 概述

昆钢安宁公司炼钢厂4、5#转炉煤气分析仪采用传统抽气式分析仪，能够自动、连续、准确、可靠地分析转炉烟气中CO、O2的含量。系统采用PLC控制，实现自动采样、排水、过滤器吹扫、故障监测等功能，测量仪表将CO、O2成分含量以标准4～20mA的模拟量信号送至远方煤气回收PLC控制系统，实现转炉煤气的自动回收和放散。

2.2 工作原理

煤气分析仪有测量和维护两种工作模式，通过分析仪面板上的操作按钮，可在两种模式之间自由切换。测量模式下，无需人工干预，通过启动信号即可实现煤气分析仪的自动采样分析。维护模式下，可以进行CO、O2分析仪表标定，过滤器吹扫，采样泵测试，排水等操作。

转炉下枪吹炼，煤气回收PLC系统发出启动信号，启动煤气分析仪。分析仪由预备状态进入工作状态，样气经过除尘、脱水、干燥，送入CO、O2分析仪表。仪表将检测出来的CO、O2含量以标准4～20mA的电流信号送至远方煤气回收PLC系统，作为煤气回收系统的实时显示和连锁控制条件。转炉吹炼完毕，分析仪启动信号消失，分析仪进入吹扫状态，利用氮气对烟气过滤器进行吹扫，储液罐排水。吹扫完毕，分析仪进入预备状态，等待下一轮启动信号的到来。

2.3 系统构成

煤气分析仪系统由采样单元、样气预处理单元、样气分析单元、标定单元、反吹单元、PLC控制单元等部分组成。

系统构成如图1所示。

2.3.1 采樣单元

采样单元由采样探头和采样电控气动阀组成。煤气分析仪工作时，PLC控制单元发出指令，打开采样阀，启动采样泵，转炉烟气经过采样探头进入煤气分析仪柜内。

2.3.2 样气预处理单元

转炉煤气含有各种粉尘、水雾等杂质，分析仪表对气体的洁净度有严格要求，必须对样气进行有效的净化处理。

样气预处理单元由气体精密过滤器，脱水器，采样泵，电子冷凝器，二级模式过滤器，转子流量调节器，气路切换电磁阀等组成。处理后的样气露点约在5℃，含尘粒度≤1um。

在保证分析仪表样气流量的前提下，尽量调大旁路气体流量，可以提高分析仪表的响应时间。

2.3.3 样气分析单元

采用两台德国SIEMENSE分析仪，分别是测量CO的ULTRAMAT 23红外分析仪和测量O2的OXYMAT 61磁氧分析仪。

ULTRAMAT 23红外分析仪的测量原理是以光谱方法对非分散性红外线辐射的吸收为基础，测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。

OXYMAT 61磁氧分析仪是根据顺磁压力变化原理来工作的，当氧气浓度不同的两种气体在同一磁场中相遇时，它们之间会产生一个压力差，通过差压来进行氧含量测量。测量时需要接入参比气体N2来对样气中的O2浓度进行测量，参比气压力0.2～0.4MPa。

进入CO分析仪的气体流量应控制在1.2～2L/min， O2分析仪的气体流量控制在0.3～1L/min。样气温度要求在0～50℃，样气湿度<相对湿度的90%。

2.3.4 标定单元

标定单元由气路四通切换阀、三通电磁阀和CO、O2、N2标准气体校验气瓶组成。进行标定时，按下分析仪面板上的“维护”按钮，系统进入维护模式。将气路四通切换阀转至“零点”位置，按下“标定”按钮，三通电磁阀转为标定气路，通入标准气N2，即可对CO、O2分析仪表的零点进行标定。将气路四通切换阀转至“CO”和“O2”位置，分别通入标准气CO、O2，对CO、O2分析仪表的量程进行标定。

2.3.5 反吹单元

反吹单元由氮气管路，氮气电磁阀和电控气动吹扫排气阀构成。

煤气分析仪启动信号消失后，PLC控制单元发出吹扫指令，采样泵停止工作，分析仪进入吹扫状态，利用氮气对烟气过滤器进行反复吹扫。同时，PLC发出排水指令，对储液罐进行排水。

2.3.6 PLC控制单元

煤气分析仪中的PLC控制单元采用西门子S7-300系统，它由电源模块，CPU模块，数字量输入、输出模块，以太网通讯模块组成。PLC控制单元是整个分析系统协调工作的核心，所有的控制指令都是由PLC来接收和发出。系统的启动，工作模式的切换，系统状态指示，功能按钮的操作，电磁阀的动作，均由PLC来控制完成。采样气路上安装有流量、湿度报警单元，用于对样气进行监控，并将报警信号送至PLC进行联锁控制。

3 故障分析与处理

分析仪发生故障时，首先观察机柜面板上的“运行”、 “吹扫”、“预备”、“ 维护”、“故障”状态指示灯，查看分析仪处于何种工作状态，再根据故障现象，有针对性的进行故障检查。endprint

3.1 分析仪无法启动

观察指示灯，如果分析仪处于吹扫状态，只要吹扫计时循环周期未结束，即使启动信号到来，也无法启动分析仪进行采样测量。如果分析仪“故障”和 “维护”指示灯同时亮，说明分析仪在采样分析过程中，发生了样气流量过低或湿度过大的故障，PLC控制单元接收到故障信號，将分析仪自动切换到维护模式，分析仪停止工作。这时应检查是流量报警单元，还是湿度报警单元发出的故障信号。按下“系统维护”按钮，可对故障信号进行复位。

分析仪在采样工作过程中，当过滤器或样气管道堵塞，旁通流量调节器开得过大，采样泵工作异常，采样泵后级样气管脱落、泄漏，均会引起样气流量过低报警。当样气湿度过大，或是冷凝器、排水阀发生故障，造成样气湿度报警单元发出故障信号。当流量或者湿度报警单元发出故障信号，必须查明故障原因，排除故障，进行故障复位。

3.2 O2含量超标

样气中混入空气是造成分析值O2含量超标的主要原因。此时，应重点检查采样探头到采样泵之间的负压取样管路是否有泄漏点，各管路接口松动，吹扫排气阀关闭不严，隔膜采样泵膜片老化等，均会引起负压管路漏气，使样气中混入空气。

对于分析仪自身故障引起的O2含量超标，首先检查参比气N2的压力是否满足0.2～0.4MPa的分析要求，检查进入分析仪表的样气流量是否在规定范围内，最后用标气对O2分析仪表进行标定。

3.3 测量值波动大

煤气回收过程中，CO、O2含量大幅波动会造成煤气回收系统设备三通阀、水封阀频繁开关，不利于煤气回收的连续进行，降低煤气回收量。造成测量值波动的主要原因是进入分析仪表的样气变化量大，应检查进入转子流量计中的样气流量是否稳定，转子流量计内是否有颗粒物造成流量调节困难，针形阀密封损坏，造成进入分析仪的样气流量不稳定。另外，采样泵后端样气管路发生泄漏，分析仪表尾气排空管路不畅通，也会导致样气流量不稳，此时应查找管路漏点，检查仪表排空管路保证畅通。

3.4 测量误差过大

分析仪在使用一段时间后，出现测量准确度下降时，一个主要的原因是分析仪表的传感器被样气污染，造成采样分析误差过大。此时可利用氮气，对仪表样气管路进行反复吹扫，然后用标气进行标定。污染严重的，应更换传感器组件，并重新进行标定。引起测量误差过大的另一个原因是样气中的湿度过高，此时应检查冷凝器运行情况是否正常，排水阀动作是否正常。

ULTRAMAT 23红外CO分析仪如果发生意外断电，重新上电时，仪表会自动进行零点标定，此时如果没有零点标定气体N2进入仪表气路，那么自动零点标定将会使仪表的零点发生漂移，致使CO的测量值产生较大误差，此种情况应对CO分析仪进行重新标定。

4 结束语

熟悉煤气分析仪的工作原理、结构特点，对实际应用中出现的故障进行分析和探讨，掌握故障的处理方法，为快速、准确地排除设备故障奠定基础，保证转炉煤气回收的连续、稳定运行，实现了资源的二次回收利用，取得了较好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]刘向东，彭雄伟.煤气分析仪故障排除技术[J].科技传播，2010，（12）.

[2]张运刚.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007，（8）.

[3]ULTRAMAT 23气体分析仪操作说明[Z].

[4]OXYMAT 61氧气分析仪手册[Z].

[5]炼钢厂煤气安全知识读本[Z].2011，（4）.endprint