在线近红外光谱分析系统在纤维生产中的应用

朱贵澎，唐行龙，陈 斌，王 欢

（江苏奥神新材料股份有限公司，江苏连云港 222000）

近年来，随着工业生产技术的快速发展，加之市场竞争的激烈化，这就要求在工业生产过程中既要保证产品有稳定的高质量，又要最大限度地降低生产成本[1-2]。因此，生产过程必须可控可调。目前，绝大多数公司对生产原料、中间产品、成品的分析大多采用离线采样检测方式，这会造成分析结果滞后，产品质量不能得到很好的控制。基于上述问题，市场上出现了许多新型产品，近红外光谱分析仪就是其中之一，具有分析速度快、范围广等优点，广泛应用于石化、化工等领域。

本研究主要介绍了在线近红外光谱分析系统的结构及特点以及在纤维生产过程中的实际应用。

1 近红外光谱分析系统

本研究以Guided Wave公司的 M412近红外光谱分析系统为例，介绍该系统的结构和特点以及日常维护的相关经验。

1.1 系统组成

M412光谱分析系统由以下关键部分组成：M412分析仪、光纤、在线安装的探头、工作站PC、控制软件（CLASS-PA, SpectrOn, and/or Scanner）、分析仪和工作站、通讯用的串行通讯接口（RS-422, RS-232） 、传输到DCS的用于过程控制的I/O接口。

1.2 系统主要部件

（1）具有整体输出模块的光谱仪。该光谱仪配备有光源（灯）组件和滤光部件的扫描光栅系统。滤光轮上的滤光器可用于按次序地分类出光和光波长的校验。光谱仪光的输出是从固化在输出模块上的光纤输出的。该输出模块配备有相应参考通道的6个或12个通道的模块。

（2）含有光检测器加光切换开关的输入模块。该切换器件能在该多路系统中进行适当的切换。一个输入模块可以有3个或6个配备有相应参考通道的样品通道，每个输入模块有一个检测器。

（3）电子控制模块。该模块配有嵌入式控制器来控制电路和UPS供电。

（4）配备有集成加热器的电子温控单元。

（5）可编程温度控制器。

（6）RS232到RS422转换器。

（7）供电连接和分配。

分析仪布置如图1所示。

图1 M412 分析仪布置图

1.3 系统特点

该系统具有分析速度快、范围广等优点，广泛应用于石化、化工等领域。

2 近红外光谱分析系统的应用

近红外光谱分析系统利用一个或多个近红外探头、光纤电缆以及智能扫描和分析软件，利用近红外光辐射从液体、气体及相关聚合物薄膜中获取光谱数据,这些光谱数据经分析仪系统软件进行处理以确定材料的成分和物理特征，获取我们所需要的参数[3-4]。以聚酰亚胺纤维生产为例，生产过程需要检测聚合物的组分、黏度、溶剂的含水量等，确保产品满足质量要求。

目前，在线近红外光谱分析仪系统通过与先进的DCS控制系统相结合，通过数据的传输实现装置的闭环优化操作，使生产过程得到良好控制，极大地提高了产品质量及稳定性，为企业带来了巨大的经济效益。

3 近红外光谱分析系统的维护

M412分析仪仅需很少的定期维护，主要包括更换光源（灯）和清洁过程接口（探头、流通池）。

在更换光源（灯）时，灯和灯架可能很热，需要关闭分析仪电源，等灯冷却后再更换，灯应每隔3到4个月或当其故障时更换，光源故障时会在仪器工作站处报警显示。

探头应定期清洁以确保系统的稳定，在某些特定情况下，如出现高颗粒、雾化、活性化学品等，会要求更频繁地清洁探头和做参考来纠正基线的漂移。通常情况下，探头在光谱基线增加0.2～0.3个AU或更多时必须清洁探头并重新做参考。取出探头前，需确保探头完整和过程设备隔离。低位置排液和高位置通风是必须的，使用时压力表需确保完全泄压。

此外，在使用和日常巡检过程中还需进行以下维护工作。

（1）每日定期巡检分析系统在线测量探头是否正常,包括是否泄露, 挠性软管是否连接牢固，软管接头是否密封严实等。

（2）每2～3周润滑所有探头，以防生锈。

（3）每2～3个月检查探头光纤接头是否松动，同时检查是否存在因为挠性软管密封不严或破裂后雨水进入光纤接头处。

（4）在发现探头密封压盖处有工艺介质泄漏后应及时对压盖进行适当紧固，若需要，应更换探头密封填料。

（5）检查敷设光纤槽盒支撑是否牢固，避免因为槽盒塌陷而拉损光纤，应强调绝不能踩踏该槽盒。

（6）检查仪器防爆仪表风供应是否正常，仪表风连接是否有泄露等。

（7）检查分析房空调是否运行正常。

（8）检查分析仪器本身温度控制单元是否运行正常。

（9）每2～3个月检查分析仪器处光纤连接是否牢固，若有松动必须使用仪器配置的专用力矩扳手进行紧固。

（10）定期备份工作站内分析系统数据，以便在工作站故障后能够及时恢复。

4 结语

M412近红外光谱分析系统具有现场在线检测、响应速度快、精度高、可以同时测量多种组分、使用维护方便、维护量低等优点，较好地满足了在线分析仪表的要求。该技术广泛应用于石化、化工、制药等行业，为企业带来了极大的经济效益。