转炉风机前后分析系统O2.docx

转炉风机前后分析系统O2.docx

《转炉风机前后分析系统O2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转炉风机前后分析系统O2.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

转炉风机前后分析系统O2

XX钢铁集团动力厂

转炉风机前/后CO/O2分析系统

技

术

方

案

杭州长聚科技有限公司

目录

1.项目需求分析3

1.1检测工艺目的3

1.2关键需求分析3

2.系统方案设计4

2.1系统设计思路4

2.2系统方案图4

2.3系统结构4

2.4系统工作流程6

2.5系统测量原理6

2.6安装维护标定7

2.7技术指标8

2.8智能化网络9

2.9系统特点9

3.关于激光现场在线气体分析系统9

3.1系统简介9

3.2系统技术难点与创新9

3.3与传统分析技术的比较11

3.4与国外同类产品比较12

4.成套性13

5.公用工程13

6.客户服务15

6.1服务力量15

6.2服务流程15

6.3服务内容16

7.质量保证17

附录A、销售业绩19

1.项目需求分析

1.1检测工艺目的

在炼钢工艺中，高炉冶炼的铁水送到转炉中初炼，向转炉顶部或底部送入氧气，铁水中的碳与氧气发生反应，生成CO和CO2，并释放热量，将铁水炼成钢水。

初炼就是炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和出钢过程中主合金化。

钢水送到其他精炼炉进一步冶炼，可以得出优质钢。

炼钢产生的气体也称转炉煤气。

每炉钢的冶炼周期为30～40分钟，在冶炼的前期反应较慢，CO生成较少，在中期，反应旺盛，CO含量较高，在后期，反应渐渐稳定，CO也较少。

一般在CO达到30%以上，O2在0.8以下，回收CO，否则燃烧放散。

转炉煤气为负压，经引风机抽出，经湿法处理后水分含量一般为饱和水。

在引风机前后分析CO和O2的含量，符合回收条件回收，否则经三通阀燃烧放散。

在转炉煤气回收过程中，为保证有效、安全的回收和利用煤气，就必须在风机前或后安装CO/O2分析系统，以实时监测煤气管道中CO/O2的含量，避免煤气中的氧气含量过高导致在回收或使用中发生爆炸及避免不合格煤气的回收。

1.2关键需求分析

项目工艺关键需求是：

1响应速度

转炉煤气的有效回收和安全控制的关键因素是CO/O2分析仪器的响应速度，激光在线气体分析系统实现“在位”测量和毫秒级响应，响应时间<1s，避免了采样预处理响应滞后带来的安全隐患。

2样气排放

转炉煤气含有大量有毒、易爆气体，传统分析系统的尾气排放不仅会造成环境污染和爆炸，对操作人员身体也有害处。

激光在线气体分析系统无需抽气检验，没有样气排放问题。

3测量精确度

测量的准确性关系到对安全隐患判断的准确性问题，激光现场在线气体分析对原始气体进行分析，不改变气体成份，测量误差<±1%。

4防爆问题

转炉煤气风机前/后管道气是燃爆性很强的气体，如果煤气泄露会有爆炸危险，所以测量系统必须具有防爆功能，传统的测量方式预处理系统很难防爆，存在安全隐患。

5维护、标定

系统维护和标定的工作量不仅牵涉人力物力，而且降低了开表率。

激光在线气体分析系统的年维护和标定次数<2次/年；且维护标定非常方便。

6运行费用

设备的选型不仅考虑一次性投资，还要考虑将来的运行和维护成本。

激光在线气体分析系统无需备品备件，运行成本仅为电费、气源费和标定气费用。

2.系统方案设计

2.1系统设计思路

根据该项目CO/O2含量检测要求，我公司采用LGA-4120型在位式激光过程气体分析系统检测风机前/后的CO/O2含量。

LGA-4120激光过程气体分析系统是结合多年的激光气体分析产品的开发和应用经验，集成半导体激光吸收光谱、激光器波长自适应、一体化正压防爆、蓝牙无线通讯等多项创新技术，推出的新一代激光过程气体分析产品。

该系统的发射和接收单元直接安装在工业管道上。

整个系统由于无预处理及运动部件，使得其相对于传统红外等分析系统，运行的稳定性和可靠性大大增强，并且维护标定工作量和运行费用大大降低。

2.2系统方案图

2.3系统结构

LGA-4120型探头式激光过程气体分析系统的测量探头由发射单元和接收单元组成，具备了光谱分析、人机交互、正压控制、数据通讯等多项功能，极大的简化了现场安装和维护过程，提高了系统可靠性。

发射单元：

发射单元由人机界面、激光器驱动模块、中央处理模块、半导体激光器和精密光学元件等器件组成，主要实现半导体激光发射、光谱数据处理和人机交互等功能，其外形见右图。

发射单元通过连接锁箍与连接单元（或标定单元）连接，连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构、维护切断阀门和安装法兰等组成。

在对发射单元进行清洁或其他维护时，维护切断阀门可起到隔绝过程管道和操作环境，防止危险气体泄漏的作用。

接收单元：

接收单元由光电传感器、信号处理模块、电源模块和精密光学元件等部分组

成，其外形见右图。

接收单元的主要功能是接收传感信号，并将光谱吸收信号传输至发射单元进行处理。

与发射单元相同，接收单元也是通过连接锁箍与连接单元（或标定单元）连接，连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构，维护切断阀门和安装法兰等组成。

吹扫单元：

吹扫单元由过滤器、减压阀和稳流装置等组成，可使用压缩空（氮）气为气源，安装时可使用M16螺栓固定在接收和发射单元之间的位置；并将气源总管接入进气口，使用8mm的铜管/不锈钢管把吹扫单元的出气口连接到发射、接收单元的仪器法兰上的单向阀接口上。

正压控制模块：

LGA-4120激光过程气体分析系统有专门防爆设计，其发射和接收单元采用正压防爆设计，在箱体内部通入保护性气体（氮气）达到正压防爆的作用。

同时，系统接收单元内嵌了正压控制模块（见右图），该模块采用隔爆设计，内置压力传感、信号处理、电源控制和信息显示等模块，可对发射和接收单元内部的正压防爆气体的压力情况进行实时检测和控制，确保系统在危险场合的安全使用。

2.4系统工作流程

通上电源，开启根部阀，半导体激光器发射出的特定频率的激光通过发射单元穿过气体通道，接收单元中的传感器接收衰减后的激光束，并将测量信号传送给中央分析模块，中央分析模块通过对测量信号进行分析处理，得到被测气体浓度，气体浓度信息通过液晶显示屏显示出来并通过标准接口输出。

为了防止粉尘和被测环境中其它污染物在视窗上聚集，需用工业氮气等气体通过吹扫入口进行连续吹扫，以便在光学视窗与工业气体间形成一段气幕保护。

2.5系统测量原理

LGA-4120半导体激光气体分析系统基于国际领先的半导体激光吸收光谱技术（DLAS），即“单线光谱”测量技术。

具体来说，就是通过测量具有某一特定吸收谱线的激光束在穿过被测气体时发生的衰减信息，并根据激光强度衰减与被测气体含量间的正比关系，分析获得被测气体的浓度。

与非分光红外气体分析技术相同,DLAS技术也是一种吸收光谱技术，它利用Beer-Lambert关系来定量分析半导体激光能量被被测气体选择吸收产生的衰减来获得气体的浓度。

与传统非分光红外分析技术使用谱宽很宽且固定波长的红外光源不同，DLAS技术使用谱宽非常小（也就是单色性非常好）且波长可调谐的半导体激光器作为光源。

因此，DLAS技术具有传统非分光红外分析技术无法实现的一些性能优点。

⏹不受背景气体交叉干扰

半导体激光器发射的激光谱宽小于0.0001nm，是红外光源谱宽的1/106，远小于红外光源谱宽和被测气体单吸收谱线宽度，其频率调制扫描范围也仅包含被测气体单吸收谱线（半导体激光吸收光谱技术也因此被称为单线光谱技术），因此成功消除了背景气体交叉干扰影响。

⏹不受粉尘和视窗污染干扰

非分光红外气体分析仪在分析粉尘含量较大的气体时，粉尘和被污染的光学元件会引起气室透光率的变化，而固定波长的光源又无法区别气体和粉尘的吸收，因此无法自动修正粉尘对光学元件的污染影响。

而半导体激光的波长可通过调制工作电流而被扫描，使激光波长既扫描过有气体吸收的区域，也扫描过没有气体吸收的区域。

当波长位于吸收区域时可测得包含气体和粉尘在内的总透光率T总，当波长位于无气体吸收区域时可以测得粉尘透光率T粉尘，从而可以准确获得被测气体的透光率T气体=T总/T粉尘。

DLAS技术通过激光波长扫描技术修正了粉尘和视窗污染对测量的影响。

⏹不受被测气体环境参数变化干扰

被测气体环境参数—温度或压力变化通常导致谱线强度和展宽发生变化，对温度或压力信号不加修正就会影响测量结果。

而DLAS技术是对被测气体单一吸收谱线进行分析，因此可较容易地对温度、压力效应进行修正。

为此LGA-4100系统内置了温度和压力自动修正功能，能根据实际测量得到的被测气体温度和压力对气体成分测量值进行自动修正，从而可实现精确的在线气体分析。

综上所述，单线光谱技术、激光波长扫描技术和环境参数自动修正技术使DLAS技术可以被用于实现气体的原位分析，因此比非分光红外等传统采样气体分析系统具备更强的环境适应性。

并且由于激光气体分析系统省却了采样预处理装置，结构简单、无运动部件，维护标定方便、可靠性高，响应速度快而准确，大大提升了在线过程气体检测的水平。

2.6安装维护标定

安装时，在被测管道相对方向安装焊接法兰，发射单元和接收单元通过锁箍连接到仪器法兰（焊接安装如右图、系统安装效果如右下图）。

系统无需经常更换零部件，其日常维护工作通常仅局限于对光学元件的清洁。

因为在系统长期运行中，过程气体中的粉尘等污染物会污染光学元件，并使光学透过率下降，从而影响系统的正常工作，因此需要周期性地清洁这些光学部件。

而且系统需清洁光学视窗时会自动提示，其清洁步骤也简单到仅为：

关掉电源，松开锁箍，把接收单元和发射单元从仪器法兰上分别拆下，检查光学元件的污染情况并进行清理工作后，重新安装好发射和接收单元,并重新打开仪器电源后开始正常工作。

气体分析仪器的电子元器件的老化会导致分析系统参数缓慢漂移，并直接影响测量的准确性，因此需要对分析系统进行周期性的标定（初次使用时无需标定）。

但由于LGA-4120系列分析系统先进的测量原理和特殊的低漂移设计，与红外等分析仪器相比，它具有非常长的标定周期（三个月以上），而且标定方法简单，可以采用标定管标定方式。

标定装置如下图，即在安全的情况下，拧下锁箍，卸下发射和接收单元按右图方式进行安装和标定。

2.7技术指标

类别

参数

指标

技术指标

量程

O2：

0～5%co:

0～100%

响应时间

≤1s

光通道长度

≤15m

线性误差

≤±1%量程/六个月

量程漂移

≤±1%量程/六个月

维护周期

<2次/年,清洁光学视窗（无消耗品需要）

标定周期

六个月

防护等级

发射单元/接收单元：

IP65

防爆等级

ExpxmdⅡCT5

输出信号

模拟量输出

2路4～20mA电流（隔离、最大负载750Ω）

模拟量输入

2路4～20mA电流（温度、压力补偿）

通讯接口

RS485

继电器输出

3路输出（继电器规格：

24V，1A）

工作条件

电源

24V　DC（18～36VDC，>20W）

吹扫气体

0.3～0.8MPa工业氮气或净化仪表气等

环境温度

-30～60℃

安装

安装方式

DN50/PN2.5法兰原位安装

2.8智能化网络

LGA-4120激光过程气体分析系统集成多项数据通讯技术，用户即可通过蓝牙无线通讯模块与掌上电脑（PDA）等无线数据终端进行无线通讯，也可以通过探头内置的RS485接口，通过选配的信号传输单元或中央控制单元实现多探头的集中管理和远程无线通讯功能，实现激光过程气体分析系统的多测点、多组份的网络化管理。

2.9系统特点

⏹无需采样，现场测量

⏹响应速度快（<1s），煤气回收效益高

⏹测量精度高（≤±1%）

⏹不受背景气体交叉干扰

⏹自动修正粉尘及光学视窗污染影响

⏹结构简单紧凑、可靠性高，操作维护方便，运行费用低

⏹一体化正压防爆技术，模块化设计，可现场更换所有功能模块

⏹无线通讯，组网灵活

3.关于激光现场在线气体分析系统

3.1系统简介

聚光科技（杭州）有限公司在产品核心及关键技术领域拥有自主知识产权，现已申请并拥有多项发明专利、实用新型专利和软件著作权。

其研发生产的激光现场在线气体分析系统于2003年经国家法定检测部门检测，精度达到1级。

系统能够在高温、高粉尘、高流速、强腐蚀等恶劣环境下现场分析气体浓度和热值等。

为各行业提供迫切需要的非接触、实时、远程、多点连续的自动监测解决方案，并为优化生产工艺、节能降耗、能源气回收、安全及环保监测等提供了有效保障。

3.2系统技术难点与创新

在国内除了聚光科技（杭州）有限公司，还没有一家公司有实力去研发生产激光现场在线气体分析系统。

作为国内唯一，全球不多的激光在线气体分析系统的开发和供应商，聚光科技解决了以下技术难点：

①半导体激光吸收光谱技术

解决包括半导体激光波长锁定技术（使激光频率长时间稳定在吸收谱线频率处）、高灵敏度的调制光谱检测技术、光学Etalon噪音有效抑制方法等，并建立和完善了重要工业气体成分的吸收光谱数据库（吸收谱线位置、不同温度下的压力展宽、吸收谱线线强及其与温度的关系等）等。

②高性能半导体激光电流源技术

半导体激光器非常容易被浪涌电流和高频电磁辐射损坏，为此聚光科技开发了用于各工业现场的低噪音半导体激光电流源技术，在半导体激光电流源电路中设计大量保护电路模块来抑制各种原因产生的浪涌电流和电磁辐射。

同时，还通过降低激光电流源的噪音来降低激光强度噪音，从而提高系统的检测灵敏度。

③微弱信号检测技术和电磁兼容技术

为了提高检测灵敏度，除了降低上面提到的光学Etalon噪音外，还要降低各种电磁干扰噪音。

为此研发了高性能的微弱信号检测技术（低噪音设计、采用锁相放大技术）和电磁兼容技术（如良好接地、电缆线屏蔽等）。

④吸收光谱信号分析算法

激光在线气体分析系统实现了从测量获得的调制光谱信号中直接提取谱线展宽的数字信号处理方法，从而可以准确修正气体组分变化对气体浓度测量的影响。

很多时候，光学Etalon噪音或其他噪音的频率与信号频率接近，而聚光科技研发的、适用于这种情况下的噪音抑制算法，大大提高了恶劣工况下激光在线气体分析系统的检测灵敏度和可靠性。

聚光科技不仅掌握世界尖端科技——激光吸收光谱技术，可以解决和突破以上难点，而且与现有其他分析系统相比，聚光科技研发生产的激光在线气体分析系统还实现了以下技术创新：

●技术创新1：

开发的半导体激光在线气体分析系统实现了气体浓度的现场、连续测量，避免了背景气体的交叉干扰，自动修正粉尘、视窗污染所带来的数据误差。

由于采用非接触式光学测量而适用于强腐蚀、高温、高压、高粉尘的恶劣环境，解决了现有常用采样方式“在线”分析系统的弊病。

该技术创新点经鉴定为国内首创、国际先进。

●技术创新2：

在使用光谱技术测量气体成分时，如果气体组成、温度和压力发生了变化，则气体的谱线展宽就会相应变化，从而影响测量的准确性。

国外同类产品都是通过测量气体温度、压力，并且估计测量环境中的气体组成来计算谱线展宽，从而对测量气体成分进行修正。

这种修正策略的难点在于无法准确估计测量环境中的其他气体组成，从而造成测量误差。

对于此难点，聚光科技在国际上率先实现了通过数字信号处理的方法直接从检测的调制光谱信号中准确提取谱线展宽，从而避免了谱线展宽变化导致的测量误差。

●技术创新3：

国际上现有同类产品一般都只有4～20mA电流、RS232等数据输出方式，聚光科技的激光现场在线气体分析系统除了以上方式外，还开发了可选配的无线数据传送模块，使本产品具有无线网络传输功能。

该无线数据传输模块可以实现：

对仪器内嵌程序版本实现无线远程升级；分析信息、数据的远程传输；远程收集系统工作状态，实时设置仪器参数等。

这是国际上首次在半导体激光在线气体分析系统上实现无线数据传送。

3.3与传统分析技术的比较

●LGA系列激光现场在线气体分析系统与传统的红外、顺磁、电化学等技术不同，它采用国际领先的半导体激光吸收光谱技术（DLAS），设计中充分考虑了粉尘、焦油、水分等的干扰因素，充足利用了挡板、吹扫内棒、吹扫箱、玻片、透镜等部件的作用，从而使其在实践使用中，无需采样预处理系统亦可在各种环境包括高温、高粉尘、高流速、强腐蚀等恶劣环境下现场分析气体浓度，从而达到高稳定性和可靠性的实用效果。

●现阶段对转炉煤气的分析方式主要分为连续采样分析和实时在位分析两种。

连续采样分析系统一般采用带预处理装置的红外气体分析仪或磁氧表，实时在位分析系统一般采用激光在线气体分析系统。

其基本结构如下图所示。

●

从上图可见，实时在位的激光现场在线气体分析系统直接安装在过程气体管道，整个分析系统除却了复杂的采样和预处理系统，结构简单、无运动部件，解决了传统在线气体分析系统的众多弊病：

指标

LGA系列激光在线气体分析系统

传统在线气体分析系统

预处理系统

无需

必需

测量方法

现场、连续、实时测量

采样预处理后间断测量

环境适应性

恶劣环境适应能力强

恒温、恒压、恒流、干燥及干净的气体

响应速度

快：

仅取决于仪表响应时间，小于1s

慢：

为样品气传输和仪表响应时间总和

准确性

实地测量，气体信息不失真

气体信息失真

连续性

连续测量

间断测量：

反吹时无法测量

可靠性

无运动器件，可靠性高

较多运动部件，可靠性低

介质干扰

不受背景气体交叉干扰；自动修正粉尘及光学视窗污染干扰

受背景气体的交叉干扰，无法定量修正粉尘及光学视窗污染干扰

样气排放

无样气排放，安全无污染

有样气排放，危险有污染

维护标定

维护：

1～2次/年；标定：

1～2次/年

维护：

经常；标定：

一个月2～3次

运行费用

无需备品备件；运行费用接近于零

需要较多备品备件；年运行费用高

3.4与国外同类产品比较

与国外同类产品相比，LGA系列激光在线分析系统在软硬件方面也具有明显优势：

①具有自动谱线展宽修正功能，分析气体浓度时不受被测气体环境中气体组成变化的影响，可应用于气体组成有较大变化的场合。

②LGA系列产品可选配GPRS无线数据传输模块，通过该模块，聚光科技可为用户提供远程程序升级、设置和优化分析系统参数等服务。

③国外引进关键技术和部件，国内进行研发并量身定制，充分考虑了国内用户的现场工况和供货需求，为项目的按期、顺利实施也提供了有效保障。

其他（如系统的供货、服务等）比较如下表：

FPI

国外品牌某供应商

国内品牌某供应商

国内案例

成功案例多

非常少　

少，成功案例更少

稳定可靠性

经过一年的应用，产品的可靠性经受考验　

因采用内置标定腔和分布式，系统冗余受影响　

一般

系统功能性

好，外围数字化功能（GPRS，PDA等）　

一般，预留自动化控制接口　

一般　

应用点拓展能力

好：

已积累相当的产品应用经验和成功案例

较好：

较为强大的技术背景

差：

国内失败案例多

生产供应能力

好：

不断壮大和成长的本土化研发生产队伍

一般

一般

服务能力

好：

完整的销售、技术和工程服务体系

一般

主要依赖代理商

差

完全依赖代理商

4.成套性

全套的分析系统应包括下列部分：

●LGA-4120探头型半导体激光在线气分析仪2台

●校表用气2瓶

●随机备品备件1套

●用户操作手册2本

●其他随机文件1套

LGA-4120探头型半导体激光在线气分析仪配置清单（单套）

类别

名称

组成部件

规格型号

数量

备注

LGA-4100半导体激光气体分析仪1套

主体设备

发射单元

激光器模块

LG4120-0-J

1个

人机界面模块

LG4120-0-R

1个

I/O控制模块

LG4120-0-I

1个

精密过滤模块

LG4120-0-M

1个

接收单元

传感器模块

LG4120-0-C

1个

信号处理模块

LG4120-0-X

1个

正压控制模块

LG4120-0-Z

1个

吹扫单元

LG4120-MC

1套

标定单元

LG4120-MB

1套

焊接法兰

LG4120-MH

1套

仪器法兰

LG4120-MY

2个

吹扫内棒

LG4120-MN

2根

连接阀门

LG4120-ML

2个

配件

回路电缆

（发射&接收）　

LG4120-PD

1根

铠装电缆

保险丝

LG4120-PB

2个

5.公用工程

分析系统所需的公用工程：

准备内容

技术指标

材料型号

起点

终点

备注

电源电缆

24VDC

功率>=20W

KVV2*1.0

外径8mm

用户电源

模块

接收单元

要留有余度

吹扫气源

氮气或仪表风

0.4～0.8MPa4m3/h

G1/2

镀锌钢管

氮气气源

安装平台

预留G1/2内螺纹球阀

RS485

通讯电缆

差分传输出

屏蔽双绞线

KVV3*1.0

外径8mm

控制室

发射单元

用于设备与PC连接或组网，RS485通讯电缆总长度≤800m。

长度实际，可选。

信号输入、

输出电缆

模拟量、继电

器信号传输

KVVPxx*1.0

外径20mm

用户控制室

信号柜

发射单元

包括浓度信号、报警信号、温度和压力补偿信号,具体情况可视客户需求而定。

安装维护平台

在架空管道等其他不便安装和维护的场合，需要加装安装维护平台

备注：

测氧系统必须使用氮气作为吹扫气，氮气纯度要求≥99.99%；系统如需配制氮系统，制氮系统配套工作要求另附。

6.客户服务

长聚科技作为一个集仪表研发、系统设计、产品生产、服务提供为一身的综合性仪表供应厂商，一直以来严格遵循“360°优质服务”的客户服务理念，以提高顾客满意度为根本目标，从服务力量、服务流程、服务内容等各个方面为客户提供全方位的优质服务。

6.1服务力量

我公司的服务部门由销售部、系统设计部、系统集成部、现场服务部、客户服务部等组成，另外还有研发部、采购部、生产部、测试部、质管部等后端技术和业务部门支撑。

我公司在全国各个区域都设有销售和工程服务办事处，在公司总部设立了呼叫中心、技术支持中心、客户培训中心和维修测试中心等客服部门，构成了遍布全国的健全的服务组织架构。

我公司拥有技术预研、产品开发、系统设计、系统集成、技术支持、客户服务、维修测试等各种技能和专业的高级人才，充分保证客户服务所需的人力资源。

我公司的全体员工时刻关注着您的需求，随时为您服务，时刻关注着系统的运行状况，为您的系统保驾护航。

6.2服务流程

我公司经过多年的经验总结，形成了一套完整合理的客户服务流程体系，服务流程包括销售服务、系统设计、采购、生产、检验、工程实施、投运、维护等各个环节。

公司对相关的服务流程持续的完善和优化，使系统服务的质量管理更加标准化、程序化、规范化，为系统服务工作奠定了扎实的基础。

6.3服务内容

我公司为客户提供技术咨询、方案设计、技术交流、产品制造、系统集成、现场勘察、工程实施、技术培训、服务热线、故障处理、回访、巡检等全过程、全方位、全系列的服务。

这些服务让客户体验到长聚高质量的服务，为客户创造了更高的服务价值。

⏹方案设计和技术交流

我公司拥有钢铁冶金、石化化工、环保电力、水泥建材、空分制气等多个工业和环保行业的分析仪表及报警系统的应用经验，能够针对各个用户不同行业、不同工艺点的特殊需求，为客户设计定制化的解决方案