颗粒激光在线监测系统简介及常见故障排除.ppt

1、JJD-VI催化剂颗粒激光在线检测系统-原理及故障判断陈志强一一催化剂颗粒激光在线监测系统简介催化剂颗粒激光在线监测系统简介1概述概述烟气轮机是炼油厂催化装置的关键设备，烟气轮机能否正常运行，直接关系到催化装置的能耗和效益。而烟机的运行寿命与高温烟气中所含催化剂的粒度和浓度有直接关系，监测烟气管道中催化剂的粒度和浓度，对保证烟气轮机的正常运转将起到重要作用。目前，国内外的监测手段有离线和在线两种。离线监测就是现场动态多点采样，然后在分析仪上进行分析，这种方法由于采样环境温度高，采样时间长，不能适应现代技术发展与生产的要求。在线监测即利用激光监测仪，在现场直接测出高温烟气中催化剂的浓度和粒度。西

2、安毅达信息系统有限公司研制生产的催化剂颗粒激光在线监测系统，准确有效的实现了烟气管道中催化剂颗粒浓度、粒度分布和变化趋势的实时在线监测，为我国炼油厂催化装置关键设备安稳、长周期的运行提供了现代化监测手段。2理论依据理论依据当光束照到被认为是球体的颗粒上时，会产生光的散射及吸收现象。对于某个颗粒来说，如不存在多次散射，则散射光与颗粒大小和浓度有关，这就是著名的梅氏散射理论（MIN，1908）。随着激光和计算机应用技术的发展，符合梅氏散射条件的烟气管道中的催化剂颗粒场，即可通过基于梅氏理论设计开发的激光监测系统，实现实时在线监测。当一束平行光打在一个颗粒上时，一部分光被散射，一部分光被吸收。因此颗

3、粒与两面个测量截面吸收截面和散射截面有关。每一个理论上的截面将从原光束中分出一部分光。如果我们计算散射光与吸收光的比例，作为与两个截面有关的信号，我们就能估算出颗粒的体积或平均直径；如同烟气气流中的情形一样，同时包含许多颗粒，颗粒的总体积或平均浓度就可以被确定。对测量环境无害的激光器，最适用于监测气流中的高温催化剂颗粒。由于激光是相干单色光，所以很底能量也可在相对长距离上集中在狭小的光束中，为此我们选用的是一种氦氖激光器（HN-L），其中光束直径为0.83mm发射功率为1mw（注：JJD、用4mw）,光束发散角小于1mrad。3系统构成系统构成催化剂颗粒激光在线监测系统，是安装在三级旋风分离器

4、进出口烟气管道上，监测其中烟气夹带催化剂颗粒浓度和粒度大小分布的专用仪器，简称激光监测系统。系统包括发射子系统、接收子系统、信号处理子系统、工业控制计算机子系统、吹扫子系统。图1系统总体结构示意图图2发射器和接收器结构简图发射和接收系统发射和接收系统发射激光管和接收激光管对称安装在烟道两侧，系统的计算机控制中心供给发射器和接收器低压直流电源信号及散射功率和参考信号。由发射器发出的激光束沿管道径向横穿烟气管道进入接收系统；接收器检测透射光能，收集并检测某一环带孔径内的散射光能。由于电子系统不能直接对光学量进行处理，因此所有的光学信号须经过光/电转换。图5信号处理系统方框图信号处理系统信号处理系统

5、信号处理系统主要处理来自接收系统的透射光能信号和散射光能信号。光点打在位敏器(即在1个硅片上沿x,y轴线分割成4个象限面积相同的器件)上后，经电路的数学处理，就可以判别光束打在哪个象限。处理器共处理X,-X,Y,-Y，散射光信号和激光光能信号6路电信号。信号处理后，各路信号除了用作状态显示外，还要经过A/D转换，传送到计算机控制中心，并由控制系统输出必要的信息。其中模拟量和数字量的转换，需要考虑在线监测的速率和精度。图6计算机控制中心工作程序框图计算机控制中心系统计算机控制中心系统计算机控制中心系统包括计算机主机、显示器、键盘、打印机、记录仪、报警仪、显示仪表、控制电路。吹扫系统吹扫系统为防止

6、高温烟气腐蚀激光管和石英玻璃窗在热态工作环境下表面被催化剂颗粒污染粘糊，以及防爆的要求，特设计了吹扫系统。吹扫系统一方面保证发射和接收系统电子组件的工作温度，使发射、接收子系统内形成空气正压，以隔离高温环境的影响，另一方面保证石英玻璃窗不被催化剂颗粒粘糊。吹扫风采用净化的压缩空气。4系统功能和作用系统功能和作用激光监测系统具有完备的监测、信号处理、数据处理、报警、连续记录、打印报表等功能，而具有这些功能的激光监测系统，将为炼油生产工艺控制和设备维护提供科学依据。41通过比较三旋进、出口烟气管道中的颗粒浓度和粒度大小分布数据及其变化趋势，能够精确地测定三旋的分离效率，并判定三旋设备的运行情况和趋

7、势。如果通过浓度比较、计算出的三旋分离效率是否符合设计要求，即可考虑维修和更新设备。42烟气管道中的颗粒和粒度大小分布超过设计要求时，激光监测系统将发出警告；通过分析比较三旋进、出口的颗粒浓度变化趋势，即可判断是三旋设备本身的性能故障，还是前道工序设备性能的故障，并由此可实现生产工艺控制和准确的设备故障检测。43通过监测烟气管道中颗粒浓度和浓度变化趋势，能够有效地保证烟轮机在正常的工况下运行，进而延长烟机的使用寿命。44通过监测烟气管道中催化剂浓度的变化，来判定催化剂的投放是否均匀，进而优化操作工艺，提高催化系统的出油率。5环境要求环境要求51系统对提供电源要求供给仪表柜电源：采用交22020

8、V，50Hz，5A单相电源。供给激光发射部分的电源：采用交流22020V，50Hz，1A单相电源。5、2系统对提供气源的要求必须是经过干燥和净化的仪表风。风量不小于0.025m3/s露点-30风压不小于0.5Mpa5、3监测系统的工作温度-30+501、5、4激光点火延时35s二二催化剂颗粒激光在线监测系统操作催化剂颗粒激光在线监测系统操作主界面主界面本系统启动后即进入该界面(见图1)，本界面有四部分组成：分为系统主菜单区；快捷按钮区；工况图区；显示状态区；系统状态区。系统正常运行状态为全屏显示，系统不能最小化。主菜单以下拉菜单的形式操作系统的各个功能模块，其菜单项包括：系统维护，过程监测，帮

9、助三项。图1系统运行主界面“系统维护系统维护”菜单中的子菜单项：参数设置退出系统“过程监测过程监测”菜单中的子菜单项：实时监测历史趋势报表打印报警信息“帮助帮助”菜单中的子菜单项：关于本系统系统在线帮助“快捷按钮区快捷按钮区”以按钮的形式操作本系统中几个常用的用户界面，包括:参数设置退出系统实时监测历史趋势报表打印报警查询系统在线帮助点击各按钮即可进入相应界面，快捷方便。工况图区工况图区该区上部以工况图的形式显示三旋出入的基本参数采样型号，下部以表格形式显示三旋出入的采集信号和颗粒浓度，在最下边是三旋出入口的转换按钮。显示状态区显示状态区该画面上部分显示的是浓度的实时变化曲线，下部分显示的是粒

10、度的实时变化曲线，趋势图下方的几个编辑框用于显示或修改浓度趋势图的浓度高限值、趋势变化范围（量程）；当在浓度高限值的编辑框输入某一个数值敲回车键后即可改变浓度的高限值，同时图中用于指示高限值的点画白线也跟着作相应变化。量程上下限编辑框主要用于改变曲线的显示范围，在其中输入相应数值并敲回车键后浓度曲线将作相应变化（浓度值(Y轴)范围将放大或缩小）。（注：当量程上限小于等于量程下限时，图中曲线无变化）。对图中的浓度曲线可作以下操作：A:水平移动曲线水平移动曲线：点击该曲线图标题栏的X轴滚动使其变为黄色，再点击曲线按住鼠标左键左右移动曲线。B:纵向移动曲线纵向移动曲线：点击该曲线图标题栏的Y轴滚动使

11、其变为黄色，再点击曲线按住鼠标左键上下移动曲线。C:水平缩放曲线水平缩放曲线：点击该曲线图标题栏的X轴放大使其变为黄色，再点击曲线按住鼠标左键左右滑动即可使曲线的时间轴放大或缩小。D:纵向缩放曲线纵向缩放曲线：点击该曲线图标题栏的Y轴放大使其变为黄色，再点击曲线按住鼠标左键上下滑动即可使曲线的Y轴值放大或缩小。E:光标定位光标定位：点击该曲线图标题栏的光标定位使其变为黄色，此时曲线图上出现一条垂直的黄色直线，移动该竖线，可在标题栏区及该界面的上部分看到数值的变化，曲线图的标题栏区显示有X和Y的值，X值为竖线处的时间，Y值为对应该时间的浓度值。系统状态区系统状态区该区主要用于显示当前系统运行状态

12、：如风压报警、浓度超高限报警、采样报警及系统时间。三三日常维护常见故障及排除日常维护常见故障及排除维护的措施维护的措施激光在线监测系统的日常运行对工况的要求和它所处的外部环境之间有很大的矛盾；鉴别催化剂颗粒的浓度及粒度，是通过激光的单色性，相干性优越的性能，但是它总还具有光的一般特性，利用激光通过烟气是能量的衰减及能量的发射，通过定量计算而定性及定量给出人们期望的结果；正是因为激光还是光，所以要保证进入烟气和逸出烟气的透射激光能以及散射激光能仅携带催化剂颗粒的信息时，对这个保证就是非常必要，而且要非常重视之，况且还需要掌握解决这个保证有问题时的方法。其中之一便是石英玻璃及吹扫风，吹扫风要求是干

13、净的净化风，气压在保证流量的前提下最好是0.3MPa0.4Mpa;石英玻璃污染对激光透过光能及散光光能产生很大的影响,从而影响对计算浓度等的精确性.其二便是对中,由于激光发射装置及接收装置及接收装置处于烟气管道上，长期经受震动，热膨冷缩，天睛下雨许多因素的影响，对中就成了一个比较重要的问题；第五代产品JJD-的使用，可以免对中维护，从而大大降低系统维护工作。常见故障排除常见故障排除1无任何信号无任何信号表现特征：采样报警，浓度为一条直线。原因有：1.1斩光器停振：因一切信号都由斩光器调制，所以一旦斩光器无信号一切信号都将没有。排除方法：打开发射视窗，检查视窗接线上直流+15V-15V是否加载（

14、测试斩光器电源是否加载），如果有DC30V，测量斩光器另一根白线对GND是否有AC5V以上电压输出（T信号有无输出）。如果没有，更换斩光器。1.2激光管未亮：因一切信号都由激光管发出的，所以一旦激光管无光一切信号都将没有。排除方法：检查是否有AC220V电压到高压电源，如果没有，请柬差AC220V电源。如果AC220V电源有，更换激光管。1.3发射驱动器没有+15V-15V输出。因斩光器电源由此处供，所以一旦没有，斩光器将停振。排除方法：打开防爆接线箱，测量发射驱动器中的DC12V是否加载（测试模块电源是否加载），方法：直流档一表笔对12V，另一表笔对地，先适应为10.8至12.1伏。如果没有

15、DC12V，检查控制室到现场的直流12V电压接线是否松动，掉线等。如果有12V输入，但没有DC+15VDC-15V输出，更换驱动器。2工作不稳定工作不稳定表现特征：发射光能采样报警，浓度值上下波动较大。原因有：2.1激光管功率降低衰减。排除方法：更换激光管。2.2分光镜有污浊。排除方法：用脱脂棉球擦拭分光镜。2.3电子线路失常。排除方法：运算放大器TL071、TL074损坏，需更换。2.4斩光器输出电压过低或波动。排除方法：更换斩光器。2.5接收端无电压输出或输出电压比较小。排除方法：更换单象限探测器。3浓度变化异常浓度变化异常表现特征：浓度逐步上升。原因有：3.1激光束打偏。排除方法：进行“对中心”操作。3.2石英玻璃镜面粘糊。排除方法：检查石英玻璃镜面是否粘糊，进行“擦拭石英玻璃”的操作。3.3透镜组污浊。排除方法：擦拭透镜组。谢谢-陈志强