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我国在线分析仪表及PAT技术的新进展


  新世纪的重要新技术之一的PAT过程分析技术,在我国近年来已经取得了长足的进步。作为PAT技术的一部分,在线分析仪表由于“节能、减排、安全、环保”等需求的增加也取得了发展。本文将从四个方面阐述我国在线分析仪表及PAT技术的新进展。
  水质在线分析仪表及系统
  由于环保的要求,水质在线分析仪表及系统已经成了环保部门对辖区水质状况进行实时监测的主要手段,已能够实时、连续、稳定、可靠地提供准确、快速的监测数据。作为水质自动监测,还要实行远程监控,达到掌握主要流域重点断面水体的水质状况,预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制、排放达标情况等目的。在水质自动监控系统网络中,中心站通过卫星和电话拨号两种通讯方式实现对子站的实时监视,托管站也可以通过电话拨号方式实现对所托管子站的实时监控。其他经授权每个子站是一个独立的水质自动监测系统,一般子站有一台或多台的多参数水质自动化分析仪组成,另有固定式子站和流动式子站(拖车—监测小屋)共三种。子站分采水单元,配水单元,分析单元,控制单元,子站站房及配套设置。
  国内在水质氨氮监测等复杂仪表的深入研究方面也取得很多成果。如北京市化学工业研究院研制出自动化程度很高的智能分析系统,为环境管理提供了有力的监管工具,目前我国已有30多家企业有了认证合格的相关产品,国内在2003年也颁布了“氨氮水质自动分析仪技术要求”(HJ/T101-2003)标准,规定了地表水、工业污水和市政污水的基于电极法和分光光度法的氨氮水质自动分析仪的技术性能要求和性能试验方法。
  气体在线分析仪表及系统
  从环保的角度看,气体在线分析仪表及系统比水质在线分析仪表及系统更为重要,大气污染物排放标准等,从法规上要求安装连续排放监测系统CEMS。近十余年间,我国固定污染源安装了1.8万套CEMS,具体标准有HJ/T75固定污染源烟气排放连续监测技术规范、HJ/T76固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法以及HJ/T212污染源在线自动监控(监测)系统传输标准。
  目前还试点燃煤电厂排放烟气中汞的连续自动监测、超声波流速测定仪解决低流速(<=3m/s)烟气测定、适应宽范围气体浓度的测定专项技术。此外,美国博纯公司提供的一种创新的冷干直抽法CEMS样气预处理技术是样气除湿的好技术。实现由“点末端监控”向“全过程监控”的转变,协调实验室检测项目、便携式仪器检测项目等控制工程网版权所有,适应新形势下对生态文明的要求。
  为了环保的需要,环保部已修改了《环境空气质量标准》,将PM2.5列入环境空气基本监测项目,有条件的城市均开展了大气颗粒物PM2.5的监测。目前所用监测仪大部分是引进国外产品。为此,国内如青岛佳明测控公司也进行了开发。目前国际上的监测方法有微量振荡天平法和β射线法,β射线法按照输出方式不同,分为实时方法和时均值方式。青岛佳明测控公司就采用β射线法的实时显示方式。该公司解决了计数器选择和数据处理、等在炼油、石化、化工行业的应用
  在炼油、石化行业、在线分析仪表的选用越来越普遍,投资越来越上升。据中石化咨询公司谢怀仁、石彦秋提供的数据显示:某大型乙烯装置,进口自控仪表设备费为2亿元,进口在线分析仪表设备费为5000万元,即4:1;某大型聚乙烯装置,进口自控仪表设备费8000万元,进口在线分析仪表设备费1700万元,其中远红外总碳氢分析仪500万元,在线气相色谱仪500万元,氧分析仪400万元,水分析仪300万元,即4:0.85;某大型硫磺回收装置,进口自控仪表设备费500万元,进口在线分析仪设备费250万元,即2:1;某油品长输管线分输站,进口自控仪表设备费200万元,进口在线分析仪设备费100万元,即2:1。而在线分析仪主要集中在如下几方面:在线质量分析仪(工业色谱、全镏程分析仪、质谱仪等)、在线近红外分析仪、工业核磁共振仪、放射性仪表(料位密度测量)以及环境监测和水质分析仪等。
  通力分析自控技术公司罗海涛的“炼油过程应用在线分析技术提高油品品质和轻质油收率”的报告中,对油品质量在线分析工作进行了总结,主要产品有汽油镏程在线分析仪、倾点在线分析仪、饱和蒸汽压在线分析、粘度在线分析仪以及闪点在线分析仪等油品质量分析仪表,以及各类油品预处理系统、分析小屋及分析仪表成套系统、远程工作站,先后在兰州石化、新疆克拉玛依、天津大港石化、大连石化、华北石化、湖南长岭石化、广州石化、上海高桥炼油厂、陕西榆林石化、洛阳石化、河北沧州石化、山东济南石化、西安石化、新疆独山子石化、武汉石化、江苏清江石化、延安炼油厂等30个炼油企业得到了很好的应用。如武汉石化焦化柴油项目进行卡边操作,柴油95%点由投用前平均357℃提前到了投用后363℃,平均提高了6℃,按每提高1℃即产生680万元计算,柴油95%点提高了6℃,每年增加3500万元以上的经济效益。独山子石化公司炼油厂加氢裂化车间罗祥生在“全镏程在线分析仪在加氢裂化装置中的应用探讨”一文中指出,该厂60万加氢裂化装置采用了IDA系列全镏程在线分析仪(通力产品),2011年10月底开始调试,2012年1月15日正式投用。至今运行平稳,实现生产过程在线质量监测、全塔优化控制,年经济效益为1519.3万元。
  在医药、食品行业的应用
  医药等行业对于在线分析仪表及系统的需求,从PAT过程分析技术来说,与石化等行业是相似的,特别是塔、釜、罐等工艺设备的测控,燃烧、冷却等控制,节能环保的要求等,并无特别之处,但制药流程后处理部分,如颗粒和药丸干燥过程的测量控制,在线分析仪表及系统仍有用武之地。济南金宏利实业公司董海平等人在“AOTF-NIR光谱技术在线测量G/att流化床湿度”一文中,介绍了颗粒和药丸干燥过程的含水量和湿度的控制。作为现代制药领域对湿度控制主要手段,流化床喷雾制粒是一种复杂的生产过程,物料含水量变动较大,药物颗粒表的湿度和内部湿度准确的检测是个难题。将近红外(NIR)反射光谱法用于流化床干燥制粒,监测喷雾阶段并可以测定干燥终点。通过在线红外技术收集干燥不同阶段产品的近红外光谱图,结合其它过程测量技术组合建立线性校正模型,可以实时监测干燥过程。具体采用luminar3075小型AOTF-NIR光谱仪(美国Brimrose公司),AOTF为声光可调滤光器(Acousto-optictunablefilter),结构简单,光学系统无移动性部件,体积小,集光能力强,波长切换快、重现性好,程序化的波长控制使得灵活性强,在现场使用广泛。
  结束语
  在线分析仪表及系统在应用中成长,正逢其时,特别是CEMS带动了大批民营企业兴起,正在形成产业;在线分析技术(PAT),应该由制造商、设计研究院(研究设计院)、最终用户合作,共同努力,让它产生巨大的经济效益和社会效益;以开放的精神,在国际合作的大背景下,把质量、品种及有自主知识产权的创新专项工作,踏实的搞上去。
  现在比较多的谈到传感器,实际上在线分析仪器就是传感器中的一种,取样方式多了,模块化了,微型化了,智能化了,就不会再把在线分析仪表与自动化仪表分家了。十二五期间,我们应乘传感器的东风,首先在在线物性分析仪表和在线电化学式分析仪方面追上去。

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