GC1000色譜分析儀在八鋼新區(qū)高爐中的應(yīng)用

姜洋

【摘要】介紹GC1000氣相色譜儀分析系統(tǒng)原理，應(yīng)用在寶鋼集團(tuán)八鋼公司新區(qū)2500m?高爐的爐頂煤氣在線分析狀況，并簡述該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。在2500m?高爐頂壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)煤氣管道上安裝煤氣分析儀，通過煤氣分析儀獲取高爐內(nèi)產(chǎn)生氣體的相關(guān)數(shù)據(jù)及趨勢，對高爐上升管煤氣進(jìn)行分析，可以幫助操作人員了解高爐爐況。有效避免安全事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵字】氣相色譜儀、高爐、結(jié)構(gòu)；

1、GC1000 系列工業(yè)色譜儀

1.1、色譜儀系統(tǒng)的原理

氣體色譜儀是一種成份分析儀器，它將一定容量的待分析的多組份混合氣體輸入到色譜柱中，在色譜柱中對各組份進(jìn)行分離，然后用檢測器測量各種組份的濃度。工業(yè)氣相色譜儀間歇性地按周 期進(jìn)行分析，因此可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣。下面說明 GCl000D/GC1000S 工業(yè)氣相色譜儀的測量原理。

1.1.1 采樣分析原理

氣相色譜儀的樣品分析機(jī)構(gòu)由采樣機(jī)構(gòu)、色譜柱和檢測器三部分組成。待分析的樣品用采樣閥進(jìn)行采集，采樣閥有采樣和分離及檢測兩種工作狀態(tài)。在分離及檢測狀 態(tài)時(shí)，取樣閥應(yīng)能讓需要測量的氣體（液體）流過采樣閥的定量管。采樣狀態(tài)時(shí)，載氣將采樣閥定量 管中需測量的氣體（液體）樣品帶入色譜柱中（見下圖）。 關(guān)于采樣有兩點(diǎn)需注意：因?yàn)樾枰貜?fù)采樣，所以采樣的體積應(yīng)固定不變。此外，采樣必須迅 速可靠。實(shí)際測量中，使用—根溫度和壓力固定且定體積的的樣品定量管來保證采集的某一氣體（液 體）的體積不變。使采樣迅速而可靠的方法是待測量的氣體始終不停地流通。

1.1.2 色譜柱分離

氣相色譜儀可使用三種色譜柱：填充色譜柱（Packed Column），大孔 徑毛細(xì)管柱（Mega-bore Column）和毛細(xì)管色譜柱（Capillary Column）。填充色譜柱為內(nèi)徑約 2mm，長度 0.2—2.0M 的不銹鋼管，管內(nèi)充填有可對分析組份進(jìn)行分離的填充物，這種填充物稱作固定相。大孔徑毛細(xì)管柱和毛細(xì)管柱的直徑分別約為0.5mm和0.3mm左右，管的內(nèi)表面涂覆有—薄層稱 為固定相的物質(zhì)。 多組份混合樣品中的各種成份和載氣稱為流動(dòng)相，流動(dòng)相通過色譜柱時(shí)，反復(fù)的溶入固定相并 以一特定的比率從固定相中揮發(fā)出來。該比率與各種成份特定的分配系數(shù)有關(guān)。不同的組份有不同 的分配系數(shù)（Partition Coefficient）。由于有不同的分配系數(shù)，各種成分通過色譜柱時(shí)有不同的傳輸速率，也就是在色譜柱中有不同的通過速度。這樣一來，多組份混合樣品中的各種成份在色譜柱中被分離為單一的組份并按一定的 時(shí)間順序從色譜柱中流出。下圖表示出由 A，B，C 三種組份混合的樣品氣通過色譜柱以及在一定時(shí)間內(nèi)被分離成各種獨(dú)立的組份的情形。

1.1.3 熱導(dǎo)檢測器（TCD）原理

在色譜柱中被分離的各組份被送往檢測器，用檢測器測量各個(gè)組份的濃度。熱導(dǎo)檢測器可以測量幾乎所有的非腐蝕性的組份，但靈敏度較低。熱導(dǎo)檢測器利用被測氣體與載氣間導(dǎo)熱性的差別，測量電橋電路中產(chǎn)生的不平衡電壓，從而測 量出被測氣體的濃度。熱導(dǎo)檢測器通常用來測量被測氣體（液體）的百分濃度。

1.2、色譜儀系統(tǒng)的構(gòu)成

GC1000氣相色譜儀是一體化的整機(jī)結(jié)構(gòu)，按照它們的功能可以劃分為五個(gè)部分，它們是： 1.正壓防爆盒裝置：安裝儀器采用的正壓充氣防爆所需要的控制聯(lián)鎖和接線。 2.電氣控制部件及接線端子組件：安裝儀表自動(dòng)運(yùn)行控制及組份含量計(jì)算所需的的微機(jī)控制器及各種控制電路板和控制機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的接線端子板。 3.色譜分析部件：安裝儀表分析所必須的恒溫加熱爐、采樣閥和控制閥件、色譜柱、檢測器組件，以完成樣品組成及含量的分析 4.樣品采集部件（可選部件）：擔(dān)負(fù)對現(xiàn)場工業(yè)樣品的接入及控制。 5.氣體調(diào)控組件：對儀表工作所需要的載氣、驅(qū)動(dòng)氣、吹掃氣、燃燒氣，助燃?xì)獾鹊膲毫α髁康葏?shù)進(jìn)行調(diào)整和控制；

3、改進(jìn)優(yōu)化

3.1儀表分析用載氣管路的改進(jìn)

分析儀表需要?dú)錃夂偷獨(dú)?種載氣，載氣為鋼 瓶裝的高純度氣體，每30天需更換一次。如果更換 時(shí)間超過5min，設(shè)備會(huì)停機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)無擾切換載 氣，使用三通閥連接兩路管道，增加了一路連接載 氣鋼瓶的管路。當(dāng)更換載氣時(shí)，先把新載氣瓶連接 好，打開這一路的閥門，然后再關(guān)閉需更換下來的氣 瓶前的閥門，這樣就做到了無擾更換載氣。

3.2自動(dòng)排放系統(tǒng)

設(shè)備設(shè)計(jì)前期采用手動(dòng)排放廢氣，如果人員檢修維護(hù)不到位，或者地區(qū)溫度降低，溫差較大時(shí)就會(huì)造成設(shè)備內(nèi)積水較多，容易造成分析儀主機(jī)燒毀，后果不堪設(shè)想。采用時(shí)間繼電器和銅質(zhì)電磁閥的組合，組成自動(dòng)排放系統(tǒng)，既解決了手動(dòng)排放的困難，也提升了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定率。

4、儀表的日常維護(hù)檢修

4.1、防爆結(jié)構(gòu)

儀表維修前首先應(yīng)檢查防爆結(jié)構(gòu)，以確保儀表的防爆性能不變。該項(xiàng)檢查主要應(yīng)檢查以下幾項(xiàng)。1）. 系統(tǒng)的正壓保護(hù)盒上的固定螺釘有否損壞和松動(dòng)。2）.外殼和透明視窗有否損壞。3）.任何襯墊有否破裂或嚴(yán)重變形。

4.2、更換鋼瓶，

更換載氣或標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶后常需要檢查鋼瓶減壓閥周圍有無泄漏。鋼瓶更換后的三天內(nèi)至少要檢查 2～3 次。

4.3、泄漏檢查

儀表的任何管接頭件或內(nèi)外部零件在更換或檢修后都必須檢查接頭是否有泄漏。檢漏時(shí)應(yīng)保持管子處于加壓狀態(tài)，用肥皂水（“SNOOP”或其它裝置）涂在接頭處進(jìn)行檢漏。發(fā)現(xiàn)泄露時(shí)應(yīng)擰緊接頭或更換不合格零件。任何泄露都會(huì)影響儀表的正常工作、降低分析結(jié)果的準(zhǔn)確性或增加氣體的消耗量。

4.4、檢查色譜圖

儀表更換任何另部件后重新開始運(yùn)行時(shí)，應(yīng)記錄若干色譜圖并和操作數(shù)據(jù)手冊中的結(jié)果進(jìn)行對比。

5、結(jié)語

經(jīng)過以上幾個(gè)方面的改造和日常正常維護(hù)后，整套系統(tǒng)不再頻繁停機(jī)，大大降低了設(shè)備的故障率，同時(shí)減少了維護(hù)量，為高爐連續(xù)提供準(zhǔn)確可靠的爐頂煤氣分析數(shù)據(jù)。在新區(qū)高爐投產(chǎn)后，爐頂色譜分析系統(tǒng)一直運(yùn)行良好，高爐煤氣利用率一直保持在46%左右，生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了煤氣利用率高、節(jié)焦降耗效果明顯。