在線氣體分析器的長期連續、適時的檢測分析，必然需要連續取樣和嚴格的樣氣處理技術，要求樣氣不失真和快速傳輸，樣氣進入分析器時，要求達到近于標準氣的高品質。在線氣體分析系統長期連續運行的可靠性和安全性，以及近于免維護的易維護性，這種對工程應用的完整性保障，*依賴于樣氣處理系統技術規范的專業化、針對性設計。

一、樣氣處理系統技術相關定義

樣氣處理系統技術，從技術邏輯分析，應該由樣氣處理系統和樣氣處理技術組成，前者是硬件技術，后者是軟件技術。

1、樣氣處理系統的新定義

通過針對在線分析器工程應用條件和樣氣條件的規范的專業化設計，所實現的樣氣處理部件與在線分析器之間的合理匹配、完善組合，而且能連續穩定、準備可靠、近于免維護地協調運行，能勝任一臺或多臺在線分析器工程應用嚴格要求的完整體系性樣氣處理部件的總和。簡言之，樣氣處理系統能將分析器與取樣點、排放點以及公共設施很妥善地連接起來。

2、樣氣處理系統技術的新定義

樣氣處理系統規范的專業化、針對性設計技術和專業性工程應用及維護技術緊密結合的高度綜合性技術，它也應理解成包括硬件技術和軟件技術。

3、在線分析工程技術的新定義

在線分析器和樣氣處理系統技術集成為在線分析系統，并成功實現在線分析工程應用的全部硬件技術、軟件技術以及專業技術概念等緊密結合的高度綜合性技術。

二、樣氣處理系統

樣氣處理系統的主要功能包括：樣氣提取、樣氣傳輸、樣氣處理、樣氣排放，以及樣氣流路切換、公共設施及樣氣處理流程的監控、報警等。樣氣處理的關鍵是除去或改變樣氣的干擾和阻礙組分，不改變樣氣被分析組分。即樣氣處理過程中被測樣氣不能失真，樣氣進入分析儀器前應達到標準氣要求（潔凈、干燥、常溫等）。

其中，復雜的樣氣條件是在線氣體分析面對的大困難：

①高溫(1400℃)或低溫、高粉塵(≤2000g/m³、高水分(12000ppm以上)或液霧、高壓(大于50MPa)或負壓、腐蝕性和爆炸性危險等；

②較高的自動化程度，少維護甚至近于免維護的應用要求；

③防塵及防水、防腐蝕、防爆炸等方面極為苛刻的防護及安全要求；

④較快的反應速度，系統總滯后時間一般要求<60s；

⑤保證必要的檢測準確度等。

以上高難度的應用要求被高度概括為“取樣系統、可靠性、少維護、軟件技術”。

三、樣氣處理系統技術

目前樣氣處理系統技術主要包括干法與濕法兩種。

干法樣氣處理系統技術有利于有效保持樣氣的真實性，即樣氣不失真，進而確實保證必要的檢測準確度。

干法樣氣處理系統技術能使樣氣干燥、潔凈，即經過率的“除塵”和“除水”，達到近于標準氣的高品質，同時使可能發生的腐蝕性也大為降低。如銳意自控在線氣體分析系統Gasboard-9031的樣氣處理系統，專門針對含粉塵、含水份的特定樣氣工況設計。其樣氣處理系統采用緩沖罐+不銹鋼電加熱溫控干法取樣探頭+空氣炮反吹掃技術，解決探頭堵塞問題。

干法樣氣處理系統技術及應用

Gasboard-9031樣氣處理系統采用過濾精度可達到0.3μm的二級過濾設備，及氣水分離器+半導體冷凝器除去樣氣中的粉塵、水分等諸多雜質，為分析儀表提供潔凈樣氣，同時具備可再生能力。該系統還配備了PLC作為核心控制元件，OMRON中間繼電器作為輸出元件，控制系統自動運行；設置了冷凝器報警功能，探頭報警功能。所有這些都有利于保證在線分析器連續穩定、準確可靠、少維護地協調運行，并延長其使用壽命。見過某石化企業使用超過20年的在線氣體分析系統，也見過連續使用15年以上的樣氣處理系統。工程實踐表明：樣氣處理系統對延長在線分析系統在工程應用的使用壽命達到15年以上，不但非常必要而且也可能。

干法樣氣處理系統技術已成為的主流技術。當然濕法樣氣處理系統技術也并未被*淘汰，如焦爐煤氣O2分析系統，以濕法對付焦油更為有效。如銳意自控在線氣體分析系統Gasboard-9021的樣氣處理系統，專門針對含塵、含濕、含焦油的特定樣氣工況設計。其樣氣處理系統中的取樣探頭可根據現場焦油含量選擇直管或蒸汽取樣探頭。

在Gasboard-9021樣氣處理系統中，樣氣首先通過取樣探頭除去大量粉塵，再經采樣管輸送至多級煤油清洗過濾器，深度溶解焦油。經過多級煤油清洗過濾器后樣氣可能還存有少量焦油與粉塵，為了進一步凈化樣氣，樣氣被輸送至水洗器，由水洗器將剩余的焦油分離出來，同時也分離出樣氣中攜帶的粉塵。經過以上處理，樣氣得到了初步的凈化，焦油粉塵含量明顯減少，同時樣氣的待測成分得以完整保留。

全自動水洗器，去除樣氣中的焦油

其中，水洗器采用了全自動工作方式，相關閥門均為進口電磁閥，由PLC控制工作時序，實現周期性自動換水，從而使水洗器中的洗滌水得到及時更換，保證了水洗器的洗滌效果，也減少了人工維護量。

在進一步的凈化中，系統采用了一級過濾精度為5μm的氣水分離器，過濾樣氣的同時分離樣氣中的液態水，采用了一級過濾精度為0.1μm的精密過濾器作為樣氣進入分析儀表前的后一級過濾元件，保證樣氣達到分析儀表使用要求。

為去除樣氣中含有的氣態水，系統采用了一臺半導體冷凝器，輸出樣氣露點≤5℃；一臺抽氣能力為6L/min的德國KNF采樣泵，為樣氣輸送提供動力；另外，還配備了減壓閥，用以調節樣氣壓力。同時，為保證儀表的安全運行，系統后端配置了一套濕度報警模塊，與精密過濾器配套使用，當系統除水功能意外失效時，信號反饋到PLC，PLC將切斷系統運行，關閉閥門，并在現場及向遠端控制中心發出報警信號。

四、樣氣處理系統技術的體系性特征

在線分析系統如果去掉在線分析器和某些應用保障條件部分、公共工程部分，就是樣氣處理系統，體系性地簡述樣氣處理系統如下：

1、采樣探頭

通常稱為取樣探頭，是樣氣處理系統重要和關鍵的樣氣處理部件，根據不同工業生產過程差別甚大的的取樣條件，就一定有不同的針對性*的采樣探頭，常用的是低于650℃的中溫通用型采樣探頭。采樣探頭還應包括壓縮空氣加熱(180℃)反吹單元及其程控反吹技術。反吹單元的設計一定要符合流體力學的要求，這是保障反吹效果非常關鍵的設計技術。

采樣探頭能實現對工業生產過程工藝樣氣的連續采樣，是在不改變工藝氣體典型化學組分特征，即保持樣氣真實性的前提下完成樣氣從工藝氣流中的分離。

采樣探頭從實用出發來認識，應該稱為采樣探頭系統更為準確。采樣時技術性地實現物理分離非常重要。

2、樣氣輸送管線

通常采用Φ6×1不銹鋼管，為避免發生冷凝，常采用伴熱保溫技術(≥120℃)，伴熱方式以自控溫電伴熱帶較為經濟實用。如果采用大于Φ6×1的傳輸管道，會使系統在技術上很必要的反應速度超過規范的要求，即達不到<60s的要求。認為管道粗或壓力高就能反應速度快，是個違背理論根據的很粗心低級錯誤。

3、過濾器

過濾器就其用途來說，以下三類較有代表性：

一是探頭過濾器，在取樣點就地過濾粉塵，避免在其后產生粉塵沉淀和堵塞的危險，目前的*水平是0.3μm99%。

二是后級高精度膜式過濾器，以保護分析器為主要目的，目前的*水平是0.05μm99%。

三是分析器內部的微型過濾器，以在線分析器的自保護為目的，它并不屬于樣氣處理系統，一般做得比較小巧。

4、樣氣冷凝器

使樣氣冷凝至低露點(例如+2℃左右)，以干燥樣氣為目的。

壓縮機式樣氣冷凝器，能使樣氣由140℃冷至+2℃露點，效果很好，但成本也較高；

半導體制冷樣氣冷凝器，入口樣氣溫度一般只能允許45℃；

渦流致冷樣氣冷凝器，能使樣氣溫度降低25℃以上，大的優勢是使用壓縮空氣，屬本安防爆類型；

使用水源的樣氣冷卻器(即熱交換器)也有不少應用，結構簡單的樣氣冷卻管可作為是有益的補充手段。

5、采樣泵

通常稱為抽氣泵，樣氣壓力為負壓或微正壓時，也能借助采樣泵的抽吸驅動，為分析器提供規定的樣氣流量，隔膜式抽氣泵用得較多。另外，常用蠕動泵來排放冷凝液，既不受抽氣泵抽及負壓的限制，也能在與樣氣主氣路隔離的狀態下連續排放冷凝液。

6、氣液分離器

氣液分離常是十分棘手的技術難題。

旋風自潔式分離器對分離>5μm粉塵和液霧較為有效，可能相當于70μm粒度以上粉塵的重力分離；

凝結式分離器適用于對付更小粒度的微小液霧；

特定項目型(如乙烯裂解)的氣液分離是技術含量很高的綜合技術；

簡單的氣液分離器僅是圓筒中加上一根管子；

現在已有采用聚合膜方式過濾液霧的研究。

7、樣氣流量測量及控制

樣氣流量一般用球形轉子流量計，流量控制用針形閥調節，在線分析器要求的流量一般是30-60l/h。切換和關斷氣路要采用各種閥件，以五通切換閥被看重。

8、樣氣壓力測量與調節

高壓樣氣的減壓、穩壓與調節是項困難任務，各種閥的原理及規格的選擇也很有專業性。

高壓樣氣在取樣點根部閥處就地減壓很有必要，以避免降低反應速度，有利于保障后級樣氣處理器部分的安全。

9、部件材料的正確選用

以O型密封圈選材為例：連續使用溫度的高低依次為，氟橡膠包覆聚四氟乙烯(260℃)、氟橡膠(180℃)、硅橡膠(200℃)、丁晴橡膠(100℃)。以上不但是長期使用溫度的順序，也是耐化學物質影響以及抗老化，使用壽命長短的順序。非金屬類型的O型密封卷的所使用的溫度不能超過327℃。

10、設備外殼及防護

一般采用的機柜稱為儀表盤，組裝后稱為分析(儀器)柜；

人可以進入的機柜稱為分析小屋；

機柜對粉塵、水的防護等級以IPXX表示；

機柜對可燃性氣體和蒸汽的防爆等級，如dⅡCT4、dⅡBT6等。

11、機柜的氣候調節

機柜的氣候調節可分為降溫、加熱、換氣等三個大的方面。

12、自控單元

樣氣處理系統的連續、穩定、近于免維護的運行，以及各種報警，都離不開PLC可編程序控制器為核心的自控單元。

13、標準物質

即標準氣，是在線分析器的計量標準，現在已采用99.999%的高純氮作為零點氣。

和其他專業顯著不同，標準氣并不是想象的那樣“標準”，常量標準氣的準確度<0.5%，而微量標準氣的準確度只能達到2%。

14、快速回路設計

提高分析系統的反應速度。

15、尾氣和冷凝液的安全排放。

16、數據處理及遠程傳輸。

17、工程現場安裝的施工設計。

五、結語

根據每項在線分析系統的現場應用條件和取樣條件，要采用專業化、有針對性設計的型在線氣體分析系統，由具有長期工程實踐經驗的專業制造商生產這些高品質的在線氣體分析系統，并承擔全過程技術服務。這種型的在線氣體分析系統必然有也必須有作為核心和關鍵技術的樣氣處理系統。

對于完善的在線氣體分析，起決定作用的是使樣氣處理系統與千差萬別的生產工藝條件和環境應用條件匹配得當、組合完善，能連續穩定、準確可靠、近于免維護地協調運行。在線氣體分析器對樣氣處理系統的這種依賴，也就是對整個系統和工藝過程的相關性，在線氣體分析器正在(或已經)被在線氣體分析系統突破和超越，使在線氣體分析器以在線氣體分析系統形式走向工程應用，成為在線分析工程技術發展的必然趨勢，無論國內還是國外都已經是不可逆轉的技術發展主流。