刘望远
摘 要：介绍了激光气体分析仪的测量原理、系统组成以及检测中的日常维护和故障处理等。
关键词：激光式分析仪；转炉煤气；煤气回收
中图分类号：X757 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0097-02
1 前言
在转炉的过程中吹炼会产生大量的一氧化碳气体和其他混合气体，而一氧化碳的含量平均值约为50%，热值比较高。目前随着钢产量的不断增长，人们对转炉煤气回收利用越来越重视。随着科学技术的不断改进和发展，转炉煤气回收技术也得到了有效的提高，一般转炉回收优异程度是通过转炉煤气的多少来衡量。近年来激光技术的应用，在实际应用中也具有一定的安全性和可靠性。本文先把传统的采样气体分析与现代化激光分析仪进行分析，然后对激光分析仪（LGA—4100）的测量原理、日常维护要点及常见故障判断等作出详细的分析，并对激光分析仪在煤气回收中的应用进行探讨。
2 传统分析仪和激光分析仪比较和选型
2.1 两种分析仪比较
传统的转炉炼钢气体分析系统采用的是取样的方式进行分析处理，而这种方式虽然也取得了较好的成果，但是缺点也比较明显。在预处理的过程中很容易导致系统堵塞，或是泄漏等现象。而且在分析的过程中时间比较长，预处理过程中的故障排查比较复杂，使得维护工作比较困难，最主要的缺点是采样分析系统检测结果具有严重的延迟，不但造成回收相应慢回收量少的情况，更会产生不安全的因素，将低CO含量高氧含量的煤气回收入柜。但是激光分析仪相较传统的转炉炼钢气体分析系统具有一定的优势，在进行气体处理的过程中可以不用对采样气体进行预处理，只要用激光对需要处理的气体环境进行测量就可以，可以实现实时检测测量，无延时现象，而且在维护过程中的具有工作量较小、管理方便等特点。
2.2 气体分析仪的选型依据
在转炉煤气回收的过程中，为保证安全有效的回收煤气，就必须在风机前或者风机后安装氧分析仪和和一氧化碳分析仪，以实时检测煤气管道内氧气和一氧化碳的含量，避免氧含量过高或者一氧化碳含量过低的不合格煤气的回收。在设计时，对煤气分析仪提出了如下要求：
（1）在线气体分析系统要求实现快速响应，响应时间应<1S，避免测量之后带来的安全隐患；（2）测量的准确性关系到对安全隐患判断的准确性问题，气体测量误差<±1%；（3）风机前后均是煤气区域，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；（4）尽量减少维护时间和标定的工作量，减少维护率；（5）减少分析仪设备后期运行和维护成本。
针对上述要求，我们最终选择了杭州聚光的LGA—4100激光分析仪作为转炉炼钢煤气回收的检测仪表，该分析仪具有在线测量，快速响应（激光检测系统响应速度快15～30秒，可带来生产效率3-5%的提升），测量误差小，比对和标定周期长（6个月比对，12个月标定），故障率低且带有正压防爆功能等优点。
3 LGA—4100激光分析仪介绍
3.1 LGA—4100组成
（1）发射单元；（2）接收单元；（3）连接单元；分体式连接单元，该连接单元目前应用比较广泛，适用于工程气体比较干净的工况和转炉煤气柜前等管道气体流速可能很低或不流动的工况。在粉尘颗粒或水份含量比较大的工况，应在迎向气流方向离连接单元100mm左右的地方加装挡板。一体式连接单元——如图即通过合理的结构设计和流体计算，在保证适时的情况下，测量光程段的瓦片结构能有效阻挡部分焦油和粉尘颗粒。该结构的好处是减小工程施工难度、较好保证同轴度和阻挡焦油、粉尘。该结构除用在电捕焦工况外还用在粉尘颗粒比较大的非电捕焦工况中。在含水量较大的工况还需加装挡板；（4）吹扫单元。
3.2 LGA—4100测量原理
激光分析仪是利用的DLAS技术。激光吸收光谱（DLAS）技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收光谱的原理来测量气体浓度，由半导体激光器发射出特定波长的激光束（仅能被被测气体吸收），穿过被测气体时，激强度的衰减与被测气体的浓度成一定的函数关系，因此。通过测量激光强度衰减信息就可以分析获得被测气体的浓度。LGA—4100测量原理如下图所示，发射单元发出的激光束穿过被测烟道（气体），被安装在直径相对方向上的接收单元中的探测器接收，获得的测量信号传送到中央分析仪，中央分析仪对测量信号进行分析，得到被测气体的浓度。激光气体分析系统 有内置温度和压力自动修正功能，能根据现场的环境温度和压力对测量值进行自动修正，从而实现非常准确的在线分析。
3.3 LGA—4100日常维护主要检查项目
（1）仪表透过率是否正常（一般要求大于10%，特殊工况除外），透过率过低会造成检测结果不准，偏低或偏高。（2）检查仪表吹扫是否正常（压力是否正常、流量是否正常、是否含有油水等杂质）。（3）检查仪表的正压是否正常（正压压力应保持在500pa-900pa之间），正压低于500Pa时，会导致分析仪工作电源断电。（4）检查仪表是否有报警码。（5）检查仪表的测量值是否正常。（6）目测检查和清洁光学元件（玻片），适时的清理吹扫内棒。（7）优化系统测量光路。（8）根据测量值的变化，适时对仪表的标定、调零。
3.4 LGA—4100常见故障处理流程
3.4.1 LGA-4100测量值偏低或偏高该如何处理
针对现场测量值异常的故障，最好的判断的方法就是将仪器装在标定管上通标气，判断仪器测量值是否正常。若将仪表装在标定管上通标气、零气，测量值正常，则检查以下几项：
（1）吹扫N2异常。吹扫N2流量不够造成吹扫内棒中过程气没有置换完；对于测氧仪表，吹扫N2的纯度会影响测量。（2）参数设置：现场测量参数光程、压力温度等参数设置是否正常。（3）工艺异常：客户生产工艺是否改变造成被测气体浓度确实发生改变。
若将仪表装在标定管上通标气、零气，测量值不准，在排除透过率异常，吸收峰异常等故障情况后，则对仪表重新进行调零标定即可。
3.4.2 透过率异常造成的测量值异常
见图1。
3.4.3 LGA—4100安装要求
在被测管道相对方向安装焊接法兰，发射单元和接收单元连接到仪表法兰，吹扫单元主要由减压阀、稳流装置组成。在测量CO时，吹扫气体可以使用压缩空气，检测氧气含量必须使用氮气（氮气含量为99.99%以上，）为吹扫气体。可以有效的避免吹扫气体中含氧引起的测量错误，从而影响煤气的正常回收。
3.4.4 煤气回收条件
涟钢转炉炼钢控制系统采用西门子S7-400 PLC，画面监控采用西门子WINCC系统，通过接收处理LGA—4100分析仪中心单元输出的4-20mA模拟信号，制定如下煤气回收条件：
（1）当一氧化碳含量≥20%，氧气含量≤1.0%，允许回收。（2）当一氧化碳含量<20%，不允许回收，此时打开放散阀。（3）当氧含量>1%时，也是绝对不允许回收。（4）其他设备的连锁条件，如风机转速、风机进出口烟气温度、入柜柜前烟气温度等关键参数。
4 结语
与传统的分析仪相比，LGA—4100在转炉煤气回收系统中使用效果很好，具有操作简单、维护方便、检测准确度较高、故障率低等优点，是转炉煤气安全可靠、高质量回收转炉煤气不可缺少的重要设备。随着科学技术的不断进步和提高，半导体激光分析仪设备成本也在不但下降，在使用过程中具有一定的安全性和可靠性，值的应用推广。
