摘要:　根据QGS-08型红外线分析器的原理结构,对红外线分析器气室污染进行分析,找出气室腐蚀污染的原因。结合实际使用情况,对不适应实际工况的预处理装置作了改进,保证了进入仪器的气样满足QGS-08型红外线分析器的技术要求。

　　1　QGS-08的原理结构及仪器对气样的要求

　　1.1　测量原理

　　QGS-08型红外线分析器属于不分光式红外线分析器。带薄膜微音器型检测器,检测器由两个吸收室组成,他们相互气密(不计平衡孔),在光学上是串联的。先进入辐射的称为前吸收室,后面的称后吸收室。前吸收室由于较薄主要吸收带中心的能量,而后吸收室则吸收余下的两侧能量,检测器的容积设计使两部分吸收能量相等,从而使两室内气体受热产生相同振幅的压力脉冲。当被分析气样进入气室的分析边时,谱带中心的红外辐射在气室中首先被吸收掉,导致前吸收室的压力脉冲减弱,因此压力平衡被破坏,所产生的脉冲通过毛细管加在差动式薄膜微音器上,被转换为电容的变化。通过放大器把这些变化变成与浓度成比例的直流测定值。

　　1.2　结构　(图1)

　　1.3　仪器对气样的要求

　　·含水量(气态)小于0.5 g/m3;

　　·灰尘及机械杂质完全消除;

　　·气样温度在40℃以下;

　　·H2S、SO2及NH3等腐蚀性气体小于0.01 g/m3;进入分析器的气样压力为最高表压200mbar;

　　·气样流量为10~120 l/h。

2　问题的提出

　　我厂现有各类在线分析仪器18套,其中有6套QGS-08型红外线分析器安装在合成氨新系统,分别用于测量合成循环气中CH4含量、精炼气中微量CO和CO2含量、变换气中CO和CO2含量、脱碳净化气中CO2含量。预处理装置由制造厂家配套提供,其组成见图2。

　　1995-04这6套红外线分析器分别投入运行,使用不到一年,测量精炼气中微量CO和CO2含量的红外线分析器,先后出现零点漂移现象,致使仪器不能正常工作,失去仪器应有的作用。我们参照使用说明书对仪器进行检查调校,发现气室入口端的安全过滤器的滤芯有黑色粉尘物质,精密过滤器的滤纸潮湿并且发黄发黑,其残余信号电压也不能调到规定的0.5VAC以内,光路系统严重失调。初步判断仪器工作气室污染,气室腐蚀污染后光路平衡被破坏,灵敏度下降,并且光路平衡不可调。由于条件所限,一般清洗处理对于微量级的气室达不到理想效果,不得已,将仪器送厂家维修处理,厂家一般对污染较轻的气室进行清洗处理,对污染严重的气室进行更换。这两套微量CO和CO2红外线分析器,从投入运行至1998年底,每年都必须送厂家维护处理气室污染,严重时一套分析器一年送厂家两次,在近四年的时间内先后更换5个气室(其中:CO气室2个,CO2气室3个)。我们将更换下来的气室进行观察比较,方法是在光照下,观察气室分析边和气室参比边,通过观察比较很容易发现气室分析边内壁上有明显的水渍痕迹,并且气室分析边内壁及晶片上有很薄一层象灰尘一样的物质,而且氟化钙晶片及粘结晶片的材料有明显被腐蚀的痕迹,粘结部位可看见脱落的现象,粘结部位被腐蚀造成脱落产生缝隙会使两气室串气(气室分析边和气室参比边)。从每个被腐蚀污染的气室现象来看,它们都比较接近,现象基本上区别不大。

　　3　原因分析

　　针对QGS-08型红外线分析器气室腐蚀污染频繁,我们依据QGS-08型红外线分析器的测量原理和结构,结合近几年的实际使用情况,参照制造厂家每次修理返回的信息及我们自己每次所看到的气室腐蚀污染现象,分析得出QGS-08型红外线分析器气室污染主要是由下述三个原因造成。

　　(1)灰尘和机械杂物。从图2可看出气样经过粗滤器后,进入冷却器再经过除水器,经除水器的除水剂氯化钙(被测气体是CO2)或硅胶(被测气体是CO)除水后进入仪器,虽然气样经过仪器内部精密过滤器及安全过滤器过滤,但由于安全过滤制造质量问题和精密过滤器更换滤纸装配不适等问题,仍有少部分氯化钙或硅胶粉末随气样进入气室,吸附在气室分析边的内壁上,使气室分析边的内壁变得粗糙,反光能力降低。

　　(2)水分。从图2可看出气样经过粗滤器后,进入冷却器再经过除水器的除水剂氯化钙(被测气体是CO2)或硅胶(被测气体是CO)除水后进入仪器。由于气样经过冷却器冷却后有少量冷凝水产生,如果维护不及时,冷却器产生的冷凝水没有及时排放,积累过多就会带入除水器,除水器的除水剂吸水达到饱和后,过剩的冷凝水就会随气样进入气室。气样中的水分会强烈吸收红外线,从而给测量造成干扰。当水分冷凝在晶片上时,产生水渍印吸收能量,会产生较大的测量误差,同时水分存在会增强气样中腐蚀性气体的腐蚀作用。

　　(3)有害气体。精炼气这一被测气样中除主体气H2、N2和微量级的CO、CO2气体外,还含有微量H2O(蒸汽)约200~500ppm和微量NH3气约300~600 ppm,以及微量H2S,在红外线检测CO、CO2微量气体时,预处理装置要是除水除氨不彻底,则微量级水和氨同时会伴随气样进入气室分析边,在微量CO2气体作用下,反应生成碳酸铵及碳酸氢铵,生成的(NH4)2CO3及NH4HCO3从色表上看均属白色结晶状态的物质,由于H2O、NH3、CO2三种气体均属微量级,故生成的(NH4)2CO3及NH4HCO3也属微量级,并能附着在气室分析边　的内壁上,使气室分析边的内壁变得粗糙。因微量级红外线分析器吸收红外剂量本身很小,因此对气室内壁光洁度有很高的要求。这是因为光线的很大一部分要经过气室内壁的多次反射才能到达检测器,光洁的内壁有很好的反射系数,光强的损失较小。而粗糙的内壁则会吸收很大一部分光强,使气室分析边反光能力降低,同时使晶片透光率下降,从而使通过气室分析边后进入接收气室的红外线辐射强度减弱,相比之下使通过仪器气室参比边和气室分析边后,各进入接收气室的红外线辐射强度之差增大,造成在示值上所显示的值偏高,而反映在灵敏度上,因进入接收气室的红外线辐射强度减弱,当进入一定量程的标准气样进行灵敏度检查及调整时,为使输出获得相应电信号值,这就必须增大放大器的放大倍数使之对应。此外,H2S对气室的腐蚀污染是不可忽视　　的事实,这一腐蚀性气体进入仪器后,时间久了不仅对气室及粘结材料有腐蚀作用,而且会使晶片发毛,同样会造成气室分析边反光能力降低,使晶片透光率下降,产生较大的测量误差。

　　由此可见,QGS-08型红外线分析器气室被腐蚀污染,仪器的灵敏度和准确性将下降,零点会发生漂移,气室腐蚀污染积累达到一定程度,则灵敏度从电器部分(放大器)到光路系统都无法修正。

　　4　改进措施

　　上述分析说明,QGS-08型红外线分析器气室污染,其主要原因是预处理装置没有起到除去有害成份(除尘、除湿、除干扰组分等)、压力调整、流量调整、温度调整的作用。为了保证气样符合仪器的技术要求,消除水分、粉尘、有害气体对气室造成的腐蚀污染,笔者结合生产实践,对原制造厂家带来的预处理装置作了改进。重点在原来的冷却器前增加稳压器,并增加必要的清除有害组分的化学试剂和二次除水器以及进入仪器前的二次过滤器,改进后的预处理装置组成结构见图3。

　　改进后,气样经过截止阀减压后,经过粗滤器后进入稳压器,稳压后的气样经限流阀限流后进入冷却器,冷却后的气样进入第Ⅰ除水器,经除水剂氯化钙(被测气体是CO2)或硅胶(被测气是CO)除水后,进入除有害组分的硫酸铜和氢氧化钠除去气样中的氨和硫化氢,进入第Ⅱ除水器再次除去水分,经过二次过滤器再次过滤后的气样经流量计进入仪器,经仪器内部的精密过滤器和安全过滤器进一步过滤后进入气室。避免了水分、粉尘和有害气体进入仪器造成气室腐蚀污染,使水分、粉尘和有害气体在进入仪器前得到有效清除处理。

　　5　小　结

　　经改进后的预处理装置所处理的气样,不论是压力、流量、温度、水分、干扰组分或尘埃等,都已满足QGS-08型红外线分析器的技术要求,改进后的预处理装置自1998年底投入使用至今,一年多来,测量精炼气中微量CO和CO2含量的红外线分析器运行状况良好,不论是光路平衡,还是其它技术指标都很正常。实践证明,改进后的预处理装置是比较适用的,它起到了过滤、除水、稳压、冷却、除腐蚀性等的重要作用,避免了气室腐蚀污染,为QGS-08型红外线分析器长周期稳定运行,准确可靠地指导生产,延长仪器的使用寿命提供了可靠的保证。上述分析探讨仅供同仁参考。