技术领域
[0001] 本
发明属于气体成分分析领域，具体涉及一种气体取样测量系统及其使用方法。
背景技术
[0002] 化工、电
力、
钢铁等各类工业系统需要使用气体连续在线监测技术监控各气体组分的变化情况，以保证工艺流程连续稳定运行，或对外排放达标。气体在线连续监测系统一般包括取样和测量系统两部分，常用的配置包括：(1)加热
抽取式取样+非色散红外法测量；(2)加热抽取式取样+紫外差分吸收法测量；(3)稀释抽取式取样+紫外
荧光/
化学发光法测量等。
[0003] 非色散红外、紫外差分吸收法基于目标组分在
光谱中的特异性吸收谱峰，根据朗伯比尔定律进行定量测量，样品气的背景吸收以及杂质的散射干扰都会影响测试的
精度，红外分析还受到
水分的影响，由于水分子的红外吸收
波长范围宽，会与很多组分的吸收波段发生重叠，且吸收强度较高，因此样品气中水分含量的变化会对红外分析结果产生较大影响，为了减少水的影响可以采用预处理的方法，例如采用冷干法去除样品气中的水分，但是水的冷凝过程会造成部分组分的溶解和损失，例如
氨气、二
氧化硫等，因此冷干法的适用范围较小。需要其他可控的方法降低样品气中的水分，同时不影响其他组分的分析。当样品气中的水分降到合适的浓度范围，红外法也可以用来定量测量气体中的水含量。
[0004] 紫外荧光法和化学发光法分析特异性高，不易受到杂质影响，测量精度高，可比红外、紫外分析仪高2～3个数量级，然而，这两种方法主要适用于低浓度组分的测量，不适用于浓度超过20ppm的介质。
[0005] 要使用红外进行在线水分含量的测量，或应用紫外荧光法和化学发光法高组分浓度样品气时，可以对气体进行稀释，目前普遍采用稀释抽取式取样法，一般采用干燥的压缩空气作为载气，先去除其中微量的SO2、NO、CO2和水等杂质，然后将其通入气体取样器，在取样器中有文丘里管，压缩空气流过文丘里管
喷嘴，可以抽取一定比例的样品气进行稀释，控制文丘里管喷嘴的尺寸，就可以控制稀释比例。
[0006] 然而文丘里管喷嘴的尺寸普遍较小，尽管在取样器中一般都配有
过滤器避免杂质干扰，喷嘴还是很容易被气体中的杂质堵塞，一旦发生堵塞，文丘里管的稀释倍数也随之变化，如不能及时修正，气体分析仪计算浓度时所使用的稀释倍数，就会得到错误的分析结果，这种堵塞的过程有快有慢，因此稀释取样测量法在应用中需要频繁校准稀释倍数，而目前还缺乏有效方法实时获取精确的稀释倍数。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种气体取样测量系统及其使用方法，以解决稀释抽取式取样法易受杂质干扰，稀释倍数易发生
波动且难于测量的技术问题；进一步的本发明系统能够同时实现气体中水分的实时在线测量。
[0008] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 一种气体取样测量系统，包括分流器、若干
采样点、伴
热管线、若干单组分气体分析仪；
[0010] 分流器的出口包括若干支路；
[0011] 每个采样点设置一个气体取样
探头；气体取样探头连通对应的稀释型气体取样器；每个支路穿过对应的稀释型气体取样器，每个支路位于稀释型气体取样器中的管壁上安装有文丘里管喷嘴；每个支路穿过稀释型气体取样器后连接伴热管线；伴热管线上连接有若干单组分气体分析仪。
[0012] 进一步的，还包括加热集
阀和多组分气体分析仪；
[0013] 加热集阀包括多个带阀
门的管路，多个带阀门的管路连接对应的伴热管线；加热集阀的多个管路出口汇合成一个管路连接多组分气体分析仪的入口。
[0014] 进一步的，加热集阀的多个管路上均连接有尾气排放管。
[0015] 进一步的，还包括空压机、储气罐、
冷干机、过滤器和气体
净化器；
[0016] 空压机的出口连接储气罐的入口，储气罐的出口依次通
过冷干机、过滤器、气体净化器连接分流器的入口。
[0017] 进一步的，取样点的个数大于或等于2。
[0018] 进一步的，单组分气体分析仪为非色散红外气体分析仪、紫外差分气体分析仪、紫外荧光气体分析仪或化学发光法分析仪。
[0019] 进一步的，多组分气体分析仪为傅里叶红外光谱分析仪。
[0020] 进一步的，稀释型气体取样器上连接有标准气瓶。
[0021] 进一步的，多组分气体分析仪上连接有标准气瓶。
[0022] 一种气体取样测量系统的使用方法，包括以下步骤：
[0023] 净化后的压缩空气作为载气，经分流器流入各个取样点上的稀释型气体取样器中；稀释型气体取样器与气体取样探头相连，待测工艺管道中的气体压力高于稀释型气体取样器腔体的压力，待测气体从由气体取样探头进入稀释型气体取样器中，稀释型气体取样器和气体取样探头均带伴热；
[0024] 分流器控制进入稀释型气体取样器的各支路压缩空气的流量和压力，压缩空气流经稀释型气体取样器中的文丘里管喷嘴，抽取样品气与其混合，实现样品气的稀释；
[0025] 稀释后的样品气经伴热管线输送到若干单组分气体分析仪中进行分析；各取样点稀释后的样品气接入加热集阀中，加热集阀
控制阀门在某段时间将某一取样点的样品气送入多组分气体分析仪进行检测，同时使接入加热集阀的其他各路样品气排出；
[0026] 已知浓度的标准气瓶与稀释型气体取样器相连，供气压力高于待测工艺管道的气压，在自检阶段，打开标准气瓶使稀释型气体取样器的腔体充满标准气体，标准气某一组分浓度为C0；单组分气体分析仪为检测该组分的测量读数为C1，多组分气体分析仪测量该组分浓度的读数为C2，当C1与C0值的偏差超过设定值时，校准单组分气体分析仪，使C1等于C0；计算气体取样器的稀释倍数A＝C1/C2；当A值与稀释型气体取样器中文丘里管稀释倍数D的偏差超过设定
阈值时，发出警报，提示进行设备检查，及时清理或更换稀释型气体取样器中的文丘里管；
[0027] 已知浓度的标准气瓶与多组分气体分析仪相连，定期对多组分气体分析仪的测量值进行校准；多组分气体分析仪能够测量稀释样品气中的水含量，再乘以稀释倍数A得出待测气流中的水含量。
[0028] 与
现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0029] 可以实现气体中水含量的在线测量，实时监测稀释型气体取样器的稀释倍数，在取样器稀释倍数与固有稀释倍数的差异超过一定范围时，可及时发现并提醒操作人员进行设备维护，以保证测量数据连续、真实、可靠，保证工艺流程的稳定运行。
附图说明
[0030] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0031] 图1为气体取样测量系统的示意图。
具体实施方式
[0032] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033] 以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0034] 请参阅图1所示，本发明提供一种气体取样测量系统，包括空压机1，储气罐2，冷干机3，过滤器4，气体净化器5，分流器6，稀释型气体取样器7，文丘里管喷嘴8，气体取样探头9，标准气瓶10，第一气体分析仪11，第二气体分析仪12，伴热管线13，加热集阀14，多组分气体分析仪15，尾气排放管16，标准气瓶17。
[0035] 空压机1的出口连接储气罐2的入口，储气罐2的出口依次通过冷干机3、过滤器4、气体净化器5连接分流器6的入口。分流器6的出口包括若干支路。
[0036] 待测工艺管道中多个采样点，每个采样点设置一个气体取样探头9；气体取样探头9连通对应的稀释型气体取样器7；稀释型气体取样器7上设置有标准气瓶10。每个支路首先穿过对应的稀释型气体取样器7，每个支路位于稀释型气体取样器7中的管壁上安装有文丘里管喷嘴8。每个支路穿过稀释型气体取样器7后连接伴热管线13；伴热管线13上连接有第一气体分析仪11、第二气体分析仪12和加热集阀14。加热集阀14包括多个带阀门的管路以连接对应的伴热管线13；加热集阀14的多个管路出口汇合成一个管路连接多组分气体分析仪15的入口，多组分气体分析仪15连接有标准气瓶17。加热集阀14的多个管路上均连接有尾气排放管16。加热集阀14能够控制不同路的气体进入多组分气体分析仪15。
[0037] 冷干机3用于除压缩空气中的水分。过滤器4用于除压缩空气中的固体颗粒物。气体净化器5用于除压缩空气中的水、二氧化
碳、二氧化硫等杂质，净化后的压缩空气除氧气和氮气以外的组分含量均低于1ppm。
[0038] 每个取样点对应1组气体分析仪(11、12)，取样点个数不少于2个，第一气体分析仪11和第二气体分析仪12分别代表一个或多个并联的不同种的气体分析仪，可以测量某种和某几种气体组分，具体包括非色散红外气体分析仪、紫外差分气体分析仪、紫外荧光气体分析仪、化学发光法分析仪等。
[0039] 伴热管线13和加热集阀14具有自加热功能，可以保持管路
温度高于气体各组分的沸点。
[0040] 多组分气体分析仪15为傅里叶红外光谱分析仪，可以同时测量红外光谱区有特异性吸收的各类组分(包含水)的含量。
[0041] 本发明提供一种气体取样测量系统的使用方法，具体包括以下步骤：
[0042] 空压机1压缩空气存于储气罐2中，压缩空气经过储气罐2、冷干机3、过滤器4、气体净化器5，完全去除压缩空气中的固体颗粒物、水分和二氧化碳等杂质，净化后的压缩空气作为载气，经分流器6流入各个取样点上的稀释型气体取样器7中。稀释型气体取样器7与气体取样探头9相连，待测工艺管道中的气体压力高于稀释型气体取样器7腔体的压力，待测气体从由气体取样探头9进入稀释型气体取样器7中，稀释型气体取样器7和气体取样探头9均带伴热。分流器6可控制进入稀释型气体取样器7的各支路压缩空气的流量和压力，压缩空气流经稀释型气体取样器7中的文丘里管喷嘴8，抽取一定比例的样品气与其混合，实现样品气的稀释，已知文丘里管稀释倍数D，D由文丘里管喷嘴8的尺寸决定。
[0043] 稀释后的样品气经伴热管线13输送到第一气体分析仪11和第二气体分析仪12中进行分析，每个样品点对应一组气体分析仪(11和12)，第一气体分析仪11和第二气体分析仪12上某一组分的读数为使用稀释倍数D折算后的数值。各取样点稀释后的样品气接入加热集阀14中，加热集阀14控制阀门在某段时间将某一取样点的样品气送入多组分气体分析仪15进行检测，同时使接入加热集阀14的其他各路样品气排入尾气排放管16。加热集阀14按程序(也可以手动控制)轮换进入多组分气体分析仪15的气流，循环进行各个取样点样品气的组分分析。
[0044] 已知浓度的标准气瓶10与稀释型气体取样器7相连，每个稀释型气体取样器7所使用的标准气体组分浓度可以不同，供气压力高于待测工艺管道的气压，在自检阶段，打开标准气瓶10使稀释型气体取样器7的腔体充满标准气体，标准气某一组分浓度为C0。第一气体分析仪11为该组分的分析仪，测量读数为C1，多组分气体分析仪15也可测量该组分浓度，对应的读数为C2，当C1与C0值的偏差超过设定值时，校准第一气体分析仪11，使C1等于C0。计算气体取样器的稀释倍数A＝C1/C2。当A值与稀释型气体取样器7中文丘里管稀释倍数D的偏差超过一定范围时，系统向操作人员发出警报，提示进行设备检查，及时清理或更换稀释型气体取样器7中的文丘里管8。已知浓度的标准气瓶17与多组分气体分析仪15相连，定期对多组分气体分析仪15的测量值进行校准。
[0045] 多组分气体分析仪15可测量稀释样品气中的水含量，再乘以稀释倍数A就可得出待测气流中的水含量。
[0046] 实施例1：
[0047] 打开空压机1，压缩空气存于储气罐2中，储气压力2Mpa，压缩空气经过储气罐2、冷干机3、过滤器4、气体净化器5，净化后气体中除氧气、氮气外的杂质浓度低于0.5ppm，净化后的压缩空气作为载气，经分流器6流入二氧化硫吸收塔进出口取样点上的稀释型气体取样器7中。气体从取样点由气体取样探头9进入稀释型气体取样器7中，稀释型气体取样器7和气体取样探头9均带伴热，伴热温度135℃。分流器6控制供给各取样点上稀释型气体取样器7的压缩空气的流量和压力，压力为0.3MPa，流量3L/min，载气流经文丘里管喷嘴8，从中抽取一定比例的样品气与其混合，实现样品气的稀释，进出口取样点上稀释型气体取样器7的文丘里管8的稀释倍数分别为50和20。
[0048] 稀释后的样品气经伴热管线13输送到进出口取样点对应的第一气体分析仪11(二氧化硫分析仪)和第二气体分析仪12(氮氧化物分析仪)中进行分析。同时进出口取样点来的稀释样品气均接入加热集阀14中，加热集阀14每30分钟切换一次气流，每次切换使进口或出口样品气流入多组分气体分析仪15(傅里叶红外分析仪)中进行测量。
[0049] 含有2％二氧化硫、100ppm一氧化氮和100ppm二氧化氮(余气为氮气)的标准气瓶10接于进口取样点的稀释型气体取样器7上，在自检阶段，打开标准气瓶10使稀释型气体取样器7的腔室内充满标准气体。第一气体分析仪11读数为1.95％二氧化硫，多组分气体分析仪15对应的读数为398ppm二氧化硫，计算此时气体取样器的稀释倍数A＝C1/C2＝48.99，与取样器固有稀释倍数50，相差小于3％，无需校准稀释倍数。
[0050] 多组分气体分析仪15测得稀释后样品气中的水含量为600ppm，通过与稀释倍数48.99计算可知工艺系统中吸收塔进口的水含量为2.94％。
[0051] 实施例2：
[0052] 打开空压机1，压缩空气存于储气罐2中，压力4Mpa，压缩空气经过储气罐2、冷干机3、过滤器4、气体净化器5，净化后气体中除氧气、氮气外的杂质浓度低于1ppm，净化后的压缩空气作为载气，经分流器6流入二氧化碳吸收塔进出口和中段3个取样点上的稀释型气体取样器7中。气体从取样点由气体取样探头9进入稀释型气体取样器7中，稀释型气体取样器
7和气体取样探头9均带伴热，伴热温度150℃。分流器6控制供给各取样点稀释型气体取样器7的压缩空气的流量和压力，压力0.4MPa，流量5L/min，载气流经文丘里管喷嘴8，从中抽取一定比例的样品气与其混合，实现样品气的稀释，实现样品气的稀释，已知二氧化碳吸收塔进出口以及中段取样点上稀释型气体取样器7的文丘里管8的稀释倍数分别为20、50、20。
[0053] 稀释后的样品气经伴热管线13输送到取样点对应的第一气体分析仪11(二氧化碳分析仪)和第二气体分析仪12(并联的二氧化硫、氮氧化物分析仪)中进行分析。3个取样点上稀释型气体取样器7取得的稀释后的样品气均接入加热集阀14中，加热集阀14每15分钟切换一次气流，每次切换使3个取样点中的一路气流进入多组分气体分析仪15(傅里叶红外分析仪)中进行测量。
[0054] 含有15％二氧化碳、30ppm二氧化硫、10ppm一氧化氮和10ppm二氧化氮(余气为氮气)的标准气瓶10接于吸收塔进口取样点的稀释型气体取样器7上，在自检阶段，进口取样点打开标准气瓶10使稀释型气体取样器7的腔室内充满标准气体。第一气体分析仪11读数为14％二氧化碳，该值与标气浓度偏差超过5％，对第一气体分析仪11进行校准使其读数修正为15％。多组分气体分析仪15对应的读数为7490ppm二氧化碳，计算此时气体取样器的稀释倍数为20.02，与取样器固有稀释倍数20，相差小于3％，无需校准稀释倍数。
[0055] 多组分气体分析仪15测得稀释后样品气中的水含量浓度为2000ppm，通过与稀释倍数20.02计算可知工艺系统中吸收塔进口的水含量为2％。
[0056] 由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
