冶金行业高温（粉尘）区域一氧化碳采样检测系统应用.pdf

2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8期 冶 金 动 力 MF r A L UJ R G I C A L P O WE R 1 01 冶金行业高温 粉尘 区域一氧化碳采样检测系统应用 许旭 东，董铁柱 华瑞科力恒 北京 科技有限公司， 北京1 o o o 9 4 【 摘要】高温区域直接安装电化学传感器， 容易在短时间内导致电解液挥发后使传感器失效 ， 针对这种 高温 粉尘 环境， 为了保护传感器的使用寿命且保证其长时间正常工作。华瑞提出了远距离采样检测方案， 保 证长期有效对一氧化碳进行监测， 确保安全生产。 【 关键词】冶金； 高温； 一氧化碳 ； 传感器； 采样检测； 安全 【 中图分类号】 T P 2 1 6 【 文献标识码】B 【 文章编号】1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 1 0 6 0 1 0 1 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Ca r b o n Mo n o x i d e S a mp l i n g T e s t S y s t e m i n l I i g h T e mp e r a t u r e Du s t Ar e a o f Me t a l l u r g y I n d u s t r y XU Xu d o n g ，DONG T i e z h u 倒 K L H T e c h n o l o g i e s B e O i n g C o ． ， L t d ． ，B e l l i n g 1 0 0 0 9 4 ,C h i n a 【 A b s t r a c t 】D i r e c t m o u n t in g a n e l e c t r o c h e m i c a l s e n s o r in th e h i g h t e m p e r a t u r e a r e a e a s il y c a u s e d e l e c t r o l y t e v o l a t i l i z a t i o n i n a s h o r t t i me ，r e s u l t i n g i n s e n s o r f a i l u r e ．I n t h e l i g h t o f t h i s h i g h t e m p e r a t u r e d u s t e n v i r o n me n t ． t o e n s u r e t l 1 e s e r v i c e l i f e o f t h e s e n s o r a n d n o r mal w o r k o f the s e n s o r f o r a l o n g t i me ，R A E K L H T e c h n o l o g i e s B e i j i n g C o ． ，L t d ．p u t f o r w a r d t h e s a mp l i n g t e s t s c h e me f o r l o n g d i s t an c e ．T h e s c h e me c o u l d e n s u r e l o n g - t e r m e ff e c t i v e mo n i t o r - i n g o f c arb o n mo n o x i d e a n d s a f e t y p r o d u c t i o n ． 【 K e y w o r d s 】m e t a l l u r g y ； h i gh t e m p e r a t u r e ； c ar b o n m o n o xi d e ； s e n s o r ； s amp l in g t e s t ； s a f e ty 1 概述 在我国钢铁行业快速发展发的同时，中国政府 和冶金企业本身高度重视安全生产，对企业内使用 煤气的高温区域提出了检测要求，如烤包区、高炉 区、 转炉区等。这些区域使用的煤气浓度很大， 并且 有人员操作， 对此进行煤气浓度检测十分必要。 检测一氧化碳的电化学传感器是一种液体电解 液， 电解液在持续高温烘烤的情况下， 会从传感器中 挥发掉，从而导致传感器失效，大大减少其使用寿 命。 电化学传感器使用温度一般不能超过 5 0℃， 温 度过高容易导致电解液挥发而使传感器失效。冶金 行业很多煤气使用区域温度大大超过 5 0℃，并且 长期处于高温状态， 如烤包区、 炼铁区、 炼钢区等等。 如果在这些区域直接安装检测仪进行一氧化碳检 测， 会大大减小电化学传感器使用寿命。 许多钢铁厂烤包器旁安装的报警灯，时间长了 报警灯表面被烤成了黄色。如果在这种高温环境下 直接安装一氧化碳检测仪，传感器必然在短期内由 于电解液挥发而导致失效， 大大减短使用寿命。 针对这种高温 粉尘 的环境， 为了保护传感器 的使用寿命且保证其长时间正常工作，华瑞提出了 远距离采样检测方案。 采样器反向脉冲吹扫、 管道冷却过滤、 检测、 可 编程控制是系统的重要组成部分，保证各部分的可 靠运行， 达到最终检测一氧化碳数据的准确。 利用反吹控制脉冲定时对系统进行吹扫， 完全 可以满足气体采样的要求，保证长周期稳定运行的 需要。 可设定频率的脉冲反吹控制器根据环境的需要 进行参数设定， 对滤管内施动态压力。 这项技术可有 效吹扫采样过滤器吸附的颗粒物，使采样气路保持 通畅。 检测仪是系统的核心，具有实时一氧化碳浓度 检测、 报警、 通讯功能。 2 系统设计 一 氧化碳在线监控报警系统由检测部分、传输 部分、 控制部分以及和记录和远程通讯部分等组成， 在每一部分中又含有更加具体的设备或部件。 1 0 2 冶 金 动 力 MET ALL 1 『 R GI CA L P O W E R 2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8期 2 ． 1 检测部分 检测部分是监控系统的前沿部分，是整个系统 的“ 鼻子” 。它布置在远离高温区域的某一温度较低 位置上，使其采样过滤器安装在高温煤气使用环境 区域进行采样 ，根据被监视场所面积和空间的几何 形状确定检测器的数量。 为了提高系统的可靠性 ， 简 化传输系统及控制与显示系统 ，可以实现本地警报 和本地联动。同时， 检测器的数据可以实现本地、 值 班室、 同步显示， 还可以将检测的信号 ， 传送给控制 中心的显示器上。 2 ． 2 传输部分 传输部分就是系统数据信号、 报警信号、 控制信 号等的通道。目前气体安全监控系统的数据多半安 全可靠的工业标准 4 2 0 m A电流信号传输检测数 据。 如果在检测器距离值班控制中心较远的情况下， 也有采用 R S 一 4 8 5 、 射频传输或光纤传输方式。而控 制部分基本都采用星形的“ 硬” 连接方式， 最大程度 的提高系统的可靠性。 2 ． 3 控制部分 控制部分是整个系统的关键，是实现整个系统 功能的保障。控制部分主要由本地控制、值班室控 制、 远程控制三部分组成。 本地控制的主要功能有 本地排气驱动、 本地声 光报警、 本地状态显示。它的优点在于可以独立完成 控制功能， 在传输系统出现故障时也能保证安全地控 制本地设备， 这一特点对于安全检测仪器非常重要。 值班室控制的主要功能有根据检测器传回的 数据实现对现场设备的控制，同时可以手动启动现 场设备， 这一特点对于设备的维护和检修提供了方 便 。 远程控制的主要功能是它是对整个系统进行 监督， 是安全的双重保险， 在本地出现异常情况下， 可以由远端的监控设备发出控制指令。 2 ． 4 系统配置的主要原则 根据系统中检测器的数量，选择控制器的最大 输入路数。控制器最大输入路数一般应大于检测器 的台数， 以便为今后扩展时留有余地。 根据系统所检测区域的风险等级及区域中要害 地点的数目 选择检测器的台数。特别对于复杂空间 需要适当增加检测器的数量。 根据系统控制的要求， 考虑在值班室之外是否 要设分显示装置。 根据整个系统供电的要求， 考虑电 源的设定。 当系统有远距离信号传输时，还应根据远距离 信号传送的方式 光纤传输、 无线传输等等 ， 考虑在 系统中是否应增设 G P R S 等。 根据现场的情况 ， 将考虑防雷、 防浪涌措施。 2 - 5 系统设计结构图及工作原理 为了使检测仪中的传感器适应不 同环境正常工 作 ， 华瑞已经针对不 同环境提出了不同的解决方案。 冶金企业中的高温粉尘环境中，采用不锈钢管道连 接将高温粉尘 中的环境气体经过过滤 、冷却以及流 量的调节确保到达检测仪的气体纯净 、 温度适 中、 流 量稳定。采样过滤器可安装在煤气使用的高温粉尘 区域 ， 而检测仪只需安装在较远 的温度较低的区域 ， 实现远距离采样检测。 一 氧化碳气体在线监控报警系统由采样器过滤 器、 二级过滤器、 电磁阀、 主控 P L C 、 气体检测仪、 射 流泵及调压 阀等组成。 本系统采用工业气源作为整个系统气体管路的 源动力，气源经过射流泵对采集检、狈 0 管道形成负压 将环境中气体吸入检测管道，经过管道冷却过滤以 及流量控制后到达检测器 ，确保到达检测器的气体 纯净 ， 温度适 中， 流量稳定。 调节检测支路的调节阀， 将流量控制在 0 ．4 L ／p m 。这是检测器正常工作的流 量， 此流量也是出厂检验、 定期标定的标准流量。 如图 l 所示， 整个系统可分为采样检测气路、 反 吹气路和控制线路 ，每个电磁阀采用开关电路和 P L C控制器连接。 正常气体检测时，反吹气路电磁阀处于关闭状 态， 气路不通。 而采样检测管道中电磁阀处于打开状 态， 气路通畅， 环境中气体被射流泵抽入经过预处理 流经检测器获得环境气体中一氧化碳浓度，实时在 线监测。 当P L C控制器 自动计时到达反吹时间时， 检测 管道中电磁阀关闭， 气路不通。 吹扫管道中电磁阀打 开， 气路通畅， 气源的气体支流经反吹管道对前端采 样过滤器进行吹扫，气体沿径向迅速穿过管壁向滤 管外运动，把附着在滤管壁上的粉尘冲击、振荡下 来，从而完成脉冲反吹过程， 实现滤管再生。系统出 厂设定反吹时间为2 4 h 一次， 每次反吹 1 ra i n 。 本系统可实现在线标定， 当需要标定传感器时， 关闭气源进气处的截止阀， 打开标定气路的截止阀， 即可对检测器进行在线标定，标定时可通过流量计 控制流量， 操作简便。 标定结束后关闭标定管道处截 止阀，打开气源截止阀，并且调节好流量计流量， 1 m in内便可恢复正常检测状态。建议每 3 个月标定 一 次。 2 0 1 1 年第 6 期 总第 1 4 8期 冶 金 动 力 M 匝T A 1 ．L U R G I C A L P O W E R 1 0 3 被检测气体 图 1 系统 结构示意图 3 应用案例 2 0 1 0 年 1 1 月， 华瑞公司在某钢厂烤包现场的 方坯连铸 1 烤包器和 烤包器煤气监测区分别安 装了一套 O G M 一 2 2 0 0 预处理采样检测系统。这两套 系统在运行了8 个月之后一直正常工作，避免了传 感器直接在高温区工作，并且采用粉尘过滤和降温 的效果使检测的气体到达检测器时纯净且温度适 中。 O G M 一 2 2 0 0 系统安装位置处于烤包区域的低温 区。 前端采样过滤器安装在高温区。 每个烤包器上下 两层各自配备一个采样过滤器。每个采样过滤器处 采样的气体浓度对应一个检测器对其进行一氧化碳 浓度检测 。 2 烤包区上下安装的两个采样过滤器。1 烤包 区两个采样过滤器的位置和 烤包区采样过滤器 的位置对应， 同样也是上层烤包器附近一个 ， 下层烘 烤炉附近一个。 本次安装控制室采 用的主机是 T R E c o n t r o l l e r ， 图 2 是值班室主机上各处一氧化碳浓度显示的照 片。 由于当时处于工作状态的是 1 烤包区， 所以 1 烤包区上下两层采样过来的气体经过检测之后的一 氧化碳的浓度分别是 2 5 ．0 1 0 和 1 9 ． 4 1 0 ， 分别 由第一通道和第二通道显示。 而 烤包区当时没有 处于工作状态， 所以当时一氧化碳浓度为 0 ．0 1 0 ， 分别由第三通道和第四通道显示。 图 2 控制器屏幕 上实时显示的 4个区域一氰化碳浓度 4 结论 冶金行业作为国家的重点行业， 也是高危行业， 其系统性安全影响着企业 自 身、 周边百姓、 当地经济 直至国家经济的发展，做好企业各个区域安全监控 尤为重要。 应对不同环境采取适当的气体检测方案， 不仅能保证检测仪的寿命，更能有效长期地对各个 区域进行持续的监控。在现代化技术和管理模式的 有机结合之下，冶金行业安全监控和管理必将信息 化、 多样化、 全面化、 系统化。 在高科技新技术的推动 下， 冶金企业的安全生产对多样化的气体检测方案 提出了需求， 更好地利用现代化技术， 在各种环境下 合理地实施安全监控系统， 打造本质安全型企业， 必 将造福社会、 造福人民。 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 6 作者简介 许旭东 1 9 8 4 一 ， 男， 2 0 1 0 年毕业于北京科技大学材料物 理与化学系， 硕士研究生， 系统集成项目管理工程师， 曾获专利两次， 专 利公开号 C N 1 0 1 2 6 0 2 4 1 、 C N1 0 1 5 0 8 4 6 1 。 上接第9 5页 等问题， 但总体运行是稳定的， 基本 达到了设计的要求。 目 前脱硫系统运行稳定， 日 平均 外排的烟气 s 0 在2 0 0 m g ／ m ，烟气含尘量 ≤5 0 m g ／ m 3 脱硫副产物得到了有效处置， 取得了较好的 社会和环境效益。 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 0 8 作者简介 曹玉龙 1 9 7 6 一 ， 男， 1 9 9 8 年毕业于苏州城建环保学院环 境工程专业， 工程师 ， 现从事企业管理工作。