LGA4100半导体激光气体分析仪运行维护手册.doc
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1、LGA-4100半导体激光气体分析仪运行维护手册Rev 1.32Focused Photonics Inc.聚光科技(杭州)有限公司前 言本手册较为详细地介绍了LGA-4100半导体激光气体分析仪的开机运行、日常维护、故障处理等几方面内容。最后一部分是LGA系列半导体激光气体分析仪的维护工巡检规程。本手册主要读者对象是LGA-4100分析仪的使用和维护人员,要求对激光分析仪的外围结构和分析原理有一定的了解。产品规格如有更新,恕不另行通知。为确保用户在使用和维护本仪器时的人身安全,避免财产损失,在本手册中有相关注意和警示信息。此类信息以特定图标显示,并附有相应的解释文字,为避免不恰当的操作提供了
2、合理建议。本手册所使用图标释意如下:注意:这里的文字指出了在产品使用过程中需注意的重要信息,或手册中需特别关注的部分。本公司的客户服务部的联系方式:客服热线:4007 007 555 传真:0571-86791505E-MAIL:tech_supportfpi-网址:www.fpi- 目 录1LGA-4100半导体激光气体分析仪结构组成和测量原理11.1LGA-4100半导体激光气体分析仪由那些功能单元组成、这些单元分别有什么作用?11.2LGA-4100分析仪的测量原理是什么?21.3激光分析仪表的优势是什么?为什么?22仪表使用42.1LGA-4100分析仪是怎样开机的?上电前要注意什么?
3、42.2LGA-4100分析仪在开机后需要作那些参数设定?62.3LGA-4100分析仪的输入、输出有那些?82.4仪表的透过率是什么概念,和仪表的测量值有何关系?82.5LGA-4100分析仪为什么需要吹扫,吹扫气体的作用是什么?92.6吹扫气体中含有被测气体为什么会影响测量值,如何解决?103日常维护和仪表标定113.1LGA-4100分析仪日常巡检该检那些内容?113.2LGA-4100分析仪的标定周期多长,如何标定?113.3误操作或标定失败后如何恢复测量参数?144常见故障处理154.1测量值偏低或偏高(与手工分析比较,与经验值比较)该如何处理?154.2仪表透过率过低时,该如何处理
4、?175维护工巡检规程(LGA系列半导体激光气体分析仪)201 LGA-4100半导体激光气体分析仪结构组成和测量原理1.1 LGA-4100维护切断阀半导体激光气体分析仪由那些功能单元组成、这些单元分别有什么作用?发射单元仪器法兰吹扫单元接收单元正压单元图1.1 LGA-4100半导体激光气体分析仪结构1) 发射单元LGA-4100半导体激光气体分析仪的发射单元由人机界面、激光器驱动模块、中央处理模块、半导体激光器和精密光学元件等器件组成,主要实现半导体激光发射、光谱数据处理和人机交互等功能。2) 接收单元LGA-4100半导体激光气体分析仪的接收单元由光电传感器、信号处理模块、电源模块和精
5、密光学元件等部分组成,接收单元的主要功能是接收传感信号,并将光谱吸收信号传输至发射单元进行处理。3) 吹扫单元在较为恶劣的现场测量的场合里,为了能够保证LGA-4100半导体激光气体分析仪能够长期连续运行,LGA-4100半导体激光气体分析仪需用吹扫气体对发射和接收单元上的光学视窗进行吹扫,避免测量环境中粉尘或其它污染物对视窗造成严重污染。吹扫单元由过滤器、减压阀和稳流装置等组成,可为LGA-4100半导体激光气体分析仪的吹扫气体和正压气体提供稳定流量的吹扫气源。4) 安装法兰和维护切断阀发射、接收单元通过连接锁箍与连接单元(或标定单元)连接,连接单元由吹扫接口、光路调整机构、维护切断阀门和安
6、装法兰等组成。在对发射单元进行清洁或其他维护时,维护切断阀门可起到隔绝过程管道和操作环境,防止危险气体泄漏的作用。5) 正压单元防爆型的LGA-4100半导体激光气体分析仪的接收单元上内嵌了正压控制模块,该模块采用隔爆设计,内置压力传感器、信号处理、电源控制和信息显示等模块,可对发射和接收单元内部的正压防爆气体的压力情况进行实时检测和控制,确保LGA-4100半导体激光气体分析仪在危险场合的安全使用。1.2 LGA-4100分析仪的测量原理是什么?半导体激光吸收光谱(DLAS)技术利用激光能量被气体分子“选频”吸收形成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
7、测气体吸收),穿过被测气体时,激光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半导体激光气体分析仪由激光发射模块发出的激光束穿过被测烟道(或管道),被安装在直径相对方向上的光电传感模块中的探测器接收,分析控制模块对获得的测量信号进行数据采集和分析,得到被测气体浓度。在扫描激光波长时,由光电传感模块探测到的激光透过率将发生变化,且此变化仅仅是来自于激光器与光电传感模块之间光通道内被测气体分子对激光强度的衰减。光强度的衰减与探测光程之间的被测气体含量成正比。因此,通过测量激光强度衰减可以分析获得被测气体的浓度。L激光发射光
8、电传感控制模块驱动模块数据分析及控制数据采集过程气体图1.2 基于半导体激光吸收光谱(DLAS)测量技术系统组成示意图1.3 激光分析仪表的优势是什么?为什么?LGA-4100半导体激光气体分析仪由于采用了半导体激光吸收光谱(DLAS)技术,从根本上解决了采样预处理带来诸如响应滞后、维护频繁、易堵易漏、易损件多和运行费用高等各种问题,并具有如下特点:l 原位测量,检测灵敏度高,响应速度快;l 一体化设计,结构紧凑,可靠性高;l 模块化设计,可现场更换所有功能模块;l 智能化程度高,操作、维护方便。1) 单线光谱技术“单线光谱”测量技术利用激光的光谱比较窄、远小于被测气体的吸收谱线的特性,选择某
9、一位于特定波长的吸收光谱线,使得在所选吸收谱线波长附近无测量环境中其它气体组分的吸收谱线,从而避免了这些背景气体组分对该被测气体的交叉吸收干涉,图1.3是“单线光谱”测量原理图。图1.3 “单线光谱”测量原理图2) 激光频率扫描技术LGA-4100半导体激光气体分析仪通过调制激光频率使之周期性地扫描过被测气体吸收谱线,激光频率的扫描范围被设置成大于被测气体吸收谱线的宽度,从而在一次频率扫描范围中包含有不被气体吸收谱线衰减的图1.1中的“”区和被气体吸收谱线衰减的“”区。从“”区得到的测量信号可以获得粉尘和视窗的透光率Td,从“”区得到的测量信号可以获得粉尘和视窗以及被测气体的总透光率Tgd=T
10、d*Tg。因此,激光现场在线气体分析系统通过在一个激光频率扫描周期内对“”、“”两区的同时测量可以准确获得被测气体的透光率Tg=Tgd/Td,从而自动修正粉尘和视窗污染产生的光强衰减对气体测量浓度的影响。3) 谱线展宽自动修正技术在气体温度和压力发生变化时,被测气体谱线的展宽及高度会发生相应的变化,从而影响测量的准确性。通过输入(4-20)mA方式的温度和压力信号,LGA-4100半导体激光气体分析仪能自动修正温度和压力变化对气体浓度测量的影响,从而保证了测量数据的精确性。2 仪表使用2.1 LGA-4100分析仪是怎样开机的?上电前要注意什么?1) 供电原理LGA-4100分析仪的供电如下图
11、2.1所示,24V DC电源首先被接入到隔爆的正压单元(并没有直接给正压腔体内的电路),正压单元内的控制电路开始检测从正压腔体内的压力传感器传来的压力信号,并显示在压力指示条上,同时根据该压力来判断是否给正压腔內电路供电。图2.1 LGA-4100分析仪供电原理图正压单元面板主要由电源指示灯、状态指示灯和压力指示条组成,其中:压力指示条:用于指示正压压力数值,指示条共10格,代表0Pa-1000Pa的差压范围,每格代表压力100Pa。电源(Power)指示灯:红色LED指示灯,用于指示正压控制模块的电源情况。红灯亮表示正压控制模块已经正常上电。状态(State)指示灯:能显示红、绿、黄的LED
12、三色指示灯,其中:a) 指示灯不亮:发射和接收单元内部压力处于低压状态(小于300Pa),正压控制单元不接通发射和接收单元的供电电源;b) 指示灯呈黄色:发射和接收单元内部压力已从低压状态进入正常工作状态(500Pa-1000Pa),正压控制单元正处于换气延时(15分钟)等待中。此时,正压控制单元仍不接通发射和接收单元的供电电源;c) 指示灯呈绿色:发射和接收单元内部压力已经达到正常工作状态,并完成换气,此时正压控制单元接通发射和接收单元的供电电源,系统处于正常工作状态。d) 指示灯呈红色:发射和接收单元压力处于警告工作状态,此时压力可能可能处于欠压(300Pa-500Pa)或者过压(1000
13、Pa)状态,此时正压控制单元仍会接通发射和接收单元的供电电源。2) 正压压力的调节由仪表的供电原理可知,仪表要正常上电工作,正压压力必须大于等于500pa,并保持15分钟以上,那么仪表的正压是怎样实现和调节的呢?图2.2 仪表吹扫和正压气路图如图2.2所示,正压气体由吹扫单元接入,经过滤、减压、流量控制,首先被送到发射单元;接着被引到接收单元,再由接收单元的阻燃器排空,而压力传感器就安装在接收单元内腔。综上,在整个正压气路气密性良好的基础上,只要调节进气减压阀的压力即可调节正压压力。3) 开机步骤了解了仪表的供电原理和正压调节的方法,仪表的上电应该就没有问题了,但仍有些细节需要注意。l 确认仪
14、表的电源、信号输入/输出、吹扫及正压气源连接正确。l 卸开进吹扫单元的气源总管,打开总管球阀,进行气源管道吹扫,清除管道内的铁锈等杂质。l 连接进吹扫箱的气源总管,调节减压阀调节旋钮。使吹扫气体减压阀压力表显示为0.4Mpa左右。l 打开焊接法兰根部的维护切断阀。l 接通系统电源后,电源状态指示灯(POWER)点亮红色,证明正压单元已上电成功。l 观察接收单元的正压压力指示条,微调减压阀调节旋钮,使正压压力指示条保持5-9个点亮。l 根据防爆规范要求,系统在达到正压要求延时换气15分钟之后,发射和接收单元内部才正式通电运行,此时正压控制模块的电源指示灯变为绿色,发射单元LCD液晶屏界面显示出上
15、电自检信息,仪表上电成功。注意:LGA-4100分析仪的开机包含了送电、送压两个部分,在日常使用中仪表掉电,要从电和气两方面去检查。2.2 LGA-4100分析仪在开机后需要作那些参数设定?1) 测量光程激光在被测气体中通过的距离即测量光程,由下图可知激光由发射端的激光器发出通过正压气体(蓝色L1+L4)和吹扫气体(绿色L2+L3)和被测气体(L),测量光程即L;同理吹扫光程即激光在吹扫气体中通过的距离,吹扫光程L1+L2+L3+L4。仪表的测量光程是聚光的设计工程师根据现场的工况设计的,现场技术支持工程师在调试后在项目验收的资料中会记录仪表的测量光程、吹扫光程。测量光程的设定方法请详见LGA
16、-4100半导体激光气体分析仪用户手册。图2.3 LGA-4100分析仪光程说明示意图2) 气体温度和气体压力气体温度:被测气体的温度气体压力:被测气体的压力l 现场的温度和压力信号可以通过两种方式实现温度和压力的补偿: 手动输入现场的温度、压力 将现场的温度、压力仪表的信号以(4-20)mA的方式接入仪表设定的方法详见LGA-4100半导体激光气体分析仪用户手册。l 几乎所有的光谱类仪表都存在“温漂”的问题,所以对分析样品的温度和压力都有比较严格的要求,比方说传统的采样分析仪表分析的样品就需要配置相应的减压、控温设备。同样基于DLAS技术的激光仪表在气体温度和压力发生变化时,被测气体谱线的展
17、宽及高度(对应于激光强度的衰减)会发生相应的变化,从而影响测量的准确性。l LGA-4100半导体激光气体分析仪在得到气体温度和压力后,可以自动修正温度和压力变化对气体浓度测量的影响,从而保证了测量数据的精确性。l 一般情况下,LGA-4100半导体激光气体分析仪都是根据客户提供的现场工况定制的,聚光科技的工程设计人员会在合同签订前向客户了解现场工况,并根据工况和客户的需求,来决定是采用温度、压力补偿方式的具体形式。例如: 在转炉煤气回收工艺中前需要一台测量CO含量的仪表,现场的温度一般为(50-70)C,压力为(7-10)Kpa,在这种情况下可以建议客户采用手动输入温度和压力补偿。因为其高低
18、温时测量值波动小于1。 在热风炉出口需要一台测量O2含量的仪表,管道中应为需要切换冷风和热风,送冷风时温度为20C,送热风时温度为380C,压力为(10-30)Kpa。在这种情况下就要求客户一定要提供温度补偿,在仪表默认的温度为20C时,测量实际温度为380C、浓度为2的热风可显示(1011)。综上,在通常情况下,温度和压力补偿信号在现场工况的温度和压力有较大变化时需要温、压补偿。3) 模拟量(4-20)mA)输出LGA-4100半导体激光气体分析仪具有两路模拟量输出,(4-20)mA的系数可按照客户DCS的设定来设定,具体设定的详见LGA-4100半导体激光气体分析仪用户手册。2.3 LGA
19、-4100分析仪的输入、输出有那些?图2.4LGA-4100分析仪接口信号图由上图可见LGA-4100分析仪的电源、输入、输出:电源电源24V DC(可选220V AC),20W接口信号模拟量输出2路(4-20)mA电流(隔离、最大负载500)模拟量输入2路(4-20)mA电流(温度、压力补偿)数字输出RS485/Bluetooth/GPRS继电器输出3路输出(规格:24V,1A,干节点)2.4 仪表的透过率是什么概念,和仪表的测量值有何关系?1) 透过率的概念:从宏观上讲,透过率的可以用以下公式来解释:激光总能量传感器接收到的激光能量因粉尘等悬浮物损耗的能量气体对激光吸收的能量因为气体对激光
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