激光气体在线分析仪在乙炔装置中的应用
激光在线气体分析仪的原理及应用
激光在线气体分析仪的原理及应用一、在线气体分析仪简介在线气体分析仪是指直接安装在工业生产流程或其他源流体现场，对被测介质组成的成分参数或物性参数进行自动连续分析测量的一种测量仪器。
在线分析仪器大致分为两类，一类是直接安装在流程工艺管道上的在线分析仪器，仪器传感器直接安装在工艺管道或设备中，也称为原位分析仪器；另一类是通过简单的取样样品处理，将样气从工艺管线取出，送到安装在现场的过程分析仪器检测。
这类简单的取样样品处理被成为在线分析仪器的取样预处理部件。
在线气体分析仪包括在线色谱分析仪、红外分析仪、热导分析仪和激光分析仪。
本文着重分析激光在线气体分析仪的原理及应用。
2.1 在线气体分析仪发展历程1957年国产热导式CO2分析仪产出。
为满足工业发展及国防需求，国产仪器陆续产出。
H2/CO/SO2/NH3以及O2和红外等气体分析仪，国内组建了一批分析仪器厂。
1965年国产工业气相色谱仪产出，1974年第二代工业色谱仪产出。
七十年代国产分析仪器行业形成体系。
批量产出光学（红外）、电化学、电导、热学、顺磁氧、色谱等系列在线分析仪器。
七十年代后期引进国外先进分析仪器技术并国产化。
1984年国产工业质谱仪，用于8312等重点工程。
国产在线分析仪器通过科技创新及引进消化吸收，实现了产品更新换代。
七五、八五期间，通过科技攻关及引进吸收，在线分析系统得到发展。
九十年代改革开放，国企改制，民企得到新发展。
2021年以来，在线分析仪器及分析系统行业得到大发展。
目前一游数百家分析仪器公司，涌现一批上规模的民企和国企。
在线分析工程技术开始得到推进。
2.2激光在线气体分析仪测量原理现场在线(in-situ)分析测量工业过程气体成分含量，在世界工业领域中显得越来越重要。
现场在线气体分析测量也是复杂工业过程和排放最重要的领域之一。
特别是用户对低含量和高精度气体分析测量的需要，也要求气体分析仪制造商采用更新、更先进的技术。
激光在线气体分析仪开创了工业过程和排放气体测量新领域。
多参数实时激光过程气体分析技术研究与发展
多参数实时激光过程气体分析技术研究与发展随着工业生产的不断发展，环境污染问题日益突出，对大气中污染物的监测和控制成为了国家和企业的重要任务。
与传统的采样分析方法相比，多参数实时激光过程气体分析技术具有快速、高灵敏度、非破坏性和连续监测等优势，因此受到了广泛关注和应用。
多参数实时激光过程气体分析技术是指利用激光技术对气体中的组分进行实时、非接触、在线监测的方法。
它基于光谱学原理，利用激光束与气体分子发生相互作用，通过测量光的频率、强度和传输特征，来获取气体中各种组分的浓度、温度、压力、湿度等参数信息。
在多参数实时激光过程气体分析技术的研究与发展中，需要解决的核心问题是激光和气体之间的相互作用过程。
激光与气体分子的相互作用主要有吸收、散射、漫反射、弹性和非弹性碰撞等。
通过对这些相互作用过程的研究，可以确定选取适当的激光波长和参数，以及气体中各组分的响应特性，从而实现对目标气体组分的快速准确监测。
在实时激光过程气体分析技术的应用中，常用的激光源包括连续波激光器、脉冲激光器和光纤激光器等。
其中，连续波激光器具有稳定性好、功率连续可调的特点，适用于对低浓度气体进行监测。
脉冲激光器则具有高能量、高峰值功率和短脉冲宽度等特点，适用于对高浓度气体进行监测。
光纤激光器则具有体积小、功率稳定等优势，适合于移动式或嵌入式监测设备。
在气体分析的过程中，需要选取合适的探测技术。
常见的探测技术包括吸收光谱技术、拉曼光谱技术、荧光光谱技术、散射光谱技术等。
吸收光谱技术主要利用吸收光线与气体分子间能量转移的原理进行测量，适用于对气体组分进行定量分析。
拉曼光谱技术则是通过测量气体分子在激光束照射下的散射光谱，来获取气体组分的信息，适用于对气体组分进行指纹识别。
荧光光谱技术和散射光谱技术则可用于特定气体的检测和监测。
多参数实时激光过程气体分析技术的发展离不开数据处理与分析方法的支持。
对于获得的激光光谱数据，需要利用数学模型和算法进行处理和分析，以得到准确的气体组分浓度、温度、压力等参数信息。
激光在线气体分析仪的应用
ｃ ａ ｋｎ ，ｔｉ ｇ ｓｄ ｔ ｃｉｎ ｉ ｔ ｙｅ ｅｓ ｏ ｃ ｉ ｇ ｒ ｃ ｏｓｕ ｅｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ２ ａｕ ａ ｒ ｃ ｉｇ ａｌ ａ ｅｅ ｔｏ ｅｈ ｌｎ ｃ ｒ ｈｎ ，ｔａ ｅｍ ｉｔ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄＨ ｉ ｎ ｔ ｒ ｌ ｎ ｎ Ｓ ｎ
（ 光科技（ 州 ） 聚 杭 股份 有 限公 司 ， 州 ３ ０ ５ ） 杭 １０ ２
摘要 ： 针对传统流程工业 中气体分析技术 的一些不足 ， 开发了激光气体分析仪系列 产品， 并在流程工业 中获得应用 ， 表现出 明
显的技术优势 。介绍了可调谐半导体激光吸收光谱 （ Ｄ Ａ ） Ｔ Ｌ Ｓ 气体分析技术的原理， 以及为提高检测灵敏度所 采用的调制技术 和相敏检测技术 ， 与传统在线气体分析技术进行 比较 ， 最后 以催化裂化、 乙烯烧焦 、 过程微量水 、 天然气 中 Ｈｚ ｓ等领域的气体检
第４卷 ８
第 ２期
石
油化Βιβλιοθήκη 工自 动化
Ｖｏ． ８，Ｎｏ ２ １４ ． Ａｐ ｉ。２ １ ｒ ｌ ０２
２１ ０ ２年 ４月
ＡＵＴＯＭ ＡＴ１ ０Ｎ Ｎ ＴＲ（＿ Ｉ ＰＥ ）ＣＨＥＭ Ｉ ＡＬ Ｉ Ｃ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
激 光 在 线 气 体分 析仪 的应 用
邓文平 ， 俞大海 ， 李鹰 ， 顾海涛 ， 陈英斌 ， 王健
Ｃｏ ａ ｉ ｏ ｔ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌｇ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓ ｉ ｃ ｎ ｕ ｔ ｄ Ｇａ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｃ ｔ ｌ ｔｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｗｉ ｔ ａ ｉ ｏ ａ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｓ ｏ ｄ ｃ ｅ ． ｈ ｉ ｓ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｉ ａ ａ ｙ ｉ
ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ａ ｌ ｉｄ ａ ｅ ｂ ｏ ｐ ｉｎ ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ （ ａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｂｅ ｄ ｏ ｅ ｌｓ ｒ ａ ｓ ｒ ｔｏ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ＴＤＬＡＳ） ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓｏ ｖ ｌｎ ｔ ，ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｆｗａ ｅｅ ｇ ｈ
浅述在线激光气体分析仪在干熄焦循环气体检测中的应用
浅述在线激光气体分析仪在干熄焦循环气体检测中的应用在线激光气体分析仪在干熄焦循环气体检测中应用广泛，主要用于监测焦炉废气中的有害气体浓度，以确保生产过程的安全性和环保性。
本文将从干熄焦工艺的原理、在线激光气体分析仪的工作原理和优势以及在干熄焦循环气体检测中的应用方面进行阐述。
干熄焦是一种取代传统水熄焦工艺的高效率熄焦技术，在该工艺中，干净、干燥的氮气或其他惰性气体用于冲刷焦炉内部的高温焦炭，使其迅速冷却而不进行气化。
干熄焦工艺相比传统的水熄焦工艺具有循环氮气利用率高、焦炭冷却均匀、焦炉运行周期短等优点，因此得到了广泛应用。
在线激光气体分析仪是一种基于激光光谱学原理的气体监测仪器，广泛应用于工业生产、环境监测等领域。
其工作原理是通过激光束通过待测气体产生吸收、散射等现象，通过检测激光束在待测气体中的强度变化，进而推算出气体浓度。
在线激光气体分析仪具有测量范围宽、响应速度快、准确性高、稳定性好等特点，可以实时监测多种气体。
在线激光气体分析仪在干熄焦循环气体检测中的应用主要体现在以下几个方面：1.监测有害气体浓度：焦炉废气中含有一定量的有害气体，如一氧化碳、二氧化硫等。
在线激光气体分析仪可以实时监测焦炉废气中有害气体的浓度，及时发现异常情况并采取相应的措施。
2.优化循环氮气使用：干熄焦工艺中，循环氮气是十分重要的冷却介质。
在线激光气体分析仪可以对循环氮气进行实时监测，根据监测结果来优化循环氮气的使用方式，提高氮气的利用效率，降低生产成本。
3.过程控制和优化：在线激光气体分析仪可以实时监测焦炉废气中的气体成分和浓度，通过对监测数据的分析和处理，可以对干熄焦工艺进行优化控制。
比如，在焦炉内废气中检测到有害气体浓度过高时，可以及时调整处理措施，保证焦炉运行的安全性和环保性。
4.数据记录和报警系统：在线激光气体分析仪可以将监测数据进行记录和分析，并及时产生报警。
这样，操作人员可以及时获得有关焦炉废气的数据，并根据报警信息采取相应的措施，以确保生产过程的安全性。
激光指向仪在化学分析中的应用与性能优化策略
激光指向仪在化学分析中的应用与性能优化策略激光指向仪（laser pointer）是利用激光器将聚光光束投射到远处，起到指向或指示的作用。
近年来，激光指向仪在化学分析领域中得到了广泛的应用。
本文将探讨激光指向仪在化学分析中的应用，并提出一些性能优化策略。
激光指向仪的应用范围广泛，包括药物分析、食品安全、环境监测等领域。
首先，激光指向仪可用于药物分析。
在药物的生产过程中，激光指向仪可用于测量药物的颗粒大小、粒子形状等参数，并通过这些参数来评估药物的质量。
其次，激光指向仪在食品安全中也有广泛的应用。
例如，可以使用激光指向仪来检测食品中的添加剂、农药残留等有害物质。
此外，激光指向仪还可用于环境监测领域，比如测量空气中的颗粒物浓度、水中的微小颗粒等。
然而，激光指向仪在化学分析中的性能优化仍面临一些挑战。
首先，激光指向仪的光束质量是影响性能的关键因素之一。
光束质量的好坏决定了光束的聚焦度和稳定性。
为了优化激光指向仪的性能，可以通过优化激光器的设计和使用高品质的透镜来改善光束质量。
其次，波长选择也是性能优化的重要策略之一。
不同的化学分析需要不同波长的激光指向仪来进行测量。
因此，根据具体的应用要求选择合适的波长，可以提高激光指向仪的分析能力。
另一个性能优化策略是减小激光指向仪的尺寸和重量。
小型化的激光指向仪便于携带和操作，特别适用于实地分析。
为了实现这一目标，可以采用微型化的激光器和透镜，并且使用轻量化的材料制造外壳。
此外，还可以利用纳米技术来制造更小尺寸的激光器和透镜，以进一步减小激光指向仪的尺寸和重量。
除了尺寸和重量的优化，提高激光指向仪的稳定性也是一项重要的任务。
在化学分析中，仪器的稳定性直接影响到实验结果的准确性和重复性。
为了提高激光指向仪的稳定性，可以采用温度稳定控制技术和反馈系统来控制激光器的温度和输出功率。
此外，定期进行校准和维护工作也是保持仪器稳定性的重要措施。
最后，激光指向仪在化学分析中的应用还需要注意安全性。
激光气体分析仪在煤制气中的应用与改进
场 合较 多 ， 多数 采 用 此 类技 术 的分 析 仪 应 用 效析 仪是基 于半 导体激 光 吸
收光谱 （ Ｌ ） Ｄ ＡＳ 技术 的一种 新 型分 析技 术 ， 能较 它 好 地解决 背景气 体的交叉 干扰 、 尘等对 视 窗的污 粉 染 等问题 ， 一种 先 进 高效 的 在线 分 析仪 器 ， 替 是 是 代 ＮＤ Ｒ技 术气体 分析仪 的一种 有效手段 ， Ｉ 此种 技
在石 化 、 铁 、 金 、 保 等 行 业 ， 生 产 过 钢 冶 环 对 程 中的无 机 组 分 ， Ｃ Ｃ ： Ｏ 如 Ｏ， Ｏ ， 。和 Ｃ 气 体 Ｈ 等 浓 度 的在 线 检 测 主 要 采 用 的是 基 于 非 色 散 红 外 光 谱 （ Ｉ 技术 的 气 体 分 析 仪 。这 类 仪 器 的光 ＮＤ Ｒ）
在 该 仪 器 的应 用 中 ， 了被 测 气 体 的吸 收 波 除
体 管道另一 侧 的接 收装置 上 ， 由于管道 内被测气体 分子对 激光 束进行 单线光谱 吸 收 ， 导致激 光某一 吸 收谱线 的光 能量发 生改变 ， 光能量 变化情况 与被测
气 体含量 成对应 关 系 ， 通过 检测光能 量变化情 况就 可 以得 出被测气 体 的浓 度 。
作 者 简 介 ：张 国栋 （ ９ ５ ） １９ １７ ， ９６年 毕 业 于 山 东 工 业 大 学 检 测技 术 及 仪 器 仪表 专 业 ， 任 兖 矿 国泰 化 工 有 限 公 司机 电 部 副 部 现
术 在 煤 制 气 装 置 的分 析 应 用 中 已 获 得 成 功 。
１ ＮＤＩ 术 的 气 体 分 析 仪 的 缺 陷 Ｒ技
ＲＳ一２ ４－２ ０
输 出
通 信 电 缆
图 １ 激 光 气体 分 析 仪 原 理
采用激光共振光声光谱技术检测乙炔气体
1520nm
微音器
温度 电流 参考信号 驱动 光声信号
吸收系数/cm-1MPa-11.20.8激光 控制器
计算机
锁相 放大器
0.4
0 6400
6500
6600
6700
图 1 气体的光声光谱检测原理 Fig.1 Schematic diagram of gaseous photoacoustic detection
1. 实验装置
1.1 概述 光声光谱技术是基于光声效应，通过直接测量 物质因吸收光能而产生的热能的一种光谱量热技 [11] 术 。在气体的光声效应中，气体分子吸收经过调 制的特定波长红外辐射而被激发到高能态，由于高 能态极不稳定，分子随即以无辐射跃迁形式将吸收 的光能变为热能而回到基态；由于光能是周期调制 的，这使得密闭于气池中的气体分子的热能也呈周 期性变化， 宏观上表现为压力的变化， 即产生声波。 由于声波的频率与光源调制频率相同，而其强度则 与吸收气体的体积分数有关，因此，建立气体体积 分数与声波强度的定量关系，就可以准确检测出气 池中各气体的体积分数。据此原理，本文构建的用 于检测乙炔气体的光声光谱检测装置如图 1 所示。 激光器发出能被乙炔分子吸收的特定波长红外辐 射，经斩波器 SR540 调制成一定频率的断续光束
激光器 斩波器 光声池
信号分别作为待检信号和参考信号送入锁相放大 器 SR830，经互相关检测，提取出光声信号的强度 值，送入计算机进行后续处理。在图 1 所示的装置 中，红外光源的选择与光声池的设计是构建气体光 声光谱检测装置的关键。 1.2 红外光源的选择 按照辐射特性，光源可分为非相干光源和相干 的激光光源两类。与非相干光源相比，激光光源具 有功率大、单色性及准直性好的特点，能够提高气 体的检测灵敏度，降低气体间的交叉吸收干扰，便 于光声池的优化设计， 因而， 本文采用了激光光源。 在现有的激光光源中，分布反馈半导体激光器具有 可调谐、窄线宽、长寿命、室温工作、操作简便、 体积轻巧、价格低廉等优点，适合工业现场的应用 要求，本文选用 NEL 公司的分布反馈半导体激光 器作为光声光谱检测装置的光源。要激发起气体的 光声效应，一个必要条件是激光器的工作波长必须 与气体的特征吸收谱线相一致，因此，激光器工作 波长的确定是选择光源的关键问题。由于市场上现 有分布反馈半导体激光器的辐射波长均在 2m 以 下的近红外区，图 2 给出乙炔分子在该区域中吸收 最强的一段红外光谱。由图 2 可以看出，相同条件 下，为了使乙炔对红外辐射的吸收更强，选择乙炔 在该波段具有最强吸收的吸收谱线所对应的波长 1520nm 作为激光器的工作波长。 考虑到从变压器油中脱出的气体不仅仅是乙 炔，还含有乙烷、乙烯等气体，在选择乙炔的特征 吸收谱线时，还要注意避免这些气体对乙炔特征吸 收谱线的交叉吸收。经查阅 HITRAN2004 数据库 [12] ，结果表明除乙炔外，乙烷、乙烯等故障特征气 体对波长为 1520nm 的红外辐射均不吸收。
TDLAS激光光谱乙炔检测
TDLAS激光光谱乙炔检测用于乙炔检测的德国nanoplus激光器用于各种应用，包括：工艺优化：质量控制健康：呼吸气体分析安全：防爆可调二极管激光光谱仪可以测量C 2 H 2实时和原位精度高达ppb。
nanoplus激光器具有长期稳定性，几乎不需要维护，非常适合在恶劣环境下运行。
乙炔检测的标准波长，红外吸收光谱：nanoplus提供各种波长以靶向乙炔的振动旋转带。
文献推荐以下波长进行乙炔检测：1520 nm3030 nm精度为0.1 nm ，nanoplus可提供上述波长以及其他定制波长用于HCL检测。
选择波长时，必须考虑产品设置，环境和测量性质。
不同中心波长的激光器的电性特性参数：应用案例：1.石油化工乙烯生产的质量控制：C 2 H 2乙炔是乙烯生产裂解过程中的副产物。
石化工业通过氢化使化合物最小化。
该过程提高了所制乙烯的纯度和质量。
2.呼吸气体的监测：C 2 H 6和C 2 H 2医用呼吸分析认为乙烷和乙炔是哮喘，精神分裂症或肺癌的生物标志物。
呼吸分析的研究领域使用甲烷作为肠道问题的生物标记。
3.防爆：乙炔（C 2 H 2）用于气体焊接，因为火焰易于调节。
同时，乙炔与氧气混合或压力或温度突然变化时，极易爆炸。
即使在相对较低的温度下（如306°），少量的电火花也足以引起爆炸。
为了工人的安全，必须连续监测乙炔浓度。
4.变压器故障检测：C 2 H 2乙炔常伴随变压器内放电性故障的出现而产生，早期近红外广泛选用乙炔1532nm的吸收峰进行光谱传感技术应用，但是乙炔近红外的吸收峰强度太弱，又极易受到一氧化碳、二氧化碳、水汽及碳氢化合物的干扰，所以检测效果一直不理想，一方面不够精准，另一方面需要预处理，导致延迟大。
乙炔在3030nm的吸收峰强度比近红外波段强将近一万倍，并且可以完全可以避免一氧化碳、二氧化碳、水汽及碳氢化合物的干扰。
深圳市唯锐科技有限公司提供德国nanoplus的激光器，从近红外到中红外，760nm到6000nm范围内的任意中心波长的激光器：DFB激光器、ICL激光器，6~14微米的QCL激光器，可以满足在760nm~14000nm波长范围内的红外吸收光谱的检测需求。
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０ 引 言
备 安全 运行 的关 键参 数 ， 重 要 检 测点 ， 是 由在 线 分 析 仪分 析 后输 出 ４ ２ ～ ＯｍＡ 信号 到 Ｄ Ｓ Ｅ Ｄ， Ｃ ， Ｓ 参
与装置 过程 控制 、 安全联 锁 ， 保装 置生产 安全 。 确
第 ４ ７卷
第 ６期
石
油
化
工 自 动
化
Ｖｏ ． １ ４７， Ｎｏ ．６ Ｏ ｃｏｂ ｒ。２ ｔ ｅ ０ｌ １
２１ ０ １年 １ ０月
Ａ Ｕ Ｔ０Ｍ Ａ ＴＩ Ｎ Ｎ Ｏ Ｉ ＰＥＴＲ （－ ） ＣＨ ＥＭ Ｉ Ｉ ＮＤＵ ＳＴＲＹ ＣＡ Ｉ
激 光 气 体在 线 分 析 仪 在 乙炔 装 置 中 的应 用
仕 陈 忠
（ 庆 川 维 石 化 工 程公 ，重 庆 重 司 ４ １５ ） Ｏ ２ ４
摘 要 ：传统过程分析仪采用一套完整的采样预处理系统实现连续采样分析 。乙炔裂解气 中氧体 积分数采用顺磁式氧 分
析仪实现在线分析 ， 因采 样 预 处 理 系 统 结 构 复 杂 引起 分 析 滞 后 时 间 长 、 护 工 作 大 、 量 准 确 度 不 高 等 问 题 已影 响 ＿装 置 的 维 测 ｒ 稳 定 运 行 。激 光 气 体 在 线分 析 仪 采 用 单 线 光 谱 技 术 、 光 波 长 扫 描 技 术 和 环 境 参 数 自动 修 正 技 术 ， 采 样 预 处 理 系 统 ， 现 激 无 实 “ 位 ” 线 分 析 ， 免 了 采样 预 处 理 响 应 滞 后 带 来 的 安 全 隐患 。 在 在 避
Байду номын сангаас
关键 词 ： 磁氧分析仪 ； 响应速度 ； 激光气体在线分析仪 ； 单线光谱技术 中图分类号 ： Ｈ ３ Ｔ ８ 文献标志码 ： Ｂ 文章 编 号 ： ０ ７ ７ ２ （０ １０ — ０ ８ ０ １ ０ — ３４ ２ １） ６ ０ ６ — ３
Ｂｒｅ ｎｔ ｏ ｃ ｉ ｎ ｏ ｓ ｒ Ｇ ａ —ｉ ｅ Ａｎａ ｙ ｅ ｐｌｃ ｔｏ ｎ Ａ ｃ ｔ ｌｎ ｉｆ Ｉ ｒ ｄｕ ｔｏ ｆＬａ ｅ ｓ Ｏｎ ｌｎ ｌｚ ｒ Ａｐ ｉａ ｉｎ ｉ ｅ ｙｅ ｅ Ｕｎｉ ｔ
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Ｃｈｅ ｎ Ｚｈｏ ｓ ｉ ｎｇ ｈ
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