半导体激光气体分析仪的常见问题与维护

天然气净化工 艺 中，传 统 的 硫 化 氢 气 体 检 测 方法为醋酸铅纸带法，该方法为非连续性 测量，需 定期更换试剂和纸带，仪器响应时间长，测 量时容 易受被测气体中氢气、二氧化硫等气体的 干扰，影 响测量结果 的 准 确 性。后 来，基 于 紫 外 线 照 射 分 光吸收原 理 的 硫 化 氢 在 线 分 析 仪 得 到 了 推 广 应 用，但是该分析仪光源寿命短，需经常更换 光源和 光电处理电路 板，对 光 电 倍 增 管 的 电 源 稳 定 性 要 求非常高，导致其维护量增大、成本增加。 半导体 激光气体分析仪与紫外线照射分光吸收气体分析 仪的比较见表 １。
近 年 来 ，随 着 人 们 环 保 意 识 的 增 强 ，对 工 业 生 产环境进行监 测 已 成 为 现 代 技 术 研 究 的 重 点 。 ［１］ 在天然气净化 工 艺 中，对 于 生 产 出 来 的 天 然 气 产 品要进行多项 指 标 实 时 监 测，其 中 要 求 硫 化 氢 的 浓度严格控制在 ２０ｍｇ／ｍ３ 以 内，杜 绝 不 合 格 天 然 气产品的外 输。 因 此，采 用 先 进 的 在 线 气 体 分 析 技术和 设 备 是 天 然 气 行 业 高 速 发 展 的 必 然 趋 势 。 ［２］ 随着半导 体 激 光 器 技 术 的 不 断 进 步，激 光 器所具有的 单 色 性、低 噪 声、波 长 可 调 谐 性、光 谱 分辨率高及可 靠 性 高 等 特 性 逐 渐 凸 显 出 来，其 中 以近红外半导体激光器为基础的光谱分析方法和 仪器逐渐成为 当 前 研 究 和 应 用 的 热 点 ［３］，并 在 诸 多领域中推广应用。 １ 半 导 体 激 光 气 体 分 析 仪 测 量 原 理
项目 光路结构 光源寿命与可靠性
预处理器与造价
表 体分析仪
紫外线照射分光吸收气体分析仪
光 路 结 构 简 单 可 靠 ，维 护 工 作 简 单 且 工 作 量 少
半导体激光器 具 有 单 色 性、波 长 可 调 谐 性、噪 声 低 和寿命长的特点
光路结构复杂，配件多，需经常 清 洁 处 理，维 护 工 作 量大 采用镉灯与铜 灯 两 个 光 源，光 源 寿 命 短，对 光 源 的 电源稳定性要 求 较 高，可 靠 性 低，成 本 高 且 维 护 工 作量大
过牺牲响应时 间、提 高 平 均 次 数 的 方 法 来 降 低 噪
声对测量结果 的 影 响，从 而 得 到 一 段 时 间 内 的 平
均浓度 珔ｇｎｅｗ，计算式为：
( ) 珔ｇｎｅｗ ＝Ｎ１ｇｃｕｒ＋
１－ １ Ｎ
珔ｇｏｌｄ
式 中 ｇｃｕｒ——— 当 前 浓 度 值 ； 珔ｇｏｌｄ——— 上 一 次 计 算 出 来 的 平 均 浓 度 值 ； Ｎ ———平均次数。
第 ６期 刘海泉．半导体激光气体分析仪的常见问题与维护
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半导体激光气体分析仪的 常见问题与维护
刘海泉
（重 庆 天 然 气 净 化 总 厂 ）
摘 要 介绍 ＬＧＡ４５００ＩＣ半导体激光气体分析仪的工作原理、系统组成及其优势。分析该 分 析 仪 在 应 用过程中易出现的问题与相应的维护建议。 关 键 词 半 导 体 激 光 气 体 分 析 仪 Ｈ２Ｓ浓 度 差 分 算 法 吸 附 气 路 未 吸 附 直 通 气 路 环 境 适 应 能 力 中图分类号 ＴＨ８３２ 文献标识码 Ｂ 文章编号 １０００３９３２（２０１８）０６０４９７０４
２ 半 导 体 激 光 气 体 分 析 仪 系 统 组 成 及 其 优 点
２．１ 系 统 组 成
半导体激光气体分析仪系统主要由取样点、
传输管线和分析机柜 ３部分组成，具有流程 简洁、
零部件安装方便和易维护的特点。传输管线上装
有两级过滤器、稳 压 阀、转 子 流 量 计、直 通 与 三 通 阀、电磁阀及吸附器等。其中，一级过滤器 为粗级 过滤器，主要过滤样品气中的细微杂质，另 一级为 膜式过滤器，主要用于过滤样品气中的水 分；稳压 阀是保障进入 的 样 品 气 工 作 压 力 稳 定；转 子 流 量 计用于测量样 品 气 的 流 量；直 通 与 三 通 阀 用 于 样 品气与标准气 路 的 切 换，实 现 分 析 仪 的 调 零 标 定 功能；电磁阀用 于 吸 附 气 路 与 未 吸 附 直 通 气 路 的 切 换 ，实 现 分 析 仪 的 差 分 算 法 。 ２．２ 与 紫 外 线 照 射 分 光 吸 收 气 体 分 析 仪 的 比 较
ＬＧＡ４５００ＩＣ半导 体 激 光 气 体 分 析 仪 由 激 光
发射模 块、光 电 传 感 器 （接 收 装 置 ）和 分 析 模 块 （中 央 处 理 器 ）组 成 。
ＬＧＡ４５００ＩＣ半导 体 激 光 气 体 分 析 仪 通 过 将 半导体激光吸收光谱和积分腔输出光谱技术完美 结合，采用差分 测 量 技 术 算 法，提 升 检 测 灵 敏 度， 为天然气、石化、化工及钢铁等行业的微量气 体分 析提供最佳解决方案。
图 １ 差分算法波形
作 者 简 介 ：刘 海 泉 （１９８８），助 理 工 程 师 ，从 事 天 然 气 净 化 仪 表 的 维 护 工 作 ，４１０３１５０１２＠ ｑｑ．ｃｏｍ。
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化 工 自 动 化 及 仪 表 第 ４５卷
图 ２ 吸附气路与未吸附直通气路
在 具 体 应 用 中 ，为 了 得 到 较 好 的 结 果 ，一 般 通
在测量天然气中 的 Ｈ２Ｓ含 量 时，背 景 气 中 还 有甲烷等烃 类 气 体，而 甲 烷 等 烃 类 气 体 将 与 Ｈ２Ｓ 吸收谱线叠加 在 一 起，如 图 １ａ所 示。 为 此，笔 者 设计了一个吸 附 气 路 与 未 吸 附 直 通 气 路 （图 ２）， 即样气先 后 经 过 Ｈ２Ｓ吸 附 气 路 和 未 吸 附 直 通 气 路，然后将吸附 Ｈ２Ｓ后的样气背景波形（图 １ｂ）与 吸附前波形（图 １ａ）进行差分 计算，从而得 到被测 气体 Ｈ２Ｓ的浓度值（图 １ｃ）。