在线分析仪表及成套分析系统的发展趋势

在线分析仪表及成套分析系统的发展趋势

摘要：在线分析仪表及其成套分析系统的发展对我国过程控制技术在诸多工业领域中的应用

至关重要，本文对该类仪表及其系统的现状、技术瓶颈以及未来可能的发展趋势进行了论高帽子 述

和探讨，希望能对我国在这一领域的技术发展和关键技术的突破提供一些参考。

关键字：在线分析仪表、在线分析系统、发展趋势、采样系统、智能化

Abstract:

Line analytical instruments and analysis system for the development of complete ts

of process control technology is crucial in many industrial applications in the field, this paper, the

status of the instrument and its class system, technical bottlenecks and possible future trends are

discusd and Discussion , hoping to provide some reference to our breakthrough in technological

development in this area and key technologies.

Keywords: Line analytical instruments; Line analysis system development trend Sampling system;

Intelligent

1. 概述

目前，随着我国对节能减排、控制环境污染的要求不断深入，在线分析仪表已经成为过

程控制领域必须的检测设备。在线分析仪表及成套分析系统也已经在石油化工、煤化工、冶

金、医药、电力、环保等领域得到了广泛应用。根据不同的在线分析要求来使用适当的在线

分析仪表，设定其他相关的测量参数，同时配合相应的取样系统、样品传输、样品处理系统、

分析小屋（或柜）系统、样品回收系统等的合成分析系统通常被称为在线成套分析系统。在

线成套分析系统是多学科、技术的集成，除了在线分析仪表、样品采样分析处理、数据传输

技术外，还涉及到现代分析化学、物理学、机械、电子学、计算机应用技术和工业自动化技

术等多学科的综合交叉应用。在线分析技术正朝着在线分析仪表的自动化和智能化方向发

展，而其成套分析系统也正成为监测和控制复杂过程生产设备及其工作状况的在线系统工程

分析工具，其中先进控制技术和实时优化技术的使用，对提高生产设备操作、控制、管理水

平并扩大经济效益大有助益。可见，在线分析工程技术和自动化的系统集成已经成为二十一

世纪前沿科技的同时，也必将在中国制造2025大战略中发挥重要的作用。

2. 在线分析仪表及分析系统的发展优势和瓶颈

随着我国国际化步伐的不断加快，国内企业正面临着国际同类大型公司日益激烈的竞争

压力。这对我国企业在生产优化控制，提高产品合格率，降低劳动成本，提高经济效益等方

面提出了更高的要求。为此，许多企业率先采用了先进控制系统，其目的在于有效地监测和

控制生产过程，使生产过程处于最佳状态，节省原材料，降低能耗及其他消耗，从而提高生

产效率，产品质量和设备的使用寿命，并实现安全、稳定的生产。而在线分析仪表在达到这

些目标的过程中正发挥着优化生产操作，稳定产品质量，降低劳动强度，提高经济效益和推

进技术进步的重要作用。在线分析仪表及分析系统的应用已经成为现代化企业的标志。

在线分析仪表是自动、连续测量被监测介质组分的工业仪表，在相关工艺操作中起到记

录、指示、控制、报警的作用。然而，由于不同工业生产环境中存在原料复杂、工况苛刻、

相关组分和干扰因素多等原因使得在线分析仪表故障率高、维护量大、稳定性差、误差增加，

并严重影响在线分析仪表在生产中发挥效能。目前，我国的在线分析仪表还处于使用率低、

维护量大、稳定性差和精度低的水平。主要的技术瓶颈体现在：采样过程滞后时间大，难以

满足快速在线优化工况的要求；采得的试样代表性不足，难以充分反映真实工况；试样中杂

质过多，带油、带水、带污的试样造成对分析仪表的维护要求较高；采集的试样中关于温度、

压力、流量等参数无法达到在线分析仪表的要求，从而影响测希特勒 量精度，甚至造成仪表损坏；

试样的排放背压影响分析仪表的正常工作，并对环境产生污染等。

所以，要使在线分析仪表及其系统发挥良好的作用，除了选择合适的分析仪表外，还应

该重视试样采集装置的合理性、可靠性和完整性。通过对试样的提取、传输、预处理和排放

各阶段的合理设计，监控和维护，更好地满足在线分析仪表的采样要求。由此可见，在线分

析仪表及其分析系统的应用和维护对该复杂技术的发展至关重要，其中试样预处理的方案设

计及其制造和设备集成，由于涉及到多种物化技术和材料科学，专业性强；设计制造和装配

工艺复杂，无通用性；测试和调整需要现场进行，在出厂前无法进行有效合理地模拟等因素

的制约，已经成为在线分析仪表及分析系统的发展过程中的瓶颈，需要给予必要的重视。

3. 在线分析仪表及分析系统的发展趋势

3.1 采样系统的设计

采样系统是能否用好在线分析仪表的关键，采样系统的设计应从分析二战主战场 仪表的选择和测量

对象这两方面考虑，并参考相关的设计标准。其基本要求是保证分析仪表得到的试样和管路

或设备中源流体的组成和体积分数尽可能一致；使用尽可能短的采样时间；对试样的消耗尽

可能少；系统构成简单并方便操作和维护；能长期可靠有效工作。

在试样提取方面，要保证试样具有代表性，并在满足正确分析的前提下尽量减少取样量。

具体来说，取样点应位于能反映工艺流体性质和组成变化的灵敏点上，取样点应位于对过程

控制最合适的位置，以避免工艺滞后；取样点的位置所对应的试样温度、压力、清洁度、干

燥度等技术采样技术指标应尽可能接近在线分析仪表的要求和使用范围，同时要避免污染位

置所带来的寄存气态、液态污染物和灰尘对工艺介质性质的影响；取样点应避免工艺介质呈

现层流或紊流的位置，而是其呈现湍流的相对平稳位置上，使得工艺介质在采样时充分混合

并具有代表性；针对不同的工艺介质的特点，采用不同的采样探头，比如当液样中含有少量

颗粒物、粘稠物、冷凝物、结晶物等时，容易造成采样堵塞，应采用一种不停车带压插拔式

取样探头。而对于含尘量较高的气体试样，可采用过滤式探头取样。

在试样传输方面，用于试样从采样点输送到过程分析仪表入口端的管路，在设计时应考

虑尽量减少试样的传输时间对在线分析仪表时延的影响，必要时应采用快速回路系统，避免

弯头和转角；如采样点与返回点较远时，可考虑采用引流装置；根据试样的状态以及环境的

变化情况，合理选择保温方式，防止变相。

在试样预处理方面，应考虑在适当地改变试样的物理或化学性质，而不改变其组成的情

况下，使试样符合过程分析仪表的监测要求。对试样的初步前处理，是使试样适合传输，减

少传输滞经理 后和预处理负担，其必要的步骤包括减压、降温、除尘、除水、气化等。而对试样

的预处理则侧重于对试样的进一步处理和调节，比如对试样温度、压力、流量的调节和精细

过滤、除湿干燥、去有害物质等，同时还会兼顾安全泄压、限流和流路切换的功能。对于不

同的在线分析仪表，分析的工业介质和工况，试样预处理的细节都有不同的考量，应具体问

题具体分析。

在试样排放方面，具体过程包含分析后试样的排放和旁通试样的排放，基本要求是不应

对环境带来危险或造成污染。其中对于气体排放可考虑使用排入火炬或设计通过返回工艺后

排入大气，可同时使用红外分析仪、气相色谱仪等检测器实时监测排放出口；对于液体排放

可考虑设计通过返回工艺后就地排放，但如试样液体存在有毒或腐蚀性的特点，则须考虑排

入化学排水沟或污水处理厂处理。

3.2 非介入式在线分析仪表和实时过程控制、优化技术

近年来，通过物理方法，基于光学，电磁学感应的基本原理所研制出的近红外分析仪，

在线色谱仪，核磁共振仪等非介入监测设备和自动化在线技术的紧密结合，使得这类在线分

析仪表得到了广泛应用，其测量数据能够及时指导工艺操作，实现质量“卡边”控制，提高

生产管理水平，并带来巨大的经济效益。

近红外光谱分析技术作为一门发展迅猛的高新分析技术，通过已知样品的光谱的组成

或性质进行关联，用多元校正法来建立校正模型，然后通过模型和未知样品的光谱来预测未

知样品的组成或性质。在线近红外光谱分析技术的应用不仅仅直接节省了大量的分析费用，

而且由于分析速度快，能及时给产品质检反馈分析数据，并避免或降低产品质量的不合格率，

从而获得大的经济效益。在我国兰州石油化工总厂，使用该在线分析仪表来监测稳定塔塔底

出口生产油的研究法辛烷值，并通花千骨台词 过在线实时系统将监测数据输送到生产装置的控制系统，

对生产优化起到了指导作用。据悉，该技术的应用已经为该厂带来了196万元/年的直接经

济效益。

色谱仪具有测量范围宽，分析准确的特点，在同时采用了自动取样和样品预处理技术

后，保证了该分析仪表的自动化和连续性，在生产中起到了优化操作、控制产品质量指标、

安全监测等重要作用。例如在使用萃取法提浓丁烯原料来生产甲乙酮的工艺中，我国黑龙江

石油化工厂使用的在线色谱仪对丁烯原料中的微量萃取剂进行了定量分析检测，其准确度、

精密度均较好，在生产中起到了显著作用。

核磁共振技术与先进控制技术的结合，可明显地提高工业生产的经济效益。该在线分

析系统具有应用范围宽，测量速度快，可实现多通道测量，可实现多性质测量，测量系统稳

定性好，测量结果精度高等特点；祛痘小方法 同时样品的前处理简单，由于依靠电磁技术，测量样品的

粘稠度、纯度、颜色以及含水量不会影响测量结果。我国石油天然气总公司的乙烯装置裂解

炉系统使用在线核磁共振分析仪，快速准确地分析裂解原料及裂解气的组成，使先进控制和

过程优化控制得以成功应用。该测量数据与化验室分析数据吻合度很高。

3.3 在线分析系统的智能化

在线分析系统的数字化、网络化、图像化、多功能化、集成化共同组成了在线分析系统

的智能化。一般来说，在线分析系统一般包括多个现场监控站点、并使用现场在线分析仪表

来实现数据采集、存5月1日是什么星座 储和传输，对应的数据中心采用接收设备和分析软件来接收、分析实时

数据，并使用分析结果来控制现场监控站点的状态。分析软件的另一个任务是对实时数据进

行存储、统计并描绘出相应监控变量的趋势变化图，这样有助于对现场监测站点的数据进行

有规律地把握，从而起到对潜在风险的预测功能。

在数据的实时传输技术方面，目前常见的为有线传输技术和无线传输技术。其中有线传

输技术主要用于小范围，较近距离的数据实时传输，使用的数字传输协议一般为HART，

FOUNDATION之类的现场工业总线。用于远程支持的电脑用户界面则一般以internet和

intranet为协议基础。目前使用智能无线适配器的无线仪器也可有效地实现远程安装和定位，

并通过自组织的网络，来实现数据的高可靠性和网络的高稳定性。值得注意的是，目前国内

采用GPRS/CDMA（未来的3G/4G）技术的数据接口设备模块作为远程数据传输模块，依托

稳定、可靠的中国移动/联通网络的数据传输方案同样可以保证把行业用户的终端装置、企

业网络、公共网络和数据连接在一起，以实现计算机和各种数据终端设备的无线接入和联网。

在满足业务点的远程接入方面，因其具有充分利用现有网络资源，设备简单，组网方便、覆

盖面广、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点，目前已广泛使用于城市

智能交通、路灯监控以及水、气、集中供暖管网的在线监控等领域。

智能化快乐的音乐 的在线分析系统通过集成来自不同的现场监测站点的过程信息，将这些原本分

散于不同在线分析子系统中的数据进行整合，并通过提供一个单开的数据通道，对所有必要

的过程信息做进一步地分析。在这一过程中，具有统计和数据分析的工具箱通常被广泛应用，

来研究影响不同监控参数之间的相互关系，并同时使用如Microsoft Excel之类的工具来进行

数据分析的可视化。通过在线监控数据与实验室采集数据的比对，该类在线分析系统能帮江西吃辣厉害吗 助

科研人员完成从过程信息到过程知识的突破。这也是在大数据时代，在线分析系统在对被监

控的复杂过程生产设备相关参数可预测性的一种智能化把握。

4. 总结

本文对在线分析仪表及其成套分析系统的发展情况，及其优势及瓶颈进行了综述，并以

此结合国内外在线分析系统的实际应用，提出了该系统的主要几个发展趋势。希望能对我国

在线分析仪表行业的发展有所助益。

参考文献：

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