GC1000色谱分析仪在八钢新区高炉中的应用

姜洋

【摘要】介绍GC1000气相色谱仪分析系统原理，应用在宝钢集团八钢公司新区2500m?高炉的炉顶煤气在线分析状况，并简述该系统的结构组成。在2500m?高炉顶压调节系统煤气管道上安装煤气分析仪，通过煤气分析仪获取高炉内产生气体的相关数据及趋势，对高炉上升管煤气进行分析，可以帮助操作人员了解高炉炉况。有效避免安全事故的发生。

【关键字】气相色谱仪、高炉、结构；

1、GC1000 系列工业色谱仪

1.1、色谱仪系统的原理

气体色譜仪是一种成份分析仪器，它将一定容量的待分析的多组份混合气体输入到色谱柱中，在色谱柱中对各组份进行分离，然后用检测器测量各种组份的浓度。工业气相色谱仪间歇性地按周 期进行分析，因此可以实现自动取样。下面说明 GCl000D/GC1000S 工业气相色谱仪的测量原理。

1.1.1 采样分析原理

气相色谱仪的样品分析机构由采样机构、色谱柱和检测器三部分组成。待分析的样品用采样阀进行采集，采样阀有采样和分离及检测两种工作状态。在分离及检测状 态时，取样阀应能让需要测量的气体（液体）流过采样阀的定量管。采样状态时，载气将采样阀定量 管中需测量的气体（液体）样品带入色谱柱中（见下图）。 关于采样有两点需注意：因为需要重复采样，所以采样的体积应固定不变。此外，采样必须迅 速可靠。实际测量中，使用—根温度和压力固定且定体积的的样品定量管来保证采集的某一气体（液 体）的体积不变。使采样迅速而可靠的方法是待测量的气体始终不停地流通。

1.1.2 色谱柱分离

气相色谱仪可使用三种色谱柱：填充色谱柱（Packed Column），大孔 径毛细管柱（Mega-bore Column）和毛细管色谱柱（Capillary Column）。填充色谱柱为内径约 2mm，长度 0.2—2.0M 的不锈钢管，管内充填有可对分析组份进行分离的填充物，这种填充物称作固定相。大孔径毛细管柱和毛细管柱的直径分别约为0.5mm和0.3mm左右，管的内表面涂覆有—薄层称 为固定相的物质。 多组份混合样品中的各种成份和载气称为流动相，流动相通过色谱柱时，反复的溶入固定相并 以一特定的比率从固定相中挥发出来。该比率与各种成份特定的分配系数有关。不同的组份有不同 的分配系数（Partition Coefficient）。由于有不同的分配系数，各种成分通过色谱柱时有不同的传输速率，也就是在色谱柱中有不同的通过速度。这样一来，多组份混合样品中的各种成份在色谱柱中被分离为单一的组份并按一定的 时间顺序从色谱柱中流出。下图表示出由 A，B，C 三种组份混合的样品气通过色谱柱以及在一定时间内被分离成各种独立的组份的情形。

1.1.3 热导检测器（TCD）原理

在色谱柱中被分离的各组份被送往检测器，用检测器测量各个组份的浓度。热导检测器可以测量几乎所有的非腐蚀性的组份，但灵敏度较低。热导检测器利用被测气体与载气间导热性的差别，测量电桥电路中产生的不平衡电压，从而测 量出被测气体的浓度。热导检测器通常用来测量被测气体（液体）的百分浓度。

1.2、色谱仪系统的构成

GC1000气相色谱仪是一体化的整机结构，按照它们的功能可以划分为五个部分，它们是： 1.正压防爆盒装置：安装仪器采用的正压充气防爆所需要的控制联锁和接线。 2.电气控制部件及接线端子组件：安装仪表自动运行控制及组份含量计算所需的的微机控制器及各种控制电路板和控制机构及相应的接线端子板。 3.色谱分析部件：安装仪表分析所必须的恒温加热炉、采样阀和控制阀件、色谱柱、检测器组件，以完成样品组成及含量的分析 4.样品采集部件（可选部件）：担负对现场工业样品的接入及控制。 5.气体调控组件：对仪表工作所需要的载气、驱动气、吹扫气、燃烧气，助燃气等的压力流量等参数进行调整和控制；

3、改进优化

3.1仪表分析用载气管路的改进

分析仪表需要氢气和氮气2种载气，载气为钢 瓶装的高纯度气体，每30天需更换一次。如果更换 时间超过5min，设备会停机。为了实现无扰切换载 气，使用三通阀连接两路管道，增加了一路连接载 气钢瓶的管路。当更换载气时，先把新载气瓶连接 好，打开这一路的阀门，然后再关闭需更换下来的气 瓶前的阀门，这样就做到了无扰更换载气。

3.2自动排放系统

设备设计前期采用手动排放废气，如果人员检修维护不到位，或者地区温度降低，温差较大时就会造成设备内积水较多，容易造成分析仪主机烧毁，后果不堪设想。采用时间继电器和铜质电磁阀的组合，组成自动排放系统，既解决了手动排放的困难，也提升了设备的运行稳定率。

4、仪表的日常维护检修

4.1、防爆结构

仪表维修前首先应检查防爆结构，以确保仪表的防爆性能不变。该项检查主要应检查以下几项。1）. 系统的正压保护盒上的固定螺钉有否损坏和松动。2）.外壳和透明视窗有否损坏。3）.任何衬垫有否破裂或严重变形。

4.2、更换钢瓶，

更换载气或标准气体钢瓶后常需要检查钢瓶减压阀周围有无泄漏。钢瓶更换后的三天内至少要检查 2～3 次。

4.3、泄漏检查

仪表的任何管接头件或内外部零件在更换或检修后都必须检查接头是否有泄漏。检漏时应保持管子处于加压状态，用肥皂水（“SNOOP”或其它装置）涂在接头处进行检漏。发现泄露时应拧紧接头或更换不合格零件。任何泄露都会影响仪表的正常工作、降低分析结果的准确性或增加气体的消耗量。

4.4、检查色谱图

仪表更换任何另部件后重新开始运行时，应记录若干色谱图并和操作数据手册中的结果进行对比。

5、结语

经过以上几个方面的改造和日常正常维护后，整套系统不再频繁停机，大大降低了设备的故障率，同时减少了维护量，为高炉连续提供准确可靠的炉顶煤气分析数据。在新区高炉投产后，炉顶色谱分析系统一直运行良好，高炉煤气利用率一直保持在46%左右，生产过程中实现了煤气利用率高、节焦降耗效果明显。