Как выбрать подходящий лазерный газоанализатор TDLAS для вашей отрасли?

Введение

Промышленные предприятия должны обеспечивать безопасность, эффективность и соответствие законодательству. Потеря концентрации газа и/или неправильное измерение представляют собой не только юридический и коммерческий риск, но и могут привести к инцидентам. Анализ газов в условиях высоких технологических нагрузок, сопровождающихся пылью, высокими температурами и/или коррозионными газами, представляет собой сложную задачу с точки зрения измерения параметров процесса и его надежности.

Абсорбционная спектроскопия с перестраиваемым диодным лазером (TDLAS) решает проблему постоянных, проводимых в реальном времени и интерференционных измерений в иммуноанализах для сложных промышленных применений. Там, где точность и скорость измерений имеют первостепенное значение, TDLAS является предпочтительным выбором. Цель данной статьи — предоставить практическую информацию о технологии TDLAS, ее возможных конфигурациях, а также о том, как выбрать конфигурацию для оценки ресурсов ретрансляции на длительные расстояния, разрешенной ретрансляции и измеримой ретрансляции.

Что такое TDLAS (спектроскопия поглощения с использованием перестраиваемого диодного лазера)?

Абсорбционная спектроскопия с использованием перестраиваемого диодного лазера (TDLAS) — это надежный оптический метод измерения газов, используемый в промышленности. Длина волны поглощения целевого газа определяется путем настройки лазера. Затем лазерный луч пропускается через образец газа. Это позволяет контролировать поглощение лазерного луча газом. Поглощение пропорционально концентрации газа.

Этот метод обеспечивает быстрое реагирование, низкий уровень помех от фоновых газов и работу в жестких технологических условиях. Он обладает специфическими возможностями измерения и обеспечивает высокую точность определения газов. Это делает его идеальным для сложных газовых смесей.

По мнению экспертов в области анализа технологических процессов, методы лазерной спектроскопии стали незаменимыми для применений, требующих «высокой селективности и измерения в реальном времени без предварительной подготовки образца», что подтверждает предпочтительность TDLAS в современных отраслях промышленности.

Как работает TDLAS

Метод TDLAS использует закон Бера-Ламберта для оценки связи между концентрацией газа в образце и поглощением образца газа. В процессе газ поглощает определенное количество энергии в виде лазерного излучения. Прибор измеряет потерю интенсивности и поглощение и преобразует их в концентрацию с помощью обработки сигнала.

Типичная система TDLAS включает в себя перестраиваемый диодный лазер, оптический тракт для обеспечения взаимодействия газа с лазерным лучом, детектор и блок обработки сигнала. Истинный потенциал технологии TDLAS заключается в ее селективности. Каждый газ в образце имеет уникальный спектральный отпечаток, и поэтому эта технология позволяет изолировать целевой газ с минимальным перекрестным влиянием.

При интеграции TDLAS в технологический процесс крайне важно понимать, какое влияние могут оказывать на измерения другие газы, присутствующие в процессе. Система также должна быть сконфигурирована с учетом этих эффектов.

Преимущества анализаторов TDLAS

Компания TDLAS обеспечивает точные и надежные измерения газов в кратчайшие сроки. Они специально разрабатывают свои газоанализаторы с использованием технологии быстрого измерения газов, применяемой в лазерной технике. Лазерная точность обеспечивает надежную и стабильную работу технологии. Это позволяет экономить на техническом обслуживании и упрощает процессы рутинных проверок.

• Ограничивает перекрестное загрязнение при селективном измерении газов.
• Способствует поддержанию быстрого темпа принятия решений в промышленности.
• Превосходные характеристики в жестких условиях промышленной эксплуатации.
• Нет необходимости в дорогостоящей и периодической замене деталей.
• Подходит для работы при высоких температурах или в агрессивных средах.
• Подходит для обеспечения универсальности системы, позволяя измерять концентрацию газа в самых разных условиях.
• Низкие эксплуатационные расходы, ремонт газовых систем

Ограничения и компромиссы

Технология TDLAS обладает преимуществами в производительности, но для некоторых применений могут потребоваться альтернативные решения. Перед приобретением этой технологии покупатели должны учитывать ряд ограничений, поскольку они могут не совпадать с бюджетными рамками, условиями технологического процесса, а также ожиданиями в отношении эксплуатации и монтажа.

• Первоначальные инвестиции превышают затраты на обычные анализаторы.
• Обычно измеряется только один газ. Максимум — два.
• Для мониторинга нескольких газов необходимы расширенные системные конфигурации.
• Затрудненное прохождение оптических лучей может привести к неточностям в измерениях.
• Из-за скопления пыли и загрязнений системам требуется периодическая очистка и/или продувка.
• Для достижения экстремально высоких уровней вибрации необходимы экстремальные колебания.
• Для защиты от экстремальных перепадов температуры необходимы защитные кожухи.

Типы анализаторов TDLAS

1. Системы TDLAS, устанавливаемые на месте

Системы TDLAS, устанавливаемые непосредственно в технологической линии или дымовой трубе, измеряют концентрацию газов путем направления лазерного луча на газовый поток. Поскольку нет необходимости в отборе проб, обеспечивается точность измерений, а результаты предоставляются мгновенно. Такая установка используется в случаях, когда быстрота реагирования и простота системы имеют первостепенное значение.

• Измеряет газ непосредственно внутри технологического процесса или дымовой трубы.
• Обеспечивает очень быструю реакцию в режиме реального времени.
• Не требуется предварительная подготовка образцов или их транспортировка.
• Позволяет избежать ошибок, связанных с потерей или загрязнением образцов.
• Подходит для использования в условиях высоких температур, агрессивных сред или запыленности.
• Возможны проблемы с загрязнением окон или ограниченный доступ для проведения технического обслуживания.

2. Экстрактивные системы TDLAS

Экстрактивные системы TDLAS отбирают пробу газа из технологического процесса, подготавливают её, а затем анализируют в контролируемой среде. Такой подход повышает стабильность измерений в сложных условиях, но усложняет систему и увеличивает задержку отклика. Он предпочтителен в тех случаях, когда точность в контролируемых условиях важнее скорости.

• Извлекает и подготавливает газ перед анализом.
• Обеспечивает более чистые и стабильные условия измерения.
• Упрощенный доступ для технического обслуживания и калибровки.
• Может поддерживать несколько точек отбора проб.
• Замедленная реакция обусловлена ​​транспортировкой и подготовкой образцов.
• Повышенная сложность системы и требования к техническому обслуживанию.

Сравнение методов TDLAS, применяемых на месте и методом экстракции.

Критерии отбора анализаторов TDLAS

1. Определение потребностей, специфичных для вашего приложения.

При выборе Анализатор TDLAS Необходима систематическая оценка условий процесса, требуемых параметров измерений и нормативных ограничений. Каждый параметр влияет на точность, надежность и устойчивость.

Правильное определение области применения гарантирует корректную настройку анализатора с самого начала, а не его последующую модификацию, которая повлечет за собой дополнительные расходы.

2. Целевой газ и диапазон концентраций

Начнем с целевого газа и его концентрации. Независимо от того, требуется ли вам обнаружение следовых количеств на уровне частей на миллиард (ppb) или измерение высоких концентраций, необходимо установить соответствующую длину волны лазера и длину оптического пути для вашего анализатора.

Вода, сероводород, метан, оксид углерода, диоксид углерода, аммиак, хлористый водород и кислород — это примеры целевых газов, для которых системы TDLAS особенно оптимизированы. Поскольку газы имеют специфические линии поглощения, выбор соответствующей конфигурации на этом этапе, как ожидается, обеспечит высокую чувствительность и стабильную работу во всем диапазоне измерений.

Если на данном этапе конфигурация не настроена таким образом, чтобы максимально повысить эффективность для конкретного целевого газа, то эффективность обнаружения и измерения будет значительно ниже.

3. Технологические условия и факторы окружающей среды

Конструкция анализатора и качество его измерений зависят от условий процесса. При изменении температуры и давления изменяются плотность газа и его абсорбционные свойства. Эти факторы также необходимо учитывать, что может быть достигнуто путем компенсации параметров конструкции или изменения конфигурации системы.

Необходимо также учитывать состав фонового газа анализаторов, часто называемого матрицей. Если в измерительном потоке присутствуют другие газы, имеющие перекрывающиеся линии поглощения с интересующим газом, они могут мешать измерению. Выбор соответствующих длин волн и конструкция системы могут помочь смягчить эту проблему.

Пыль и твердые частицы — распространенная проблема во многих отраслях промышленности. Они могут оседать в оптическом тракте и/или вызывать загрязнение окон. Это может привести к ухудшению сигнала со временем. Высокий уровень влажности может вызывать конденсацию и обледенение окон в системах, использующих экстракционный метод отбора проб; это может повлиять на измерения и повредить компоненты системы. К таким факторам относятся различные системы продувки, различные фильтры и различные конфигурации системы.

4. Требования к времени отклика

Время отклика должно соответствовать тому, как измерение используется в процессе.

• Реакция в реальном времени (в секундах): необходима для управления процессом горения, блокировок безопасности и быстрой корректировки технологических параметров, где немедленная обратная связь имеет решающее значение.
• Усредненные показания (в минутах): Подходит для мониторинга выбросов и составления отчетов о соответствии требованиям, где стабильность важнее скорости.

Определение этого параметра на раннем этапе позволяет избежать излишней детализации системы и одновременно гарантирует ее соответствие операционным потребностям.

5. Классификация опасных зон и безопасность

В нефтегазовой отрасли и многих отраслях химической промышленности требуется сертификация безопасности установленных анализаторов. Анализатор, используемый в классифицированной/взрывоопасной или опасной зоне, сертифицируется в соответствии со стандартами, такими как ATEX или IECEx.

Соответствие этим сертификатам свидетельствует о том, что оборудование спроектировано для безопасной эксплуатации в указанных условиях, что минимизирует риск возгорания и нарушение безопасности объекта.

6. Нормативно-правовые требования и требования соответствия

Соблюдение нормативных требований так же важно, как и безопасность при выборе анализаторов. Экологические и профессиональные стандарты, устанавливаемые природоохранными органами и органами по охране труда, направлены на определение допустимых пределов выбросов и устанавливают требуемую точность и достоверность измерений.

Несоблюдение требований может повлечь за собой штрафы или ограничения в работе. Также необходимо соблюдать стандарты измерений или производительности, определенные ASTM, ISO и другими отраслевыми стандартами. Соблюдение требований минимизирует проблемы, связанные с долгосрочной эксплуатацией и аудитом, и максимизирует надежность данных.

7. Бюджет и общая стоимость владения

В общий бюджет следует включить первоначальные инвестиции, стоимость установки, калибровки, технического обслуживания и эксплуатационные расходы. Системы TDLAS обычно имеют более высокую стоимость приобретения, но при этом требуют меньших долгосрочных инвестиций благодаря более низким затратам на техническое обслуживание и расходные материалы.

8. Практический подход к выбору

Структурированный подход помогает сделать правильный выбор без излишней сложности.

• Сначала определите параметры процесса: тип газа, диапазон концентраций, температура, давление и мешающие компоненты должны быть четко определены до начала анализа продукции.
• Оцените условия окружающей среды: учтите пыль, влагу и ограничения при монтаже, чтобы избежать проблем с производительностью в дальнейшем.
• Подберите возможности анализатора в соответствии с областью применения: избегайте излишнего усложнения, выбирая только те функции, которые необходимы для вашего процесса.
• Подтвердите соответствие на раннем этапе: убедитесь, что сертификаты и стандарты соответствуют требованиям, прежде чем окончательно выбрать подходящий вариант.

Такой подход позволяет создать систему TDLAS, которая будет точной, надежной и экономически эффективной на протяжении всего жизненного цикла.

Заключение и дальнейшие шаги в отборе кандидатов в рамках программы TDLAS

При правильном выборе анализаторы TDLAS обеспечивают высокую точность и предсказуемость измерения газов, а также низкие требования к техническому обслуживанию, даже в сложных промышленных условиях. В анализаторах используется передовая технология обнаружения, что делает их чрезвычайно устойчивыми к помехам и обеспечивает высококачественные измерения в течение длительного времени, в то время как другие традиционные датчики, как правило, показывают низкую эффективность.

Благодаря учету типа газа, технологических условий, способа установки и соответствия нормативным требованиям, структурированный выбор позволяет применять анализатор там, где регулировка не требуется, обеспечивая повышенную надежность и срок службы, а также стабильный процесс работы.

Поскольку в области анализа промышленных газов стремятся создавать более быстрые, взаимосвязанные и интеллектуальные системы, адаптивность анализаторов TDLAS и точность измерений стимулируют спрос на них.

Уверенный и эффективный выбор при внедрении будет зависеть от правильных критериев отбора, тщательной оценки возможностей поставщика и соответствия заявленных характеристик реальным проблемам процесса.