一、项目背景与需求

在焦化生产过程中，电捕焦油器（简称“电捕焦"）是净化煤气的关键设备，其内部为高压电场环境。若煤气中氧气含量超标，可能引发爆炸等安全事故，因此需对电捕焦入口及出口煤气中的氧气含量进行实时在线监测。本方案旨在提供一套稳定可靠的氧气在线分析系统，实现氧气浓度的连续监测、数据远传及超限报警功能，保障生产安全。

二、设计依据与标准

· 《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）

· 《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014）

· 《工业自动化仪表工程施工及质量验收标准》（GB 50093-2013）

· 用户提供的工艺参数及现场条件要求

三、系统组成与工作原理

（一）系统组成

本氧气在线分析系统主要由以下部分组成：

1. 采样预处理单元：包括采样探头、过滤器、冷却器、除湿装置、稳压阀等，用于对煤气样品进行净化、降温、除湿、稳压，确保进入分析仪的样品符合检测要求。

2. 氧气分析仪主机：采用高精度顺磁式或氧化锆式氧气传感器，实现氧气浓度的实时测量，具备数据显示、参数设置、报警输出等功能。

3. 数据传输与控制系统：包括数据采集模块、通讯接口（如RS485、4-20mA模拟量输出），可将测量数据上传至DCS或上位机系统，实现远程监控。

4. 辅助设备：如标准气、校准装置、防爆箱体、电源等。

（二）工作原理

以氧化锆式氧气分析仪为例，其工作原理基于氧化锆固体电解质在高温下的氧离子导电特性。当氧化锆两侧的氧分压不同时，会产生浓差电势，通过测量该电势值可计算出被测气体中的氧气浓度。系统通过采样预处理单元将煤气样品处理后送入分析仪，传感器将氧气浓度转换为电信号，经信号处理后显示测量值，并通过通讯接口上传数据。当氧气浓度超过设定阈值时，系统发出报警信号。

四、技术参数

五、采样点设置与安装

（一）采样点选择

根据工艺要求，在电捕焦入口总管和出口总管上各设置1个采样点，具体位置应满足以下条件：

· 代表性：位于管段流速稳定、混合均匀的直管段，避开弯头、阀门、三通等易产生涡流的部位，上游直管段长度不小于5倍管径，下游不小于2倍管径。

· 安全性：远离高温、高压、腐蚀区域，便于安装和维护。

· 操作便利性：采样点应设置在便于采样探头安装、拆卸及日常维护的位置。

（二）安装方式

1. 采样探头安装：采用插入式安装，探头材质选用316L不锈钢，插入深度为管道直径的1/3-1/2，确保采集到管中心混合均匀的气体样品。

2. 预处理单元安装：就近安装在采样点附近，采用壁挂式或落地式安装，外壳为防爆箱体，防护等级IP65。

3. 分析仪主机安装：可安装在控制室或现场防爆箱内，环境应清洁、干燥、无振动，避免阳光直射。

4. 管路连接：采样管路采用不锈钢材质，管径Φ8-10mm，尽量缩短管路长度，减少滞后时间；管路连接采用卡套式接头，确保密封无泄漏。

六、系统功能

1. 实时监测：连续测量煤气中氧气浓度，实时显示测量值、时间等信息。

2. 数据存储与查询：具备历史数据存储功能，可存储至少3个月的测量数据，支持数据查询、导出。

3. 报警功能：可设置高、低报警阈值，当氧气浓度超时，发出声光电报警，并输出继电器信号至DCS或联锁系统。

4. 远程通讯：通过RS485或4-20mA信号与DCS系统通讯，实现数据远传和远程监控。

5. 自诊断功能：具备传感器故障、电源故障、采样系统异常等自诊断功能，并显示故障信息。

6. 校准功能：支持手动校准和自动校准（可选），可使用标准气进行零点和量程校准。

七、 calibration与维护

（一）校准

1. 零点校准：使用高纯氮气（纯度≥99.999%）作为零点气，通入分析仪，待读数稳定后进行零点校准。

2. 量程校准：使用已知浓度的标准氧气（如2% O₂）作为量程气，通入分析仪，待读数稳定后进行量程校准。

3. 校准周期：建议每月进行一次校准，若测量精度偏差较大，应及时校准。

（二）日常维护

· 过滤器清洁：每周检查采样过滤器，若滤芯堵塞或污染，应及时清洗或更换。

· 管路检查：每周检查采样管路是否泄漏、堵塞，确保气路通畅。

· 传感器维护：定期检查传感器状态，氧化锆传感器需注意加热丝和电极的老化情况，必要时更换传感器。

· 仪表清洁：每月对分析仪外壳、显示屏进行清洁，保持设备整洁。

· 数据备份：定期备份历史数据，防止数据丢失。

八、安全措施

· 系统所有设备均满足防爆要求，安装符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》。

· 采样系统与工艺管道之间设置截止阀，便于设备检修时隔离。

· 分析仪及预处理单元接地良好，接地电阻≤4Ω。

· 设置独立的过载保护和漏电保护装置。

· 操作人员需经过专业培训，严格按照操作规程进行操作和维护。

九、供货范围