烟气在线监测系统维护
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[摘 要]本文结合神木公司脱硫及脱硝CEMS的维护经验，介绍了CEMS系统的组成与功能，烟气相关参数在线监测原理，分析了CEMS系统在运行中存在的问题和常见故障，提出了解决方法和改进措施， 有效降低了CEMS系统故障发生率，确保系统正常运行、污染源数据有效，实现社会环境效益。
[关键词]脱硫；脱硝；CEMS；西门子；气体分析仪
中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0022-04
一、概况
神木公司脱硫系统出、入口烟气在线监测系统及脱硝系统锅炉出口左、右侧烟气在线监测系统均是由北京雪迪龙自动控制有限公司生产，型号为SCS-900-1， 锅炉出口在线监测参数有NO、O2；脱硫入口监测参数有SO2浓度、NO浓度及烟气含氧量；出口监测参数有SO2浓度、NO浓度、烟气含氧量、烟气温度、压力、湿度、流速及烟尘浓度，气体分析成分有分析仪采用SIEMENS公司生产的ULTRAMAT 23型气体分析仪，均采用抽取式烟气的气体分析（SO2 、NOx 、02 ）采样方法采用直接抽取加热法。气体分析器选用西门子公司生产的ULTRAMAT23 多组分红外气体分析仪。送环保部门的数据传输仪采用西安讯腾科技有限责任公司生产的CTDR-2-G型数据采集传输仪。
1、系统基本组成：烟气取样系统、NO2/NO转换器、气体分析仪表、在线粉尘浓度仪、烟气流量计、DAS系统以及无线数据采集传输仪。
1.1、烟气取样系统：烟气经过采样探头（SP ）和电加热采样管线由取样泵（M1 ）抽取至分析柜。
采样探头（SP ） ：由连接法兰（DN65 ， PN6 ）探头取样、过滤器（碳化硅陶瓷2 腼孔隙）加热装置、温控器组成。
取样管线：由PTFE 样气管、电伴热加热带、保温层及外防护层组成。采用PT100 铂电阻测温通过温控器控制加热温度。为保证从取样点及分析柜传输样气过程中不出现样气冷凝现象，避免SO2 损失及样气管畅通，取样探头及取样管线均采用加热方式；温度设定：120 ℃ ～140 ℃ （在探头温控器及取样管温控器上设置）
样气过滤：样气过滤主要通过探头过滤器（2 腼孔隙）来完成，分析柜内的保护过滤器FPI ， FPZ 主要起监视作用。
样气除水：样气进入分析柜后，通过压缩机冷凝器（All ）来对样气进行快速冷凝，经过致冷器后的样气将满足分析器的进样要求。蠕动泵（M12 ）用于冷凝水的排放。致冷器（All ）的控制温度设定在+5 ℃ 士2 ℃ ，当致冷器冷凝温度不在设定范围时，将输出报警接点，这时PLC 会控制取样泵关断，以避免湿样气进入分析仪。从而对分析仪的单元部件造成污染。
取样泵：取样泵MI： 采用薄膜式原理，为防腐型结构。采样过程中，通过调节针阀RVI ，使U23 上的流量计指示在1 . 2 ～2.0L/min之间。
1.2、NO2/NO转换器：其原理是将样气加强热至180℃时，NO2分解为NO，提高NOX的测量精度。
1.3、气体分析仪表：ULTRAMAT 23型气体分析仪使用了两个相互独立并可选择的测量原理。SO2及NO的测量采用红外线测量原理，这是一种光谱方法，是通过对非分散性红外线的衰减幅度测量相应气体的浓度；氧含量测量原理是氧电池原理，根据一个燃料池的工作原理来工作的，氧气在阴极与电解液的分界面被转换成电流，并且所产生的电流与氧气的浓度成正比。
1.4、烟尘仪：烟尘浓度的测量仪表是SICKMAIHAK公司生产的FWE200型烟尘仪； FWE200工作原理是抽取式测量，根据散射光测量 （前向散射），具有极高的灵敏度，尤其适用于极低的粉尘浓度测量。激光二极管光束调制出一个在视觉范围内（波长约（650nm）光束射在烟道气体流中的尘埃颗粒。高度敏感的探测出颗粒物的光散射，相对于光轴大约 15°接收角。放大电信号通过测量通道送入作为核心部分测量的微处理器，来控制和评估电子信号。定义测量距离为通过烟道截面的发射单元和接收单元之间的距离。激光二极管内的集成电路连续监测激光的发射强度，同时接收信号被放大后输入微处理器中计算。这样很小亮度变化都被检测到，就能确定输出信号。通过连续监控发射的光束的最小亮度变化然后确定测量信号；仪表吹扫气源来自吹扫风机；仪表量程为0～500mg/m3；仪表每24小时自动标定一次，不需要人工标定。
1.5超声波流量计：烟气流速的测量仪表是SICKMAIHAK公司生产的FLOWSIC 100型超声波流量计；FLOWSIC 100通过测量超声波脉冲的滞后时间来进行气体流速的测量；发射/接收装置安装在烟道的两侧，并与气体流动的方向成一定的角度。测量介质的温度范围为150～220℃，过低的温度会使气体结露而导致探头腐蚀；探头表面结露也会影响仪表的测量，为防止在冬季里探头表面结露而造成显示故障，需在引出管处增加电伴热及保温措施。
1.6、DAS系统为北京雪迪龙科技股份有限公司的PAS-DAS烟气连续监测系统；是该公司根据国家环保标准，并针对本公司烟气连续监测系统的硬件开发的用于烟气连续监测的数据采集和数据处理软件，该系统可实时显示整套烟气监测系统的各项污染特参数的数值和整套系统的运行状况，污染物监测数据，并且根据有关标准和方法对数据进行筛选计算和统计，按照环保报表的格式自动生成日报表、月报表、季报表及年报表。
1.7、数据采集传输仪：采用西安讯腾科技有限责任公司生产的CTDR-2-G型数据采集传输仪；它是一种集数据采集、处理及传输为一体的多功能嵌入式控制系统。与现场监测仪表通过各种方式相连接（如RS-232方式、RS-485方式、模拟量方式），采集监测仪表的监测结果（如水污染物的COD、PH值等，如气污染物的二氧化硫、烟尘等，如流量计、流速计等），对采集到的数据进行统计和分析，得到各种污染因子的各项数据，如瞬时值、平均值、最小值、最大值、累积值及数采仪的运行状态信息，处理后形成各种标准的数据格式，如实时数据、分钟数据、小时数据、日数据、报警数据等，保存这些数据至少一定的期限以供需要时查询，并以GPRS、CDMA、以太网等方式将这些数据实时传送到上位机（即监控中心）。
二、CEMS系统常见故障及维护方法
1、取样探头或取样管堵塞
取样探头装有滤芯， 用来过滤烟气中的烟尘，同时探头上装有加热器，主要目的是将探头加热，防止烟气经过取样探头时冷却后凝结成水珠，造成堵塞；取样管线也有伴热功能，温度控制在140℃左右，防止烟气经过取样管线时冷却后凝结成水珠，造成管路堵塞或测量误差。
维护方法： 检查取样探头及取样管线温度应在正常范围，取样管线应全线加热，只要存在不加热的管线段，就会出现管线堵塞情况；对取样管线进行定期反吹，加强反吹效果，并保持吹扫气压为0.6MPa。
2、取样管线敷设不规范，影响仪表测量
取样管线敷设如果存在U形弯，容易造成管线内积水，影响仪表测量，容易出现测量参数突变现象。
维护方法：取样管线应规范敷设，管线长度尽量短，通过穿管或放在桥架内，延管线走向不能出现U形弯或高于取样位置的部分，从探头处到分析柜应尽量平缓敷设，管线不能折死弯，弯曲半径不小于400mm。
3、取样管路存在露点，影响仪表测量
取样泵之前的样气为负压系统，任何一处管路连接处或密封处不严都会引起泄漏，部分空气进入样气中引起测量误差。
维护方法：关键是寻找泄漏点，可松开取样管系的任一接头，用手或布条堵住该接头，观察流量计流量是否为零，如果流量为零说明从该接头之后的管路接头处没有泄漏，泄漏存在于该接头处之前，用同样的方法，逐级检查，直到找到漏点；如果流量不能为零说明从该接头之前的管路接头处有泄漏。
4、冷凝器除水效果不佳， 影响分析仪正常运行
冷凝器的作用是快速分离样气中的水气并排出冷凝水，最大限度降低样气中的含水量， 使进入分析仪组件的样气为干燥气体。冷凝单元中的常见故障有：
2.1冷却仪制冷效果不理想， 样气中含有大量的水分， 分析仪进入水气会影响测量精度，长时间运行将会损坏分析仪。
维护方法：在样气进入分析仪前加装一个阻水器， 阻挡过多的水分被带进分析仪。同时提高管线伴热温度， 降低冷凝器工作温度， 加大样气与冷凝器的温度差， 加快水气的凝结， 尽量减少分析仪进水。
2.2蠕动泵管老化变形或破裂， 泵管老化变形将失去弹性作用， 易形成堵塞， 使冷凝水不能及时排出，造成出口样气大量带水， 影响抽吸单元和分析组件的正常运行；蠕动泵管破裂， 大量空气进入样气， 也会影响分析组件测量的准确性。
维护方法：定期检查、更换蠕动泵管。
5、标定电磁阀腐蚀，引起测量错误
标定电磁阀为二位三通切换阀， 得电时切断样气，接通标定用标准气体， 失电时切断标准气体，接通样气。正常运行时样气流经电磁阀后至冷凝单元， 由于样气进入分析柜后温度骤降， 容易在样气管中形成水滴， 溶解部分的SO2 后形成腐蚀性液体， 对标定电磁阀的密封圈和阀芯形成腐蚀，最常见的故障是自动标定完成后，测量参数异常。
维护方法： 定期检查、更换标定电磁阀。
6、保护过滤器故障
保护过滤器的故障主要表现在积尘过多和过滤器变色。积尘过多的主要原因是探头过滤器损坏， 应及时检查清洗或更换。过滤器变色应及时检查探头加热、取样管加热、冷凝器、蠕动泵工作是否正常。如果保护过滤器异常，不及时处理， 可能造成取样管线的堵塞， 那时清洗的工作量将会很大。
7、取样泵故障
取样泵故障包括两种情况：一是取样泵被腐蚀，泵体堵塞或泄漏；二是取样泵膜片故障。
维护方法：定期检查、清洗取样泵；更的取样泵膜片。
8、标准气体引入的测量误差
一般情况下，标定时标准气体流量的大小或标准气体有效期过期均会引起仪表的测量误差。
维护方法：标定时标准气体流量调整为1～2L/min，尽量保持正常测量时样气流量一致；经常检查标准气体在有效期内。
9、分析仪故障
分析仪的使用寿命一般为五年左右，常见的分析仪故障表现为：分析仪光源或检测池故障。
建议的维护方法：定期一年返厂检测与清洗一次；定期五年更换分析仪。
10、粉尘仪故障
烟尘仪常见故障是取样管或镜面积灰、积水；风机滤芯堵塞。
维护方法：定期清除积灰、积水；定期清理风机滤芯。
11、流量计故障
由于地处北方寒冷地带，流量计在低温情况下容易结水或结冰，导致参数显示不准，通过加伴热的方法有效解决。
12、数据采集传输仪故障
一般情况下，数据采集传输仪的故障主要表现在数据不能上报。
维护方法：1）、检查实时数据的上报使能是否打开；
2）、检查实时数据的上报间隔是否设置的太大；
3）、检查确认串口线没有问题，端子接线正确；
4）、检查确认串口调试工具设置正确；
5）、检查确认跳线接口J2插有跳线。
6）、检查确认SIM卡安装正确，是否欠费，是否开通了GPRS服务；
7） 、检查确认天线部分是否连接正确，以及无线信号是否太弱；
8） 、检查确认内置模块的指示灯的状态是否正确，模块指示灯的1号灯、2号灯应该常亮，3号灯在发送数据时应该闪烁；
9） 检查确认数采仪内置模块上报点的IP和端口正确，使能打开，协议类型正确。
三、CEMS系统日常检查与维护注意事项
1、检查保护过滤器（FPI ， FPZ ）：如有变色或滤芯上有颗粒物时，请予以更换并检查原因。
2、流量检查：记录分析仪U23 上的流量指示（l . 2 一ZL / min ） ，如果U23 上出现“样气流量低”故障报警，应及时检查样气流路是否有堵塞现象。探头过滤器堵塞和泵工作不正常是主要原因，应对二者进行检查。需要时还应做系统气密性检查（依据气路流程图）。
3、冷凝器：检查冷凝器上的温度指示是否正常。
4、蠕动泵：检查蠕动泵工作是否正常。致冷器后管路有水汽：应检查致冷器及蠕动泵。尤其要检查蠕动泵泵管，如泵管不在正常位置时应及时调整，如泵管损坏应及时更换。
5、废液罐：检查储液罐内冷凝水积存情况。
6、数据符合性：检查u23 指示值及DAS 的数据记录是否有异常。
7、操作状态：检查分析系统应处于“自动”运行状态。
8、温度：检查探头温控器、取样管温度控制器是否工作正常；室内空调工作是否正常。
9、风机检查：测尘仪风机运行是否正常。
10、检查压缩空气气源：应在0 . 4 ～0. 7MPa 。
11、检查分析仪记录信息：上述项目的检查记录对整套系统的运行非常重要。正常的巡检将会尽量避免对系统设备损坏。
12、保护过滤器积尘多：积尘多主要原因是探头过滤器损坏，应及时检查清洗或更换。
保护过滤器变色：探头加热及取样管加热是否正常及压缩机冷凝器、蠕动泵工作是否正常。如出现保护过滤器异常不及时处理，将可能造成取样管线的堵塞。那时清洗的工作量将加大。
13、取样探头（SP ） ：建议每6 个月检查一次探头过滤器。可采用压缩空气对其进行吹扫清洗（滤芯内侧）。如滤芯严重堵塞或裂缝请及时更换；严禁在不安装探头过滤器的情况下使用取样探头。否则将会导致探头及采样管线的严重堵塞，那时的清洗工作会非常困难；严禁在不关断探头加热电源的情况下更换滤芯，以免造成对人体的伤害。
14、采样管线（EI ） ：通常为免维护，要注意不要使重物体压在管线上，或人员踩踏，以避免内部取样管与加热带精密接触而造成取样管损坏，若取样管损坏，将难以修复，必须更换。当系统在意外的情况下出现取样管堵塞时，建议采用人工的方法对其清洗疏通，或者更换伴热管线。
15、气体制冷器（All ） ：气体冷凝器维护量很小，建议每六个月更换一次安装在致冷器下端的蠕动泵泵管。如果观察到在致冷腔有粉尘物时，可采用人工用水清洗的方法进行处理。
16、取样泵（MI ） ：当采样气体流量降低时，应检查调节针阀（RVI ）和取样泵膜片。如需要请予清洗或更换。
17、保护过滤器（FP ） ：当有水汽或粉尘物通过保护过滤器时，保护过滤器中的滤纸会变色。这时滤芯应予以更换。如果保护过滤器滤芯变色较快，应对过滤器前级气路进行检查。原因可能是探头过滤器失效，冷凝器工作失常所致；建议每六个月更换一次保护过滤器滤芯。
18、电磁阀：气路预处理中电磁阀YZ ，用于零点校准切换；一般情况下电磁阀维护时，请检查电磁阀滑杆。可以用酒精清洗滑杆挡头以保证密封性；建议每三年更换一次电磁阀。
19、气体分析仪仪 ：每三个月可用量程气校准一次仪有。U23 必须设置为自动校准，非专业人员请不要操作U23 的内部设定参数。每半个月用常用点标准气体检查一次分析仪显示的准确性。
20、氧电池：氧电池的使用寿命至少在两年以上；分析仪的状态提示功能中可以提示更换氧电池。
21、数据采集传输仪：数据采集传输仪内置模块的指示灯的状态：1号灯、2号灯应该常亮，3号灯在发送数据时应该闪烁。
四、结束语
由于水平有限，在编写过程中难免有些错误及不妥之处，欢迎读者朋友批评指正。
作者简介：王春亮（1974―），男，汉族，陕西省榆林市神木县，工程师，从事电厂热控专业的技术研究。