【資料】工業氣相色譜分析變送器GCX

　　工業氣相色譜分析變送器GCX

　　艾默生集團過程管理公司

　　GCX是世界上第一臺可以直接安裝在現場的工業氣相色譜分析變送器，專門用于工藝過程中多組分、多流路的成分分析，在工業生產控制中具有非常廣闊的應用領域。與傳統的工業氣相色譜分析儀相比，GCX不僅適用范圍寬，而且還具有體積小、對分析小屋的要求低、不需要連續吹掃空氣、可現場安裝、完全模塊化結構設計等優點，為GCX的使用者帶來可觀的利益。

　　一 配置

　　1. 外殼設計

　　GCX以完全模塊化的設計思想，將色譜分析單元和電子變送單元分別裝在兩個隔爆的外殼內，因而適用于I級、I區、IIB+H2環境，且不需要昂貴的分析儀器小屋和連續吹掃空氣。在絕大多數情況下，提供一個可以避免陽光直射、遮風、擋雨、擋雪的小棚即可。只有在一些特殊情況下，才需要提供一個比較簡陋的小屋，而提供小屋的目的，是為了避免環境溫度的惡劣變化對儀器的運行造成不利的影響。

　　2. 現場接線

　　在GCX電子單元外殼的上方，有一個安全接線盒，這里是電源線和信號線的終端接口。當GCX工作在危險場所時，電源線和信號線可以通過歐洲標準的鎧裝電纜，進入安全接線盒，也可以按照美國標準，通過穿線管進入安全接線盒。

　　3. 電源及通信

　　GCX的標準電源是90～240V AC，也可以選擇24V DC。

　　GCX的通信接口有：

　　(1)RS-485多節點網絡接口，該網絡可以接1～36臺GCX;

　　(2)RS-232接口，該接口用于就地與計算機連接，從而支持MMI人機接口軟件;

　　(3)色譜信號輸出接口;

　　(4)6個開關量輸入接口和6個開關量輸出接口，這些信號分別用于控制和報警;

　　(5)RS-422 Modbus接口，該接口用于與主機或者DCS進行通信。

　　GCX還提供一個集成的操作員接口，即一塊LED顯示面板。面板上有若干LED顯示燈，分別表示儀器的工作狀態，其中包括：儀器循環的工作狀態;采樣流路的工作狀態;檢測器的工作狀態;色譜爐的工作狀態;帶汽化器液體進樣閥系統的溫況，或者采樣處理系統的溫況;閥門的工作狀態和常規報警。

　　4. 標準采樣處理系統配置

　　對于單流路的應用，GCX可以采用標準的采樣處理系統，而無需另外設計其他的系統，但前提是采樣氣體潔凈、干燥、無顆粒物，且壓力調整合適。但是，要通過常規的Swagelok連接裝置來連接標氣、載氣和氫火焰離子檢測器(FID)所使用的燃料氣和空氣。

　　當GCX需要對多流路進行分析時，就要提供一個防爆的采樣處理系統。該系統可以處理高溫采樣，最多可以處理4個流路。如果現場可以提供儀表風，并且工藝設計有分析更多流路的要求時，則可以配置二進制的編碼器，以便對流路進行選擇。此外，還要配合使用氣動閥門采樣系統。GCX的這種配置，最多可以分析15個流路，而且帶1路標定氣。

　　二 特點

　　GCX具有先進的色譜分析功能，是世界領先級產品，其革新的特點表現在變送器技術與氣相色譜分析方法的首次結合，以下是GCX的各項具體特點。

　　1. 集成控制器

　　GCX的核心部件是功能強大的微處理器，即系統控制器。其最多可以對每個流路的20個組分或者是虛擬組分進行分析，并且還支持兩路標定氣。對于流路的自動切換，其最多可以提供36個順序的編程。每個組分和每種檢測方式的自動譜峰檢測、基線修正及檢測斜率的靈敏度都是分別設置的，每個流路和每次標定的最終色譜分析結果均可自動保存。

　　GCX的控制器還可以將系統的所有操作參數和操作人員選擇的功能都進行強制性地保存，以免在儀器電源切斷時產生數據丟失。

　　自動標定選擇包括：儀器驗收前，由操作人員確定的自動標定;具有自動修正功能的自動標定;操作人員指定循環次數的自動標定。其中最后一種標定是按平均結果進行自動修正的。

　　2. 檢測器配置選擇

　　各種硬件通過不同配置，可以提高GCX的應用性能。目前提供的儀器配置選擇方案有：一個或兩個熱導式檢測器(TCD);氫火焰離子檢測器;一個或兩個圓形旋轉式或活塞式10位滑閥;帶汽化器的液體進樣閥;帶甲烷化器的氫火焰離子檢測器。

　　3. 模塊化結構

　　GCX的模塊化結構，通過簡化日常維護工作中零部件的插拔與更換工作，提高了儀器的最大運行時間，同時，也將儀器的平均維修時間減至最小。儀器電子單元的印刷電路板均安裝在卡槽上，維修人員無需使用工具，即可方便地進行插拔或更換。在多數情況下，先進的診斷功能可以在技術人員去現場前，就能確認出現故障的元件，從而確保一次性將電子故障排除。

　　模塊化結構的設計思想，在GCX色譜爐的設計中也得到了進一步的應用。GCX色譜分析部分的所有元件，包括色譜柱、檢測器、閥門、調節器、加熱器、溫度探頭和電子壓力/流量控制元件，都可以作為一個獨立的單元，進行拆卸或更換。色譜爐可以更換，是GCX工業氣相色譜變送器設計思想和維修理念的集中體現。

　　色譜爐在現場維修時不是具體檢修某個部件，而是進行整體更換，這一設計思想可以帶來許多好處。首先，維修人員不必等色譜爐冷卻后才開始檢修，而是儀器電源一經切斷，便可以拆卸色譜爐。事實上，拆色譜爐、裝色譜爐、將儀器重新投運這一全過程，只需約60min的時間。其次，就是根據具體應用，對整體更換的色譜爐進行重新標定。GCX的重新投運都是在無需操作人員介入或者調整的情況下一次性完成的，因而，提高了儀器的有效利用率。另外，對于更換下來的色譜爐主要元件，用戶可以在自己的設備上，或者在我們提供的設備上，按照用戶自己的計劃進行檢修，而不必過多考慮修正閥座、色譜柱、加熱器和保險絲等問題。由于備用的色譜爐就相當于一臺備用的色譜儀，因此，正確地進行部件更換永遠都是行之有效的。

　　4. 電子壓力控制

　　GCX在傳統的色譜爐和色譜分析部分增加了現代化的且獲得了專利批準的流量控制元件，這些元件實際上縮小了常規壓力/流量控制器的體積，而性能上又大大優于常規的壓力調節器。流量控制元件不僅價格低，而且控制精確度高，且體積僅為常規壓力調節器的20%。由于電子壓力控制器無需日常調整，所以也就減少了 GCX的日常維護工作。

　　通常情況下，氣相色譜儀的基線變化是由于流路或者是色譜柱的性能發生變化而引起的，這時，一定要通過調整針型閥來進行補償。而GCX的微壓控制器(電子壓力控制器)則不需要這些日常的調整，只有當色譜柱需要更換時，才調整建立色譜基線的針型閥。對于腐蝕性的、有顆粒物的氣體采樣，其他色譜儀要使用微調閥門和一些不太耐用的元件進行調整，而GCX的流量控制元件則只需控制好載氣和被測氣體的流量即可。

　　根據應用和儀器配置的不同，流量控制元件還可以用于調整色譜柱柱頭的壓力，從而減少氣體各組分的分離時間以改進整個分析的循環周期。

　　5. GCX的人機接口(HMI)軟件

　　在奔騰或者更高等級的個人計算機上，以Microsoft Windows為操作系統的GCX人機接口軟件，是一種技術先進、高度直觀的軟件。所有組態數據均已事先編制好，并存入儀器的不可擦寫存儲器中，同時，還存在磁盤上作為后備，并且可下載到HMI軟件中。

　　HMI軟件的安裝是完全自動化的，操作人員只需按照菜單提示的每一步驟進行操作。一旦軟件安裝完畢，就為操作人員提供了GCX工業氣相色譜變送器和連接在網上的所有其他儀表的監視控制接口。

　　HMI 軟件提供了網上所有儀器的圖形顯示，操作人員可以修改儀器的位號和通信方式，或者訪問某臺儀器的參數設置和操作修改。另外，所有數據輸入屏幕，均以下拉滾動條形框的形式為操作人員提供選擇網上每一臺GCX的可能。在改變被選中儀器的參數時，不需要退出“設置/顯示”屏幕。

　　GCX的所有設置功能都可以在以菜單形式定制的工具欄中找到，如：組分名稱、選通時間、譜峰檢測方式、基線校正方式等，這些均可以在組分設置屏幕上找到。另外，還可以以同樣的方式選擇分析循環時間、自動標定頻率、標定方式、計算方式、虛擬參數及Modbus方式的設置。每個設置屏幕上都可以從GCX上讀數據，也可以往GCX的控制器上寫數據。此外，HMI的數據庫還具有很強的數據存儲能力，使GCX可以進行快速重新組態和重新投運。

　　數據瀏覽屏幕使操作人員可以訪問被選中的儀器在某日某時的記錄。所有GCX的人機接口軟件數據，都存在與Microsoft Access兼容的文件中，以便作進一步的平均化處理、分類及編制圖表。在數據的原始格式中，數據日志以索引表格形式提供有關GCX的網絡地址、工藝位號、分析日期、分析時間、采樣流路及計算的每個被測組分的含量。為了安全起見，在建立數據日志功能前，要求操作人員要從250kB、1MB、2MB和 10MB這4種字節規格中，選擇默認的文件規格。這樣，便避免了硬盤存儲空間出現意外溢出，或發生潛在的系統事故。

　　標定數據瀏覽屏幕使操作人員可以同時瀏覽當前的計算數據、以前的標定周期數據和最近一次標定的色譜圖，同時，還顯示變化的百分數、標定的標準數值和所采用的分析方法。如果停留在標定瀏覽屏幕上，操作人員還可以從標定的修正數據中，分別選擇各組分的數值。該屏幕還可以用來瀏覽存在磁盤中的標定數據。

　　色譜瀏覽屏幕使操作人員可以選擇數據圖形的坐標參數，包括X軸和Y軸坐標刻度、數據參數、圖形顏色、選通時間和許多其他選擇。色譜圖根據組分的分離時間進行實時顯示，在分析周期結束時，不對分析的批量進行修改。其他顯示內容還包括檢測器的測量結果、使用的分析方法、分析的流路和循環周期。對雙載氣應用的組態，要有色譜圖分屏顯示的選擇，使操作人員可以同時觀測到兩個檢測器的測量結果。色譜瀏覽屏幕既可以監測實時數據，也可以查閱過去存在磁盤里的數據。

　　HMI軟件還具有若干先進的數據診斷畫面，它們分別顯示儀器進行自診斷時所反映的問題。這些顯示包括：電源電壓;TCD檢測器的燈絲電流;FID檢測器里的空氣與燃料氣流量比;檢測器的輸出信號;色譜加熱器電流和色譜爐溫度;檢測器加熱器電流和檢測器溫度;采樣處理系統電流，或者帶汽化器液體進樣閥加熱器的電流;采樣處理系統溫度，或者帶汽化器液體進樣閥的溫度;加熱管線加熱器的電流和加熱管線的溫度。診斷屏幕還包括儀器的工作狀態顯示和循環方式顯示。

　　GCX人機接口軟件，不僅技術先進而且考慮全面，其直觀的畫面設計，使色譜儀的初學者在使用儀器時都感到方便及易于掌握。

　　三 應用

　　與其他色譜儀不同，GCX主要應用在煉油廠和管線傳輸上。由于其具備多種配置方案及行之有效的檢測器和多種選擇件，所以，GCX是當今變送器式色譜儀中應用最廣泛的產品。GCX一經選用，便可以為用戶帶來許多好處，如：降低安裝成本;減少運行費用;在有些應用中，還可以提高生產效率。

　　GCX的典型應用如下：

　　(1)煉油廠。裂解氣中氫烴和烯烴的分析;分離器頂部和底部的氫烴分析;MTBE(甲基叔丁基醚)提純;煉油廠排放氣中揮發性碳氫化合物分析;水中氯化處理烴及芳香烴的分析。

　　(2)空分和半導體行業。產氣或供氣中，微量污染物質的分析;跟蹤標準的質量保證;甲烷系烴或非甲烷系烴的分析。

　　(3)管線輸送和天然氣生產。BTU熱值計算;根據ISO6976和GPA標準，進行相關計算;貿易交接(在與Fisher Controls的FlowBoss407流量管理器配合使用時，GCX可以提供全組分的分析結果，該結果滿足AGA 3和AGA8的標準)。

　　(4)化工。雙二乙苯中甲苯、乙苯、間二甲苯的分析;氯乙烯單體生產中的雜質分析;苯乙烯中乙苯分析;脫甲烷塔頂部乙烯分析。

　　(5)醫藥和食品。蒸汽消毒應用中，環氧乙烷分析;干燥劑生產中，二氯甲烷分析。