1、概述

1.1 本方案中的ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统是西安南斗电子科技有限公司专门为脱硫工艺进口和出口煤气中H₂S在线监测研制的产品，产品均采用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术,抽取式+长光程+差分光谱的技术路线，实现精脱硫进口和出口的H₂S实时、快速、准确监测。

1.2 其他H₂S监测技术

（1）醋酸纸带H₂S分析仪

检测原理：气体样品加湿后以一恒定流量，通过醋酸铅纸带，硫化氢与醋酸铅反应生成硫化铅，在纸带上产生棕褐色色斑。反应速率及由此引起的颜色变化速率与样品中的硫化氢浓度成正比。用光电检测器检测反应产生的硫化铅黑斑，产生的电子信号由记录系统采集，并转化为数字输出到显示器。用硫化氢标准气体获得仪器的校正系数，以此检测样品中硫化氢的含量。

缺点：利用醋酸铅纸带法测定，方法陈旧，醋酸铅纸带寿命短，更换成本高，维护量大；当硫化氢浓度过高时无法处理，方法灵敏度对环境条件的要求较苛刻；需要定期更换试剂和纸带，用过的醋酸铅纸带需要妥善处理；响应时间长，H2、SO2等容易造成干扰，非连续性测量。

（2）紫外光度法

检测原理：采用光度分析法对天然气中硫化氢含量进行连续监测，样品气通过含有分离色谱柱的预处理系统，实现硫化氢与其干扰物质（例如硫醇、芳香烃）的分离，并将干扰物质清除。然后在测量池中通过测量硫化氢对紫外线的吸收，确定硫化氢的浓度。

缺点：响应时间慢，紫外光源寿命短，需要频繁调零。

2、测量原理

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统将可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）和多反长光程技术完美结合，采用差分测量技术算法，提升检测灵敏度，为钢厂精脱硫工艺微量H₂S气体在线监测提供最佳解决方案。

系统采用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）进行气体的测量，以可调谐激光器作为光源，发射出特定波长激光束，穿过待测气体，通过探测器接收端将光信号转换成电信号，通过分析因被测气体中气体分子吸收导致的激光光强衰减，实现高灵敏快速精确监测气体浓度。可调二极管激光吸收光谱技术可以分为两类：直接吸收光谱技术和波长调制吸收光谱技术，本系统采用波长调制吸收光谱技术，见图2，在激光器的锯齿波驱动电流上叠加高频调制正弦信号，探测到的信号经过锁相放大后解调出二次谐波信号，以计算气体的浓度信息，与直接吸收光谱技术相比，波长调制技术提高了检测精度及灵敏度，测量、计算在高频域，不受低频（例如：振动、低频电磁干扰）的噪声影响，仪表的稳定性更高。

图1 波长调制吸收光谱技术基本原理及模型

系统采用多次反射气室技术，光通过入射孔窗口进入气室，在气室内部的镜片进行多次折返，使得光程长度可达40米~100米，对于微量H₂S测量长光程是必要的。

系统流路设计有H₂S吸附装置，差分光谱算法进行计算时，将在样气经过吸附装置进入气室时的波形作为背景，样气直接进入气室的波形与背景进行差分，进步提高系统的信噪比，提高系统检测精度。

3、产品组成

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统取样控制单元、激光气体分析仪、防爆电气控制柜组成。

图2 ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统

3.1 取样控制单元

取样控制单元包括取样探头、管线、样气控制组件，系统的流路图见图3。

图3 系统流路图

3.2 激光气体分析仪

激光气体分析仪由仪表、多反长光程气室组成。

仪表基于ARM Cortex内核的CPU做为主要处理器，具有实时性强、数字信号处理能力强、低功耗、集成程度高的优点，同时数据处理单元具有锁相放大电路，该电路可以从干扰强度极大的环境中检测并提取信号，特别适合于具有大干扰源或微弱信号的提取。

多反长光程气室包括精密光机结构、反射镜，主要包括发射光的准直，反射光的聚焦探测，安装在发射、接收单元的五轴调节结构，激光器输出光束通过分光器分光，分光后分别连接到标定气室、准直器，测量光准直后进入气室。

发射光的准直：将激光器发射的光转换成平行光。

反射光的聚焦探测：将气室出射光聚焦至探测器，探测器进行光电转换，转换成电信号，接入到数据处理单元进行解调，微弱信号提取，计算浓度信息，分析仪同时采集左右两侧的探测信号进行浓度分析。

标定气室：密封标准物质，用于分析仪的自动标定及激光器实时波长锁定。

3.3 防爆电气控制柜

防爆等级：。

4、技术指标

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统规格和技术参数表

5、技术特点及优势

（1）测量精度高

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统采用波长调制吸收光谱技术+长光程+差分光谱算法的技术路线，提高了检测精度及灵敏度，测量、计算在高频域，不受低频（例如：振动、低频电磁干扰）的噪声影响。

（3）分析仪无漂移，避免了定期校正需要

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统内部设计有标定气室，用于设备自动标定及实时的气体吸收谱线锁定，设备通过该气室自动标定，无需人为定期标定。同时测量时进行实时动态补偿，使测量不受温度、压力以及环境变化的影响，不存在漂移现象。

（4）抗干扰能力强

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统主机壳体（屏蔽壳）采用双层屏蔽盖结构，该结构适用于强电磁场环境可以进一步提高屏蔽的效能，屏蔽盒的接缝缝隙处使用电磁密封衬垫保持缝隙处的导电的连续性，从而保证设备的抗干扰能力。

（5）低维护成本

目前H₂S在线监测设备普遍存在维护成本高、耗材消耗量大的缺点，ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统使用时无耗材，极大的降低了运行维护的工作亮，降低了维护成本。

（6）分析仪自检及自恢复功能

ND-H2S09抽取式隔爆激光气体分析系统带有智能自检及自恢复功能，软件可以自动探测分析仪的测量异常状态，可以通过自检及自恢复，使分析仪重新恢复最佳工作状态。

6、 供货清单

7、安装

7.1 施工要求

7.2 系统安装步骤

（1）将“取样管安装法兰”焊接到烟道上；

（2）取样探杆安装在“取样管安装法兰”，并紧固，保证气密性；

（3）将系统机柜安装就位；

（4）安装伴热管线，连接取样探头组件与机柜之间的电缆和测温组件；

（5）连接氮气；

（6）将用户电源电缆和（4~20）mA或485信号线连接到防爆电气控制柜，电缆规格：RVVP 4x1.0。

7.3 系统调试

（1）上电前检测：检测电源是否有短路开路现象，是否接地良好，合格后系统上电。

（2）仪器预热，观察各加热模块运行是否正常，仪表显示是否正常。

（3）仪器预热完成后，调试各项功能。

（4）反吹功能测试：进入仪表界面，设置反吹，查看各个阀门是否工作正常。

（6）取样功能测试：进入仪表界面，设置取样状态，查看各个阀门是否工作正常，流量是否达到要求。

（7）上述功能测试好后，系统进入测量状态。

（8）确认客户DCS信号读数与仪表的读数一致。