化工厂的正常运行离不开气体分析系统。气体分析系统向化工生产设备控制系统反馈检测到的数据，并把数据传送给有关的主管部门，在数据超标时还能发出警告。化工生产设备用的气体分析仪生产企业都在努力开发稳定、长寿命且易于操作使用的气体分析产品。

气体分析仪在化工企业中得到普遍应用，就像在Höchst化学工业园中所看到的那样。在这一化学工业园中，工业园运营商为园中的化工企业提供电力、供热、天然气、制冷、水、压缩空气和工艺用气体。其中最重要的能源供应设备包括污泥焚烧和危险品焚烧发电设备，垃圾发电设备以及热电厂。H?chst公司利用气体分析系统对这些设备排放的所有废气进行监控，并通过网络把检测数据发送给主管部门。随着德国联邦政府污染防治法的颁布实施，政府要求企业对有关的检测数据做好记录，同时也要求在制冷设备中安装使用气体传感器，以便检测设备和管道是否密封，这是制冷剂技术规范提出的要求。利用气体检测传感器即可对制冷剂技术规范的中所列危险材料的氨进行检测和监控。另外，Höchst公司还利用气体检测系统对化工产品的质量进行检验和监控，例如对氧、氮这类工艺用气的纯度进行监控。Höchst化学工业园也生产生物气体，并把这些生物天然气输送到公共供气网络中，利用气体检测仪可以对沼气生产设备和生物天然气生产设备中的介质质量情况进行检测。

图1 “用户关注的焦点是设备能否长期稳定测量。这一点可以用带有标定单元的气体分析系统来实现。同时，采用标定单元还能减少气体消耗。”——Christoph Becker先生，ABB公司

检测设备的稳定性非常重要

气体检测任务听起来非常简单，但却蕴含着一系列的技术挑战。从Höchst化学工业园运营商的角度来看，主要是传感器的横向灵敏度。对特定气体进行检测的传感器在某些情况下也会对其他气体做出反应。这就需要对传感器进行标定，使其只对需要检测的气体做出反应。对于化学工业园的运营商来讲，这意味着要在传感器的维护和保养时耗费更大的工作量和资金费用。而从用户使用的角度来看，则希望所使用的气体检测传感器能够长时间稳定工作，对标定的检测气体可靠地做出反应。

气体检测原理很多，例如新型的XTC601型气体检测传感器是一种热传导系数分析仪，是Michell公司研发生产的按照热导率检测原理对背景气体下被测气体浓度进行检测的传感器。它可以对二氧化碳、甲烷、氩气、氦气、氮气、氢气或空气等气体进行检测，无论它们作为被测气体或者背景气。在特殊玻璃材料的保护下，传感器不会受到磨损。Michell公司还提供了三种二元混合气检测用的XTC601型气体分析仪的变型产品。这些变型都配备了标准的工业变速器，并且可以在有易燃易爆危险的场合中应用。

对于生产企业来讲，简单、方便的标定传感器有着非常重要的意义：“从1990年开始，ABB公司就为流程工业废气检测和有害气体检测提供了基于傅里叶变换红外光谱学（FTIR）的多组分气体元素检测方法。这一技术越来越多地替代了基于光度计的气体分析技术，因为FTIR技术也能对有害气体进行连续监控。”ABB公司气体分析技术产品生产负责人Christoph Becker先生说。ABB公司的气体分析产品中包含了连续性分析的气体分析仪、FTIR和FT-NIR光谱仪、气相色谱仪、热值分析仪和激光分析仪。成熟的通信技术和网络技术解决方案简化了气体分析仪的使用操作和维护保养。市场上最新的激光分析仪LS4000能够在流程工艺过程中（在线）进行氧的检测，包括在易燃易爆危险场合中的检测。该仪器利用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）进行检测分析，即使在非常恶劣的生产工作环境中仍能保证很高的检测精度。

图2 “最重要的是提供符合用户特殊需要的成套解决方案。这就要考虑国际和欧洲所有的有关认证、标准和技术规范的要求，并满足这些要求。必需使集成的部件和接口与其他系统保持一致。” ——Gero Sagasser先生，Dräger公司

根据Becker先生的经验，用户关注的焦点是设备能否长期稳定测量。这一点可以用带有标定单元的气体分析系统来实现。同时，采用标定单元还能减少气体消耗。Becker先生说：“我们的标定装置气密性很好，在检测时用户无需使用检验气体，从而减少了流程设备运营商的设备运行费用。”

Becker先生认为另一个研发工作的重点是微量元素和同位素的检测。例如，利用新的谐振腔增强型激光系统对CO2、CH4、C2H2、H2O、NH3、HCl和H2S等石油、天然气领域中有害气体的可接受剂量进行监控。

满足用户不断变化的需求

西门子过程分析技术市场负责人Peter Berghäuser先生表示：“越来越严格的有害气体排放规定对工业企业提出了很高的挑战，而且不仅仅是对工业化国家、也是对新兴国家提出的挑战。”对于气体检测系统来讲，意味着要不断地提供新的检测技术方法，以便能够对不断降低的有害气体极限值进行检测。除了检测精度以外，Berghäuser先生认为产品质量也是针对检测仪高可用性提出的核心要求。在降低用户气体检测系统的维护保养和使用运行费方面，西门子公司也做了很多努力。例如，西门子的Maxum II型系统中增加了可选模块Oven。这一可选模块带有预先配置好的等温加热的色谱分析系统。分析系统和锅炉一起构成了一个结构紧凑的、模块化的整套单元。这一模块的安装和拆出只需几分钟的时间，与传统的色谱分析仪相比大大缩短了使用操作和维护保养的时间。

对Dräger公司来讲，最重要的是提供符合用户特殊需要的成套解决方案。“这就要考虑国际和欧洲所有的有关认证、标准和技术规范的要求，并满足这些要求。必需使集成的部件和接口与其他系统保持一致。”Dräger公司的生产经理Gero Sagasser先生说。这家企业研发生产的传感器信号变送器在可燃环境（PIR 7000）或者在毒性气体（Polytron 7000）环境中，与Regard中央控制器配套构成气体报警系统的显示、报警和自动记录。“除了性能可靠和信号稳定的产品之外，我们也为客户提供技术咨询和解决方案。其中也包括了全球化的技术支持和项目开发。”Sagasser先生补充说道。Dräger公司认为，在有害气体云扩散的可计算方面，以及这些有害气体云将在气候条件、建筑条件的作用下来自何方、去向何处的问题，和有害气体在气体云中的扩散问题等都有着很大的研究潜力。而应用的理念可能会是另外一个样子：“与专用、只能对一种被测物质进行检测的传感器相反，能够对所有有害物质进行检测的万能检测传感器是非常有前途的。”Dräger公司的专家说。

此外，生产企业需要向客户提供整个有害气体报警系统的标定技术、维护保养、技术服务和安装。

Dräger公司设立了针对用户使用、操作这些系统的培训机构。“所有流程设备停机检修期间有关的安全管理（人员和设备）都由我们来承担。”Sagasser先生补充说。西门子公司同样也有内容丰富的技术服务项目。“我们提供的服务包括现场技术服务、合同技术服务、零配件供应、维修、远程维护以及在用户现场的技术培训和针对性的技术培训等。”Berghäuser先生说。

图3 “有害气体检测技术需要不断地完善改进，以便能够对不断降低的有害物质排放极限值进行监控。” ——Peter Berghäuser先生，西门子公司

“用户与我们的全球技术服务团队保持沟通和联络是非常重要的。这样，用户可以集中精力搞好自己的核心业务。由于我们在有害气体检测系统方面有着丰富的专业技术知识和经验，因此能够为用户解决所有关于有害气体检测系统的问题。”Becker先生说。目前，他们共有250名分析检测系统技术人员在世界各地为用户服务。由ABB公司安装的大量系统为用户企业带来了很多的好处。它们提供了大量的、有关安全性能评估的检测数据。此外，他们还可以按照IEC 61508标准进行产品安全性的FMEDA评估。?

找到正确的检测点

一般情况下，检测点的位置是由用户确定的，因为他们最了解流程工艺设备的整体设计。“作为气体分析系统的供应商，我们可以根据检测点的具体数据设计出适合于每个检测点的最佳解决方案，包括取样、样本制备、分析系统的连接和数据交换。”Berghäuser先生说。

Sagasser先生也表达了类似的见解：“流程设备运营商的有害气体分析要求确定泄露发生在哪里，是什么泄漏。在这一检测过程中，我们所有的流程工艺及关于气体的专业知识和检测传感器的选择经验都融会到一起。这比仅仅在检测室里所能做的要多得多。”

“首先必需考虑的是需要被检测的气体、混合气体的物理特性。”Bieler+Plus公司补充说。例如，室内条件，可能的出入口，设定点的位置提高或者下降，以及由空调系统带来的空气流动关系等，都是气体检测系统设计中必需考虑的问题。最好是通过一个专业团队现场调查、确定下来，因为从安装结构图中得不到更加准确、详细的现场信息。例如干扰气流的情况，干扰气流会对催化反应或者横向敏感性产生影响，从而对整个检测传感器的选择和设计产生影响。

移动式检测

当固定式的气体检测系统满足不了要求时，则移动式的检测系统就成为最好的补救措施。因此，不久前MSA Auer公司推出了一套性能可靠的单元气体和双元气体检测平台Xcell。这一气体检测传感器技术平台非常坚固耐用，运行费用低且安全可靠。整套仪器Altair 2XP可以随时进行独立的检验测试，无需专用的检验气体和专用工具，缩短了检验工作站的检测时间。双元气体检测仪Altair 2XT可以用一个传感器检测两种气体、完成通常情况下两台气体检测仪的任务。所有检测仪响应时间短、测量精度高且使用寿命长。

结语

气体分析系统的研发之路还远远没有结束，这不仅因为越来越严格的法律法规，而且还因为我们缺乏许多必要的专业技术知识、经验或是时间，来不及完成所需的一切。未来的气体检测分析系统将会更加易于操作使用、更加便于计量检定和维护保养。