Масс-спектрометр МС-200 измеряет газовую смесь на металлургических комбинатах

Масс-спектрометр МС-200 включен в состав газоаналитического комплекса для контроля газовой фазы процесса вакуум-кислородного обезуглероживания.

Перед специалистами компании стояла основная задача – разработать комплекс для круглосуточного автоматического измерения состава газовой смеси, отбираемой в технологическом производстве стали на вакууматоре. При этом необходимо было заменить имеющийся масс-спектрометрический газоанализатор, отработавший технический ресурс на новый прибор отечественного производства. В связи с модернизацией масс-спектрометра МС-200 было решено включить именно его в состав системы контроля отходящих газов.

В ходе эксплуатации данный комплекс обеспечивает:

— отбор и подготовку газовых проб отходящего газа из двух точек, расположенных за вакууматором на нисходящей части газохода и переключаемых с периодом 1 – 3 мин. для обратной продувки с целью очистки;

— транспортировку газовой пробы по импульсным линиям;

— непрерывный анализ многокомпонентного газового потока;

— вывод оперативной информации о процентном составе газа в точке отбора на экран монитора в графической и табличной форме, а также выдачу звуковой и световой сигнализации при превышении концентрационных порогов по измеряемым компонентам.

— сбор, обработку и архивирование информации о процентном составе газа на базе внешнего компьютера с сохранением данных в течение года с возможностью вывода хронологии измерений в графическом виде;

— автономную работу на выносные графические станции (до 2 шт.) и передачу данных во внешние локальные сети (Ethernet и др.);

— связи с верхним уровнем АСУ ТП в реальном времени через интерфейс TCP/IP и WinSock с определением протокола обмена в рабочем порядке.

Назначение комплекса:

— газоаналитический комплекс предназначен для круглосуточного автоматического измерения состава газовой смеси, отбираемой в технологическом производстве стали на вакууматоре, а именно:

— отбора и подготовки газовых проб отходящего газа из двух точек, расположенных за вакууматором на нисходящей части газохода и переключаемых с периодом 1 – 3 мин. для обратной продувки с целью очистки;

— транспортировки газовой пробы по импульсным линиям;

— непрерывного анализа многокомпонентного газового потока;

— вывода оперативной информации о процентном составе газа в точке отбора на экран монитора в графической и табличной форме, а также выдачу звуковой и световой сигнализации при превышении концентрационных порогов по измеряемым компонентам.

— сбора, обработки и архивирования информации о процентном составе газа на базе внешнего компьютера с сохранением данных в течение года с возможностью вывода хронологии измерений в графическом виде;

— автономной работы на выносные графические станции (до 2 шт.) и передачу данных во внешние локальные сети (Ethernet и др.);

Состав продукции.

Существующая в настоящее время в кислородно-конверторном цехе система газового анализа на базе масс-спектрометров МС-200 предназначена для:

проведения измерений содержания N₂, О₂, Ar во вдуваемой газовой смеси;
проведения измерений содержания Н₂ СО, СО₂,N₂, О₂ и Ar в отходящих газах с конвертера.

Система газового анализа состоит из:

двух пробозаборных устройств, производящих забор газовой пробы после конвертера;
двух импульсных не обогреваемых линий, выполненных их трубки 12Х18Н10Т, Дн=10мм и Дн=8мм;
двух установок очистки газовой пробы;
двух вакуумных постов;
двух масс-спектрометров МС-200;
двух компьютеров, установленных с масс-спектрометрами,
двух мониторов отображения информации у операторов вакууматора.

Учитывая технические требования для работы газоаналитической системы на вакууматоре, новый газоаналитический комплекс должен состоять из:

— масс-спектрометра времяпролетного типа, настроенного на определение содержания (возможен контроль ещё любого количества газовых компонент):

— N₂, О₂ и Ar во вдуваемой газовой смеси и

— Н₂, СО, СО₂,N₂, О₂ и Ar в отходящих газах

с промышленным управляющим контроллером;

— масс-спектрометра времяпролётного типа МС-200 в горячем резерве

— рабочей управляющей станции и одной рабочей станции в горячем резерве;

— графической станции оператора и одной графической станции в горячем резерве;

— стойки пробоподготовки с микропроцессорным блоком управления и электронной мнемосхемой;

— резервного пробозаборного устройства с металлокерамическим фильтром;

— резервной импульсной линии;

— сменных металлокерамических фильтров, установленных на каждой импульсной линии возле блока пробоподготовки;

— комплекта поверочных газовых смесей в 4 л или 10 баллонах;

— комплекта ЗИП ;

— комплекта эксплуатационной документации.

Технические требования.

Газоаналитический комплекс МС-200 должен обеспечивать:

Непрерывный отбор и измерение состава вдуваемой газовой смеси:

температура газовой смеси в точке забора до 40⁰С;
давление в точке забора до 3 МПа ;
влажность анализируемой газовой смеси отсутствует;
агрессивные компоненты ( NH₃, SO₂, H₂S и другие) отсутствуют.

Непрерывный отбор и подготовки газовых проб отходящего из вакууматора газа из двух точек, расположенных за конвертером на нисходящей части газохода, переключаемых с периодом 1 – 3 мин. для обратной продувки с целью очистки

температура газовой смеси в точке забора до 1200 ⁰С;
давление в точке забора -0,1 +10 кг/м²;
влажность анализируемой газовой смеси до 100%;
содержание пыли до 50 г/м^3.
агрессивные компоненты (NH₃, SO₂, H₂S и другие) в микроконцентрациях могут присутствовать.

В связи с большой запыленностью газовой смеси на пробооотборные устройства необходимо установить сменные металлокерамические фильтры.

Транспортировка газовой пробы по импульсным линиям производится с помощью эжекторов, производительность которых обеспечивает необходимое время анализа (менее 15с).

Блок пробоподготовки должен обеспечивать:

переключение клапанов и импульсных линий;
обратную продувку сжатым воздухом или азотом импульсных линий;
требуемую степень очистка газовой пробы;

Для обеспечения надежности проведения непрерывного анализа необходимо установить дополнительную (резервную) импульсную линию.

Новый газоаналитический комплекс должен выполнять непрерывное измерение компонентов, приведенных выше и иметь технические характеристики, приведенные в таблице 3.

Вывод оперативной информации о процентном составе газа в точке отбора выводится на экран монитора в графической и табличной форме, а также предусматривается выдача звуковой и световой сигнализации при превышении концентрационных порогов по измеряемым компонентам.

Сбор, обработка и архивирование информации о процентном составе газа производится на внешнем компьютере с сохранением данных в течение календарного года с возможностью вывода хронологии измерений в графическом виде.

Автономная работа на выносные графические станции (до 2 шт.) и передачу данных во внешние локальные сети (Ethernet и др.).

Связь с верхним уровнем АСУ ТП в реальном времени через интерфейс TCP/IP и WinSock с определением протокола обмена в рабочем порядке.

Требования к жизнеспособности и стойкости к действующим внешним факторам.

Газоаналитический комплекс МС-200 должен функционировать в следующих климатических условиях:

диапазон температур окружающего воздуха от +10⁰С до 29⁰С;
относительная влажность до 80% при температуре +25⁰С и более низких температурах без конденсации влаги;
барометрическое давление 86,0 ÷ 106, 0 кПа ( 630÷800 мм рт. ст.)
массовая концентрация пыли анализируемой МС-200 не должна превышать 1мг/м³ ;
коррозийные примеси ( NH₃, SO₂, H₂S) в атмосфере помещения должны отсутствовать;

Рабочие условия эксплуатации:

напряжение питания всех устройств осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 ( ⁺²⁴_-32) В частотой 50 (⁺²_-2) Гц, коэффициент высших гармоник до 5%;
рабочее положение вертикальное, угол наклона в любом положении не более 5^°;
внешние постоянные магнитные поля и внешние переменные поля сетевой частоты с напряженностью до 400А/м;
вибрация с амплитудой до 0,1мм в диапазоне частот 5-25Гц;
режим работы – непрерывный;

Требования к надежности.

Газоаналитический комплекс МС-200 — восстанавливаемое, ремонтируемое изделие.

Полный средний срок службы — 10 лет.

Требования к конструкции и составным частям.

Требования к масс-спектрометру.

Для газового анализа используется масс-спектрометр времяпролетного типа, принцип действия которого основан на разделении ионов по массам.

Основные технические характеристики.

диапазон массовых чисел – 1 ¸500 а.е.м.
разрешающая способность – 200 (1 а.е.м. на 200 а.е.м.)
чувствительность обнаружения компонентов газовой смеси – 10 ^-2%
относительная погрешность – 1%
максимальное время регистрации отдельного масс-спектра – не более 2 с
одновременная регистрация 10 примесей
питание переменным напряжением 220В, 50Гц
потребляемая мощность – не более 400Вт
внутренние габариты масс-спектрометра– 515х525х400мм
вес – до 45 кг

Управление процедурой измерения осуществляется с персонального компьютера. Для обработки результатов измерений разработано специализированное ПО. Оперативная информация о процентном составе анализируемого газа в режиме реального времени выводится на экран монитора в графическом и табличном виде. Вся информация может передаваться по внутренней сети Ethernet в реальном времени.

Масс-спектрометр стандартизован по всем показателям в соответствии с ГОСТ на анализатор масс-спектрометрический.

Особые требования к работе масс-спектрометра: