摘 要:在線分析工程技術取得“數(shù)量”的發(fā)展之后，在快速增長的現(xiàn)實市場中正迎來歷史性新機遇，而傳統(tǒng)的技術觀念和技術思維卻是本專業(yè)健康發(fā)展的嚴重障礙。本文在全方位深入分析討論在線分析工程技術時，重新定義“樣氣處理系統(tǒng)”、“在線分析系統(tǒng)”、“在線分析工程技術”，倡導創(chuàng)建“在線分析工程技術”新專業(yè)。將“樣氣處理系統(tǒng)”提升到“在線分析工程技術的核心和關鍵技術”的從未有過的高度，使得以樣氣處理系統(tǒng)取代使用數(shù)十年的“取樣預處理系統(tǒng)”具有顛覆性的重要意義。 儀器儀表是信息工業(yè)的源頭，在線分析系統(tǒng)又堪稱儀器儀表皇冠上的明珠，在開發(fā)資源、節(jié)約能源和防治環(huán)境污染等重要領域持續(xù)地推進人類社會的發(fā)展。任何技術的高速發(fā)展，都必須有以理論創(chuàng)新為導向。從承擔責任和開拓創(chuàng)新的獨特視角，去探詢和考量此前未被深入觸及或被有意回避的領域，試圖感悟和搜索在線分析工程技術理論構建和質量發(fā)展的契機。 關鍵詞:樣氣處理系統(tǒng) 在線分析器 在線分析系統(tǒng) 在線分析工程技術 質量發(fā)展 分析準確度 1 在線分析工程技術的發(fā)展進程 1.1 封閉的“原始”發(fā)展階段（1956～1986的30年） 最早的在線分析器是上海某公司合營廠生產(chǎn)的電廠煙氣熱導式CO2分析儀，72年筆者在重慶九龍坡電廠見識過它的殘骸。至1985年的30年中，以比較原始，普遍的低水平尚不專業(yè)為其標志。這期間學習前蘇聯(lián)，大型石化、化肥成套設備的引進，起了很大的推動作用。 1.2 開放的“數(shù)量”發(fā)展階段（1986年至2006年的20年） 川分廠借助技術引進的良機，于1986年啟動了與德國H&B公司在在線分析系統(tǒng)工程應用方面的合作，開國內之先河。至2006年的20年中，以專業(yè)隊伍壯大，技術水平提高，國內外企業(yè)競爭加劇，出現(xiàn)爆發(fā)性增長的現(xiàn)實市場為其標志。但是本專業(yè)的理論水平卻嚴重滯后，阻礙了在線分析技術的質量發(fā)展。 1.3 專業(yè)的“質量”發(fā)展階段（2007年— ） 以本次“21世紀前沿技術論壇”為發(fā)端，在線分析工程技術將進入伴隨著理論發(fā)展的質量發(fā)展階段，絕不會錯過當前的歷史性大機遇。 “在線分析工程技術導論”實際上仍屬概論或概述性質，目的是倡導和推進本專業(yè)理論基礎的構建和質量的發(fā)展。 2 在線分析工程技術定義 氣體分析儀 Gas Analyzer 輸出信號為氣體混合物中一種或多種組分的濃度、分壓、露點溫度的單調函數(shù)的分析器。 在線分析器 On-line Analyzer 是在工業(yè)生產(chǎn)工藝過程和環(huán)境監(jiān)測中，對物質化學成分及有關物理性質完全自動地長期連續(xù)分析和測量的分析器。也習慣稱在線分析器表。 在線分析系統(tǒng) On-line Analysis System 是在線分析器與樣氣處理系統(tǒng)通過針對現(xiàn)場應用條件和樣氣條件的專業(yè)化分析系統(tǒng)設計，所實現(xiàn)的合理匹配與完善結合，能長期連續(xù)穩(wěn)定、準確可靠，近于免維護運行的成套設備。也習慣稱過程分析成套系統(tǒng)。 在線分析工程技術 On-line Analysis engineering 是以工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保領域的在線分析工程項目為中心，開發(fā)出連續(xù)穩(wěn)定、準確可靠、近于免維護的樣氣處理系統(tǒng)，進而確保在線分析系統(tǒng)高準確度、連續(xù)穩(wěn)定的檢測分析，適時監(jiān)控物質成分量的工程技術。 3 重新界定樣氣處理系統(tǒng)的地位功能 本文所述的樣氣處理系統(tǒng)，過去卻一直叫“取樣預處理裝置”，是在線分析器的附加部分和迫不得已的延伸，早期甚至直接組合在分析器機箱上，后來地位雖有提高，也就是到“預處理”止步，始終是分析器附帶著“預處理”。 “JB/T 6854—1993在線分析器器試樣處理系統(tǒng)性能表示”的專業(yè)標準，已上升為國家標準GB/T 19768－2005）已經(jīng)在處理系統(tǒng)之前取消了“預”字，從中必然準確引申出“樣氣處理部件”和“樣氣處理系統(tǒng)”的技術概念和專業(yè)名詞。十多年來，人們對此卻視而不見，實在有負在線分析工程技術發(fā)展的良機。 本文為樣氣處理系統(tǒng)取消“預”字，以系統(tǒng)取代“裝置”足可以證明自身的獨立性、系統(tǒng)性、嚴密性。PLC的自控功能及其軟件技術就是證明。H＆B公司的60號干法高溫取樣探頭系統(tǒng)曾在中國賣過135萬元的天價是另一個證明。樣氣處理系統(tǒng)開始強有力地去促進和推廣在線分析器的工程應用了。 我們新的技術觀 在線分析面對諸多十分艱巨復雜的技術難題，使得樣氣處理系統(tǒng)技術成為在線分析系統(tǒng)的關鍵和核心技術。技術觀和方法論都是推動技術發(fā)展的最強有力的動力，我們期待樣氣處理系統(tǒng)從此走上自覺健康、高速發(fā)展的軌道。 4 在線分析器工程應用的癥結和最佳途徑 4.1 在線分析器的工程應用長期存在三大癥結 在線分析的連續(xù)自動取樣和樣氣處理技術，要求樣氣不失真和快速傳輸； 在線分析的有效抗干擾，排除可能出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差，以保證必要的檢測準確度； 分析系統(tǒng)長期連續(xù)運行的可靠性和易維護性。 4.2 在線分析器工程應用的最佳途徑 采用CAD技術的專業(yè)化、規(guī)范化、針對性設計的專用型在線分析系統(tǒng)； 硬件技術和軟件技術以及長期工程實踐經(jīng)驗的優(yōu)秀技術集成，由專業(yè)化專家型人才集成所研發(fā)、制造的品質精良的在線分析系統(tǒng)。 實踐工程學指導下的全過程技術服務，兌現(xiàn)“100%工程應用投運成功率”的承諾。 5 在線分析系統(tǒng)的組成 5.1 分析系統(tǒng)的硬件部分 一般由在線分析器、取樣探頭、壓縮空氣反吹單元、后級樣氣處理裝置（樣氣輸送、伴熱和冷卻、冷凝和排放冷凝液、抽吸或壓力調節(jié)、粉塵過濾和除液霧、流量控制、氣路切換、旁路流控制、尾氣和冷凝液的集管安全排放、各種報警等）、PLC自控單元、信號輸出處理及遠傳通訊、儀表盤和標準氣，分析器器柜的加熱或降溫等。 5.2 分析系統(tǒng)的軟件部分 一般包括選型及應用咨詢、確定技術方案和系統(tǒng)配置、系統(tǒng)的針對性設計與制造、現(xiàn)場調試和操作人員培訓、備品備件供應和應用整改等，應提供富有工程實踐經(jīng)驗的全過程技術服務。 6 在線分析系統(tǒng)的應用指南 對于完善的過程氣體分析，起決定作用的是使樣氣處理系統(tǒng)與千差萬別的生產(chǎn)工藝條件以及環(huán)境應用條件匹配得當，組合完善。 樣氣處理系統(tǒng)與樣氣條件及應用條件的合理匹配，只有通過針對性的專用型在線分析系統(tǒng)的專業(yè)化設計才有可能實現(xiàn)。 對在線分析系統(tǒng)檢測分析結果的所有懷疑，只有正確地使用標準氣，對分析器的零點和量程進行定期的嚴密校準，才能予以確認。 為了提高過程氣體分析的準確度，除了在線分析器的合理選型外，還應特別關注可能出現(xiàn)的干擾誤差和影響誤差，有時進行系統(tǒng)誤差校正是十分必要的，此時專業(yè)供應商的經(jīng)驗和咨詢建議尤其值得重視。 7 在線分析系統(tǒng)的技術對策 7.1 過程氣體分析面對的困難和問題： 高溫或低溫、高粉塵、高水分或液霧、高壓或負壓、腐蝕性或爆炸性等惡劣樣氣條件； 較高的自動化程度，少維護量甚至免維護； 防塵、防濺、防腐和防爆等方面的防護要求； 較快的反應速度，系統(tǒng)滯后時間一般不允許超過60秒； 保證必要的檢測分析準確度（即高準確度應用）。 7.2 干法取樣技術的必要性： 干法樣氣處理系統(tǒng)能有效地保證必要的檢測準確度，可達到與在線分析器單機準確度相當?shù)乃剑煞ㄈ赢斀褚殉蔀榻^對的主流技術； 強調以實踐工程學為導向，強調綜合的技術措施，以確保最終應用效果為目標。 7.3 高粉塵取樣的綜合技術措施示例： 高溫、高粉塵、防堵塞連續(xù)取樣技術已經(jīng)是十分成熟的技術，屬于帶外過濾器的干法取樣探頭； 高精度過濾器，＞0.3µｍ粉塵的過濾精度可達99%； 采用壓縮空氣反吹單元，由PLC程控內外吹掃外過濾器，有完善的反吹程序； 過濾器及樣氣傳輸管線伴熱，避免出現(xiàn)冷凝； 嚴格而富有實踐經(jīng)驗的現(xiàn)場安裝施工、調試投運技術。 8 深入開展在線分析系統(tǒng)的工程應用 深入調研工程項目的工藝過程，由定性深入到定量，由靜態(tài)深入到動態(tài)非常必要。 深入開展技術創(chuàng)新，盡快提高樣氣處理系統(tǒng)的針對性、可靠性、技術水平和質量。 切實加強制造商，用戶和設計院之間的緊密合作與交流互動。 加快在線分析系統(tǒng)設計技術，應用技術的更新和發(fā)展，重視新領域的專用型分析系統(tǒng)的開發(fā)。 做好全過程技術服務，真正兌現(xiàn)“100%工程應用投運成功率”的承諾。 9 在線分析系統(tǒng)的質量國際管理體系 IS0 9000和IS 9001國際質量體系認證固然必要，但對于在線分析系統(tǒng)的設計與生產(chǎn)來說并不十分有效。因為在線分析系統(tǒng)的針對性設計和柔性生產(chǎn)有太多的不確定性。 分析系統(tǒng)的制造不需要大的設備投入，使用模具也很少；現(xiàn)場應用中不斷加深對工藝過程的認識，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品的不足之處，這些都使在線分析系統(tǒng)的持續(xù)改進有了現(xiàn)實的可操作性。這就是“持續(xù)改進、持續(xù)創(chuàng)新”理念。 分析系統(tǒng)使制造商和用戶有更深的合作和交流互動，超過其他任何儀器儀表產(chǎn)業(yè)。因此推行“有效質量管理（EQM）”就具有現(xiàn)實性和緊迫性，即實行真正意義的一切行動上的質量第一和用戶至上。 10 在線分析系統(tǒng)的技術標準 與在線分析系統(tǒng)直接有關的技術標準，僅見GB/T 19768－2005 《在線分析器器試樣處理系統(tǒng)性能表示》。分析系統(tǒng)并無行業(yè)或國家標準，不能不說這就阻礙了在線分析工程技術的規(guī)范和發(fā)展。 由于在線分析器及其分析系統(tǒng)特殊的專業(yè)性，由本專業(yè)的外行、哪怕他是其他儀器儀表專業(yè)的資深專家，來編制在線分析系統(tǒng)的技術標準，都是費力不討好的苦差事，采用他寫的標準只能十分吃力地去制造不合格品。 由在線分析系統(tǒng)制造商的有長期實踐經(jīng)驗的資深專家創(chuàng)造性地編寫在線分析系統(tǒng)企業(yè)標準，就是很可行的必由之路，會收到顯而易見的效果。 11 應用在線分析系統(tǒng)的本質目的 應用在線分析系統(tǒng)的目的，普通認為是為了實現(xiàn)優(yōu)化控制、節(jié)能、環(huán)保、安全防爆以及保障質量、提高產(chǎn)量等。由于分析器是計量儀器，在線分析系統(tǒng)只不過是延伸、擴大了的分析器，總離不開計量準確度，這是所有計量儀器絕無例外的本色。所以追求計量準確度才是應用在線分析系統(tǒng)的本質目的。如果計量不準確，其他所有的應用目的都有可能落空，這就是工程應用的失敗。 12 在線分析系統(tǒng)的計量準確度——高深莫測的技術課題 分析器與生俱來的弱點就是計量準確度低，長期連續(xù)運行的在線分析器可能將本來就比較大的誤差放大幾倍也很常見。主要影響因素分析如下： 分析器的原理選擇、結構設計、制造調試方面：如果穩(wěn)定性達到≤±1%FS/7d應是受歡迎的，而≥2%甚至≥5%/1d，很難被接受了。 分析器校準用標準氣不是想象中的令人放心的“標準”，某些常量標準氣的最好水平只能達到≤0.5%，而微量標準氣達到±2%都很困難。 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表工程師校準儀器的操作可能不規(guī)范，使儀器并未運行在最佳狀態(tài)。 樣氣處理系統(tǒng)設計不良或維護不到位，出現(xiàn)漏氣甚至相變，或者取樣點的選擇并無真正的代表性等原因，使檢測結果嚴重偏離了樣氣中被測組分的真實含量。 非測量組分的干擾有時會大得出乎意外。外行的系統(tǒng)設計者絕無水平和責任心去關注和處置這類技術難題。例如合成氨甲烷化分析微量CO，準確度十分關鍵，而其中甲烷的干擾就會造成很大的負向誤差。又如CEMS系統(tǒng)中的SO2測量，假如紅外儀器的設計并未采取特殊的抗干擾措施，或者在工程應用中未采取特殊的校正系統(tǒng)誤差的措施，那么CO2（一般15%）也會造成很大的負值干擾誤差。 13 在線分析系統(tǒng)的高準確度應用仍然可以期待 在線分析系統(tǒng)的高準確度應用雖然面對諸多困難，由于有客觀的迫切需要，就該付出加倍的努力去實現(xiàn)。我們能做的無外乎是深入分析，實驗驗證，定量把關，分段治理，綜合處置，一般都能收到良好的效果。筆者的理論分析和工程實踐證明，在線分析系統(tǒng)在工程應用中的最高準確度可以達到優(yōu)于0.5%的良好水平。 八年前筆者曾撰寫論文“論在線分析器表的高精度應用”，被國家級大型文獻《中國科學技術文庫》征用。