摘 要： 過程分析工程技術取得“數量”的發展之后，在快速增長的現實市場中正迎來歷史性新機遇，而傳統的技術觀念和技術思維卻是本專業健康發展的嚴重障礙。本文在全方位深入分析討論過程分析工程技術時，重新定義“樣氣處理系統”、“過程分析系統”、“過程分析工程技術”，倡導創建“過程分析工程技術”新專業。將“樣氣處理系統”提升到“過程分析工程技術的核心技術和關鍵技術”的從未有過的高度，使得以樣氣處理系統取代使用數十年的“取樣預處理系統”具有顛覆性的重要意義。 儀器儀表是信息工業的源頭，過程分析系統又堪稱儀器儀表皇冠上的明珠，在開發資源、節約能源和防治環境污染等重要領域持續地推進人類社會的發展。任何技術的高速發展，都必須有以理論創新為導向。從承擔責任和開拓創新的獨特視角，去探詢和考量此前未被深入觸及或被有意回避的領域，試圖感悟和搜索過程分析工程技術理論構建和質量發展的契機。 關鍵詞： 樣氣處理系統 過程分析儀 過程分析系統 過程分析工程技術 質量發展 分析準確度 1 過程分析工程技術的發展進程 1.1 封閉的“原始”發展階段（1956～1986的30年） 最早的過程分析儀是上海某公司合營廠生產的電廠煙氣熱導式CO2分析儀，72年筆者在重慶九龍坡電廠見識過殘骸。至1985年的30年中，以比較原始，普遍的低水平尚不專業為其標志。這期間學習前蘇聯，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“數量”發展階段（1986年至2006年的20年） 川儀廠借助技術引進的良機，于1986年啟動了與德國H&B公司在過程分析系統工程應用方面的合作，開國內之先河。至2006年的20年中，以專業隊伍壯大，技術水平提高，國內外企業競爭加劇，出現爆發性增長的現實市場為其標志。但是本專業的理論水平卻嚴重滯后，阻礙了過程分析技術的質量發展。 1.3 專業的“質量”發展階段（2007年— ） 以本次“21世紀前沿技術論壇”為發端，過程分析工程技術將進入伴隨著理論發展的質量發展階段，絕不會錯過當前的歷史性大機遇。“過程分析工程技術導論”實際上仍屬概論或概述性質，目的是倡導和推進本專業理論基礎的構建和質量的發展。 2 過程分析工程技術定義 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的分析儀。 過程分析儀 Process Analyzer 是在工業生產工藝過程和環境監測中，對物質化學成分及有關物理性質完全自動地長期連續分析和測量的分析儀。也習慣稱在線分析儀表。 過程分析系統 Process Analysis System 是過程分析儀與樣氣處理系統通過針對現場應用條件和樣氣條件的專業化分析系統設計，所實現的合理匹配與完善結合，能長期連續穩定、準確可靠，近于免維護運行的成套設備。也習慣稱在線分析系統或過程分析成套系統。 過程分析工程技術 Process Analysis engineering 是以工業生產和環保領域的過程分析工程項目為中心，開發出連續穩定、準確可靠、近于免維護的樣氣處理系統，進而確保過程分析系統高準確度、連續穩定的檢測分析，適時監控物質成分量的工程技術。 3 重新界定樣氣處理系統的地位功能 本文所述的樣氣處理系統，過去卻一直叫“取樣預處理裝置”，是過程分析儀的附加部分和迫不得已的延伸，早期甚至直接組合在分析儀機箱上，后來地位雖有提高，也就是到“預處理”止步，始終是分析儀附帶著“預處理”。 “JB/T 6854—1993過程分析儀器試樣處理系統性能表示”的專業標準，已上升為國家標準GB/T 19768－2005）已經在處理系統之前取消了“預”字，從中必然準確引申出“樣氣處理部件”和“樣氣處理系統”的技術概念和專業名詞。十多年來，人們對此視而不見，實在有負過程分析工程技術發展的良機。 本文為主樣氣處理系統取消“預”字，以系統取代“裝置”足可以證明自身的獨立性、系統性、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曾在中國賣過135萬元的天價是另一個證明。樣氣處理系統開始強有力地去促進和推廣過程分析儀的工程應用了。 我們新的技術觀 過程分析面對諸多十分艱巨復雜的技術難題，使得樣氣處理系統成為過程分析系統的關鍵技術和核心技術。技術觀和方法論都是推動技術發展的最強有力的動力，我們期待樣氣處理系統從此走上自覺健康、高速發展的軌道。 4 過程分析儀工程應用的癥結和最佳途徑 4.1 過程分析儀的工程應用長期存在三大癥結 過程分析的連續自動取樣和樣氣處理技術，要求樣氣不失真和快速傳輸； 過程分析的有效抗干擾，排除可能出現的系統誤差，以保證必要的檢測準確度； 分析系統長期連續運行的可靠性和易維護性。 4.2 過程分析儀工程應用的最佳途徑 采用CAD技術的專業化、規范化、針對性設計的專用型過程分析系統； 硬件技術和軟件技術以及長期工程實踐經驗的優秀技術集成，由專業化專家型人才集成所研發、制造的品質精良的過程分析系統。 實踐工程學指導下的全過程技術服務，兌現“100%投運成功率”的承諾。 5 過程分析系統的組成 5.1 分析系統的硬件部分 一般由過程分析儀、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、粉塵過濾和除液霧、流量控制、氣路切換、旁路流控制、尾氣和冷凝樣液的集管安全排放、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，分析儀器柜的加熱或降溫等。 5.2 分析系統的軟件部分 一般包括選型及應用咨詢、確定技術方案和系統配置、系統的針對性設計與制造、現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驗的全過程技術服務。 6 過程分析系統的應用指南 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與千差萬別的生產工藝條件以及環境應用條件匹配得當，組合完善。 樣氣處理系統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過程分析系統的專業化設計才有可能實現。 對過程分析系統檢測分析結果的所有懷疑，只有正確地使用標準氣，對分析儀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，除了過程分析儀的合理選型外，還應特別關注可能出現的干擾誤差和影響誤差，有時進行系統誤差校正是十分必要的，此時專業供應商的經驗和咨詢建議尤其值得重視。 7 過程分析系統的技術對策 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： 干法樣氣處理系統能有效地保證必要的檢測準確度，可達到與過程分析儀單機準確度相當的水平，干法取樣當今已成為絕對的主流技術；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、防堵塞連續取樣技術已經是十分成熟的技術，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，避免出現冷凝； 嚴格而富有實踐經驗的現場安裝施工、調試投運技術。 8 深入開展過程分析系統的工程應用 深入調研工程項目的工藝過程，由定性深入到定量，由靜態深入到動態非常必要。 深入開展技術創新，盡快提高樣氣處理系統的針對性、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。 加快過程分析系統設計技術，應用技術的更新和發展，重視新領域的專用型分析系統的開發。 做好全過程技術服務，真正兌現“100%投運成功率”的承諾。 9 過程分析系統的質量國際管理體系 IS0 9000和IS 9001質量體系認證固然必要，但對于過程分析系統的設計與生產來說并不十分有效。因為過程分析系統的針對性設計和柔性生產有太多的不確定性，其自身特點如此鮮明，實為僅見。 分析系統的制造不需要大的設備投入，使用模具也很少；現場應用中不斷加深對工藝過程的認識，發現了現有產品的不足之處，這些都使過程分析系統的持續改進有了現實的可操作性。這就是“KAIZEN持續改進”的理念。 分析系統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業。因此推行“EQC有效質量管理”就具有現實性和緊迫性，即實行真正意義的一起行動上的質量第一和用戶至上。 10 過程分析系統的技術標準 與過程分析系統直接有關的技術標準，僅見GB/T1976－2005《過程分析儀器試樣處理系統性能表示》。分析系統并無行業或國家標準，不能不說這就阻礙了過程分析工程技術的規范和發展。 由于過程分析儀及其分析系統特殊的專業性，由本專業的外行、哪怕他是其他儀器儀表專業的資深專家，來編制過程分析系統的技術標準，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。 由過程分析系統制造商的有長期實踐經驗的資深專家創造性地編寫過程分析系統企業標準，就是可行的必由之路，會收到顯而易見的效果。 11 應用過程分析系統的本質目的 應用過程分析系統的目的，普通認為是為了實現優化控制、節能、環保、安全防爆以及保障質量、提高產量等。由于分析儀是計量儀器，過程分析系統只不過是延伸、擴大了的分析儀，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過程分析系統的本質目的。如果計量不準確，其他所有的應用目的都有可能落空。 12 過程分析系統的計量準確度——高深莫測的技術課題 分析儀與生俱來的弱點就是計量準確度低，長期連續運行的過程分析儀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： 分析儀的原理選擇、結構設計、制造調試方面：如果穩定性達到≤±1%FS/7d應是受歡迎的，而≥2%甚至≥5%/1d，就不太理想了。 分析儀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。 工業生產現場的儀表工程師校準儀器的操作可能不規范，使儀器并未運行在最佳狀態。 樣氣處理系統設計不良或維護不到位，出現漏氣甚至相變，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誤差的措施，那么CO2（一般＞10%）也會造成很大的負值干擾誤差。 13 過程分析系統的高準確度應用仍然可以期待 過程分析系統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。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，過程分析系統在工程應用中的最高準確度可以達到優于0.5%的良好水平。 八年前筆者曾撰寫論文“論在線分析儀表的高精度應用”，被國家級大型文獻《中國科學技術文庫》征用。