CN107765720B - 制氧总碳氢分析控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制氧总碳氢分析控制系统及控制方法，该控制系统包括：制氧机系统、分析系统和DSC系统，所述制氧机系统包括第一空分、第二空分、第三空分和液氧罐，所述分析系统包括第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道，所述DSC系统包括控制单元。该控制方法包括为：S1、投入燃烧空气；S2、投入燃烧氢气；S3、投入总碳氢样气；S4、投入总碳氢分析仪；S5、分析控制制氧机系统总碳氢含量。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：当任一空分分析仪或其单元部件出现故障或损坏时，或分析仪因校验维护而离线时，能够继续监控对应空分的总碳氢含量，避免空分总碳氢积聚过量而引起爆炸风险。

Description

制氧总碳氢分析控制系统及控制方法

技术领域

本技术涉及深冷技术制氧领域，尤其涉及一种对制氧机液氧中总碳氢化合物含量进行分析控制的系统及方法。

背景技术

采用深冷技术的制氧机，以空气为原料，经过压缩、预冷、纯化处理后，在空分装置中进行深度冷却、精馏，将空气中各组分分离出来，从而生产出相应的氧、氮、氩等气(液)体产品。在空分的液氧中，含有乙炔、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等多种碳氢化合物(简称“总碳氢”或“总烃”)，这些物质均为可燃物质，当总碳氢含量达到饱和时，会呈颗粒转而析出，在液氧中摩擦，将发生爆炸。为了生产安全，在空分生产过程中，要求对液氧中的总碳氢含量进行监测。因此，采用总碳氢分析仪(又称“总烃分析仪”，以下简称“分析仪”)进行在线分析、监测。

请参见图1。现有技术中，分析方法及设备配置与常规气体分析基本相似，首先用仪表导管从空分中引流部分液氧作为样气，连接并输送至分析仪，分析仪将检测结果转换为电信号，远传至DCS系统，供生产人员监视。特别之处在于，总碳氢分析仪的检测室内还须通入氢气和空气二种工作气源，混合、燃烧以加热至一定温度方能正常工作。

该技术方法中，空分、样气、分析仪、燃烧氢气、燃烧空气均为单一对应配备。其存在的主要缺陷是：

(1)由于分析仪内部高温加热，零部件易劣化，易发故障；但是一台空分仅配备一台分析仪，当出现故障或损坏时，空分总碳氢监测被迫中断、失控。

(2)燃烧氢气由外购的钢瓶氢气供应，由于单一配备且当瓶气耗尽而断供时，分析仪将会熄火、停止工作，同样造成总碳氢监测被迫中断。

(3)燃烧空气来自制氧机自身制造的原料空气，通过管道从空分现场远程接引而来，当空分停机时，空气将会断供，而此时空分内液氧尚未排尽，仍需监控总碳氢，但分析仪却因空气断供而已经熄火、停止工作。

(4)分析仪需要定期校验和常规维护，在校验维护时，分析仪将离线或下机，从而被迫脱离对空分总碳氢的监测。

(5)前述任一情况出现后，处理恢复需要一定时间；而在此期间，均存在因失去监测而控制不力，导致空分总碳氢异常升高，由此带来爆炸的风险。

(6)总碳氢分析仪为A类(关键)设备，要求故障后快速恢复，故一般采取库存事故件的方式，由于制氧机较多，备件成本较高。

(7)总碳氢分析方法与常规气体分析基本相似，为一开环系统，仅作监视；当设备故障或异常时，无法远程干预，相应延长了故障时间，增加了故障风险。

为了解决上述问题，中国专利CN201110301639.X公开了一种碳氢化合物分析装置，该专利为了解决因单向气流流路装置给测量带来不便的问题。碳氢化合物分析仪，它包括第一制氧装置、第二制氧装置、第一阀门、第二阀门和碳氢化合物分析仪，第一制氧装置连接第一阀门的一端，第二制氧装置连接第二阀门的一端，其特征在于它还包括第一通道和第二通道，第一阀门的另一端通过第一通道连接碳氢化合物分析仪的一端，第二阀门的另一端通过第二通道连接碳氢化合物分析仪5的另一端。所述碳氢化合物分析仪本身具有单独显示两套装置的显示信号的功能，有效挖掘了分析装置的潜力，使得装置可以同时对两套制氧装置的主冷进行分析，达到了提高制氧效率的目的，但是，该专利在分析仪故障时，二台制氧装置的碳氢均不能分析、监视，且需要切换显示通道，不能对二台制氧装置同时连续监视，另外，该专利对分析仪工作气源需要连续供应的问题未提出解决方案。中国专利CN201120379179.8公开了一种碳氢化合物分析装置，该专利为了解决因单向气流流路装置给测量带来不便的问题。碳氢化合物分析仪，它包括第一制氧装置、第二制氧装置、第一阀门、第二阀门和碳氢化合物分析仪，第一制氧装置连接第一阀门的一端，第二制氧装置连接第二阀门的一端，其特征在于它还包括第一通道和第二通道，第一阀门的另一端通过第一通道连接碳氢化合物分析仪的一端，第二阀门的另一端通过第二通道连接碳氢化合物分析仪5的另一端。所述碳氢化合物分析仪本身具有单独显示两套装置的显示信号的功能，有效挖掘了分析装置的潜力，使得装置可以同时对两套制氧装置的主冷进行分析，达到了提高制氧效率的目的，该专利与中国专利CN201110301639.X存在同样的不足。中国专利CN200420107526.1公开了一种空分装置用碳氢化合物分析仪的工作气源提供装置，该专利包括氢气源、氢气输送管路、压缩空气源和空气输送管路，其氢气源包括两个并联的氢气瓶，其压缩空气源为空分装置中的分子筛，其空气输送管路中设有过滤减压阀、转化炉、净化器和温控器，其中，过滤减压阀的进口端与分子筛连通，其出口端连接转化炉的进口端，转化炉的出口端连接净化器的进口端，净化器的出口端与碳氢化合物分析仪连通，温控器与转化炉相连。本发明碳氢化合物分析仪的工作气源提供装置能连续不间断地向分析仪提供高质量的工作气源，提高了仪器的测量连续性、准确度和稳定性，该专利中的工作气源提供装置与碳氢化合物分析仪及其空分为一一对应配置，能够在空分正常运行时连续提供工作气源，但在对应空分停役时，空气将会中断，导致对应分析仪熄火而停止工作；另外，该技术仅是为对应的分析仪提供一种工作气源，并不能解决分析仪或样气故障导致空分碳氢监测中断的问题，也不能解决非对应的其它空分装置的碳氢监测的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制氧总碳氢分析控制系统及方法，其将对应多台空分的多个总碳氢分析通道以及增加的一个热备用总碳氢分析通道有机连接为一套完整的闭环系统，并优化分析控制系统及方法，其能够在分析设备任一环节发生故障或异常时，及时恢复对空分总碳氢的监控；在处理恢复的过程中，也不影响正常监控，确保制氧机安全运行。上述的多台空分是指二台及二台以上数量的空分，多个总碳氢分析通道是对应各台空分的二个及二个以上的总碳氢分析通道，为便于理解，也便于描述，本技术方案中的多台空分为三台，多个总碳氢分析通道为三个。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制氧总碳氢分析控制系统，其包括：制氧机系统、分析系统和DSC系统，所述制氧机系统包括第一空分、第二空分、第三空分和液氧罐，所述分析系统包括第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道，所述DSC系统包括控制单元，所述第一空分与第一分析通道电连接，所述第二空分与第二分析通道电连接，所述第三空分与第三分析通道电连接，所述液氧罐与热备分析通道电连接，所述第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道分别与控制单元电连接，所述控制单元还与第一空分、第二空分和第三空分分别电连接。

作为优选方案，所述DSC系统还包括报警单元和显示单元，所述报警单元和显示单元分别与控制单元电连接。

作为优选方案，所述第一分析通道包括样气管、零气管、满气管、旁通换向阀、主换向阀和分析仪，所述样气管与分析仪之间设有样气旁通管和样气直通电磁阀，所述零气管与分析仪之间设有零气旁通管和零气直通电磁阀，所述满气管和分析仪之间设有满气旁通管和满气直通电磁阀，所述样气旁通管、零气旁通管和满气旁通管的输出端汇聚于一个旁通换向阀中，所述样气直通电磁阀、满气直通电磁阀和零气直通电磁阀的输出端汇聚于一个主换向阀中，所述主换向阀和旁通换向阀相连通。

作为优选方案，所述分析仪还设有进气管和排气管，所述进气管上还分接有旁通管和旁通流量计，所述排气管上还连接有进表流量计和低流量报警仪。

作为优选方案，所述第二分析通道和第三分析通道的结构与第一分析通道的结构均相同。

一种总碳氢分析控制方法，其包括如下步骤：

S1：投入燃烧空气；

S2：投入燃烧氢气；

S3：投入总碳氢样气；

S4：投入总碳氢分析仪；

S5：分析控制制氧机系统总碳氢含量。

作为优选方案，步骤S1具体包括如下操作：

S11、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道，分别打开一级切断阀，调节一级减压阀至较高压力；分别打开二级切断阀，调节二级减压阀至合适压力，使三台二氧化碳分析仪均投入正常工作；

S12、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道，由控制单元分别控制空气直通电磁阀导通；将各运行中空分的空气导通至空气总管，再分别调节二级减压阀至合适压力，为四台总碳氢分析仪提供燃烧空气；由于空气总管连通至第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的四台总碳氢分析仪，因此，只需满足至少一台空分运行，即可为四台分析仪连续提供燃烧空气；

S13、当有一台或一台以上空分停役并中断相应空气供应时，则由控制单元控制对应的空气直通电磁阀关闭，以免空气总管从停役空分处泄压而影响总碳氢分析仪工作；

S14、当出现三台空分均停役的特殊情况时，则三个空气直通电磁阀均关闭；同时打开各辅空气钢瓶以连续供气，从而保证各分析仪不因燃烧空气中断而熄火、停止工作；同时关闭二级切断阀，以免辅空气钢瓶向空气总管泄压而影响总碳氢分析仪工作。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下操作：

S21、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道，分别打开四个主氢气钢瓶，切换导通四个对应氢气换向阀的主输入端和输出端，为四台总碳氢分析仪提供燃烧氢气；

S22、当主氢气钢瓶的氢气即将耗尽时，打开次氢气钢瓶，切换导通氢气换向阀的次输入端和输出端以连续供气，从而保证分析仪不因燃烧氢气中断而熄火、停止工作；并于后续更换氢气钢瓶以再备用；

S23、同理，当次氢气钢瓶的氢气即将耗尽时，切换使用已更换的主氢气钢瓶。

作为优选方案，步骤S3具体包括如下操作：

S31、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道，由控制单元分别控制四个样气电磁阀导通，控制四个零气电磁阀和满气电磁阀关闭；控制单元还控制第四三通电磁阀的输入端与输出端导通，与排放端关闭；控制单元还控制第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀的输入端与排放端导通，与输出端关闭；将四个对应的主换向阀切换导通主输入端和输出端；再分别调整四台分析仪对应的四个旁通流量计以及四个进表流量计至所需流量；

S32、当样气流量低时，低流量报警仪将信号传输至DCS系统，再经控制单元传输至报警单元，告知工作人员调整样气流量，直至流量满足分析要求，报警消除；

S33、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的任一通道中的任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障时，均可通过对应旁通管并手动控制切换对应的旁通换向阀和主换向阀，导通样气或零气或满气进入分析仪，对总碳氢含量继续分析或对分析仪进行校验。

作为优选方案，步骤S4具体包括如下操作：

S41、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的四台分析仪点火，并投入正常工作；

S42、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道中任一分析仪或任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障而无法正常分析时，由控制单元控制热备分析通道中的对应三通电磁阀进行切换，即热备样气通过三通电磁阀排放端排放，而该故障分析通道样气则输入热备分析通道，经对应三通电磁阀输出端，再经样气直通电磁阀、主换向阀输入热备分析通道的分析仪，接替该故障分析通道对对应空分进行总碳氢含量分析；

S43、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道中任一分析仪需要校验维护而离线时，同样由控制单元控制热备分析通道中的对应三通电磁阀进行切换，由热备分析通道接替分析；被接替分析通道则由控制单元控制关闭样气直通电磁阀后，导通零气直通电磁阀进行零点校验，或导通满气直通电磁阀进行满量程校验；

S44、当热备分析通道发生故障或需要校验维护时，不需切换三通电磁阀，而可直接后续处理，处理恢复后继续使用；

步骤S5具体包括如下操作：

S51、第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道分别对应分析第一空分、第二空分、第三空分的总碳氢含量，并经DCS系统将信号传输至控制单元；控制单元将分析结果传输至显示单元显示，供工作人员监视；通过报警单元，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此，经由控制单元对各空分采取相应工况调整措施，例如加大空分主塔底部液氧抽出流量，防止总碳氢积聚；例如改善分子筛纯化系统对原料空气中碳氢化合物的吸附效果等等，以控制各空分总碳氢含量在正常范围内。

S52、热备分析通道作为公用的热备用分析通道，其在第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道均正常工作时，分析液氧罐总碳氢含量，同样经DCS系统将信号传输至控制单元；控制单元将分析结果传输至显示单元显示，供工作人员监视；通过报警单元，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此判断热备分析通道是否处于正常热备用工作状态，但不需对各空分做出调整措施。

具体地，本发明的制氧总碳氢分析控制系统包括：

制氧机系统，设于现场，包括：第一空分、第二空分、第三空分和液氧罐；

分析系统，设于分析室内，包括：连接第一空分的第一分析通道、连接第二空分的第二分析通道、连接第三空分的第三分析通道和连接液氧罐的热备分析通道；第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道还分别与热备分析通道连通；

DCS系统，设于控制室内，包括控制单元、报警单元和显示单元，控制单元分别与报警单元、显示单元电连接。

分析系统与DCS系统电连接，其将第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道的分析结果分别传输至DCS系统，并经控制单元将信号传输至报警单元和显示单元，提供报警和显示。

制氧机系统与DCS系统电连接，其将第一空分、第二空分、第三空分和液氧罐的运行或停役信号以及各工艺参数信号分别传输至DCS系统，并经控制单元将信号传输至报警单元和显示单元，提供报警和显示。

控制单元还与分析系统电连接，根据需要分别向第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道发送控制信号，实现对各分析通道的控制或切换，以保障各空分总碳氢分析结果连续传输至DCS系统。

控制单元还与制氧机系统电连接，根据分析结果变化情况分别向第一空分、第二空分和第三空分发送控制信号，干预各空分运行工况，以控制各空分总碳氢在正常范围内。

进一步地，第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道的结构均相同，均包括：

样气管，为分析仪输送分析样气，依次设有减压阀、压力表、切断阀、过滤器、样气旁通管和样气直通电磁阀；

零气管，为分析仪提供校验所需零点标准气，依次设有零气旁通管和零气直通电磁阀；

满气管，为分析仪提供校验所需满量程标准气，依次设有满气旁通管和满气直通电磁阀；

旁通换向阀，具有多个输入端和一个输出端，各输入端分别连接样气旁通管、零气旁通管、满气旁通管；

主换向阀，具有二个输入端和一个输出端；样气直通电磁阀、零气直通电磁阀和满气直通电磁阀的出口合并后共同连接至主换向阀的主输入端；旁通换向阀的输出端连接至主换向阀的次输入端；

有利地，当样气直通电磁阀、零气直通电磁阀和满气直通电磁阀中任一发生故障时，通过旁通换向阀和主换向阀的组合切换控制，强制导通各分析气体通路，实现各空分总碳氢连续分析；

分析仪，通过样气进气管与主换向阀的输出端连接，并通过排气管将废气排放；

有利地，进气管上还分接有旁通管和旁通流量计，以控制旁通流量；排气管上还连接有进表流量计和低流量报警仪，以控制进表流量，并且在流量低时告知工作人员及时调整，避免影响分析准确性；

优选地，旁通流量计和进表流量计均选用浮球流量计，成本低廉且便于直观观察和维护；低流量报警仪选用磁感应线圈，直接套接于流量计，其通过感应流量计浮球位置变化转换为电信号输出，成本低廉且便于直观观察和维护。

更进一步地，所述分析仪还连接燃烧氢气，包括：

氢气进气管，为分析仪提供燃烧氢气，连接氢气换向阀；

氢气换向阀，具有二个输入端和一个输出端，输出端通过氢气进气管连接至分析仪；

主氢气钢瓶和次氢气钢瓶，一用一备，分别连接至氢气换向阀的二个输入端，通过氢气换向阀的切换，向分析仪连续提供燃烧氢气。

更进一步地，所述分析仪还连接燃烧空气，包括：

空气进气管，为分析仪提供燃烧空气，依次设有空气二级减压阀、空气二级压力表、空气二级切断阀；

辅空气钢瓶，连接空气进气管，当空气进气管内无空气时为分析仪继续提供燃烧空气。

进一步地，所述分析系统中第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道还均包括：

空气主管，并设有空气直通电磁阀，其输入端连接二氧化碳分析仪的二氧化碳样气管，输出端连接空气进气管；

二氧化碳样气管，连接对应空分，第一分析通道连接第一空分，第二分析通道连接第二空分，第三分析通道连接第三空分，输送空分自制空气，一方面为二氧化碳分析仪提供分析样气，另一方面为总碳氢分析仪提供燃烧空气；二氧化碳样气管上依次设有二氧化碳一级减压阀、二氧化碳一级压力表、二氧化碳一级切断阀和二氧化碳过滤器，以及二氧化碳二级减压阀、二氧化碳二级压力表和二氧化碳二级切断阀，连接二氧化碳分析仪；

有利地，同一通道的总碳氢分析仪和二氧化碳分析仪位于同一空分分析室内，以此缩短同一通道中空气主管的敷设距离，便于实施和减少投入。

进一步地，所述分析系统还包括：

空气总管，由第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道的各空气主管两两连接而成；

特别地，热备分析通道中空气进气管连接于空气总管。

进一步地，所述分析系统中热备分析通道的主体与第一分析通道、第二分析通道和第三分析通道的结构相同，另外还包括：

第一样气连通管，连通第一分析通道，还分接第一二次旁通管；

第二样气连通管，连通第二分析通道，还分接第二二次旁通管；

第三样气连通管，连通第三分析通道，还分接第三二次旁通管；

第一三通电磁阀，输入端连接第一样气连通管；

第二三通电磁阀，输入端连接第二样气连通管；

第三三通电磁阀，输入端连接第三样气连通管；

第四三通电磁阀，输入端连接热备分析通道的样气管；

第一二次旁通管、第二二次旁通管、第三二次旁通管分别连接至热备分析通道的旁通换向阀的三个输入端；

第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀和第四三通电磁阀，四者的输出端合并后连接至热备分析通道的样气直通电磁阀；

有利地，第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀和第四三通电磁阀的排放端均分别连接有排放管、流量计，其目的是在各三通电磁阀失电时保持各样气长流通，避免死气，并控制流量，便于随时切换使用；

有利地，当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道中任一通道故障时，通过对对应的第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀的切换控制，用热备分析通道替代故障通道，实现空分总碳氢连续分析；

有利地，第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道分别安装于对应的第一空分分析室、第二空分分析室、第三空分分析室；热备分析通道安装于处于中间位置的第二空分分析室内，目的是使彼此之间的距离最短，相应地，各样气连通管以及空气总管的敷设距离也最短，便于实施和减少投入。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、当任一空分分析仪或其单元部件出现故障或损坏时，或分析仪因校验维护而离线时，能够继续监控对应空分的总碳氢含量，避免空分总碳氢积聚过量而引起爆炸风险；

2、分析仪工作所需燃烧氢气和燃烧空气均能连续供应，避免分析仪供气中断而熄火、停止工作；

3、分析仪备件无需一一对应多台库存量，而仅需一台热备用分析仪，备件成本大幅降低；

4、总碳氢分析控制系统为一闭环系统，其能够实时监控各空分总碳氢含量变化，根据需要远程控制各分析样气切换，及时干预各空分工况，以控制空分总碳氢含量在正常范围内。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中总碳氢分析系统原理框图。

图2是本发明中总碳氢分析控制系统结构框图。

图3是图2所示的分析系统中气路的连接结构示意图。

图中：1、分析系统；110、样气管；1101、减压阀；1102、压力表；1103、切断阀；1104、过滤器；1105、零气管；1106、满气管；1124、样气直通电磁阀；1125、零气直通电磁阀；1126、满气直通电磁阀；1131、第一二次旁通管；1132、第二二次旁通管；1133、第三二次旁通管；1134、样气旁通管；1135、零气旁通管；1136、满气旁通管；114、旁通换向阀；115、主换向阀；141a、第一三通电磁阀；141b、第二三通电磁阀；141c、第三三通电磁阀；141d、第四三通电磁阀；1411、排放管；1412、流量计；1514、第一样气连通管；1524、第二样气连通管；1534、第三样气连通管；21、分析仪；211、样气进气管；214、排气管；212、旁通管；213、旁通流量计；215、进表流量计；216、低流量报警仪；31、氢气进气管；313、氢气换向阀；311、主氢气钢瓶；312、次氢气钢瓶；40、空气总管；41、空气进气管；410、空气主管；411、空气二级减压阀；412、空气二级压力表；413、空气二级切断阀；415、辅空气钢瓶；416、空气直通电磁阀；5、DSC系统；51、控制单元；52、报警单元；53、显示单元；6、制氧机系统；61、第一空分；62、第二空分；63、第三空分；64、液氧罐；71、二氧化碳分析仪；710、二氧化碳样气管；711、二氧化碳一级减压阀；712、二氧化碳一级压力表；713、二氧化碳一级切断阀；714、二氧化碳过滤器；715、二氧化碳二级减压阀；716、二氧化碳二级压力表；717、二氧化碳二级切断阀；a、第一分析通道；b、第二分析通道；c、第三分析通道；d、热备分析通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2和3所示(为使图面简洁且便于表述，图中对应位置且相同结构部件，不重复标注编号)，本发明提供的一种制氧总碳氢分析控制系统，其包括：

制氧机系统6，设于现场，包括：第一空分61、第二空分62、第三空分63和液氧罐64；分析系统1，设于分析室内，包括：连接第一空分61的第一分析通道a、连接第二空分62的第二分析通道b、连接第三空分63的第三分析通道c和连接液氧罐64的热备分析通道d；第一分析通道a、第二分析通道b、第三分析通道c还分别与热备分析通道d连通；DCS系统5，设于控制室内，包括控制单元51、报警单元52和显示单元53，控制单元51分别与报警单元52、显示单元53电连接。

分析系统1与DCS系统5电连接，其将第一分析通道a、第二分析通道b、第三分析通道c和热备分析通道d的分析结果分别传输至DCS系统5，并经控制单元51将信号传输至报警单元52和显示单元53，提供报警和显示。

制氧机系统6与DCS系统5电连接，其将第一空分61、第二空分62、第三空分63和液氧罐64的运行或停役信号以及各工艺参数信号分别传输至DCS系统5，并经控制单元51将信号传输至报警单元52和显示单元53，提供报警和显示。

控制单元51还与分析系统1电连接，根据需要分别向第一分析通道a、第二分析通道b、第三分析通道c和热备分析通道d发送控制信号，实现对各分析通道的控制或切换，以保障各空分总碳氢分析结果连续传输至DCS系统5。

控制单元51还与制氧机系统6电连接，根据分析结果变化情况分别向第一空分61、第二空分62和第三空分63发送控制信号，干预各空分运行工况，以控制各空分总碳氢在正常范围内。

进一步地，分析系统1包括第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d，任一分析通道均包括：

样气管110，为分析仪21输送分析样气，依次设有减压阀1101、压力表1102、切断阀1103、过滤器1104、样气旁通管1134和样气直通电磁阀1124；

零气管1105，为分析仪21提供校验所需零点标准气，依次设有零气旁通管1135和零气直通电磁阀1125；

满气管1106，为分析仪21提供校验所需满量程标准气，依次设有满气旁通管1136和满气直通电磁阀1126；

旁通换向阀114，具有多个输入端和一个输出端，各输入端分别连接样气旁通管1134、零气旁通管1135、满气旁通管1136；

主换向阀115，具有二个输入端和一个输出端；样气直通电磁阀1124、零气直通电磁阀1125和满气直通电磁阀1126的出口合并后共同连接至主换向阀115的主输入端；旁通换向阀114的输出端连接至主换向阀115的次输入端；

当样气直通电磁阀1124、零气直通电磁阀1125和满气直通电磁阀1126中任一发生故障时，通过旁通换向阀114和主换向阀115的组合切换控制，强制导通各分析气体通路，实现各空分总碳氢连续分析；

分析仪21，通过样气进气管211与主换向阀115的输出端连接，并通过排气管214将废气排放；

进气管211上还分接有旁通管212和旁通流量计213，以控制旁通流量；排气管214上还连接有进表流量计215和低流量报警仪216，以控制进表流量，并且在流量低时告知工作人员及时调整，避免影响分析准确性；

优选地，旁通流量计213和进表流量计215均选用浮球流量计，成本低廉且便于直观观察和维护；低流量报警仪216选用磁感应线圈，直接套接于流量计，其通过感应流量计浮球位置变化转换为电信号输出，成本低廉且便于直观观察和维护。

分析仪21还连接燃烧氢气，包括：氢气进气管31，为分析仪21提供燃烧氢气，连接氢气换向阀313；

氢气换向阀313，具有二个输入端和一个输出端，输出端通过氢气进气管31连接至分析仪21；

主氢气钢瓶311和次氢气钢瓶312，一用一备，分别连接至氢气换向阀313的二个输入端，通过氢气换向阀313的切换，向分析仪21连续提供燃烧氢气。

分析仪21还连接燃烧空气，包括：空气进气管41，为分析仪21提供燃烧空气，依次设有空气二级减压阀411、空气二级压力表412、空气二级切断阀413；辅空气钢瓶415，连接空气进气管41，当空气进气管41内无空气时为分析仪21继续提供燃烧空气。

分析系统1中第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c，任一分析通道还均包括：

空气主管410，并设有空气直通电磁阀416，其输入端连接二氧化碳分析仪71的二氧化碳样气管710，输出端连接空气进气管41；

二氧化碳样气管710，连接对应空分，第一分析通道a连接第一空分61，第二分析通道b连接第二空分62，第三分析通道c连接第三空分63，输送空分自制空气，一方面为二氧化碳分析仪71提供分析样气，另一方面为总碳氢分析仪21提供燃烧空气；二氧化碳样气管710上依次设有二氧化碳一级减压阀711、二氧化碳一级压力表712、二氧化碳一级切断阀713和二氧化碳过滤器714，以及二氧化碳二级减压阀715、二氧化碳二级压力表716和二氧化碳二级切断阀717，连接二氧化碳分析仪71；

有利地，同一通道的总碳氢分析仪21和二氧化碳分析仪71位于同空分分析室内，以此缩短同一通道中空气主管410的敷设距离，便于实施和减少投入。

分析系统1还包括：

空气总管40，由第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c的各空气主管410两两连接而成；

特别地，热备分析通道d中空气进气管41连接于空气总管40。

进一步地，所述分析系统1中热备分析通道d还包括：

第一样气连通管1514，连通第一分析通道a，还分接第一二次旁通管1131；

第二样气连通管1524，连通第二分析通道b，还分接第二二次旁通管1132；

第三样气连通管1534，连通第三分析通道c，还分接第三二次旁通管1133；

第一三通电磁阀141a，输入端连接第一样气连通管1514；

第二三通电磁阀141b，输入端连接第二样气连通管1524；

第三三通电磁阀141c，输入端连接第三样气连通管1534；

第四三通电磁阀141d，输入端连接热备分析通道d的样气管110；

第一二次旁通管1131、第二二次旁通管1132、第三二次旁通管1133分别连接至热备分析通道d的旁通换向阀114的三个输入端；

第一三通电磁阀141a、第二三通电磁阀141b、第三三通电磁阀141c和第四三通电磁阀141d，四者的输出端合并后连接至热备分析通道d的样气直通电磁阀1124；

第一三通电磁阀141a、第二三通电磁阀141b、第三三通电磁阀141c和第四三通电磁阀141d的排放端均分别连接有排放管1411、流量计1412，其目的是在各三通电磁阀失电时保持各样气长流通，避免死气，并控制流量，便于随时切换使用；

当第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c中任一通道故障时，通过对对应的第一三通电磁阀141a、第二三通电磁阀141b、第三三通电磁阀141c的切换控制，用热备分析通道d替代故障通道，实现空分总碳氢连续分析；

第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c分别安装于对应的第一空分分析室、第二空分分析室、第三空分分析室；热备分析通道d安装于处于中间位置的第二空分分析室内，目的是使彼此之间的距离最短，相应地，各样气连通管1514、1524、1534以及空气总管40的敷设距离也最短，便于实施和减少投入。

基于前述的制氧总碳氢分析控制系统的总碳氢分析控制方法，包括如下步骤：

S1：投入燃烧空气

S11、对第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c，分别打开一级切断阀713，调节二氧化碳一级减压阀711至较高压力；分别打开二级切断阀717，调节二级减压阀715至合适压力，使三台二氧化碳分析仪71均投入正常工作；

S12、对第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c，由控制单元51分别控制空气直通电磁阀416导通；将各运行中空分的空气导通至空气总管40，再分别调节空气二级减压阀411至合适压力，为四台总碳氢分析仪21提供燃烧空气；由于空气总管40连通至第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d的四台总碳氢分析仪21，因此，只需满足至少一台空分运行，即可为四台分析仪21连续提供燃烧空气。

S13：当有一台或一台以上空分停役并中断相应空气供应时，则由控制单元51控制对应的空气直通电磁阀关闭，以免空气总管40从停役空分处泄压而影响总碳氢分析仪21工作。

S14、当出现三台空分均停役的特殊情况时，则三个空气直通电磁阀均关闭；同时打开各辅空气钢瓶415以连续供气，从而保证各分析仪21不因燃烧空气中断而熄火、停止工作；同时关闭空气二级切断阀413，以免辅空气钢瓶415向空气总管40泄压而影响总碳氢分析仪21工作。

S2：投入燃烧氢气

S21、对第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d，分别打开四个主氢气钢瓶311，切换导通四个对应氢气换向阀313的主输入端和输出端，为四台总碳氢分析仪21提供燃烧氢气。

S22、当主氢气钢瓶311的氢气即将耗尽时，打开次氢气钢瓶312，切换导通氢气换向阀313的次输入端和输出端以连续供气，从而保证分析仪21不因燃烧氢气中断而熄火、停止工作；并于后续更换氢气钢瓶以再备用。

S23、同理，当次氢气钢瓶312的氢气即将耗尽时，切换使用已更换的主氢气钢瓶311。

S3：投入总碳氢样气

S31、对第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d，由控制单元51分别控制四个样气电磁阀1124导通，控制四个零气电磁阀1125、和满气电磁阀1126关闭；控制单元51还控制第四三通电磁阀141d的输入端与输出端导通，与排放端关闭；控制单元51还控制第一三通电磁阀141a、第二三通电磁阀141b、第三三通电磁阀141c的输入端与排放端导通，与输出端关闭；将四个对应的主换向阀115切换导通主输入端和输出端；再分别调整四台分析仪21对应的四个旁通流量计213以及四个进表流量计215至所需流量。

S32、当样气流量低时，低流量报警仪216将信号传输至DCS系统5，再经控制单元51传输至报警单元52，告知工作人员调整样气流量，直至流量满足分析要求，报警消除。

S33、当第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d的任一通道中的任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障时，均可通过对应旁通管并手动控制切换对应的旁通换向阀114和主换向阀115，导通样气或零气或满气进入分析仪21，对总碳氢含量继续分析或对分析仪21进行校验。

S4：投入总碳氢分析仪

S41、对第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c和热备分析通道d的四台分析仪21点火，并投入正常工作。

S42、当第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c中任一分析仪或任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障而无法正常分析时，由控制单元51控制热备分析通道d中的对应三通电磁阀进行切换，即热备样气通过三通电磁阀141d排放端排放，而该故障分析通道样气则输入热备分析通道d，经对应三通电磁阀输出端，再经样气直通电磁阀1124、主换向阀115输入热备分析通道d的分析仪21，接替该故障分析通道对对应空分进行总碳氢含量分析。

S43、当第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c中任一分析仪需要校验维护而离线时，同样由控制单元51控制热备分析通道d中的对应三通电磁阀进行切换，由热备分析通道d接替分析；被接替分析通道则由控制单元51控制关闭样气直通电磁阀1124后，导通零气直通电磁阀1125进行零点校验，或导通满气直通电磁阀1126进行满量程校验。

S44、当热备分析通道d发生故障或需要校验维护时，不需切换三通电磁阀，而可直接后续处理，处理恢复后继续使用。

S5：分析控制制氧机系统总碳氢含量

S51、第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c分别对应分析第一空分61、第二空分62、第三空分63的总碳氢含量，并经DCS系统5将信号传输至控制单元51；控制单元51将分析结果传输至显示单元53显示，供工作人员监视；通过报警单元52，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此，经由控制单元51对各空分采取相应工况调整措施，例如加大空分主塔底部液氧抽出流量，防止总碳氢积聚；例如改善分子筛纯化系统对原料空气中碳氢化合物的吸附效果等等，以控制各空分总碳氢含量在正常范围内。

S52、热备分析通道d作为公用的热备用分析通道，其在第一分析通道a、第二分析通道b，第三分析通道c均正常工作时，分析液氧罐64总碳氢含量，同样经DCS系统5将信号传输至控制单元51；控制单元51将分析结果传输至显示单元显示，供工作人员监视；通过报警单元52，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此判断热备分析通道d是否处于正常热备用工作状态，但不需对各空分做出调整措施。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种制氧总碳氢分析控制系统，其特征在于，包括：制氧机系统、分析系统和DCS系统，所述制氧机系统包括第一空分、第二空分、第三空分和液氧罐，所述分析系统包括第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道，所述DCS系统包括控制单元，所述第一空分与第一分析通道电连接，所述第二空分与第二分析通道电连接，所述第三空分与第三分析通道电连接，所述液氧罐与热备分析通道电连接，所述第一分析通道、第二分析通道、第三分析通道和热备分析通道分别与控制单元电连接，所述控制单元还与第一空分、第二空分和第三空分分别电连接；所述第一分析通道包括样气管、零气管、满气管、旁通换向阀、主换向阀和分析仪，所述样气管与分析仪之间设有样气旁通管和样气直通电磁阀，所述零气管与分析仪之间设有零气旁通管和零气直通电磁阀，所述满气管和分析仪之间设有满气旁通管和满气直通电磁阀，所述样气旁通管、零气旁通管和满气旁通管的输出端汇聚于一个旁通换向阀中，所述样气直通电磁阀、满气直通电磁阀和零气直通电磁阀的输出端汇聚于一个主换向阀中，所述主换向阀和旁通换向阀相连通；对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道，由控制单元分别控制四个样气电磁阀导通，控制四个零气电磁阀和满气电磁阀关闭；控制单元还控制第四三通电磁阀的输入端与输出端导通，与排放端关闭；控制单元还控制第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀的输入端与排放端导通，与输出端关闭；将四个对应的主换向阀切换导通主输入端和输出端；再分别调整四台分析仪对应的四个旁通流量计以及四个进表流量计至所需流量；当样气流量低时，低流量报警仪将信号传输至DCS系统，再经控制单元传输至报警单元，告知工作人员调整样气流量，直至流量满足分析要求，报警消除；当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的任一通道中的任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障时，均通过对应旁通管并手动控制切换对应的旁通换向阀和主换向阀，导通样气或零气或满气进入分析仪，对总碳氢含量继续分析或对分析仪进行校验。

2.如权利要求1所述的制氧总碳氢分析控制系统，其特征在于，所述DCS系统还包括报警单元和显示单元，所述报警单元和显示单元分别与控制单元电连接。

3.如权利要求1所述的制氧总碳氢分析控制系统，其特征在于，所述分析仪还设有进气管和排气管，所述进气管上还分接有旁通管和旁通流量计，所述排气管上还连接有进表流量计和低流量报警仪。

4.如权利要求1所述的制氧总碳氢分析控制系统，其特征在于，所述第二分析通道和第三分析通道的结构与第一分析通道的结构均相同。

5.一种总碳氢分析控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：投入燃烧空气；

S2：投入燃烧氢气；

S3：投入总碳氢样气；

S4：投入总碳氢分析仪；

S5：分析控制制氧机系统总碳氢含量，其中：

步骤S1具体包括如下操作：

S11、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道，分别打开一级切断阀，调节一级减压阀至较高压力；分别打开二级切断阀，调节二级减压阀至合适压力，使三台二氧化碳分析仪均投入正常工作；

S12、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道，由控制单元分别控制空气直通电磁阀导通；将各运行中空分的空气导通至空气总管，再分别调节二级减压阀至合适压力，为四台总碳氢分析仪提供燃烧空气；

S13、当有一台或一台以上空分停役并中断相应空气供应时，则由控制单元51控制对应的空气直通电磁阀关闭，以免空气总管从停役空分处泄压而影响总碳氢分析仪工作；当出现三台空分均停役的特殊情况时，则三个空气直通电磁阀均关闭；同时打开各辅空气钢瓶以连续供气，从而保证各分析仪不因燃烧空气中断而熄火、停止工作；同时关闭二级切断阀，以免辅空气钢瓶向空气总管泄压而影响总碳氢分析仪工作，

步骤S2具体包括如下操作：

S21、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道，分别打开四个主氢气钢瓶，切换导通四个对应氢气换向阀的主输入端和输出端，为四台总碳氢分析仪提供燃烧氢气；

S22、当主氢气钢瓶的氢气即将耗尽时，打开次氢气钢瓶，切换导通氢气换向阀的次输入端和输出端以连续供气，从而保证分析仪不因燃烧氢气中断而熄火、停止工作；并于后续更换氢气钢瓶以再备用；

S23、同理，当次氢气钢瓶的氢气即将耗尽时，切换使用已更换的主氢气钢瓶，

步骤S3具体包括如下操作：

S31、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道，由控制单元分别控制四个样气电磁阀导通，控制四个零气电磁阀和满气电磁阀关闭；控制单元还控制第四三通电磁阀的输入端与输出端导通，与排放端关闭；控制单元还控制第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀的输入端与排放端导通，与输出端关闭；将四个对应的主换向阀切换导通主输入端和输出端；再分别调整四台分析仪对应的四个旁通流量计以及四个进表流量计至所需流量；

S32、当样气流量低时，低流量报警仪将信号传输至DCS系统，再经控制单元传输至报警单元，告知工作人员调整样气流量，直至流量满足分析要求，报警消除；

S33、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的任一通道中的任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障时，均通过对应旁通管并手动控制切换对应的旁通换向阀和主换向阀，导通样气或零气或满气进入分析仪，对总碳氢含量继续分析或对分析仪进行校验，

步骤S4具体包括如下操作：

S41、对第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道和热备分析通道的四台分析仪点火，并投入正常工作；

S42、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道中任一分析仪或任一直通电磁阀或任一三通电磁阀发生故障而无法正常分析时，由控制单元控制热备分析通道中的对应三通电磁阀进行切换，即热备样气通过三通电磁阀排放端排放，而该故障分析通道样气则输入热备分析通道，经对应三通电磁阀输出端，再经样气直通电磁阀、主换向阀输入热备分析通道的分析仪，接替该故障分析通道对对应空分进行总碳氢含量分析；

S43、当第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道中任一分析仪需要校验维护而离线时，同样由控制单元控制热备分析通道中的对应三通电磁阀进行切换，由热备分析通道接替分析；被接替分析通道则由控制单元控制关闭样气直通电磁阀后，导通零气直通电磁阀进行零点校验，或导通满气直通电磁阀进行满量程校验；

S44、当热备分析通道发生故障或需要校验维护时，不需切换三通电磁阀，而可直接后续处理，处理恢复后继续使用；

步骤S5具体包括如下操作：

S51、第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道分别对应分析第一空分、第二空分、第三空分的总碳氢含量，并经DCS系统将信号传输至控制单元；控制单元将分析结果传输至显示单元显示，供工作人员监视；通过报警单元，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此，经由控制单元对各空分采取相应工况调整措施；

S52、热备分析通道作为公用的热备用分析通道，其在第一分析通道、第二分析通道，第三分析通道均正常工作时，分析液氧罐总碳氢含量，同样经DCS系统将信号传输至控制单元；控制单元将分析结果传输至显示单元显示，供工作人员监视；通过报警单元，在总碳氢含量变化至异常值时发出报警并提醒工作人员；工作人员据此判断热备分析通道是否处于正常热备用工作状态，但不需对各空分做出调整措施。

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