摘 要： 過程分析工程技術(shù)取得“數(shù)量”的發(fā)展之后，在快速增長的現(xiàn)實(shí)市場中正迎來歷史性新機(jī)遇，而傳統(tǒng)的技術(shù)觀念和技術(shù)思維卻是本專業(yè)健康發(fā)展的嚴(yán)重障礙。本文在全方位深入分析討論過程分析工程技術(shù)時(shí)，重新定義“樣氣處理系統(tǒng)”、“過程分析系統(tǒng)”、“過程分析工程技術(shù)”，倡導(dǎo)創(chuàng)建“過程分析工程技術(shù)”新專業(yè)。將“樣氣處理系統(tǒng)”提升到“過程分析工程技術(shù)的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)”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(yù)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，過程分析系統(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(lǐng)域持續(xù)地推進(jìn)人類社會的發(fā)展。任何技術(shù)的高速發(fā)展，都必須有以理論創(chuàng)新為導(dǎo)向。從承擔(dān)責(zé)任和開拓創(chuàng)新的獨(dú)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(lǐng)域，試圖感悟和搜索過程分析工程技術(shù)理論構(gòu)建和質(zhì)量發(fā)展的契機(jī)。 關(guān)鍵詞： 樣氣處理系統(tǒng) 過程分析儀 過程分析系統(tǒng) 過程分析工程技術(shù) 質(zhì)量發(fā)展 分析準(zhǔn)確度 1 過程分析工程技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程 1.1 封閉的“原始”發(fā)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(chǎn)的電廠煙氣熱導(dǎo)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(yè)為其標(biāo)志。這期間學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)，大型石化、化肥成套設(shè)備的引進(jìn)，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） 川儀廠借助技術(shù)引進(jìn)的良機(jī)，于1986年啟動了與德國H&B公司在過程分析系統(tǒng)工程應(yīng)用方面的合作，開國內(nèi)之先河。至2006年的20年中，以專業(yè)隊(duì)伍壯大，技術(shù)水平提高，國內(nèi)外企業(yè)競爭加劇，出現(xiàn)爆發(fā)性增長的現(xiàn)實(shí)市場為其標(biāo)志。但是本專業(yè)的理論水平卻嚴(yán)重滯后，阻礙了過程分析技術(shù)的質(zhì)量發(fā)展。 1.3 專業(yè)的“質(zhì)量”發(fā)展階段（2007年— ） 以本次“21世紀(jì)前沿技術(shù)論壇”為發(fā)端，過程分析工程技術(shù)將進(jìn)入伴隨著理論發(fā)展的質(zhì)量發(fā)展階段，絕不會錯(cuò)過當(dāng)前的歷史性大機(jī)遇?！斑^程分析工程技術(shù)導(dǎo)論”實(shí)際上仍屬概論或概述性質(zhì)，目的是倡導(dǎo)和推進(jìn)本專業(yè)理論基礎(chǔ)的構(gòu)建和質(zhì)量的發(fā)展。 2 過程分析工程技術(shù)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(diǎn)溫度的單調(diào)函數(shù)的分析儀。 過程分析儀 Process Analyzer 是在工業(yè)生產(chǎn)工藝過程和環(huán)境監(jiān)測中，對物質(zhì)化學(xué)成分及有關(guān)物理性質(zhì)完全自動地長期連續(xù)分析和測量的分析儀。也習(xí)慣稱在線分析儀表。 過程分析系統(tǒng) Process Analysis System 是過程分析儀與樣氣處理系統(tǒng)通過針對現(xiàn)場應(yīng)用條件和樣氣條件的專業(yè)化分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所實(shí)現(xiàn)的合理匹配與完善結(jié)合，能長期連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠，近于免維護(hù)運(yùn)行的成套設(shè)備。也習(xí)慣稱在線分析系統(tǒng)或過程分析成套系統(tǒng)。 過程分析工程技術(shù) Process Analysis engineering 是以工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保領(lǐng)域的過程分析工程項(xiàng)目為中心，開發(fā)出連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、近于免維護(hù)的樣氣處理系統(tǒng)，進(jìn)而確保過程分析系統(tǒng)高準(zhǔn)確度、連續(xù)穩(wěn)定的檢測分析，適時(shí)監(jiān)控物質(zhì)成分量的工程技術(shù)。 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(yù)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(jī)箱上，后來地位雖有提高，也就是到“預(yù)處理”止步，始終是分析儀附帶著“預(yù)處理”。 “JB/T 6854—1993過程分析儀器試樣處理系統(tǒng)性能表示”的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，已上升為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19768－2005）已經(jīng)在處理系統(tǒng)之前取消了“預(yù)”字，從中必然準(zhǔn)確引申出“樣氣處理部件”和“樣氣處理系統(tǒng)”的技術(shù)概念和專業(yè)名詞。十多年來，人們對此視而不見，實(shí)在有負(fù)過程分析工程技術(shù)發(fā)展的良機(jī)。 本文為主樣氣處理系統(tǒng)取消“預(yù)”字，以系統(tǒng)取代“裝置”足可以證明自身的獨(dú)立性、系統(tǒng)性、嚴(yán)密性。PLC的自控功能及其軟件技術(shù)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(jià)是另一個(gè)證明。樣氣處理系統(tǒng)開始強(qiáng)有力地去促進(jìn)和推廣過程分析儀的工程應(yīng)用了。 我們新的技術(shù)觀 過程分析面對諸多十分艱巨復(fù)雜的技術(shù)難題，使得樣氣處理系統(tǒng)成為過程分析系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)。技術(shù)觀和方法論都是推動技術(shù)發(fā)展的最強(qiáng)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 過程分析儀工程應(yīng)用的癥結(jié)和最佳途徑 4.1 過程分析儀的工程應(yīng)用長期存在三大癥結(jié) 過程分析的連續(xù)自動取樣和樣氣處理技術(shù)，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(xiàn)的系統(tǒng)誤差，以保證必要的檢測準(zhǔn)確度； 分析系統(tǒng)長期連續(xù)運(yùn)行的可靠性和易維護(hù)性。 4.2 過程分析儀工程應(yīng)用的最佳途徑 采用CAD技術(shù)的專業(yè)化、規(guī)范化、針對性設(shè)計(jì)的專用型過程分析系統(tǒng)； 硬件技術(shù)和軟件技術(shù)以及長期工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀技術(shù)集成，由專業(yè)化專家型人才集成所研發(fā)、制造的品質(zhì)精良的過程分析系統(tǒng)。 實(shí)踐工程學(xué)指導(dǎo)下的全過程技術(shù)服務(wù)，兌現(xiàn)“100%投運(yùn)成功率”的承諾。 5 過程分析系統(tǒng)的組成 5.1 分析系統(tǒng)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(diào)節(jié)、粉塵過濾和除液霧、流量控制、氣路切換、旁路流控制、尾氣和冷凝樣液的集管安全排放、各種報(bào)警等）、PLC自控單元、信號輸出處理及遠(yuǎn)傳通訊、儀表盤和標(biāo)準(zhǔn)氣，分析儀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(yīng)用咨詢、確定技術(shù)方案和系統(tǒng)配置、系統(tǒng)的針對性設(shè)計(jì)與制造、現(xiàn)場調(diào)試和操作人員培訓(xùn)、備品備件供應(yīng)和應(yīng)用整改等，應(yīng)提供富有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的全過程技術(shù)服務(wù)。 6 過程分析系統(tǒng)的應(yīng)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(yīng)用條件匹配得當(dāng)，組合完善。 樣氣處理系統(tǒng)與樣氣條件及應(yīng)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(tǒng)的專業(yè)化設(shè)計(jì)才有可能實(shí)現(xiàn)。 對過程分析系統(tǒng)檢測分析結(jié)果的所有懷疑，只有正確地使用標(biāo)準(zhǔn)氣，對分析儀的零點(diǎn)和量程進(jìn)行定期的嚴(yán)密校準(zhǔn)，才能予以確認(rèn)。 為了提高過程氣體分析的準(zhǔn)確度，除了過程分析儀的合理選型外，還應(yīng)特別關(guān)注可能出現(xiàn)的干擾誤差和影響誤差，有時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)誤差校正是十分必要的，此時(shí)專業(yè)供應(yīng)商的經(jīng)驗(yàn)和咨詢建議尤其值得重視。 7 過程分析系統(tǒng)的技術(shù)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(fù)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(hù)量甚至免維護(hù)； 防塵、防濺、防腐和防爆等方面的防護(hù)要求； 較快的反應(yīng)速度，系統(tǒng)滯后時(shí)間一般不允許超過60秒； 保證必要的檢測分析準(zhǔn)確度（即高準(zhǔn)確度應(yīng)用）。 7.2 干法取樣技術(shù)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(zhǔn)確度，可達(dá)到與過程分析儀單機(jī)準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)乃?，干法取樣?dāng)今已成為絕對的主流技術(shù)；強(qiáng)調(diào)以實(shí)踐工程學(xué)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)綜合的技術(shù)措施，以確保最終應(yīng)用效果為目標(biāo)。 7.3 高粉塵取樣的綜合技術(shù)措施示例： 高溫、高粉塵、防堵塞連續(xù)取樣技術(shù)已經(jīng)是十分成熟的技術(shù)，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(dá)99%； 采用壓縮空氣反吹單元，由PLC程控內(nèi)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(yán)格而富有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場安裝施工、調(diào)試投運(yùn)技術(shù)。 8 深入開展過程分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用 深入調(diào)研工程項(xiàng)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(shù)創(chuàng)新，盡快提高樣氣處理系統(tǒng)的針對性、可靠性、技術(shù)水平和質(zhì)量。 切實(shí)加強(qiáng)制造商，用戶和設(shè)計(jì)院之間的緊密合作與交流互動。 加快過程分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用技術(shù)的更新和發(fā)展，重視新領(lǐng)域的專用型分析系統(tǒng)的開發(fā)。 做好全過程技術(shù)服務(wù)，真正兌現(xiàn)“100%投運(yùn)成功率”的承諾。 9 過程分析系統(tǒng)的質(zhì)量國際管理體系 IS0 9000和IS 9001質(zhì)量體系認(rèn)證固然必要，但對于過程分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)來說并不十分有效。因?yàn)檫^程分析系統(tǒng)的針對性設(shè)計(jì)和柔性生產(chǎn)有太多的不確定性，其自身特點(diǎn)如此鮮明，實(shí)為僅見。 分析系統(tǒng)的制造不需要大的設(shè)備投入，使用模具也很少；現(xiàn)場應(yīng)用中不斷加深對工藝過程的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有產(chǎn)品的不足之處，這些都使過程分析系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)有了現(xiàn)實(shí)的可操作性。這就是“KAIZEN持續(xù)改進(jìn)”的理念。 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“EQC有效質(zhì)量管理”就具有現(xiàn)實(shí)性和緊迫性，即實(shí)行真正意義的一起行動上的質(zhì)量第一和用戶至上。 10 過程分析系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 與過程分析系統(tǒng)直接有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅見GB/T1976－2005《過程分析儀器試樣處理系統(tǒng)性能表示》。分析系統(tǒng)并無行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)，不能不說這就阻礙了過程分析工程技術(shù)的規(guī)范和發(fā)展。 由于過程分析儀及其分析系統(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，來編制過程分析系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，都是費(fèi)力不討好的苦差事，采用他寫的標(biāo)準(zhǔn)只能十分吃力地去制造不合格品。 由過程分析系統(tǒng)制造商的有長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的資深專家創(chuàng)造性地編寫過程分析系統(tǒng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，就是可行的必由之路，會收到顯而易見的效果。 11 應(yīng)用過程分析系統(tǒng)的本質(zhì)目的 應(yīng)用過程分析系統(tǒng)的目的，普通認(rèn)為是為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制、節(jié)能、環(huán)保、安全防爆以及保障質(zhì)量、提高產(chǎn)量等。由于分析儀是計(jì)量儀器，過程分析系統(tǒng)只不過是延伸、擴(kuò)大了的分析儀，總離不開計(jì)量準(zhǔn)確度，這是所有計(jì)量儀器絕無例外的本色。所以追求計(jì)量準(zhǔn)確度才是應(yīng)用過程分析系統(tǒng)的本質(zhì)目的。如果計(jì)量不準(zhǔn)確，其他所有的應(yīng)用目的都有可能落空。 12 過程分析系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確度——高深莫測的技術(shù)課題 分析儀與生俱來的弱點(diǎn)就是計(jì)量準(zhǔn)確度低，長期連續(xù)運(yùn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造調(diào)試方面：如果穩(wěn)定性達(dá)到≤±1%FS/7d應(yīng)是受歡迎的，而≥2%甚至≥5%/1d，就不太理想了。 分析儀校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣不是想象中的令人放心的“標(biāo)準(zhǔn)”，某些常量標(biāo)準(zhǔn)氣的最好水平只能達(dá)到≤0.5%，而微量標(biāo)準(zhǔn)氣達(dá)到±2%都很困難。 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表工程師校準(zhǔn)儀器的操作可能不規(guī)范，使儀器并未運(yùn)行在最佳狀態(tài)。 樣氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良或維護(hù)不到位，出現(xiàn)漏氣甚至相變，或者取樣點(diǎn)的選擇并無真正的代表性等原因，使檢測結(jié)果嚴(yán)重偏離了樣氣中被測組分的真實(shí)含量。 非測量組分的干擾有時(shí)會大得出乎意外。外行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者絕無水平和責(zé)任心去關(guān)注和處置這類技術(shù)難題。例如合成氨甲烷化分析微量CO，準(zhǔn)確度十分關(guān)鍵，而其中甲烷的干擾就會造成很大的負(fù)向誤差。又如CEMS系統(tǒng)中的SO2測量，假如紅外儀器的設(shè)計(jì)并未采取特殊的抗干擾措施，或者在工程應(yīng)用中未采取特殊的校正系統(tǒng)誤差的措施，那么CO2（一般＞10%）也會造成很大的負(fù)值干擾誤差。 13 過程分析系統(tǒng)的高準(zhǔn)確度應(yīng)用仍然可以期待 過程分析系統(tǒng)的高準(zhǔn)確度應(yīng)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(shí)現(xiàn)。我們能做的無外乎是深入分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，定量把關(guān)，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(shí)踐證明，過程分析系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的最高準(zhǔn)確度可以達(dá)到優(yōu)于0.5%的良好水平。 八年前筆者曾撰寫論文“論在線分析儀表的高精度應(yīng)用”，被國家級大型文獻(xiàn)《中國科學(xué)技術(shù)文庫》征用。