应用背景:

在氯碱行业,次氯酸钠浓度的实时检测同时不受游离碱和温度的影响,同时检测出游离碱的浓度,一直是世界性难题;实现在线检测有效氯和游离碱的浓度既可以通过实时数据来反馈给DCS工艺系统实时调控生产稳定性,又可以通过游离碱的浓度来判断氢氧化钠剩余情况来调整通入氯气,达到安全的目的,真正实现智能化无人。

应用案例:·

某客户生产现场次氯酸钠的生产将氯气通入氢氧化钠,客户的产品的品类较多,次氯酸钠的最终产品会分为不同的有效氯含量和游离碱含量;尤其在生产低碱的次氯酸产品的时候,一旦氢氧化钠被完全反应后,还持续通入氯气过量就会导致溢出,氯气是剧毒气体,一定要避免此类事件的发生。

    目前客户现场是通过工人经常性的,不定时的使用PH试纸检测,实验室也会间隔一定时间取样进行精确检验,这种检验方式存在实时性不高、PH试纸检测不准确、浪费人力、不安全这些问题。

国工智能AI全域光谱仪:

根据客户现场情况,我们采用的是防爆型视镜光谱传感器。防爆型微型视镜光谱传感器对于传统的视镜、光谱传感器分离的产品,该传感器具有安装更加方便,受环境干扰更小,使用安全性更高特点,并且不受游离碱和温度等因素的影响,在检测有效氯浓度的同时也能检测游离碱浓度,更有利于实时准确判断反应进度和反应终结点。

防爆型微型视镜光谱传感器-技术参数表
	型号	BTO-R4-P
系统参数	电源输入	DC 12V-1A
	运行功耗	1W max
	接口	4pin@2 .54mm RS485
	线序定义	红:VCC  ,黑:GND  ,绿:485A+  ,黄:485B-
	保护方式	短路保护、过流保护、过压保护
	尺寸	90mm*60mm*63.5mm  (L*W*H)
	重量	1kg
	耐压值	0.7MPa
	防尘防水等级	IP66
	工作环境	标准长线工作环境0~60℃/ ≤80 RH,
	存储环境	- 15~+70℃/ ≤80 RH
	产品颜色	银灰色
	安装形式	DN8,316不锈钢卡盘
	外壳材质	钛合金
	表面处理	抛光
	控制协议	MODBUS RTU
	流通池接口规格	G1/4螺纹装配快装外丝接头卡盘
	流通池材质	钛合金
	流通池视镜材质	蓝宝石镜片
	流通池光程	16 mm
光谱参数	检测原理	光谱对射法
	光谱响应范围	200-1700nm
	光源波长范围	255-1650nm
	光谱窗口面积	Φ12mm
	光谱分辨率	平均33nm
	光谱稳定性	<3%(紫外区),<1%(可见光区和红外区)
	波长准确度	±1nm
	校准功能	支持
	波长重复性	﹤ 0.2nm
	通道数	44
	检测器类型	Si和InGaAs
	灵敏度 (典型值)	0.96A/W@940nm@Si ,
		0.95A/W@1550nm@InGaAs
	暗电流 (最大值)	2nA@Si , 1.5nA@InGaAs
	结电容(典型值)	14pF@Si , 50pF@InGaAs
	光谱分区	紫外区(1-6通道):  255nm-400nm
		可见光区(7-22通道):400-780nm
		近红外区(23-34通道):  780-1100nm
		短波红外区(35-44通道):  1100- 1700nm
	光谱扫描时间(全通道光谱)	10s

仪器内置光源发射的多通道的光通过视镜发射窗口射向流通池内的液体样品,光穿透检测样品,被样品部分吸收后携带成分信息的透射光穿过接收窗口返回到传感器感光组件。组件模块将来自样品透射光转换为光谱数据,光谱数据传输进入光谱控制主机进行模型计算分析。用户可通过web访问光谱控制主机检测界面,光谱检测分析结果实时显示在检测界面上,并通过opcua协议推送至用户PLC、DCS控制系统以及MES等其他管理系统,可以及时得知反应程度。

①:传感器通讯是否正常

②:传感器是否正在工作

③:传感器时间

④:连续检测按钮

⑤:电控阀门按钮

⑥:检测间隔时间

⑦:有效氯结果

⑧:游离碱结果

⑨:管路温度

客户需求

检测次氯酸钠生产过程中有效氯和游离碱的浓度;

检测精度要求千分之三;

将检测结果接入到生产DCS系统。

改造方案:

下图是我们根据客户现场的管道情况,进行改造加装国工智能AI全域光谱仪后的检测全貌。

图中圈1的地方为手动阀,当打开其中一个手动阀,物料即流经管道,接着打开电磁阀(圈2)物料先经过Y型过滤器(圈3),再经过视盅(圈6),然后充满光谱仪(圈4)一直流经至取样口(圈5),打开取样口进行取样送检,同时光谱仪开始检测,当实验室检测结果出来后,我们将同批次光谱检测的物料有效氯的含量参数和游离碱的含量参数进行标定,以此类推,进行大量取样检测标定过程。检测结果在光谱控制柜(圈7)上直接显示。

采集数据训练模型

将次氯酸钠中有效氯含量和游离碱含量多个批次分别进行采集数据,有效氯含量不受温度影响,直接用线性回归做模型训练即可,游离碱会受温度影响,我们取了几个温度下的碱的数据找出关系温度关系,增加了温度补偿,温度变化大的情况下也能给出游离碱准确结果。

 

氯优化完的线性关系

游离碱采集的数据优化图谱后

 

碱三个温度下的线性关系

现场实际验证结果

序号	实验室有效氯实测	光谱有效氯预测	偏差
1	5.16%	5.34%	0.18%
2	5.80%	5.95%	0.15%
3	6.46%	6.64%	0.18%
4	7.23%	7.38%	0.15%
5	7.93%	8.09%	0.16%
6	8.62%	8.72%	0.1%
7	9.40%	9.59%	0.19%
		平均偏差	0.15%
		最大差值	0.19%

序号	实验室游离碱实测	光谱游离碱预测	偏差
1	9.90%	10.26%	0.36%
2	9.10%	9.34%	0.24%
3	8.18%	8.36%	0.18%
4	7.07%	7.23%	0.16%
5	6.20%	6.27%	0.07%
6	5.34%	5.37%	0.03%
7	4.23%	4.30%	0.07%
		平均偏差	0.15%
		最大差值	0.36%

项目价值

通过AI全域光谱实现在线检测,原有的PH检测法基本已经不再采用,现场人员巡检的时候直接查看现场显示数据,中控室通过查看DCS数据实时控制工艺;实验室每次生产的检测密度和工作量有很大降低。

综上所述,国工智能AI全域智能光谱仪已经实现在线检测管道内物质的反应进度和反应终结点,减少了取样、送样、接收样品、实验室离线检测的次数,通过光谱可在线检测、响应速度快,为客户降低了时间成本、人力成本、实验室维护成本,同时还提高了生产效率和安全性,有利于客户在生产过程中做出准确判断与决策,在产品品质监控以及原料投放方面起到了重要作用。