在線近紅外光譜分析系統(tǒng)在纖維生產(chǎn)中的應用

朱貴澎，唐行龍，陳 斌，王 歡

（江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇連云港 222000）

近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，加之市場競爭的激烈化，這就要求在工業(yè)生產(chǎn)過程中既要保證產(chǎn)品有穩(wěn)定的高質(zhì)量，又要最大限度地降低生產(chǎn)成本[1-2]。因此，生產(chǎn)過程必須可控可調(diào)。目前，絕大多數(shù)公司對生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)品、成品的分析大多采用離線采樣檢測方式，這會造成分析結(jié)果滯后，產(chǎn)品質(zhì)量不能得到很好的控制?；谏鲜鰡栴}，市場上出現(xiàn)了許多新型產(chǎn)品，近紅外光譜分析儀就是其中之一，具有分析速度快、范圍廣等優(yōu)點，廣泛應用于石化、化工等領(lǐng)域。

本研究主要介紹了在線近紅外光譜分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點以及在纖維生產(chǎn)過程中的實際應用。

1 近紅外光譜分析系統(tǒng)

本研究以Guided Wave公司的 M412近紅外光譜分析系統(tǒng)為例，介紹該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點以及日常維護的相關(guān)經(jīng)驗。

1.1 系統(tǒng)組成

M412光譜分析系統(tǒng)由以下關(guān)鍵部分組成：M412分析儀、光纖、在線安裝的探頭、工作站PC、控制軟件（CLASS-PA, SpectrOn, and/or Scanner）、分析儀和工作站、通訊用的串行通訊接口（RS-422, RS-232） 、傳輸?shù)紻CS的用于過程控制的I/O接口。

1.2 系統(tǒng)主要部件

（1）具有整體輸出模塊的光譜儀。該光譜儀配備有光源（燈）組件和濾光部件的掃描光柵系統(tǒng)。濾光輪上的濾光器可用于按次序地分類出光和光波長的校驗。光譜儀光的輸出是從固化在輸出模塊上的光纖輸出的。該輸出模塊配備有相應參考通道的6個或12個通道的模塊。

（2）含有光檢測器加光切換開關(guān)的輸入模塊。該切換器件能在該多路系統(tǒng)中進行適當?shù)那袚Q。一個輸入模塊可以有3個或6個配備有相應參考通道的樣品通道，每個輸入模塊有一個檢測器。

（3）電子控制模塊。該模塊配有嵌入式控制器來控制電路和UPS供電。

（4）配備有集成加熱器的電子溫控單元。

（5）可編程溫度控制器。

（6）RS232到RS422轉(zhuǎn)換器。

（7）供電連接和分配。

分析儀布置如圖1所示。

圖1 M412 分析儀布置圖

1.3 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)具有分析速度快、范圍廣等優(yōu)點，廣泛應用于石化、化工等領(lǐng)域。

2 近紅外光譜分析系統(tǒng)的應用

近紅外光譜分析系統(tǒng)利用一個或多個近紅外探頭、光纖電纜以及智能掃描和分析軟件，利用近紅外光輻射從液體、氣體及相關(guān)聚合物薄膜中獲取光譜數(shù)據(jù),這些光譜數(shù)據(jù)經(jīng)分析儀系統(tǒng)軟件進行處理以確定材料的成分和物理特征，獲取我們所需要的參數(shù)[3-4]。以聚酰亞胺纖維生產(chǎn)為例，生產(chǎn)過程需要檢測聚合物的組分、黏度、溶劑的含水量等，確保產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求。

目前，在線近紅外光譜分析儀系統(tǒng)通過與先進的DCS控制系統(tǒng)相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)的傳輸實現(xiàn)裝置的閉環(huán)優(yōu)化操作，使生產(chǎn)過程得到良好控制，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

3 近紅外光譜分析系統(tǒng)的維護

M412分析儀僅需很少的定期維護，主要包括更換光源（燈）和清潔過程接口（探頭、流通池）。

在更換光源（燈）時，燈和燈架可能很熱，需要關(guān)閉分析儀電源，等燈冷卻后再更換，燈應每隔3到4個月或當其故障時更換，光源故障時會在儀器工作站處報警顯示。

探頭應定期清潔以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定，在某些特定情況下，如出現(xiàn)高顆粒、霧化、活性化學品等，會要求更頻繁地清潔探頭和做參考來糾正基線的漂移。通常情況下，探頭在光譜基線增加0.2～0.3個AU或更多時必須清潔探頭并重新做參考。取出探頭前，需確保探頭完整和過程設(shè)備隔離。低位置排液和高位置通風是必須的，使用時壓力表需確保完全泄壓。

此外，在使用和日常巡檢過程中還需進行以下維護工作。

（1）每日定期巡檢分析系統(tǒng)在線測量探頭是否正常,包括是否泄露, 撓性軟管是否連接牢固，軟管接頭是否密封嚴實等。

（2）每2～3周潤滑所有探頭，以防生銹。

（3）每2～3個月檢查探頭光纖接頭是否松動，同時檢查是否存在因為撓性軟管密封不嚴或破裂后雨水進入光纖接頭處。

（4）在發(fā)現(xiàn)探頭密封壓蓋處有工藝介質(zhì)泄漏后應及時對壓蓋進行適當緊固，若需要，應更換探頭密封填料。

（5）檢查敷設(shè)光纖槽盒支撐是否牢固，避免因為槽盒塌陷而拉損光纖，應強調(diào)絕不能踩踏該槽盒。

（6）檢查儀器防爆儀表風供應是否正常，儀表風連接是否有泄露等。

（7）檢查分析房空調(diào)是否運行正常。

（8）檢查分析儀器本身溫度控制單元是否運行正常。

（9）每2～3個月檢查分析儀器處光纖連接是否牢固，若有松動必須使用儀器配置的專用力矩扳手進行緊固。

（10）定期備份工作站內(nèi)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便在工作站故障后能夠及時恢復。

4 結(jié)語

M412近紅外光譜分析系統(tǒng)具有現(xiàn)場在線檢測、響應速度快、精度高、可以同時測量多種組分、使用維護方便、維護量低等優(yōu)點，較好地滿足了在線分析儀表的要求。該技術(shù)廣泛應用于石化、化工、制藥等行業(yè)，為企業(yè)帶來了極大的經(jīng)濟效益。