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ZY-KQII快速色谱仪的设计开发 张德安 （中原石油勘探局地质录井处） 【摘要】本文从ZY-KQII快速色谱仪的设计思想、硬件、软件层次架构等方面，介绍了使用到的技术及实现方法。 【关键词】色谱分析 系统设计 软件处理 滤波 谱峰处理 数据处理 积分 远程信息传输 前 言 近年来，随着PDC钻头+螺杆、近平衡钻井、空气钻井等新技术的成功应用，钻井速度得到了极大的提高。快速色谱不仅可以保证快速钻进条件下的检测精度，而且还可以指导水平井地质导向，因此快速色谱技术在未来的快速钻进中意义重大。就是在这种背景下，中原石油勘探局地质录井处2006年度立项重点科技攻关项目，自主开发出ZY-KQII快速色谱仪。本文从ZY-KQII快速色谱仪的设计思想、硬件、软件层次架构等方面[1]，介绍了使用到的技术及实现方法。 一、ZY-KQII快速色谱仪系统设计 ZY-KQII快速色谱仪的设计指导思想是： 分析周期：不大于30秒（分析到nC5）； 具有良好的稳定性和重复性； 检测灵敏度：5-10ppm 信号处理简单，减少可能的故障环节；维护、维修方便； 安装、操作过程简便，减少操作员工作量； 根据上述指导思想，我们将系统分为两个抽屉，一个抽屉负责气体预处理，为气体分配单元，另一部分为整套系统的主体，为气体分析单元（见图1）： 二、ZY-KQII快速色谱仪硬件系统设计 1、气体分配单元 气体分配单元作为仪器的气路预处理单元，它的主要功能为： a）．样品气泵将待分析的气样抽入气体分配单元； b）．对氢气、空气、样气进行干燥、净化、稳压处理； c）．对处理后的氢气、空气、样气分配输出到气体分析单元。 2、气体分析单元 为ZY-KQII快速色谱仪的核心部分，主要由色谱分离箱、双FID检测器、双FID放大器、采集控制板、温度控制器和微型计算机六部分组成。 气路部分主要包括电磁阀、气体流量传感器、流量调节阀、气路管线、色谱柱箱体、十通阀、主、预分离色谱柱、定量管、加热体。色谱柱紧密缠绕在柱箱加热体上，十通阀安装在柱箱加热体上方，形成一个完整的独立部件。检测器系统主要包含两套完全独立的FID氢火焰离子化检测器系统，其中一套检测总烃含量，另一套检测烃组份含量。 2.1 分离条件的选择 气-液色谱中，一个混合物能否为色谱柱所分离，取决于固定相与混合物中各组分分子间的相互作用的大小是否有区别。但在色谱分离过程中各种操作因素的选择是否合适，对于实现分离的可能性也有很大影响。因此在色谱分离过程中，不但要根据所分离的对象选择适当的固定相，使其中各组分有可能被分离，而且还要创造一定的条件，使这种可能性得以实现，并达到最佳的分离效果。 2.1.1 载气及其流速的选择 对一定的色谱柱和试样，有一个最佳的载气流速，此时柱效最高，根据下式 H = A十(B/u)十Cu 其中 A 称为涡流扩散项 B 为分子扩散项C 为传质阻力项。H对流速U作图，得H－U曲线图。 在曲线的最低点，塔板高度H最小，此时柱效最高。该点所对应的流速即为最佳流速U最佳，U最佳及H最小可由下式微分求得： 当流速较小时，分子扩散(B项) 就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分子质量较大的载气(N2,Ar)，使组分在载气中有较小的扩散系数。而当流速较大时，传质项(C项)为控制因素，宜采用相对分子质量较小的载气(H2,He)，此时组分在载气中有较大的扩散系数，可减小气相传质阻力，提高柱效。当然载气的选择还必须与检测器相适应。）柱温的选择柱温直接影响分离效能和分析速度。首先要考虑到每种固定液都有一定的使用温度。柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。 的选择的选择 2.2.2 双微电流放大电路 FID输出的信号经AD549放大器放大，再由1/10分压器将信号减小10倍后输出0—1V的电压信号到采集控制板，AD549放大器的放大倍数由采集控制板根据信号的大小送出1倍和100倍的控制信号，调整放大器的放大倍数。 2.2.3 微型计算机： ZY-KQII快速色谱仪系统采用Em104-i613嵌入式微型计算机作为核心器件，具有功耗低、精度高、功能全面等特点；带有10英寸彩色液晶显示器可对实时数据显示输出；仪器外观可视性良好、软件操作简单、方便、不易出错。 2.2.4 温度控制单元 ZY-KQII快速色谱仪需要控制加热分离箱温度和检测池温度，要求分离箱温度测温范围为0℃～100℃，分离箱温度控制在70℃，检测池温度测温范围为0℃～120℃，检测池温度控制在105℃，当分离箱温度高于70℃，检测池温度高于105℃，系统控制加热驱动器(固态继电器SSR)停止对分离箱或检测池加热。 三、ZY-KQII快速色谱仪软件系统设计 ZY-KQII采用WIN2K+VB6.0作为编程环境，软件