1  方案概述与行业痛点

1.1  行业痛点

连续工艺中，对管道介质同步监测密度、粘度、pH、浓度，可服务于配比控制、反应进度判断、产品质量闭环与能耗优化。然而在尿素甲铵液、聚合液、酸碱中和液等严苛工况下，直插式安装常面临以下问题：

· 探头磨损：高流速冲刷导致探头磨损，测量部件寿命与精度下降；

· 结晶结垢：甲铵/尿素类介质降温结晶、盐析结垢，探头污染后测量漂移；

· 取源不安全：高温高压取源存在安全风险，停机拆洗影响连续生产；

· 维护成本高：单参数分体安装、接线多、校准乱，后期维护成本高。

1.2  方案思路

本方案以“旁路低压化＋预处理稳流＋自清洗＋秦创 QC-Quatro 多参数集成”为核心，将在线测量从主管道高压、高冲刷、易结晶的恶劣环境移出，在旁路中实现稳压、伴热、过滤与定时自清洗，四参数同柜集成、统一校准与信号上传，从源头解决磨损、结垢、取源安全与维护成本问题。

2  系统体架构

2.1  工艺流程

取源点（主管）→ 旁路隔离阀/限流孔板 → 过滤器/减压/背压 → 电伴热保温管 → 秦创 QC-Quatro 分析柜（密度＋粘度＋pH＋浓度）→ 自清洗单元 → 回主管/地沟/回收罐 → PLC/HART/Modbus → DCS/SCADA。

2.2  系统组成

· 旁路取样单元：与主管同材质法兰/承插焊取源，限流稳压；

· 预处理单元：过滤器、减压阀、背压阀、流量控制、电伴热、温度补偿；

· 多参数分析柜：秦创 QC-Quatro 系列密度、粘度、pH、浓度传感器，统一供电与信号；

· 自清洗单元：高压工艺水反吹／超声波／机械刮刷／CIP，按介质选型；

· 控制单元：现场不锈钢柜＋PLC，实现清洗时序、差压触发、数据滤波、报警、通讯。

3  山东秦创 QC-Quatro 系列配置

方案按“多参数分体集成，同柜统一管理”组织，将密度/浓度、粘度、pH 三大测量单元与浓度换算算法装入同一分析柜，一套供电、一套信号、一套校准。

3.1  四参数测量单元配置

表 1  四参数测量单元配置

3.2  系列型号

· QC-Quatro-DVP-XXX：四参数一体（密度＋粘度＋pH＋浓度），全流程多参数连续监测；

· QC-Quatro-DV-XXX：双参数（密度＋粘度），适合无需 pH 的油品、浆料与聚合流程；

· QC-Quatro-DC-XXX：密度＋浓度，依托密度-温度-浓度模型，服务尿素甲铵、酸碱浓度闭环。

3.3  统一电气与防爆

柜内传感器统一采用 4–20mA＋HART 或 RS485 Modbus RTU 信号，柜内汇后经 Modbus TCP/OPC 上传 DCS。危险区产品防爆等级 Ex db ⅡC T6 Gb（密度/浓度产品公开参数，IP66）；高温甲铵点位若规格书要求 T4，订货时标注 T4 Gb 并做热负荷核算。

4  旁路安装设计

· 取源与限流：主管 DN150 Class600 时，旁路采用 DN25/40 限流；取源法兰材质随主管匹配（31603→316L，22053→2205）；

· 减压与稳压：甲铵高压点先减压至传感器额定压力以下，设背压阀防止汽化；旁路流量控制在 0.5–2L/min；

· 伴热防结晶：甲铵/尿素类介质全程电伴热＋保温；低压甲铵 48℃/0.49MPa、中压甲铵 118℃/2.5MPa 点位均伴热，中压先减压再进柜；

· 回流设计：清洗排水/样流回主管道段或地沟；回主管时保证背压高于排放点，防止汽化与倒流；

· 过程连接：按规格书采用 HG/T 20615 CL600 DN50 RF 法兰；进柜前转为低压后可降级为 CL300/CL150，需设计书面确认。

5  自清洗系统

按介质污堵风险组合选用清洗方式，覆盖从轻度附着到顽固结垢的各类工况，保证探头长期稳定运行。

5.1  清洗方式

· 高压工艺水反吹：适用于甲铵结晶、颗粒浆料；定时/差压触发，反吹密度计 U 型管、粘度探杆根部；

· 超声波清洗：安装在测量腔外壁，高频剥离轻垢，适合粘度计、密度计；

· 机械刮刷（Wiper）：pH 电极，PTFE 刷头定时旋转；配合校准液润洗杯实现自动两点校准；

· CIP 化学清洗：顽固结垢采用稀酸/稀碱循环清洗，旁路设小型 CIP 回路。

5.2  清洗控制逻辑

· 定时清洗：每 2/4/8 小时一次，单次时长 1–3 分钟；清洗期间仪表输出“保持 last value”或打质量码，不影响 DCS 联锁；

· 差压触发：过滤器前后差压变送器设定值时优先清洗，按污垢程度自适应；

· 手动强制：DCS/HMI 一键强制清洗，满足计划外维护需求；

· 维护记录：PLC 存储清洗次数、时长、探头漂移量，支撑预测性维护。

6  典型应用：尿素装置甲铵液多参数监测

6.1  监测点位

表 2  典型应用监测点位

6.2  点位配置方案

· 取样链路：旁路 DN25/40 取源→限流→过滤→减压（中压点）→电伴热→QC-Quatro 柜；

· 密度/浓度：QC-QXMD-301 或 QC-MDJ 类，316L/2205 接液，量程 950–1250kg/m³；

· 粘度：QC-NDJ-401 振动式，覆盖 1–10mPa·s；

· pH：按工艺要求选装 QC-pH 模块（复合电极＋刮刷/清洗）；

· 自清洗：高压除盐水反吹＋超声波；

· 输出：4–20mA＋HART 进 PLC，Modbus 上 DCS；防爆 Ex db ⅡC T4/T6 Gb。

7  信号、防爆与交付

7.1  信号与供电

· 信号方案：每参数至少 1 路 4–20mA（PV）＋HART；柜内 RTU 汇后经 Modbus 上传 DCS；

· 供电方案：传感器 24VDC 四线制供电；清洗电磁阀、泵、伴热回路单独配电。

7.2  防爆与材质选型

· 防爆设计：危险区传感器 Ex db ⅡC T6 Gb；规格书要求 T4 Gb 时，订货按 T4 重新报审；

· 材质选型：316L 为默认接液材质；甲铵/尿素用 316L 双相/哈氏合金；强腐蚀工况选哈氏合金/PTFE。

7.3  交付物清单

· 选型计算书；

· P&ID 旁路图；

· IO 表；

· 防爆合格证；

· 出厂校准证书；

· 安装调试手册；

· 自清洗逻辑说明。

8  方案价值

· 少供应商、少接口：秦创密度/粘度/浓度全线，四参数同柜集成，一套对接、统一维护；

· 无活动件、耐污堵：振动/音叉原理无活动部件，配合自清洗，适配甲铵结晶、高粘、含颗粒介质；

· 主工艺不停机：旁路降压伴热、取样免拆洗，清洗时序支持定时/差压/手动，连续生产不断；

· 防爆全场景适配：防爆 Ex db ⅡC T6/T4 Gb、IP66，316L/双相/哈氏可选，直接对接尿素节能改造、煤化工、精细化工。

本方案由山东秦创电子技术有限公司编制，具体选型、防爆等级与过程连接以设计规格书和商务确认为准。