氧化鋯測(cè)氧儀測(cè)氧原理及維護(hù)使用
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在被檢測(cè)氣體溫度較低（0℃～650℃），或被測(cè)氣體較清潔時(shí)，適宜采樣式檢測(cè)方式，如制氮機(jī)測(cè)氧，實(shí)驗(yàn)室測(cè)氧等。
2、直插檢測(cè)式氧探頭
直插式檢測(cè)是將氧化鋯直接插入高溫被測(cè)氣體，直接檢測(cè)氣體中的氧含量，這種檢測(cè)方式適宜被檢測(cè)氣體溫度在700℃～1150℃時(shí)（特殊結(jié)構(gòu)還可以用于1400℃的高溫），它利用被測(cè)氣體的高溫使氧化鋯達(dá)到工作溫度，不需另外用加熱器（圖3）。直插式氧探頭的技術(shù)關(guān)鍵是陶瓷材料的高溫密封和電極問(wèn)題。
以下列舉了兩種直插式氧探頭的結(jié)構(gòu)形式。
（1）整體氧化鋯管
該形式是從采樣檢測(cè)方式中采用的氧化鋯管的形式上發(fā)展起來(lái)的，就是將原來(lái)的氧化鋯管加長(zhǎng)，使氧化鋯可以直接伸到高溫被測(cè)氣體中。這種結(jié)構(gòu)無(wú)需考慮高溫密封問(wèn)題。
（2）直插式氧化鋯氧量分析儀探頭
由于需要將氧化鋯直接插入檢測(cè)氣體中，對(duì)氧探頭的長(zhǎng)度有較高要求，其有效長(zhǎng)度在500mm～1000mm左右，特殊的環(huán)境長(zhǎng)度可達(dá)1500mm。且檢測(cè)精度，工作穩(wěn)定性和使用壽命都有很高的要求，因此直插式氧探頭很難采用傳統(tǒng)氧化鋯氧探頭的整體氧化鋯管狀結(jié)構(gòu)，而多采取技術(shù)要求較高的氧化鋯和氧化鋁管連接的結(jié)構(gòu)。密封性能是這種氧化鋯氧探頭的最關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)際上最先進(jìn)的連接方式，是將氧化鋯與氧化鋁管永久的焊接在一起，其密封性能極佳，與采樣式檢測(cè)方式比，直插式檢測(cè)有顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)：氧化鋯直接接觸氣體，檢測(cè)精度高，反應(yīng)速度快，維護(hù)量較小。
3 工業(yè)應(yīng)用
目前直插式氧化鋯測(cè)氧儀已廣泛應(yīng)用在鍋爐和加熱爐煙氣含氧量的測(cè)定，作此用途的氧化鋯多采用管狀結(jié)構(gòu)。此管可以兩端開(kāi)口，也可以單端開(kāi)口，目前市場(chǎng)出現(xiàn)最多的是后一種。ZrO2管內(nèi)外壁上涂有多孔Pt電極，由內(nèi)外電極分別向管端引伸并在端部接出NiCr絲作信號(hào)輸出用。從而控制燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，達(dá)到降低熱能損失，節(jié)約能源的目的。
4 氧化鋯測(cè)氧儀的安裝
合理的安裝是保證氧化鋯測(cè)氧儀可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，許多使用問(wèn)題均是由安裝不當(dāng)造成的。
4.1 采樣測(cè)量點(diǎn)
測(cè)量點(diǎn)的確定應(yīng)遵循如下幾項(xiàng)原則：
(1)選擇的測(cè)量點(diǎn)要求能正確反映所需要的爐內(nèi)氣體，以保證氧傳感器輸出信號(hào)的真實(shí)性，盡量避開(kāi)回風(fēng)死角；
(2)測(cè)量點(diǎn)不可太靠近燃燒點(diǎn)或噴頭等部位，這些部位的氣體處于劇烈反應(yīng)中，會(huì)造成氧傳感器檢測(cè)值劇烈波動(dòng)失真；也不要過(guò)于靠近風(fēng)機(jī)等產(chǎn)氣設(shè)備，以免電機(jī)的震動(dòng)沖刷損壞傳感器；
(3)避免放在可能碰撞的位置，以免碰撞損壞探頭，保證傳感器的安全。
4.2 氧化鋯測(cè)氧儀的安裝、連接方式
(1)氧化鋯測(cè)氧儀的安裝可采用水平或垂直方式，垂直安裝是比較理想的安裝方式。不管采用何種方式，探頭采樣管引導(dǎo)板的方向應(yīng)盡量正對(duì)被測(cè)氣流的方向，在初始安裝時(shí)可通過(guò)了解工藝，確定基本方向。最終確定比較好的引導(dǎo)方向，需要在系統(tǒng)通電加熱探頭后，旋轉(zhuǎn)采樣管方向，使用數(shù)字萬(wàn)用表觀察輸出氧電勢(shì)的波動(dòng)情況來(lái)確定。
(2)氧化鋯測(cè)氧儀安裝所用接頭為專用法蘭接頭。專用接頭上按要求需要配裝石棉墊壓接，以確保密封，否則該處法蘭接頭處漏氣會(huì)影響測(cè)量精度或造成信號(hào)波動(dòng)。
(3)氧化鋯測(cè)氧儀的信號(hào)引出線最好用屏蔽線，可消除干擾。最佳方式是使用2根2芯電纜，1根2芯屏蔽電纜接氧電勢(shì)輸出信號(hào)，1根2芯kVV控制電纜接探頭加熱連接端。如果現(xiàn)場(chǎng)條件不具備，可直接使用1根4芯kVV電纜連接探頭氧電勢(shì)信號(hào)和加熱端。
(4)氧化鋯測(cè)氧儀的標(biāo)氣口一般檢測(cè)時(shí)封閉，只是在標(biāo)定氣體時(shí)使用；吹掃氣口連接氣泵或者壓縮空氣管路，吹掃口進(jìn)氣一般用1個(gè)電磁閥等閥門控制，一定周期開(kāi)啟1次，通入氣體吹掃采樣管，探頭正常檢測(cè)時(shí)閥門關(guān)閉，不能有其它氣體進(jìn)入采樣管。使用壓縮空氣吹掃探頭必須保證壓縮空氣中不含有水分，即對(duì)所采用的壓縮空氣必須進(jìn)行氣水分離處理。
5 氧化鋯測(cè)氧儀的使用和維護(hù)
5.1 連接加熱控制
采樣檢測(cè)式探頭只有在氧化鋯測(cè)氧儀連接了加熱控制后才能正常工作，冷態(tài)下輸出的是隨機(jī)信號(hào)，不代表任何意義。氧化鋯測(cè)氧儀在接人加熱控制后，在室溫條件下既可以開(kāi)始正常的氣體檢測(cè)。一般探頭調(diào)零是在室溫下，加熱探頭后，通過(guò)對(duì)空氣的測(cè)量，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量此時(shí)探頭輸出毫伏值，此數(shù)值就是該探頭的零位偏差數(shù)值，在顯示儀表中需要加入該零位偏差來(lái)修正儀表顯示的氧濃度。
5.2 新裝或更換氧化鋯測(cè)氧儀時(shí)的注意事項(xiàng)
新裝或更換氧化鋯測(cè)氧儀時(shí)，均應(yīng)校正氧分析儀的氧濃度顯示值。不進(jìn)行此項(xiàng)工作，更換新的傳感器后，檢測(cè)的氧濃度可能會(huì)與實(shí)際濃度產(chǎn)生偏差，從而影響測(cè)量精度。
5.3 氧濃度的修正原理及方法
氧傳感器直接測(cè)量輸出的是被測(cè)氣體的濃度與標(biāo)準(zhǔn)空氣差電勢(shì)數(shù)值，稱為氧電勢(shì)。該電勢(shì)數(shù)值在零點(diǎn)(即空氣測(cè)量)時(shí)，不同的探頭起始輸出電勢(shì)就存在偏差，而輸出電勢(shì)經(jīng)過(guò)模型轉(zhuǎn)換輸出氧濃度時(shí)也可能存在誤差。因此在氧分析儀中對(duì)探頭信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定修正就是很必要的工作，否則顯示氧濃度與實(shí)際被測(cè)氣體的氧濃度就會(huì)存在較大偏差，滿足不了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要，甚至誤導(dǎo)控制影響生產(chǎn)。
具體的修正一般通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定，方法是將計(jì)量核定確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)標(biāo)氣口通入探頭，測(cè)量此時(shí)輸出氧電勢(shì)及儀表顯示氧濃度，儀表顯示氧濃度應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度相同，存在偏差則修正儀表線性參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量要求最少使用3種不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)定系統(tǒng)，這樣經(jīng)過(guò)3次標(biāo)定重復(fù)修正好系統(tǒng)線性參數(shù)，保證系統(tǒng)正常工作。
5.4 積塵對(duì)氧化鋯測(cè)氧儀的影響及吹掃清除方法由于氧化鋯測(cè)氧儀是長(zhǎng)期在線檢測(cè)測(cè)量的器件，鍋爐等設(shè)備(尤其是煤燃燒爐或者燒粉窯爐等)產(chǎn)生的粉塵會(huì)堵塞導(dǎo)氣采樣管道，造成測(cè)量的數(shù)值失真甚至無(wú)法測(cè)量，此時(shí)必須定期對(duì)采樣管中的積塵進(jìn)行吹掃處理，吹掃時(shí)間的長(zhǎng)短視積灰程度確定。這種吹掃方法要求氧化鋯測(cè)氧儀具有相應(yīng)功能或者配套使用的維護(hù)裝置，如果沒(méi)有這些裝置只能安裝手動(dòng)閥門控制壓縮空氣或氣泵定期通人吹掃氣口對(duì)探頭進(jìn)行除塵工作，但此時(shí)必須注意以下情況：
(1)由于在吹掃的過(guò)程中，氧傳感器的氧電勢(shì)會(huì)下降，最低有可能會(huì)降到1～2mV，這時(shí)檢測(cè)的氧電勢(shì)不代表爐內(nèi)的氣氛，此點(diǎn)必須要注意；
(2)吹掃空氣的流量要保證能夠去除積灰，吹掃過(guò)程中應(yīng)注意氧電勢(shì)輸出值，如果氧電勢(shì)值始終沒(méi)有下降，表明空氣流量太小，積塵沒(méi)有清理，應(yīng)予以調(diào)節(jié)或者檢查吹掃管道，可能吹掃管道已經(jīng)堵死；
(3)吹掃口的通道是與爐內(nèi)直接相通的，每次在吹掃完畢后，應(yīng)關(guān)閉閥門，堵死吹掃孔，防止因爐內(nèi)負(fù)壓空氣進(jìn)人，影響氧傳感器的檢測(cè)。在分析氧傳感器的好壞時(shí)應(yīng)將其視為一個(gè)單獨(dú)的檢測(cè)部件。在檢測(cè)氧傳感器的氧電勢(shì)時(shí)應(yīng)把與其連接的所有導(dǎo)線斷開(kāi)，用高內(nèi)阻的數(shù)字表在氧傳感器的輸出端直接檢測(cè)氧電勢(shì)。通過(guò)檢測(cè)氧電勢(shì)，與正常使用時(shí)的數(shù)值相比較。
6 實(shí)際運(yùn)行情況
自2003年以來(lái)，中國(guó)石油大慶石化分公司化工一廠裂解爐采用了ZGP2+ZDT高溫型直插式氧化鋯測(cè)氧儀，主要用于煙氣氧含量測(cè)量，參與裂解爐的燃燒控制，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2005年5月，發(fā)現(xiàn)指示值偏差較大，均為正偏差，判斷為氣路泄漏。在標(biāo)準(zhǔn)氣管路上通零點(diǎn)氣，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)泄漏。由于測(cè)量狀態(tài)下系統(tǒng)內(nèi)呈負(fù)壓而使外界空氣進(jìn)人，因空氣中氧的體積分?jǐn)?shù)高，使得測(cè)量值偏高，處理后正常。實(shí)踐中總結(jié)幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：
(1)氧化鋯管要求在750cC下才能正常工作，因此儀表應(yīng)保持恒溫；
(2)氣體管路不得泄漏；
(3)保持噴射器氣源壓力穩(wěn)定在0.15MPa；
(4)標(biāo)準(zhǔn)氣校驗(yàn)時(shí)應(yīng)關(guān)閉噴射器氣源，測(cè)量時(shí)打開(kāi)；
(5)測(cè)量氣中存在H2、CO、CH4等可燃?xì)怏w會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏低。
參考文獻(xiàn)：
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