اصل کار و نگهداری آنالایزر اکسیژن زیرکونیا
نوع ساختار و اصل کار پروب اکسیژن زیرکونیا
با توجه به روشهای مختلف تشخیص، پروبهای اکسیژن زیرکونیا به دو دسته تقسیم میشوند: پروب اکسیژن تشخیص نمونهبرداری و پروب اکسیژن با درج مستقیم.
۱. پروب اکسیژن نوع تشخیص نمونهبرداری
حالت تشخیص نمونهبرداری به این صورت است که گاز اندازهگیری شده از طریق یک لوله راهنما به محفظه تشخیص اکسید زیرکونیوم هدایت میشود و اکسید زیرکونیوم از طریق یک عنصر گرمایشی تا دمای کار (بالای 750 درجه سانتیگراد) گرم میشود. زیرکونیا عموماً شکل لولهای دارد و الکترود از الکترود پلاتین متخلخل استفاده میکند. این اختراع مزایایی دارد که تحت تأثیر دمای گاز تشخیص داده شده قرار نمیگیرد و میتوان با استفاده از لولههای هدایت جریان مختلف، میزان اکسیژن موجود در گازهای با دمای مختلف را تشخیص داد و انعطافپذیری آن در بسیاری از تشخیصهای صنعتی آنلاین اعمال میشود. عیب آن زمان واکنش آهسته است. ساختار آن پیچیده است که میتواند به راحتی بر دقت تشخیص تأثیر بگذارد. وقتی ناخالصیهای بیشتری در گاز تشخیص داده شده وجود داشته باشد، لوله نمونهبرداری به راحتی مسدود میشود. الکترود پلاتین متخلخل در برابر خوردگی گوگرد و آرسنیک موجود در گاز و انسداد گرد و غبار ریز حساس است. بخاری معمولاً توسط سیم برق گرم میشود و عمر آن طولانی نیست.
وقتی دمای گاز شناساییشده پایین باشد (۰-۶۵۰ درجه سانتیگراد) یا گاز شناساییشده تمیز باشد، روش تشخیص از نوع نمونهبرداری مناسب است، مانند اندازهگیری اکسیژن توسط دستگاه تولید نیتروژن و اندازهگیری اکسیژن در آزمایشگاه و غیره.
2. پروب اکسیژن تشخیص دهنده با درج مستقیم
تشخیص نوع مستقیم درج شده به این صورت است که زیرکونیا مستقیماً در گاز اندازهگیری شده با دمای بالا قرار میگیرد تا مستقیماً میزان اکسیژن موجود در گاز را تشخیص دهد. این روش تشخیص برای دمای گاز شناسایی شده در محدوده 700 تا 1150 درجه سانتیگراد مناسب است (از ساختار ویژه میتوان برای دمای بالای 1400 درجه سانتیگراد نیز استفاده کرد). دمای بالای گاز اندازهگیری شده برای هدایت زیرکونیا به دمای کار بدون استفاده از بخاری استفاده میشود (شکل 3). فناوری کلیدی پروب اکسیژن مستقیم درج شده، آببندی دمای بالا و مشکل الکترود از جنس سرامیک است. ساختار دو نوع پروب اکسیژن مستقیم درج شده ذکر شده است.
(1) لوله زیرکونیای یکپارچه
این شکل از شکل لوله اکسید زیرکونیوم مورد استفاده در روش تشخیص نمونهبرداری توسعه یافته است، یعنی لوله اکسید زیرکونیوم اصلی طویلتر شده است، به طوری که اکسید زیرکونیوم میتواند مستقیماً به داخل گاز اندازهگیری شده در دمای بالا امتداد یابد. این ساختار نیازی به در نظر گرفتن مشکل آببندی در دمای بالا ندارد.
(2) پروب اکسیژن زیرکونیا از نوع مستقیم
به دلیل نیاز به وارد کردن مستقیم زیرکونیا به گاز تشخیص، طول پروب اکسیژن مورد نیاز بالاتر است، طول موثر آن حدود 500 میلیمتر تا 1000 میلیمتر است و طول محیطی ویژه میتواند به 1500 میلیمتر برسد. دقت آزمایش، پایداری کاری و طول عمر مفید همگی الزامات بسیار بالایی هستند، بنابراین پروب اکسیژن با درج مستقیم به سختی میتواند کل ساختار لولهای زیرکونیایی پروب اکسیژن زیرکونیایی سنتی را اتخاذ کند و بیشتر ساختار اتصال بین زیرکونیا و لوله آلومینا را با الزامات فنی بالاتر اتخاذ کند. عملکرد آببندی یکی از مهمترین فناوریهای این پروب اکسیژن زیرکونیا است. در حال حاضر، پیشرفتهترین روش اتصال در جهان، جوش دادن دائمی لوله زیرکونیا و آلومینا به یکدیگر است، عملکرد آببندی آن عالی است، در مقایسه با روش تشخیص نمونهبرداری، تشخیص با درج مستقیم مزایای آشکاری دارد: اکسید زیرکونیوم مستقیماً با گاز در تماس است و از مزایای دقت تشخیص بالا، سرعت واکنش سریع و مقدار نگهداری کم برخوردار است.
کاربرد صنعتی پروب اکسیژن
1. کاربرد دیگ بخار صنعتی و کوره گرمایشی
وقتی از پروب اکسیژن استفاده میشود، دو روش برای وارد کردن گاز اندازهگیری شده وجود دارد، یعنی وارد کردن مستقیم و تشخیص نمونهبرداری. زمان پاسخ نوع وارد کردن مستقیم کوتاه است، به گرمکن نیازی نیست، ساختار ساده است، اندازه کوچک و قابل حمل است، اما دمای گاز اندازهگیری شده باید همزمان تشخیص داده شود. از آنجا که دمای پروب اکسیژن توسط گرمکن کنترل میشود، دقت اندازهگیری بالا و عملکرد قابل اعتماد است، اما زمان پاسخ به سرعت جریان گاز بستگی دارد.
آنالایزر اکسیژن با ورودی مستقیم به طور گسترده در تعیین میزان اکسیژن در گاز دودکش بویلرها و کورههای گرمایش مجدد مورد استفاده قرار گرفته است (شکل 4). پروب اکسیژن مورد استفاده برای این منظور عمدتاً ساختار لولهای دارد و لوله میتواند در هر دو انتها یا در یک انتها باز شود، که دومی در حال حاضر رایجترین نوع در بازار است. الکترودهای متخلخل پلاتین روی دیوارههای داخلی و خارجی لوله ZrO2 پوشش داده شدهاند و الکترودهای داخلی و خارجی به ترتیب تا انتهای لوله امتداد دارند و سیمهای Ni Cr در انتهای لوله به عنوان خروجی سیگنال متصل میشوند و در نتیجه سیستم احتراق را برای تحقق احتراق کم اکسیژن کنترل میکنند و به اهداف کاهش اتلاف گرما و صرفهجویی در انرژی دست مییابند.
نصب سنسور اکسیژن
نصب منطقی، کلید تضمین عملکرد قابل اعتماد سنسور اکسیژن است. بسیاری از مشکلات استفاده از سنسور اکسیژن به دلیل نصب نادرست آن ایجاد میشود.
نقطه اندازهگیری نمونهبرداری ۱.
تعیین نقطه اندازهگیری کار اصلی است که باید از اصول زیر پیروی کند:
(1) نقطه اندازهگیری انتخاب شده مستلزم آن است که گاز شناسایی شده در کوره به درستی منعکس شود، به طوری که صحت سیگنال خروجی سنسور اکسیژن تضمین شود و تا حد امکان از زاویه کور هوای برگشتی جلوگیری شود.
(2) نقطه اندازهگیری نمیتواند خیلی نزدیک به نقطه احتراق یا نازل باشد، زیرا گاز موجود در این قسمتها در واکنش شدید است که باعث میشود مقدار تشخیص سنسور اکسیژن نوسان و تحریف شدیدی داشته باشد. خیلی نزدیک به تجهیزات تولید هوا مانند فنها قرار نگیرید تا در اثر لرزش موتور به سنسور آسیب نرسد.
(3) این اختراع میتواند از قرار گرفتن در موقعیت برخورد احتمالی جلوگیری کند تا از آسیب دیدن کاوشگر در اثر برخورد جلوگیری شود و ایمنی حسگر تضمین شود.
۲. نحوه نصب و اتصال سنسور اکسیژن
(1) نصب پروب اکسیژن میتواند به صورت افقی یا عمودی انجام شود، که در این حالت نصب عمودی ایدهآل است. صرف نظر از اینکه چه روشی اتخاذ شود، جهت صفحه راهنمای لوله نمونهبرداری پروب باید تا حد امکان در جهت جریان هوای اندازهگیری شده باشد و در نصب اولیه، جهت اصلی با دانستن فرآیند تعیین میشود. پس از روشن شدن سیستم برای گرم کردن پروب، جهت لوله نمونهبرداری چرخانده میشود و نوسان پتانسیل اکسیژن خروجی توسط مولتیمتر دیجیتال مشاهده میشود تا در نهایت جهت هدایت بهتر تعیین شود.
(2) اتصال مورد استفاده برای نصب سنسور اکسیژن، یک اتصال فلنجی مخصوص است و پد آزبست طوری تنظیم شده است که پرس شود تا آببندی تضمین شود، در غیر این صورت، به دلیل اینکه کوره معمولی فشار منفی دارد، نشتی در اتصال فلنج میتواند بر دقت اندازهگیری تأثیر بگذارد یا باعث نوسان سیگنال شود.
(3) خط خروجی سیگنال سنسور اکسیژن ترجیحاً یک خط محافظ برای از بین بردن تداخل است. بهترین راه استفاده از دو کابل دو رشتهای، یک کابل دو رشتهای محافظ برای خروجی پتانسیل اکسیژن و یک کابل کنترل KVV دو رشتهای برای کنترل پروب جهت گرم کردن انتهای اتصال است. اگر شرایط میدانی وجود نداشته باشد، میتوان از یک کابل KVV چهار رشتهای مستقیماً برای اتصال سیگنال پتانسیل اکسیژن پروب و انتهای گرمایش استفاده کرد.
(4) دریچه گاز استاندارد پروب اکسیژن به طور معمول بسته است و فقط زمانی که گاز کالیبره میشود، استفاده میشود. دریچه هوای دمنده به یک پمپ هوا یا یک خط لوله هوای فشرده متصل است، ورودی هوای دریچه هوای دمنده معمولاً توسط یک شیر مانند شیر الکترومغناطیسی کنترل میشود، شیر هر چند وقت یکبار باز میشود، گاز وارد لوله نمونهگیری دمنده گاز میشود، شیر هنگامی که پروب به طور معمول شناسایی میشود بسته میشود و هیچ گاز دیگری نمیتواند وارد لوله نمونهگیری شود. پروب اسکن هوای فشرده سازنده باید اطمینان حاصل کند که هوای فشرده حاوی آب نیست، یعنی هوای فشرده مورد استفاده باید از آب جدا شود.
استفاده و نگهداری از سنسورهای اکسیژن
کنترل گرمایش اتصال ۱.
پروب اکسیژن نوع تشخیص نمونهبرداری فقط پس از اتصال سنسور اکسیژن به کنترل گرمایش میتواند به طور عادی کار کند و خروجی در حالت سرد یک سیگنال تصادفی است که هیچ معنایی ندارد، پس از اتصال سنسور اکسیژن به کنترل گرمایش، تشخیص گاز طبیعی را میتوان در دمای اتاق شروع کرد. تنظیم صفر عمومی پروب در دمای اتاق است، پس از گرم کردن پروب، از طریق اندازهگیری هوا، از مولتیمتر دیجیتال برای اندازهگیری مقدار میلیولت خروجی پروب در این زمان استفاده میشود، این مقدار مقدار انحراف موقعیت صفر پروب است، انحراف موقعیت صفر باید در دستگاه نمایشگر اضافه شود تا غلظت اکسیژن نمایش داده شده توسط دستگاه اصلاح شود.
۲. ملاحظات هنگام نصب یا تعویض سنسور اکسیژن
هنگام نصب یا تعویض سنسور اکسیژن، مقدار نمایش غلظت اکسیژن توسط آنالایزر اکسیژن باید اصلاح شود. بدون این کار، غلظت اکسیژن تشخیص داده شده توسط آنالایزر اکسیژن ممکن است پس از تعویض سنسور جدید، با غلظت واقعی متفاوت باشد و در نتیجه بر اندازهگیری تأثیر بگذارد.
۳. اصل اصلاح و روش غلظت اکسیژن.
خروجی سنسور اکسیژن، غلظت گاز اندازهگیری شده و مقدار پتانسیل اختلاف استاندارد هوا است که ما آن را پتانسیل اکسیژن مینامیم. این مقدار پتانسیل در نقطه صفر (یعنی اندازهگیری هوا)، انحراف پتانسیل خروجی اولیه پروب متفاوت است و پتانسیل خروجی از طریق تبدیل مدل غلظت اکسیژن خروجی ممکن است خطا داشته باشد، بنابراین در آنالیزور اکسیژن، کالیبراسیون سیگنال پروب بسیار ضروری است، در غیر این صورت، غلظت اکسیژن و غلظت واقعی گاز اندازهگیری شده انحراف زیادی خواهند داشت که نمیتواند نیازهای تولید در این زمینه را برآورده کند و حتی کنترل گمراهکننده بر تولید تأثیر میگذارد.
تصحیح خاص معمولاً توسط گاز استاندارد انجام میشود، روش کار به این صورت است که گاز استاندارد تأیید شده توسط اندازهگیری از طریق دریچه گاز استاندارد وارد پروب میشود، پتانسیل اکسیژن خروجی و غلظت اکسیژن نمایش داده شده توسط دستگاه در این زمان اندازهگیری میشوند، غلظت اکسیژن نمایش داده شده توسط دستگاه باید مشابه غلظت گاز استاندارد باشد، در صورت وجود هرگونه انحراف، پارامتر خطی دستگاه اصلاح میشود، اندازهگیری استاندارد حداقل به سه سیستم کالیبراسیون گاز استاندارد با غلظت متفاوت نیاز دارد، به طوری که خطی بودن سیستم به طور مکرر از طریق سه بار کالیبراسیون اصلاح میشود و عملکرد طبیعی سیستم تضمین میشود.
۴. تأثیر تجمع گرد و غبار بر روی سنسور اکسیژن و روش پاکسازی و تمیز کردن
از آنجا که سنسور اکسیژن یک دستگاه تشخیص و اندازهگیری آنلاین طولانی مدت است، گرد و غبار تولید شده توسط دیگ بخار و سایر تجهیزات (به ویژه کوره احتراق زغال سنگ یا کوره پودر و غیره) خط لوله نمونهبرداری هدایت گاز را مسدود میکند و در نتیجه اعوجاج عددی اندازهگیری ایجاد میشود، حتی در این زمان قادر به اندازهگیری نیست. لازم است به طور منظم گرد و غبار موجود در لوله نمونهبرداری، طول و طول زمان اسکن را برای تعیین درجه رسوب خاکستر اسکن کنید. این نوع روش جارو کردن نیاز به آنالایزر اکسیژن با عملکرد مربوطه یا دستگاه نگهداری سنسور اکسیژن مطابق دارد. در غیر این صورت، این دستگاهها فقط میتوانند شیرهای دستی را برای کنترل هوای فشرده یا پمپ هوا نصب کنند تا به طور منظم وارد پورت دمیدن شوند تا پروب را غبارگیری کنند. اما در این زمان باید به شرایط زیر توجه شود:
(1) از آنجا که پتانسیل اکسیژن سنسور اکسیژن در فرآیند پاکسازی کاهش مییابد، کمترین مقدار ممکن باید به 1.2 میلیولت کاهش یابد، در این زمان پتانسیل اکسیژن شناسایی شده نشان دهنده جو موجود در کوره نیست، این نکته باید مورد توجه قرار گیرد.
(2) سرعت جریان هوای جاروب شده باید به گونهای باشد که دودهها از بین بروند و مقدار پتانسیل اکسیژن خروجی سنسور اکسیژن در حین جاروب کردن قابل مشاهده باشد. اگر مقدار پتانسیل اکسیژن کاهش نیافته باشد، نشان میدهد که سرعت جریان هوا بسیار کم است، گرد و غبار تمیز نشده است و لوله جاروب باید تنظیم یا بررسی شود.
(3) کانال دهانه دمیدن مستقیماً با کوره در ارتباط است و پس از اتمام دمیدن، شیر باید بسته شود، سوراخ دمیدن باید مسدود شود و از ورود هوای فشار منفی در کوره جلوگیری شود که این امر بر تشخیص سنسور اکسیژن تأثیر میگذارد.
هنگام تجزیه و تحلیل کیفیت سنسور، سنسور اکسیژن باید به عنوان یک جزء تشخیص جداگانه در نظر گرفته شود. هنگام تشخیص پتانسیل اکسیژن سنسور اکسیژن، تمام سیمهای متصل به سنسور اکسیژن باید جدا شوند و پتانسیل اکسیژن مستقیماً در انتهای خروجی سنسور اکسیژن توسط یک کنتور دیجیتال با مقاومت داخلی بالا تشخیص داده میشود. با تشخیص پتانسیل اکسیژن، مقادیر با مقادیر استفاده عادی مقایسه میشوند.
عملیات واقعی
از سال ۲۰۰۳، کوره کراکینگ کارخانه ما از آنالایزر زیرکونیای دمای بالا با درج مستقیم ZGP2+ZDT استفاده کرده است که عمدتاً برای اندازهگیری میزان اکسیژن در گاز دودکش استفاده میشود و در کنترل احتراق کوره کراکینگ مشارکت داشته و عملکرد آن پایدار و قابل اعتماد است. در ماه مه ۲۰۰۵، مشخص شد که انحراف مقدار نشان داده شده نسبتاً زیاد است، همه انحرافات مثبت هستند، مشخص شد که مسیر گاز نشتی دارد، گاز نقطه صفر در مسیر گاز استاندارد منتقل میشود و نشتی فلومتر روتور پیدا شد. به دلیل فشار منفی در سیستم اندازهگیری، هوای بیرون وارد میشود، زیرا کسر حجمی اکسیژن در هوا زیاد است، مقدار اندازهگیری شده زیاد است و پردازش طبیعی است. چندین نکته برای توجه در عمل خلاصه شده است:
⑴ لوله زیرکونیوم برای کار عادی در دمای 750 درجه سانتیگراد لازم است، بنابراین دستگاه باید دمای ثابتی را حفظ کند
⑵ عدم نشتی خطوط لوله گاز
⑶ فشار انژکتور را در 0.15MPa پایدار نگه دارید
⑷ منبع گاز اجکتور باید هنگام بررسی گاز استاندارد بسته و در حین اندازهگیری باز باشد.
⑸ وجود H2، CO، CH4 و سایر گازهای قابل احتراق در گاز اندازهگیری، نتیجه اندازهگیری را پایینتر میآورد.
نتیجهگیری
ابزار اندازهگیری اکسیژن زیرکونیا دارای مزایای ساختار ساده، زمان پاسخ کوتاه، محدوده اندازهگیری وسیع، دمای استفاده بالا، عملکرد قابل اعتماد، نصب راحت، نگهداری آسان و غیره است.
بنابراین، به طور گسترده در متالورژی، صنایع شیمیایی، برق، سرامیک، خودرو، حفاظت از محیط زیست و سایر بخشهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است.
