ज़िरकोनिया ऑक्सीजन विश्लेषक का कार्य सिद्धांत और रखरखाव

ज़िरकोनिया ऑक्सीजन प्रोब की संरचना का प्रकार और कार्य सिद्धांत

विभिन्न पहचान विधियों के अनुसार, ज़िरकोनिया ऑक्सीजन प्रोब को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: नमूना पहचान ऑक्सीजन प्रोब और सीधे डालने वाला ऑक्सीजन प्रोब।

1. नमूनाकरण पहचान प्रकार ऑक्सीजन जांच

नमूना निर्धारण विधि में, मापी जाने वाली गैस को एक गाइड पाइप के माध्यम से ज़िरकोनियम ऑक्साइड निर्धारण कक्ष में ले जाया जाता है, और एक ताप तत्व द्वारा ज़िरकोनियम ऑक्साइड को कार्यशील तापमान (750°C से ऊपर) तक गर्म किया जाता है। ज़िरकोनिया आमतौर पर नलिकाकार आकार का होता है, और इलेक्ट्रोड के रूप में छिद्रित प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। इस आविष्कार के लाभ यह हैं कि यह निर्धारित गैस के तापमान से अप्रभावित रहता है, और विभिन्न तापमानों वाली गैसों में ऑक्सीजन की मात्रा को विभिन्न प्रवाह गाइड पाइपों का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है, और इसकी लचीलता का उपयोग कई औद्योगिक ऑनलाइन निर्धारण में किया जा सकता है। हानि यह है कि इसकी प्रतिक्रिया का समय धीमा है। संरचना जटिल है, जो निर्धारण सटीकता को आसानी से प्रभावित कर सकती है। निर्धारित गैस में अधिक अशुद्धियाँ होने पर नमूना नली आसानी से अवरुद्ध हो सकती है। छिद्रित प्लैटिनम इलेक्ट्रोड गैस में सल्फर और आर्सेनिक के क्षरण और महीन धूल के अवरोध के प्रति संवेदनशील होता है। हीटर को आमतौर पर विद्युत तार द्वारा गर्म किया जाता है, और इसका जीवनकाल लंबा नहीं होता है।

जब पता लगाई गई गैस का तापमान कम (0-650 डिग्री सेल्सियस) हो या पता लगाई गई गैस स्वच्छ हो, तो नमूनाकरण प्रकार की पहचान विधि उपयुक्त होती है, जैसे कि नाइट्रोजन बनाने वाली मशीन द्वारा ऑक्सीजन का मापन और प्रयोगशाला में ऑक्सीजन का मापन आदि।

2. ऑक्सीजन जांच का प्रत्यक्ष सम्मिलन

प्रत्यक्ष-प्रवेश विधि में, ज़िरकोनिया को सीधे उच्च तापमान वाली मापी जाने वाली गैस में डाला जाता है ताकि गैस में ऑक्सीजन की मात्रा का सीधे पता लगाया जा सके। यह विधि 700°C से 1150°C तक के तापमान वाली गैस के लिए उपयुक्त है (विशेष संरचना को 1400°C तक के उच्च तापमान के लिए भी उपयोग किया जा सकता है)। मापी जाने वाली गैस का उच्च तापमान ज़िरकोनिया को बिना हीटर के कार्यशील तापमान तक पहुँचाने के लिए उपयोग किया जाता है (चित्र 3)। प्रत्यक्ष-प्रवेश ऑक्सीजन प्रोब की प्रमुख तकनीक उच्च तापमान सीलिंग और सिरेमिक सामग्री की इलेक्ट्रोड समस्या है। प्रत्यक्ष-प्रवेश ऑक्सीजन प्रोब के दो प्रकारों की संरचनाएँ नीचे दी गई हैं।

(1) इंटीग्रल ज़िरकोनिया ट्यूब

यह संरचना नमूना निर्धारण विधि में प्रयुक्त ज़िरकोनियम ऑक्साइड ट्यूब की संरचना से विकसित की गई है, अर्थात् मूल ज़िरकोनियम ऑक्साइड ट्यूब को लंबा किया गया है, ताकि ज़िरकोनियम ऑक्साइड को सीधे उच्च तापमान वाली मापी जाने वाली गैस में डाला जा सके। इस संरचना में उच्च तापमान सीलिंग की समस्या पर विचार करने की आवश्यकता नहीं है।

(2) सीधे डालने वाला ज़िरकोनिया ऑक्सीजन प्रोब

ज़िरकोनिया को सीधे डिटेक्शन गैस में डालने की आवश्यकता के कारण, ऑक्सीजन प्रोब की लंबाई अधिक होनी चाहिए। इसकी प्रभावी लंबाई लगभग 500 मिमी से 1000 मिमी तक होती है, और विशेष परिस्थितियों में यह 1500 मिमी तक भी हो सकती है। परीक्षण की सटीकता, कार्य स्थिरता और सेवा जीवन सभी उच्च स्तर की आवश्यकताएँ हैं, इसलिए सीधे डाले जाने वाले ऑक्सीजन प्रोब में पारंपरिक ज़िरकोनिया ऑक्सीजन प्रोब की तरह पूरी तरह से ज़िरकोनिया ट्यूबलर संरचना को अपनाना मुश्किल है, और इसके बजाय ज़िरकोनिया और एल्यूमिना ट्यूब के बीच कनेक्शन वाली संरचना को अपनाया जाता है, जिसमें तकनीकी आवश्यकताएँ अधिक होती हैं। सीलिंग क्षमता इस ज़िरकोनिया ऑक्सीजन प्रोब की सबसे महत्वपूर्ण तकनीकों में से एक है। वर्तमान में, दुनिया में सबसे उन्नत कनेक्शन विधि ज़िरकोनिया और एल्यूमिना ट्यूब को स्थायी रूप से एक साथ वेल्ड करना है, जिसकी सीलिंग क्षमता उत्कृष्ट है। नमूना डिटेक्शन विधि की तुलना में, सीधे डालने वाले डिटेक्शन के स्पष्ट लाभ हैं: ज़िरकोनियम ऑक्साइड सीधे गैस के संपर्क में आता है, और इसमें उच्च डिटेक्शन सटीकता, त्वरित प्रतिक्रिया गति और कम रखरखाव की आवश्यकता जैसे लाभ हैं।

ऑक्सीजन प्रोब का औद्योगिक अनुप्रयोग

1. औद्योगिक बॉयलर और हीटिंग फर्नेस का अनुप्रयोग

ऑक्सीजन प्रोब का उपयोग करते समय, मापी जाने वाली गैस को प्रवेश कराने के दो तरीके हैं: प्रत्यक्ष प्रवेश और नमूना निर्धारण। प्रत्यक्ष प्रवेश विधि में प्रतिक्रिया समय कम होता है, हीटर की आवश्यकता नहीं होती, संरचना सरल होती है, आकार छोटा और पोर्टेबल होता है, लेकिन मापी जाने वाली गैस के तापमान का साथ-साथ पता लगाना आवश्यक होता है। चूंकि ऑक्सीजन प्रोब का तापमान हीटर द्वारा नियंत्रित होता है, इसलिए मापन सटीकता अधिक होती है और संचालन विश्वसनीय होता है, लेकिन प्रतिक्रिया समय गैस के प्रवाह दर पर निर्भर करता है।

डायरेक्ट-इंसर्टेड ऑक्सीजन एनालाइज़र का उपयोग बॉयलर और रीहीटिंग फर्नेस की फ्लू गैस में ऑक्सीजन की मात्रा निर्धारित करने में व्यापक रूप से किया जाता है (चित्र 4)। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किया जाने वाला ऑक्सीजन प्रोब मुख्य रूप से एक ट्यूबलर संरचना का होता है, और ट्यूब को दोनों सिरों से या एक सिरे से खोला जा सकता है, बाद वाला वर्तमान में बाजार में सबसे आम है। छिद्रित Pt इलेक्ट्रोड ZrO2 ट्यूब की भीतरी और बाहरी दीवारों पर लेपित होते हैं, और भीतरी और बाहरी इलेक्ट्रोड क्रमशः ट्यूब के अंत तक फैले होते हैं, और सिग्नल आउटपुट के रूप में ट्यूब के अंत में Ni Cr तार जुड़े होते हैं, जिससे कम ऑक्सीजन दहन को प्राप्त करने के लिए दहन प्रणाली को नियंत्रित किया जाता है, जिससे ऊष्मा हानि को कम करने और ऊर्जा बचाने के उद्देश्य प्राप्त होते हैं।

ऑक्सीजन सेंसर की स्थापना

ऑक्सीजन सेंसर के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उचित स्थापना अत्यंत महत्वपूर्ण है। कई उपयोग संबंधी समस्याएं ऑक्सीजन सेंसर की अनुचित स्थापना के कारण उत्पन्न होती हैं।

1. नमूना माप बिंदु

मापन बिंदु का निर्धारण प्राथमिक कार्य है, जिसे निम्नलिखित सिद्धांतों के अनुसार किया जाना चाहिए:

(1) चयनित माप बिंदु के लिए यह आवश्यक है कि भट्टी में पता लगाई गई गैस को सही ढंग से प्रतिबिंबित किया जा सके, ताकि ऑक्सीजन सेंसर के आउटपुट सिग्नल की प्रामाणिकता सुनिश्चित की जा सके और रिटर्न एयर के डेड एंगल से यथासंभव बचा जा सके;

(2) माप बिंदु दहन बिंदु या नोजल के बहुत करीब नहीं होना चाहिए, और इन भागों में गैस तीव्र प्रतिक्रिया में होती है, जिससे ऑक्सीजन सेंसर का पता लगाने का मान तेजी से उतार-चढ़ाव और विकृत हो जाएगा; पंखे जैसे हवा पैदा करने वाले उपकरणों के बहुत करीब न रहें, ताकि मोटर के कंपन से सेंसर को नुकसान न पहुंचे;

(3) यह आविष्कार संभावित टकराव की स्थिति में रखे जाने से बच सकता है, जिससे टकराव के कारण जांच उपकरण को नुकसान होने से बचाया जा सके और सेंसर की सुरक्षा सुनिश्चित की जा सके।

2. ऑक्सीजन सेंसर की स्थापना और कनेक्शन विधि

(1) ऑक्सीजन प्रोब को क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर रूप में स्थापित किया जा सकता है, जिसमें ऊर्ध्वाधर स्थापना आदर्श है। चाहे कोई भी तरीका अपनाया जाए, प्रोब सैंपलिंग ट्यूब की गाइड प्लेट की दिशा यथासंभव मापी जाने वाली वायु प्रवाह की दिशा में होनी चाहिए, और प्रारंभिक स्थापना में, प्रक्रिया को जानकर मूल दिशा निर्धारित की जाती है। सिस्टम को चालू करके प्रोब को गर्म करने के बाद, सैंपलिंग ट्यूब की दिशा को घुमाया जाता है, और आउटपुट ऑक्सीजन क्षमता के उतार-चढ़ाव को डिजिटल मल्टीमीटर द्वारा देखकर अंततः बेहतर मार्गदर्शक दिशा निर्धारित की जाती है।

(2) ऑक्सीजन सेंसर की स्थापना के लिए उपयोग किया जाने वाला जोड़ एक विशेष फ्लेंज जोड़ है, और सीलिंग सुनिश्चित करने के लिए एस्बेस्टस पैड को दबाकर व्यवस्थित किया जाता है, अन्यथा, क्योंकि सामान्य भट्टी नकारात्मक दबाव है, फ्लेंज जोड़ पर रिसाव माप सटीकता को प्रभावित कर सकता है या सिग्नल उतार-चढ़ाव का कारण बन सकता है।

(3) ऑक्सीजन सेंसर की सिग्नल लीड-आउट लाइन अधिमानतः एक शील्ड लाइन होती है ताकि हस्तक्षेप को समाप्त किया जा सके। सबसे अच्छा तरीका है दो दो-कोर केबलों का उपयोग करना, एक दो-कोर शील्डेड केबल ऑक्सीजन क्षमता आउटपुट करने के लिए और एक दो-कोर केवीवी नियंत्रण केबल कनेक्शन सिरे को गर्म करने के लिए प्रोब को नियंत्रित करने के लिए। यदि फील्ड में ऐसी स्थिति नहीं है, तो प्रोब ऑक्सीजन क्षमता सिग्नल और हीटिंग सिरे को सीधे जोड़ने के लिए 4-कोर केवीवी केबल का उपयोग किया जा सकता है।

(4) ऑक्सीजन प्रोब का मानक गैस पोर्ट सामान्यतः बंद रहता है और इसका उपयोग केवल गैस कैलिब्रेशन के समय किया जाता है; ब्लोइंग एयर पोर्ट एक एयर पंप या संपीड़ित वायु पाइपलाइन से जुड़ा होता है, ब्लोइंग एयर पोर्ट का वायु प्रवेश आमतौर पर एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वाल्व जैसे वाल्व द्वारा नियंत्रित होता है, वाल्व एक निश्चित अवधि में एक बार खुलता है, गैस को गैस ब्लोइंग सैंपलिंग ट्यूब में डाला जाता है, प्रोब द्वारा सामान्य रूप से पता लगाए जाने पर वाल्व बंद हो जाता है, और कोई अन्य गैस सैंपलिंग ट्यूब में प्रवेश नहीं कर सकती है। निर्माता द्वारा उपयोग किए जाने वाले संपीड़ित वायु स्कैनिंग प्रोब में यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि संपीड़ित वायु में पानी न हो, अर्थात्, उपयोग की जाने वाली संपीड़ित वायु को पानी से मुक्त किया जाना चाहिए।

ऑक्सीजन सेंसर का उपयोग और रखरखाव

1. कनेक्शन हीटिंग नियंत्रण

सैंपलिंग डिटेक्शन टाइप ऑक्सीजन प्रोब सामान्य रूप से तभी काम कर सकता है जब ऑक्सीजन सेंसर को हीटिंग कंट्रोल से जोड़ा जाए। ठंडी अवस्था में इसका आउटपुट एक अनियमित सिग्नल होता है, जिसका कोई अर्थ नहीं होता। ऑक्सीजन सेंसर को हीटिंग कंट्रोल से जोड़ने के बाद, कमरे के तापमान पर सामान्य गैस डिटेक्शन शुरू किया जा सकता है। प्रोब की सामान्य शून्य सेटिंग कमरे के तापमान पर होती है। प्रोब को गर्म करने के बाद, हवा का मापन करके, डिजिटल मल्टीमीटर का उपयोग करके प्रोब के आउटपुट मिलिवोल्ट मान को मापा जाता है। यह मान प्रोब के शून्य स्थिति विचलन का मान है। उपकरण द्वारा प्रदर्शित ऑक्सीजन सांद्रता को सही करने के लिए डिस्प्ले उपकरण में शून्य स्थिति विचलन को जोड़ना आवश्यक है।

2. ऑक्सीजन सेंसर को स्थापित या प्रतिस्थापित करते समय ध्यान रखने योग्य बातें

ऑक्सीजन सेंसर लगाते या बदलते समय, ऑक्सीजन विश्लेषक द्वारा प्रदर्शित ऑक्सीजन सांद्रता मान को सही करना आवश्यक है। ऐसा न करने पर, नए सेंसर को बदलने के बाद ऑक्सीजन विश्लेषक द्वारा मापी गई ऑक्सीजन सांद्रता वास्तविक सांद्रता से भिन्न हो सकती है, जिससे माप प्रभावित हो सकता है।

3. ऑक्सीजन सांद्रता के सुधार का सिद्धांत और विधि।

ऑक्सीजन सेंसर का आउटपुट मापी गई गैस की सांद्रता और मानक वायु विभव अंतर मान होता है, जिसे हम ऑक्सीजन विभव कहते हैं। शून्य बिंदु (अर्थात वायु मापन) पर इस विभव मान में, विभिन्न प्रोब के प्रारंभिक आउटपुट विभव में विचलन हो सकता है, और आउटपुट ऑक्सीजन सांद्रता के मॉडल रूपांतरण के माध्यम से आउटपुट विभव में त्रुटि हो सकती है। इसलिए ऑक्सीजन विश्लेषक में प्रोब सिग्नल को कैलिब्रेट करना अत्यंत आवश्यक है, अन्यथा ऑक्सीजन सांद्रता और वास्तविक मापी गई गैस सांद्रता में बड़ा अंतर होगा, जो क्षेत्र में उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाएगा और यहां तक ​​कि उत्पादन पर भ्रामक प्रभाव भी डाल सकता है।

विशिष्ट सुधार आमतौर पर मानक गैस द्वारा किया जाता है। विधि यह है कि मीटरिंग द्वारा पुष्टि की गई मानक गैस को मानक गैस पोर्ट के माध्यम से प्रोब में डाला जाता है। इस समय आउटपुट ऑक्सीजन पोटेंशियल और उपकरण डिस्प्ले पर ऑक्सीजन सांद्रता को मापा जाता है। उपकरण डिस्प्ले पर ऑक्सीजन सांद्रता मानक गैस सांद्रता के समान होनी चाहिए। यदि कोई विचलन होता है, तो उपकरण के रैखिक पैरामीटर को ठीक किया जाता है। मानक मीटरिंग के लिए कम से कम तीन अलग-अलग सांद्रता वाली मानक गैस अंशांकन प्रणालियों की आवश्यकता होती है, ताकि तीन बार अंशांकन के माध्यम से सिस्टम की रैखिकता को बार-बार ठीक किया जा सके और सिस्टम के सामान्य संचालन को सुनिश्चित किया जा सके।

4. ऑक्सीजन सेंसर पर धूल जमा होने का प्रभाव और उसे साफ करने की विधि

क्योंकि ऑक्सीजन सेंसर एक दीर्घकालिक ऑनलाइन पहचान और माप उपकरण है, इसलिए बॉयलर और अन्य उपकरणों (विशेष रूप से कोयला दहन भट्टी या पाउडर जलाने वाली भट्टी आदि) द्वारा उत्पन्न धूल गैस-मार्गदर्शक नमूना पाइपलाइन को अवरुद्ध कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप माप में संख्यात्मक विकृति आ जाती है, और यहां तक ​​कि माप संभव भी नहीं हो पाता है। ऐसे में, नमूना पाइप में धूल की नियमित रूप से जांच करना आवश्यक है। जांच की अवधि और समय के आधार पर राख जमाव की मात्रा निर्धारित की जाती है। इस प्रकार की सफाई विधि के लिए ऑक्सीजन विश्लेषक में संबंधित कार्यक्षमता या उपयुक्त ऑक्सीजन सेंसर रखरखाव उपकरण की आवश्यकता होती है। यदि ये उपकरण उपलब्ध नहीं हैं, तो केवल मैन्युअल वाल्व लगाकर संपीड़ित हवा या वायु पंप को नियंत्रित करके नियमित रूप से ब्लोइंग पोर्ट में धूल की जांच के लिए उपयोग किया जा सकता है। लेकिन इस दौरान निम्नलिखित बातों का ध्यान रखना आवश्यक है:

(1) चूंकि शुद्धिकरण की प्रक्रिया में ऑक्सीजन सेंसर की ऑक्सीजन क्षमता कम हो जाएगी, जो कि 1, 2 mV तक कम हो जाएगी, इस समय पता लगाई गई ऑक्सीजन क्षमता भट्टी में वातावरण का प्रतिनिधित्व नहीं करती है, इस बिंदु पर ध्यान दिया जाना चाहिए।

(2) सफाई के लिए इस्तेमाल होने वाली हवा की प्रवाह दर इतनी होनी चाहिए कि कालिख को हटाया जा सके। सफाई के दौरान ऑक्सीजन सेंसर के ऑक्सीजन पोटेंशियल के आउटपुट मान पर ध्यान दिया जा सकता है। यदि ऑक्सीजन पोटेंशियल का मान कम नहीं हुआ है, तो इसका मतलब है कि हवा की प्रवाह दर बहुत कम है, धूल साफ नहीं हुई है, और सफाई पाइपलाइन को समायोजित या जांचा जाना चाहिए।

(3) ब्लोइंग ओपनिंग का चैनल सीधे भट्टी से जुड़ा होता है, और ब्लोइंग समाप्त होने के बाद, वाल्व को बंद कर देना चाहिए, ब्लोइंग होल को ब्लॉक कर देना चाहिए, और भट्टी में नकारात्मक दबाव वाली हवा को प्रवेश करने से रोकना चाहिए, जो ऑक्सीजन सेंसर के डिटेक्शन को प्रभावित कर सकती है।

ऑक्सीजन सेंसर की गुणवत्ता का विश्लेषण करते समय, ऑक्सीजन सेंसर को एक अलग मापन घटक के रूप में माना जाना चाहिए। ऑक्सीजन सेंसर के ऑक्सीजन पोटेंशियल का पता लगाने के लिए, सेंसर से जुड़े सभी तारों को डिस्कनेक्ट कर देना चाहिए और उच्च आंतरिक प्रतिरोध वाले डिजिटल मीटर द्वारा ऑक्सीजन सेंसर के आउटपुट सिरे पर सीधे ऑक्सीजन पोटेंशियल का मापन करना चाहिए। इस मापन के बाद प्राप्त मानों की तुलना सामान्य उपयोग के मानों से की जानी चाहिए।

वास्तविक संचालन

2003 से, हमारे संयंत्र की क्रैकिंग भट्टी में ZGP2+ZDT उच्च-तापमान प्रत्यक्ष-प्रवेशित ज़िरकोनिया विश्लेषक का उपयोग किया जा रहा है, जिसका मुख्य रूप से उपयोग द्रव गैस में ऑक्सीजन की मात्रा मापने के लिए किया जाता है। यह क्रैकिंग भट्टी के दहन नियंत्रण में भी सहायक है और इसका संचालन स्थिर और विश्वसनीय है। मई 2005 में, यह पाया गया कि संकेतित मान का विचलन अपेक्षाकृत अधिक है, सभी विचलन धनात्मक हैं। यह निर्धारित किया गया कि गैस पथ में रिसाव है। शून्य-बिंदु गैस मानक गैस पथ पर प्रवाहित हो रही है, और रोटर फ्लोमीटर में भी रिसाव पाया गया। मापन प्रणाली में ऋणात्मक दाब के कारण, बाहरी हवा प्रवेश कर रही है, क्योंकि हवा में ऑक्सीजन का आयतन अंश अधिक है, इसलिए मापा गया मान अधिक है, और प्रक्रिया सामान्य है। व्यवहार में ध्यान देने योग्य कुछ बिंदुओं का सारांश इस प्रकार है:

⑴जिरकोनियम ट्यूब को सामान्य रूप से काम करने के लिए 750°C तापमान की आवश्यकता होती है, इसलिए उपकरण का तापमान स्थिर रहना चाहिए।

⑵गैस पाइपलाइनों में कोई रिसाव नहीं

⑶ इंजेक्टर के दबाव को 0.15MPa पर स्थिर रखें

⑷ मानक गैस की जाँच करते समय इजेक्टर गैस स्रोत बंद होना चाहिए और माप के दौरान खुला रहना चाहिए।

⑸मापन गैस में H2, CO, CH4 और अन्य ज्वलनशील गैसों की उपस्थिति मापन परिणाम को कम कर देगी।

निष्कर्ष

ज़िरकोनिया ऑक्सीजन मापने वाले उपकरण में सरल संरचना, कम प्रतिक्रिया समय, विस्तृत मापन सीमा, उच्च उपयोग तापमान, विश्वसनीय संचालन, सुविधाजनक स्थापना, कम रखरखाव आदि के फायदे हैं।

इसलिए, इसका व्यापक रूप से धातु विज्ञान, रसायन उद्योग, विद्युत शक्ति, सिरेमिक, ऑटोमोबाइल, पर्यावरण संरक्षण और अन्य औद्योगिक विभागों में उपयोग किया जाता है।