Principio di funzionamento e manutenzione dell'analizzatore di ossigeno in zirconia

Tipo di struttura e principio di funzionamento della sonda per ossigeno in zirconia

In base ai diversi metodi di rilevamento, le sonde per ossigeno in zirconia si dividono in due categorie: sonde per ossigeno con rilevamento tramite campionamento e sonde per ossigeno a inserimento diretto.

1. Sonda di rilevamento dell'ossigeno di tipo campionamento

La modalità di rilevamento a campionamento prevede che il gas misurato venga convogliato nella camera di rilevamento dell'ossido di zirconio attraverso un tubo di guida, e l'ossido di zirconio venga riscaldato alla temperatura di esercizio (superiore a 750 °C) tramite un elemento riscaldante. L'ossido di zirconio adotta generalmente una forma tubolare e l'elettrodo è in platino poroso. L'invenzione presenta il vantaggio di non essere influenzata dalla temperatura del gas rilevato e di poter rilevare il contenuto di ossigeno in gas a diverse temperature adottando diversi tubi di guida del flusso, con una flessibilità che si applica a molti sistemi di rilevamento industriale in linea. Lo svantaggio è il tempo di reazione lento. La struttura è complessa, il che può facilmente influire sulla precisione di rilevamento. Il tubo di campionamento è facilmente ostruibile in presenza di impurità nel gas rilevato. L'elettrodo in platino poroso è suscettibile alla corrosione dello zolfo e dell'arsenico presenti nel gas e all'ostruzione causata da polveri sottili. Il riscaldatore è solitamente riscaldato tramite filo elettrico e la sua durata non è lunga.

Quando la temperatura del gas rilevato è bassa (0-650°C) o il gas rilevato è pulito, è adatto il metodo di rilevamento tramite campionamento, come la misurazione dell'ossigeno mediante una macchina per la produzione di azoto e la misurazione dell'ossigeno in un laboratorio, ecc.

2. Sonda di rilevamento dell'ossigeno a inserimento diretto

Il rilevamento a inserimento diretto prevede l'inserimento diretto della zirconia nel gas misurato ad alta temperatura per rilevare direttamente il contenuto di ossigeno nel gas. Il metodo di rilevamento è adatto per temperature del gas rilevate comprese tra 700°C e 1150°C (la struttura speciale può essere utilizzata anche per temperature elevate di 1400°C). L'elevata temperatura del gas misurato viene utilizzata per portare la zirconia alla temperatura di esercizio senza l'utilizzo di un riscaldatore (figura 3). La tecnologia chiave della sonda per ossigeno a inserimento diretto è la tenuta ad alta temperatura e il problema dell'elettrodo in materiale ceramico. Sono elencate le strutture di due tipi di sonde per ossigeno a inserimento diretto.

(1) Tubo in zirconia integrale

La forma è sviluppata a partire dal tubo in ossido di zirconio utilizzato nel metodo di campionamento e rilevamento, ovvero il tubo originale in ossido di zirconio viene allungato, in modo che l'ossido di zirconio possa essere esteso direttamente nel gas ad alta temperatura misurato. Questa struttura non deve tenere conto del problema di tenuta ad alta temperatura.

(2) Sonda per ossigeno in zirconia a inserimento diretto

A causa della necessità di inserire direttamente la zirconia nel gas di rilevamento, la lunghezza della sonda per ossigeno è più elevata: la sua lunghezza effettiva è di circa 500 mm ~ 1000 mm e la lunghezza ambientale speciale può raggiungere i 1500 mm. La precisione di prova, la stabilità di funzionamento e la durata sono tutti requisiti molto elevati, quindi la sonda per ossigeno a inserimento diretto è difficile da adottare l'intera struttura tubolare in zirconia della tradizionale sonda per ossigeno in zirconia, e adotta maggiormente la struttura della connessione tra la zirconia e il tubo di allumina con requisiti tecnici più elevati. Le prestazioni di tenuta sono una delle tecnologie più importanti di questa sonda per ossigeno in zirconia. Attualmente, il metodo di connessione più avanzato al mondo è la saldatura permanente tra zirconia e tubo di allumina, le sue prestazioni di tenuta sono eccellenti. Rispetto al metodo di rilevamento a campionamento, il rilevamento a inserimento diretto presenta evidenti vantaggi: l'ossido di zirconio è a contatto diretto con il gas e presenta i vantaggi di un'elevata precisione di rilevamento, una rapida velocità di reazione e una manutenzione ridotta.

Applicazione industriale della sonda per ossigeno

1. Applicazione della caldaia industriale e del forno di riscaldamento

Quando si utilizza la sonda per ossigeno, esistono due modi per introdurre il gas misurato: l'inserimento diretto e il rilevamento tramite campionamento. Il tempo di risposta del tipo a inserimento diretto è breve, non è necessario il riscaldatore, la struttura è semplice, le dimensioni sono ridotte e portatili, ma è necessario rilevare simultaneamente la temperatura del gas misurato. Poiché la temperatura della sonda per ossigeno è controllata dal riscaldatore, la precisione di misurazione è elevata e il funzionamento è affidabile, ma il tempo di risposta dipende dalla portata del gas.

L' analizzatore di ossigeno a inserimento diretto è stato ampiamente utilizzato per la determinazione del contenuto di ossigeno nei gas di combustione di caldaie e forni di riscaldo (Figura 4). La sonda per ossigeno utilizzata a questo scopo adotta principalmente una struttura tubolare e il tubo può essere aperto su entrambe le estremità o su una sola estremità, quest'ultima è la più comune sul mercato attualmente. Elettrodi porosi in Pt sono rivestiti sulle pareti interna ed esterna del tubo in ZrO2 e gli elettrodi interno ed esterno si estendono rispettivamente fino all'estremità del tubo, mentre fili in Ni-Cr sono collegati all'estremità del tubo come uscita del segnale, controllando così il sistema di combustione per realizzare una combustione a basso contenuto di ossigeno, raggiungendo gli obiettivi di riduzione della perdita di calore e risparmio energetico.

Installazione di un sensore di ossigeno

Un'installazione razionale è fondamentale per garantire il funzionamento affidabile del sensore di ossigeno. Molti problemi di utilizzo sono causati da un'installazione impropria del sensore di ossigeno.

1.punto di misurazione del campionamento

La determinazione del punto di misura è il lavoro principale, che dovrebbe seguire i seguenti principi:

(1) Il punto di misurazione selezionato richiede che il gas rilevato nel forno possa essere riflesso correttamente, in modo da garantire l'autenticità del segnale di uscita del sensore di ossigeno ed evitare il più possibile l'angolo morto dell'aria di ritorno;

(2) Il punto di misurazione non può essere troppo vicino al punto di combustione o all'ugello, e il gas in queste parti è in una reazione intensa, che causerà fluttuazioni e distorsioni brusche del valore di rilevamento del sensore di ossigeno; Non essere troppo vicino ad apparecchiature di generazione dell'aria come i ventilatori, per non danneggiare il sensore a causa delle vibrazioni del motore;

(3) L'invenzione può evitare di essere posizionata in una posizione di possibile collisione in modo da evitare di danneggiare la sonda per collisione e garantire la sicurezza del sensore

2. Modalità di installazione e collegamento del sensore di ossigeno

(1) L'installazione della sonda per l'ossigeno può essere orizzontale o verticale, sebbene l'installazione verticale sia ideale. Indipendentemente dal metodo adottato, la direzione della piastra di guida del tubo di campionamento della sonda deve essere il più possibile in direzione del flusso d'aria misurato e, nell'installazione iniziale, la direzione di base viene determinata conoscendo il processo. Dopo aver acceso il sistema per riscaldare la sonda, la direzione del tubo di campionamento viene ruotata e la fluttuazione del potenziale di ossigeno in uscita viene osservata tramite un multimetro digitale per determinare infine la direzione di guida migliore.

(2) Il giunto utilizzato per l'installazione del sensore di ossigeno è un giunto a flangia speciale e il cuscinetto in amianto è disposto in modo da essere pressato per garantire la tenuta, altrimenti, poiché il forno comune è a pressione negativa, la perdita nel giunto a flangia può influire sulla precisione della misurazione o causare fluttuazioni del segnale.

(3) La linea di uscita del segnale del sensore di ossigeno è preferibilmente una linea schermata per eliminare le interferenze. Il modo migliore è utilizzare due cavi bipolari, un cavo schermato bipolare per l'uscita del potenziale di ossigeno e un cavo di controllo KVV bipolare per controllare la sonda e riscaldare l'estremità di collegamento. Se le condizioni di campo non sono presenti, è possibile utilizzare un cavo KVV a 4 conduttori per collegare direttamente il segnale del potenziale di ossigeno della sonda e l'estremità di riscaldamento.

(4) La porta del gas standard della sonda per ossigeno è normalmente chiusa e viene utilizzata solo quando il gas è calibrato; la porta dell'aria di soffiaggio è collegata a una pompa dell'aria o a una tubazione dell'aria compressa; l'ingresso dell'aria della porta dell'aria di soffiaggio è generalmente controllato da una valvola, ad esempio una valvola elettromagnetica; la valvola viene aperta una volta ogni tanto, il gas viene immesso in un tubo di campionamento per l'aria di soffiaggio; la valvola viene chiusa quando la sonda viene normalmente rilevata e nessun altro gas può entrare nel tubo di campionamento. La sonda di scansione dell'aria compressa del produttore deve garantire che l'aria compressa non contenga acqua, ovvero l'aria compressa utilizzata deve essere separata dall'acqua.

Utilizzo e manutenzione dei sensori di ossigeno

1. controllo del riscaldamento del collegamento

La sonda per ossigeno con rilevamento a campionamento può funzionare normalmente solo dopo aver collegato il sensore di ossigeno al controllo del riscaldamento e l'uscita a freddo è un segnale casuale, che non ha alcun significato. Dopo aver collegato il sensore di ossigeno al controllo del riscaldamento, il normale rilevamento del gas può essere avviato a temperatura ambiente. L'azzeramento generale della sonda avviene a temperatura ambiente. Dopo aver riscaldato la sonda, tramite la misurazione dell'aria, il multimetro digitale viene utilizzato per misurare il valore in millivolt di uscita della sonda in questo momento. Questo valore è il valore della deviazione dalla posizione zero della sonda. La deviazione dalla posizione zero deve essere aggiunta allo strumento di visualizzazione per correggere la concentrazione di ossigeno visualizzata dallo strumento.

2. Considerazioni sull'installazione o la sostituzione di un sensore di ossigeno

Quando si installa o si sostituisce un sensore di ossigeno, è necessario correggere il valore di concentrazione di ossigeno visualizzato dall'analizzatore. Senza questa correzione, la concentrazione di ossigeno rilevata dall'analizzatore potrebbe discostarsi dalla concentrazione effettiva dopo la sostituzione del nuovo sensore, influenzando così la misurazione.

3. Il principio e il metodo di correzione della concentrazione di ossigeno.

L'uscita del sensore di ossigeno è la concentrazione del gas misurato e il valore del potenziale di differenza dell'aria standard, che chiamiamo potenziale di ossigeno, questo valore di potenziale al punto zero (ovvero, misurazione dell'aria), la diversa deviazione del potenziale di uscita iniziale della sonda e il potenziale di uscita attraverso la conversione del modello della concentrazione di ossigeno in uscita possono essere errori, quindi nell'analizzatore di ossigeno per calibrare il segnale della sonda è un lavoro molto necessario, altrimenti, la concentrazione di ossigeno e la concentrazione di gas misurata effettiva esisteranno una grande deviazione, non possono soddisfare le esigenze della produzione sul campo, anche fuorviando il controllo dell'influenza della produzione.

La correzione specifica viene solitamente eseguita tramite gas standard, il metodo consiste nell'introdurre nella sonda il gas standard confermato dalla misurazione attraverso la porta del gas standard, vengono misurati il ​​potenziale di ossigeno in uscita e la concentrazione di ossigeno visualizzata dallo strumento in questo momento, la concentrazione di ossigeno visualizzata dallo strumento dovrebbe essere la stessa della concentrazione del gas standard, se c'è qualche deviazione, il parametro lineare dello strumento viene corretto, la misurazione standard richiede almeno tre diversi sistemi di calibrazione del gas standard di concentrazione, in modo che la linearità del sistema venga corretta ripetutamente attraverso tre volte di calibrazione e venga garantito il normale funzionamento del sistema.

4. Effetto dell'accumulo di polvere sul sensore di ossigeno e sul metodo di spurgo e pulizia

Poiché il sensore di ossigeno è un dispositivo di rilevamento e misurazione online a lungo termine, la polvere prodotta dalla caldaia e da altre apparecchiature (in particolare il forno a combustione di carbone o il forno a combustione di polvere, ecc.) bloccherà la tubazione di campionamento del gas, con conseguente distorsione numerica della misurazione, anche se non è possibile misurare, in questo momento, è necessario scansionare regolarmente la polvere nel tubo di campionamento, la lunghezza e la durata del tempo di scansione per determinare il grado di deposizione delle ceneri, questo tipo di metodo di spazzamento richiede che l'analizzatore di ossigeno abbia la funzione corrispondente o il dispositivo di manutenzione del sensore di ossigeno corrispondente, in caso contrario questi dispositivi possono installare solo valvole manuali per controllare l'aria compressa o la pompa dell'aria per entrare regolarmente nella porta di soffiaggio per spolverare la sonda, ma in questo momento è necessario prestare attenzione alle seguenti situazioni:

(1) Poiché il potenziale di ossigeno del sensore di ossigeno diminuirà durante il processo di spurgo, il valore più basso possibile sarà ridotto a 1, 2 mV, in questo momento il potenziale di ossigeno rilevato non rappresenta l'atmosfera nel forno, questo punto deve essere notato.

(2) La portata dell'aria di pulizia deve garantire la rimozione della fuliggine; il valore di uscita del potenziale di ossigeno del sensore di ossigeno può essere rilevato durante la pulizia. Se il valore del potenziale di ossigeno non è diminuito, significa che la portata dell'aria è troppo bassa, la polvere non è stata rimossa e la tubazione di pulizia deve essere regolata o controllata.

(3) Il canale dell'apertura di soffiaggio è direttamente in comunicazione con il forno e, una volta terminato il soffiaggio, la valvola deve essere chiusa, il foro di soffiaggio deve essere bloccato e l'aria a pressione negativa nel forno deve essere impedita di entrare, il che influenzerà il rilevamento del sensore di ossigeno

Il sensore di ossigeno deve essere considerato un componente di rilevamento separato quando si analizza la qualità del sensore. Quando si rileva il potenziale di ossigeno del sensore di ossigeno, tutti i cavi collegati al sensore di ossigeno devono essere scollegati e il potenziale di ossigeno viene rilevato direttamente all'estremità di uscita del sensore di ossigeno da un misuratore digitale ad alta resistenza interna. Rilevando il potenziale di ossigeno, i valori vengono confrontati con quelli di normale utilizzo.

Funzionamento effettivo

Dal 2003, il forno di cracking del nostro impianto è dotato di un analizzatore di zirconia ad alta temperatura ZGP2+ZDT a inserimento diretto, utilizzato principalmente per la misurazione del contenuto di ossigeno nei gas di scarico. Questo analizzatore partecipa al controllo della combustione del forno di cracking e il suo funzionamento è stabile e affidabile. Nel maggio 2005, si è riscontrato che la deviazione del valore indicato era relativamente ampia, tutte le deviazioni erano positive, è stata riscontrata una perdita nel percorso del gas, il gas di punto zero è stato trasferito sul percorso del gas standard ed è stata riscontrata una perdita nel misuratore di portata a rotore. A causa della pressione negativa nel sistema di misura, l'aria esterna entra, poiché la frazione volumetrica di ossigeno nell'aria è elevata, il valore misurato è elevato e il processo è normale. Di seguito sono riassunti alcuni punti da tenere in considerazione nella pratica:

⑴Il tubo di zirconio deve funzionare normalmente a 750°C, quindi lo strumento deve mantenere una temperatura costante

⑵Nessuna perdita dalle condotte del gas

⑶Mantenere la pressione dell'iniettore stabile a 0,15 MPa

⑷ La fonte di gas di espulsione deve essere chiusa quando si controlla il gas standard e aperta durante la misurazione.

⑸La presenza di H2, CO, CH4 e altri gas combustibili nel gas di misurazione renderà il risultato della misurazione inferiore.

Conclusione

Lo strumento di misurazione dell'ossigeno in zirconia presenta i seguenti vantaggi: struttura semplice, tempi di risposta brevi, ampio intervallo di misurazione, elevata temperatura di utilizzo, funzionamento affidabile, installazione comoda, manutenzione ridotta, ecc.

Per questo motivo è stato ampiamente utilizzato nella metallurgia, nell'industria chimica, nell'energia elettrica, nella ceramica, nell'industria automobilistica, nella protezione ambientale e in altri settori industriali.