עקרון עבודה ותחזוקה של מנתח חמצן זירקוניה

סוג מבנה ועקרון עבודה של גשש חמצן זירקוניה

בהתאם לשיטות הגילוי השונות, גלאי חמצן זירקוניה מחולקים לשתי קטגוריות: גלאי חמצן לגילוי דגימה וגלאי חמצן להחדרה ישירה.

1. בדיקת חמצן מסוג דגימה

אופן גילוי הדגימה הוא שהגז הנמדד מובל לתא גילוי תחמוצת זירקוניום דרך צינור הנחיה, ותחמוצת הזירקוניום מחוממת לטמפרטורת העבודה (מעל 750 מעלות צלזיוס) דרך גוף חימום. זירקוניה בדרך כלל מאמצת צורה צינורית, והאלקטרודה מאמצת אלקטרודת פלטינה נקבובית. להמצאה יתרונותיה בכך שהיא אינה מושפעת מטמפרטורת הגז המזוהה, וניתן לזהות את תכולת החמצן בגזים בטמפרטורות שונות על ידי אימוץ צינורות הנחיית זרימה שונים, והגמישות מיושמת בהרבה גילוי מקוון תעשייתי. החיסרון הוא זמן תגובה איטי. המבנה מורכב, מה שיכול להשפיע בקלות על דיוק הגילוי. צינור הדגימה קל להיסתם כאשר יש יותר זיהומים בגז המזוהה. אלקטרודת הפלטינה הנקבובית רגישה לקורוזיה של גופרית וארסן בגז ולחסימה של אבק דק. גוף החימום מחומם בדרך כלל באמצעות חוט חשמלי, ואורך חייו קצר.

כאשר הטמפרטורה של הגז שזוהה נמוכה (0-650 מעלות צלזיוס) או שהגז שזוהה נקי, שיטת גילוי מסוג דגימה מתאימה, כגון מדידת חמצן על ידי מכונה לייצור חנקן ומדידת חמצן במעבדה וכו'.

2. החדרה ישירה לגילוי חמצן גשש

גילוי באמצעות החדרה ישירה הוא שזירקוניה מוחדרת ישירות לגז הנמדד בטמפרטורה גבוהה כדי לזהות ישירות את תכולת החמצן בגז. שיטת הגילוי מתאימה לטמפרטורת הגז שזוהה ב-700°C~1150°C (ניתן להשתמש במבנה מיוחד גם לטמפרטורה גבוהה של 1400°C). הטמפרטורה הגבוהה של הגז הנמדד משמשת כדי להביא את הזירקוניה להגיע לטמפרטורת עבודה ללא שימוש בגוף חימום (איור 3). הטכנולוגיה המרכזית של גלאי חמצן המוכנסים ישירות היא איטום בטמפרטורה גבוהה ובעיית האלקטרודה של חומר קרמי. מפורטים שני סוגים של גלאי חמצן המוכנסים ישירות.

(1) צינור זירקוניה אינטגרלי

הצורה מפותחת מצורת צינור תחמוצת הזירקוניום המשמש בשיטת גילוי הדגימה, כלומר, צינור תחמוצת הזירקוניום המקורי מוארך, כך שניתן להאריך את תחמוצת הזירקוניום ישירות לתוך הגז הנמדד בטמפרטורה גבוהה. מבנה זה אינו צריך להתחשב בבעיית איטום בטמפרטורה גבוהה.

(2) גשש חמצן זירקוניה להחדרה ישרה

בשל הצורך להחדיר זירקוניה ישירות לגז הגילוי, לאורך של גלאי החמצן נדרשות דרישות גבוהות יותר, אורכו האפקטיבי הוא כ-500 מ"מ ~ 1000 מ"מ, והאורך הסביבתי המיוחד יכול להגיע ל-1500 מ"מ. דיוק הבדיקה, יציבות העבודה וחיי השירות הם כולם דרישות גבוהות מאוד, ולכן גלאי החמצן המוכנס ישירות קשה לאמץ את כל מבנה הצינורות הזירקוניה של גלאי החמצן הזירקוניה המסורתיים, ויותר אנשים מאמצים את מבנה החיבור בין הזירקוניה לצינור האלומינה עם דרישות טכניות גבוהות יותר. ביצועי האיטום הם אחת הטכנולוגיות החשובות ביותר של גלאי חמצן זירקוניה זה. כיום, דרך החיבור המתקדמת ביותר בעולם היא ריתוך צינורות זירקוניה ואלומינה יחד לצמיתות, ביצועי האיטום שלה מצוינים, בהשוואה לשיטת גילוי הדגימה, לגילוי בהחדרה ישירה יש יתרונות ברורים: תחמוצת הזירקוניה באה במגע ישיר עם הגז, ויש לה יתרונות של דיוק גילוי גבוה, מהירות תגובה מהירה וכמות תחזוקה קטנה.

יישום תעשייתי של גשש חמצן

1. יישום של דוד תעשייתי ותנור חימום

כאשר משתמשים בגשש חמצן, ישנן שתי דרכים להחדרת הגז הנמדד, כלומר החדרה ישירה וגילוי דגימה. זמן התגובה של סוג ההחדרה הישירה קצר, אין צורך בגוף חימום, המבנה פשוט, הגודל קטן ונייד, אך נדרשת זיהוי בו זמנית של טמפרטורת הגז הנמדד. מכיוון שטמפרטורת גשושית החמצן נשלטת על ידי הגוף, דיוק המדידה גבוה והפעולה אמינה, אך זמן התגובה תלוי בקצב הזרימה של הגז.

מנתח החמצן המוכנס ישירות נמצא בשימוש נרחב בקביעת תכולת החמצן בגזי פליטה של ​​דוודים ותנורי חימום חוזר (איור 4). גלאי החמצן המשמש למטרה זו מאמצ בעיקר מבנה צינורי, וניתן לפתוח את הצינור בשני קצוותיו או בקצה אחד, האחרון הוא הנפוץ ביותר בשוק כיום. אלקטרודות Pt נקבוביות מצופות על הדפנות הפנימיות והחיצוניות של צינור ZrO2, והאלקטרודות הפנימיות והחיצוניות בהתאמה נמשכות עד קצה הצינור, וחוטי NiCr מחוברים בקצה הצינור כפלט אות, ובכך שולטים במערכת הבעירה כדי להשיג בעירה נמוכה של חמצן, להשיג את המטרות של הפחתת אובדן חום וחיסכון באנרגיה.

התקנה של חיישן חמצן

התקנה סבירה היא המפתח להבטחת פעולה אמינה של חיישן חמצן. בעיות שימוש רבות נגרמות עקב התקנה לא נכונה של חיישן חמצן.

1. נקודת מדידה לדגימה

קביעת נקודת המדידה היא העבודה העיקרית, אשר צריכה לפעול לפי העקרונות הבאים:

(1) נקודת המדידה שנבחרה דורשת שהגז שזוהה בכבשן יוחזר בצורה נכונה, על מנת להבטיח את האותנטיות של אות הפלט של חיישן החמצן ולהימנע ככל האפשר מזווית מתה של אוויר חוזר;

(2) נקודת המדידה לא יכולה להיות קרובה מדי לנקודת הבעירה או לפיה, והגז בחלקים אלה יתפקד בתגובה עזה, מה שיגרום לשינויים ועיוות חדים בערך זיהוי חיישן החמצן; אין להיות קרוב מדי לציוד המייצר אוויר כגון מאווררים, כדי לא לפגוע בחיישן מרעידות המנוע;

(3) ההמצאה יכולה למנוע הצבה במצב של התנגשות אפשרית כדי למנוע נזק לגשוש כתוצאה מהתנגשות ולהבטיח את בטיחות החיישן.

2. התקנה וחיבור של חיישן חמצן

(1) ניתן להתקין את גלאי החמצן במצב אופקי או אנכי, כאשר ההתקנה האנכית היא אידיאלית. לא משנה באיזו דרך נבחרת, כיוון לוח ההכוונה של צינור הדגימה של הגלאי צריך להיות ככל האפשר בכיוון זרימת האוויר הנמדדת, ובהתקנה הראשונית, הכיוון הבסיסי נקבע על ידי הכרת התהליך. לאחר הפעלת המערכת לחימום הגלאי, כיוון צינור הדגימה מסובב, והתנודות בפוטנציאל החמצן ביציאה נצפות על ידי רב-מודד דיגיטלי כדי לקבוע סופית את כיוון ההכוונה הטוב יותר.

(2) המפרק המשמש להתקנת חיישן החמצן הוא מפרק אוגן מיוחד, ומשטח האזבסט מסודר כך שילחץ על מנת להבטיח את האיטום, אחרת, מכיוון שכבשן רגיל נמצא לחץ שלילי, הדליפה במפרק האוגן עלולה להשפיע על דיוק המדידה או לגרום לתנודות באות.

(3) רצוי שקו היציאה של חיישן החמצן יהיה קו מסוכך כדי למנוע הפרעות. הדרך הטובה ביותר היא להשתמש בשני כבלים דו-ליבים, כבל מסוכך דו-ליבי אחד לפלט את פוטנציאל החמצן, וכבל בקרה KVV דו-ליבי אחד כדי לשלוט על הגשושית ולחמם את קצה החיבור. אם תנאי השטח אינם קיימים, ניתן להשתמש בכבל KVV בעל 4 ליבות ישירות כדי לחבר את אות פוטנציאל החמצן של הגשושית ואת קצה החימום.

(4) פתח הגז הסטנדרטי של חיישן החמצן סגור בדרך כלל, ומשמש רק כאשר הגז מכויל; פתח אוויר הנשיפה מחובר למשאבת אוויר או לצינור אוויר דחוס, כניסת האוויר של פתח אוויר הנשיפה נשלטת בדרך כלל על ידי שסתום כגון שסתום אלקטרומגנטי, השסתום נפתח פעם אחת בפרק זמן מסוים, הגז מוכנס לתוך צינור דגימה של גז, השסתום נסגר כאשר חיישן החמצן מזוהה בדרך כלל, וגז אחר לא יכול להיכנס לצינור הדגימה. חיישן סריקת האוויר הדחוס של היצרן חייב לוודא שהאוויר הדחוס אינו מכיל מים, כלומר, האוויר הדחוס המאומץ חייב להיות מופרד מהמים.

שימוש ותחזוקה של חיישני חמצן

1. חיבור בקרת חימום

גלאי חמצן מסוג גילוי דגימה יכול לפעול כרגיל רק לאחר חיבור חיישן החמצן לבקרת החימום, והפלט במצב קר הוא אות אקראי, שאין לו משמעות כלשהי. לאחר חיבור חיישן החמצן לבקרת החימום, ניתן להתחיל את גילוי הגז הרגיל בטמפרטורת החדר. איפוס הגלאי הכללי הוא בטמפרטורת החדר. לאחר חימום הגלאי, באמצעות מדידת אוויר, משתמשים במולטימטר דיגיטלי כדי למדוד את ערך המילי-וולט של הגלאי בשלב זה. ערך זה הוא ערך סטיית האפס של הגלאי. יש להוסיף את סטיית האפס למכשיר התצוגה כדי לתקן את ריכוז החמצן המוצג על ידי המכשיר.

2. שיקולים בעת התקנה או החלפה של חיישן חמצן

בעת התקנה או החלפה של חיישן חמצן, יש לתקן את ערך תצוגת ריכוז החמצן של מנתח החמצן. ללא עבודה זו, ריכוז החמצן שייזהר על ידי מנתח החמצן עלול לסטות מהריכוז בפועל לאחר החלפת החיישן החדש, ובכך להשפיע על המדידה.

3. עקרון התיקון ושיטת ריכוז החמצן.

הפלט של חיישן החמצן הוא ריכוז הגז הנמדד וערך פוטנציאל הפרש האוויר הסטנדרטי, שאנו מכנים פוטנציאל חמצן. ערך פוטנציאל זה בנקודת האפס (כלומר, מדידת אוויר), שונה מפוטנציאל הפלט ההתחלתי של הגשוש, ופוטנציאל הפלט באמצעות המרת המודל של ריכוז החמצן בפלט עשוי להיות שגיאה, כך שבמנתח החמצן, כיול אות הגשוש הוא עבודה הכרחית מאוד, אחרת, ריכוז החמצן וריכוז הגז הנמדד בפועל תהיה סטייה גדולה, לא יוכלו לענות על צרכי הייצור בשטח, ואפילו שליטה מטעה על השפעת הייצור.

התיקון הספציפי מתבצע בדרך כלל על ידי גז סטנדרטי. השיטה היא שהגז הסטנדרטי שאושר על ידי המדידה מוחדר לגשוש דרך פתח הגז הסטנדרטי. פוטנציאל החמצן ביציאה וריכוז החמצן בתצוגת המכשיר נמדדים בשלב זה. ריכוז החמצן בתצוגת המכשיר צריך להיות זהה לריכוז הגז הסטנדרטי. אם יש סטייה כלשהי, הפרמטר הליניארי של המכשיר מתוקן. המדידה הסטנדרטית דורשת לפחות שלוש מערכות כיול שונות של גז סטנדרטי, כך שהלינאריות של המערכת מתוקנת שוב ושוב באמצעות שלוש פעמים של כיול, ותהיה בטוחה לפעולה תקינה של המערכת.

4. השפעת הצטברות אבק על חיישן חמצן ושיטת הטיהור והניקוי

מכיוון שחיישן החמצן הוא מכשיר לגילוי ומדידה מקוון לטווח ארוך, האבק המיוצר על ידי הדוד וציוד אחר (במיוחד תנור שריפת פחם או תנור שריפת אבקה וכו') יחסום את צינור הדגימה המנחה את הגז, וכתוצאה מכך עיוות מספרי של המדידה, אפילו לא ניתן למדוד. בשלב זה, יש צורך לסרוק באופן קבוע את האבק בצינור הדגימה, את אורך ואורך זמן הסריקה כדי לקבוע את מידת שקיעת האפר. שיטת סריקה מסוג זה דורשת שלמנתח החמצן יש את הפונקציה המתאימה או התקן תחזוקה תואם של חיישן חמצן. אם לא, מכשירים אלה יכולים להתקין רק שסתומים ידניים כדי לשלוט על האוויר הדחוס או משאבת האוויר שנכנסת באופן קבוע לפתח הנשיפה כדי לאבק את הגשוש, אך בשלב זה יש לשים לב למצבים הבאים:

(1) מכיוון שפוטנציאל החמצן של חיישן החמצן יורד בתהליך הניקוי, יש להפחית את הפוטנציאל הנמוך ביותר ל-1.2 מיליוולט, בשלב זה פוטנציאל החמצן שזוהה אינו מייצג את האטמוספירה בכבשן, ויש לציין נקודה זו.

(2) קצב הזרימה של האוויר הגורף צריך להבטיח שניתן יהיה להסיר את הפיח, וניתן יהיה להבחין בערך הפלט של פוטנציאל החמצן של חיישן החמצן במהלך הטאטא. אם ערך פוטנציאל החמצן לא ירד, זה מראה שקצב הזרימה של האוויר קטן מדי, האבק לא נוקה, ויש לכוונן או לבדוק את צינור הטאטא.

(3) תעלת פתח הניפוח מחוברת ישירות לתנור, ולאחר סיום הניפוח יש לסגור את השסתום, לחסום את פתח הניפוח ולמנוע כניסת אוויר בלחץ שלילי לתנור, דבר שישפיע על גילוי חיישן החמצן.

יש להתייחס לחיישן החמצן כרכיב גילוי נפרד בעת ניתוח איכות החיישן. בעת גילוי פוטנציאל החמצן של חיישן החמצן, יש לנתק את כל החוטים המחוברים לחיישן החמצן, ופוטנציאל החמצן מזוהה ישירות בקצה המוצא של חיישן החמצן על ידי מד דיגיטלי בעל התנגדות פנימית גבוהה. על ידי גילוי פוטנציאל החמצן, הערכים מושווים לאלו של שימוש רגיל.

פעולה בפועל

מאז 2003, תנור הפיצוח של המפעל שלנו אימץ את מנתח הזירקוניה ZGP2+ZDT בטמפרטורה גבוהה המוכנס ישירות, המשמש בעיקר למדידת תכולת החמצן בגז הפליטה, משתתף בבקרת הבעירה של תנור הפיצוח, והפעולה יציבה ואמינה. במאי 2005, נמצא כי הסטייה מהערך המצוין גדולה יחסית, כולם סטיות חיוביות, נקבע כי נתיב הגז דולף, גז נקודת האפס מועבר בנתיב הגז הסטנדרטי, ונמצאה דליפה ממד הזרימה של הרוטור. עקב הלחץ השלילי במערכת המדידה, אוויר חיצוני נכנס, מכיוון שחלק הנפח של חמצן באוויר גבוה, הערך הנמדד גבוה, והעיבוד תקין. מספר נקודות לתשומת לב בפועל מסוכמות:

⑴ צינור זירקוניום נדרש לעבוד כרגיל בטמפרטורה של 750 מעלות צלזיוס, כך שהמכשיר צריך לשמור על טמפרטורה קבועה

⑵אין דליפה מצינורות גז

⑶שמור על לחץ המזרק יציב על 0.15MPa

⑷ יש לסגור את מקור הגז המפלט בעת בדיקת הגז הסטנדרטי ולפתוח אותו במהלך המדידה.

⑸ נוכחותם של H2, CO, CH4 וגזים דליקים אחרים בגז המדידה תפחית את תוצאת המדידה.

מַסְקָנָה

מכשיר מדידת חמצן זירקוניה כולל יתרונות של מבנה פשוט, זמן תגובה קצר, טווח מדידה רחב, טמפרטורת שימוש גבוהה, פעולה אמינה, התקנה נוחה, תחזוקה מועטה וכו'.

לכן, הוא נמצא בשימוש נרחב במטלורגיה, בתעשייה הכימית, בחשמל, בקרמיקה, ברכב, בהגנת הסביבה ובמחלקות תעשייתיות אחרות.