淺談空分系統(tǒng)中在線分析儀的原理及維護

1、<p>　　淺談空分系統(tǒng)中在線分析儀的原理及維護</p><p>　　[摘 要]由于電子、化工、冶金等行業(yè)對高純氣體的大量需求，空分設(shè)備不僅僅生產(chǎn)工業(yè)氧、氮， 同時生產(chǎn)5N級的高純氮、高純氧、高純氬等其它高純氣體，為保證氣體產(chǎn)品的質(zhì)量， 必須嚴格控制中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品微量雜質(zhì)的含量， 這就對在線氣體分析儀的檢測靈敏度、測量精度、穩(wěn)定性和使用壽命提出了更高的要求， 同時由于總體環(huán)境的惡化， 空分生產(chǎn)過程中

2、必須加強對大氣、液氧、液空中碳氫化合物、N2O 等其它危險物的含量進行在線監(jiān)控， 以保證空分的安全長期運行。因此， 如何使用、維護好氣體分析儀器對空分企業(yè)的安全生產(chǎn)、質(zhì)量管理具有重要的意義。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]在線分析儀 工作原理 選型配置 日常維護 </p><p>　　中圖分類號：TN657.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）14-0374-01

3、 </p><p>　　1.常用各儀表的分析原理 </p><p>　　1.1 二氧化碳分析儀的分析原理 </p><p>　　常見CO2分析儀的分析原理多為非分散紅外發(fā)光法， 是基于不同氣體分子在紅外區(qū)域吸收的波長不同。單元素組成的氣體分子如H2 、N2 、O2 或單原子分子He、Ar 等沒有偶極， 是非極性分子， 在紅外波段區(qū)對光沒有吸收，；而由異原子組成的氣體

4、分子（CO2） 在中紅外波段區(qū)4.26μ和14.99μ處對光具有很強的吸收， 吸收的能量△E與氣體濃度有對應(yīng)的線性關(guān)系， 將吸收的能量△E 通過電路轉(zhuǎn)換可得出CO2的濃度。典型的國外有ULTRMAT6、Servemex4100、IR7000 等系列， 國內(nèi)有北分、川儀等系列紅外分析儀。 </p><p>　　1.2 氧分析儀的分析原理 </p><p>　　在空分生產(chǎn)過程中， 氧含量的檢測

5、通常都是一個主要的檢測項目， 包括純氧、常量氧、微量氧、痕量氧的檢測。氧氣的檢測方法主要有順磁式和電化學(xué)式分析， 順磁式氧分析儀因檢測器的差異又可分為磁壓式氧分析儀、磁力機械式氧分析儀和磁熱式氧分析儀。常用的磁壓式氧分析儀是利用氧的順磁特性， 當(dāng)兩種氧濃度不同的氣體在磁場中相遇時， 他們之間產(chǎn)生一個壓力差， 將這一壓力差轉(zhuǎn)換成電流信號可讀出氧的濃度。該類型儀器的特點是響應(yīng)時間短、穩(wěn)定性好、準確度高，缺點是儀器在分析過程中需要消耗參比氣。

6、而電化學(xué)式分析儀又分為氧化鋯分析儀、燃料電池分析儀和電解池式分析儀；常用的電解池式分析儀表內(nèi)部有一個陽極、電解質(zhì)、空氣陰極和控制O2向陰極滲透的阻隔器，在空氣陰極處，O2被還原成氫氧根離子，之后這些負離子與陽極金屬發(fā)生反應(yīng)。 </p><p>　　1.3 碳氫化合物分析原理 </p><p>　　在線碳氫化合物分析儀一般為帶氫火焰檢測器（ FID）的氣相色譜儀和帶放電檢測器（DID）的氣相

7、色譜儀，DID色譜儀的檢測靈敏度很高，一般可達到ppb級，這對液氧中痕量的C2H2、N2O等有害物質(zhì)的檢測是極有利的，但DID色譜儀用高純He作載氣，成本較高；而 FID色譜儀用N2作為載體，使用和維護的成本都比DID的氣相色譜儀低很多，并且它對幾乎所有揮發(fā)性的有機化合物均有響應(yīng)，所以成為應(yīng)用最廣泛的氣相色譜檢測器。FID的工作原理是以氫氣在空氣中燃燒為能源，載氣（N2）攜帶被分析組分和可燃氣（H2）從噴嘴進入檢側(cè)器，助然氣（空氣）從四

8、周導(dǎo)入，被測組分在火焰中被解離成正負離子，在極化電壓形成的電場中，正負離子向各自相反的電極移動，形成的離子流被收集極收、輸出，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)化，放大器便獲得可測量的電信號。 </p><p>　　1.4 氬餾分中氬含量分析原理 </p><p>　　氬餾分是制造粗氬的原料氣，掌握氬餾分的成分組成，對調(diào)整粗氬塔的正常工作，指導(dǎo)氬塔和主塔操作十分重要。根據(jù)工藝計算，氬餾分的最佳組成為Ar：9%～10

9、%，O2：約90%，N2<100*10-6V/V。在線氬餾分中氬含量分析檢測多為熱導(dǎo)式分析儀，它通過測量混合氣體熱導(dǎo)率的變化來實現(xiàn)被測組分濃度的測量。但由于氣體的熱導(dǎo)率很小，變化量更小，所以很難直接準確的測量出來，工業(yè)上把混合氣體（Ar+O2）通過熱導(dǎo)電池，把熱導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為熱敏元件電阻的變化，電阻值的變化比較容易精確地測量出來。比較典型的國外有CALOMAT6、2000 TA 等，國內(nèi)有RQD102、EN600 等系列氬分析儀

10、。 </p><p>　　1.5 氬中微量氮含量分析原理 </p><p>　　微量氮分析儀用來監(jiān)測精氬中的微量氮含量，氬中微量氮分析儀的原理是運放射源放電過程中離子相對運動的特性，在儀表的分析測量室內(nèi)有弱放射源，弱放射源使通過單元的一些氣體離子化，運動的氬離子和氮離子產(chǎn)生活動性差異。這些差異可以用電子方式測量并轉(zhuǎn)化分析出氬氣流中的氮氣含量。比較典型的儀器國外有GM1000、K2001、M

11、ODELD 等系列儀器。 </p><p>　　1.6 氬中微量氧含量分析原理 </p><p>　　微量氧的測量方法很多，目前應(yīng)用廣泛的按測量原理的不同，可分為原電池型和氧化鋯型分析儀。原電池型分析儀是通過陰陽電極上發(fā)生的氧化-還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流來確定的，一般氧分子在陰極被還原成氫氧根離子， 在陽極氫原子被氧化，產(chǎn)生的電流與樣氣中氧含量成比例。由于原電池型分析儀測量精度高，價格適中，維護

12、工作量少，傳感器更換方便而被廣泛應(yīng)用，但傳感器易污染，影響使用壽命；而氧化鋯型微量氧分析儀傳感器不怕空氣污染，但價格較高。 </p><p>　　2.在線分析儀表的使用維護需注意以下事項 </p><p>　　（1）儀表在投運前必須先吹掃管道，并且盡可能的把儀表端頭脫開長時間吹掃，把管道內(nèi)的灰塵雜質(zhì)吹掃干凈；分析儀器的損壞多是在剛投運時樣氣中有雜物造成，故建議在分析儀器安裝時考慮在進氣端加

13、裝一個氣體過濾器來保護儀表。 </p><p>　?。?）儀表不可在無樣氣或參比氣的情況下通電，應(yīng)按要求連接管道，先氣后電。 </p><p>　?。?）儀表在標(biāo)定時，不可在顯示值還不穩(wěn)定時標(biāo)定；在示值與設(shè)定值相差過大時，應(yīng)耐心等待示值趨近且穩(wěn)定后方可標(biāo)定，也可分步標(biāo)定，否則儀表會出現(xiàn)故障報警；即使儀表標(biāo)定成功也會有很大的誤差。 </p><p>　?。?）若儀表在

14、工作中出現(xiàn)檢測值波動或有偏差時，先不要著急著標(biāo)定儀表，先檢查樣氣或參比氣壓力和管道連接處是否有漏氣現(xiàn)象，處理后看測量值是否回到正常狀態(tài)，如果還不準確先通入標(biāo)氣檢測，若儀表不能回到正常值則說明需重新標(biāo)定儀表，反之若儀表能回到正常值則說明此時的測量值就是樣氣的真實值，需調(diào)整生產(chǎn)工況來提高產(chǎn)品質(zhì)量。 </p><p>　?。?）為減少氣體測量的滯后性，在保證測量流量的同時應(yīng)盡可能的開大旁路流量。 </p>

15、<p>　　（6）在線分析系統(tǒng)中，有很多儀表都用燃料電池型來分析，而燃料電池易被空氣污染，所以裝有燃料電池的分析儀應(yīng)特別注意氣體密封，建議在儀表進出氣體管道上加裝截止閥，保護燃料電池；如果長時間使用的燃料電池儀表難以校準時應(yīng)考慮跟換新的燃料電池。 </p><p>　?。?）分析儀器所處環(huán)境最佳保持在20℃左右，經(jīng)驗表明分析儀表受氣溫的影響比較大，氣溫高誤差大 ，在炎熱的夏天，很多次懷疑分析儀表有問題

16、，但是一遇到氣溫下降，分析儀表立即正常；并且在線分析儀器多為貴重儀器，所以給分析儀器提供一個合適的環(huán)境是很有必要的，條件許可應(yīng)在分析室配置空調(diào)。 </p><p><b>　　3.結(jié)語 </b></p><p>　　化工、冶金等行業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了空分生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)向了大型化、專業(yè)化和自動化，為適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，就要求對空分生產(chǎn)質(zhì)量將進行更科學(xué)的嚴格管控；本文詳細介紹