氧分析仪是一种工业过程分析仪表,主要用于各种工业过程混合气体中氧含量检测。多应用于石油、空分、化工流程、磁性材料、高温烧结炉保护气体、电子行业保护性气体以及玻璃、建材行业等行业。
根据不同的工况工艺,有不同原理的氧分析仪,具体分为电化学式氧分析仪(又名燃料电池法氧分析仪)、氧化锆氧分析仪、磁氧分析仪(又名顺磁氧分析仪)、激光式氧分析仪,不同原理的氧分析仪,各自有着不同的优缺点。
1、标准规范
①SH/T3005-2016《石油化工自动化仪表选型设计规范》
9.2.4 氧分析仪的选型应符合下列规定:
a)常用的氧分析仪有电化学式氧分析仪、顺磁式氧分析仪和氧化锆式氧分析仪;
b)顺磁式氧分析仪宜用于测量百分数级氧含量;
c)电化学式氧分析仪宜用于测量高纯度气体(如氢气、氮气、氧气等)中10-6级的氧含量,不宜用于酸性气体工况;
d)氧化锆式氧分析仪宜用于测量工业炉烟道气或炉膛气0%~25%的氧含量。当背景气中含烃类、CO、H2等可燃性气体(或还原气体)和硫及其他酸雾、且伴有火苗及强气流冲击时,不宜选用氧化锆式氧分析仪。
②SH/T3174-2017《石油化工在线分析仪系统设计规范》
6.1.3 氧分析仪
a)常用的氧分析仪有电化学式氧分析仪、顺磁式氧分析仪和氧化锆式氧分析仪:
b)氧化锆式氧分析仪宜用于测量工业炉烟道气或炉膛气0-25%的氧含量,不宜用于测量背景气中含烃类的样品:
c)电化学式氧分析仪宜用于测量高纯度气体(如氢气、氯气、氧气等)10-6 、10-9级的氧含量:
d)顺磁式氧分析仪宜用于测量百分数级氧含量。
2、氧分析仪工作原理及特定应用场景
①氧化锆
氧化锆应用在焚烧炉(TO,RTO,TO&RTO),加热炉,特殊再生器等。
氧化锆(ZrO2)是一种陶瓷,一种具有离子导电性质的固体。在常温下为单斜晶体,当温度升高到一定温度时,晶型转变为立方晶体,同时约有 7%的体积收缩;当温度降低时,又变为单斜晶体。若反复加热与冷却,ZrO2就会破裂。
因此,纯净的ZrO2不能用作测量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化钙(CaO) 或氧化钇(Y2O3)作稳定剂,再经过高温焙烧,则变为稳定的氧化锆材料,这 时,四价的锆被二价的钙或三价的钇置换,同时产生氧离子空穴,所以ZrO2属于阴离子固体电解质。ZrO2主要通过空穴的运动而导电,当温度达到600℃以上时,ZrO2就变为良好的氧离子导体。
②顺磁氧分析仪
顺磁氧分析仪常量氧分析仪应用于大部分场景。
顺磁式氧分析仪,是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多,在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中氧含量的分析仪器。它一般分为热磁对流式、磁力机械式和磁压力式氧分析仪三种。
③电化学氧分析仪
电化学氧分析仪应用在脱氢反应工序及其它场景。
电化学氧气分析仪的的核心元件是一个电化学氧气传感器。常见的电化学氧气传感器由一个传感电极(或工作电极)和一个对电极组成,两个电极间有一层薄薄的电解液。要检测的气体先通过一个小的毛细口传感器,然后通过一个疏水膜扩散进入,最终到达电极表面。传感器的结构设计保证会有适量的气体进入与感应电极反应产生足够的电信号,并同时防止电解液泄漏出传感器。通过疏水膜扩散进入传感器里的气体在感应电极发生氧化/还原反应,电极间连接一个电阻,这样,阴极和阳极间会产生一个与氧浓度成正比的电流。通过检测这个电流,就反应出气体中的氧浓度。
④激光氧分析仪
激光氧分析仪主要在环保领域废液焚烧技术的氧含量检测。
激光气体分析仪采用的是TDLAS光谱吸收技术,通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。TDLA技术是一种高分辨率的光谱吸收技术。相对于红外的气体分析仪,激光抗干扰性强很多,不受H2O和CO2含量的影响,测量更准确。
在典型工艺丙烷脱氢(PDH),异丁烷脱氢(BDH),混合烷烃(PDH&BDH)脱氢项目中(UOP工艺包),第1,3种在线氧分析仪都有实际的应用。
3、氧分析仪主要品牌
①美国Ametek(阿美特克)
②美国Teledyne(特利丹)
③英国Servomex(仕富每)
④兰炼富士(氧化锆)
⑤挪威NEO(激光氧分析仪)
依据不同的工艺装置流程,结合现场的实际应用场景,合理选择合适的氧分析仪,保证生产能够平稳,高效运行。
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