黄玉英:氧量测量仪的原理与维护 |
| 2012-09-23 21:35 作者：黄玉英 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月23日讯】原文载于《科技与生活》杂志第13期，文章详细介绍了氧量测量仪的结构、工作原理、运行维护和变送器的调试。并从实用的角度分析了使用中的常见故障和形成原因，给出了排除方法。
氧量测量仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量（简称氧含量或氧量），通过安装氧化锆氧分析仪，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最佳配比，实现优化燃烧。在节能减排、安全环保诸方面具有重要意义和显著经济、社会效益。
1氧量测量仪工作原理
氧量测量仪由氧化锆探头（下文简称锆头）和氧量变送器两部分组成，氧化锆探头用于将含氧量转化为mV信号，氧量变送器再由mV信号计算出氧量。锆头的核心部件是氧化锆固体电解质氧浓差电池。氧浓差电池由参比半电池和测量半电池组成，两个半电池间用氧化锆固体电解质连接，实际上就是一根氧化锆管，涂于氧化锆管内外壁上的多孔性铂膜作为两个半电池的电极，供引出氧浓差电势用，在高温下当其两侧气体中的氧浓度不同时即产生氧浓差电势，当温度一定时，仅跟两侧气体中的氧气含量有关，通过测量氧浓差电势，即可测得氧气含量比，只要一侧氧气含量固定，就可求得另一侧氧气含量。
2氧量测量仪日常维护要点
1）仪器在使用1500-2000小时以后，需要对其准确度进行检查，方法是按正常使用时的操作程序通入氧标准气，观察其指示的读数和标准气氧含量的差值，若大于仪器的规定误差，就需要进行校准。校验的方法是先调好标气（氧含量为4%左右，流量300mL/min～500mL/min），再将连接软管与探头“标气入口”相连，校验量程气可采用干燥的空气。若所测值与标气值有差别，可调节本底电势，把氧量值调节到与标气值相同。本底电势一般为负值，绝对值要小于20mV，否则锆头可能老化。校准过程中，应保证不漏气。校准完毕后，应拧紧“标气入口”螺帽。
2）需对仪器气路的密封性进行检查，检查方法为封死进入仪器取样管道，在变送器侧加压至1MPa，压力能稳定1-2分钟，则表示取样管道无泄露。
3）由于氧量测量仪是长期在线测量，烟气中的粉尘含量大，锆头陶瓷过滤器和进气孔容易被堵塞，使用一段时间后需定期拆出清理，探头再拆装过程中注意避免剧烈震动，以免损坏。
4）由于锆头锆管长期在高温的环境下工作，容易使得锆管性能破坏，出现锆管内阻增大，误差变大，并反映迟钝。因此，在仪器使用一年后要检查锆管的老化程度。方法是先把仪器升温稳定，通入5分钟空气后关闭流量计调节阀，用电阻计测量锆管电极的热电阻，如果电阻大于（80-100）Ω，说明锆管已经老化，必须进行更换。
5）更换锆头时，要注意保护电极与锆头螺旋接触面，更换锆头后，应校正氧化锆的氧浓度显示值。如不进行此项工作，氧化锆检测的氧浓度可能会与实际浓度产生偏差，从而印象测量。
6）在停炉或者氧量测量仪退出使用时，不能在切断电源的情况下放置在烟气管道内，应保持加热器供电以防止锆头和锆管被腐蚀。
3氧量测量仪在应用中出现问题的分析及解决
在实际工作中，仪器会出现各类故障，根据故障现象，我们分析出引起仪器故障的原因以及排除方法，如下表所示：
故障现象 原因分析 排除方法
变送器“mV”指示灯亮，LED显示为“HHHH”并闪烁 对于刚安装的探头来说，可能是因保温材料内残存水分过多，造成电势信号超量程。 属于正常现象，一般情况下开机后1小时左右仪器将正常工作。
变送器与探头之间“信号”连线空接、虚接或正负极反接。 将对应端子正确连接。
氧化锆元件信号引线断。 更换氧化锆元件。
探头内部信号引线断。 更换探头内信号引线。
变送器“℃”指示灯亮，LED显示为“HHHH”并闪烁 变送器与探头之间“热电偶”连线空接、虚接或正负极反接。 将对应端子正确连接。
若连接正确，则探头热电偶断。 更换热电偶。
变送器“℃”指示灯亮，LED显示为常温 若探头“加热炉”两端有电压输入或者“加热炉”两端电阻值为∞，说明加热炉断路。 更换加热炉。
若探头“加热炉”两端无电压输入，且“加热炉”两端电阻值为150Ω±20Ω，说明变送器电路有故障。 返修变送器。
氧量值显示偏高 仪器安装后，从未进行校准或运行三个月以上未校准。 重新校准仪器。
探头安装点附近有漏气点。 采取密封措施或更换安装点。
探头“标气入口”未密封。 拧紧密封螺帽。
氧量值变化缓慢 探头积灰严重。 清除探头积灰。对于积灰严重者，应考虑更换安装点。
探头安装在涡流或烟气流动性不好的死角。 更换安装点。
4氧量测量仪安装应该注意的问题
1）因为测量元件是氧化锆陶瓷，质地脆弱，应选择无振动、无明火燃烧的地点安装，并要防止有害气体流经探头检测点，否则将造成很大的测量误差（示值偏大）。因此，在探头插入烟道安装完毕后，应用密封材料，把探头边缘缝隙堵死。
2）由于锆头必须工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探头应安装在（750±100）℃的烟道处，如果所选定的测量点温度过低，测出的含氧量会偏大；温度过高，一方面影响探头使用寿命，另一方面会使氧量变送器的温度补偿精度降低。如果因工艺或设备条件限制，不能采用直插式，可采用旁路插气恒温式，即烟气从烟道抽出，经旁路管，探头安装在旁路管内，并自动恒温在750℃左右。
3）当烟气中含有CO，H2，CH4等可燃气体以及硫化物，且工艺上无法消除或减少上述气体时，可采用旁路式探头，将待测烟气抽出，经水洗处理，减少上述气体，然后再经探头检测，但此测量方法会引起测量误差。
4）由于探头一般是直接插入烟道中，即使是使用比较干净的气体燃料，探头上过滤器的堵塞也是不可避免的。因此，应在探头过滤器表面安装防尘罩。
5）锆头最好能在停炉时安装，如果做不到这一点，则安装探头时，就应该格外小心。因为探头的过滤器是碳化硅材料，其热性能差，遇到温度突然变化时，就容易爆裂、破碎。所以探头安装时，应该缓慢地、逐步地插入测量烟道。
6）锆头最好是垂直安装，同时应安装在可以用法兰固定的炉墙或烟道墙上。锆头安装孔，必须垂直墙的外表面，安装孔的尺寸要留有足够的余量。
7）氧量变送器安装地点，应满足温度和湿度的规定要求，同时由于变送器内部结构为插件式电路板，所以应避免振动和污染，以防插件接触不良。探头至变送器的信号线宜屏蔽，而且宜与电源线分开布线，减少电磁干扰。
5结束语
氧量测量仪投运初，运行良好。随着时间的推移，由于工艺及其他种种原因导致锆头容易老化和积灰，锆头寿命基本上只有1-2年，如何解决锆头老化以及积灰的问题是我们以后需要思考的问题。
作者简介
黄玉英（1978-），女，湖南人，大唐湖南耒阳电厂助理工程师，研究方向：仪表维护与测量。
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