氧量測量儀的原理與維護

摘 要 詳細介紹了氧量測量儀的結構、工作原理、運行維護和變送器的調試。并從實用的角度分析了使用中的常見故障和形成原因，給出了排除方法。

關鍵詞 氧量測量儀；調試；維護；故障排除

中圖分類號 TP336 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0220-02

氧量測量儀主要用于測定鍋爐煙氣中的氧分壓即氧氣的體積百分數含量（簡稱氧含量或氧量），通過安裝氧化鋯氧分析儀，在線實時監(jiān)測煙氣中的氧含量，調節(jié)空氣和燃料的最佳配比，實現優(yōu)化燃燒。在節(jié)能減排、安全環(huán)保諸方面具有重要意義和顯著經濟、社會效益。

1 氧量測量儀工作原理

氧量測量儀由氧化鋯探頭（下文簡稱鋯頭）和氧量變送器兩部分組成，氧化鋯探頭用于將含氧量轉化為mV信號，氧量變送器再由mV信號計算出氧量。鋯頭的核心部件是氧化鋯固體電解質氧濃差電池。氧濃差電池由參比半電池和測量半電池組成，兩個半電池間用氧化鋯固體電解質連接，實際上就是一根氧化鋯管，涂于氧化鋯管內外壁上的多孔性鉑膜作為兩個半電池的電極，供引出氧濃差電勢用，在高溫下當其兩側氣體中的氧濃度不同時即產生氧濃差電勢，當溫度一定時，僅跟兩側氣體中的氧氣含量有關，通過測量氧濃差電勢，即可測得氧氣含量比，只要一側氧氣含量固定，就可求得另一側氧氣含量。

2 氧量測量儀日常維護要點

1）儀器在使用1500-2000小時以后，需要對其準確度進行檢查，方法是按正常使用時的操作程序通入氧標準氣，觀察其指示的讀數和標準氣氧含量的差值，若大于儀器的規(guī)定誤差，就需要進行校準。校驗的方法是先調好標氣（氧含量為4%左右，流量300 mL/min～500 mL/min），再將連接軟管與探頭“標氣入口”相連，校驗量程氣可采用干燥的空氣。若所測值與標氣值有差別，可調節(jié)本底電勢，把氧量值調節(jié)到與標氣值相同。本底電勢一般為負值，絕對值要小于20 mV，否則鋯頭可能老化。校準過程中，應保證不漏氣。校準完畢后，應擰緊“標氣入口”螺帽。

2）需對儀器氣路的密封性進行檢查，檢查方法為封死進入儀器取樣管道，在變送器側加壓至1 MPa，壓力能穩(wěn)定1-2分鐘，則表示取樣管道無泄露。

3）由于氧量測量儀是長期在線測量，煙氣中的粉塵含量大，鋯頭陶瓷過濾器和進氣孔容易被堵塞，使用一段時間后需定期拆出清理，探頭再拆裝過程中注意避免劇烈震動，以免損壞。

4）由于鋯頭鋯管長期在高溫的環(huán)境下工作，容易使得鋯管性能破壞，出現鋯管內阻增大，誤差變大，并反映遲鈍。因此，在儀器使用一年后要檢查鋯管的老化程度。方法是先把儀器升溫穩(wěn)定，通入5分鐘空氣后關閉流量計調節(jié)閥，用電阻計測量鋯管電極的熱電阻，如果電阻大于（80-100）Ω，說明鋯管已經老化，必須進行更換。

5）更換鋯頭時，要注意保護電極與鋯頭螺旋接觸面，更換鋯頭后，應校正氧化鋯的氧濃度顯示值。如不進行此項工作，氧化鋯檢測的氧濃度可能會與實際濃度產生偏差，從而印象測量。

6）在停爐或者氧量測量儀退出使用時，不能在切斷電源的情況下放置在煙氣管道內，應保持加熱器供電以防止鋯頭和鋯管被腐蝕。

3 氧量測量儀在應用中出現問題的分析及解決

在實際工作中，儀器會出現各類故障，根據故障現象，我們分析出引起儀器故障的原因以及排除方法，如表1所示。

4 氧量測量儀安裝應該注意的問題

1）因為測量元件是氧化鋯陶瓷，質地脆弱，應選擇無振動、無明火燃燒的地點安裝，并要防止有害氣體流經探頭檢測點，否則將造成很大的測量誤差（示值偏大）。因此，在探頭插入煙道安裝完畢后，應用密封材料，把探頭邊緣縫隙堵死。

2）由于鋯頭必須工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探頭應安裝在（750±100）℃的煙道處，如果所選定的測量點溫度過低，測出的含氧量會偏大；溫度過高，一方面影響探頭使用壽命，另一方面會使氧量變送器的溫度補償精度降低。如果因工藝或設備條件限制，不能采用直插式，可采用旁路插氣恒溫式，即煙氣從煙道抽出，經旁路管，探頭安裝在旁路管內，并自動恒溫在750℃左右。

3）當煙氣中含有CO，H2，CH4等可燃氣體以及硫化物，且工藝上無法消除或減少上述氣體時，可采用旁路式探頭，將待測煙氣抽出，經水洗處理，減少上述氣體，然后再經探頭檢測，但此測量方法會引起測量誤差。

4）由于探頭一般是直接插入煙道中，即使是使用比較干凈的氣體燃料，探頭上過濾器的堵塞也是不可避免的。因此，應在探頭過濾器表面安裝防塵罩。

5）鋯頭最好能在停爐時安裝，如果做不到這一點，則安裝探頭時，就應該格外小心。因為探頭的過濾器是碳化硅材料，其熱性能差，遇到溫度突然變化時，就容易爆裂、破碎。所以探頭安裝時，應該緩慢地、逐步地插入測量煙道。

6）鋯頭最好是垂直安裝，同時應安裝在可以用法蘭固定的爐墻或煙道墻上。鋯頭安裝孔，必須垂直墻的外表面，安裝孔的尺寸要留有足夠的余量。

7）氧量變送器安裝地點，應滿足溫度和濕度的規(guī)定要求，同時由于變送器內部結構為插件式電路板，所以應避免振動和污染，以防插件接觸不良。探頭至變送器的信號線宜屏蔽，而且宜與電源線分開布線，減少電磁干擾。

5 結束語

氧量測量儀投運初，運行良好。隨著時間的推移，由于工藝及其他種種原因導致鋯頭容易老化和積灰，鋯頭壽命基本上只有1-2年，如何解決鋯頭老化以及積灰的問題是我們以后需要思考的問題。

參考文獻

[1]章順增，李仲杰，黃必勝等.氧分析儀常見故障及消除方法[J].在線分析儀表維修工第一版[M].北京:化學工業(yè)出版社，2003:163-165.

[2]王森.電化學式氧分析器在線分析儀表維修工必讀[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007:92-108．

作者簡介

黃玉英（1978—），女，湖南人，大唐湖南耒陽電廠助理工程師，研究方向：儀表維護與測量。