[推荐]ZO系列氧化锆氧量分析仪安装、使用和维修

vvvvvv · 发表于 2007-4-22 08:32:41

<div>《标准物质与分析技术》 氧化锆分析仪应用中存在的问题及对策 陈国伟 福建省电力试验研究院 1． 引言 氧化锆氧分析仪可及时,准确地检测烟气中的含氧量,直接反应风煤比是否合理,燃烧是否充分,从而在线指导燃烧调整,以保持最佳氧量,减少燃烧产物中SO2;NO2.,CO,SO3等气体的含量,最终达到经济运行和减少环境污染的目的。氧化锆氧分析仪经过30多年的应用和发展,其结构型式和技术性能日趋完善。近年来我省电力系统中得到了广泛应用。目前,它虽然基本上能用以指导燃烧调整。但存在的一些问题却影响其使用寿命和测量准却度,本文拟介绍氧化锆氧分析仪的选型要点,并分析在我省火电厂应用中存在的问题及对策,以期达到正确使用之目的。 2． 选型要点 2．1 在750±50℃工作温度下,探头电池内阻应小于80Ω。 2. 2氧化锆管的本底电势在±4mV以内。 2. 3基本误差不超过制造厂给出的测量准确度,一般应小于5％ 2．4 当被测气体含氧量变化时,仪器达到指示含氧量稳定值的90％所需的时间（响 应时间）不得超过制造厂的规定值,最大不超过30 2．5 控温误差不超过±5℃。 此外,还应向制造厂所取计量器具制造许可证（MC）,产品合格证,测试报告,出厂编号,生产日期和安装说明书,并向使用过的单位了解该产品的有关情况,以便更全面地了解其性能。 3． 存在问题 1998年6～7月份,省电力试验研究所热工室组织专人对我省火电厂氧化锆氧分析仪的使用寿命,准确性,稳定性和售后服务等进行了调查,其结论是;氧化锆氧分析仪的总体质量较好,在稳定工作下,基本上能用以在线指导燃烧调整,但仍存在着一些问题,亟待改进。 3．1产品方面问题 目前,我省电厂使用的氧化锆氧分析仪的厂家与型号主要有;中国原子能研究所的ZO系列,上海硅酸盐研究所的ZO－4,上海海宁仪表厂的JGY－1200H,上海可贵故态离子导体公司的ZO－3D等,其产品质量普遍存在以下问题; （1） 在长期运行后,锆头的连接螺栓有烧坏现象,现场难以更换。 （2） 本底电势不太稳定,易漂移。 （3） 内外电极密封性欠佳,低氧时参比端有泄漏现象,指示偏大。 3. 2用方面问题 （1） 测点位置距炉膛太近,导致氧化锆氧分析仪受高温腐蚀,寿命缩短,氧量指标不稳定。 （2） 运行人员未能及时调整风量与燃料量,致使氧量指示不准确。 （3） 日常维护与管理制度不健全,没有按期进行校验与清除探头过滤器上的集灰。 4. 对策 4．1合理选择安装位置 （1） 测点烟温在600－800℃比较合适,测点处应燃烧完全,烟气流动平稳,无剧烈震动和敲打源。 （2） 测点位置应在锅炉密封性好,不漏风的部位,应避开入孔门等位置,应为入孔门容易出现关不严,漏风等现象,导致氧量指示偏大。 （3） 探头应稍向下倾斜,以防止烟气对流和冷凝水进入锆头。 （4） 氧化锆氧分析仪的变送器,指示表应安装在环境较好的地方,如集控室内,指示仪的信号引线应与加热炉内热电偶的补偿导线同型号,以免因温差造成测量误差。 4． 2保持锆头温度恒定 根据Nernst公式,只有当温度恒定时,输出电势才仅与被测气体的氧分压有关,温度过低不仅达到稳定的电势输出需较长的时间,同时输出电势特性的斜率降低,响应速度变慢,零点电势增加;温度过高,则电极和引线会因熔化而脱落。试验证明,在750℃,氧浓度为5.0％时,温度变化10℃就会引起1％的误差。所以,保持锆头温度恒定十分重要。 4. 3严密监视电极电阻的变化 在高温烟气腐蚀下,探头经一段时间的使用,其内外电极将受到污染,表面会附着一层不均匀的覆盖物,铂电极的唯孔中也会有杂质进入,使电极的多孔性变差,有效面积减少,引起速度变慢,输出电势变低,甚至探头不能正常工作（此时其内阻将高达几百欧）,随着时间的延长,电极污染进一步加剧,输出电势偏高理论值更多,一般情况下,电阻大于1000Ω时,应考虑更换探头。为此,要严密监视电极电阻的变化,并采取措施防止污染。 4. 4及时调整风量与燃料量 运行人员常会发现装与炉膛两侧的氧化锆氧分析仪氧量指示偏差较大,这不一定是仪器故障,而往往是由于燃烧工况发生变化后未能及时进行调整所致,运行人员如能根据炉膛燃烧工况及时调整风量和燃料量,几分钟后指示就能恢复正常。 4. 5加强日常维护和管理 新投运的氧化锆氧分析仪至少每2周校验1次,以后可根据实际情况适当延长,定期清楚探头过滤器上的集灰,必要时可拆下处理,标准气管应畅通,探头每季度应在线标定一次,发现问题及时处理,锅炉停用较长时间应切断加热炉电源,以延长其寿命,要加强日常的技术管理,对氧化锆氧分析仪的更换,故障原因,处理结果等应作详细的记录。 5结束语 虽然氧化锆氧分析仪目前基本上能用以指导在线燃烧调整,但使用中暴露出来的问题仍需认真对待,不可忽视,随着电力形式的发展,厂网分开,竞价上网势在必行,作为指导火电厂经济运行的重要仪表――氧化锆氧分析仪,必将发挥更大的作用,因此务必不断总结经验,使之进一步完善。 </div>

vvvvvv · 发表于 2007-4-22 08:33:40

<div>ZO系列氧化锆氧量分析仪常见故障分析及处理方法 刘华贤 上海可贵固态离子导体公司 一、前言 ZO一系列氧化锆氧量分析仪是八十年代开始应用的先进的气体氧量分析仪。其工作原理是根据能斯特(Nemst)&式计算的。氧化钇稳定的氧化锆材料是一种高性能的氧离子导体,氧化锆锆管内外侧涂以多孔铂电极,在高温(大于600℃)时,当氧化锆锆管内外两侧分别通以不同氧浓度的气体时,就形成氧浓差电池： (P02‘ )Pt／ZrO2 -Pt(PO2” ) 阴极：O2+4e=2O2 阳极：202 = O2+4e

02‘ 和PO2 “分别为参比气氧分压和被测气氧分压,氧浓差电池电动热E与氧分压的关系可用能斯特(Nemst)公式表示： E=(RT／4F)ln(PO2 ‘／PO2 “ ) 式中：R—理想气体常数(8．3l4J／mol k);T一浓差电池工作温度(K);F-法拉第常数(96500J／v); PO2 ‘—参比气氧分压

O2 “ 一被测气氧分压。 通过测量浓差电池电动势E,就可就计算出被测气体的氧分压。 与传统的磁氧分析仪和红外分析仪相比,氧化锆氧量分析仪具有如下的优点： 氧化锆氧量分析仪 磁氧仪 红外分析仪 灵敏度(大气压) 10—11 10一4n 10一7 准确度(ΔP／P) 2％ 重现性 -/+0 5％** ±5％*** 响应速度 0.1秒～数秒 1分钟 数十分钟 线性范围 10-11～1大气压 设备状态 简单 使用寿命 数月～数年 注：* 在一个大气压条件下;** 氧量在0．1～l000PPM;*** 氧量在1％。 正由于这些优越性,氧化锆氧量分析仪已广泛应用于发电、石化、冶金、化工、轻纺等行业,在节能、环保等方面起了十分重要作用。 我们公司生产的氧化锫氧量分析仪的主要优点： 1．用化学共沉淀法合成氧化锆材料,用等静压成型,高温烧结。氧化锆材料纯度、密度高,电性能好,使用寿命长。图l是使用一年半后的氧化锆元件性能(摘自抚顺石油学院贾大中教授的氧化锆《氧化锆氧传感器应用研究报告》)。从图上可以看出：除电势响应值稍稍降低外,其线性与以能斯特公式计算的直线一样,也就是说通过变送器修正,该氧化锆元件仍可继续使用。 2 检测器使用不锈钢材料制成,可直接插入烟道内连续测量。 3．使用寿命长,维修费用低。 4．变送器以单片微机为核心调试简单。 图1 表面不平衡电势对锆头特性的影响 二、常见故障 1. 氧化锆工作温度达不到7500C工作温度 ·原因分析一：加热炉丝开路或短路 处理步骤：a．测量加热炉丝内阻是否在60欧姆左右;b．如内阻很小,接线是否短路,只要断开加热炉一端接线,测量其阻值,是否达到出厂标准60欧姆左右。 解决办法：如确定开路,返回公司修理,因现场无法维修;如确定短路,应将检测器与变送器连线重新检查。 ·原因分析二：热电偶开路或短路 处理步骤：a．测量热电偶内阻,冷态时应为2- 3欧姆,并与外界绝缘;b．热电偶是否与氧信号短路,如果短路很有可能是热电偶顶端顶住氧化锆工作电极。 解决办法：如果开路,返回公司修理;如果短路,只要将接线盒内的热电偶线轻轻拔出2～3mm即可。 ·原因分析三：固态继电器是否正常 处理步骤．a. 用万用表直流档测量固态继电器输入应在0～4V跳动：b．用万用表交流档测量固态继电器两输出端间电压应在0-80V上下跳动：c．输入正常、输出不正常,则固态继电器有故障。 解决办法：重新更换．接线不要接错即可。 ·原因分析四：冷补管AD590是否正常 处理步骤：测冷补管“一”对地电压应为l2．3mV,若为0,则冷补管正负极间电压应为8．8v左右,若此电压正常则冷补管有故障;若此电压低于4V则查线路故障。 解决办法：重新接上AD590．正负极千万别搞错．在无冷补管的情况下用l/8W3OKΩ的铜电阻代替。 ·原因分析五：基准电压变动 处理步骤：测量MCl4433的二脚对地电压应为200mV。 解决办法：若偏离则调节W3调位器。 2. 在温控正常情况下无氧量信号 ·原因分析一：氧化锆信号线开路 处理步骤：拆下陶瓷过滤器和氧化锆锆管,用万用表一端接触弹簧丝,另一端接信号线正极看其是否接触。 解决办法：如开路,返回公司修理。 ·原因分析二：氧化锆信号线短路 处理步骤：在冷态时信号线对地绝缘,正负极之间无内阻。 解决办法：如短路,可能信号线已相碰,一根绝缘套管破损碰外壳。只要重新接上新套管或包一下就可避免。 ·原因分析三：氧化锆锆管开路 处理步骤：拆下氧化锆锆管,看其铂金对地引线点焊处是否松脱、断开。 解决办法：如松脱．返公司点焊,重新装上即可;如断开,更换新的氧化锆锆管。 ·原因分析四：氧化锆锆管断裂 处理步骤：拆下过滤器,拔出锆管即可发现。 解决办法：更换新的氧化锆锆管。 ·原因分析五：弹簧丝失效 处理步骤：拆下氧化锆锆管,看其弹簧丝在高温下是否被腐蚀,一般呈铁锈色。 解决办法：更换新的弹簧丝,不紧不松卡进为好。 3．在温控正常情况下氧量信号超限或偏差大 ·原因分析一：氧化锆锆管是否老化失效 处理步骤：用万用表测量氧化锆锆管内阻是否超过lkΩ。 解决办法：超过lkΩ氧化锆锆管使用寿命到．重新更换即可。 ·原困分析二：氧量捡测器标准气管漏气 处理步骤：看捡测器上标准气嘴的螺堵是否松掉或落掉。 解决办法：如松掉,重新拧紧标准气嘴的螺堵即可;如落掉,用橡皮管一头扎紧．一头套在标准气嘴上,不漏气即可。 ·原因分析三：氧化锆信号线接反 处理步骤：用万用表测量其毫伏数,看其是否 接错。 解决办法：只要将正负信号线调换即可。 4. 在温控正常情况下无氧量信号 ·原因分析：量程SPAN 电位器与零点ZER0电位器调乱。 处理步骤：用万用表测量405l的第l3脚与模拟地之间电压是否为100mV;用万用测量4051的第12脚与模拟地之间电压是否100mV。 解决办法：分别调节SPAN和ZER0电位器使其为100mV,然后按通标准氧氧气步骤调试即可。 5．在温控正常情况下氧量量波动大 ·原因分析：氧化锆锆管与弹簧丝接触不良或太松。 处理步骤：卸下过滤器．用手拧住锆管旋转一下．看其是否松动,然后拉出锆管,看其铂金电极是否与弹簧丝配合紧密,一般有痕迹,可以看出接触是否在铂金电极中间。 解决办法：更换新的锆管,安装时必须不松不紧,以插得进为好。 《上海计量测试》 氧化锆氧量分析仪故障分析 章 群 新疆乌鲁木齐红雁池第一发电有限公司 氧化锆氧量分析仪用于准确测量发电厂烟气中的含氧量,反映烟气中过剩空气系数a的大小。可对烟气连续检测,反应锅炉排放烟气的品质,指导运行人员及时组织的运行方式,采取措施减少污染物的排放。 1. 仪器概况 全套测量仪表由氧量变送器和测氧传感器（探头）两部分构成。氧量变送器包括恒温控制系统和显示部分。探头又分为探头主体,过滤器和法兰。 理论上讲,只要测出被测气体的温度及氧化锆电池的电势,就可以求出被测气体的含氧量。但在实际工作中,由于氧化锆内外电极的温差及气压差,氧化锆电池与测温热电偶的温差以及氧化锆电解质中存在的电子电导的影响,使测量产生误差。应用氧化锆氧量分析仪,采用本底但是及等效温差来对其进行修正,当被测气体含氧量与参比气体含氧量不同时,便产生氧浓差电势,通过测量该电势,从而达到准确测量烟气含量的目的。 2. 测点位置的选择 红一电采用的ZO－12型氧化锆氧量分析仪,要求测氧传感器在700℃以下的烟道中使用。但探头位置选择在高温的烟道上,测氧传感器中各部件氧化腐蚀较为严重,影响锆头的使用寿命;而温度过低时。凝结的水气与烟气中的二氧化硫和三氧化硫形成硫酸,亚硫酸,对氧化锆元件危害极大。因此,氧化锆传感器的检测点我们选测温度在（200－500℃的烟道,即选择在二级省煤器尾部烟道上。如图1所示。 这里烟气流通良好,流速平稳无漩涡,烟气密度正常而不处于稀薄区域。选择时,不能选在烟道拐弯处,由于可能形成涡流,致使某电处于烟气稀薄状态,而检测不准。 3 主要技术参数 ZO－12型氧化锆氧量分析仪,测量范围：0－20％O2,精度：基本误差不大于正负3％,工作误差不大于基本误差的2.5倍;输出信号：0－10mA,4－20mA;本底修改电势;-30~30mA;探头恒温温度：780℃±20℃;电源电压：220V±10％;加热炉电压：90～110V。 4. 故障情况 2003年7月,红一电厂7号炉使用的ZO-12型氧化锆氧量分析仪,氧量显示值不稳定,检查时发现,加热炉温度在5500C,比正常工作时炉温偏低,池电势输出在22.6mA－18.80 mA之间变化,氧量显示在7％－8.4％之间,从当时负荷情况和风量调节情况判断,此时显示的氧量使不正确的,检查加热炉电压在90V,属正常;但仪表在断电后重新送电时,无升温过程。于是,判断认为处于氧化锆锆头内部的测温元件热电偶出现问题,测温上限达不到7800C,更换新锆头。当新换上的锆头送电后,有加热炉升温过程,并显示温度在7790C,池电势输出35.55mA,氧量显示5.0％,根据当时运行情况可判断,该氧量分析仪已正常工作。但几个小时后,炉温再次显示5500C,氧量显示跳变,再次将氧量分析仪退出运行,拆回实验室进行检查,发现变送器内部热电偶电阻为4Ω属正常,而加热炉电阻无穷大,判断加热炉丝烧断,锆元件被烧坏。致使氧化锆头再次损坏。 5 故障原因分析及检测 5. 1 故障原因分析 事后对两只烧坏的锆头进行再次认真检查发现其损坏部位相同,在对现场的一次线路、接线盒、二次线路、控制盘后接线端子再次进行检查时发现：补偿导线在经过二级省煤器与二级空预器时,与高温压力表管有接触现象,在长期高温作用下,补偿导线绝缘层老化,有轻微脱落,在现场振动较大情况下,补偿导线相间发生短路,致使氧化锆变送器显示的温度不能真实的反映加热炉的温度,而显示的是补偿导线短路处的温度。如图2所示： 其实此时加热炉的温度已远远超过了额定温度,从而造成氧量变送器恒温系统误认为炉膛没达到额定温度7800C,加热炉不断加热,直至加热炉烧坏、锆元件烧坏。 热电偶它是由两种不同的金属绞接或焊接而成,焊接的一端叫测量端,也叫热端,另一端叫参考端,也叫冷端;热电偶的热电势只与它本身的材料和两端的温差有关。而热电偶的补偿导线只能与其型号相同的热电偶配套使用;在ZO-12型氧化锆传感器中,采用的是镍铬－镍硅即K型热电偶,在（0-100）0C温度范围内,补偿导线的热电特性与其配套使用的热电偶相同,因此,当补偿导线相间短路时,在短路处B点上形成了热电偶B,此时,补偿导线输出的电势不再是热电偶A点上热电势对应的温度,而是短路处B点上的温度。 5. 2检测方法 氧化锆氧量分析仪恒温系统包括仪表内部的恒温电路,探头中的热电偶和电路丝。恒温系统正常时,把锆元件加热到7800C,这是整套仪表正常测量的前提。 氧量分析仪出现的故障有以下几个方面：第一,电路丝断路,仪表指示烟温,断开电源后,可用万用表测量炉丝电阻来判断,阻值在（60－90）Ω;第二,热电偶断路,仪表指示断偶保护信号约10000C,开机时无升温过程,可测电阻判定,热电偶阻值在（2-6）Ω;第三,显示温度780±200C,这是主控制回路失控,过热保护电路起作用。应检查温控电路;第四,仪表电路故障,指示温控异常。在电路正常的情况下,有时由于烟气流速太快,探头散热过大,而达不到7800C的要求。此种情况,可用万用表在仪表的“加热”端子上测量交流加热电压（90-110）V,调节电位器加热电压变化已达到规定电压。第五,热电偶短路,会使探头无限制的加热,致使电路烧坏,锆器件报废。此现象是有加热电压,但显示的温度很低,无升温过程。这时,短路可能发生在探头接线盒处,也可能发生在被熔化的补偿导线的某处或老化补偿导线绝缘脱落处。第六,热电偶接反,显示温度为负值,后果和热电偶断时一样严重。第七,加热炉馈电线短路会烧坏可控硅或保险丝,致使温控失常。 5．3 解决措施 5．3．1 热电偶的补偿导线在铺设时与高温物体接触,加速了补偿导线绝缘层的老化,因此,在铺设一次线路时,应该尽量避开高温物体和电场、磁场干扰较强的地方,热电偶引线选用耐高温的补偿导线,氧化锆池电势引线用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层在探头接线盒的一端悬空,在变送器的一端接地,可提高抗干扰能力。 5．3．2 氧化锆锆头在安装时,为了避免锆头在短时间内突然受热,造成锆元件的损坏,因此,在安装插入时,每次推进锆头长度的1/3,间隔五分钟,并且旋转锆头,使之逐步受热,拆除锆头时,同样被安装时的要求进行。 总之,恒温系数的故障,应及时检查,认真分析,及时处理。不仅因为它是氧量测量的前提,同时还因为它的失控会导致锆元件的损坏,致使一次仪表完全报废。在这里,仅仅对工作时遇到的热电偶短路引起的故障进行分析,对于氧化锆氧量分析仪除了恒温控制系统的故障外,还有氧量运算电路的故障,氧化锆元件的故障,气路方面的故障以及现场干扰信号引起的故障。应根据仪表显示故障的现象,出现的具体情况做具体的分析。 </div>6 结束语 从上述分析的结果可以得出以下结论：造成这两台氧化锆氧量分析仪测氧传感器烧坏的原因是由于补偿导线在铺设的过程中与高温物体接触,导致仪表显示温度失真,温控系统断偶保护失灵,加热炉不断加热,直至烧坏,锆元件烧坏。其次,是人为因素,在表计出现恒温系统的故障时,检查判断故障部位不准确,盲目更换新设备,致使设备再次损坏。铺设一次线时,没有注意线路走向和周围的环境;但是,如果平时巡回检查时,及时发现设备隐患,当出现故障时,仔细观察现象,认真检查分析故障发生的原因,类似事故是完全可以避免的,今后在工作中加强设备巡回检查,定期检定,严格按照检修规程进行工作,提高技术水平及分析故障的能力,保证机组安全,经济运行。

		自动登录	找回密码
密码			注册