空分過程氣體分析系統中 O2、CO2、Ar、H2 、露點等氣體的檢測

chinaboy

空分過程氣體分析系統是隨著空分設備行業也在規模化發展，為了適應大中型空分生產管理及質量管理的需要應運而生的儀器。空分裝置穩定運行的重要性日見突出，除了空分工藝過程中的各個熱力學參數需要進行實時監控外，對工藝過程中的成分參數進行在線監控也變得十分重要。在線氣體分析儀是一種分析顯示氣體成分的儀表，是一類結構復雜、使用技術難度較大的工具。本文詳細闡述了空分過程氣體分析系統的重要性、監測點分布、分析儀器選型，以及各類型傳感器的工作原理與特性，旨在為優化空分裝置運行、保障產品質量和安全生產提供技術參考。
一、空分過程氣體分析的重要性為確保空分裝置安全穩定運行，實現產品高純度目標，同時達到高效節能的目的，實時、準確掌握生產過程中各工藝控制點的氣體成分組成是關鍵所在。在線氣體分析儀器能夠對空分裝置生產過程進行直接質量控制，是提升產品產量和質量的重要手段，更是保障空分裝置安全運行的堅實屏障。因此，其在空分設備儀控系統中占據著核心地位。此外，由于在線氣體分析儀器成本較高，合理配置分析點和精準選擇分析儀器型號，對保證裝置可靠性、降低投資成本具有重要意義。

二、空分過程氣體分析系統監測點分布空分過程氣體分析系統在整個空分工藝流程中設置了多個關鍵監測點，具體如下：

• 原料氣凈化監測：出分子篩空氣中 CO?含量的監測，用于評估原料氣凈化效果，確保后續工藝不受 CO?雜質影響。
• 壓縮環節監測：增壓機中抽去膨脹機、增增壓機末級去主換熱器的水含量監測，以及膨脹機出口水含量監測，防止水分對設備和工藝造成損害。
• 精餾環節監測：包括主冷液氧純度、產品氧純度、下塔液空含氧、污氮出上塔含氧、上塔氬餾份含量、粗氬塔 Ⅱ 出口氬含量、氮氣出上塔微量氧、產品氮氣純度、液氮出主冷微量氧、粗氬塔 Ⅱ 出口微量氧、產品氬含微量氧、精氬中的微量氮含量等監測點，這些監測點對控制精餾過程，保證產品純度非常重要。
• 特殊雜質監測：冷液氧中乙炔等碳氫化合物含量監測，防止碳氫化合物積聚引發安全隱患。
  

三、空分過程氣體分析儀器選型針對不同監測點和檢測需求，選用了多種類型的氣體分析儀器，具體選型如下：

• 紅外氣體分析儀 / 露點分析儀：用于檢測凈化后原料氣中的 CO?（量程 0 - 10ppm）和 H?O（量程 0 - 10ppm）含量，紅外氣體分析儀基于非色散紅外（NDIR）原理，能夠精確測量 ppm 到 5% 體積范圍內的 CO?濃度；露點分析儀則可測量氣體內的微量濕度，在 - 80°C DP 至 + 20℃ DP 范圍內實現高精度檢測。
• 電化學氧氣分析儀：適用于下塔污氮中 O?（量程 0 - 10%）以及粗氬氣中 O?（量程 0 - 10%）的檢測，具有檢測濃度范圍廣和工作溫度范圍廣的特點，性能滿足歐美相關技術標準要求。
• 微量氧分析儀 / 高純氧分析儀：用于氧壓機后、產品氣中 O?含量檢測，涵蓋微量氧（0 - 10PPm）和高純氧（98% - 99.99%）兩個量程，采用不同原理的傳感器實現高精度測量。
• 熱導氣體分析儀：用于檢測氬餾份中 Ar（量程 0 - 15%）以及粗氬氣中 Ar（量程 80 - 100%）含量，基于熱導原理實現對氬氣濃度的準確分析。
• 氫氣分析儀 / 露點分析儀：用于工業氬氣中 H?（量程 0 - 3%）和 H?O（量程 0 - 10PPm）含量檢測，氫氣分析儀采用催化燃燒式傳感器，對氫氣具有高靈敏度和快速響應特性。
  

四、空分過程氣體分析儀中的傳感器技術1.紅外二氧化碳傳感器
Dynament PPM級低量程二氧化碳傳感器 P-CO2_1KRP系列 基于 NDIR 原理工作。該傳感器集成長壽命鎢絲紅外光源、光學腔、雙溫度補償熱電紅外探測器、積分半導體溫度傳感器及信號處理電子設備。通過紅外光被 CO?氣體吸收的特性，精確測量 CO?濃度，可提供雙氣體版本，用于檢測碳氫化合物和二氧化碳，20mm 直徑的包裝設計便于集成，支持數字通信。
2.露點傳感器
德國 GFS 露點傳感器 NP330-G 是一款絕對露點傳感器，可在 - 80°C DP 至 + 20℃ DP 范圍內測量氣體內的微量濕度，精度達 ±2°Cdp。該傳感器適用于在線測量空氣中和腐蝕性氣體中的絕對水含量（露點），具備可編程開關輸出用于警報信號，針對露點鏡面進行校準，結構堅固，防護等級 IP65，可提供 OEM 代加工服務，并可根據要求提供防爆設計，適用于化學污染和結露等苛刻工業環境，尤其適合工業制程氣體供應或壓縮干燥機效能監控。
3.電化學氧氣傳感器
日本 Figaro 恒電位電解式無鉛氧氣傳感器 TGS4260 具有檢測濃度范圍廣（0 - 25% VOL）和工作溫度范圍廣的特點，其性能符合歐美相關技術標準要求，適用于便攜式氧氣檢測儀與多功能氣體檢測儀等對尺寸有嚴格要求的應用產品。
4.微量氧傳感器
美國 AII 的微量氧氣傳感器 PSR-12-223 采用微型燃料電池傳感器技術，可直接替代美國 southland 的 TO2-1X 氧氣傳感器。該傳感器具有高精度、響應時間快、長壽命等特性，量程為 0 - 10000ppmO?，廣泛應用于空氣分離裝置、手套箱、石油化工、煉鋼等領域的氧氣含量測試。
5.高純氧氣傳感器
英國 SST 氧化鋯氧氣傳感器 O2S-FR-T2-18C/B/A 基于雙氧化鋯原理設計，量程為 0.1 - 100% VOL，可在高達 400°C 的環境中工作。其堅固的不銹鋼結構具備高耐腐蝕性，適用于惡劣環境和燃燒煙道、堆肥等應用場景。該傳感器無需參考氣體即可實現寬氧范圍測量，校準簡單，壽命長達 10 年，在煙氣分析儀等設備中表現出高效、準確和可靠的性能。
6.熱導氣體傳感器
瑞士 Neroxis 熱導式氣體傳感器 MTCS2601 基于帕拉尼原理進行真空度檢測，可用于氬氣濃度檢測。該傳感器具有超低功耗、長壽命、免維護、超快響應時間（<50mS）等特點，對安裝位置不敏感，能夠在串擾氣體環境中穩定工作。
7.氫氣傳感器
日本 Figaro TGS6812-D00 是催化燃燒式的可燃氣體傳感器，可檢測 100% LEL 水平的氫氣，具有精度高、耐久性與穩定性好、快速響應、線性輸出等優點。其蓋帽內的吸附劑使其對有機蒸汽的交叉靈敏度很低，且對硅化合物耐受性更佳，適用于固定式燃料電池氫氣泄漏檢測，同時還可用于檢測甲烷與 LP 氣體。

五、結論空分過程分析系統中 O?、CO?、Ar?、H?、露點等氣體的檢測是保障空分裝置安全穩定運行、生產高質量產品的關鍵環節。通過合理設置監測點、科學選型分析儀器以及應用高性能傳感器，能夠實現對空分過程中氣體成分的精確監測和有效控制。未來，隨著檢測技術的不斷發展和創新，空分過程氣體分析系統將朝著更智能化、高精度、低功耗的方向發展，為我國空分行業的持續進步提供更強有力的技術支撐。

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