氧量测量仪的原理与维护

摘?要 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。

关键词 氧量测量仪；调试；维护；故障排除

中图分类号 TP336 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0220-02

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300 mL/min～500 mL/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20 mV，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1 MPa，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，如表1所示。

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。

参考文献

[1]章顺增,李仲杰,黄必胜等.氧分析仪常见故障及消除方法[J].在线分析仪表维修工第一版[M].北京:化学工业出版社,2003:163-165.

[2]王森.电化学式氧分析器在线分析仪表维修工必读[M].北京:化学工业出版社,2007:92-108．

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。