氧化锆氧分析仪在加热炉中的应用和故障处理

2012-10-27黄羽张海

中国科技信息 2012年8期

关键词：减压阀氧化锆氧量

黄羽张海

南京钢铁集团有限公司，江苏南京 210035

氧化锆氧分析仪在加热炉中的应用和故障处理

黄羽张海

南京钢铁集团有限公司，江苏南京 210035

本文通过氧化分析仪在南钢中厚板卷厂加热炉的应用案例，详细介绍了氧分析仪的故障原因，标定方法和维护方法。

氧化锆氧分析仪；故障；标定；维护

前言

随着钢铁市场的竞争日益激烈，对板材性能以及加热炉运行经济性提出了更高的要求。要使加热炉优化燃烧，空燃气配比在热工制度中是很重要的参数，只有空燃气配比合理，才能达到较高的燃烧温度，如果空气供给过大，致使炉温降低，炉内呈现氧化性气氛，工件烧耗增加，热效率降低。反之燃气供给过大，也同样造成炉温降低且燃烧不完全，既浪费燃气又污染环境。所以采取有效手段使空气(主要是O)，燃气(一般指CO)配比合理，指导操作人员合理操作，这是关键环节。用氧化锆氧分析仪指导燃烧就是一个直接有效的方法，但由于氧分析仪长期工作在高温环境下，容易出现故障，所以对氧化锆氧分析仪的正确维护尤其重要。

1.ZO系列氧化锆分析仪

南钢中厚板卷厂现有两座步进式加热炉，每座炉子配置一套南京齐创分析仪器有限公司生产的ZO系列的氧化锆氧量测量装置。该氧化锆头安装到在炉尾热回收段（通常700度左右），检测点选在炉顶靠近烟道上方，那里烟气较集中，加上下排烟道的抽力，而炉尾装钢口及其它炉体缝隙的空气不影响此点的检测。将测得的氧量氧电势信号送至炉体侧面就地安装的氧量变送器进行运算并显示氧量值，同时变送器输出的4～20mA信号送至PLC，程序自动进行空气过剩系数校正。ZO系列氧化锆分析仪是由智能化分析仪和氧化锆氧量计（简称氧探头）组成。该仪器的工作原理是基于电化学原理，检测元件是利用氧化锆（ZrO2）制成的固体电解质，其在高温下具有传导氧离子的特性，当固体电解质两侧存在氧浓度差时，即有一与浓度成一定关系的电势产生，对此电势作补偿计算，从而可准确反映氧量。其采用单片机作核心，对氧探头进行炉温加热控制和数据处理，通过氧探头可对加热炉烟气中的氧含量进行快速、准确、连续地检测，减少低氧燃烧造成的污染，确保生产过程的安全和经济性。

2.常见故障及原因分析

系统检修：氧量变送器若出现氧量指示为零或无氧量信号，这时应首先检查氧量信号线路是否断开，若线路正常，则应检查锆头是否正常。在750℃测探头内阻，若内阻大于1KΩ，证明探头已老化，需更换锆元件或探头，若内阻小于800Ω，证明接线开路，逐一检查处理。

恒温系统故障：若出现池温上不去，则应检查加热炉内阻丝是短路还是断路.正常的加热炉丝电阻约为140Ω，若用万用表测得电阻丝开路或阻值小于80Ω，则应更换加热炉丝。当出现池温过高及温度失控时，这不仅使氧量显示不准，而且会加速锆头老化或锆头烧坏，这时应立即检查热电偶是否断路或连线是否开路，方法是用万用表检查热偶，电阻若大于20Ω，则判断为热电偶断路，需更换热电偶及锆头；温度失控的另一个原因是继电器或温控电路故障，因为继电器、温度电路故障会使氧量变送器始终给加热炉加热，从而造成温度升高。

锆元件故障：使用一段时间的探头，锆元件引线的转接处可能由于氧化而接触不良或松动，会使Em值（用万用表量）时大时小，时好时坏，处于不稳定状态，观察锆元件后做相应处理。当出现氧量信号偏差太大或不准确时，则有可能是氧化锆电极短路，这时应检查氧化锆电池连线是否短接。在未升温时，内阻若小于50Ω，证明电极短路，须更换锆头。若在运行过程中，出现本底电势大于10mV或小于-30mV，则须对氧量测量装置用标气重新标定，标定完后若本底电势仍然异常，则说明探头已老化，不能再使用了。

气路方面的故障：氧化锆锆头堵灰，造成参比气不流通，其结果会使探头的输出电势Em变小，本底电势Eo变大，这时用洗耳球对准探头的空气入口处吹若干次，解决导气管堵塞之后，上述现象即可解决。锆元件堵灰，应取出探头消除灰堵，重装过滤器。探头漏气对探头影响极大。

现场干扰引起故障：由于电磁场较强，对新安装仪表的不稳定故障，应首先考虑干扰的可能性。

3.标定方法

氧化锆探头装入现场运行一天后，让探头内的可燃气体全部燃烧完，温度升至恒定时，再通入标气进行标定。标定方法如下：

标气校准系统的连接见图1。

把中间开有小孔的橡皮垫圈平坦的放进标气瓶出气孔的洞里，再装上减压阀，把减压阀的锁紧螺母上紧。把减压阀把手旋出（反时针方向），此时减压阀处于关闭状态。缓慢松开标气瓶的气阀，减压阀上右边的氧压表指示气瓶内部气体的压力，注意检查减压阀与气瓶连接处，应无漏气现象。若此时氧压表无指示，可能是密封用的橡皮垫圈堵住了标气瓶的出气孔。将流量计正向放置，底部入口应接到减压阀的出口处，顶部出口的导气胶管置于空气中，缓慢旋进（顺时针）减压阀的把手，使流量计指示在400mL/ min至500mL/min之间，其刻度应查流量计的曲线求得。把探头上标气入口的短胶管取下，把导气胶管套到探头的标气入口处，待变送器指示的氧量值稳定后，调节面板上的“本底调节”电位器，使氧量指示值与标气指示相等，标气结束，记录本底数值，以供分析探头运行情况之用。

图1 标气校准系统的连接图

4.日常维护

（1）经常巡视仪器是否正常，仪器一旦出现故障，及时查找故障，尽量做到自己排除故障，如属探头正常老化损坏，或一时查不出故障原因，应及时更换。

（2）根据仪器需要，定期清洗探头有关部件。

（3）停炉时，应等停炉后再关仪器，开炉前先开仪器。停炉时间较长时，提前将探头抽出，以免有害性气体和机械震动对氧化锆元件的影响，因为当炉子停止燃烧时，烟道和炉内烟气中的水汽冷凝后的水份易滞留于探头上。虽然探头的所有材料是不锈钢、合金钢和陶瓷材料，但由于冷凝后的水份呈强酸性，故会对氧化锆的电极和加热器以及探头内的部件产生腐蚀作用。

（4）做好每台仪器的运行档案，包括仪器进厂日期、安装时间、维修情况和运行情况等。