镀锌生产线氢气分析仪原理及应用

宇荣发

一、镀锌线生产工艺及分析仪配置情况简介

镀锌线加热炉中充满的是一定配比的氮气和氢气的混合气体。如果加热炉内氧含量过高将导致带钢在加热过程中变蓝、化学活性增加；如果加热炉内氢含量高将会发生加热炉爆炸的特大安全事故，可见加热炉气体分析仪系统的稳定性、准确性对于保证生产安全，提高产品质量以及提高生产自动化程度都有非常重要的意义。

镀锌线分析仪使用的采样方式是利用现场氮气气源作为引射气，在整个采样系统内形成负压，将现场取样样气抽入分析仪传感器内进行分析。因为分析仪分析管路部分本身就配置有氮气系统作为参比气，“因地取材”使用已有的氮气作为引射气，不需要另外配置管路，节省了抽气泵使用费用，杜绝了因抽气泵堵塞等造成的故障，减少了设备安装空间，降低了设备成本和维护成本，提高了分析仪运行的稳定性和完好率。

二、分析仪系统的组成

H2%分析系统由样气采集、预处理部分、分析探头及分析仪等部分组成。

1、样气采集：样气采集部分由现场采样管路及氮气引射部分组成，由于氮气引射作用采样管路内形成负压，现场样气被抽入分析探头进行分析后排空。

2、预处理：因为镀锌线加热炉内的氮、氢混合气体比较清洁，故只采用精细过滤器除尘后直接送入分析探头进行分析。

3、分析探头：镀锌线的分析探头的安装方式是采用分析柜安装。分析柜安装是将现场几路采样管集中送入分析柜，在分析柜内利用“多点切换、逐点循环”方式使各段分析样气进入预处理部分处理后送入分析探头进行分析。这样，几路采样点用一台分析仪就可完成气体的分析，减小了设备费用和维护力度。

4、分析仪：是将分析探头送过来的毫伏信号值进行分析运算，并输出模拟量信号和开关量信号至PLC进行数据显示和生产过程的自动化控制。

三、分析仪原理简介

鍍锌生产线上的H2%含量分析仪采用的是热导式气体分析仪。下面对这种分析仪的检测原理进行简单说明：

热导检测器（TCD）是利用被测样气和参比气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，属物理常数检测方法。镀锌线使用的是法国ARELCO公司的 CATARC MP-R型气体分析仪，它是专为监测和检查二元混合气体如H2/ N2等气体的。

热导式氢气分析仪主要部分是检测单元，它是由两个接在惠斯通电桥桥臂上的微热敏电阻工作组成的检测器，一个RTD（感温电阻）插入样气气流中，另一个RTD（感温电阻）插入参比气流。参比气一般是混合气体中的主要成分，通过两个RTD差值计算出气体成分含量。CATARC MP-R型分析仪的测量环境要求在最大1 bar压力，流量0.5 l/min，探头温度40-50℃时工作正常。两种热导率相差很大的气体混合物，可以按照混合物的导热能力与两组分的含量相关的特点来分析某一组分的百分含量。当混合物的组分超过两种时，混合气体的导热系数可以近似的认为是各个组分的热导率与其含量乘积之和。

四、镀锌生产线分析仪气路切换原理

分析仪把现场采样管路接入分析柜内，经柜内手阀、精细过滤器过滤，由PLC程序控制EV1—EV7（三通电磁阀）进行逐点循环切换，切换到该点时相应三通电磁阀得电，采样气经流量开关后送入分析传感器。其它6路未切换的电磁阀不得电，样气经旁通管路放空。

PLC回路切换间隔时间为3分钟。

五、氢气分析仪常见故障及处理方法

氢气分析仪在使用过程中会出现各种故障。常见的故障是“分析仪探头温度报警”和“样气流量不稳定”。被分析的样气如果温度过高或者过低，超出了分析仪探头允许的温度范围，分析仪即发出报警信号，同时相应故障报警灯点亮，分析仪输出信号为最大值。我们对这类故障的处理方法采用现场降温或修改温度报警。冬天天气严寒，在分析仪启运时，可用伴热系统加热探头避免故障报警。下面列举分析仪在使用中出现的故障处理，供大家参考。

冬季某日凌晨，镀锌线检修后准备将生产线投入生产。检查发现H2%分析仪不能正常工作，分析仪输出故障信号，分析仪面板始终显示传感器加热。检查管路、电气均正常，分析仪重新启动仍然不能正常工作。后更换输出继电器仍不能解决问题。此时镀锌线加热炉内已经吹扫完毕，但由于氢气分析仪无法分析炉内氢气含量，加热炉就不能点火升温，镀锌生产就无法进行。在如此严峻的形势下，我们经过分析相关资料，判断是采样气体温度过低导致分析仪故障（当时厂房内温度是零下）。经过使用电吹风对分析仪传感器紧急加热后，分析仪的故障信号消失。为确保故障不再发生，我们给分析仪传感器前采样管和分析仪传感器增加伴热系统（挂白炽灯的应急措施），保证了氢气分析仪的正常工作和镀锌线正常生产。在镀锌线生产一段时间后，加热炉内温度逐渐升高，进入氢气分析仪的采样气体的温度也达到了分析仪要求，随后可以将应急伴热解除。

六、结束语

在日常维护工作中，我们结合镀锌线生产工艺，分析研究氢气分析仪各种故障，逐步完善氢气分析仪各种故障的处理预案。氢气分析仪稳定顺行为镀锌线安全、高效生产提供了可靠保证。