空分测量仪表及分析仪表解析

空分测量仪表及分析仪表解析第1页，共23页。

一、我国控制系统仪表的发展我国制氧机制造业发展于1950年以后。最初所生产的控制只有少数简单的直读式仪表，无自动控制装置及遥控系统。1967年以后，要求配套较完善的自动控制系统来确保制氧机连续运行，仪控系统变得非常重要。许多制氧机专用仪表从无到有，很快达到了中央控制室集中控制水平，即在中央控制室内设置仪表盘。随后自控系统中普遍应用单元组合仪表，是指按组合原理设计，各单元分别起独立作用。第2页，共23页。近年来，制氧机的控制已经达到了微机控制及集散型控制（简称DCS）的先进水平。工业过程控制系统包括四部分，检测仪表、显示仪表、控制系统、执行器。第3页，共23页。二、仪表的基本性能指标

第4页，共23页。准确度等级是指该仪表进行测量时所允许的最大折合误差，为所允许的最大绝对误差与仪表量程之比再乘以100。一般0.005、0.02、0.1、0.35级仪表作为标准仪表，0.5、1.0级需准确测量时使用，1.5、2.5级仪表作为一般工业仪表，4级仪表用于不需要准确测量的不重要参数。2、灵敏度。3、变差，表示了仪表

的恒定性。第5页，共23页。三、测量仪表的解析制氧机需要的测控参数很多种，有温度、压力、流量、阻力、液面、产品纯度等。测量仪表是指间接或者直接的测量各种自然的仪表设备。根据用途可分为温度计、压力计、流量计、液面计、气体分析器等。1、温度测量空分设备常用温度计有以下几种：（1）工业式标示玻璃液体温度计。它是利用水银或酒精受热后体积膨胀原理制成的，使用范围为-100―600℃，常用量程为0―100℃，优点是结构简单反应快、准确。第6页，共23页。缺点是只能就地测量，不能远距离传送，无法自动控制，用时还要防止断裂和忽冷忽热。（2）热电偶温度计。测温元件由两根不同的金属丝组成，一端焊接起来，称为工作端或者热端，与被测对象接触。另一端用导线连接至显示仪表。对于一定材料组成的热电偶，如果冷端温度保持不变，热电势随热端温度变化。在工业上可用在测量0―1800℃范围内介质，结构简单、使用方便、准确度高、范围宽，便于远距离传送。常被用于测量压缩机的气体温度。第7页，共23页。（3）热电阻温度计。由热电阻和与它配套的显示仪表组成。它是利用金属或者半导体的电阻值随温度变化的特性制成，因此，测出电阻变化就可测出温度变化。铂热电阻在工业上可用来测量-200―650℃范围内的温度，除了具有热电偶的优点外，还具有低温范围内精度高的优点。在空分装置中用在冷箱内的低温测量。第8页，共23页。（4）压力表式温度计。它是利用密封容器内的气体的压力随温度变化原理制成的。当温度变化时，温包内气体的压力发生变化，经毛细管传给弹性压力计。空分范围内可用来测量润滑油温度。2、压力测量（1）压力指示仪表。弹簧管式压力表一般作为现场压力指示仪表，主要由弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘及外壳等部分组成。弹簧管是感压元件，固定端可通入被测流体，另一端是封闭端，可自由伸缩，依据位移量大小指示出压力大小。第9页，共23页。（2）差压（压力）变送器。用来测量各种液体、气体的差压（压力）并把它转换4―20mA的统一标准信号，与其他组合仪表相配套来显示、记录和报警等自动控制。

压差变送器的测压元件是弹性元件，依据弹性元件受压后变形的位移，需要在DCS进行显示控制的压力、压差、液位、流量点均需设置差压变送器。

特别注意的是测量氧气介质的差压变送器的膜盒中应填充氟油，它是惰性油且整个变送器要脱脂。

空分装置使用差压变送器依据原理分为三种形式，即电容式、扩散硅式和单晶硅式。第10页，共23页。

差压变送器使用中注意哪些问题？

答：在使用中要避免使仪表单向受力，尤其是在开停车时要注意。开车时应该先关闭高、低压阀，再打开均压阀，然后在慢慢打开高（或低）压阀门，使被测介质进入变送器的正（或负）压室。如果测量液体，应把正负压室的气体从上面的排气螺钉孔排净。如果测量气体，应该把正负压室积存的液体从下面排液螺钉排出。排完气（液）后关闭均压阀，再打开另一边的阀门。停车时也要先关高（或低）压阀，后打开均压阀，再关另一边阀门。有时在测量空气流量时，正负压室或者管道有水时，应把仪表停下，放出存水。第11页，共23页。3、流量的测量（1）差压式流量计。它的工作原理是基于流体动压能和静压能一定条件下可以转换。流体经过节流孔板时，静压降低、流速增加，于是在孔板两侧就产生了压差，压差越大流量越大。差压变送器将差压信号转变与流量对应的标准电信号。（2）低温流量计。测量液氧、液氮、液氩时，常采用涡街式流量计。因为低温液体在测量时容易产生气、液两相流，用差压式流量计无法准确测量。涡街式流量计原理是流体经过非流线型物体时，会分割成小涡流或涡旋。（3）阿牛巴流量计。此流量计采用均速流量探头来测量流量，主要优点是阻力小，为孔板流量计的1/10。第12页，共23页。污氮进分子筛纯化器的流量测量采用阿牛巴流量计可减少0.8―1.0kPa的阻力损失。此流量计在安装时，对管路直管段要求非常严格，如果被测流体没有达到稳流将会明显影响测量精度。（4）电磁式流量计。在空分氮水预冷系统中的水流量测量，因水中往往含有一定固体杂质，如用孔板流量计会发生测量滞后和不准确的问题，所以采用电磁式流量计。它的原理是根据法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中切割磁力线运动，产生感应电动势，流量越大，感应电动势越大。（5）转子流量计。结构简单，价格便宜，但是测量精度不高。第13页，共23页。4、液位测量常用的液位测量方法是通过液柱的静压进行测量。5、轴动位移测量主要是采用振动位移探头，检测的是涡流信号，当高频电流从振荡器流入传感器线圈中，在线圈中会产生高频磁场，当金属接近时会在金属表面产生电涡流，传感器与金属距离越近电涡流越强。6、转速测量主要原理是电感应，将角位移转变成电信号，然后由频率电流转换器计数，输出标准信号或用显示仪表显示。第14页，共23页。四、分析仪表分析仪表是指对介质纯度进行测量的仪表设备。制氧机的纯度测量分为在线检测和离线检测。在线检测即连续检测被测介质的成分，离线检测即采用手动取样，间断检测被测物质的成分。1、二氧化碳分析仪对二氧化碳的微量分析通常采用红外线二氧化碳分析仪，它的原理是，在红外线区内，极性分子均具有特征的波长和吸收系数，空气中的氧气与氮气是双原子非极性分子，杂质二氧化碳是非极性分子，所以在红外线区内，可以检测出二氧化碳。第15页，共23页。2、水分分析仪离线的水分分析常用露点法，被测气体通过露点仪的镜面过程中，镜面被冷却不断下降，当降到一定温度时，镜面上出现露珠，此温度为露点温度，与饱和含量水一一对应，可以确定被测介质水分含量。此外还有微量水分分析仪和电解法水分分析仪。3、氧分析仪在线测量氧纯度通常采用热磁性氧气分析仪和氧化锆分析仪进行自动分析。（1）热磁氧分析仪。热磁氧分析仪是0―100%纯度氧的自动分析仪，可以自动指标和记录，它是利用氧气具有高顺磁性，而且磁化率随温度上升而降低。第16页，共23页。根据混合气体的磁化率大小可以预知氧气气体含量。气体磁化率小难于测量，因此将磁化率转变成热敏元件的温度进行直接测量。热敏元件的电阻随温度的变化而变化，测量的电阻就反映出氧的含量。（2）氧化锆氧分析仪。氧化锆氧分析仪为为灵敏度高、稳定性好、量程大、反复性好的连续测氧仪，是根据浓差电池原理制成的，由两个半电池构成，一个半电池是已知氧气分压的铂参比电极，另一个是含氧量未知的测量电极。氧化锆电介质是由氧化锆与氧化钙按一定比例混合，在高温下烧结后形成固熔体，在固溶体晶格内，四价的锆离子通过氧化锆进行交换，当氧化锆两侧氧浓度不同时产生电动势。第17页，共23页。4、氮分析仪在线微量氮分析仪是根据电离原理制成的，用于测量纯液氩中微量氮。5、氩分析仪在线氩分析仪采用热导式分析仪。气体热传导主要依靠的是分子不规则运动，气体分子数越多，导热能力越强。温度越高，气体热导率越大。6、总烃检测在线总烃检测是将冷凝蒸发器的液氧变成气氧通入氢焰离子化检测器中，被氢火焰加热，使碳氢化合物离解，离子化烃类在氢焰两个极板间产生电流，电流强弱对应总烃含量多少。离线碳氢化合物检测采用气相色谱仪。第18页，共23页。五、空分装置仪表开车（一）、现场仪表部分1、电磁流量计投用投用前确认仪表供电是否正常，工艺管道是否吹扫干净，如果已吹扫干净，则从中控室给现场仪表提供电源。现场与中控核对变送器显示是否一致，如果不一致，则对流量计进行检查修改。2、转子流量计投用投用前解开指针固定，仪表信号回路指示是否正常，工艺管道是否吹扫干净，如果吹扫干净，先用旁路阀手动控制2-3分钟后再检查流量计的零点，必要时串入电流表测试。确认零点后，关闭旁路阀，先打开入口阀，再慢慢打开出口阀，流量计投用。第19页，共23页。3、双法兰液位计投用投用前确认液位变送器通讯是否正常，仪表零位检查，工艺玻璃板是否畅通确认无误后，先打开工艺正压阀，后打开负压阀，流量计投用。4、压力（差压）变送器投用投用前确认变送器通讯是否正常，导压管接件是否已上紧，投用测量气体介质压力时需检查变送器导压管内是否有液体积聚，打开排污阀排出液体。投用测量压力时液体介质时，用物料桶接着，打开排污阀，把导压管内的气体和脏介质排掉。然后关闭排污阀，打开测量阀，仪表投用。差压变送器则需保证三阀组开停顺序正确。测量高温高压蒸汽的变送器需保证隔离罐内冷凝液充分冷凝。第20页，共23页。5、温度仪表投用确认仪表接线是否正确，温度指示与实际指示温度相对不能相差太大。区分热电偶与热电阻接线方式，检查热电偶配套补偿导线是否正确。6、调节阀、切断阀投用投用前确认仪表供风管是否吹扫干净，过滤减压阀排污1-2分钟后关闭，确认仪表供风系统压力值是否符合额定压力，检查输出信号是否正常，确认工艺管道是否吹扫干净。投用时，投用工艺旁路阀2-3分钟，关闭旁路阀，再打开调节阀出口阀和入口阀，控制阀投用。7、振动位移探头的投用检查确认振动位移探头接线是否正确、接线是否牢固；检查振动探头的初始电压是否符合要求。8、压力、振动开关的检查检查开关接线是否正确，设定值是否符合要求，点动测试开关动作是否灵敏。第21页，共23页。（二）、DCS系统部分1、控制站上电前确认工作温度，工作温度0-50℃。2、双路供电先供总电源，后闭合控制站。3、操作站先供机柜电源