鍍鋅生產線氫氣分析儀原理及應用

宇榮發

一、鍍鋅線生產工藝及分析儀配置情況簡介

鍍鋅線加熱爐中充滿的是一定配比的氮氣和氫氣的混合氣體。如果加熱爐內氧含量過高將導致帶鋼在加熱過程中變藍、化學活性增加；如果加熱爐內氫含量高將會發生加熱爐爆炸的特大安全事故，可見加熱爐氣體分析儀系統的穩定性、準確性對于保證生產安全，提高產品質量以及提高生產自動化程度都有非常重要的意義。

鍍鋅線分析儀使用的采樣方式是利用現場氮氣氣源作為引射氣，在整個采樣系統內形成負壓，將現場取樣樣氣抽入分析儀傳感器內進行分析。因為分析儀分析管路部分本身就配置有氮氣系統作為參比氣，“因地取材”使用已有的氮氣作為引射氣，不需要另外配置管路，節省了抽氣泵使用費用，杜絕了因抽氣泵堵塞等造成的故障，減少了設備安裝空間，降低了設備成本和維護成本，提高了分析儀運行的穩定性和完好率。

二、分析儀系統的組成

H2%分析系統由樣氣采集、預處理部分、分析探頭及分析儀等部分組成。

1、樣氣采集：樣氣采集部分由現場采樣管路及氮氣引射部分組成，由于氮氣引射作用采樣管路內形成負壓，現場樣氣被抽入分析探頭進行分析后排空。

2、預處理：因為鍍鋅線加熱爐內的氮、氫混合氣體比較清潔，故只采用精細過濾器除塵后直接送入分析探頭進行分析。

3、分析探頭：鍍鋅線的分析探頭的安裝方式是采用分析柜安裝。分析柜安裝是將現場幾路采樣管集中送入分析柜，在分析柜內利用“多點切換、逐點循環”方式使各段分析樣氣進入預處理部分處理后送入分析探頭進行分析。這樣，幾路采樣點用一臺分析儀就可完成氣體的分析，減小了設備費用和維護力度。

4、分析儀：是將分析探頭送過來的毫伏信號值進行分析運算，并輸出模擬量信號和開關量信號至PLC進行數據顯示和生產過程的自動化控制。

三、分析儀原理簡介

鍍鋅生產線上的H2%含量分析儀采用的是熱導式氣體分析儀。下面對這種分析儀的檢測原理進行簡單說明：

熱導檢測器（TCD）是利用被測樣氣和參比氣的熱導系數不同而響應的濃度型檢測器，屬物理常數檢測方法。鍍鋅線使用的是法國ARELCO公司的 CATARC MP-R型氣體分析儀，它是專為監測和檢查二元混合氣體如H2/ N2等氣體的。

熱導式氫氣分析儀主要部分是檢測單元，它是由兩個接在惠斯通電橋橋臂上的微熱敏電阻工作組成的檢測器，一個RTD（感溫電阻）插入樣氣氣流中，另一個RTD（感溫電阻）插入參比氣流。參比氣一般是混合氣體中的主要成分，通過兩個RTD差值計算出氣體成分含量。CATARC MP-R型分析儀的測量環境要求在最大1 bar壓力，流量0.5 l/min，探頭溫度40-50℃時工作正常。兩種熱導率相差很大的氣體混合物，可以按照混合物的導熱能力與兩組分的含量相關的特點來分析某一組分的百分含量。當混合物的組分超過兩種時，混合氣體的導熱系數可以近似的認為是各個組分的熱導率與其含量乘積之和。

四、鍍鋅生產線分析儀氣路切換原理

分析儀把現場采樣管路接入分析柜內，經柜內手閥、精細過濾器過濾，由PLC程序控制EV1—EV7（三通電磁閥）進行逐點循環切換，切換到該點時相應三通電磁閥得電，采樣氣經流量開關后送入分析傳感器。其它6路未切換的電磁閥不得電，樣氣經旁通管路放空。

PLC回路切換間隔時間為3分鐘。

五、氫氣分析儀常見故障及處理方法

氫氣分析儀在使用過程中會出現各種故障。常見的故障是“分析儀探頭溫度報警”和“樣氣流量不穩定”。被分析的樣氣如果溫度過高或者過低，超出了分析儀探頭允許的溫度范圍，分析儀即發出報警信號，同時相應故障報警燈點亮，分析儀輸出信號為最大值。我們對這類故障的處理方法采用現場降溫或修改溫度報警。冬天天氣嚴寒，在分析儀啟運時，可用伴熱系統加熱探頭避免故障報警。下面列舉分析儀在使用中出現的故障處理，供大家參考。

冬季某日凌晨，鍍鋅線檢修后準備將生產線投入生產。檢查發現H2%分析儀不能正常工作，分析儀輸出故障信號，分析儀面板始終顯示傳感器加熱。檢查管路、電氣均正常，分析儀重新啟動仍然不能正常工作。后更換輸出繼電器仍不能解決問題。此時鍍鋅線加熱爐內已經吹掃完畢，但由于氫氣分析儀無法分析爐內氫氣含量，加熱爐就不能點火升溫，鍍鋅生產就無法進行。在如此嚴峻的形勢下，我們經過分析相關資料，判斷是采樣氣體溫度過低導致分析儀故障（當時廠房內溫度是零下）。經過使用電吹風對分析儀傳感器緊急加熱后，分析儀的故障信號消失。為確保故障不再發生，我們給分析儀傳感器前采樣管和分析儀傳感器增加伴熱系統（掛白熾燈的應急措施），保證了氫氣分析儀的正常工作和鍍鋅線正常生產。在鍍鋅線生產一段時間后，加熱爐內溫度逐漸升高，進入氫氣分析儀的采樣氣體的溫度也達到了分析儀要求，隨后可以將應急伴熱解除。

六、結束語

在日常維護工作中，我們結合鍍鋅線生產工藝，分析研究氫氣分析儀各種故障，逐步完善氫氣分析儀各種故障的處理預案。氫氣分析儀穩定順行為鍍鋅線安全、高效生產提供了可靠保證。