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热导分析仪

2021-04-18383

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热导分析仪

1. 简介

       每种气体的物质导热性能不同,其热导率(或称为导热系数)与其摩尔质量和温度有关,与气体压力影响很小。当将具有不同热导率的气体混合时,其混合物的热导率取决于其成分的浓度。由此可以确定各个气体的比例。

       当需要测量的气体的导热系数明显不同并且满足以下三个条件之一时,导热系数的测量原理尤其适用:

1. 气体混合物仅含有两种组分。如,氮气中二氧化碳含量,或氮气中氢含量。

2. 气体混合物包含两种以上的成分,但仅有两种成分的浓度会发生变化。

3. 气体混合物包含两种以上的成分,背景气含两种或几种成分,但热导率相似,这种情形相当于两种组分。如,当测量氧气/氮气中的氢气或氦气。


2. 测量原理

       样气进入到不锈钢热导池中,热导池加热恒温在63°C,另在薄膜上方使用热敏电阻恒温在135°C。这样在膜的下方和上方形成小腔,测量气体可以扩散到其中。这样通过样气导热性能而造成的热量损失通过加热来补偿,维持膜的恒定温度所需的电压是对测量气体的热导率的测量。



3. 防腐保护

       一些气体与水分形成化合物,会腐蚀与测量传感器,从而损害测量精度,最终破坏测量能力。因此,MZD传感器使用不锈钢和FPM或FFKM材质的O型圈。并在测量传感器表面涂有4µ厚的卤化聚合物层保护涂层,该涂层不会影响传感单元的出色测量性能,而且能够有效保护传感器。


4. 冷凝水和防尘

       使用µm孔径的烧结玻璃对传感器进行保护,气体分子可以通过,而液体水分子不可渗透过去。另外烧结玻璃保护层还减少了对气体流量的依赖性,从而样气流量可以10~400L/h流过热导池。


5. 内置集成流量计

       内置差压式体积流量测量,并通过气体成分进行运算补偿。


6. 交叉敏感性补偿

      样气中存在干扰组分是产生附加误差的重要因素,对于绝大多数气体,当浓度较低时,这种影响几乎是可以忽略的。通过交叉灵敏度建模和其他测量可以完全确定复杂的气体混合物。甚至还可通过红外和湿度测量来补偿运算,可以实现用于确定复杂气体混合物中同核和稀有气体的集成解决方案。


7. 可燃气体的测量

       是在调试分析仪系统之前,必须测试测量气体通道的防泄漏性。如果要将可燃气体导入分析仪,MZD建议选择“玻璃珠填充”选项。这些直径为0.6 mm的玻璃珠通过振动被压实,从而致密地充满了分析仪外壳传感器单元内的所有空腔。


8. 内置多种气体测量模式

       仪表内置16种二元混合气体测量模式和校准数据,这样可以使用同一个仪器测量不同的气体和气体混合物。


9. 测量成分和范围

测量气体

背景气

量程

最小量程1

最小量程2

混合气体

氢气(H2)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 0.5%

98% – 100%

Yes

氢气(H2)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 0.4%

99% – 100%

Yes

氢气(H2)

氦气(He)

20% – 100%

20% – 40%

85% – 100%


氢气(H2)

甲烷(CH4)

0% – 100%

0% – 0.5%

98% – 100%


氢气(H2)

二氧化碳(CO2)

0% – 100%

0% – 0.5%

98% – 100%


氢气(H2)

氧气(O2)

0% – 100%

0% – 0.8%

97% – 100%


二氧化碳(CO2)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 3%

96% – 100%

Yes

二氧化碳(CO2)

氩气(Ar)

0% – 60%

0% – 10%

Yes

氩气(Ar)

氧气(O2)

0% – 100%

0% – 3%

96% – 100%

Yes

氩气(Ar)

二氧化碳(CO2)

40% – 100%

80% – 100%

Yes

氩气(Ar)

氙气(Xe)

0% – 100%

0% – 3%

99% – 100%


氮气(N2)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 3%

97% – 100%

Yes

氮气(N2)

氢气(H2)

0% – 100%

0% – 2%

99.5%– 100%

Yes

氧气(O2)

氮气(N2)

0% – 100%

0% – 15%

85% – 100%

Yes

氧气(O2)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 2%

97% – 100%

Yes

氧气(O2)

二氧化碳(CO2)

0% – 100%

0% – 3%

96% – 100%

Yes

甲烷(CH4)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 2%

96% – 100%

Yes

甲烷(CH4)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 1.5%

97% – 100%

Yes

氖气(Ne)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 1.5%

99% – 100%


氦气(He)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 0.8%

97% – 100%

Yes

氦气(He)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 0.5%

98% – 100%

Yes

氪气(Kr)

氩气(Ar)

0% – 100%

0% – 2%

96% – 100%


氘气(D2)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 0.7%

96% – 100%


氘气(D2)

氦气(He)

0% – 100%

0% – 5%

70% – 100%


六氟化硫(SF6)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 2%

96% – 100%


二氧化氮 (NO2)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 5%

96% – 100%


灭火气体(R125)

氮气(N2)或空气

0% – 100%

0% – 5%

98% – 100%


 

10. 典型应用:

        热导式气体分析器是测量(热导率相差甚大的)两种混合气体中某一组分的有效方法。主要用于测量氢气(H2),二氧化碳(CO2),氩气(Ar)的含量等。下面列举部分典型的应用场合: 

· 氨厂合成气中氢气(H2)含量测量

· 加氢装置中氢气(H2)纯度测量

· 电解水制氢、氧过程中纯氢气(H2)中氧气(O2)和纯氧气(O2)中氢气(H2)的测量

· 碳氢化合物气体中氢气(H2)含量测量

· 氢冷发电机组中氢气(H2)、二氧化碳(CO2)含量的监测 

· 氯气生产流程中氯气(Cl2)中氢气(H2)的测量

· 炉窖燃烧烟道气中二氧化碳(CO2)含量测量 

· 空气分离装置中的氩气(Ar)含量测量

· 纯气体生产中的监测,如氮气(N2)中的氦气(He)、氧气(O2)中的氩气(Ar)

· 硫酸及磷肥生产流程中二氧化硫(SO2)含量测量


应用案例表:

序号

行业

服务/测量任务

测量

测量范围

载气成分

1

化工

氢作为杂质

H2

0-0,5%

Ar, N2, O2

2

化工

电解制氢

H2


O2

3

化工

氨气(NH3)生产

H2


NH2, Air

4

化工

化肥生产甲烷化炉和氨(NH3)转换器出口

H2

50-100%

N2, CH4, NH3, Ar

5

空分,化工

氢气纯度

H2

99-100%

N2, O2, HC, Air, SIH4

6

空分,化工

氩气精炼过程

H2


Ar

7

冶金

退火炉H2,N2防氧化

H2


N2, ppm O2

8

冶金

高炉煤气

H2

0-20%

N2, CO, CO2, H2O

9

冶金

氧气炉(BOF)顶吹炉

H2

0-10%

N2, O2, H2O, O2, CO, CO2, 燃料气

10

冶金

钢铁厂生铁

H2


11

冶金

热处理H2,N2

H2

0-5% ; 10%; 20%

N2, ppm O2

12

冶金

保护气

H2


Air, N2

13

冶金

除氢,监测金属熔体中H2的排出

H2


N2

14

化工制药

质量检验

Impurity


Ar

15

玻璃生产

平板玻璃生产

H2

0-10%

N2

16

食品和饮料,医疗技术

气体混合




17

半导体产业

监控工艺

H2

0-8%

Ar

18

发电厂

涡轮发电机

H2

0-100%

CO2 or Ar

19

发电厂

涡轮发电机

Air

0-100%

CO2 or Ar

20

发电厂

涡轮发电机

H2

90-100%

Air

21

发电厂

涡轮发电机

H2

90-100%

Air

22

发电厂

涡轮发电机

H2


Air

23

核电

核能,监测空气中的氘(D2)

D2

0-5%

D2, Air

24

核电

核电站,冷凝器后的真空拖动重组器

H2

0-5%

N2, O2

25

核电

核电厂,为了避免可燃气氛而对氢进行传播分析

H2

0-20%

Air

26

石化

丙酮,苯酚,异丙苯生产

H2

50-100%

N2, CH4

27

石化

原料气中异氰酸酯生产H2

H2

0-1Vol%

CO

28

石化

芳香剂提升气管,N2集管和调压料斗

HC, H2

0-15% 0-1%

НС

29

石化

己内酰胺生产H2纯度

H2

70-100%

N2, ppm NH3, ppm CO

30

石化

加氢裂化器单元循环气体压缩机

H2

50-100%

碳氢化合物

31

石化

加氢裂化器补充气

H2

50-100%

碳氢化合物

32

石化

加氢裂化器下游收集点

H2

50-100%

碳氢化合物

33

电气行业

焊接

H2


N2

34

生命科学与医学应用

一氧化二氮麻醉剂量N2O

N2O


N2

35

汽车,发电,可再生能源

燃料电池

H2


O2, N2




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