在工业过程中,由于换热设备的存在,和储能介质需要动态换热,其中换热材料为金属,常规是各种管/板或者容器等,而中间介质为高温/高压/具有一定流速的液体&气体或者气液两相流体;流程工业要求设备不停机长期运行,不能意外当机或者跳机,或者临停(发电厂/冶金/钢铁/石化冶炼等重工业),或者由于成分超标造成生产过程中产品质量存在缺陷(啤酒/制药/半导体等行业);
如何防止换热设备泄露/过渡腐蚀/防止爆管/控制腐蚀率及加速腐蚀率,工业工程师对生产流程需要进行优化或者修改工艺,防止高温高压介质腐蚀管道及热交换设备;研究中,介质中氧气对钢管材料有腐蚀作用,无论如何加强材料的抗腐蚀能力,氧腐蚀是存在;经年累月的使用过程中,极端情况下会造成在整个工艺流程中,造成不同位置的设备腐蚀而导致泄露,非意外的停机,造成不必要的事故及经济损失。
如何精确的知道溶解在介质中的氧气含量,控制好过程中的氧含量,提供实时在线的定量指标,成为一个挑战,因为重工业流程工业中,都是高压/高温的流体,取样本身存在危险和难度;而且如何选择合适的测量仪器,如何维护简易化,测量高精度,而且能快速反应工艺现场的变化,得到可信的真正数值成为一种挑战。
传统的测量溶解氧的方法为电化学的方法,就是溶解在液体介质中的氧气通过溶解氧渗透膜进入电极系统,产生相应的电信号,电信号的大小/变化和过程中的氧气含量成一定的关系(根据经验公式),而样品中的温度,当地大气压的大小对测量到的溶解氧值进行动态补偿;在核电站一回路中,由于有大量溶解氢的存在,则需要通过相应的氢补偿才能得到正确的溶解氧含量(针对于微量溶解氧的应用场合)。如下图是目前电化学溶解氧传感器大致结构图(不同公司的EC微量溶解氧结构大同小异)
现代随着技术的发展,荧光方法测量溶解氧成为了一种可能,通过电子跃迁,不同波长/频率光的变化,相位差的大小和氧气含量成一种变换关系,通过这种方式也能得到液体中氧气的含量;而这种方法给现场带来了极大的方便,维护看来也相对简单一些;但是通过这些年的现场实际使用发现,荧光法LDO测量溶解氧对于微量溶解氧浓度似乎存在一些问题(对于2ppb以下的使用),对微量/痕量溶解氧的测量技术上面还存在挑战;对微流量使用条件下的应用,也没有达到实际使用效果。
目前在中国火力发电厂ppb溶解氧使用中,大量使用的都是电化学方法的传感器,品牌包括:Polymetron/9182&9582,Orbisphere3655&510系列,SWAN AMI系列/Oxytrace,Honeywell/早期的7931型号到目前的最新型号,Mettler/ISM系列溶解氧传感器,Hamilton/OxyGold等;实际使用效果也只有用户最清楚;但是使用过程中,存在的大量问题是:1)痕量测量数据的可信度;2)电极需要专业的技术人员进行维护,维护难度很大,维护后,不一定能达到测量要求;3)电极长期运行后的灵敏/稳定性的考验。
如何在使用过程中,处理稳定性,灵敏度,高可靠性,适用于低流量样品测量的场合,对用户使用者/运行维护单位,技术员是一个挑战。随着时间的发展,技术的进步及理论研究,传统的EC电化学溶解氧测量方法是否可以克服电极容易消耗,维护技术要求很高,电极使用寿命及稳定性/精度/耐用性的一系列问题,对最终用户更加友好,更加适合于苛刻使用场合,例如核电站一回路中,高压溶解氧的在线测量;特别是随着电子技术的发展,芯片小型贴片化/集成化,便携式仪表的小型化,如果有一种小型便携的标准表对现场仪表进行验证监督及校准;随着技术的发展,成为一种可能;
如何解决用户在使用过程中的困惑,对于仪表本身,还是测量数据的可信度,还是仪表维护的难度,溶解氧零点的问题,测量低量程溶解氧达不到1ppb以下,反应慢;这种实际工程应用种存在的各种技术问题时常困惑一线及技术监督人员;
对于溶解氧的测量,格外是对于痕量溶解氧的测量,是一个技术难题,正因为存在这些问题,对于大多数的最终用户而言,需要一定的专业知识及清晰的判断仪表性能的能力;
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