ما هو محلل الأكسجين الموضعي لغازات المداخن؟
في كل عملية احتراق يُزوَّد النظام بهواء أكثر قليلًا مما تقتضيه الحسابات النظرية، حتى يحترق الوقود احتراقًا كاملًا. والمقياس المباشر لهذا الفائض هو الأكسجين المتبقي في غاز المدخنة. ويُعد قياس الأكسجين الزائد باستمرار وتصحيح هواء الاحتراق تبعًا له (O2 trim) من الأدوات الرئيسية لخفض تكاليف الطاقة وتقليل الانبعاثات وضمان التشغيل الآمن للغلايات والأفران.
وفي المحلل الموضعي لا يكون عنصر القياس خارج المدخنة، بل داخل تيار الغاز مباشرةً. إذ تقيس خلية من الزركونيا عند طرف مسبار مثبت بشفة على جدار المدخنة أو المجرى غازَ المدخنة الذي يصل إليها عبر ناشر. ومع غياب خط العينة والمضخة والمبرد ومصرف المتكثفات، ينتفي تأخر العينة وتزول الأخطاء المرتبطة بتكييفها، ويجري القياس على التركيب الفعلي لغاز المدخنة.
والمحللات المعروضة في هذه الصفحة متاحة بإصدار للأغراض العامة وإصدار للمناطق الخطرة. ففي البنية الرقمية يولّد المسبار نفسه إشارة HART أو FOUNDATION Fieldbus، أما في البنية التقليدية فيرسل إشارة الحساس الخام إلى إلكترونيات محلل بعيد. وللتطبيقات التي يلزم فيها رصد الغازات غير المحترقة إلى جانب الأكسجين، يمكن النظر في أجهزة إرسال الأكسجين والغازات القابلة للاحتراق كحل بديل.
كيف يعمل مسبار الأكسجين بالزركونيا
يحوّل مسبار الأكسجين بالزركونيا الفرقَ في الأكسجين بين وجهي إلكتروليت خزفي يوصّل أيونات الأكسجين عند درجات الحرارة المرتفعة إلى جهد كهربائي. وتعمل سلسلة القياس الموضعي وفق المراحل التالية:
1. وصول غاز المدخنة إلى الخلية عبر الناشر: يتيح الناشر الموجود عند طرف المسبار وصولَ غاز المدخنة إلى الخلية بالانتشار السلبي، مع الحد من الجسيمات ومن الاصطدام المباشر لتيار الغاز. ويجري القياس حيث يوجد الغاز، دون إخراجه من المدخنة.
2. تسخين الخلية والتحكم في حرارتها: لأن الزركونيا لا تصبح موصّلًا أيونيًا إلا عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ سخان داخل المسبار على حرارة تشغيل ثابتة للخلية. وتُقاس حرارة الخلية باستمرار بمزدوج حراري، وتُستخدم في التحكم في الحرارة وفي حساب الأكسجين معًا.
3. المقارنة مع هواء المرجع: يتعرض الوجه الداخلي للخلية لهواء مرجع نظيف وجاف يُزوَّد عبر المسبار. والفرق في الضغط الجزئي للأكسجين بين غاز المدخنة على الوجه الخارجي وهواء المرجع على الوجه الداخلي هو ما يدفع أيونات الأكسجين عبر الخزف.
4. توليد جهد الخلية: ينتج عن هجرة الأيونات جهد بمستوى الميلي فولت بين قطبي البلاتين في الخلية. وكلما انخفض الأكسجين في غاز المدخنة ارتفع هذا الجهد ارتفاعًا لوغاريتميًا.
5. تحويل الإشارة ونقلها: في البنية الرقمية يُحوَّل جهد الخلية وإشارة المزدوج الحراري إلى نسبة مئوية للأكسجين داخل إلكترونيات المسبار، ويُنقلان بإشارة 4–20 mA مع HART أو عبر FOUNDATION Fieldbus؛ أما في البنية التقليدية فيُرسلان خامَين إلى المحلل عن بُعد.
6. المعايرة: تُطبَّق على طرف المسبار على فترات غازات معايرة منخفضة ومرتفعة المحتوى من الأكسجين لتصحيح ميل الخلية وإزاحة الصفر. ويمكن تنفيذ ذلك دون مشغّل بوجود حاوية معايرة تلقائية مدمجة أو وحدة معايرة تلقائية خارجية.
معادلة نرنست: من جهد الخلية إلى تركيز الأكسجين
يوصَف الجهد الذي تولّده خلية الزركونيا بمعادلة نرنست: E = (R·T / 4F) · ln(P_ref / P_gas). حيث R ثابت الغازات العام، وT درجة الحرارة المطلقة للخلية، وF ثابت فاراداي، وP_ref وP_gas الضغطان الجزئيان للأكسجين في هواء المرجع وفي غاز المدخنة على التوالي؛ ويعكس الرقم 4 في المقام أن كل جزيء أكسجين يلتقط أربعة إلكترونات ليكوّن أيوني أكسجين.
وتنتج عن المعادلة نتيجتان عمليتان. الأولى أن الجهد يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة، ولذلك يجب قياس حرارة الخلية بدقة وإبقاؤها ثابتة؛ فالمزدوج الحراري والتحكم في السخان جزء لا يتجزأ من القياس. والثانية أن العلاقة لوغاريتمية، فيعطي التغيّر المطلق نفسه في الأكسجين تغيّرًا أكبر في الجهد كلما انخفض مستوى الأكسجين — وهو ما يجعل خلية الزركونيا ملائمة بوجه خاص للتحكم في الغلايات والأفران العاملة بهواء زائد منخفض. ولأن القياس يجري دون إزالة بخار الماء من غاز المدخنة، فإن النتيجة قيمة أكسجين على أساس رطب.
البنية الرقمية والبنية التقليدية للنظام
في البنية الرقمية يولّد المسبار نفسه إشارة 4–20 mA مع الإشارة الرقمية HART أو FOUNDATION Fieldbus؛ ولا يلزم للتوصيل سوى كابل محمي ثنائي الأسلاك مقاس 18 AWG يوفّره العميل. ويمكن تهيئة المسبار من المحلل عن بُعد أو من جهاز اتصال محمول أو مباشرةً من PLC/DCS.
أما في البنية التقليدية فينقل المسبار جهدي الحساس والمزدوج الحراري الخامين عبر كابل بسبعة موصلات إلى المحلل عن بُعد الذي ينتج خرج 4–20 mA وHART. ويُفضَّل هذا الترتيب في مشاريع الاستبدال التي يُراد فيها الاحتفاظ بالأسلاك القائمة. ويستطيع المحلل عن بُعد جمع مسبارين رقميين أو مسبار تقليدي واحد على واجهة واحدة، ويوفّر منصة مركزية لأجهزة المعايرة التلقائية وتتابعات الإنذار وأدوات التشخيص.
الظروف الاختزالية ومؤشر النسبة الستوكيومترية
عندما يكون هواء الاحتراق غير كافٍ، يُستهلك الأكسجين الحر في غاز المدخنة ويصبح الجو اختزاليًا. ويظل مؤشر النسبة الستوكيومترية يعطي قراءة ذات دلالة في هذه الحالة، فيبيّن مقدار نقص الأكسجين في العملية؛ وتبلغ دقته ±0.1% من القراءة أو 0.1% O2. وتبلغ استجابة النظام T90 مقدار 120 ثانية عند الانتقال من الظروف المؤكسدة إلى الاختزالية، وT90 مقدار 30 ثانية في الاتجاه المعاكس.
تقل استجابة النظام لغاز المعايرة عن 3 ثوانٍ للاستجابة الأولية وعن 8 ثوانٍ لـ T90. أما الاستجابة لتغيّرات غاز العملية فقد تختلف تبعًا لظروف العملية ولمدة خدمة الحساس.
الميزات الرئيسية
· قياس داخل المدخنة مباشرةً: يُقاس الأكسجين دون خط عينة أو مضخة أو معدات تكييف، فينتفي التأخر وتزول الأخطاء المرتبطة بالعينة.
· تشكيلة واسعة من أطوال المسابير: تُعرض خيارات المسبار 457 mm و0.91 m و1.83 m و2.74 m و3.66 m في إصدار الأغراض العامة، و457 mm و0.91 m و1.83 m في إصدار المناطق الخطرة.
· خيارات مسبار لمواجهة الكشط: إلى جانب أنبوب المسبار القياسي، يتوفر جسم مسبار مقاوم للكشط وحزمة ملحقات درع الحماية من الكشط تُستخدم مع ناشر محكم ضد الغبار.
· اختيار الناشر بحسب درجة الحرارة: الناشر المخمِّد مصمم للخدمة حتى 400 °C، والناشر الخزفي حتى 825 °C، والناشر المعدني من سبيكة عالية النيكل حتى 705 °C؛ كما يقدّم إصدار الأغراض العامة خيارات مزودة بمانع ارتداد لهبي.
· خيارات خلية مقاومة للتسمم: تُحمى الخلية القياسية من الكبريت ومن مركّبات التسمم الأخرى بخرزات حماية حفزية؛ أما الخلية المقاومة للأحماض، المزودة بخرزات حماية إضافية، فمخصصة لغازات المداخن الأشد عدوانية.
· حاوية معايرة تلقائية مدمجة: يمكن دمج الصمامات الكهرومغناطيسية التي تطبّق غازات المعايرة على طرف المسبار بالتتابع داخل حاوية المسبار؛ وهذا الخيار معتمد أيضًا على إصدار المناطق الخطرة.
· تشخيص متقدم للحساس: تنبيه بالحاجة إلى المعايرة، وتشخيص يقيس زمن الاستجابة لكشف انسداد الناشر أو نفاد أسطوانة المعايرة، وتشخيص لانخفاض الأكسجين، كلها تتيح تخطيط الصيانة وفق الحاجة.
· تصميم قابل للإصلاح في الموقع: يمكن إصلاح المحلل بالكامل في الموقع؛ وفي إصدار المناطق الخطرة تقلّل مجموعة معيارية تجمع الناشر ومانع اللهب للعملية زمنَ الصيانة وكلفتها.
· ملاءمة للتركيبات القائمة: يوفّر تركيب بعمق إدخال متغير وصفائح محوِّلة للشفاه القائمة مقاس 3 و4 و6 بوصات 150# ومقاس 3 و4 بوصات 300# ملاءمةً لمعظم تركيبات المسابير القائمة من مصنّعين آخرين.
· محلل عن بُعد وخيار تعشيق السلامة: يتصل المحلل عن بُعد بـ PLC أو DCS عبر HART و4–20 mA؛ ومع خيار تعشيق سلامة اللهب للسخان، يمكن ربطه بمنطق سلامة الحارق.
المواصفات الفنية
بيانات الجدول قيم أداء وتركيب نموذجية للمحلل الموضعي بالزركونيا؛ وتُؤكَّد في ورقة فنية خاصة بالمشروع بعد اختيار طول المسبار والناشر والحاوية وبنية النظام.
المعامل | البيانات الفنية |
مبدأ القياس | خلية أكسجين مسخّنة من الزركونيا تعمل موضعيًا، مع تحكم في الحرارة بمزدوج حراري |
نطاق الأكسجين | معايرة مصنعية 0–10% O2 · قيمة النطاق الدنيا قابلة للضبط 0–10%، والقيمة العليا 0–50% O2 |
قابلية التكرار | ±0.75% من القراءة أو 0.05% O2 (أيهما أكبر) |
أثر حرارة العملية | 0.05% O2 في المدى 100–700 °C |
أدنى حد للكشف / قابلية تكرار غاز المعايرة | 0.02% O2 / ±0.02% O2 |
الاستجابة لغاز المعايرة | الاستجابة الأولية أقل من 3 s · T90 أقل من 8 s |
الأداء في الظروف الاختزالية | دقة مؤشر النسبة الستوكيومترية: ±0.1% من القراءة أو 0.1% O2 · من المؤكسد إلى الاختزالي T90 مقدار 120 s، والعكس T90 مقدار 30 s |
حرارة العملية (حسب الناشر / الملحق) | الناشر المخمِّد 0–400 °C · الناشر الخزفي والناشر من سبيكة عالية النيكل 0–705 °C · درع الحماية من الكشط 0–705 °C · ملحق التحويل الجانبي 0–1,050 °C |
حرارة منطقة التركيب على العملية | 200 °C كحد أقصى (190 °C لإصدار المناطق الخطرة) |
أطوال المسابير وعمق الإدخال | 457 mm (إدخال 409 mm) · 0.91 m (826 mm) · 1.83 m (1,740 mm) · 2.74 m (2,655 mm) · 3.66 m (3,569 mm)؛ الطولان الأخيران في إصدار الأغراض العامة |
غازات المعايرة | المنخفض: 0.4–2% O2 · المرتفع: 8–21% O2 (الباقي نيتروجين) · 137.9 kPa، 2.36 L/min |
هواء المرجع | هواء أجهزة نظيف وجاف · 34 kPa، 0.94 L/min |
الخرج والاتصال | رقمي: 4–20 mA مع HART أو FOUNDATION Fieldbus (من المسبار) · تقليدي: إشارة الحساس والمزدوج الحراري الخام إلى المحلل عن بُعد، و4–20 mA مع HART من المحلل عن بُعد · مقاومة حلقة لا تقل عن 250 Ω لاتصال HART |
التغذية الكهربائية | المسبار: 120/240 Vac، 50/60 Hz، 260/1020 VA كحد أقصى · المحلل عن بُعد (مداخل رقمية): 12 VA كحد أقصى · وحدة المعايرة التلقائية: 100–240 Vac، 15 VA |
الحرارة المحيطة | إلكترونيات المسبار –40 إلى +70 °C · المحلل عن بُعد –20 إلى +50 °C · وحدة المعايرة التلقائية –40 إلى +65 °C · التخزين –40 إلى +70 °C |
الأجزاء الملامسة والتوصيل بالعملية | فولاذ مقاوم للصدأ 316L أو 304 · شفة 2 بوصة 150# (دائرة براغي 121 mm) أو DIN (دائرة براغي 145 mm) · مداخل مجاري كابلات ½-14 NPT |
خيارات الخلية | خلية قياسية (بخرزات حماية حفزية) أو خلية مقاومة للأحماض (بخرزات حماية إضافية) |
وزن الشحن | نحو 7.3–17.7 kg بحسب طول المسبار والإصدار |
تُعطى حرارة خدمة الناشر الخزفي بقيمة 825 °C في خيارات الطلب وبقيمة 705 °C في حدود حرارة العملية؛ ويجب اعتماد القيمة الأدنى في التصميم وتأكيدها للتطبيق. كما أن المحلل عن بُعد متوافق فقط مع المسابير المزودة بسخان 120 V.
المزايا الرئيسية
· تحكم بضبط الأكسجين في الزمن الحقيقي: القياس السريع دون تأخر العينة يتيح لهواء الاحتراق متابعة تغيّرات الحمل فورًا، ما يساعد على خفض تكاليف الطاقة في الغلايات والأفران.
· لا نظام عينات يحتاج إلى صيانة: بغياب مكوّنات خط العينة مثل المضخات والمرشحات والمبردات ومصارف المتكثفات، تزول الأعطال وبنود الصيانة المرتبطة بتلك المعدات.
· معايرة دون تدخل بشري: المعايرة التلقائية التي يطلقها مؤقت أو تتابع تلامسي أو تشخيص الحاجة إلى المعايرة تبقي القياس دقيقًا دون الانتقال إلى الميدان.
· صيانة يمكن التنبؤ بها: يتيح تشخيص انسداد الناشر والتنبيه إلى الحاجة للمعايرة تخطيط الصيانة وفق الحاجة الفعلية لا وفق الروزنامة، ما يقلّل التوقفات غير المخططة.
· ملاءمة لظروف المداخن الصعبة: يدعم المسبار المقاوم للكشط ودرع الحماية من الكشط والخلية المقاومة للأحماض والنواشر لفئات حرارية مختلفة استمرارية القياس في غازات المداخن المغبرة والكاشطة وشديدة الحرارة.
· استبدال منخفض التكلفة: تتيح الصفائح المحوِّلة الملائمة للشفاه القائمة وخيار البنية التقليدية استبدال محللات الأكسجين القديمة دون تعديلات كبيرة على المدخنة.
· ملاءمة للمناطق الخطرة: يبسّط التصميم Ex d وحاوية المعايرة التلقائية المدمجة المعتمدة للمناطق الخطرة معداتِ المعايرة في المواقع المصنّفة.
مجالات التطبيق
يمكن استخدام محللات الأكسجين الموضعية في أي عملية تنتج غاز مدخنة من الاحتراق؛ وهي توجد غالبًا على الغلايات وسخانات العمليات والقمائن، وتعمل ضمن أنظمة ضبط الأكسجين.
الغلايات الصناعية والتجارية الكبيرة
في أنظمة ضبط الأكسجين توفّر إشارة المحلل تغذية راجعة للتحكم في هواء الاحتراق، فترفع كفاءة الطاقة في المنشأة وتخفض تكاليف الوقود. وعلى غلايات البخار يُعد إصدار الأغراض العامة مع حاوية المعايرة التلقائية المدمجة تركيبةً شائعة.
سخانات العمليات
يُستخدم إصدار Ex d على سخانات العمليات الواقعة في مناطق خطرة مصنّفة. وحيث يتغير تركيب غاز الوقود، يمكن دعم متابعة القيمة الحرارية بأجهزة الكروماتوغرافيا الغازية للعمليات؛ كما يسهم خيار تعشيق سلامة اللهب في المحلل عن بُعد في منطق سلامة السخان.
القمائن وغازات المداخن المغبرة
في غازات القمائن ذات الحمل الغباري الكثيف، يطيل الجمع بين جسم مسبار مقاوم للكشط وملحق درع الحماية من الكشط وناشر محكم ضد الغبار عمرَ المسبار؛ ويحدد تشخيص انسداد الناشر توقيت الصيانة.
غازات المداخن شديدة الحرارة
فوق حدود النواشر، يتيح ملحق التحويل الجانبي القياس في غازات مداخن تصل حرارتها إلى 1,050 °C. ويمكن استخدام فاصل تباعد يُبعد حاوية الإلكترونيات عن المجرى الساخن لمنع تجاوز حرارة منطقة التركيب 200 °C.
استبدال محللات الأكسجين القائمة
يتيح خيار مسبار الاستبدال المباشر، والصفائح المحوِّلة للشفاه القائمة، وخيار حاوية بتعويض الوصلة الباردة للعمل مع إلكترونيات مصنّعين آخرين، تجديدَ الأنظمة القديمة مع الاحتفاظ بفتحات المدخنة وبالبنية الكابلية.
كيف تختار محلل الأكسجين لغازات المداخن
في القياس الموضعي يكون اختيار نقطة القياس الصحيحة حاسمًا بقدر دقة المحلل نفسه. ونوصي بتغطية النقاط التالية في دراسة الهندسة الأولية:
نقطة القياس وطول المسبار
· نقطة في مقطع المجرى أو المدخنة يكون الغاز عندها ممثِّلًا؛ مع تقييم خطر الطبقية وتسرّب الهواء إلى الداخل
· عمق الإدخال المطلوب وطول المسبار المقابل له (من 457 mm إلى 3.66 m)
· أدنى خلوص لازم لسحب المسبار (من 686 mm إلى 3,926 mm مع الحاوية القياسية؛ وأكثر مع حاوية المعايرة التلقائية)
· وجود شفة على جدار المدخنة ومقاسها؛ والحاجة إلى صفيحة لحام جديدة أو صفيحة محوِّلة
ظروف غازات المداخن واختيار الناشر
· أقصى حرارة غاز يمكن أن تحدث عند نقطة القياس، لاختيار الناشر أو ملحق التحويل الجانبي
· الحرارة في منطقة التركيب (200 °C كحد أقصى؛ و190 °C لإصدار المناطق الخطرة) والحاجة إلى فاصل تباعد
· حمل الغبار والجسيمات الكاشطة؛ والحاجة إلى مسبار مقاوم للكشط ودرع حماية من الكشط
· الكبريت والمكوّنات المكوِّنة للأحماض؛ واختيار الخلية القياسية أو المقاومة للأحماض
· احتمال حدوث ظروف اختزالية والحاجة إلى مؤشر النسبة الستوكيومترية
منهج المعايرة
· تفضيل المعايرة اليدوية أو نصف التلقائية أو التلقائية بالكامل
· الاختيار بين حاوية معايرة تلقائية مدمجة ووحدة معايرة تلقائية خارجية
· بدء المعايرة بمؤقت أو بتتابع تلامسي أو بمشغّل تشخيصي
· توجيه أسطوانات غاز المعايرة وإمداد هواء المرجع إلى نقطة التركيب
بنية النظام والتكامل
· بنية رقمية (HART أو FOUNDATION Fieldbus من المسبار مباشرةً) أو بنية تقليدية (مع محلل عن بُعد)
· مراقبة مسبار واحد أو مسبارين بمحلل عن بُعد؛ والحاجة إلى تتابعات إنذار وتعشيق سلامة اللهب
· نوع الكابل والمسافة (كابل محمي ثنائي الأسلاك 18 AWG أو كابل بسبعة موصلات من 6 إلى 45 m)
· تصنيف منطقة نقطة التركيب ومتطلبات اعتماد ATEX/IECEx أو CSA
تقييم قياس الأكسجين مع حرارة غازات المداخن مهم لحسابات كفاءة الاحتراق. ولهذا الغرض يمكن التخطيط لتركيب حساسات درجة الحرارة: RTD والمزدوجات الحرارية وأجهزة إرسال درجة الحرارة قرب نقطة القياس نفسها.
اعتمادات Ex d ومعايير الاتصال والتوصيل
نلخّص أدناه خيارات اعتماد المناطق الخطرة لمحلل الأكسجين الموضعي ومعايير الاتصال والتوصيل التي يدعمها.
المعيار / الاعتماد | النطاق والوصف |
ATEX / IECEx (Ex d) | طريقة الحماية المقاومة للانفجار في إصدار المناطق الخطرة، بما يشمل خيار حاوية المعايرة التلقائية المدمجة. |
CSA Class I, Division 1 / Zone 1 | خيار اعتماد لمتطلبات المواقع الخطرة في أمريكا الشمالية. |
HART | اتصال رقمي على 4–20 mA — من المسبار في البنية الرقمية ومن المحلل عن بُعد في البنية التقليدية. |
FOUNDATION Fieldbus | اتصال رقمي بالكامل على المسبار الرقمي المزود بحاوية معايرة تلقائية مدمجة؛ وفي هذا الإصدار يمكن تفعيل وظائف مؤشر النسبة الستوكيومترية والمرجع القابل للبرمجة والحرارة الممتدة وتحذير الناشر داخل المسبار. |
4–20 mA | إشارة الأكسجين التماثلية القياسية إلى نظام التحكم. |
شفاه ANSI وDIN | توصيل بالعملية بشفة 2 بوصة 150# أو DIN؛ مع صفائح محوِّلة للشفاه القائمة ANSI 150# و300#. |
المحلل عن بُعد ووحدة المعايرة التلقائية مخصصان للمواقع ذات الأغراض العامة؛ وكابلات الربط الخاصة بالمحلل عن بُعد غير ملائمة للاستخدام في المناطق الخطرة ويجب تركيبها وفق الأنظمة المحلية. وينبغي التحقق من تفاصيل علامات الاعتماد مقابل الشهادات بعد استكمال تهيئة الطلب.
حلول TLY Enerji لتحسين الاحتراق وقياس الأكسجين
في TLY Enerji ننظر إلى قياس الأكسجين الموضعي لا بوصفه شراء محلل، بل بوصفه نقطة انطلاق مشروع لتحسين الاحتراق. يقيّم مهندسونا هندسة المدخنة أو المجرى، وتوزّع حرارة الغاز، وحمل الغبار، لتحديد نقطة القياس وطول المسبار والناشر ونوع الخلية معًا؛ وفي مشاريع الاستبدال ننظر أولًا في الحلول التي تتيح الاحتفاظ بالشفة والبنية الكابلية القائمة.
ونقدّم دعمًا فنيًا في مفهوم المعايرة التلقائية، وتخطيط إمدادات غاز المعايرة وهواء المرجع، ودمج إشارة الأكسجين في حلقة ضبط الأكسجين وفي نظام التحكم عبر HART أو FOUNDATION Fieldbus، والتشغيل التجريبي، وتخطيط الصيانة الدورية. كما يساعد تحديد مواعيد استبدال الخلية والناشر استنادًا إلى بيانات التشخيص على أن يقدّم المحلل بيانات موثوقة طوال عمر الغلاية أو الفرن.
الأسئلة الشائعة
ما الفرق بين محلل الأكسجين الموضعي والمحلل الاستخلاصي؟
في المحلل الموضعي تقع خلية الزركونيا عند طرف المسبار داخل غاز المدخنة مباشرةً، ويصل الغاز إلى الخلية عبر ناشر. أما في الأنظمة الاستخلاصية فيُسحب الغاز من المدخنة ويُنقل إلى خلية قياس. ولأن القياس الموضعي لا يحتاج إلى خط عينة أو مضخة أو معدات تكييف، يزول التأخر وعبء الصيانة المرتبطان بها، ويجري القياس على التركيب الفعلي للغاز.
كيف يعمل حساس الأكسجين بالزركونيا؟
الزركونيا مادة خزفية توصّل أيونات الأكسجين عند درجات الحرارة المرتفعة. ويتعرض أحد وجهي الخلية لغاز المدخنة والوجه الآخر لهواء المرجع. وينتج عن الفرق في الضغط الجزئي للأكسجين بين الجانبين جهدٌ لوغاريتمي وفق معادلة نرنست. ولأن حرارة الخلية تُقاس بمزدوج حراري وتبقى ثابتة، يمكن حساب تركيز الأكسجين مباشرةً من هذا الجهد.
كيف يُحدَّد طول المسبار؟
ينبغي أن يكون المسبار طويلًا بما يكفي لتصل الخلية إلى نقطة في مقطع المدخنة يكون الغاز عندها جيد الامتزاج وممثِّلًا. ويقدّم إصدار الأغراض العامة خمسة أطوال من 457 mm إلى 3.66 m، أما إصدار المناطق الخطرة فيقدّم 457 mm و0.91 m و1.83 m. ويجب أيضًا ترك خلوص كافٍ خارج المدخنة لسحب المسبار؛ ويتوقف هذا الخلوص على طول المسبار ونوع الحاوية.
أي نوع من النواشر يجب اختياره؟
يحكم الاختيارَ حرارةُ غاز المدخنة وحمل الغبار عند نقطة القياس. فالناشر المخمِّد يُستخدم حتى 400 °C، والناشر الخزفي والناشر المعدني من سبيكة عالية النيكل حتى 705 °C. وعند الحرارات الأعلى يمكن القياس حتى 1,050 °C بملحق التحويل الجانبي. أما للغازات الكاشطة والمغبرة فيُفضَّل ناشر محكم ضد الغبار يُستخدم مع درع الحماية من الكشط.
كيف تعمل المعايرة التلقائية وكم مرة يجب إجراؤها؟
في المعايرة التلقائية تطبّق الصمامات الكهرومغناطيسية غازات معايرة منخفضة ومرتفعة الأكسجين على طرف المسبار بالتتابع، ويحسب المحلل قيم المعايرة الجديدة بنفسه. ويمكن بدء التسلسل يدويًا أو بمؤقت أو بتتابع تلامسي أو تلقائيًا بتشخيص الحاجة إلى المعايرة. والمعايرة التي يطلقها التشخيص تعني أن الحساس يُعايَر وفق حالته الفعلية لا وفق روزنامة ثابتة.
ماذا يحدث عند تعطّل خلية الاستشعار؟
صُمم المحلل ليكون قابلًا للإصلاح بالكامل في الموقع؛ ويمكن استبدال مكوّنات مثل الخلية ومجموعة الناشر المعيارية في الموقع. ويعطي تشخيص الحاجة إلى المعايرة وتشخيص انسداد الناشر إنذارًا بمشكلات الخلية أو الناشر قبل أن تتحول إلى أعطال. كما يساعد اختيار الخلية المقاومة للأحماض لغازات المداخن المحتوية على الكبريت والأحماض على إطالة فترة الاستبدال.
هل يمكن للمحلل أن يحل محل مسبار أكسجين قائم؟
نعم. بفضل الصفائح المحوِّلة للشفاه القائمة ANSI 150# و300# وخيار محوِّل خاص، يمكن تركيب المحلل على معظم تركيبات المسابير القائمة من مصنّعين آخرين. ويتيح خيارا مسبار الاستبدال المباشر والبنية التقليدية الاحتفاظَ بالبنية الكابلية القائمة، كما يتيح خيار حاوية بتعويض الوصلة الباردة العملَ مع إلكترونيات مصنّعين آخرين.
ماذا يعرض المحلل في الظروف الاختزالية؟
عندما يكون هواء الاحتراق غير كافٍ، يُستهلك الأكسجين الحر في غاز المدخنة. وفي هذه الحالة يقدّم مؤشر النسبة الستوكيومترية قراءة تبيّن درجة نقص الأكسجين، فيعرف المشغّل مقدار نقص الهواء في الاحتراق. وفي التطبيقات التي يلزم فيها قياس الغازات غير المحترقة أيضًا، قد يكون جهاز إرسال الأكسجين والغازات القابلة للاحتراق هو الخيار الأنسب.
هل يمكن استخدام محلل أكسجين غازات المداخن في منطقة خطرة؟
نعم. يتمتع إصدار المناطق الخطرة بتصميم متين مقاوم للانفجار يستوفي متطلبات اعتماد CSA Class I, Division 1 / Zone 1 واعتماد ATEX/IECEx بنوع الحماية Ex d. وحاوية المعايرة التلقائية المدمجة معتمدة أيضًا على هذا الإصدار وتبسّط معدات المعايرة في المنطقة الخطرة. أما المحلل عن بُعد ووحدة المعايرة التلقائية الخارجية فينبغي وضعهما في مناطق ذات أغراض عامة.