Oksijen ve Yanıcı Gaz Transmitterleri

Oksijen ve Yanıcı Gaz Transmitteri Nedir?

Yanma verimliliğinin en doğrudan göstergesi baca gazında kalan oksijendir. Gereğinden fazla hava verildiğinde bu hava ısıtılıp bacadan atılır ve yakıt boşa harcanır; hava azaltıldıkça verim artar, ancak belirli bir noktadan sonra yakıt tam yanamaz ve baca gazında karbon monoksit başta olmak üzere yanmamış yanıcı gazlar ortaya çıkar. Bu yanıcılar hem enerji kaybı hem de ocak ve kanallarda birikme riski nedeniyle güvenlik sorunu anlamına gelir.

Oksijen ve yanıcı gaz transmitteri, bu iki büyüklüğü birlikte izleyerek işletmenin optimum fazla hava noktasını güvenle bulmasını sağlar. Oksijen, zirkonyum oksit (zirkonya) hücre ile; yanıcı gazlar ise katalitik boncuk sensörle ölçülür ve sonuç CO eşdeğeri (COe) olarak raporlanır. Yalnızca oksijen okuyan bir analizör, yanma havasının neden yetersiz kaldığını ya da brülörde tam olmayan yanmanın başlayıp başlamadığını tek başına gösteremez; yanıcı gaz sinyali bu boşluğu doldurur.

Bu sayfada ele alınan transmitter, baca veya kanal cidarındaki flanşa oturan bir prob, ısıtılmış sensör gövdesi ve entegre ya da ayrık monte edilebilen elektronik birimden oluşur. Genel amaçlı ve tehlikeli alanlar için patlama geçirmez gövdeli versiyonları bulunur. Yalnızca oksijen ölçümünün yeterli olduğu ve prob ucunda doğrudan ölçüm tercih edilen uygulamalar için yerinde (in-situ) oksijen analizörleri ayrı bir çözüm olarak değerlendirilebilir.

O2 ve Yanıcı Gaz Ölçümünün Çalışma Prensibi

Transmitter, baca gazından sürekli bir numune akışı oluşturur ve bu akışı art arda iki farklı sensörden geçirir. Ölçüm zinciri şu adımlardan oluşur:

1.      Numunenin prob üzerinden çekilmesi: Temiz, kuru enstrüman havasıyla çalışan ejektör, baca içine uzanan prob ve numune tüpü üzerinden sürekli bir baca gazı numunesi çeker. Prob ucundaki opsiyonel yerinde filtre partikülleri tutar; ölçümden geçen gaz egzoz tüpü üzerinden bacaya geri döner.

2.      Isıtılmış sensör gövdesi: Numune, bacanın dış tarafında yer alan ve ısıtıcılarla sabit çalışma sıcaklığında tutulan sensör gövdesine ulaşır. Isıtma, hem zirkonya hücrenin iyon iletkenliği için gerekli koşulu sağlar hem de numunedeki nemin yoğuşmasını önler.

3.      Zirkonya hücrede oksijen ölçümü: Numune tarafındaki oksijen, referans hava tarafındakinden az olduğunda zirkonya hücrenin elektrotları arasında bir potansiyel farkı doğar. Bu gerilim oksijen oranının logaritmasıyla değişir ve elektronik birimde oksijen yüzdesine çevrilir.

4.      Katalitik boncukta yanıcı gaz ölçümü: Yanıcı gaz sensöründe CO ve diğer yanıcılar aktif katalitik boncuk yüzeyinde oksitlenir; açığa çıkan reaksiyon ısısı, aktif boncuk ile referans eleman arasında sıcaklık farkı oluşturur. Bu fark yanıcı gaz miktarıyla orantılıdır ve CO eşdeğeri (COe) olarak raporlanır. Numuneye eklenen seyreltme havası, baca gazında oksijen bulunmadığı indirgeyici koşullarda bile oksidasyon için yeterli oksijeni sağlar.

5.      Sinyal işleme ve çıkışlar: Elektronik birim her iki sensörün sinyalini işler; oksijen ve yanıcı gaz için iki ayrı izole 4–20 mA çıkış üretir. Oksijen çıkışı HART dijital sinyali taşır; alternatif olarak FOUNDATION Fieldbus haberleşmesi seçilebilir. Kuru kontak röle ve opsiyonel alarm modülü, düşük oksijen ve yüksek yanıcı gaz durumlarını kontrol sistemine bildirir.

6.      Kalibrasyon: Düşük ve yüksek oksijen kalibrasyon gazları ile CO içeren yanıcı gaz kalibrasyon gazı, kalibrasyon hattından sensörlere verilir. Otomatik kalibrasyon solenoidli versiyonlarda bu işlem operatör müdahalesi olmadan yürütülür.

Net Oksijen ile Yanıcı Gazın Birlikte Yorumlanması

Zirkonya hücrenin sıcak platin elektrotları katalitik davranır; numunede yanıcı gaz varsa bir kısmı hücre yüzeyinde oksijenle reaksiyona girer. Bu nedenle zirkonya hücrenin okuduğu değer, yanıcıların tükettiği oksijen düşüldükten sonra kalan net oksijendir. Yanıcı gaz sensörü ise aynı numunedeki yanmamış yakıtı ayrıca gösterir.

İki sinyal birlikte değerlendirildiğinde yanma durumu netleşir: oksijen yeterli ve COe düşükse yanma güvenli bölgededir; oksijen azalırken COe hızla yükseliyorsa brülör tam olmayan yanma sınırına yaklaşmıştır. Yanma kontrolünde hedef, COe yükselmeye başlamadan hemen önceki en düşük fazla hava seviyesinde çalışmaktır.

Numune Yolunun Korunması: Yerinde Filtre ve Geri Üfleme

Tozlu baca gazlarında prob ucuna paslanmaz çelik, yüksek yüzey alanlı paslanmaz çelik veya yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşım filtre takılabilir. Filtrenin tıkanmasını geciktirmek için opsiyonel geri üfleme (blowback) düzeneği, basınçlı enstrüman havasını periyodik olarak ters yönde vererek numune yolunu temizler.

Numune alma esaslı bu yapıda, ölçüm sensörleri baca içinde değil baca dışındaki ısıtılmış gövdede bulunur. Bu düzen, iki farklı sensörün aynı numuneyi kontrollü sıcaklıkta ölçmesine ve yüksek sıcaklıklı bacalarda prob malzemesinin sensörden bağımsız olarak seçilebilmesine olanak tanır.

Öne Çıkan Özellikler

·         İki ölçüm, tek transmitter: Zirkonya oksijen hücresi ve katalitik yanıcı gaz sensörü aynı ısıtılmış sensör gövdesinde bulunur; ayrı analizörler, ayrı numune hatları ve ayrı montaj noktaları gerekmez.

·         Yüksek sıcaklığa uygun prob seçenekleri: 316 paslanmaz çelik prob 704 °C'ye, Alaşım 600 prob 1.000 °C'ye, seramik prob ise 1.427 °C'ye kadar baca gazı sıcaklıkları için tasarlanmıştır.

·         Zehirlenmeye dayanıklı zirkonya hücre: Katalitik platinlenmiş boncuklar, kükürt ve diğer zehirleyici bileşenlerin bulunduğu baca gazlarında hücre ömrünü uzatır. Kükürt yükü yüksek uygulamalar için yüksek kükürt tipi oksijen hücresi seçeneği bulunur.

·         İndirgeyici koşullarda güvenilir COe ölçümü: Geniş aktif yüzey alanına sahip yanıcı gaz sensörü ve seyreltme havası, oksijenin tükendiği indirgeyici koşullarda bile doğru yanıcı gaz okuması sağlar.

·         Sahada seçilebilir ölçüm aralıkları: Oksijen aralığı %0–1 ile %0–40, yanıcı gaz aralığı 0–1000 ppm ile %0–5 arasında HART veya yerel operatör arayüzü üzerinden sahada ayarlanabilir.

·         Hızlı sistem tepkisi: Test gazına sistem tepkisi oksijen için T90 10 saniye, yanıcı gazlar için T90 25 saniyedir; bu hız, yük değişimlerinde yanma kontrolünün geri beslemesini güçlendirir.

·         Otomatik kalibrasyon seçeneği: Otokalibrasyon solenoidli versiyonlar, kalibrasyon gazlarını sırayla vererek kalibrasyonu operatör olmadan yürütür; yarı otomatik kalibrasyon da desteklenir.

·         Entegre veya ayrık elektronik: Elektronik birim sensör gövdesine entegre edilebilir ya da 6–46 m arası kablo seçenekleriyle ayrık olarak monte edilebilir. Ayrık montaj kablosu 200 °C'ye kadar dayanıklıdır.

·         Yerel operatör arayüzü: Opsiyonel yerel operatör arayüzü, ek bir araç gerektirmeden sahada devreye alma, bakım ve teşhis bilgilerine erişim sağlar; ekran 90° adımlarla döndürülebilir.

Genel amaçlı ve patlama geçirmez versiyonlar: Kompakt ve doğrudan prosese monte edilen gövdeler, genel amaçlı alanlar için ve tehlikeli alanlar için patlama geçirmez yapıda sunulur.

Teknik Özellikler

Tablo, iki sensörlü transmitterin ölçüm, proses ve elektrik verilerini özetler. Statik performans değerleri sabit çalışma koşullarında geçerlidir; prob, hücre ve elektronik konfigürasyonu netleştiğinde değerler projeye özel olarak kesinleştirilir.

Seramik prob için üst sıcaklık sınırı 1.426 °C ile 1.427 °C arasında farklı yazımlarla belirtilmektedir; tasarımda güvenli tarafta kalınması önerilir. Prob sıcaklık sınırları proses koşullarına göre değil, prob malzemesine göre belirlenir.

Başlıca Avantajlar

·         Güvenli sınırda verimli yanma: Oksijen ve COe sinyallerinin birlikte kullanılması, fazla havanın yanıcı gaz oluşmadan önceki en düşük seviyeye indirilmesine ve yakıt tüketiminin azaltılmasına yardımcı olur.

·         Tam olmayan yanmanın erken tespiti: Yüksek yanıcı gaz alarmı, brülör arızası, hava damperi sorunu veya yakıt/hava oranı bozulması gibi durumları baca gazı üzerinden erken aşamada görünür kılar.

·         Tek montaj noktası, sade kurulum: İki sensörün tek gövdede toplanması baca üzerinde tek bir flanş, tek bir kablolama ve tek bir kalibrasyon altyapısıyla çalışmayı mümkün kılar.

·         Zorlu yakıtlarda uzun sensör ömrü: Katalitik koruma boncukları ve yüksek kükürt tipi hücre seçeneği, kükürt içeren yakıtların kullanıldığı tesislerde hücre değişim sıklığını azaltmaya katkı sağlar.

·         Azalan bakım yükü: Otomatik kalibrasyon, geri üfleme ve yerel operatör arayüzü; rutin bakım işlerinin ek teçhizat ve uzun saha müdahalesi gerektirmeden yapılmasını sağlar.

·         Kontrol odasından teşhis: HART ve FOUNDATION Fieldbus seçenekleri, teşhis ve çalışma bilgilerinin kontrol odasından izlenmesine olanak tanır; saha ziyaretleri planlı hâle gelir.

·         Gürültülü sahalarda kararlı sinyal: Elektromanyetik ve radyo frekansı girişimine karşı endüstriyel ortam gereksinimlerini karşılayan yapı, blendajlı bükümlü çift kablo ile kullanıldığında çıkış değerlerinin etkilenmemesini sağlar.

Uygulama Alanları

Oksijen ve yanıcı gaz transmitterleri, yakıtın hava ile yakıldığı ve atık gazın bir baca veya kanal üzerinden uzaklaştırıldığı proseslerde kullanılabilir. Uygulama seçiminde belirleyici olan; baca gazı sıcaklığı, yakıtın kükürt içeriği ve montaj noktasının alan sınıflandırmasıdır.

Endüstriyel Kazanlar ve Buhar Üretimi

Kazan bacasında oksijen ve COe birlikte izlenerek yakma havası ihtiyaca göre ayarlanır. Brülöre giden yakıt gazının bileşimi değişken ise bu veri proses gaz kromatografları ile desteklenebilir.

Proses Fırınları ve Isıtıcılar

Yüksek ısıl yükle çalışan fırınlarda düşük fazla hava ile çalışmak önemli yakıt tasarrufu sağlar; yanıcı gaz ölçümü bu sınırın güvenle korunmasını destekler.

Yüksek Sıcaklıklı Baca ve Kanallar

Alaşım 600 prob 1.000 °C'ye, seramik prob 1.427 °C'ye kadar baca gazı sıcaklıklarında numune alabildiği için ocağa yakın veya ısı geri kazanımı öncesindeki sıcak kanal bölgelerinde ölçüm yapılabilir.

Kükürt İçeren Yakıtlarla Çalışan Tesisler

Kükürtlü sıvı veya gaz yakıtların kullanıldığı tesislerde yüksek kükürt tipi oksijen hücresi ve katalitik koruma boncukları sensör ömrünün korunmasına yardımcı olur.

Tehlikeli Alan Sınıflandırmasına Sahip Yanma Üniteleri

Patlayıcı atmosfer riski bulunan bölgelerdeki yanma ünitelerinde patlama geçirmez gövdeli versiyon kullanılır. Ünite çevresindeki ortam gaz kaçağı tespiti ise proses ölçümünden bağımsız olarak kızılötesi gaz dedektörleri ile yapılmalıdır.

Oksijen ve Yanıcı Gaz Transmitteri Seçim Kriterleri

Doğru konfigürasyon, prob malzemesinden hücre tipine ve yardımcı hava altyapısına kadar birbirine bağlı kararlardan oluşur. Teklif aşamasından önce aşağıdaki soruların yanıtlanması, konfigürasyonun ilk seferde doğru kurulmasını sağlar:

Baca Gazı ve Proses Koşulları

·         Prob malzemesini belirleyen en yüksek baca gazı sıcaklığı ve olağan çalışma sıcaklığı

·         Yakıt tipi ve kükürt içeriği; standart veya yüksek kükürt tipi hücre ihtiyacı

·         Baca gazındaki toz ve partikül yükü; yerinde filtre ve geri üfleme gereksinimi

·         Beklenen oksijen ve yanıcı gaz aralıkları; indirgeyici koşulların oluşma olasılığı

·         Baca veya kanal basıncı (maksimum proses basıncı 8 inç su sütunudur)

Montaj ve Mekanik Yerleşim

·         Baca duvarı tipi: metal duvar veya tuğla/örme duvar; buna uygun montaj plakası

·         Gerekli daldırma derinliği ve prob uzunluğu; prob sökme için gereken boşluk (457 mm prob için 864 mm, 2,7 m prob için 3.150 mm'ye kadar)

·         ANSI veya DIN flanş tercihi; mevcut montaj plakalarının yeniden kullanılıp kullanılmayacağı

·         Kapak sökümü için yaklaşık 228 mm serbest alan ve servis erişimi

·         Montaj noktasının ortam sıcaklığı; soğuk iklimde enstrüman havasının ön ısıtılması ve gövde yalıtımı

Yardımcı Hava ve Kalibrasyon Altyapısı

·         Referans, ejektör ve seyreltme havası için temiz, kuru enstrüman havası ve 2,4 barg regülasyon

·         Geri üfleme kullanılacaksa en az 4,1 barg hava beslemesi

·         Düşük/yüksek O2 ve CO kalibrasyon gazlarının temini

·         Kalibrasyon ve referans gaz debimetreleri ile regülatör setinin gevşek veya panel montajlı tercihi

Elektronik, Haberleşme ve Alarm

·         Entegre veya ayrık elektronik; ayrık montajda kablo uzunluğu

·         HART veya FOUNDATION Fieldbus haberleşme tercihi

·         Yerel operatör arayüzü ve otomatik kalibrasyon solenoidi ihtiyacı

·         Düşük O2 ve yüksek yanıcı gaz alarmlarının kontrol sistemine aktarılma şekli

·         Montaj noktasının tehlikeli alan sınıflandırması

Prob malzemesinin seçiminde, baca gazı sıcaklığını endüstriyel sıcaklık sensörleri ile ölçmek ve sinyali sıcaklık transmitterleri üzerinden kontrol sistemine aktarmak, farklı yük koşullarındaki maksimum sıcaklığın doğru belirlenmesini sağlar.

Haberleşme Protokolleri ve Koruma Standartları

Transmitterin desteklediği haberleşme protokolleri, koruma sınıfları ve bağlantı standartları aşağıda özetlenmiştir.

Tehlikeli alanlar için patlama geçirmez versiyon mevcuttur. Uygulanacak koruma yöntemi ve sertifika kapsamı, montaj yapılacak bölgenin sınıflandırmasıyla birlikte proje özelinde değerlendirilir.

TLY Enerji Yanma Analizi Çözümleri

TLY Enerji, oksijen ve yanıcı gaz ölçümünü yanma verimliliği ile yanma güvenliğinin kesiştiği noktada ele alır. Mühendislik ekibimiz yakıt tipi, brülör yapısı, baca gazı sıcaklık profili ve montaj noktasının erişilebilirliğini değerlendirerek prob malzemesi, hücre tipi, filtre ve geri üfleme ihtiyacını belirler.

Enstrüman havası ve kalibrasyon gazı altyapısının planlanması, alarm ve çıkış sinyallerinin yanma kontrol sistemine bağlanması, PLC veya DCS tarafında dijital haberleşmenin yapılandırılması, devreye alma ile periyodik bakım programının oluşturulması aşamalarında proje boyunca teknik destek sağlarız. Kükürtlü yakıt, yüksek sıcaklık veya tehlikeli alan gibi zorlu koşullarda doğru konfigürasyonun seçilmesi, ölçüm noktasının uzun yıllar güvenilir veri üretmesinin temelidir. Yakıt değişikliği veya brülör revizyonu gibi proses değişikliklerinde mevcut ölçüm noktasının yeniden değerlendirilmesi de bu yaklaşımın parçasıdır.

Sıkça Sorulan Sorular

Oksijen ve yanıcı gaz transmitteri ne işe yarar?

Bu transmitter, baca gazındaki kalan oksijeni ve yanmamış yanıcı gazları aynı anda ölçer. Oksijen değeri yakma havasının ne kadar fazla olduğunu, yanıcı gaz değeri ise yanmanın tam olup olmadığını gösterir. İki bilgi birlikte kullanıldığında kazan ve fırınlar gereksiz hava ile yakıt harcamadan, tam olmayan yanma riskine de girmeden işletilebilir.

Baca gazında neden oksijenle birlikte yanıcı gaz da ölçülmelidir?

Oksijen tek başına yanmanın ne kadar hava fazlasıyla yapıldığını söyler, ancak brülörde karışım bozulduğunda oksijen görünür durumdayken bile yanmamış yakıt oluşabilir. Yanıcı gaz ölçümü bu durumu doğrudan gösterir. Böylece fazla hava güvenle azaltılabilir ve yanıcı gaz yükseldiğinde alarm üretilerek hem enerji kaybı hem de yanmamış gaz birikmesinden kaynaklanan güvenlik riski kontrol altına alınır.

COe (CO eşdeğeri) ne anlama gelir?

Katalitik yanıcı gaz sensörü, karbon monoksit, hidrojen ve diğer yanıcı bileşenlerin katalitik yüzeyde oksitlenmesiyle açığa çıkan ısıyı ölçer; hangi yanıcının sinyal oluşturduğunu tek tek ayırt etmez. Sensör CO içeren kalibrasyon gazıyla kalibre edildiği için sonuç, toplam yanıcı etkinin CO cinsinden karşılığı olarak, yani CO eşdeğeri (COe) şeklinde raporlanır.

Zirkonya sensörün net oksijen ölçmesi ne demektir?

Zirkonya hücrenin sıcak platin elektrotları katalitik etki gösterir. Numunede yanıcı gaz varsa bir kısmı hücre yüzeyinde oksijenle reaksiyona girer ve bu oksijen ölçüm dışında kalır. Dolayısıyla okunan değer, yanıcıların tükettiği oksijen düşüldükten sonra kalan net oksijendir. Yanıcı gaz sensörünün aynı numuneyi ayrıca ölçmesi, bu etkinin yorumlanmasını kolaylaştırır.

Hangi prob malzemesi seçilmelidir?

Seçimi, montaj noktasındaki en yüksek baca gazı sıcaklığı belirler. 316 paslanmaz çelik prob 704 °C'ye, Alaşım 600 prob 1.000 °C'ye, seramik prob 1.427 °C'ye kadar kullanılabilir. Metal problar 457 mm ile 2,7 m, seramik problar 457 mm ve 0,91 m uzunluklarda sunulur. Prob uzunluğu, gazın temsili olduğu noktaya ulaşacak daldırma derinliğine göre belirlenmelidir.

Kükürtlü yakıtlarda sensör ömrü nasıl korunur?

Zirkonya hücredeki katalitik platinlenmiş boncuklar, kükürt ve diğer zehirleyici bileşenlerin hücreye ulaşmadan etkisini azaltarak hücre ömrünü uzatır. Kükürt içeriği yüksek yakıtların kullanıldığı tesislerde standart hücre yerine yüksek kükürt tipi oksijen hücresi seçilmesi önerilir. Doğru hücre seçimi, bakım aralıklarının ve yedek parça maliyetinin öngörülebilir olmasını sağlar.

Transmitter nasıl kalibre edilir?

Kalibrasyon yarı otomatik veya otomatik olarak yapılır. Oksijen için %0,4 ve %8 O2 içeren azot dengeli iki gaz, yanıcı gaz için ise 1000 ppm CO içeren hava dengeli gaz kullanılır; gazlar yaklaşık 0,5 l/dk debiyle verilir. Otomatik kalibrasyon solenoidli versiyonlarda gazlar sırayla ve operatör müdahalesi olmadan uygulanır.

Hangi yardımcı hava beslemeleri gereklidir?

Transmitter temiz, kuru enstrüman havası ile çalışır ve bu hava 2,4 barg'a regüle edilir. Referans hava yaklaşık 1 l/dk, numuneyi çeken ejektör havası 2,5 l/dk, yanıcı gaz sensörü için seyreltme havası ise 2,8 l/sa debidedir. Geri üfleme opsiyonu kullanılacaksa en az 4,1 barg basınçlı hava gerekir. Soğuk iklimlerde besleme havasının ön ısıtılması önerilir.

Transmitter tehlikeli alanlarda kullanılabilir mi?

Evet. Genel amaçlı versiyonun yanında tehlikeli alanlar için patlama geçirmez gövdeli bir versiyon bulunur. Bu versiyonda elektronik entegre veya kablosuz ayrık montaj seçenekleriyle sunulur. Montaj yapılacak bölgenin sınıflandırması, gaz grubu ve sıcaklık sınıfı gereksinimleri proje aşamasında belirlenerek uygun konfigürasyon ve sertifika kapsamı teyit edilmelidir.