空分过程气体分析系统中 O2、CO2、Ar、H2 、露点等气体的检测

空分过程气体分析系统是随着空分设备行业也在规模化发展，为了适应大中型空分生产管理及质量管理的需要应运而生的仪器。空分装置稳定运行的重要性日见突出，除了空分工艺过程中的各个热力学参数需要进行实时监控外，对工艺过程中的成分参数进行在线监控也变得十分重要。在线气体分析仪是一种分析显示气体成分的仪表，是一类结构复杂、使用技术难度较大的工具。本文详细阐述了空分过程气体分析系统的重要性、监测点分布、分析仪器选型，以及各类型传感器的工作原理与特性，旨在为优化空分装置运行、保障产品质量和安全生产提供技术参考。

一、空分过程气体分析的重要性
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' E5 x" K3 c1 R% w# z, C为确保空分装置安全稳定运行，实现产品高纯度目标，同时达到高效节能的目的，实时、准确掌握生产过程中各工艺控制点的气体成分组成是关键所在。在线气体分析仪器能够对空分装置生产过程进行直接质量控制，是提升产品产量和质量的重要手段，更是保障空分装置安全运行的坚实屏障。因此，其在空分设备仪控系统中占据着核心地位。此外，由于在线气体分析仪器成本较高，合理配置分析点和精准选择分析仪器型号，对保证装置可靠性、降低投资成本具有重要意义。

二、空分过程气体分析系统监测点分布空分过程气体分析系统在整个空分工艺流程中设置了多个关键监测点，具体如下：

4 m- w  I2 x3 q    原料气净化监测：出分子筛空气中 CO₂含量的监测，用于评估原料气净化效果，确保后续工艺不受 CO₂杂质影响。
    压缩环节监测：增压机中抽去膨胀机、增增压机末级去主换热器的水含量监测，以及膨胀机出口水含量监测，防止水分对设备和工艺造成损害。
    精馏环节监测：包括主冷液氧纯度、产品氧纯度、下塔液空含氧、污氮出上塔含氧、上塔氩馏份含量、粗氩塔 Ⅱ 出口氩含量、氮气出上塔微量氧、产品氮气纯度、液氮出主冷微量氧、粗氩塔 Ⅱ 出口微量氧、产品氩含微量氧、精氩中的微量氮含量等监测点，这些监测点对控制精馏过程，保证产品纯度非常重要。
2 _. Q" i- B2 P7 b* ^1 L    特殊杂质监测：冷液氧中乙炔等碳氢化合物含量监测，防止碳氢化合物积聚引发安全隐患。
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, C+ T3 K% I2 l5 d8 F) ^2 {三、空分过程气体分析仪器选型针对不同监测点和检测需求，选用了多种类型的气体分析仪器，具体选型如下：

6 S* [( r* z  M: G/ L) P2 l4 }    红外气体分析仪 / 露点分析仪：用于检测净化后原料气中的 CO₂（量程 0 - 10ppm）和 H₂O（量程 0 - 10ppm）含量，红外气体分析仪基于非色散红外（NDIR）原理，能够精确测量 ppm 到 5% 体积范围内的 CO₂浓度；露点分析仪则可测量气体内的微量湿度，在 - 80°C DP 至 + 20℃ DP 范围内实现高精度检测。
    电化学氧气分析仪：适用于下塔污氮中 O₂（量程 0 - 10%）以及粗氩气中 O₂（量程 0 - 10%）的检测，具有检测浓度范围广和工作温度范围广的特点，性能满足欧美相关技术标准要求。
/ K* z" R3 W+ P, B5 ?3 \( q    微量氧分析仪 / 高纯氧分析仪：用于氧压机后、产品气中 O₂含量检测，涵盖微量氧（0 - 10PPm）和高纯氧（98% - 99.99%）两个量程，采用不同原理的传感器实现高精度测量。
    热导气体分析仪：用于检测氩馏份中 Ar（量程 0 - 15%）以及粗氩气中 Ar（量程 80 - 100%）含量，基于热导原理实现对氩气浓度的准确分析。
' ^' i" Q; Q: }! v3 l    氢气分析仪 / 露点分析仪：用于工业氩气中 H₂（量程 0 - 3%）和 H₂O（量程 0 - 10PPm）含量检测，氢气分析仪采用催化燃烧式传感器，对氢气具有高灵敏度和快速响应特性。

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四、空分过程气体分析仪中的传感器技术
1.红外二氧化碳传感器
Dynament PPM级低量程二氧化碳传感器 P-CO2_1KRP系列 基于 NDIR 原理工作。该传感器集成长寿命钨丝红外光源、光学腔、双温度补偿热电红外探测器、积分半导体温度传感器及信号处理电子设备。通过红外光被 CO₂气体吸收的特性，精确测量 CO₂浓度，可提供双气体版本，用于检测碳氢化合物和二氧化碳，20mm 直径的包装设计便于集成，支持数字通信。
2.露点传感器
德国 GFS 露点传感器 NP330-G 是一款绝对露点传感器，可在 - 80°C DP 至 + 20℃ DP 范围内测量气体内的微量湿度，精度达 ±2°Cdp。该传感器适用于在线测量空气中和腐蚀性气体中的绝对水含量（露点），具备可编程开关输出用于警报信号，针对露点镜面进行校准，结构坚固，防护等级 IP65，可提供 OEM 代加工服务，并可根据要求提供防爆设计，适用于化学污染和结露等苛刻工业环境，尤其适合工业制程气体供应或压缩干燥机效能监控。
3.电化学氧气传感器
7 G* l7 T& T, c! E) [日本 Figaro 恒电位电解式无铅氧气传感器 TGS4260 具有检测浓度范围广（0 - 25% VOL）和工作温度范围广的特点，其性能符合欧美相关技术标准要求，适用于便携式氧气检测仪与多功能气体检测仪等对尺寸有严格要求的应用产品。
4.微量氧传感器
( X% b$ {5 U/ ^4 \& E. g8 e美国 AII 的微量氧气传感器 PSR-12-223 采用微型燃料电池传感器技术，可直接替代美国 southland 的 TO2-1X 氧气传感器。该传感器具有高精度、响应时间快、长寿命等特性，量程为 0 - 10000ppmO₂，广泛应用于空气分离装置、手套箱、石油化工、炼钢等领域的氧气含量测试。
" n1 f( W5 j7 ^: [5.高纯氧气传感器
  p# c# y3 i1 B* P: }' w" V英国 SST 氧化锆氧气传感器 O2S-FR-T2-18C/B/A 基于双氧化锆原理设计，量程为 0.1 - 100% VOL，可在高达 400°C 的环境中工作。其坚固的不锈钢结构具备高耐腐蚀性，适用于恶劣环境和燃烧烟道、堆肥等应用场景。该传感器无需参考气体即可实现宽氧范围测量，校准简单，寿命长达 10 年，在烟气分析仪等设备中表现出高效、准确和可靠的性能。
$ `4 K, M; g9 y3 y# @$ y6.热导气体传感器
7 n+ N1 `% p  k4 N$ L瑞士 Neroxis 热导式气体传感器 MTCS2601 基于帕拉尼原理进行真空度检测，可用于氩气浓度检测。该传感器具有超低功耗、长寿命、免维护、超快响应时间（<50mS）等特点，对安装位置不敏感，能够在串扰气体环境中稳定工作。
7.氢气传感器
日本 Figaro TGS6812-D00 是催化燃烧式的可燃气体传感器，可检测 100% LEL 水平的氢气，具有精度高、耐久性与稳定性好、快速响应、线性输出等优点。其盖帽内的吸附剂使其对有机蒸汽的交叉灵敏度很低，且对硅化合物耐受性更佳，适用于固定式燃料电池氢气泄漏检测，同时还可用于检测甲烷与 LP 气体。

五、结论空分过程分析系统中 O₂、CO₂、Ar₂、H₂、露点等气体的检测是保障空分装置安全稳定运行、生产高质量产品的关键环节。通过合理设置监测点、科学选型分析仪器以及应用高性能传感器，能够实现对空分过程中气体成分的精确监测和有效控制。未来，随着检测技术的不断发展和创新，空分过程气体分析系统将朝着更智能化、高精度、低功耗的方向发展，为我国空分行业的持续进步提供更强有力的技术支撑。