Газоанализатор кислорода: где нужен контроль O₂ и как выбрать

Газоанализатор кислорода выбирают по трём вопросам: где измерять (проба или поток в процессе), какой диапазон нужен (ppm или проценты) и что ещё есть в пробе. По материалам Cambridge Sensotec, циркониевый датчик подходит для ppm в инертном газе, электрохимический — для проб с водородом, гелием и углеводородами, оптический — для процентных измерений с малым дрейфом.

Где нужен контроль кислорода

Кислород контролируют в двух разных ситуациях, и приборы для них разные.

Технологический газ. Азот или аргон подают в камеру, печь или ёмкость, чтобы вытеснить кислород. Cambridge Sensotec формулирует задачу так: при азотной подушке главное — не допустить превышения критического уровня кислорода. Производитель перечисляет такие применения азотной подушки:

• упаковка в модифицированной атмосфере;
• сварка нержавеющей стали и титана;
• пайка волной и печи оплавления припоя;
• производство полупроводников;
• защита горючих грузов;
• предотвращение окисления металлов;
• аддитивное производство (3D-печать металлом).

В списке применений Rapidox 1100 на сайте производителя также есть термообработка, электрические распределительные устройства, производство водорода, проверка герметичности упаковки и анализ медицинских газов. Отдельная задача в энергетике — кислород в газовой подушке трансформатора, она разобрана в статье «Кислород в газовой подушке трансформатора».

Воздух рабочей зоны. Азот, аргон и элегаз вытесняют кислород в закрытых помещениях. По стандарту OSHA 29 CFR 1910.146:

Содержание O₂ в воздухе, % об.	Состояние атмосферы по OSHA 1910.146
ниже 19,5	обеднённая кислородом
выше 23,5	обогащённая кислородом

Для защиты людей применяют газосигнализаторы, допущенные правилами безопасности предприятия, а не процессный анализатор. Как устроен контроль в помещениях с элегазовым оборудованием, описано в статье «Кислородное вытеснение в закрытых ГРУ».

Какие бывают датчики кислорода

Cambridge Sensotec использует в анализаторах Rapidox три типа датчиков.

Датчик	Сильные стороны (по данным производителя)	Ограничения	Когда выбирать
Циркониевый	Быстрый отклик, точность на сверхнизких уровнях O₂, работа в вакууме и с газом под давлением, ресурс более 35 000 часов	Работает при очень высокой температуре, поэтому хуже подходит для взрывоопасных зон	ppm O₂ в азоте или аргоне: печи, камеры, вакуум
Электрохимический	Подходит для проб с углеводородами и ЛОС, хорошо работает в гелии и водороде	Основным выбором для ppm производитель называет цирконий	Пробы с горючими газами, водородом, гелием; взрывоопасные зоны
Оптический	Диапазон 0,01–100 %, очень малый дрейф, срок службы до 10 лет	Дороже электрохимического	Процентные измерения, где нужна редкая калибровка

Главная ошибка при выборе — поставить циркониевый датчик туда, где в пробе есть водород или углеводороды. Производитель для таких проб прямо рекомендует электрохимический.

Модели Rapidox и их диапазоны

Модель	Датчик и диапазон O₂	Отбор пробы	Выходы
Rapidox 1100	Цирконий 0,5 ppm – 30 %; электрохимический L 0,1 ppm – 1 %; электрохимический E 0,1–100 %; оптический 0,01–100 %	Мембранный насос 0–1,2 л/мин или вакуумный эжектор; температура пробы до 50 °C	0–10 В, 4–20 мА, RS232 (RS485 опция), Modbus RTU, Ethernet; два программируемых реле тревоги
Rapidox 1100 OPT-MAX	Оптический + электрохимический, 0,1 ppm – 100 %	Отбор пробы в корпусе прибора	0–10 В, 4–20 мА, RS232/Modbus
Rapidox 2100	Цирконий на выносном кабеле, 10⁻²⁰ ppm – 30 %; электрохимический 0–100 %	Датчик в процессе, среда до 650 °C; кабель 2 м, с удлинителями до 25 м; термопара тип K 0–1250 °C	0–5 В, 4–20 мА, RS232 (RS485 опция), Modbus RTU, Ethernet; два реле тревоги

Данные по Rapidox 1100 и 2100 — со страниц производителя. Двухдатчиковая версия Rapidox 1100 переключает датчики электромагнитными клапанами: оптический работает на процентах, электрохимический — на ppm.

Как выбрать анализатор: пошагово

1. Определите задачу. Технологический газ (инертизация, азотная подушка, печь) — процессный анализатор. Воздух для дыхания персонала — газосигнализатор по правилам безопасности.
2. Определите диапазон. Остаточный кислород в инертном газе — ppm; продувка, газовые смеси, воздух — проценты; если процесс проходит оба диапазона — двухдатчиковый прибор.
3. Проверьте состав пробы. Водород, гелий, углеводороды, ЛОС — электрохимический датчик. Чистый азот или аргон, вакуум, давление — циркониевый.
4. Решите, где стоит датчик. Проба с отбором насосом (Rapidox 1100, температура пробы до 50 °C) или датчик прямо в горячей зоне (Rapidox 2100, до 650 °C).
5. Проверьте интеграцию. Нужны ли аналоговые выходы, Modbus, реле тревоги для управления подачей газа. Cambridge Sensotec отмечает, что управление расходом азота по показаниям Rapidox снижает его потребление.
6. Уточните, нет ли в помещении риска для людей. Если инертный газ может выйти в помещение, кроме процессного анализатора нужна защита персонала.

Какой прибор выбрать

• Универсальный настольный или переносной анализатор с отбором пробы — Rapidox 1100: цирконий для ppm в инертном газе или электрохимия для проб с водородом и углеводородами.
• Датчик непосредственно в печи, камере или высокотемпературной зоне — Rapidox 2100 с выносным циркониевым датчиком.

KEG TRK поставляет газоанализаторы Cambridge Sensotec Rapidox в Казахстане. Цена по запросу.

Источники

• Cambridge Sensotec. The Difference Between Zirconia and Electrochemical Oxygen Gas Sensors.
• Cambridge Sensotec. Rapidox 1100 Oxygen Analyser.
• Cambridge Sensotec. Rapidox 2100 Oxygen Analyser.
• Cambridge Sensotec. Nitrogen Blanketing in Industrial Applications.
• OSHA. 29 CFR 1910.146 Permit-required confined spaces.