空分制氩气关于Ar馏份气体成分分析的讨论.docVIP

关于Ar馏份气体成分分析的讨论　　在制氧机生产过程中，Ar馏份是制取粗Ar的原料气。及时、准确地了解Ar馏份的气样成分组成，对调整粗Ar塔的正常工作是十分重要的。　　Ar馏份由Ar、O2和N2三种气体组成。既然它是制取粗Ar的原料气，那么Ar含量应该越高越好。但是，Ar馏份中Ar含量增高的同时，N2含量也会增高；而N2含量的增高，会破坏粗Ar塔的正常工作。所以，必须控制好它的成分组成。　　根据设计计算，Ar馏份的最佳组成是Ar：9％～10％；O2：90％上下；N2≤0.06％。　　对于三组份气体，应该至少分析出其中二个组份的含量，余量即为另一种气体。对于Ar馏份，最好是分析出Ar和N2，剩下的为O2。但是，N2是惰性气体，特别是其含量很小，分析它比较困难(当然，困难是相对的。目前已有连续分析微量N2的仪器，但投资很高)。Ar虽然也是惰性气体，但它的含量较高，且与O2、N2共存时，具有可被利用的物理性质（导热率）。O2则十分活泼，容易实现仪器分析。所以，如果分析出Ar和O2的含量，剩下的则是N2，这是可行的。但是，由于N2的允许含量很小，而Ar和O2的总量已几乎接近100%，所以，如果想以100%来减去（Ar＋O2）的分析值总和而得到N2的准确含量是不恰当的。因为（Ar＋O2）的测量误差很有可能已远远超过N2的允许含量了。因此，同时分析Ar、O2的意义不大。　　为此，目前一般只分析Ar馏份中的Ar或O2，而把N2忽略不计。事实上，只要Ar馏份的抽口正确，操作正常的话，N2含量确实很低，可以忽略不计。因此，Ar馏份变成了由Ar、O2组成的二组份气样了。　　对于二组份气样，只要分析其中之一即可。那么分析Ar还是分析O2呢?从表面上看是一样的。所以，目前实际应用中，分析Ar或分析O2，二者都有。　　但是，从气体分析仪器的角度来看，分析Ar要比分析O2更为合理。这是因为：Ar的相对导热系数为0.685，O2为1.015，N2为0.998。所以Ar和O2、N2共存时，这点物理性质可以被我们利用。O2和N2的相对导热系数虽有差别，但非常接近，并且N2的含量很小。所以从分析原理上也可把Ar馏份看作是（Ar＋O2）的二组份气体，而Ar和O2的相对导热系数有较大的差别。所以，分析Ar馏份中Ar的含量，可采取热导式原理的Ar分析器，其量程可选为0～15％　Ar。　　O2有顺磁性的特点，所以可用磁氧分析器来检测Ar馏份中的O2。由于Ar馏份中O2的通常含量在90%上下，故选用仪器量程为80%～100％O2（若选量程为0～100％O2当然是可行的，但因其量程跨度大而使测量精度降低，故选80％～100％O2更为合理）。　　气体成分组成，通常以体积百分比来表示。气体分析仪器的量程也同样如此。但是，各种测量原理的气体分析仪器，测量过程中真正起作用的是被测气体的分子数，即决定仪器输出讯号大小的是被测气体的克分子浓度。在标准状况下，一克分子浓度气体的体积都是22.4 L。但是，当温度、压力变化时，其体积会发生变化。为此，气体分析仪器在设计时已考虑了这些因素，如采取恒温、温度补偿、气样压力稳定等措施。但是，分析尾气是排放在大气中的，对大气压力的变化，气体分析仪器就难于对付。因为当大气压力变化时，使仪器检测元件的工作压力也发生了变化。此时，尽管被测气体成分的相对百分含量没有变化，但被测对象的分子数已发生了变化。所以，仪器的输出讯号就要随之发生变化，这就是说，大气压力变化要影响气体分析仪器的测量结果。　　热导式气体分析仪器是利用被测气体的导热能力，带走热量，破坏测量电桥的平衡来输出讯号的。气体分子运动理论告诉我们：在保持有压力存在的条件下，气体的导热能力与压力的大小无关；即热导式气体分析仪器的讯号输出不受大气压力变化的影响。所以，我们选用热导式Ar分析仪来测量Ar馏份中的Ar含量，其测量结果不因大气压力变化而变化，而只是Ar含量变化的单一函数。　　磁氧分析仪是利用O2分子在磁场中的顺磁效应，改变仪器检测元件周围O2分子的浓度，因而输出讯号。当被测气体密度随大气压力的变化而变化时，O2分子的密度（即O2分子的数量）也随之发生变化。这就会影响仪器的讯号输出，即当大气压力变化时，磁氧分析器的讯号输出不只是O2含量变化的单一函数。　　上述对磁氧分析器的结论并不是对该测量原理的否定。顺磁式氧分析器应该是氧气成分分析的最佳原理之一，这是因为：一则大气压力的变化不是反复无常的突变，且变化量也不是很大；再则对于零点为0的量程(如0～5％）来说，影响不大。另外，还可以采取补偿措施。　　仪器的输出讯号受大气压力变化的影响程度与仪器的量程方式有关。其关系为：当大气压力变化±1％时，仪器输出讯号的变化为： 　　由此可见，当仪器量程从0开始时，如0～5％，则n＝±1％；