"Oksijen analizörü nasıl çalışır" başlıklı bir önceki makalede, bir gaz karışımının oksijen konsantrasyonunu belirlemek için gaz analizinde en yaygın olarak kullanılan teknolojilerin prensiplerini ayrıntılı olarak açıkladık.
Aşağıdaki oksijen ölçüm teknolojilerini inceledik:
Kullanılan ölçüm yöntemine bağlı olarak, her oksijen analiz cihazının avantajları ve dezavantajları vardır. Her bir teknolojinin avantaj ve dezavantajlarını bir önceki makalede de anlatmıştık.
Oksijen analizörleri endüstri ve araştırma alanında en yaygın kullanılan gaz analizörleridir. Bu nedenle uygulama yelpazesi son derece çeşitlidir. Bir ürünün veya prosesin kalitesini, güvenliğini veya verimliliğini garanti altına almak için oksijen konsantrasyonunun ölçümü önemli olduğunda bir oksijen analizörü kullanılır.
Oksijen analizörleri, örneğin bir uçağın kokpitindeki solunum havasını izlemek, bir atık yakma fırınındaki yanmayı düzenlemek, vakumla paketlenmiş gıdalardaki oksijen miktarını ölçmek veya petrol depolama tanklarındaki oksijen içeriğini ölçerek patlama riskini önlemek için kullanılır.
Tüm bu uygulamalar, ölçüm cihazlarının kurulumu için farklı kurallar ve yöntemler gerektirir.
Piyasada bulunan farklı oksijen analiz teknolojilerinin farkına vardıktan sonra, bir sonraki adım uygulamanız için doğru oksijen analizörünü seçmektir. Bu makalenin amacı, bu seçimi yaparken değerlendirilecek kriterleri listelemek ve açıklamaktır.
Kriter N°1 : Oksijen konsantrasyon seviyesi ve performans
Kriter N°2: Analiz edilecek gaz karışımının genel bileşimi
Kriter N°3: Ortam koşulları ve kurulum kısıtlamaları
Kriter N°4: Sahada mevcut olan yardımcı programlar
Kriter N°5: Tahsis edilen bütçeler
Yerleşik teknoloji açısından oksijen analizörü seçimi, özellikle analiz edilecek gaz karışımındaki oksijen konsantrasyonu seviyesine ve gerekli ölçüm performansına bağlı olacaktır.
Çok düşük oksijen seviyeleri için (%1'in altında veya ppm seviyesinde, 'milyonda parça' için), genellikle gaz kromatografisi ile analiz gerekecektir, ancak bazı elektrokimyasal oksijen analizörleri, zirkonya oksijen analizörleri ve bazı Lazer oksijen analizörleri de bunu yapabilir.
Daha yüksek oksijen seviyeleri için (%1 ila 21, hatta daha yüksek) en yaygın kullanılan oksijen analizörü paramanyetik oksijen analizörüdür. Zirkonya oksijen analizörleri ve elektrokimyasal oksijen analizörleri de %0 ile %25 arasındaki oksijen seviyelerini ölçmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Söz konusu oksijen konsantrasyonu seviyesi için doğru ve güvenilir ölçümler sağlamak üzere doğru teknolojiyi seçmek önemlidir.
Her teknolojinin metrolojik performans açısından kendine özgü özellikleri de vardır.
Ölçüm doğrulukları nispeten yakın olsa da, Lazer oksijen analizörünün rakip teknolojilere göre çok hassas çözünürlüğü ve daha geniş dinamik aralığı ile öne çıkması dikkat çekicidir. Bu makalenin ilerleyen bölümlerinde bu teknolojinin daha yüksek kalibrasyon kararlılığına ve bunun kullanıcıya getirdiği avantajlara da bakacağız.
Bununla birlikte, örneğin hava emisyonlarının kontrolünde düzenleyici amaçlarla baca gazlarındaki oksijeni ölçmek için en yaygın olarak kullanılan oksijen analizörleri hala zirkonya ve paramanyetik teknolojileri kullananlardır. Bu nedenle, bu uygulamalar için TÜV tarafından QAL1 sertifikalı oksijen analiz örlerinin büyük çoğunluğu bu teknolojilere dayanmaktadır.
Bir oksijen analizörü seçerken, oksijenin kendi konsantrasyon seviyesine ek olarak, analiz edilen gaz karışımının genel bileşimini de dikkate almak önemlidir.
Paramanyetik gaz analizörleri ve Lazer gaz analiz örleri en "gaz matrisinden bağımsız" olmalarıyla ünlüdür. Başka bir deyişle, Lazer ve paramanyetik teknolojiler çapraz girişime en az duyarlı olanlardır. Uygulamaların büyük çoğunluğunda, bir paramanyetik gaz analizörü ve bir Lazer gaz analizörünün ölçümleri, karışımdaki başka herhangi bir gaz bileşiğinin varlığından etkilenmeyecektir.
Tersine, analiz edilen karışım yüksek miktarda sülfür bileşikleri içeriyorsa ve ayrıca yanıcı ise zirkonya oksijen analizörü kullanımından kaçınılmalıdır. İlk durumda zirkonya sensör erken bozulur, ikincisinde ise ölçüm tamamen engellenir.
Lazer gaz analizörünün in situ geçiş tipinde olması koşuluyla, aşındırıcı gaz karışımları için de bir Lazer oksijen analizörü seçmeye değer. Bu durumda, analiz edilecek aşındırıcı gaz karışımı ile hava veya nitrojen tahliyesi ile korunan analizör bileşenleri arasında hiçbir temas olmaz.
Son olarak, analiz edilecek gaz karışımının aşındırıcılığına ek olarak, katı partiküllerle de yüklü olabilir. Paramanyetik veya elektrokimyasal oksijen analizörleri gibi en geleneksel gaz analizörlerinden de kaçınılmalıdır, çünkü bunlar genellikle temiz olduğu bilinen gazları almak için tasarlanmıştır. Öte yandan, burada da, geçiş akışlı lazer gaz analizörünün spesifik özellikleri, çok tozlu bir gaz matrisinde ölçüm yapılmasını sağlayacaktır.
Belirli bir uygulama için oksijen analizörü seçerken göz önünde bulundurulması gereken en hassas kriter kesinlikle ortam ve kurulum kısıtlamalarıdır.
İlk adım, ekstraktif oksijen analizörü mü yoksa in situ oksijen analizörü mü kurulacağına karar vermektir. Daha önce in situ ve ekstraktif gaz analizörü arasında seçim yaparken dikkate alınması gereken unsurları sunan atlıkarınca şeklinde bir araç hazırlamıştık: Bkz. atlıkarınca.
Atlıkarınca5 in situ veya ekstraktif gaz analizi arasında seçim yapmak için temel kriterler
Karuseli indirin ve endüstriyel uygulamanıza en uygun gaz analizörünü seçin!
Bu konfigürasyonlardan biri veya diğeri, alan ve erişilebilirlik kriterleri, çevresel koşullar, gerekli performans, sürdürülebilirlik, bütçeler ve çözümün yaşam döngüsü temelinde tercih edilecektir.
Genel olarak, ölçüm noktasının yakınında az yer olduğunda in-situ oksijen analizörü tercih edilir. Ancak ölçüm noktasındaki ortam koşullarına dikkat edilmelidir. Bunlar arasında titreşim, sıcaklık, patlayıcı bölgeler veya güçlü bir manyetik alanın varlığı gibi kısıtlamalar yer alır.
Çoğu oksijen analiz teknolojisinin in situ ve ekstraktif versiyonları bulunmaktadır.
Ancak, bu teknolojilerden bazıları bu konfigürasyonlardan birine veya diğerine daha uygundur.
Optik algılamalı çan tipi paramanyetik analizör, özellikle çanlarının ölçüm ortamı açısından özel bir dikkat gerektirmesi nedeniyle ekstraktif bir konfigürasyona daha uygundur. Örneğin, endüstriyel prosesin titreşimleri, analizörün ekstraktif olan ölçüm noktasından uzaklaştırılmasıyla önlenebilir.
Zirkonya oksijen analizörü ve lazer oksijen analizörü her iki konfigürasyonda da çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ancak Lazer oksijen analizörünün faydaları, yerinde monte edildiğinde ve hareket halindeyken çok daha iyi kullanılır. Aslında, yukarıda gördüğümüz gibi, optiklerin kalıcı olarak temizlenmesi, çok kısa bir tepki süresiyle doğrudan, bakım gerektirmeyen analiz sağlar. Bununla birlikte, optiklerin hizalanmasını bozabilecek düşük frekanslı titreşimlerin olası varlığına da dikkat edilmelidir.
Son olarak, elektrokimyasal oksijen analizörü neredeyse sadece korumalı ortamlarda ekstraktif modda kullanılır.
Kullanılan teknolojiye bağlı olarak, bir oksijen analizörü güç kaynağı veya referans gaz gibi yardımcı programlara ihtiyaç duyabilir.
Bu nedenle, bir analiz teknolojisi seçerken hem gaz analizörünün ihtiyaçlarını hem de kullanılabilecek yardımcı programları dikkatlice değerlendirmek önemlidir.
Pille çalışan taşınabilir cihazlar haricinde, oksijen analizörü her zaman bir güç kaynağına ihtiyaç duyar.
Çoğu zaman doğrudan yerel AC şebekesine (115-230 VAC) bağlanabilir, ancak cihaz DC voltajıyla (genellikle 24VDC) çalışıyorsa bir dönüştürücü gerekir.
Bu nedenle, projelerin çoğunda, kullanılan teknoloji ne olursa olsun, oksijen analizörünün kurulum noktasına uygun bir güç kaynağı sağlanması gerekir.
Ancak, gerekli olan yardımcı gazlar bir teknolojiden diğerine farklılık göstermektedir.
Tüm oksijen analizörleri, teknolojiye bağlı olarak az ya da çok sık aralıklarla sıfır ve açıklıklarını kalibre etmek için standart gazlara ihtiyaç duyacaktır.
Paramanyetik ve elektrokimyasal gaz analizörlerinin, izin vermek istediğiniz ölçüm sapmasına ve dolayısıyla korumak istediğiniz ölçüm doğruluğuna bağlı olarak günlük, haftalık veya hatta aylık olarak yeniden kalibre edilmesi gerekecektir. Solenoid valfler aracılığıyla özel bir gaz enjeksiyon sistemi ile manuel veya otomatik kalibrasyon kullanıyor olsanız da, standart gaz tüplerinin 'kalıcı' olarak kurulması gerekecektir.
Bu iki teknoloji için sıfır kalibrasyon gazı oksijensiz bir gaz olmalıdır: çoğunlukla saf nitrojen. Bununla birlikte, ikinci bir analizörü kalibre etmek için kullanılan bir azot bazı ve birkaç ppm başka bir bileşen içeren bir karışım da mümkündür.
Örneğin, tesiste 0 ila 1000 ppm arasında CO (karbon monoksit) ölçen bir kızılötesi analizör ve %0 ila 21 arasında ölçüm yapan bir paramanyetik oksijen analizörü varsa, nitrojen içinde 900 ppm CO içeren aynı şişe hem oksijen sıfır kalibrasyonu hem de CO span kalibrasyonu için kullanılabilir.
Oksijen analizörü için kullanılan teknoloji ne olursa olsun, span kalibrasyon gazı analizörün tam span değerine yakın bir oksijen içeriğine sahip olmalıdır. Ölçüm aralığı %0-21 ise, örneğin nitrojen içinde %20 oksijen içeren bir tüp kullanılabilir.
Ekonomik olması ve kullanım kolaylığı nedeniyle kalibrasyon gazı olarak genellikle ortam havası kullanılır. Düşük irtifalarda soluduğumuz hava yaklaşık %21 oranında sabit bir oksijen içerir. Bununla birlikte, oksijen seviyesinin bu nedenlerle değişmesi durumunda hatalı kalibrasyon işlemleriyle ölçümlerin bozulma riskini ortadan kaldırmak için bir yandan rakımdaki diğer yandan da havadaki nem oranındaki değişikliklere dikkat edilmelidir.
Ayrıca, zirkonya oksijen analizörü söz konusu olduğunda ve sadece bu durumda, sıfır kalibrasyon gazının oksijensiz olmaması gerektiği, ancak az miktarda oksijen içermesi gerektiği unutulmamalıdır. Zirkonya oksijen analizörü %0 ila 21 arasında ölçüm yapıyorsa, sıfır kalibrasyon gazı örneğin %1 ila 2 oksijen içermelidir.
Zirkonya oksijen analizörleri ve Lazer oksijen analizörleri de genellikle daha yüksek kalibrasyon kararlılığından yararlanır. Kalibrasyon süreleri 6 ay, hatta Lazer teknolojisi söz konusu olduğunda bir yıl kadar uzun olabilir. Bu durumda, büyük kapasiteli standart şişelerin sürekli olarak analizörün yakınında tutulması gerekmez. Zaman zaman daha küçük, taşınabilir bir şişe kullanılabilir.
Adından da anlaşılacağı gibi analizörlerin kalibrasyonu için kullanılan standart gazlara ek olarak, bazı oksijen analizörleri de bir referans gazın uygulanmasını gerektirir. Bu durum özellikle mikro kütle akış ölçerli paramanyetik analizör için geçerlidir. Çalışması için, seçilen ölçüm ölçeklerine bağlı olarak küçük bir nitrojen veya hava akışının sürekli olarak enjekte edilmesi gerekir.
Daha önce gördüğümüz gibi, Lazer oksijen analizörü mükemmel metrolojiyi ve eğer çapraz yığın in situ versiyonuysa verici ve alıcı optiklerinin temizliğini garanti etmek için kalıcı bir boşaltma gazına ihtiyaç duyacaktır. Proses gazı sıcaklığına bağlı olarak bu temizleme gazı hava veya nitrojen olabilir.
İlk olarak, ilgili oksijen analizörlerinin çalışması için gerekli olduklarından, bu yardımcı program gereksinimlerini öngörmek çok önemlidir. Cihaz devreye alınmadan önce tesisat kurulmazsa, cihazın çalıştırılması mümkün olmayacaktır. İkinci olarak, bu yardımcı programların kurulumu genellikle projenin ilk aşamasında önemli bir maliyeti temsil eder, ancak aynı zamanda oksijen analizörü tipini seçerken dikkate alınması gereken bir işletme maliyetini de temsil eder.
Her proje için bütçeleme aşaması çok önemlidir. Teknik gereksinimler proje ekiplerine ve satın alma departmanlarına yol gösterir. Ancak bunun tersi de doğrudur, çünkü ilgili projeye veya modüle tahsis edilen bütçe, mühendisin gerekli çözümü tasarlamak için kullanabileceği enlem üzerinde de bir etkiye sahip olacaktır.
Dikkate alınması gereken maliyetler satın alma maliyetleri ve işletme maliyetleridir.
Satın alma maliyetleri, oksijen analizörünün satın alma maliyeti ile kurulum, devreye alma ve yeni ekipmana alışma maliyetlerinden oluşur.
Oksijen analizörünü çalıştırmak için gereken araçlar da bir satın alma maliyetini temsil eder. Bunların kurulumu sadece ekipman tedarikini değil, aynı zamanda kurulum hizmetlerini de gerektirecektir. Bunlar basit lojistikten, genellikle iskele kurulmasını gerektiren yüksekte çalışmayı içeren potansiyel olarak ağır inşaat mühendisliği ve sac metal işlerine kadar uzanır.
Bir oksijen analizörü satın almanın maliyeti seçilen teknolojiye göre değişir. Elektrokimyasal ve zirkonya oksijen analizörleri genellikle en ucuz olanlardır. Ardından, teknolojisi biraz daha pahalı olan paramanyetik oksijen analizörleri gelir. Son olarak, lazer oksijen analizörleri daha yüksek bir satın alma fiyatı gerektirir.
Bununla birlikte, orta ve uzun vadeli proje planlaması, sadece satın alma maliyetleri değil, oksijen analizörünün işletme maliyetleri de dikkate alındığında, genellikle bütçelerin yeniden dengelendiğini gösterecektir.
Örneğin, satın alma sırasında finansal açıdan daha cazip olan bir elektrokimyasal oksijen analizörü, ölçüm hücresinin düzenli olarak değiştirilmesini gerektireceği için yüksek bir işletme bütçesine sahip olacaktır. Analizörün metrolojik açıdan mükemmel çalışma koşullarında kalmasını sağlamak için daha düzenli ve potansiyel olarak kapsamlı bir bakım da gerekecektir. Ekstraktif oksijen analizörü söz konusu olduğunda filtreler, pompalar ve kurutucular gibi numune alma bileşenlerinin periyodik olarak bakıma alınması ve hatta değiştirilmesi gerekecektir. Buna önleyici bakım denir, ancak düzeltici de olabilir.
Optik algılamalı (dambıl tipi) paramanyetik oksijen analizörleri için de aynı seviyede analizör bakımı gerekecektir. Hücre kalıcı olarak kabul edilse bile, nispeten kırılgandır ve bir noktada nispeten yüksek bir maliyetle değiştirilmesi gerekecektir.
Daha sağlam olan mikro kütle akış ölçerli paramanyetik oksijen analizörü, hücrenin değiştirilmesini gerektirmez, ancak genel hesaplamada işletme maliyeti dikkate alınması gereken bir referans gazın uygulanmasını gerektirir. Her zaman bir ekstraktif analiz sisteminde kullanıldığında, örnekleme elemanlarının bakımı aynı şekilde yapılmalıdır.
In situ zirkonya oksijen analizörleri (doğrudan endüstriyel proses, boru, baca, fırın vb. üzerine monte edilen analizörler) çok az bakım gerektirir. Dahası, dikkatlice seçilmeleri ve monte edilmeleri koşuluyla, genellikle sağlamdırlar ve genellikle uzun bir hizmet ömrüne sahiptirler.
Zirkonya oksijen analiz teknolojisi bir ekstraktif analizörde kullanıldığında, aynı sağlamlık bakım işlemlerinin azaltılması açısından bir değer olmaya devam eder, ancak numune alma sistemine yine de bakım yapılması gerekir.
Lazer oksijen analizörü, eğer ekstraktif tipte ise, herhangi bir ekstraktif gaz analizörü ile aynı kısıtlamalara ve dolayısıyla aynı bakım maliyetlerine sahip olacaktır. Ancak kalibrasyonu daha kararlı olduğundan, daha az kalibrasyon işlemi ve mantıksal olarak daha az standart gaz tüketimi gerektirecektir.
Lazer oksijen analizörü bir borunun, fırının veya bacanın her iki tarafına yerinde monte edilirse, bakım işlemleri nadir ve hızlı olacaktır ve genellikle çok fazla elektrik tüketen bir ekstraktif analiz kurulumuna kıyasla güç kaynağı maliyeti ihmal edilebilir olacaktır. Öte yandan, işletme bütçesi, nitrojen veya kurutulmuş ve yağdan arındırılmış basınçlı hava gibi temizleme gazının sürekli tüketim maliyetini de içermek zorunda olacaktır.
Teknik gereksinimler tanımlandıktan sonra,sadece oksijen analizörününsatın alma ve kurulummaliyetlerini değil, aynı zamanda işletme maliyetlerini dedeğerlendirmek önemlidir. Bunlar, proje boyunca ve hatta ürünün kullanım ömrünün sonunda ekipmanın sorunsuz çalışmasıyla bağlantılı olacaktır. Bu son maliyetler, işçilik, enerji ve hammadde maliyetlerindeki değişiklikler nedeniyle gelecek yıllarda giderek daha yüksek olacaktır.
