えんかアルカリこうぎょう

塩素塩基の生産において、塩素プレス密封ガスの酸素含有量の制御は極めて重要である。酸素と塩素または水素との接触は爆発を引き起こす可能性があるので、シールガス（通常は窒素）中の酸素含有量を厳格に制御しなければならない。従来の酸素含有量測定方法には吸収法とガスクロマトグラフィー法が含まれており、これらの方法には操作が複雑で、コストが高い、または応答速度が遅いなどの欠点があった。プラグインアナライザその高精度、低コスト、操作が簡便な特徴で、工業現場の酸素含有量測定の理想的なツールとなっている。

　　1プラグインアナライザの動作原理と構造

　　1.1動作原理

燃料電池法に用いられるセンサ系は、不活性金属電極（カソード）、鉛電極（アノード）及び電解液からなる密閉型化学電池である。ガス中の酸素は高分子薄膜を介して電池に拡散し、陰極で酸素が還元され、陽極で鉛が酸化される。電池反応による電流、すなわちセンサ出力信号の大きさは、ガス中の酸素含有量に比例する。電池から発生した電子は回路から引き出し、その後補償補正増幅を行うことで、被測定ガス中の酸素含有量を測定することができる。反応式は以下の通りである：

カソードO₂+2時間₂O+4e→4OH^-;

アノード2 Pb+4 OH^-→2PbO+2H₂O+4e;

完全化学反応O₂+2Pb→2PBOです。

　　1.2プラグインアナライザ構造

センサ：コア部品、常用電気化学センサ或いは光学センサは、微量酸素変化に迅速に応答することができる。

信号処理ユニット：センサ信号を可読データに変換する。

ディスプレイ：酸素質量分率または体積分率をリアルタイムで表示します。

電源モジュール：電池の電力供給をサポートし、現場での使用に適している。

サンプリングシステム：サンプリングプローブとフィルタを含み、ガスの清浄性を確保する。

微量酸素分析計のガス経路を図1に示す。

　　図1微量酸素分析計のガス経路

　　2従来の酸素含有量測定方法

　　2.1吸収法

吸収法は空気を分離して製造したガス状窒素または液体窒素に適用され、主に保護ガス、置換ガス、低温貯蔵に用いられ、オーステナイトガス分析器（図2参照）を用い、コークス性非摂食子酸アルカリ性溶液吸収法を用いて酸素含有量を測定し、採取した一定量のサンプルガスを密閉された吸収瓶内で吸収液と反応させ、酸素が吸収されることによるサンプルガス体積の減少量は酸素含有量である。この方法はコストが低いが、操作が複雑で、時間がかかり、精度が限られている。

　　図2ガス分析器一代自動排液プログラムロジック

　　2.2ガスクロマトグラフィー

ガスクロマトグラフィーは空気分離または浄化された主に保護ガス、置換ガス、反応ガスなどのガス状態または液体として使用される純窒素、高純窒素、超純窒素に適用され、ジルコニア検出器と水素火炎イオン化検出器を備えたガスクロマトグラフィー（図3）を用いて窒素中の水素、酸素、一酸化炭素、メタン、二酸化炭素を測定する。ガスクロマトグラフィーによる微量酸素の測定は、高精度で高感度であるが、設備が高価で、操作が複雑で、専門家の操作が必要で、実験室環境に適している。

　　図3ガスクロマトグラフの動作原理

　　3プラグインアナライザの利点

　　3.1酸素センサは精度が高く、応答速度が速い

携帯型微量酸素分析計は微量酸素含有量を迅速、正確に測定でき、応答時間が短く、リアルタイムモニタリングに適している。センサに拡散する酸素分子の速度はポリテトラフルオロエチレン膜によって制御されるため、すべての拡散過程は温度、圧力、相対湿度に敏感である。温度特性：センサの信号出力は温度の変化に応じて変化する。この変化（2.5%/℃）は比較的安定している。サーミスタを用いた温度補償回路は、この影響を+5%/℃以上の精度で相殺し、温度に依存しない出力関数を生成する。同じ温度でキャリブレーションとサンプリングを行ったり、キャリブレーション直後に測定を行ったりすれば間違いはありません。非常に小さな温度変化（10〜15℃）は＋1%未満の誤差を生じる。

　　図4センサ温度特性曲線

圧力、流量特性：挿入式分析器の酸素センサは酸素の分圧を測定し、その出力はサンプルガス圧力の変化と大気圧の変化の影響を受ける。出力信号は混合ガス中の酸素の分圧と線形比例関係にあり、大気圧のいかなる変化もセンサ出力電流の等価な変化を招く。したがって、分析されたガスの総圧力が変化しないか、大気圧信号によって補償されている場合にのみ、分析器の示度が正しい。試料圧力が一定に制御される場合、分析器は測定された圧力と流量に類似した状況で試料ガスを較正すべきである。個別のセンサを用いて圧力を測定すると、酸素濃度はサンプリングガスの絶対圧力に基づいて算出することができる。センサの出力はサンプルガス流量に直接影響されるわけではない。0.0283~0.1415m³/hの流量は酸素読取量の顕著な変化を引き起こすことはない。しかしながら、流量が0.1415 mを超える³/h背圧と誤った酸素読み取りが発生する可能性があり、最適な性能を達成するために、ガス流量は0.0566 mを推奨する³/hまたは1 L/min。

応答時間：センサの応答時間は測定試料ガスの濃度など多くの要素に依存し、酸素センサが微量範囲で平衡に達すると、酸素濃度の変化に対する応答時間は非常に速い。体積率が1%を超える酸素に曝露すると、センサの液体電解質が一時的に飽和する可能性があり、平衡を達成するには追加の時間がかかり、再び迅速な応答が得られる。

参照できる応答時間は次のとおりです。

1%から0.1%に低下した場合、180 s未満、

0.1%から0.00 l%に低下した場合、10 min未満、

10×10から^-610未満に低下^-6時、10 h未満である。

湿度影響：センサーの出力は酸素の相対湿度に比例する。酸素センサは、サンプルガスの相対湿度が0〜99%の間の非凝縮の場合に適している。希釈ガスを除いて、非凝縮の湿度はセンサの性能に影響しない。しかし、水蒸気が圧力を発生する方法はサンプル気流中の酸素と同じであることに注意すべきである。絶対圧力が一定のガス試料では、湿度が高いほど酸素成分の分圧が小さくなる。サンプルガス中の酸素を測定する際に、体積分率または質量分率で計算する場合は、相対湿度の影響も考慮しなければならない。相対湿度が校正された日から一般的に変化しない場合、相対湿度によるオフセット量は最小になります。ユーザがセンサを乾燥ガス中で較正し、サンプルガスを加湿する場合、センサ出力信号は以前の出力信号よりやや低い。これはサンプルガス中の酸素が水蒸気で希釈されていることによるものである。この特性は、湿気流と乾気流が同時に存在するシステムにおいて非常に重要である。また、高湿度の気流はセンサー上で凝縮し、最終的に性能に影響を与える可能性があります。

センサ影響因子：センサの化学成分は冷媒や炭化水素系化合物を含む他のガスの影響をほとんど受けない。しかし、電解質の化学特性によっては、センサーは高濃度の腐食性ガスのいくつかに極めて敏感である。表1は、センサに対する各種ガスの影響を示す。

　　表1センサに対する各種ガスの影響

干渉レベルは、非汚染ガス混合物に比べて0 ~ 2000×10^-6酸素ガス混合物中のセンサ出力の変化率。

もしCl₂の干渉レベルが1：2の割合と考えられる場合、Cl₂プラス100×10^-6酸素ガスのサンプルガス中のセンサの出力信号は300×10に相当する^-6（正常酸素信号は100×10^-6、また200×10^-6Cl₂による干渉）。

　　3.2低コスト

ガスクロマトグラフィー法に比べて、携帯型微量酸素分析器の購入コストは著しく低下し、メンテナンスコストは低く、複雑な機械構造がなく、センサーの寿命は長く、しかも頻繁に消耗品（例えば乾燥剤、電解液など）を交換する必要がなく、大規模な応用に適している。酸素センサが微量酸素に曝露されると、通常2年間の寿命で優れた性能を提供することができる。一定の湿度を含む試料ガスに定期的に曝露することで、電解液中の水濃度が正常な状態に戻るのを助け、センサの寿命を延長することができる。携帯型微量酸素分析計は低消費電力設計を採用し、電池の電力供給をサポートし、安定した電源のない野外や工業現場に適しており、長期使用電気料金のコストは0に近く、エネルギー消費は小さい。携帯型微量酸素分析器は人件費を節約し、迅速な検査により実験室のサンプル送付プロセスを減少させ、専任者の当番を回避し、特に多地点巡回検査（例えば電解槽、空圧ステーションなど）に適している。

　　3.3簡単な操作

挿入式分析器はすぐに起動して使用し、予熱や複雑な初期化を必要とせず、起動後は直接測定モードに入り、緊急検査効率（例えば化学工業生産の突発状況）を向上させることができる。タッチスクリーンまたはワンタッチボタンを搭載し、メニューロジックが明瞭で、多言語インタフェースをサポートし、非技術者の操作の敷居を下げる。自己検査と校正プログラムを内蔵し、手動校正の煩雑なステップを回避するための手動介入を減らす。多くのブランドとモデルの携帯型微量酸素分析計は1 ~ 3 min以内に結果を出力することができ、特に生産ラインのリアルタイム監視に適しており、停止待ちを避けることができる。

　　3.4多機能性

酸素含有量の測定に加えて、部分挿入式分析器は他のガスパラメータを測定することができ、多種の工業需要を満たし、広い範囲をカバーし、測定範囲は10^-6級微量酸素分からパーセンテージ級の高濃度酸素含有量は、多様なシーンの使用を満たすとともに、優れたデータ拡張性を備え、ストレージとBluetooth/Wifi伝送機能を内蔵し、トレンド分析報告書の生成、またはLIMSシステム（実験室情報管理システム）のドッキングをサポートする。大部分の携帯型微量酸素分析器は環境適応性が強く、高温、耐食性設計があり、石化、製薬などの劣悪な環境の中で安定して働くことができ、一部のモデルは防爆要求に適合している。

　　4応用例

挿入式分析器を用いて塩素プレス密封ガス窒素中の酸素含有量を監視した。

　　4.1標定

まず、四方弁がBYPASS状態に置かれ、流量調節針型弁が閉じていることを確認し、電源ボタンを長押しすると3 s程度で電源が入り、接続酸素含有量は5×10である^-6の標準ガスをパージし、分析器管路3 ~ 5 minをパージした後、四方弁をSAMPLE状態に開き、データが安定するのを待って、標定界面に入り、低点標定を選択し、標準ガス濃度値を目標値に入力し、√で確認し、標定を完成する。標定界面を退出し、四方弁をBYPASS状態に調整し、流量調整針型弁を閉じる。

　　4.2サンプル測定

まず、四方弁がBYPASS状態に置かれ、流量調節針型弁が閉じていることを確認し、電源キーを3 sほど長く押して電源を入れ、前処理後のサンプリングガス（推奨サンプリングガス温度は5 ~ 45℃、ガス圧力は34.48 ~ 68.95 kPa）を設備吸気口に接続し、流量を0.0566 mに調節する³/h,パージアナライザ管路約3 min後、四方弁をSAMPLE状態に開き、データが安定するのを待ち、測定値を記録するか、測定値を保存し、テストが完了し、四方弁をBYPASS状態に調整し、流量調整針型弁を閉じ、電源キーを長押しして3 s程度シャットダウンし、サンプリング管路を切断する。平行測定結果を表2に示す。

　　表2平行測定結果

表2平行測定結果：計器はリアルタイム、正確に酸素含有量を測定でき、塩素プレス密封ガス中の酸素含有量が10×10未満であることを確保する^-6、安全生産要求を満たす。従来の方法に比べて、携帯型微量酸素分析計は検出効率を著しく向上させ、コストを削減した。

　　5結論

挿入式分析器は塩素プレス密封器の酸素含有量測定において高精度、低コスト及び操作簡便の優位性を示し、工業現場の応用に適している。従来の吸収法とガスクロマトグラフィー法に比べて、携帯型微量酸素分析器は効率と経済性の面でより競争力があり、塩素アルカリ工業における酸素含有量測定の理想的な選択である。