深冷法空分设备是在低温下实现空气组分分离的，对进人精馏塔分离的气体的水含量要求很高，因此配置高性能微量水分析仪对空分设备的连续安全稳定运行十分重要。目前，广泛应用于空分行业的微量水分析仪按照测量原理不同，可分为电解式、电容式和冷镜式3种。以下介绍几种微量水分析仪在空分设备中的应用和维护。
1电解式微量水分析仪
1.1测量原理及组成
电解式微量水分析仪的工作原理:被测气体进人分析仪电解池，其水分被吸湿剂(五氧化二磷涂膜层)吸收，并被电解为氢气和氧气排出，而五氧化二磷得以再生。当吸收和电解达到平衡后，进入电解池的水分全部被五氧化二磷涂膜层吸收并全部被电解。根据法兰第电解定律和气体定律可以推导出水的电解电流与气体水含量之间是一种对数关系，因此可通过检测电路测量电解池电流来测量气体的水含量。
青岛钢铁气体有限公司选用的是价格比较低的国产USI-1 AB型电解式微量水分析仪。该仪器有~100 x 10–6和0~1000 x 10–6两个量程，量程间可自动切换，控制电路中有标准输出信号提供给DCS控制系统或现场总线控制系统。USI-lAB型微量水分析仪由电解池、流量计、干燥器、气路控制系统和控制电路组成，电解池(仪器测头)可以定期更换，以保证测量的准确性。
1.2日常维护
(1)电解式微量水分析仪在投运前都要用干燥气对仪器管路进行吹扫，以防止水含量较大的气体进人电解池，污染电解池，造成测量不准确，影响仪器的正常使用。USI-1}rB型微量水分析仪第一次投运或长期停运后重新启运时，由于电解池非常潮湿，在测量前必须进行干燥处理，以使电解池处于干燥状态。干燥时间的长短与电解池潮湿程度、室温及气样种类有关。对电解池的干燥吹扫一般需要24~ 72小时，夏天则需要更长时间。但电解池一经干燥就能迅速测量。
(2)电解式微量水分析仪气路系统的密封性一定要好，以防止外界环境水分渗漏。
(3)样气经过分析仪测量室后直接排放人大气。考虑到大气中的水分会向测量系统内部扩散，可在排气口接上一段适当长度的管子，其长度和管径以不影响测量腔的压力为原则。
(4)取样管道要尽量短，尽量减少接头的数量和避免“死空间”产生，管路连接处采用焊接而不是卡套连接，以减少本底水分的干扰。
(5)取样管道和测量腔内壁力求干净、光洁度好，空分设备上分析仪器取样管一般选用不锈钢管或紫铜管。
2电容式微量水分析仪(露点仪)
2.1测量原理和优缺点
电容式微量水分析仪(露点仪)传感器部分相当于一个电容器，将一薄层孔状的氧化铝沉积在导电基体上，然后再在氧化铝薄层上涂敷一层薄金，导电基体和金薄层就形成电容器的电极。被测气体穿过金薄层，其水分被孔状的氧化铝吸收，此时，电容器的阻抗与水分子数量(即水气分压)成一定的比例。通过测量该电容器的阻抗或电容可获得水气分压，换算后可得到露点值(即微量水含量)。薄膜电容式微量水分析仪使用沉积在两个导电电极上的聚胺盐或醋酸纤维聚合物薄膜。当薄膜吸水或失水后，会改变两个电极间的介电常数。目前还有一种技术是使用耐高温的热固性聚合物，它可使得这类传感器在高于100℃的情况下进行连续测量。电容式微量水分析仪能满足空分设备的所有工艺检测要求，性价比又比较高，因此被广泛应用。
电容式微量水分析仪(露点仪)的优点:①具有较宽的响应范围，可准确测量一110℃一20℃的露点;②既可以远程安装，也可以现场使用;③性能相对稳定，响应较快，温度系数较小，与流量变化无关;④对水分有较高的选择性，可以在较宽的温度和压力范围内使用;⑤除供电电池外无任何消耗品;⑥日常维护量较小，使用寿命长，一般使用寿命在10年以上;⑦设有自动校准功能，可以随时自动校准。电容式微量水分析仪的缺点是:采用间接测量方式，在较高的温度下操作容易引起仪器漂移，仪器工作一定时期后要进行校准。
2.2日常维护
青岛钢铁气体有限公司有多台电容式微量水分析仪(露点仪)，在实际应用中总结了一些日常维护经验和操作注意事项，主要有以下几个方面:
(1)当读数波动范围大时，可检查测量管路样气的供气压力，因为压力的波动对仪器读数影响比较大。
(2)仪器的测量原理限制了仪器的使用范围，不能在含腐蚀性气体的场合使用，使用一段时间后要定期校准仪器。
(3)常温场合下适用的微量水分析仪(露点仪)及其传感器不能用在高温场合，使用时会带来误差。另外，该类仪器及传感器的最高适用温度取决于传感器的包装材料，使用不当会很快使仪器损坏。因此，根据样气的压力、温度和流量来正确选型非常重要。
(4)使用该类型仪表，为保证测量的准确性必须定期校准，以减少仪表老化、滞后及污染的影响。由于响应值为非线性，因此传感器不能通用，每次更换传感器都要重新进行校准。
(5)电容式微量水分析仪(露点仪)通常的测量范围为一110℃一20℃。当被测露点较高时，会产生较大的漂移。同时，还需注意温度系数。由于其对水气分压产生响应，因此要注意测量时气体总压的变化。
(6)在粉尘和杂质较多的场合使用该类仪器，注意传感器不能受到污染，最好配置气体过滤器，以保证干净、纯洁的气体进人仪器测量室。
3冷镜式微量水分析仪(露点仪)
冷镜式微量水分析仪(露点仪)的测量原理是:被测气体进人仪器测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态。此时，光电检露装置中光源发出的光照射在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应并输出光电信号，经控制回路比较、放大并驱动热电泵，对镜面制冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露(霜)，光照射在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励，使其制冷功率适当减小。镜面温度最后保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应，测量铂电阻的阻值后将其换算成露点值。
冷镜式微量水分析仪测量气体水含量的方法最准确、最可靠，被广泛用于空分设备微量水的测量。目前冷镜式微量水分析仪(露点仪)价格比较高，并需要有经验的人操作及保养，青岛钢铁气体有限公司目前没有选用冷镜式微量水分析仪。
4微量水分析仪的选型经验
在空分设备中，微量水分析仪应用广泛，可用于监测膨胀空气水含量、压缩机组各级冷却器排气水含量、分子筛再生气水含量，同时也可测量加温气和仪表气的露点。微量水分析仪的选型可根据仪器的不同测量原理，再综合考虑生产控制要求、投资成本、维护工作量和维修成本等多种因素。现在结合青岛钢铁气体有限公司6套空分设备配套微量水分析仪的选型和使用情况，介绍空分设备微量水分析仪的选型经验。
(1)便携式微量水分析仪选用进口SADμP型微量水分析仪(露点仪)，为电容式微量水分析仪。用于测量空分设备加温气的露点和压缩机组冷却器后气体露点。该仪器测量精度高、响应时间短、维护工作量小，气路密封比较好。自2002年以来，使用情况良好。另外，还配置了1台进口枪式露点仪，用于设备的巡检、点检，测量精度虽不高，但响应时间短、价格低，测量时虽受样气压力、温度影响比较大，但能满足使用要求。
(2)分子筛再生气水含量的测量选用进口MTSS型微量水分析仪(露点仪)。MTSS型微量水分析仪为电容式微量水分析仪，由传感器、气路调压系统和测控仪组成。考虑到样气压力较低、温度较高且测量管路长，在仪器前预处理系统配置了1台进口加压泵，使进人传感器测量室的样气压力和温度稳定、循环快。该仪器测量精度高、响应迅速、传感器标定简单。自投人使用以来，通过该仪器准确判断出几次蒸汽加热器盘管微漏故障，保证了生产的正常运行。MTSS型微量水分析仪的维护工作量小，使用几年后，为了保证测量的准确性，只需更换传感器便可。
(3)膨胀空气水含量的监测选用USI-lAB 型微量水分析仪，该分析仪是电解池式微量水分析仪，每次投运前都要用干燥气进行吹扫。
5结束语
随着大型空分设备技术的不断发展，对工艺气水含量的要求越来越高，相应地对微量水分析仪的测量精度、可靠性和智能化的要求也越来越高，正确选用和维护微量水分析仪十分重要。
本文作者：杨海哲
