反應(yīng)釜內(nèi)氧含量分析儀是一個(gè)用于精確、連續(xù)（或在線）測量反應(yīng)釜內(nèi)部氣相空間中氧氣濃度百分比（通常以 % O2 或 ppm 表示）的關(guān)鍵過程安全與控制設(shè)備。
 

　　它的存在至關(guān)重要，主要原因包括：
 

　　1. 過程安全：
 

　　o 防爆防火：氧氣是強(qiáng)氧化劑。在存在可燃?xì)?、有機(jī)物粉塵或易燃溶劑的環(huán)境中，高氧含量極大地增加了爆炸和火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)(尤其是在LEL下)。嚴(yán)格監(jiān)控氧含量對于控制在安全操作窗口內(nèi)至關(guān)重要(通常是惰化，如用N2或Ar氣保持低氧狀態(tài))。
 

　　o 氧化反應(yīng)控制：對于需要嚴(yán)格控制氧氣的放熱氧化反應(yīng)(如某些化工合成)，氧濃度直接影響反應(yīng)速率和熱量產(chǎn)生。偏離設(shè)定值可能導(dǎo)致反應(yīng)失控、產(chǎn)物降解或危險(xiǎn)副產(chǎn)物。
 

　　o 惰化保護(hù)：確保在開蓋操作(如加料、放料、檢查)前或停機(jī)期間，氧氣含量已降低到安全水平(通常<8% O2或更低，取決于工藝)。
 

　　2. 產(chǎn)品質(zhì)量控制：
 

　　o 防止氧化變質(zhì)：某些原料、中間體或產(chǎn)品對氧氣敏感，接觸氧氣會(huì)導(dǎo)致降解、變色、異味或活性降低(如食品、藥品、精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn))。精確的惰化保護(hù)是保持產(chǎn)品質(zhì)量的必要條件。
 

　　o 特定反應(yīng)條件：某些合成或發(fā)酵工藝需要特定嚴(yán)格的氧分壓作為反應(yīng)參數(shù)，超出范圍影響收率和副產(chǎn)物生成。
 

　　核心組成與測量原理
 

　　分析儀通常由兩部分組成：
 

　　1. 傳感器 (Sensor / Probe):負(fù)責(zé)直接或間接測量氧氣濃度。常用技術(shù)包括：
 

　　o 電化學(xué) (Electrochemical):測量氧氣在特定電解液中通過擴(kuò)散膜進(jìn)入傳感器后進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的微電流(與氧濃度成正比)。有原電池和恒電壓電解池兩種主要形式。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、初期成本低、多數(shù)設(shè)計(jì)本質(zhì)安全；缺點(diǎn)是傳感器壽命有限(2-4年，取決于使用環(huán)境)、易受交叉氣體污染、需要校準(zhǔn)、響應(yīng)相對較慢、輸出可能會(huì)漂移。需定期更換傳感器。
 

　　o 激光光譜式 (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy - TDLAS 或 Laser):基于特定波長的近紅外激光穿過氣體后被氧分子選擇性吸收的特性進(jìn)行測量。分非接觸的原位(直接插入或法蘭安裝)或旁路抽取式(通過采樣池)。優(yōu)點(diǎn)是非接觸測量(對于腐蝕、高溫或易污染介質(zhì)尤其有利)、響應(yīng)快(可達(dá)秒級)、精度高、校準(zhǔn)周期長、維護(hù)量相對小、壽命長(無消耗件)；缺點(diǎn)是初期投資成本通常較高，受粉塵和某些背景氣干擾程度視具體設(shè)計(jì)而定。
 

　　2. 變送器/控制器 (Transmitter/Controller):
 

　　o 接收傳感器的信號(通常是電壓、電流或數(shù)字信號)。
 

　　o 將信號轉(zhuǎn)換為具體的氧氣濃度值(% O2 或 ppm)。
 

　　o 提供顯示(本地或遠(yuǎn)程顯示)。
 

　　o 輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(如4-20mA、Modbus、等)到PLC/DCS系統(tǒng)。
 

　　o 設(shè)置報(bào)警點(diǎn)(高限、高高限、低限)，觸發(fā)安全聯(lián)鎖(如自動(dòng)充入N2、停攪拌、排空)。
 

　　o 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、支持校準(zhǔn)功能、提供診斷信息。
 

　　安裝方式
 

　　· 旁路抽取測量式 (Extractive)：用采樣泵通過采樣管(伴熱防止冷凝)從反應(yīng)釜頂部采樣點(diǎn)將氣體抽出，經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)(除塵、除水/除濕、減壓/增壓、穩(wěn)流)后送入放置傳感器的分析小室/池中進(jìn)行測量。電化學(xué)、順磁傳感器常應(yīng)用此法。優(yōu)點(diǎn)是預(yù)處理可以更好地保護(hù)傳感器；缺點(diǎn)是響應(yīng)較慢(受管道長度、氣速影響)、潛在泄漏風(fēng)險(xiǎn)、需要復(fù)雜預(yù)處理環(huán)節(jié)。
 

　　關(guān)鍵考慮因素（選型與應(yīng)用）
 

　　· 測量范圍：根據(jù)工藝要求和安全目標(biāo)確定(如0.01%-25% O2, 0-100%, 0-1000 ppm 等)。
 

　　· 精度與分辨率：反應(yīng)釜過程控制和安全通常要求較高精度(如 ±0.1% O2或更好)。
 

　　· 響應(yīng)時(shí)間 (T90)：尤其對于安全控制和高要求過程控制至關(guān)重要(秒級～數(shù)十秒)。
 

　　· 過程條件：溫度、壓力、物料性質(zhì)(是否有腐蝕性氣體？是否有顆粒粉塵？溶劑蒸汽是否飽和？)。
 

　　· 介質(zhì)組分：是否存在會(huì)干擾所選傳感器技術(shù)的氣體？(如電化學(xué)傳感器可能受H2S、酸氣影響或中毒；順磁和激光一般抗干擾強(qiáng)很多)。
 

　　· 安全要求：
 

　　o 危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證：安裝在反應(yīng)釜上的傳感器和分析儀必須符合防爆等級，通常是防爆外殼型或本質(zhì)安全型。
 

　　o 安全完整性等級 (SIL)：如果需要達(dá)到一定的SIL等級(SIL1，SIL2)，則整個(gè)測量回路(從傳感器到變送器到安全邏輯解算器)都需要符合SIL認(rèn)證要求。
 

　　· 校準(zhǔn)要求：所有傳感器都需要定期校準(zhǔn)(手動(dòng)或自動(dòng))，校準(zhǔn)頻次和方式影響維護(hù)成本和可靠性。激光型(TDLAS)和高質(zhì)量順磁型校準(zhǔn)周期通常最長。有些可在線校準(zhǔn)或原位校準(zhǔn)。
 

　　· 維護(hù)：易損件(主要是電化學(xué)傳感器、濾芯、采樣系統(tǒng)泵/閥)、更換周期。
 

　　· 防護(hù)等級：傳感器和變送器外殼的防塵防水等級(如IP65, IP67)。
 

　　· 樣本調(diào)理（僅抽取式）：抽取系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的預(yù)處理(過濾、除濕/制冷、穩(wěn)壓、流控)。
 

　　總結(jié)
 

　　反應(yīng)釜內(nèi)氧含量分析儀是工藝安全和產(chǎn)品質(zhì)量保證的核心裝備。選擇合適的技術(shù)(順磁、電化學(xué)、激光TDLAS)、正確的安裝方式(原位或抽取)并配合完善的預(yù)處理系統(tǒng)(如需要)，結(jié)合符合危險(xiǎn)區(qū)域和SIL等級要求的設(shè)計(jì)，才能可靠地監(jiān)控氧含量，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、有效的安全聯(lián)鎖和生產(chǎn)工藝控制。持續(xù)的維護(hù)與校準(zhǔn)是確保其長期精確運(yùn)行的基礎(chǔ)。