酸素分析計

概要

塩ビモノマープロセスにおけるオキシ塩素化反応工程では、反応器入口・出口ガス中の O₂ 濃度は、反応の制御・原料ガスの比率を調整する重要な指針であり、また爆発防止の点からも重要な測定項目となっています。
従来はサンプリング装置を介して磁気式酸素濃度計で測定していますが、センサが汚れた場合に交換が必要になるなど、メンテナンスの点で問題になっています。それらの問題を解決するのが「TDLS200SJ レーザガス分析計」です。

お客様の期待

• メンテナンスコストの削減
• TIIS 防爆
• O₂ 濃度制御に反映可能
• 連続監視
• 耐ダスト、耐食

プロセス概略

塩ビモノマープロセスにおけるオキシ塩素化反応工程では、反応器入口・出口ガス中の O₂ 濃度をサンプリング装置を介して磁気式酸素計で測定しています。この O₂ 濃度測定は、製品の品質、また爆発防止の点からも重要なものです。プラントによっては二重化されている所もあります。そのため防爆規格を取得した高信頼の O₂濃度測定が必要になります。

YOKOGAWA のソリューション

従来はフィルターを介しても測定ガスでセンサが汚れる場合がありました。その際にはセンサ交換が必要になり、メンテナンスの点で問題になっています。レーザガス分析計はフィルターを介した測定ガスなら問題なく測定することができます。またフローセルを使用することで、センサは測定ガスと非接触となります。そのため、もし汚れが付着したとしても、接ガス部（フローセル）の窓ガラスを清掃すれば問題なく測定を続けることができます。

測定システム構成例

• TDLS 本体（O₂ 計、TIIS 防爆）
  TDLS200SJ-B-X1-N-N-PA □□ -PB □□ -N
  注：□□にはパージ配管長（m）を指定してください。
• モジュール間ケーブル（発光部－受光部間）
  WT200SJ-PA-0 □□ -N
• モジュール間ケーブル（発光部－内圧監視ユニット間）
  WT200SJ-PB-0 □□ -N
  注：□□にはケーブル長（m）を指定してください。
• フローセル
  K9745DD（モネル製）

留意点

• 電源：100 V AC、50/60Hz
• 内圧パージガス：N₂
  流量は 6L /min 以上
• 必要に応じてサンプルライン、フローセルはスチームトレースなどで加熱保温施工をしてください。
• 腐食性ガスを含む場合、モネル製フローセルの使用を推奨します。

概要

石油精製プラントの減圧蒸留装置における安全監視用に、炭化水素蒸気中の酸素濃度測定が行われています。従来の磁気式酸素計は、サンプリングして前処理をし測定するため、応答が遅く、安全システム上非常にクリティカルな課題となっています。さらに、サンプリング装置の保守やランニングコストに問題も多く、例えば、測定ガス中に含有する高濃度H₂Sは、サンプリング装置や分析計の早期腐食を引き起こします。別の問題として、サンプリング装置内での結露や、前処理は測定成分の体積濃度を変えてしまい、実際のプロセス中のサンプル状態と異なってしまいます。TDLS200 レーザガス分析計はこれらの問題を解決します。

お客様の期待

• ノンサンプリング、サンプリング装置メンテナンスコスト、ランニングコストの削減
• 高速応答での安全システムを実現
• 連続監視、高精度 O₂ 濃度の監視

プロセス概略

減圧蒸留装置は常圧蒸留装置からの残油を大気圧より低い圧力下で蒸留分離する装置です。蒸留は絶対圧力 2 ～ 15kPa、温度 370 ～ 380℃の条件下で、炭化水素の分解が起きないように操業されます。この減圧下では漏えいによる酸素の含有が爆発につながる恐れがあるため、酸素濃度の管理が重要です。通常、酸素濃度は 2 ～ 5％に設定され、不活性ガスで蒸気をパージするように操業されます。このため、酸素濃度測定には高速応答と高信頼性が求められます。

優位性

• 従来の磁気式酸素濃度計との比較
  磁気式酸素濃度計はインライン測定ができないため、真空に近い減圧下から真空ポンプで測定ガスをサンプリングする必要あり、実現が困難な場合もあります。また、外気のリークも発生することも有り、測定の信頼性に問題があります。
  TDLS200 はサンプリングせず、蒸留ラインで酸素濃度を直接測定できます。レーザ光がプロセス内を透過するだけで、高速で信頼性が高く、保守も容易になります。
• 他のレーザ式ガス分析計との比較
  2f 法を採用したレーザ式ガス分析計では、減圧により酸素の吸収スペクトルが非常に鋭いピーク形状に変化するため、正確な測定が困難です。一方、TDLS200 はスペクトル面積法を採用しており、原理的にスペクトル面積がリニアに圧力に比例するため容易に圧力補正ができ、減圧下でも正確な測定ができます。次頁に圧力変化テストデータ（TDLS200 測定結果）を示します。

減圧蒸留塔

YOKOGAWA のソリューション

測定システム

• TDLS本体（O₂計）
  TDLS200-S-X1-2-5/Z Z：超低圧力
• 絶縁フランジ
  K9745CA　絶縁フランジ材質：316/316LSS サファイア窓；O₂測定用 Oリング；カルレッツ4079 （注）測定ガス圧仕様のフランジを選択します。
• 圧力補正
  測定ガス圧力を測定し、圧力補正用信号（4-20mA）としてTDLS200に入力します。

圧力変化テストデータ

右のグラフは測定ガスの酸素濃度を 21%->4%->0.8% に変化させ、更に絶対圧を 100kPa から 20kPa まで変化させた時の測定結果です。
TDLS200 による測定値は圧力変化の影響を受けず、安定して正確に酸素濃度を測定しています。

概要

塩水電解プラントにおいて Dry 塩素塔の後に水分が含まれると、後流のコンプレッサが腐食され、また、製品品質が低下します。コンプレッサの前後にて水分を測定し、コンプレッサの腐食問題や品質低下を防止しています。
従来の五酸化リン（P₂O₅）電解式微量水分計は、接触式でプロセスガスを測定しているため、センサの劣化や応答時間遅れ、高メンテナンス性や高ランニングコストが問題になっています。
これらの問題を解決するのが「TDLS200 レーザガス分析計」です。

お客様の期待

• 非接触測定により劣化の少ない高信頼性測定
• 腐食性ガスでも劣化がなく測定でき、
• メンテナンスコスト、ランニングコストを削減
• H₂O 濃度変化に高速応答・高安定測定

プロセス概略

塩水電解プラントで生成した塩素ガスは、Wet 塩素塔で水分を除去し、乾燥塔へ送られます。乾燥塔では、硫酸水溶液を用いて塩素ガスを乾燥させ、乾燥塩素ガスは Dry 塩素塔へ送られます。乾燥塩素ガスは Dry 塩素塔で水分が除去され、コンプレッサにて液化・製品化されます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

五酸化リン（P₂O₅）電解式と違い、 TDLS200 はサンプルの微量水分の変化に高速に応答します。

TDLS200 と P₂O₅ 電解式水分計との応答性比較

TDLS200 レーザガス分析計微量水分測定の構成例

サンプリング装置によりプロセスガスをフローセルに導入し測定します。

TDLS200 微量水分計サンプリング 装置の特長

　独自のサンプリングにより、高感度測定を実現（最小レンジ 0-30 ppm）を実現
　取り外すことなしに現場校正が可能
　パージガス中の水分影響を極力低減したサンプリング装置

• TDLS 本体
  TDLS200
  　特注にて対応いたします。

留意点

• ユーティリティ
  電源：100 V AC、50/60Hz
  計装空気および N₂
  　サンプリング盤および発光部、受光部ケース内
  　パージ ：計装空気 10 L/min
  　レーザ光透過部パージ ：N₂ 流量 5 L/min

概要

煙道排ガス中の NOx 削減のために、NH₃ 注入による脱硝が行われています。
従来の間接測定式 NH₃ 計では、サンプリング装置を介してNH₃ 濃度を求めていました。そのためサンプリング装置のメンテナンス、ランニングコスト、また測定の時間遅れという事が問題になっています。これらの問題を解決するのが「TDLS8000 レーザガス分析計」です。

お客様の期待

• サンプリングレス、サンプリング装置メンテナンスコスト、ランニングコストの削減
• 高速応答、NH₃ 注入量の制御に反映可能、NH₃ 注入量の削減・最適化
• 連続監視、NH₃ 排出量の監視、環境問題への配慮
• 脱硝装置の延命化、エアーヒータの硫安析出の削減

プロセス概略

煙道排ガス中の NOx 削減のために、NH₃ 注入による脱硝、または集塵設備の集塵率向上と腐食防止のために NH₃ の注入が 行われています。NH₃ を過剰注入するとランニングコストが高くなり、また残留 NH₃ が増加し異臭の発生源となります。そのため、排ガス中の NH₃ を測定し、制御・監視しています。

YOKOGAWA のソリューション

従来のサンプリング装置を介した間接測定式 NH₃ 計ではなく、ダイレクトに排ガス中の NH₃ 濃度を測定でき、メンテナンスコスト、ランニングコストを低減できます。

フィールドデータ

NH₃ 注入量と測定値（設置例 A 点 / 脱硝装置なし）の変化の様子

TDLS8000 は、 NH₃ の注入量の変化に対し高速な応答を示します。これにより NH₃ の最適注入量の制御・監視ができます。

測定システム

• TDLS 本体（NH₃ 計）
  TDLS8000-G□-A1-□□-A1-J-N
  （注）□には配線配管口を、□□にはフランジ取り合いを指定してください。
• HMIユニット
  YH8000-G□-E-N
  （注）□には配線口を指定してください。
• ケーブル
  K9775WA～WG
  必要な長さを5～60mから選択してください。
• アクセサリ
  必要に応じて、DC電源、プロセス縁切り用ボール弁などを準備ください。 温度・圧力変動が大きい場合はアナログ入力または伝送器と接続してください。

ユーティリティ

• パージガスには計装空気またはN₂を準備してください。光学系用：2～20L/min、プロセス窓用：5～30L/min

留意点

• ダスト濃度
  1mあたり20g/Nm³以下を目途としてください。このダスト量を超える場合はご相談ください。

ごみ焼却プロセスでのO₂濃度は、燃焼効率はもちろん、排ガスのNOx、CO削減といった安全や環境への配慮においても重要な管理項目となっています。従来、一般的にプロセス制御に多く用いられてきたのは、ジルコニアセンサを用いた排ガスのO₂測定です。この方式では、センサが燃焼部の後段に設置されることから、燃焼環境の変化に対する応答に相応の時間を要し、燃焼効率よりも安全を優先した制御が選択されていました。つまり可燃性ガスであるCOの発生を抑えることが最優先となり、O₂量のマージンを大きくとって運転されていました。また、排ガス中に多く含まれる高温のダストにより、メンテナンス面の課題を抱えていました。

「レーザガス分析計 TDLSシリーズ」をキープロダクトとした、横河電機のゴミ焼却プロセスにおける排ガス測定のアプリケーションは、高温のダストを含む環境下でO₂濃度を直接測定し、リアルタイムに監視できます。また、排ガスとセンサ部分が非接触なため、メンテナンスコストの大幅な削減を実現します。

すでに日本国内のごみ焼却場で、本格運用されています。

「TDLSシリーズ」とは？

直接、排ガスにレーザ光を照射することで、O₂をはじめ、CO、HCl、CH₄、NH₃、H₂Oや、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。
TDLS8000は、従来機（TDLS200）に比べ、小型化と機能の向上を実現。タッチパネルを採用し、直感的な操作を追求しています。

TDLS導入によるメリット

最高1,500℃までのO₂濃度を測定可能

従来使用されてきたジルコニアセンサは、温度の制限（通常最高700℃）があるため、燃焼部より後段に設置され、理想的な応答を得ることができません。ダストを除去する前処理のタイムラグもあります。そのため、O₂量の急激な変化に追従することは困難でした。
「TDLSシリーズ」は、バーナー付近の約1,000℃に達したガスを直接測定できます。最高1,500℃まで安定して測定します。

高ダストでもオートゲイン機能で正確に

高ダストの排ガス中では、測定のためのレーザ光が減衰します。しかし、「TDLSシリーズ」はオートゲイン機能を搭載しており、受光したレーザの信号を自動計算で増幅し、レーザ光が減衰した中の測定でも十分な信頼性を発揮します。また、「TDLSシリーズ」は、スペクトル面積法を採用することで、燃焼中の排ガスと停止中の大気の両方の酸素濃度を補正なく正確に測定することが可能です。

消耗品なし。圧倒的なコストパフォーマンス

「TDLSシリーズ」は、プロセスラインとは堅牢なガラス製の窓で仕切られており、センサ部が排ガスと非接触のため、部品の消耗が発生しません。一度取り付けてしまえば、ランニングコストがほとんどかからないのが特長です。
万一、部品交換が必要になったときも、現場で、安全かつ容易に着脱できます。

制御系との親和性を高めるYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、制御システムとの高い親和性を実現するソリューションサービスを提供します。これは、横河電機の制御系ラインナップとさまざまな測定機器を組み合わせた製造プロセスのトータルソリューションを導くサポートです。
ゴミ焼却プロセスという、非生産部分でのコストダウンや環境保全にも、横河電機は大きく貢献します。

プラントのリスク管理上、プロセスガスの酸素濃度測定が必然であることは言うまでもありません。測定にあたっては、一般的にサンプリング装置が使われています。しかしプロセスガスの抽出が必要となるため、測定までタイムラグが発生し、リアルタイムな数値をとれませんでした。支燃性ガスである酸素の濃度が急速に上昇した場合、手遅れとなる可能性も否定できません。
サンプリング装置による測定では、リスク管理に求められる即応性を、充分満たせていないのが実情です。
この課題を解決するのが、横河電機のTDLSレーザガス分析計を中心としたによる酸素安全計装のソリューションです。
TDLSは、プロセスガスを5秒以下で直接測定が可能なので、イニシャルコスト、ランクニングコストともに抑えることができます。また、機能安全の国際規格IEC61508の安全度水準SIL2適合の認証を取得しており、高い安全性を併せて提供します。 同ソリューションは、石油精製プラントでの炭化水素蒸気中の酸素濃度測定を始め、エチレンオキサイドの反応器での酸素濃度コントロールや、タンクのヘッドスペースガスの酸素濃度測定などに利用されており、安全性はもちろん、生産効率の向上にも貢献しています。

TDLS導入によるメリット

プロセスのラインに直接設置し、プロセスガスにレーザー光を照射することで、O₂、CO、CH₄、NH₃、H₂0 に加え、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。
センサー部はガラス製の窓で仕切られており、プロセスガスと非接触のため、高温、高圧、腐食性ガス、刺激性ガス、高ダスト濃度など過酷な条件でも安定した測定が行えます。
従来機のTDLS200の後継機であるTDLS8000は、スマート化設計により機能を向上。
タッチパネルを採用し、さらに優れた操作性を実現しています。

高速分析により、緊急時も確実に対応

5秒以下の周期で測定したデータは、遠隔の監視室のアラートや緊急遮断をする安全制御機器との接続により、万一の事態に迅速に対応することができます。
TDLS8000は国際規格IEC61508に基づいた、安全度水準SIL2適合の認証を取得しているので、1台でSIL2までの安全ループに適用することが可能です。また、2台使用することでSIL3の安全ループへの適用も可能です。さらに、危険が迫る事態でも、被害を最小限に抑える防爆仕様を各種取り揃えています。

圧力、温度、塵などに影響を受けず、正確に測定

サンプリング装置では、プロセスガスを分析できるように、圧力、温度を調整し、除塵や除湿を行う必要があります。これによってガス自体が性情を変え、データの信憑性が著しく下がる場合があります。
TDLSシリーズは、測定によってプロセスガスを変容させることがありません。また他の計装とのソリューションでデータを補正し、あらゆる条件でも正確な数値をアウトプットすることができます。

堅牢でシンプルな設計で信頼性向上

最も手間のかかるサンプリング装置が不要であり、センサー部がプロセスガスに直接接することがないため、部品の消耗が発生せず、ランニングコストがほとんどかかりません。
取付け方法もさまざまなパターンを用意。既存のあらゆるラインに対応することが可能です。また、プロセスラインとは堅牢なガラス製の窓で仕切られているため、万一計器を交換する場合に着脱しても、高い安全性を確保できます。

さらなるニーズに応えるYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、プロセスガスを直接測定するという、高速かつ信頼性の高いソリューションを、酸素安全計装の新しいスタンダードとして提供していきます。また、測定データの出力には、4-20 mAのアナログ信号、HART通信およびMODBUS/TCPといった豊富なインタフェースを備えており、様々なシステム機器との接続が可能です。安全計装システムProSafe-RSやフィールド機器EJX、YTAなどの機能安全規格適合製品、プロセス制御システムCENTUMなどと組み合わせることにより、プラント全体の効率的な操業と安全の実現を、トータルソリューションとして提供し、お客様の多様なニーズにお応えしていきます。

燃焼制御、燃焼排ガス

黒液回収ボイラにとって、排ガス中に含まれるH₂Sの管理は、安全面・環境面において必須の要件です。従来、サンプリング方式により測定されていましたが、吸引管の詰まりやフィルタ交換等のメンテナンスに手間がかかり、また、ガスと接触するセンサの劣化が避けられませんでした。
「レーザガス分析計 TDLSシリーズ」をキープロダクトとした、横河電機の黒液回収ボイラにおけるH₂S測定のアプリケーションは、高温の排ガスを直接測定できるため、吸引管などのサンプリング用の設備が不要です。また、センサが排ガスに接触しないため、劣化の心配がありませんしません。これらの機能により、メンテナンスコストの大幅な削減を可能にします。

「TDLSシリーズ」とは？

直接、プロセスガスにレーザーレーザ光を照射することで、H₂Sをはじめ、O₂、CO、HCl、CH₄、NH₃、H₂Oや、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。TDLS8000は、従来機（TDLS200)に比べ、小型化と機能の向上を実現。タッチパネルを採用し、直感的な操作を追求しています。

TDLSシリーズ導入によるメリット

消耗品なし。圧倒的なコストパフォーマンスH₂O

「TDLSシリーズ」は、プロセスラインと堅牢なガラス製の窓で仕切られており、センサ部が排ガスと非接触のため、部品の消耗がありません。一度取り付けてしまえば、メンテナンスコストがほとんどかからないのが特長です。
万一、部品交換が必要になったときも、分析計を設置した状態のまま、現場の作業員が安全かつ容易に着脱できます。

高ダストでも、オートゲイン機能で正確な数値に

高ダストの排ガス中では、測定のためのレーザ光が減衰します。しかし、「TDLSシリーズ」はオートゲイン機能を搭載しており、受光したレーザの信号を自動計算で増幅。 レーザ光が減衰した中の測定でも、十分な信頼性を発揮します。また、「TDLSシリーズ」は、スペクトル面積法を採用によりすることで、燃焼中の排ガスと停止中の大気の両方の酸素濃度を補正なく正確に測定することが可能です。

最高500℃まで、H₂S濃度を測定可能

「TDLSシリーズ」は、高温で腐食性の強い排ガスでも直接測定できます。H₂Sを最高500℃まで、リアルタイムに安定に測定可能です。

進化する製紙工場のサポートにYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、制御システムとの高い親和性を実現するソリューションサービスを提供します。これは、横河電機の制御系ラインナップと様々な測定機器を組み合わせた製造プロセスのトータルソリューションを導くサポートです。
効率化や環境保全に常に向き合い、地域の理解を得ながら発展を続けてきた製紙工場。黒液をボイラの燃料として使用し、その残渣から薬品を生成、回収率が98%を超える黒液回収ボイラは、その到達点の一つとい言えるでしょう。
横河電機は、この高性能な黒液回収ボイラのさらなる進化を支援し、安全と環境保全の次のスタンダードづくりに大きく貢献していきます。

※黒液とは
木材パルプの製造過程で、木材を化学的に分解・分離する際に発生する黒い液体で、樹脂を主成分とするバイオマスです。そのため化石燃料の代替エネルギーとしても注目を集めています。

概要

食品・薬品・窯業・建材など、広い工業分野でパッケージボイラが使われています。ボイラを効率的に運転すると、燃料や電力の節減に役立ちます。
ボイラ運転の効率化には、排ガス中の O₂ 濃度を低く押えることが効果的です。ただし，吹き込む空気量が足りないと、黒煙の発生に見られるような不完全燃焼を起こします。空気の供給量を適正にしてボイラを運転するには、排ガス中の O₂ 濃度を連続測定して空気量をコントロールすることが必要です ｡
パッケージボイラ排ガスにはダストが多く含まれていますが、このようなアプリケーションにも長寿命のセンサを持ち、手間もかからない「ZR22/ZR402 直接挿入形ジルコニア式酸素濃度計」が最適です。

お客様の期待

• パッケージボイラの燃焼効率を上げたい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

ボイラは、5 ～ 20 t/h（平均蒸発量）の能力を持つ水管式や炉筒煙管式のものが中心に使用されています。
これらのボイラの燃料には、重油・軽油、またはガスが用いられます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：ボイラ出口
  温度：150 ～ 300℃
  流速：≦ 15 m/s
  圧力：± 0.5 kPa
  ダスト量：≦ 1 g/Nm³
• 省エネルギー効果
  排ガス中の酸素濃度を 1% 下げることによって、燃料の使用量を 0.8% 削減できました。

測定システム

• 検出器
  ZR22G- □□□ -S- □ - □ - □ - □ -J-A
• 変換器
  ZR402G- □ - □ -J-A
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• オプション機器
  スタンダードガスユニット：ZO21S- □ -J*A
  ダストガードプロテクタ：K9471UC

ユーティリティ

変換器電源：85 ～ 264V AC、50/60 Hz
スタンダードガスユニット電源：100/110/115/200/220/240V AC、50/60 Hz
比較ガス（計装用空気）：圧力：300 ～ 700 kPa

特記事項

• バガス（絞り粕）およびバーク（樹皮）焚きボイラなどの場合にも、一般的条件をもって対応できます。
• VVVF コントロールによって、一層の省燃料化・省電力化を図ることができます。VVVF コントロールは、ジルコニア式酸素濃度計に VVVF インバータを組み合せることによって実現できます。

設置上の留意点

• 検出器は、ボイラ火炉出口から 2 ～ 3 m 離して設置します。また適切な設置例を以下に示します。

概要

微粉炭を燃料とした発電用ボイラの大部分は大型の設備であり、燃焼の制御と管理に酸素計は不可欠です。
サンプリング方式の酸素計を用いた場合、微粉炭ボイラにおいてはダストの発生量が多くしかも排ガスの流速が大きいため、磨耗や詰りなどによってメンテナンスの工数や費用が増大するという問題があります。
この問題を解決するのが、完全ノーサンプリング方式であり、かつ、長寿命のセンサを持つ「ZR22/ZR402 直接挿入形ジルコニア式酸素濃度計」です。
なお、検出器には、プローブ部の磨耗対策としてプローブプロテクタを付加します。

お客様の期待

• 微粉炭ボイラの燃焼効率を上げたい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

ボイラの燃料として一般に油が使用されますが、安価で価格も安定している石炭も使用されます。石炭は油と異なり、燃焼後に多量の灰を発生させます。
微粉炭ボイラは、灰の除去装置（サイクロンなど）が付いてはいるが排出ガスに多量のダスト（10 ～ 30 g/Nm³ ）が含まれること、多量の空気を吹き込むので排ガスの流れも速いこと、が特長です。
大型ダクトにおいての O₂ 測定には、挿入長の長い検出器が使用されます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：エコノマイザ出口
  温度：300 ～ 400℃
  流速：≦ 30 m/s
  圧力：± 1.5 kPa
  ダスト量 ：約 15 g/Nm³以下
  燃料：微粉炭

測定システム

• 検出器
  ZR22G- □□□ -S- □ - □ - □ - □ -J-A/CV
• プローブプロテクタ
  ZO21R-L- □□□ - □ *B
• 変換器
  ZR402G- □ - □ -J-A
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044KF

ユーティリティ

電源：85 ～ 264V AC，50/60 Hz
比較ガス用空気（計装用空気）：圧力：300 ～ 700 kPa

留意点

• 検出器のプローブ部をプローブプロテクタで保護し、ダストによってプローブ部が磨耗等のダメージを受けるのを防いでください。
  プローブプロテクタは、先端の切り欠き部が排ガスの下流側になるよう取り付けます。
• 検出器は、できるだけプローブ先端が下向きになるよう設置することをお勧めします。下図のように、水平方向となるように設置しても構いませんが、プローブ先端が測定ガスの上流向きとなることは避けてください。

概要

熱風炉では、コークス炉で生成した副生ガスを燃焼させて、高炉へ送風するための高温空気を作ります。熱風炉の燃焼効率化（省エネルギー化）には、排ガス中の O₂ 濃度を測定することによる燃焼の制御・管理が不可欠です。
熱風炉においての O₂ 濃度の測定には、長寿命のセンサを持つ「ZR22/ZR402 直接挿入形ジルコニア式酸素濃度計」が最適です。

お客様の期待

• 熱風炉の燃焼効率を上げたい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

高炉への送風温度は年々高まり、最近は 1300℃前後の温度で操業されるようになってきました。このことに対しては燃料ガスの熱量アップ・熱風炉の早期切換え・ガスの余熱回収といった方法で対応する中での効率化が図られています。また、省エネルギーを目的とした燃焼効率のアップをさらに進めるために、排ガス中の O₂ 濃度測定が行われています。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：ダクト
  温度：20 ～ 350℃
  圧力：3.5 ～ 10 kPa
  ダスト：50 mg/Nm³
  燃料：ガス燃料

測定システム

• 検出器
  ZR22G-015-S-Q-E- □ - □ -J-A/CV/Z
  Z: グローブボックス付き（特注）
• 変換器
  ZR402G- □ - □ -J-A
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044K

ユーティリティ

電源：85 ～ 264V AC，50/60 Hz
計装用空気（比較ガス用）圧力：300 ～ 700 kPa

留意点

• 検出器にはグローブボックスを取付け、試料ガスの圧力を下げます。
• 測定箇所（検出器）が 4 箇所以上の場合は、変換器として AV550G アベレージングコンバータを使う方が経済的です。
  AV550G は、最大 8 つの検出器の信号処理が可能です。

概要

鋼片を加熱するための炉の運転は、鋼片が酸化するのを防ぐために 1000℃以上の高温にした低 O₂ 雰囲気で行うことが必要です。そのために、炉内雰囲気中の O₂ 濃度測定が欠かせません。
高温雰囲気の O₂ 濃度測定には、ノーサンプリング方式で、かつ、長寿命のセンサが使用されている「ZR22/ZR402 直接挿入形ジルコニア式酸素濃度計」が最適です。ZR22 の高温用検出器は、1400℃までの高温ガスに適用できます。

お客様の期待

• 鉄鋼加熱炉の酸素濃度を監視したい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

鋼片は、装入機に搭載されて加熱炉に送られます。
加熱炉内は、副生ガスなどの燃料を燃焼させたガスで 900 ～ 1400℃に加熱されています。また、O₂ 濃度も 1 ～ 2% に維持されるよう、予熱帯・加熱帯・均熱帯での O₂ 濃度が監視されています。
酸化されないようにして均一に加熱された鋼片は、抽出機で運ばれ、次の加工工程に進みます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：炉内の予熱帯・加熱帯・均熱帯
  温度：900 ～ 1400℃
  圧力：30 ～ 50 Pa
  ダスト：微少
  燃料：ガス燃料
• 測定レンジ
  0 ― 5% O₂

測定システム

• 検出器
  ZR22G-015-S-Q- □ - □ - □ -J-A/CV
• 高温用プローブアダプタ
  ZO21P-H- □ - □□□ - □ *A
• プローブアダプタ用エゼクタアセンブリ
  E7046E □
• 変換器
  ZR402G- □ - □ -J-A
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044KF

ユーティリティ

電源：85 ～ 264V AC，50/60 Hz
比較空気用計装用空気圧力：300 ～ 700 kPa

留意点

• 高温用プローブアダプタは、測定ガスの温度に応じ、次のようにプローブ部材質を選定します。
  また、設置は、指定の取付け姿勢で行います。
• SUS：測定ガス温度 0 ～ 800℃
  プローブ部姿勢 垂直、または水平
• SiC ：測定ガス温度 0 ～ 1400℃
  プローブ部姿勢 垂直
  （注）プローブ部を水平に取り付ける必要がある場合は、必ず、プローブ支持設備を設けてください。

概要

従来、焼結炉の漏風に対しては、設備の定期的なメンテナンス以外にほどんど有効な防止対策がありませんでした。
コスト削減が求められる中で漏風によるエネルギー損失も注目され、今日では漏風を検知して速やかに設備を修復する等の手段が取られています。
漏風検知には酸素濃度計が使用されますが、採用された「ZR402 直接挿入形ジルコニア式酸素濃度計」は、応答速度・安定性・保守性の良さで好評を得ています。また、実績によって、多塵・多湿で圧力も -5 kPa 程度と厳しい条件の測定ガス（DL 式焼結炉などが該当）にも ZR22/ZR402を適用できることが再確認されました。

お客様の期待

• 焼結炉の漏風を検知したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

焼結設備は、高炉の原料となる焼結鉱を作る設備です。粉末鉱石に副原料の粉末コークスなどを混合して焼き固め、粒状に塊状化します。近年の高炉は大型のうえ、操業の高度化・高能率化が要求されていることから焼結鉱の品質（粒度）管理は厳しくなっています。
焼結炉の漏風対策は省エネルギーの面だけでなく、適正な運転によって焼結鉱の品質を高めることにおいても重要な事項になっています。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

測定ガスの条件（測定点：ウインドボックスの場合）

温度：200℃以下
圧力：-5 ～ 0 kPa
成分：CO₂ ：約 10%、CO：約 2%、O₂ ：8  16%、N₂ ：約 76%、SO₂ ：約 600 ppm
湿度：4 ～ 17%（水滴の落下あり）
ダスト ：1 ～ 5 g/Nm³ （焼結粉、焼結塊：Φ30 mm 前後）
流速：約 2 ～ 5 m/s

測定システム

測定点：ウインドボックスの場合の例

• 検出器
  ZR22G-100-C-K-P- □ - □ -J -A/C/CV
• プローブプロテクタ
  ZO21R-L-100-J *B
• 変換器
  ZR402G-P-J-J-A/ □
• 自動校正ユニット
  ZR40H- □ - □ -A
• ゼロガス封入ボンベ／ボンベ用減圧弁
  ボンベ：G7001ZC
  減圧弁：G7013XF

ユーティリティ

電源：
　定格電圧：100 ～ 240V AC
　動作電圧範囲：85 ～ 264V AC
　定格周波数：50/60 Hz
　動作周波数範囲：45 ～ 66 Hz
消費電力：最大時：300 VA、通常時：約 100 VA
計装用空気
　圧力：300 ～ 700 kPa
　消費量：約 1 l/min

留意点

• 測定ガスには焼結粉が多量に含まれているので、プローブプロテクタを使用して検出器を保護する必要があります。
• 測定ガスに CO が含まれている場合には、補正などに関しての打合せが必要となります。
• 検出器は、プローブ先端が測定ガスの流れの上流側を向かないように取り付けます。なお、最も望ましい取付け姿勢はプローブ部先端が垂直下方向きとなるようにすることですが、それが不可の場合は、水平方向までの任意の角度での取付けが許容されます。

概要

織物の連続染色には種々の方法があり染料の固着法も多様ですが、染料を直接に用いる染色ではスチーミング（熱処理）が必要です。現在、連続染色にはパッドスチーム法が広く用いられており、製品の品質安定化を図るため、スチーマの中の湿度が一定になるよう制御されます。
この湿度の制御には、保守に優れたノーサンプリング方式で、かつ、高温雰囲気でも使用可能な「ZR402G/HS 直接挿入形ジルコニア式高温湿度計」が採用され、好評を得ています。

お客様の期待

• 抜染工程の品質を維持したい
• 連続で安定した湿度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

バッドスチーム法（バット染料や反応性酸性の分散染料等を用いる）の工程には、染料溶液の含浸・乾燥・染料固着・洗浄・（再）乾燥などがあります。
染料を含浸された織物（布）はスチーマに導かれ、一定の温度と湿度の雰囲気下で染料が固着されます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：スチーマ側面
  測定ガス成分：蒸気：90 ～ 100%、空気：残
  温度：70 ～ 110℃
  圧力：10 ～ 30 Pa
  ダスト：なし

測定システム 

• 検出器
  ZR22G- □□□ -S- □ -C-R- □ -J-A/SV
• 変換器
  ZR402G- □ -J-J-A/HS/ □
• スタンダードガスユニット
  ZO21S- □ -J *A

ユーティリティ

電源：定格電圧：100 ～ 240 V AC
　　　定格周波数：50/60 Hz
消費電力：最大時：300 W、通常時：100 W

留意点

• 検出器は、プローブ先端が垂直下向きとなるように取り付けるのが最良ですが、水平（下図の姿勢）までの任意の角度となるよう取り付けることも許容されます。

概要

発電用ボイラ（重油・ガス）などの大型ボイラの場合は、燃焼排ガスの一部を再循環させて燃焼部に吹き込んでいます。この再循環ガス中の酸素濃度が低過ぎないように管理するため、酸素濃度の測定が行われます。
測定点は自家発電の場合1か所ですが、電力会社の場合は1つの煙道だけでも数か所になります。
酸素濃度計は、防爆仕様のものが要求されます。「ZS8 防爆形ジルコニア式酸素濃度計」は、保守性に優れた直接挿入形の検出器を持ち、かつ、センサの寿命が長いので、これまでも採用されたユーザーから好評を得ています。

お客様の期待

• 発電用ボイラの燃焼効率を上げたい
• 防爆の環境で測定したい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

下図は、発電用ボイラの概略を示したものです。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• 測定点：エコノマイザ出口
  温度：250 ～ 350℃
  圧力： -800 ～ -100 Pa
  ダスト量：≦ 1 g/Nm³
  燃料：重油、ガス
• 測定点：ウィンドボックス
  温度：最大 550℃
  圧力： -5 ～ 20 kPa
  ダスト量：≦ 1 g/Nm³

測定システム

• 検出器
  測定点：エコノマイザ出口の場合
  　ZS8D-L-J-A- □□□ - □ - □ -0-JJ/ □□
  測定点：ウィンドボックスの場合
  　ZO21DW-L- □□□ -J *A/CV
• 変換器
  ZS8C-J- □ - □ -J/ □ / □□□
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044KF
• エアセット
  G7003XF

ユーティリティ

電源：100，115，220，240V AC，50/60 Hz
消費電力：通常時；約 80 VA（電気ヒーター付きの場合は、200 VA 加算）
計装用空気
　供給圧：300 ～ 700 kPa
　消費量：6 Nl/min
保温用ユーティリティ
　電気ヒーター（温度：150 ～ 160℃）の場合
　　通常時消費電力：200 VA
　スチームヒーターの場合
　　スチーム圧：通常時 0.8 MPa

留意点

• 検出器は、プローブ先端が垂直下向きとなるよう取り付けるのが最良ですが、水平までなら任意の角度での取付けも許容されます。
• 測定ガスの流れに対しては、プローブの軸方向が直角になるのが最良です。プローブ先端部が流れの上流側を向くような取付けはトラブルの原因になるので厳禁です。
  （注）ZS8D-L 検出器を使用する場合は、プローブ先端部にあるディフレクタの向きにも留意します。
• ZS8D-L 検出器をご使用の場合は、エゼクタで測定ガスを吸引します。ガスが冷えて結露すると、ダストの付着で流路が閉塞する恐れがあるので保温対策を講じておきます。
  • 保温部の加熱は、スチームヒーターまたは電気ヒーターで行います。保温温度は、酸露点（120 ～ 160℃）以上になるようにします。スチーム保温（160℃）の場合、スチーム圧はおおよそ 0.8 MPa となります。
    （注）酸露点は、燃料中硫黄分の濃度によっても異なります。ガス専焼の場合のように硫黄分が含まれないとき、スチーム保温においてはスチーム圧 0.2 ～ 0.3MPa での保温が可能です。
  • 保温部はインサルコートやセラミックスウールなどで覆い、保温効果を高めるようにします。
• エゼクタへの空気は、配管を保温部のヒーターに巻き付け、温めてから供給します。なお、エゼクタ出口のガス（ベント）は、必要に応じて炉内に排出することが可能です（要配管施工）。

概要

石油精製工場および石油化学工場には、10 工程以上あるのが一般的です。加熱炉は、その 1 つ 1 つの工程ごとに存在するといってもいいほどです。また、加熱炉のほかにも数基のボイラが存在します。したがって、高い燃焼効率で操業することは、経費節減のために重要です。
通常、これらの工場において燃焼管理する場合、O₂ の測定・制御に使用する酸素濃度計には防爆性が要求されます。防爆仕様の「ZS8 ジルコニア式酸素濃度計」はこの条件に適合し、かつ、センサの寿命が長く保守も容易な直接挿入形の検出器を有しているので、長期に渡り安定した運転が行えます。

お客様の期待

• 加熱炉・ボイラの燃焼効率を上げたい
• 防爆の環境で測定したい
• 連続で安定した酸素濃度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

石油精製工程の概要、および O₂ 濃度測定箇所

石油化学におけるナフサ分解工程

石油化学においての各種原料の製造は、石油精製工場から供給されるナフサを加熱分解する工程から始まります。一連の工程において分解用加熱炉は一体となった形で 6 ～ 12 基存在し、各炉ごとに煙道があります。

石油精製および石油化学の分解用加熱炉においては、O₂ 濃度の測定点として煙道（スタック）を選定する場合と火炉の出口付近（コンベクション）を選定する場合があります。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  温度：スタック：300 ～ 600℃
  　　　コンベクション：600 ～ 1100℃
  圧力：-200 ～ 0 Pa
  ダスト量：1 g/Nm³ 以下

測定システム

[1] 測定点：コンベクションの場合

• 検出器（防爆形高温用検出器）
  ZS8D-H-J-L-010- □ -5-N-HJ/ □□
• 高温用プローブアダプタ
  ZS8P-H-B- □□□ -0-JJ/ □□
• 変換器（防爆形変換器）
  ZS8C-J-5- □ -J/ □ / □□□
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044KF
• エアセット
  G7003XF

[2] 測定点：スタックの場合

• 検出器（防爆形一般用検出器）
  ZS8D-L-J-A- □□□ - □ -5- □ -JJ/ □□
• 変換器（防爆形変換器）
  ZS8C-J-5- □ -J/ □ / □□□
• 流量設定器
  ZA8F-J *C
• 校正ガスユニット
  G7001ZC + G7013XF + E7044KF
• エアセット
  G7003XF

ユーティリティ

電源：100、115、220、240V AC、50/60 Hz
消費電力：酸素濃度計：最大時 270VA、通常時 80VA
　　　　　保温用ヒーター（電気ヒーター保温の場合）：最大時 400VA、通常時 200VA
スチーム：圧力：通常時；約 0.8 MPa（保温温度 120 ～ 160℃）
計装空気：供給圧：100 kPa
　　　　　流量：6 Nl/min

留意点

• 検出器はプローブ先端が垂直下向きになるよう取り付けるのが最良ですが、水平までの任意の角度に取り付けることも許容されます。
  ただし、高温用プローブアダプタをご使用になる場合は、必ず、SiC 製プローブ部が垂直下向きとなるようにします。
• 検出器のプローブ先端が、測定ガスの流れの上流側を向かないようにします。
• このアプリケーションは測定点が負圧のため、空気エゼクタで測定ガスをセンサ部に吸引します。ガス温度の低下によって生じた結露がダストを付着させ、流路が閉塞するのを防ぐため保温することが必要です。
  • 保温部の加熱は、スチームヒータまたは電気ヒータで行います。
  • 保温は、露点（120 ～ 160℃）以上となるように行います。
    注：露点は、燃焼ガス中硫黄成分の濃度によって異なります。ガス専焼のように硫黄成分が含まれない場合、スチーム保温においてはスチーム圧 0.2 ～ 0.3MPa（温度：約 130℃）でも保温が可能です。
  • 保温箇所は、インサルコートやセラミックスウールなどで覆って保温効果を高めるようにします。
  • エゼクタへの空気は、保温部のヒータで温めてから供給するようにします。
    注：エゼクタへの空気配管をヒータに巻き付けて加熱します。
• 検出器（防爆構造：Exd II BT3X）の表面温度は、防爆規定により、200℃以下に保持することが必要です。

概要

タンタルコンデンサの製造においては、「加湿分解工程」と呼ばれるタンタルペレットを蒸気で加湿分解するプロセスがあります。ここでの湿度管理は、製品の品質維持と歩留まり向上のために重要です。湿度の測定は 200 ～ 400℃の高温のもとで安定に行うことが必要です。ノーサンプリング方式で保守性に優れ、かつ、応答が速く寿命の長いセンサを有する「ZR402G/HS 直接挿入形ジルコニア式高温湿度計」は最適な湿度計として採用され、好評を得ています ｡

お客様の期待

• タンタルコンデンサ生産工程の品質を維持したい
• 連続で安定した湿度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

電極の接合されたタンタルペレットを硝酸マンガン溶液に浸して、ペレットのポーラス部分に硝酸マンガンを浸透させる工程は「ディップ工程」と呼ばれます。ディップ工程を経たペレットは加湿分解工程に送られ、高温・高湿雰囲気のもとで浸透している硝酸マンガンが分解され二酸化マンガン皮膜を生成します [ 反応式：Mn(NO₃ )₂ → MnO₂ ＋ 2NO₂ ]。皮膜を成長させるため、皮膜生成の操作は数回繰り返されます。皮膜の均一性と歩留まりの向上を図るため、湿度が管理されます。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

プロセス条件

測定点：加湿分解炉内
温　度：200 ～ 400℃
圧　力：10 ～ 20 Pa
湿　度：25 ～ 80 vol% H₂O
ダスト：無し

測定システム

• 検出器
  ZR22G- □□□ -S- □ -C-R- □ -J-A/SV
• 変換器
  ZR402G- □ -J-J-A/HS/ □
• スタンダードガスユニット
  ZO21S- □ -J *A

ユーティリティ

電　　源：定格電圧：100 ～ 240 Ｖ AC
　　　　　定格周波数：50/60 Hz
消費電力：最大時：300 W、通常時：100 W

留意点

• 分解炉内は高湿なので、落下する水滴などでセンサが損傷を受けないよう配慮してください。
  検出器は、プローブ先端が下向きとなるよう取り付けます。

概要

抄紙工程には、脱水した紙（湿紙）に残る水分をさらに熱風で蒸発させる重要なプロセスがあります。このプロセスが行われるドライヤ室の湿度管理は、紙の品質（強さ、表面の状態など）を維持するためや熱エネルギーの効率を高めるために不可欠です。
湿度測定には、測定ガスをサンプリングする必要がなく高温雰囲気でも安定に動作する「ZR402G/HS 直接挿入形ジルコニア式高温湿度計」が数多く採用されており、好評を得ています。

お客様の期待

• 抄紙機乾燥工程の効率を上げたい
• 抄紙機ドライヤ内の湿度を測定したい
• ランニングコストを削減したい
• 設備更新のイニシャルコストはミニマムに抑えたい

プロセス概略

パルプサスペンションを均一に流して脱水しプレスを加えて作られた湿紙には、20 ～ 50% の水分が含まれています。この湿紙の水分は、密閉されたドライヤ室にある蒸気加熱ロールに通すことにより蒸発させます。ドライヤ室の中は 50 ～ 120℃有り、循環している低湿度の熱風が紙から蒸発した水分を運び去ります。ドライヤ室には、所定の湿度を維持するための湿度計が数か所に設置されています。

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

• プロセス条件
  測定点：密閉（半密閉）フード、 または調湿機フードの排気ダクト
  温　度：50 ～ 120℃
  圧　力：負圧
  ダスト：少量（紙粉）

測定システム

• 検出器
  ZR22G-040- S - K - E - □ - □ -J-A/ □
• ダストプロテクタ
  ZH21B-040-J *B
• 変換器
  ZR402G- □ -J-J-A/HS/ □
• 流量設定器
  ZA8F-J *C/Z 　Z：除湿機付（必要時）
• 校正ガスユニット
  G7001ZC ＋ G7013XF ＋ E7044KF
• エアセット
  G7003XF

ユーティリティ

電　　源：定格電源：100 ～ 240V AC
　　　　　定格周波数：50/60 Hz
消費電力：最大時 300 W，通常時 100 W
計装用空気：圧力：300 ～ 700 kPa

特記事項

• 小麦粉製造・澱粉製造などのドライヤにも、ここで紹介したシステムが適用できます。

留意点

• センサは高温になるため、ダストプロテクタを付加して浮遊紙粉がセンサに接しないようにし、発火事故を防止します。
• 検出器のフランジボルト穴位置は、設備のフランジボルト穴に対して角度が 45 度ずれます。設置に留意してください。
• 測定対象の湿度が低いので、比較空気の湿度は精度に大きく影響します。比較空気には、計装用空気のように清浄で乾燥している空気を使用します。
  該当する空気が得られない場合は、「除湿機付き流量設定器」（特別オーダー品）をご使用ください。

注：計装用空気および除湿機付き流量設定器の露点
　　・計装用空気：－ 18 ～－ 9℃（0.1236 ～ 0.2823 vol%H₂O）
　　・除湿機付き流量設定器の出口空気：
　　　　　　　　　　1 ～ 2 ± 0.1℃（0.6479 ～ 0.6962 vol%H₂O）