量測石化船上的惰氣中之氧氣濃度
石化油輪上的惰性氣體系統上控制氧氣濃度，是船舶安全上最重要的規範之一。由於選擇合適的分析方法至關重要，本說明將闡述不同技術方案的優點。
惰性氣體生產系統的輸出端測量氧氣濃度，旨在防止氧氣濃度過高的氣體進入貨艙，從而避免引發危險狀況。未配備正常運作氧氣測量系統的船舶將面臨嚴重風險，可能被港口拒收直至完成維修，通常每延誤一日租船期，油輪營運商將損失10,000 至 25,000 美元。
大多數石化油輪使用的惰性氣體，是由船上鍋爐或專用惰性氣體發生器產生，在正常運作時含氧量為4%。（氣體或成品油運輸船常採用氮氣生產裝置，其產出氣體含氧量更低）。初級「高濃度」警報通常設定於氧氣濃度5%，觸發聲光警示；若氧氣濃度達 8%，則啟動「高高」警報，此時閥門將自動將氣體導離貨艙以確保安全。
船舶上測量氧氣的技術主要有三種基本類型:
• 電化學感測器
• 氧化鋯感測器
• 順磁性感測器
電化學電池技術
電化學電池的運作原理，在於氧氣與電解質溶液之間發生的電化學反應。此反應會在兩個電極間產生電位差，其大小與氧氣濃度成正比。電池與樣品氣體間設置的擴散屏障或隔膜，可防止電解質立即完全反應。
電化學分析儀通常是最簡單且成本最低的類型，但其在船舶上的應用受限於若干技術缺陷。感測器壽命有限，通常取決於其暴露的氧氣濃度，典型使用週期為6至12個月。除非在每次讀數之間將感測器隔離，否則其將持續運作並消耗電解液，即使儲存的備用元件也會緩慢反應而耗盡。（因此電化學電池的包裝上常會標註「使用期限」。）
電解液與燃燒氣體中常見的污染物 (如二氧化硫) 發生反應，亦可能影響其使用壽命。更換電化學電池的操作已較以往簡便，但使用壽命並非多數船舶採用替代技術的唯一考量。
在安全層面;在惰性氣體生產應用中，電化學電池的潛在故障模式同樣引發關注。例如，當電池耗竭時，即使存在氧氣也無法產生電位，從而導致危險的虛假低讀數。同樣地，若膜片或屏障因污染而堵塞，即使分析儀在校準期間顯示正確數值，仍會顯著延遲響應時間，進而延誤警報與保護閥的啟動。
氧化鋯技術
氧化鋯（ZrO）技術利用其特性：當溫度超過約 650˚C 時，陶瓷氧化鋯會透過帶電氧離子的流動導電。在加熱的氧化鋯圓盤兩側安裝鉑電極，並將其置於含不同氧濃度氣體之間，便會產生電壓。此原理可藉此測定相對氧濃度。
惰性氣體可透過置於氣流中的現址式探頭進行分析，或更常見地是採用抽取式系統。無論採用何種方式，氧化鋯盤的一側將暴露於樣品氣體中，另一側則對應空氣參考氣體，其進氣口必須定期檢查以確保暢通無阻且無污染物。
此類分析儀提供中價位、快速且相對堅固的測量方案，但其感測元件壽命2-5年，且更換成本與耗時遠高於電化學式分析儀。由於電解質特性與溫度密切相關，通常建議鋯氧化物分析儀在每次使用後保持開機狀態，而非關閉電源。需注意：惰性氣流中任何未燃盡燃料或可燃氣體（包括一氧化碳 CO）接觸加熱圓盤時將發生燃燒，導致感測器內氧氣含量降低，進而產生虛假的低氧讀數。
順磁性技術
儘管通常比氧化鋯分析儀稍貴，順磁性分析儀的優勢在於無需消耗性感測元件。其原理是利用氧氣受磁場吸引的物理特性，即使持續通電運作，使用壽命仍可達 10 -15年。 現有數種不同類型的順磁性感測器，但考量到氣體成分變化、振動及航向性能要求，實際上僅有基於「磁動力懸浮」技術的順磁性感測器適用於船舶惰性氣體應用。
此類分析儀具有極長的使用壽命，能提供快速、精準且高度可靠的測量結果，且不受背景氣體成分變化影響。分析儀可保持永久通電狀態，隨時待命運作。其維護需求通常極低，但需注意妥善保護樣品池免受液滴（包括關機時的冷凝水）影響。
結論
唯有基於氧化鋯或順磁感測器的分析儀，方能真正視為適用於船舶惰性氣體生產控制之設備。
Servomex公司。版權所有。