Онлайновый прибор для измерения температуры росы природного газа является ключевым устройством для мониторинга содержания влаги в природном газе в режиме реального времени (выраженной в виде « температуры росы»), и его основной принцип заключается в том, чтобы косвенно отражать содержание влаги в газе, проверяя температуру, при которой водяной пар в природном газе достигает насыщенного состояния. Существуют различия в принципах работы различных типов онлайновых приборов с точкой росы, в настоящее время широко используются в промышленности в основном холодные зеркала и резистивные (конденсаторные) две категории, а также пьезокристаллические, волоконно - оптические и другие типы толпы. Ниже приводится подробный анализ различных принципов:
Основные понятия: значение мониторинга температуры росы и влажности природного газа
Прежде чем объяснить принцип, необходимо уточнить определение температуры точки росы: температура, при которой водяной пар в природном газе достигает насыщенного состояния при определенном давлении (т. е. парциальное давление водяного пара равно давлению насыщенного пара при этой температуре). Чем ниже температура росы, тем меньше влаги в природном газе.
Слишком много влаги в природном газе может привести к коррозии трубопровода, ледяной пробке (замерзание воды при низких температурах высокого давления), повреждению оборудования и другим проблемам, поэтому онлайн - прибор для определения точки росы должен контролировать точку росы в режиме реального времени, чтобы убедиться, что она соответствует отраслевым стандартам (например, Китай GB17820 - 2018 требует, чтобы точка росы природного газа была ниже минимальной температуры окружающей среды при давлении транспортировки более 5 °C).
Принцип работы основного газового онлайн - прибора
1.Холодный зеркальный прибор для определения точки росы (высокоточный тип, обычно используемый в метрологических станциях, длинных трубопроводах)
Холодное зеркало является методом обнаружения точки росы с самой высокой точностью измерения (точность до ±0,1 ~ ±0,5 °C), относится к « прямому измерению», принцип основан на явлении насыщенной конденсации водяного пара на поверхности холодного зеркала.
Его основная структура включает в себя: холодные зеркала (обычно металлические или стеклянные зеркала), полупроводниковые холодильные установки (или охлаждение жидким азотом), источники света, фотоэлектрические детекторы, датчики температуры (платиновое сопротивление), системы автоматического управления.
Рабочий процесс и принцип:
Отбор проб и контакт: образец природного газа течет через поверхность холодного зеркала через систему подачи проб (с фильтром, стабилизатором давления), обеспечивая полный контакт газа с зеркальной поверхностью.
Зеркальное охлаждение: полупроводниковый охладитель постепенно охлаждает зеркало, так что температура зеркала медленно снижается.
Обнаружение конденсации: когда температура зеркала падает до температуры росы природного газа, водяной пар в газе конденсируется в крошечные капли (или кристаллы льда, в зависимости от того, ниже ли температура 0°C) на поверхности холодного зеркала.
Фотоэлектрическая обратная связь: свет, излучаемый источником света, попадает на поверхность зеркала, если зеркало не конденсируется, сила отраженного света стабильна; Как только конденсация происходит, зеркальное отражение падает, фотодетектор немедленно захватывает изменения силы света и отправляет сигнал в систему управления.
Блокировка и отображение температуры: после получения сигнала система управления немедленно контролирует остановку охлаждения хладагента (или поддерживает зеркальную температуру стабильной в равновесном состоянии конденсации / испарения), когда зеркальная температура, измеряемая датчиком температуры (платиновое сопротивление), представляет собой температуру точки росы природного газа, отображается и передается в режиме реального времени.
Характеристики: высокая точность, высокая надежность, но сложная структура, высокая стоимость, строгие требования к чистоте образца (необходимо фильтровать пыль, загрязнение нефтью, чтобы избежать загрязнения зеркала, ведущего к недоразумениям).
2. резистивный конденсаторный (конденсаторный метод) прибор для определения точки росы (экономичный тип, часто используемый для мониторинга на месте, разветвленный трубопровод)
Сопротивление - это широко используемый в промышленности « метод косвенных измерений», принцип основан на электрических характеристиках некоторых специальных материалов (сопротивление или емкость), изменяющихся с влажностью окружающей среды (содержание влаги).
Его основными компонентами являются « зонды датчиков влажности», часто используемые чувствительные материалы включают: полимерные полимеры (например, полиамид), оксид алюминия (Alnenenebk Oå) и так далее.
Возьмем основной « конденсатор оксида алюминия» в качестве примера, рабочий процесс и принцип:
Структура зонда: сенсорный зонд состоит из пластины на основе алюминия, пленки оксида алюминия (изготовленной из анодного окисления, пористой структуры, сильной адсорбционной влагоспособности), золотого электрода (испаренного на поверхности тонкой пленки оксида алюминия), образуя конденсаторную структуру « алюминий - оксид алюминия - золота».
Адсорбция воды и изменение емкости: водяной пар в природном газе проникает в пористую структуру тонкой пленки оксида алюминия и адсорбируется тонкой пленкой. Чем больше адсорбционной водной составляющей (т.е. чем выше точка росы газа), тем больше диэлектрическая константа глиноземной пленки; В то время как емкость пропорциональна диэлектрической постоянной, емкость увеличивается с увеличением содержания влаги.
Преобразование и калибровка сигнала: изменение емкости зонда преобразуется через цепь в электрический сигнал (например, напряжение или ток), а микропроцессор внутри прибора преобразует электрический сигнал в соответствующую температуру точки росы в соответствии с заданной « кривой калибровки емкости - точки росы» (полученной с помощью лабораторной калибровки) и выводит данные в реальном времени.
Характеристики: Малый размер, низкая стоимость, быстрая скорость отклика (обычно от нескольких секунд до нескольких десятков секунд), но точность ниже, чем у холодного зеркала (обычно ±1 ~ ±3 °С), требует регулярной калибровки (чтобы избежать старения датчика, загрязнение приводит к дрейфу).
3. Другие принципы малочисленных типов
пьезокристаллическая формула: использование пьезокристаллов (например, кварцевых кристаллов) поверхность покрыта влагопоглощающим материалом (например, молекулярным ситом), масса кристалла после адсорбции влаги увеличивается, резонансная частота уменьшается, точка росы вычисляется путем изменения частоты. Средняя точность, подходит для сценариев с низкой влажностью.
Оптово - волоконная формула: на основе принципа волоконно - оптической решетки или мимолетной волны адсорбция воды приводит к изменениям оптических характеристик оптического волокна (таких как скорость преломления, сила света) и анализу точки росы с помощью оптических сигналов. Сильная устойчивость к электромагнитным помехам, подходит для высокого давления, сильной электромагнитной суровой среды.
III. Основные вспомогательные системы онлайнового мониторинга
Независимо от того, какой принцип является точкой росы, требуется вспомогательная система для обеспечения точного измерения, в основном включает:
Система предварительной обработки проб: фильтрация пыли, частиц, загрязнения нефтью в природном газе (датчик предотвращения загрязнения / зеркало охлаждения); Стабилизация потока давления (предотвращение колебаний давления, влияющих на давление насыщенного пара, что приводит к ошибке измерения точки росы); Если температура газа слишком высока, необходимо установить охлаждающее устройство (чтобы предотвратить повреждение датчика от перегрева).
Система автоматической калибровки: некоторые приборы имеют встроенные функции калибровки (например, вход в стандартный влажный газ), регулярно корректируют дрейф датчика, чтобы обеспечить долгосрочную точность измерений.
Система передачи данных и сигнализации: данные о точке росы в режиме реального времени передаются в центральную диспетчерскую через интерфейсы от 4 до 20 мА, RS485 и запускают звуковую и световую сигнализацию, когда точка росы превышает лимит.
Подводя итог, принципиальным ядром онлайнового прибора для измерения точки росы природного газа является « косвенный / прямой захват состояния насыщения водяным паром с помощью физических или электрических характеристик», в котором тип холодного зеркала имеет высокую точность в качестве основного преимущества, а тип сопротивления преобладает с точки зрения рентабельности и удобства. В практическом применении необходимо выбрать подходящий тип в соответствии с требованиями точности мониторинга, условиями окружающей среды и бюджетом затрат.