El medidor de punto de rocío en línea de gas natural es un equipo clave para monitorear el contenido de agua en el gas natural en tiempo real (expresado como "temperatura de punto de rocío"), cuyo principio central es reflejar indirectamente el contenido de agua del gas natural detectando la temperatura cuando el vapor de agua del gas natural alcanza el Estado saturado. Hay diferencias en el principio de funcionamiento de los diferentes tipos de medidores de puntos de rocío en línea. en la actualidad, hay dos categorías principales de espejos fríos y resistencias capacitivas (método de condensadores) ampliamente utilizados en la industria, además de pequeños tipos como cristales piezoeléctricos y fibras ópticas. El siguiente es un análisis detallado de varios principios:
I. concepto central: la importancia de la temperatura del punto de rocío y el monitoreo de la humedad del gas natural
Antes de explicar el principio, es necesario aclarar la definición de la temperatura del punto de rocío: la temperatura a la que el vapor de agua en el gas natural alcanza un Estado saturado (es decir, la presión parcial del vapor de agua es igual a la presión de vapor saturada a esa temperatura). Cuanto menor sea la temperatura del punto de rocío, menor será el contenido de agua en el gas natural.
El exceso de humedad en el gas natural puede causar problemas como corrosión de tuberías, bloqueo de hielo (hielo de agua a alta presión y baja temperatura), daños en equipos, etc. por lo tanto, El medidor de punto de rocío en línea debe monitorear el punto de rocío en tiempo real para garantizar que cumpla con las normas de la industria (por ejemplo, China gb17820 - 2018 requiere que el punto de rocío de gas natural esté por debajo de la temperatura ambiente más baja bajo presión de transporte de más de 5 grados celsius).
2. principio de funcionamiento del medidor de punto de rocío en línea de gas natural convencional
1. medidor de punto de rocío de espejo frío (tipo de alta precisión, comúnmente utilizado en estaciones de medición, tuberías de larga distancia)
El tipo de espejo frío es el método de detección de punto de rocío con la mayor precisión de medición (la precisión puede alcanzar ± 0,1 ~ + 0,5 ° c), que pertenece al "método de medición directa", y el principio se basa en el fenómeno de condensación saturada de vapor de agua en la superficie del espejo frío.
Su estructura central incluye: espejo frío (generalmente espejo de metal o vidrio), enfriador de semiconductores (o refrigeración por nitrógeno líquido), fuente de luz, fotodetector, sensor de temperatura (resistencia al platino), sistema de control automático.
Flujo de trabajo y principios:
Muestreo y contacto: las muestras de gas natural fluyen a través de la superficie del espejo frío a través del sistema de inyección (con dispositivo de filtrado y estabilización de tensión) para garantizar que el gas esté en pleno contacto con el espejo.
Refrigeración del espejo: el enfriador de semiconductores enfría gradualmente el espejo frío, lo que hace que la temperatura del espejo disminuya lentamente.
Detección de condensación: cuando la temperatura del espejo cae a la temperatura del punto de rocío del gas natural, el vapor de agua en el gas se condensa en pequeñas gotas (o cristales de hielo, dependiendo de si la temperatura es inferior a 0 ° c) en la superficie del espejo frío.
Retroalimentación fotoeléctrica: la luz emitida por la fuente de luz brilla sobre el espejo, y si el espejo no tiene condensación, la intensidad de la luz reflejada es estable; Una vez que se produce una condensación y la reflectividad del espejo disminuye, el Fotodetector captará inmediatamente el cambio de intensidad de la luz y enviará una señal al sistema de control.
Bloqueo y visualización de la temperatura: después de recibir la señal, el sistema de control controla inmediatamente el enfriador para detener el enfriamiento (o mantener la temperatura del espejo estable en el Estado de equilibrio de condensación / evaporación), cuando la temperatura del espejo medida por el sensor de temperatura (resistencia al platino) es la temperatura del punto de rocío del gas natural, que Se muestra y transmite datos en tiempo real.
Características: alta precisión y alta fiabilidad, pero estructura compleja y Alto costo, requisitos estrictos para la limpieza de la muestra (es necesario filtrar polvo y aceite para evitar la contaminación del espejo que conduce a un juicio erróneo).
2. medidor de punto de rocío capacitivo (método capacitivo) (económico, comúnmente utilizado en monitoreo in situ, tuberías secundarias)
La resistencia es un "método de medición indirecta" ampliamente utilizado en la industria. el principio se basa en las características eléctricas (resistencias o condensadores) de algunos materiales especiales que cambian con la humedad ambiental (contenido de agua).
Su componente central es la "sonda del sensor de humedad", y los materiales sensibles comunes son: polímeros (como poliimida), alúmina (al o), etc.
Tomemos como ejemplo el "capacitor de alúmina" convencional, el flujo de trabajo y el principio:
Estructura de la sonda: la sonda del sensor está compuesta por un sustrato de aluminio, una película de alúmina (hecha por anodización, estructura poroso, fuerte capacidad de absorción de agua) y un electrodo de oro (chapado al vapor en la superficie de la película de alúmina), formando una estructura capacitiva de "aluminio - alúmina - oro".
Absorción de agua y cambios de condensadores: el vapor de agua en el gas natural penetrará en la estructura poroso de la película de alúmina y será adsorbido por la película. Cuanto mayor sea el peso del agua adsorbida (es decir, cuanto mayor sea el punto de rocío del gas), mayor será la constante dieléctrica de la película de alúmina; El valor de la capacidad es proporcional a la constante dieléctrica, por lo que la capacidad aumentará con el aumento del contenido de agua.
Conversión y calibración de la señal: el cambio de capacitividad de la sonda se convierte en una señal eléctrica (como voltaje o corriente) a través de un circuito, y el microprocesador dentro del instrumento convierte la señal eléctrica en la temperatura correspondiente del punto de rocío de acuerdo con la "curva de calibración del punto de rocío del capacitor" (obtenida a través de la calibración de laboratorio) preestablecida, y emite datos en tiempo real.
Características: pequeño tamaño, bajo costo, velocidad de respuesta rápida (generalmente de unos segundos a decenas de segundos), pero la precisión es menor que la del espejo frío (generalmente ± 1 ~ + 3 ° c), que debe calibrarse regularmente (para evitar el envejecimiento de los sensores y la deriva causada por la contaminación).
3. otros principios de nicho
Tipo de cristal piezoeléctrico: recubrimiento de material absorbente de humedad (como tamiz molecular) en la superficie del cristal piezoeléctrico (como el cristal de cuarzo), aumento de la masa del cristal después de absorber el agua, disminución de la frecuencia de resonancia y cálculo del punto de rocío a través de cambios de frecuencia. Precisión media, adecuada para escenarios de baja humedad.
Tipo de fibra óptica: basado en el principio de rejilla de fibra óptica o onda evanescente, la absorción de agua conduce a cambios en las características ópticas de la fibra óptica (como el índice de refracción y la intensidad de la luz), y el punto de rocío se analiza a través de la señal óptica. Tiene una fuerte capacidad de resistencia a las interferencias electromagnéticas y es adecuado para entornos hostiles de alta tensión y fuerte electromagnetismo.
III. sistemas auxiliares clave para el monitoreo en línea
Independientemente del principio del medidor de punto de rocío, se necesita un sistema auxiliar de apoyo para garantizar la medición precisa, que incluye principalmente:
Sistema de pretratamiento de muestreo: filtrar polvo, partículas y aceite en el gas natural (evitar sensores de contaminación / espejos fríos); Estabilizar el flujo constante (evitar que las fluctuaciones de presión afecten la presión de vapor saturada, lo que conduce a errores en la medición del punto de rocío); Si la temperatura del gas es demasiado alta, es necesario instalar un dispositivo de enfriamiento (para evitar que el sensor se sobrecaliente y se dañe).
Sistema de calibración automática: algunos instrumentos tienen funciones de calibración incorporadas (como la entrada de gas de humedad estándar), corrigen regularmente la deriva del sensor y garantizan la precisión de medición a largo plazo.
Sistema de transmisión y alarma de datos: los datos del punto de rocío en tiempo real se transmiten a la Sala de control central a través de interfaces como 4 a 20ma y rs485, y se activa la alarma de sonido y luz cuando el punto de rocío excede el límite.
En resumen, el núcleo de principio del medidor de punto de rocío en línea de gas natural es "capturar indirectamente / directamente el Estado de saturación de vapor de agua a través de características físicas o eléctricas", en el que el espejo frío tiene la ventaja central de la Alta precisión, y el tipo de capacidad de bloqueo ocupa la corriente principal de la Relación calidad - precio y la conveniencia. en la aplicación práctica, es necesario seleccionar el tipo adecuado de acuerdo con los requisitos de precisión de monitoreo, las condiciones ambientales y el presupuesto de costos.