O ponto de orvalho online do gás natural é um dispositivo essencial para monitorar o teor de umidade no gás natural em tempo real (expresso em "temperatura do ponto de orvalho"), cujo princípio básico é refletir indiretamente o teor de umidade do gás detectando a temperatura quando o vapor de água no gás natural atinge o estado de saturação. Existem diferenças no princípio de funcionamento de diferentes tipos de ponto de orvalho on-line, atualmente amplamente aplicados na indústria, há dois tipos principais de espelho frio e resistência (método capacitivo), além de tipos de microconsumidores como o tipo de picocristal e fibra óptica. Aqui está uma análise detalhada dos vários princípios:
Conceito básico: o significado da temperatura do ponto de orvalho e do monitoramento da umidade do gás natural
Antes de explicar o princípio, é necessário definir claramente a temperatura do ponto de orvalho: a temperatura quando o vapor de água no gás natural atinge um estado de saturação (ou seja, a pressão parcial do vapor de água é igual à pressão do vapor saturado a essa temperatura). Quanto menor a temperatura do ponto de orvalho, menor o teor de água no gás natural.
O excesso de umidade no gás natural pode levar à corrosão da tubulação, congelamento do gelo (congelamento da umidade sob alta pressão e baixa temperatura), danos ao equipamento e outros problemas, portanto, o ponto de orvalho on-line precisa monitorar o ponto de orvalho em tempo real para garantir que ele esteja em conformidade com os padrões da indústria (por exemplo, a China GB17820-2018 exige que o ponto de orvalho do gás natural seja inferior à temperatura ambiental mínima sob pressão de transporte acima de 5 ° C).
Principio de funcionamento do ponto de orvalho online do gás natural
1. ponto de orvalho espelho frio (tipo de alta precisão, comumente usado em estações de medição, tubos de transporte longos)
Espelho frio é o método de detecção do ponto de orvalho com a maior precisão de medição (precisão até ± 0,1 ~ ± 0,5 ° C), pertence ao "método de medição direta", o princípio é baseado no fenômeno de condensação saturada do vapor de água na superfície do espelho frio.
Suas estruturas principais incluem: espelhos frios (geralmente de metal ou vidro), refrigeradores semicondutores (ou refrigeração de nitrogênio líquido), fontes de luz, detectores fotoelétricos, sensores de temperatura (resistência de platina) e sistemas de controle automático.
Processo de trabalho e princípios:
Amostragem e contato: a amostra de gás natural flui através da superfície fria do espelho através do sistema de amostragem (com filtro, regulador de pressão) para garantir o contato completo do gás com o espelho.
Refrigeração do espelho: o refrigerador semicondutor resfria gradualmente o espelho frio para que a temperatura do espelho caia lentamente.
Detecção de condensação: Quando a temperatura do espelho cai para a temperatura do ponto de orvalho do gás natural, o vapor de água no gás condensa-se em pequenas gotas (ou cristais de gelo, dependendo se a temperatura está abaixo de 0 ° C) na superfície do espelho frio.
Feedback fotoelétrico: a luz emitida pela fonte de luz é irradiada no espelho, se o espelho não for condensado, a intensidade da luz refletida é estável; Uma vez que a condensação ocorre e a refletidão do espelho diminui, o detector fotoelétrico captura imediatamente as mudanças na intensidade da luz e envia um sinal para o sistema de controle.
Bloqueio e exibição de temperatura: imediatamente após o sistema de controle receber o sinal, o refrigerador de controle para de resfriar (ou mantém a temperatura do espelho estável em equilíbrio de condensação / evaporação), quando a temperatura do espelho medida pelo sensor de temperatura (resistência de platina) é a temperatura do ponto de orvalho do gás natural, exibindo e transmitindo dados em tempo real.
Características: extremamente alta precisão, confiabilidade, mas estrutura complexa, alto custo, exigências de limpeza da amostra são rigorosas (a necessidade de filtrar poeira, poluição de óleo, para evitar que a poluição do espelho leve a erros de julgamento).
2. resistência (método capacitivo) ponto de orvalho (econômico, comumente usado para monitoramento de campo, tubulação de linha branca)
A resistência é um "método de medição indireta" amplamente utilizado na indústria, o princípio é baseado nas propriedades elétricas de certos materiais especiais (resistência ou capacitor) que variam com a mudança da umidade ambiental (teor de umidade).
Seu componente principal é a "sonda do sensor de umidade", materiais sensíveis comumente usados são: polímeros poliméricos (como poliamida), óxido de alumínio (Al₂O3), etc.
Tome o "óxido de alumínio capacitivo" principal como exemplo, fluxo de trabalho e princípios:
Estrutura da sonda: a sonda do sensor é composta por uma base de alumínio, uma película de óxido de alumínio (feita por anodização, estrutura porosa, forte capacidade de adsorção de água), um eletrodo de ouro (vaporizado na superfície da película de óxido de alumínio), formando uma estrutura capacitiva de "alumínio-óxido de alumínio-ouro".
Adsorção de água e mudanças capacitivas: o vapor de água do gás natural penetra na estrutura porosa da película de óxido de alumínio e é adsorvido pela película. Quanto maior a quantidade de água adsorvida (isto é, quanto maior o ponto de orvalho do gás), maior a constante dielétrica da película de óxido de alumínio; O valor do capacitor é proporcional à constante dielétrica, portanto, o capacitor aumenta com o aumento do teor de umidade.
Conversão e calibração do sinal: as mudanças de capacitação da sonda são convertidas em sinais elétricos (por exemplo, tensão ou corrente) através do circuito e o microprocessador interno do instrumento converte o sinal elétrico para a temperatura do ponto de orvalho correspondente de acordo com a "curva de calibração de capacitação-ponto de orvalho" pré-definida (obtida através da calibração de laboratório) e emite dados em tempo real.
Características: pequeno volume, baixo custo, velocidade de resposta rápida (geralmente alguns segundos a dezenas de segundos), mas a precisão é menor do que o espelho frio (geralmente ± 1 ~ ± 3 ° C) e requer calibração regular (para evitar o envelhecimento do sensor, a poluição provoca a deriva).
Outros princípios do tipo minoritário
Tipo de cristal piezoeletrônico: o uso de cristal piezoeletrônico (como cristal de quartzo) para revestir a superfície do material de absorção de umidade (como peneira molecular), a massa do cristal após a absorção de umidade aumenta, a frequência de ressonância diminui e o ponto de orvalho é calculado por mudanças de frequência. Precisão média para cenários de baixa umidade.
Fibra óptica: com base no princípio de rastre de fibra óptica ou onda transitória, a adsorção de água provoca mudanças nas propriedades ópticas da fibra óptica (como refração, intensidade da luz), analisando o ponto de orvalho através de sinais ópticos. A capacidade de interferência eletromagnética é forte e é adequada para ambientes difíceis de alta tensão e forte eletromagnético.
Sistemas de auxílio essenciais para a monitorização on-line
Independentemente do princípio do ponto de orvalho, o sistema auxiliar é necessário para garantir a precisão da medição, principalmente:
Sistema de pré-tratamento de amostragem: filtragem de pó, partículas, poluição por óleo no gás natural (evitar poluição do sensor / espelho frio); Regulação de pressão e fluxo constante (evitar que flutuações de pressão afetem a pressão de vapor saturado, levando a erros de medição do ponto de orvalho); Se a temperatura do gás for elevada demais, é necessário adicionar um dispositivo de resfriamento (para evitar danos ao sobreaquecimento do sensor).
Sistema de calibração automática: funções de calibração incorporadas em alguns instrumentos (por exemplo, acesso ao gás de umidade padrão) corrigem regularmente a deriva do sensor para garantir a precisão da medição a longo prazo.
Transmissão de dados e sistema de alarme: os dados do ponto de orvalho em tempo real são transmitidos para a câmara de controle central através de interfaces de 4 a 20 mA, RS485 e outros, e o alarme acústico é acionado quando o ponto de orvalho excede o limite.
Em resumo, o núcleo do princípio do ponto de orvalho em linha do gás natural é "capturar indiretamente / diretamente o estado de saturação de vapor de água através de propriedades físicas ou elétricas", onde o espelho frio tem alta precisão como vantagem central, o tipo de resistência ocupa a corrente principal com relação custo-benefício e conveniência, a aplicação prática precisa escolher o tipo adequado de acordo com os requisitos de precisão de monitoramento, as condições ambientais e o orçamento de custo.