Анализаторы влаги

Точка росы: почему следовые доли влаги решают судьбу процесса

В природном газе, приборном воздухе или элегазе SF6 воды почти нет — единицы, максимум сотни частей на миллион. Но именно эти доли определяют, встанет ли трубопровод на гидратной пробке зимой и не потечёт ли изнутри коррозия. Анализатор влаги измеряет ровно это: сколько водяного пара несёт сухой на вид газ и при какой температуре пар начнёт конденсироваться.

Ключевой параметр — точка росы. Это температура, при которой газ становится насыщенным и влага выпадает в жидкость (а ниже 0 °C — в иней, тогда говорят о точке инея). Чем суше газ, тем ниже точка росы: у качественно осушенного природного газа она уходит к −10…−20 °C под давлением, у элегаза в высоковольтном оборудовании требуют −36 °C и ниже. Поднимется влага — поднимется и точка росы, и в самой холодной точке нитки начнётся конденсация.

Важная тонкость, на которой спотыкаются при вводе в эксплуатацию: точка росы всегда привязана к давлению. Точка росы под давлением (pressure dew point) и точка росы после сброса до атмосферы — разные цифры, и разница достигает десятков градусов. Поэтому в задании всегда фиксируют, к какому давлению отнесено значение. Анализаторы Panametrics считают точку росы именно при рабочем давлении линии, если ввести его в прибор.

Два метода измерения влажности: оксид алюминия против лазера TDLAS

В каталоге Panametrics сосуществуют две принципиально разные технологии. Выбор между ними — это не вопрос «что новее», а вопрос среды, диапазона и того, насколько агрессивен и грязен газ.

Тонкоплёночный сенсор на оксиде алюминия. Классика гигрометрии. На металлическую подложку нанесён пористый слой Al₂O₃, сверху — тонкий проводящий электрод. Молекулы воды проникают в поры и меняют ёмкость структуры пропорционально парциальному давлению влаги. Датчик крошечный, работает от вакуума до сотен бар, ловит точку росы вплоть до −110 °C и живёт в самых разных газах. Минус — сенсор контактирует с газом напрямую: он чувствителен к загрязнению, требует периодической калибровки и «запоминает» историю (гистерезис при резких скачках влажности).

Лазерная спектроскопия TDLAS. Перестраиваемый диодный лазер (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) светит через измерительную ячейку и сканирует узкую линию поглощения молекулы воды. Сколько света поглотилось — столько и влаги. Сенсор физически не касается газа, поэтому не отравляется гликолем, амином, метанолом и сероводородом — теми самыми спутниками природного газа, что убивают контактные датчики. Отклик — секунды, дрейфа калибровки практически нет. Такова линейка Aurora. Цена входа выше, но на «грязных» потоках TDLAS окупается отказом от постоянных чисток и поверок.

По нашему опыту, на приборном воздухе и технических газах контактный оксид-алюминиевый датчик закрывает 80% задач и стоит разумно. А вот на товарном природном газе с остатками ДЭГ/ТЭГ или амина после установки осушки почти всегда выигрывает Aurora — контактный сенсор там живёт недолго.

Единицы влажности: ppmv, ppmw и градусы точки росы

Одну и ту же влажность выражают в трёх системах, и путаница между ними — источник половины споров на приёмке газа.

• °C точки росы (dew point). Температура конденсации. Интуитивно понятна технологу: «газ с точкой росы −20 °C». Обязательно с указанием давления.
• ppmv — миллионные доли по объёму. Сколько молекул воды на миллион молекул газа. Не зависит от давления, поэтому удобна для контроля и лежит в основе TDLAS-измерений.
• ppmw — миллионные доли по массе. Масса воды на массу газа. Зависит от молярной массы газа, поэтому одно и то же ppmv в метане и в водороде даёт разные ppmw.

Перевод между ppmv и точкой росы нелинеен и зависит от давления и состава газа. Анализаторы Panametrics хранят таблицы пересчёта в прошивке и выдают значение сразу в нужных единицах — достаточно ввести давление линии и выбрать газ. Ориентир для метана при атмосферном давлении: точка росы около −40 °C соответствует примерно 127 ppmv, а −60 °C — уже около 11 ppmv. Под давлением цифры сдвигаются, поэтому переводить «на глаз» между линиями с разным давлением нельзя.

Классы влажности сжатого воздуха по ISO 8573-1

Для приборного и технологического сжатого воздуха чистоту нормирует стандарт ISO 8573-1. По содержанию влаги он делит воздух на классы по точке росы под давлением — от сверхсухого класса 1 до влажного класса 6. Анализатор влаги на линии подтверждает, что осушитель держит нужный класс, а не «просел» из-за забитого адсорбента.

Для приборного воздуха систем автоматики обычно закладывают класс 2 — точку росы −40 °C: при ней в неотапливаемом шкафу зимой конденсата не будет. Проверять этот класс раз в квартал переносным PM880 или держать на линии стационарный Dew.IQ — вопрос критичности объекта.

Где ставят анализаторы влаги

Задачи разные, но суть одна: не пустить воду туда, где она вредит.

• Осушка природного газа. После гликолевой (ТЭГ) или адсорбционной осушки анализатор на выходе подтверждает товарную точку росы и защищает магистраль от гидратов и коррозии. Здесь чаще всего работает Aurora — газ несёт следы гликоля и амина.
• Приборный и компрессорный воздух. Контроль осушителей по ISO 8573-1, защита пневмоприводов и клапанов КИП от замерзания и ржавчины.
• Элегаз SF6. В высоковольтных выключателях и КРУЭ влага в элегазе разлагается в агрессивные соединения и роняет диэлектрическую прочность. Требования жёсткие — точка росы обычно ниже −36 °C, и её проверяют оксид-алюминиевым гигрометром.
• Технические и чистые газы. Азот, аргон, водород, воздух разделения — контроль остаточной влаги после генераторов и на розливе.

Подобрать вторичную аппаратуру и оснастку под эти линии помогут контроллеры температуры и другие приборы КИП из нашего каталога — большинство анализаторов Panametrics выдают стандартный сигнал 4–20 мА и цифровой выход для интеграции в АСУ ТП.

Линейка Panametrics: как выбрать под задачу

Одиннадцать позиций каталога закрывают весь спектр — от карманного прибора для обходчика до многоканальной стационарной системы и коммерческого TDLAS-анализатора на нитке.

• HygroPro / HygroPro II — компактный влагомер-передатчик с оксид-алюминиевым сенсором и петлевым питанием (2 провода, 4–20 мА). Ставится прямо во врезку, отдаёт точку росы, ppmv и температуру. Рабочая лошадка для техгазов и воздуха.
• Dew.IQ — одноканальный стационарный гигрометр с индикацией и реле. Держит одну точку измерения там, где нужен местный показ и сигнализация превышения влаги.
• Moisture.IQ — многоканальная система: до шести сенсоров влаги, плюс входы давления и температуры на канал. Одним прибором закрывают несколько линий сразу.
• PM880 — портативный гигрометр с оксид-алюминиевым сенсором для обходов и разовых проверок: точка росы SF6, аудит осушителей воздуха, поиск источника влаги.
• MTS 6 — OEM-сенсорный модуль влаги для встраивания в стороннее оборудование и установки заказчика.
• Aurora, Aurora H2O, Aurora 19, Aurora IQ — семейство лазерных TDLAS-анализаторов для природного газа. Разные исполнения — от полевого корпуса до 19-дюймовой стойки — под коммерческий учёт влаги и контроль осушки на магистрали.

Практический алгоритм подбора: чистый газ или воздух и ограниченный бюджет — оксид алюминия (HygroPro, Dew.IQ, Moisture.IQ). Товарный природный газ со следами гликоля/амина, коммерческий учёт — TDLAS (Aurora). Разовые проверки на объекте — портативный PM880. Встраивание в свою установку — OEM-модуль MTS 6.

Для оперативного контроля датчиков влаги и сопутствующих параметров на объекте удобны портативные измерительные приборы Testo — ими быстро снимают температуру и точку росы воздуха прямо на месте, до установки стационарного анализатора.

Часто задаваемые вопросы

Что такое точка росы под давлением и чем она отличается от атмосферной?

Точка росы под давлением (pressure dew point) — температура конденсации влаги при рабочем давлении линии. При сбросе газа до атмосферы точка росы падает на десятки градусов, потому что снижается парциальное давление воды. Поэтому значение всегда указывают вместе с давлением, к которому оно отнесено — иначе цифры несопоставимы.

Когда выбирать оксид алюминия, а когда лазер TDLAS?

Оксид-алюминиевый сенсор (HygroPro, Moisture.IQ, PM880) хорош на чистых газах, воздухе, SF6 и в лаборатории, ловит точку росы до −110 °C и стоит дешевле. Лазер TDLAS (Aurora) не касается газа, не отравляется гликолем, амином и H₂S, почти не дрейфует — его берут на товарный природный газ и коммерческий учёт влаги.

В чём разница между ppmv и ppmw?

ppmv — миллионные доли по объёму (молекулы воды на миллион молекул газа), не зависят от давления. ppmw — доли по массе, зависят от молярной массы газа. Одно и то же ppmv в метане и водороде даёт разные ppmw. Для контроля влажности чаще пользуются ppmv и точкой росы.

Какую точку росы держать для приборного воздуха?

Обычно класс 2 по ISO 8573-1 — точку росы под давлением −40 °C. При ней в неотапливаемых шкафах и на улице зимой конденсата в пневмолиниях КИП не образуется. Для фармы и электроники берут класс 1 (−70 °C), для грубой пневматики достаточно класса 3 (−20 °C).

Зачем контролировать влагу в элегазе SF6?

Вода в элегазе высоковольтных выключателей и КРУЭ при дуговых разрядах образует агрессивные соединения фтора и снижает диэлектрическую прочность изоляции. Точку росы SF6 держат обычно ниже −36 °C и проверяют оксид-алюминиевым гигрометром (например, портативным PM880) при обслуживании оборудования.

Как часто калибровать оксид-алюминиевый датчик влаги?

Контактный сенсор дрейфует и требует периодической поверки — как правило, раз в 6–12 месяцев, чаще на загрязнённых газах. Panametrics поставляет сменные откалиброванные сенсоры: старый меняют на новый с сертификатом, не останавливая процесс надолго. Лазерные Aurora такой регулярной калибровки практически не требуют.

Можно ли одним прибором мерить влагу на нескольких линиях?

Да. Moisture.IQ рассчитан до шести каналов влаги с индивидуальными входами давления и температуры на канал — одна система обслуживает несколько точек измерения. Для одиночной точки достаточно Dew.IQ или врезного HygroPro с выходом 4–20 мА.

Частые вопросы