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湿度测量仪表在流程工业中的应用

行业聚焦点中国仪表网2013年02月01日 10:31人气:21996

  导读:湿度测量仪表在流程工业——电力、化工、制药、水处理等领域中应用广泛,是现场仪表的重要组成部分。个性化的现场环境对于选择适用的湿度测量仪表的要求也越来越高。本文介绍了英国密析尔仪表有限公司生产的几类仪器在电力、化工、制药及水处理行业中的应用。
  
  电力行业
  
  高压开关中SF6气体中的水分含量检测
  
  在电压输送(100kV~400kV)的电力分布网络中,电源开关或负载电流中断往往是由两个接触点之间的电弧造成的。SF6具绝缘性,带压的SF6可有效控制电弧的形成。但是随着时间的推移,水分的进入,导致SF6分解成其它产物,如氟氢化物。这不仅会影响到单台设备的操作性能,而且当水分含量高时,副产物还会包括有强腐蚀性的氟化氢,将会加快开关接触处的腐蚀,造成物理损坏,并且会蔓延到断路器外壳内的其它区域,加重破坏程度,给人身及设备带来安全隐患。
  
  在使用前,首先应检查由工业气体供应商提供的新的瓶装SF6的水分含量,在使用由断路器生产商提供的断路器前也应预先进行检测。在SF6瓶装气的存放过程中,水分很容易从入口处进入。若保存良好,SF6的水分含量应<10ppmv,相当于常压露点<-60℃。在断路器的生产商处,在最后阶段或在加压和使用SF6进行密封前,进行内部的保养工作时,都要用干气吹扫断路器的外壳。最普通的做法是使用瓶装的高纯氮或其它惰性气体,通过重复的加压将水分吹扫至大气中,直到外壳内的水分含量降至10ppmV,相当于常压露点<-60℃。在现场检查/连续监测时,SF6中的水分含量必须控制在<100ppmv,相当于常压露点<-42℃。
  
  对于瓶装气的检查或者断路器外壳充装前的干燥,均可以使用Cermax便携式露点仪(见图1)。这种仪器测量范围较宽,可提供快速准确的测量,使用次级菜单可以选择一个二级输入,即手动设置或信号输入气体压力,然后显示SF6的ppmv单位,并可通过内置的数据采集功能存储10000个测量结果,然后通过使用Windows的超级终端或类似的数据传输系统将存储的数据下载到主机上。上述仪器同时也可用于断路器外壳内的SF6气体的现场快速检测。可以将样品取出,也可以将样品气返回去继续使用,或排放到大气中,快速的测量意味着消耗更少的样气。对于连续在线测量,可使用CermetII露点仪。这种仪器需要供给主电源,或者使用Transmet露点变送器,24V直流供电,输出信号是4~20mA或RS232/RS485信号,因此可以将信号输入一个计算机中央处理系统,适于多个测量点的安装。注意需将传感器安装在断路器外壳内的上部,以避免在外壳内积累越来越多的颗粒状污染物。对于要求高稳定性及准确度的测量,可以选择冷镜式露点仪,S4000Integrale(见图2),其测量范围是-60℃,可显示多个工程单位,包括SF6的ppmv。测量准确度是±0.1℃,-40℃露点时其响应速度大约是10min。可以在消耗样气最少的情况下得到最准确的测量。
  
  发电机组冷却用氢气中的水分含量检测
  
  氢气的热导率远远高于其它气体,因此在发电工业中,惯例方法是使用氢气对发电机组定子线圈进行直接冷却。由于发电机组的外壳无法密封,周围空气中的湿气很可能侵入到机组内,而且热交换机会由于老化而产生空隙,湿气也会由此渗入到氢气中。所以氢气的循环回路必须装有除湿干燥机,持续地除去所吸收到的湿气。否则氢气中的湿气会使得暴露的金属部分产生凝露而出现跳火现象甚至导致惨重损失。如果氢气露点超过上限,应立即采取紧急措施,或停止使用并修理发电机,或立即重新压泵,把干燥的氢气泵入系统。
  
  英国密析尔公司的TransmetIS变送器可将陶瓷湿度传感部分安装在采样装置上,对发电机组出口处和氢气吸附干燥机出口处进行连续的在线测量。测量应当在系统压力满量程下进行,以精确地提供在发电机组条件下是否会产生凝露这一信息。TransmetIS变送器拥有CENELEC的批准证书,可在危险区域对可燃气体进行露点测量。由于氢气具有产生爆炸的危险,数字显示仪应远离发电机组,安装在指定的安全位置,而传感探头电缆组件应配有电流隔离栅。监控仪具有全功能的显示和模拟输出,并配置两个由用户设定的报警器,仪表可设置在“警告”和“立即停机”状态。TransmetIS变送器能够提供4-20mA或者0-20mA模拟信号,传至控制室。密析尔本安型便携式露点湿度仪CermaxIS可作为现场检测工具使用。快速的反应和方便的操作(带数据记录功能)可以让用户迅速地进行气体分析。
  
  水处理系统
  
  现在水处理行业已经越来越多地使用臭氧(O3)而非氯气对纯净水进行处理。应用场合主要有以下四种:饮用水、食品生产用水和制药生产用水、游泳池水、污水处理后投入循环前的消毒等。氯化处理工艺不但成本高,而且在水运输和氯化系统应用中令人体健康和安全存在风险,鉴于此,水处理行业近年来一致使用臭氧消毒。臭氧和氯化有着相同的水处理效果,均为强效的氧化媒介,能攻击水里的杂质(特别对微生物介质),并将其分裂成无害的残渣后过滤出水系统。臭氧的优点是对微生物起作用后,会裂变为完全无害的氧原子。
  
  臭氧发生器的工作原理非常简单。纯净的空气或氧气通过反应单元(陶瓷或不锈钢)的两电极之间的高电压放电(一般为12000V),高电压引起氧原子之间产生反应,形成稳定的臭氧分子。典型的臭氧发生器必须使用来自标准的再生干燥机的压缩空气,从类似热交换器那样一组反应容器输入到臭氧发生器。以下三个必要的理由决定了必须对该过程的空气或氧气中的水分进行测量:预防发生器电极产生电弧,防止系统零件由于酸的形成而受到腐蚀,增加臭氧化效率。如果进入发生器的气体存在很多水分,会导致电极产生电弧,极端情况下会发生电极接触击穿腔壁的事件。电弧将损坏电极和系统的外壳,最终导致系统瘫痪和昂贵的维修费用。臭氧存在时电弧的副作用会使得氮和水生成酸以及其它氮化合物,引起电极和系统部件腐蚀,同样可导致臭氧发生器瘫痪。臭氧发生器的效率是与输入气体中水分含量成反比的。如果水分含量从50ppm减少到5ppm(-50~-70℃露点),发生器的效率可增加20%。一般技术指标规定,输入的空气或氧气最低露点是-50℃,但是如果能够对干燥进行准确的控制,可使其降低到-70℃露点,那么发生器的工作效率和寿命均可得到显著的改善和提高。
  
  密析尔的阻抗湿度仪可用于监控输入气体中的水分含量,在线测量仪表有Easidew变送器、Easidew在线、Transmet或CermetII,现场定点检测有Easidew或Cermax便携式。密析尔仪表在线湿度仪与干燥控制系统组合,能保障输入的气体尽可能地干燥,保持发生器的高效率和工作寿命。
  
  制药行业
  
  该行业对干燥空气的露点温度要求很低,流体空气床系统对化合物进行干燥时,一般要求露点为-40℃。另外在材料包装前的冷却阶段要严防再次产生湿气。所有这些场合均要求有精密控制的、具有重复性的环境条件和溯源性。绝大多数情况下,用户会选择相对湿度传感器,但如果要精确控制在2%或1.5%范围内,就处于该类仪表测量准确度的临界点或超越了仪表的测量能力。所以最好的解决方案是采用精度为±0.1~0.2℃露点的Optidew(见图3)或S4000Integrale一体式(取决于所需精度要求),±1℃露点的CermetII或Transmet,±2℃露点的EasidewOnline(见图4)或Easidew变送器,这些仪表能提供精确的湿度测量,达到精密控制除湿器的目的。
  
  石油化工行业
  
  石油产品催化重整
  
  在炼制石油产品的催化重整过程中,为了确保工厂的运转效率,控制再循环氢气中的水分是至关重要的。过多的水分含量,如大于50ppmv,会导致催化剂中毒,这就意味着增加成本。此外,如果再循环气体中的水分不是保持在20~30ppmv这个最佳范围内,那么化学反应效率将会降低,也会影响到产品产量。在这个阶段里,为了催化剂的定期再生和调节,炼制过程中必须把氯化氢注入到气流中以补充氢的含量。湿度变送器应当与过程采样气体隔离,避免氯化氢的侵蚀以及同时发生的水分含量的增加。此时水分含量会高至2000ppmv,甚至更高。
  
  使用英国密析尔的陶瓷湿度变送器,将TransmetIS安装在优质不锈钢部件制成的简便式采样系统中。采样系统应配备入口和出口的阀门,以便在再生阶段隔离变送器,使得变送器在增压干燥过程仅接触微量的氯化氢。如果应用现场需要远程或就地显示,可选用CermetIIIS。变送器可在过程压力下工作,可指示实际管道压力条件下的露点温度或水分含量(ppmv)。如果需要显示和输出湿度单位,而变送器依旧工作在管道压力下(可以手动输入一个固定压力值到湿度仪中,或者使用附加的压力变送器选件,以用于压力自动补偿),CermetII湿度仪的标准配置使得用户可以在多个ppmv范围内选择。也可选择其它湿度单位℃,°F,gm-3,Lb/mmscf等。
  
  PET工业
  
  在将PET注入模具压制机前必须经过干燥和挤压等工艺过程,通过减少游离的水分含量来达到提高成品外观和质量的目的。精密地控制干燥过程是保证产品质量(强度和美观)不可忽略的首要工序。PET在固体状态时会吸收空气中的水分直至与大气中的水分平衡,这个吸湿行为意味着其重量中有0.6%是水分。为保证聚酯产品的性能,必须于加热前把水分含量降低到0.003%(30ppm)。因为在加热阶段,所含有的水分将会快速地水解这种原料,从而降低分子量,并损害聚酯产品的物理性能。该加工过程是在漏斗装填底座里进行的,由除湿干燥机发出的热干气流对其进行处理。一般的工艺是把这些原料暴露在露点温度低于-40℃的空气中并保持一段时间。而后将其载送到另一个漏斗中传给模具压制机。一般的生产厂会拥有10~50个这样的干燥机和模具压制机。
  
  英国密析尔公司的CermetII可用于监控单个干燥机,使供应的空气优于规定的露点极限温度-40℃。也可使用报警器,当干燥机情况发生恶化时可向技术维护人员发出警告。应将传感器探头安装在干燥器的空气入口用于测量,并处于碎屑原料的上方。也可使用Transmet,可以输出4-20mA或者0-20mA模拟信号,用于PLC控制的空气干燥系统。Cermax便携式露点仪可在干燥机运作负载情况下检测其效率。也可在正常的间隔时间里履行现场检测,为提高产品质量,降低成本提供了高效率的保证。其操作简便,对低于-40℃露点的气源反应迅速,维修保养人员可以在要求的时间段内对多台干燥机设备进行低成本的监控。
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