露点仪的工作原理与海上平台选用简介

露点仪的工作原理与海上平台选用简介摘要本文从湿度测量的几种基本方法入手，分析具有代表性的几种露点仪的优缺点，主要从性能、价格、使用条件和操作的方便程度上介绍了如何在海上平台工艺流程中选用合适的露点仪。关键词：露点仪、微量水、海上平台、重量法、冷镜法、阻容法AbstractInthispaper,theauthordescribessomemainwaysofmeasuringmoisture,analysingandcomparingtheiradvantagesandshortages,andlistsomerepresentativeinstrumentoftheseways.ItisspecialtointroducehowtoselecttheirappropriatemoistureanalyzeronOffshorePlatformaccordingtofollowingfactors:capability,price,workingconditionandfacilityofoperation,etc.KeywordsDewpoint,Dew,Offshoreplatform,Gravimetricanalysis,Coldmirrormade,RCmethod一、引言随着我国经济的高速发展，为了要得到高质量的产品或设备正常地运行，许多行业诸如石化、电力、电子、航空航天、冶金、纺织等对湿度测量的要求越来越高，因而，湿度测量已逐渐成为一个新兴的技术领域，在86年我国正式成立了湿度与水分专业委员会，并开展了多次学术交流会，湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程，湿度被定义为气体中的水蒸气含量，常用单位有：克/升，PPM，mmHg，露点及相对湿度等。习惯上以露点-20℃为界把所测气体分为高湿度气体与低湿度气体（即微量水），这里重点介绍低湿度气体的测量。二、湿度的定义及工程测量中的表示方法按照国家计量技术规范--常用湿度计量名词术语，把液体或固体物质中水的含量定义为水分，把气体中水蒸气的含量定义为湿度，当气体中水蒸气的含量低于零下20摄氏度露点时，工业上习惯称之为微量水分，而不是湿度。在工程测量中关于露点仪的常用表示单位一般有如下几点：（1）绝对湿度在一定的温度及压力条件下，每单位体积混合气体中所含的水蒸气质量，单位已g/m3或mg/m3。（2）体积百分比水蒸气在混合气体中所占的体积百分比，单位以%V表示。在微量情况下采用体积百万分比，单位以ppmV表示。（3）质量百分比水分在一体（或气体）中所占的质量百分比，单位以%W表示。在微量情况下采用质量百万分比，单位以ppmW表示。（4）水蒸气分压是指在是气体的压力一定是，是气体中水蒸气的分压力，单位以毫米汞柱(mmHg)或帕斯卡（Pa)表示。（5）露点温度在一个大气压下，气体中的水蒸气含量达到饱和时的温度成为露点温度，简称露点，单位以℃或℉表示。露点饱和温度和水蒸气含量是一一对应的。(6)相对湿度是指在一定的温度和压力下，湿空气中水蒸气的摩尔分数与同一温度和压力下饱和水蒸气的摩尔分数之比，单位以%RH表示。有时，也常用一定的温度和压力下湿空气中水蒸气的分压与同一温度和压力下饱和水蒸气的分压之比来表示相对湿度。但这种表示方法尽限用于理想气体。三、湿度的测量方法简介3.1测量方法1．重量法：是一种经典的测量方法。让所测样气流经某一干燥剂，其所含水分被干燥剂吸收，精确称取干燥剂吸收的水分含量，与样气体积之比即为样气的湿度。该方法的优点是精度高，最大允许误差可达0.1%；缺点是具体操作比较困难,尤其是必须得到足够量的吸收水质量（一般不小于0.6克），这对于低湿度气体尤其困难，必须加大样气流量，结果会导致测量时间和误差增大（测得的湿度不是瞬时值）。因而该方法只适合于测量露点-32℃以上的气体，可以说市场上纯粹利用该方法测湿度的仪器较少。由以上分析可知，重量法的关键是怎样精确测量干燥剂吸收的水分含量，因为直接测量比较困难，由此衍生了两种间接测量吸收水含量的方法:A.电解法：就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出，电解电流的大小与水分含量成正比，通过检测该电流即可测得样气的湿度。该方法弥补了重量法的缺点，测量量程可达-80℃以下，且精度较好，价格便宜；缺点是电解池气路需要在使用前干燥很长时间，且对气体的腐蚀性及清洁性要求较高。采用该方法的仪器较多，典型的是美国Edgetech公司的1-C型微水仪和杜邦公司的M303及国产的USI系列产品。B.振动频率法：就是将重量法中的干燥剂换用一种吸湿性的石英晶体，根据该晶体吸收水分质量不同时振动频率不同的特点，让样气和标准干燥气流经该晶体，因而产生不同的振动频率差△f1和△f2，计算两频率之差即可得到样气的湿度。该方法具有电解法一样的优点，且使用前勿须干燥。典型代表仪器是美国AMETEK公司的560B。2．冷镜法：也是一种经典的测量方法。让样气流经露点冷镜室的冷凝镜，通过等压制冷，使得样气达到饱和结露状态（冷凝镜上有液滴析出），测量冷凝镜此时的温度即是样气的露点。该方法的主要优点是精度高，尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后，不确定度甚至可达0.1℃；缺点是响应速度较慢，尤其在露点-60℃以下，平衡时间甚至达几个小时，而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高，否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成测量误差。该方法的典型厂家代表是美国的GeneralEastern公司和Edgetech公司，瑞士的MBW公司以及英国的PROTIMETER公司等。3．阻容法：是一种不断完善的湿度测量方法。利用一个高纯铝棒，表面氧化成一层超薄的氧化铝薄膜，其外镀一层多空的网状金膜，金膜与铝棒之间形成电容，由于氧化铝薄膜的吸水特性，导致电容值随样气水分的多少而改变，测量该电容值即可得到样气的湿度。该方法的主要优点是测量量程可更低，甚至达-100℃，另一突出优点是响应速度非常快，从干到湿响应一分钟可达90%，因而多用于现场和快速测量场合；缺点是精度较差，不确定度多为±2～3℃。但随着各厂家的不断努力，该方法正在逐渐得到完善，例如，通过改变材料和提高工艺使得传感器稳定度大大提高，通过对传感器响应曲线的补偿作到了饱和线性,解决了自动校准问题。3.2三类微量水分仪3.2.1电解式微量水分仪3.2.1.1测量原理和特点（1）测量原理电解式微量水分仪又名库伦法电解湿度计。它建立在法拉第电解定律基础之上，广泛应用于气体中微量水分的测量，测量范围通常为1~1000LL/。这种湿度计不仅能达到很低的测量下限，更重要的是他是一种采用绝对测量方法的仪器。电解式微量水分仪的主要部分是一个特殊的电解池，池壁上绕有两根并行的螺旋形铂丝，作为电解电极。铂丝间涂有水化的五氧化二磷薄层。五氧化二磷具有很强的吸水性，当被测气体经过电解池时，其中的水分被完全吸收，产生偏磷酸溶液，并被两铂丝间通以德直流电压电解，生成的氢气和氧气随样气排出，使五氧化二磷复原。在电解过程中，产生电解电流。根据法拉第电解定律和气体状态方程可以导出，在一定温度、压力和流量条件下，产生的电解电流正比于气体中的水含量。测出电解电流的大小，即可测得水分含量。（2）特点电解式微量水分仪的测量方法属于绝对测量法，电解电量与水分含量一一对应，微安级的电流很容易由电路精确测出，所以其测量精度高，绝对误差小。由于采用绝对测量法，测量探头一般不需要用其他方法进行校对，也不需要现场标定;电解池的结构简单，使用寿命长，并可以往复使用；测量队相较广泛，遵循的原则就是在电解条件下不予五氧化二磷起反应的气体都可使用此类方法。3.2.1.2测量对象与有关问题1.测量对象和不宜测量的气体（1）电解式微量水分仪的测量对象为空气、氮、氢、氧、一氧化碳、二氧化碳、天然气、惰性气体、烷烃、芳烃等，非单项气体及其他在电解条件下不与五氧化二磷其反应的气体也可分析。