Le point de rosée en ligne du gaz naturel est un dispositif clé pour surveiller en temps réel la teneur en humidité du gaz naturel (exprimée en « température de point de rosée»), dont le principe central est de refléter indirectement la teneur en humidité du gaz en détectant la température à laquelle la vapeur d'eau dans le gaz naturel atteint l'état de saturation. Il existe des différences dans le principe de fonctionnement des différents types de points de rosée en ligne, actuellement largement utilisés industriellement, il existe deux grandes catégories de type miroir froid et capacitif résistif (méthode Capacitive), en outre, il existe des types de niche tels que le type de cristal piézoélectrique, le type de fibre optique et autres. Voici une analyse détaillée des différents principes:
I. concept de base: importance de la température du point de rosée et de la surveillance de l'humidité du gaz naturel
Avant d'expliquer le principe, il est nécessaire de définir clairement la température du point de rosée: la température à laquelle la vapeur d'eau dans le gaz naturel atteint l'état de saturation (c'est - à - dire lorsque la pression partielle de vapeur d'eau est égale à la pression de vapeur saturante à cette température) à une certaine pression. Une température de point de rosée plus basse indique moins d'humidité dans le gaz naturel.
Trop d'humidité dans le gaz naturel peut causer des problèmes tels que la corrosion des tuyaux, les blocages de glace (l'humidité gèle à haute pression et basse température), les dommages à l'équipement, de sorte que le point de rosée en ligne doit surveiller le point de rosée en temps réel pour s'assurer qu'il est conforme aux normes de l'industrie (telles que la Chine gb17820 - 2018 exige que le point de rosée du gaz naturel soit inférieur à la température ambiante minimale sous la pression de transport de plus de 5 84
II. Principe de fonctionnement du point de rosée en ligne du gaz naturel principal
1. Appareil de point de rosée à miroir froid (type de haute précision, couramment utilisé dans les stations de mesure, les tuyaux de transmission longs)
Le type de miroir froid est la méthode de détection de point de rosée avec la plus grande précision de mesure (précision jusqu'à ± 0,1 ~ ± 0,5 ℃), appartient à la « méthode de mesure directe», le principe est basé sur le phénomène de condensation saturée de vapeur d'eau sur la surface du miroir froid.
Sa structure de base comprend: un miroir froid (généralement un miroir en métal ou en verre), un refroidisseur à semi - conducteur (ou une réfrigération à l'azote liquide), une source de lumière, un photodétecteur, un capteur de température (résistance au platine), un système de contrôle automatique.
Processus de travail et principes:
Échantillonnage et contact: l'échantillon de gaz naturel circule à travers la surface du miroir froid à travers un système d'échantillonnage (avec filtration, dispositif de régulation de pression), assurant un contact adéquat du gaz avec la surface du miroir.
Refroidissement spéculaire: le refroidisseur à semi - conducteur refroidit progressivement le miroir froid, de sorte que la température du miroir diminue lentement.
Détection de la condensation: lorsque la température spéculaire tombe à la température du point de rosée du gaz naturel, la vapeur d'eau dans le gaz se condense en minuscules gouttelettes (ou cristaux de glace, selon que la température est inférieure ou non à 0 ° c) à la surface du miroir froid.
Rétroaction photoélectrique: la lumière émise par la source de lumière est illuminée sur le miroir, si le miroir n'a pas de condensation, l'intensité de la lumière réfléchie est stable; Dès que la condensation apparaît et que la réflectivité spéculaire diminue, le photodétecteur capte immédiatement les variations d'intensité lumineuse et envoie un signal au système de contrôle.
Verrouillage et affichage de la température: immédiatement après réception du signal par le système de contrôle, le refroidisseur de commande cesse de se refroidir (ou maintient la température spéculaire stable à l'équilibre condensation / évaporation), lorsque la température spéculaire mesurée par le capteur de température (résistance au platine) est la température du point de rosée du gaz naturel, affichée en temps réel et transmise.
Caractéristiques: très haute précision, grande fiabilité, mais structure complexe, coût élevé, exigences strictes sur la pureté de l'échantillon (besoin de filtrer la poussière, l'huile, éviter la contamination de la surface miroir conduisant à une erreur de calcul).
2. Capacitif résistif (méthode Capacitive) point de rosée (économique, couramment utilisé pour la surveillance du site, pipeline de dérivation)
La Capacitance résistive est une « méthode de mesure indirecte» largement utilisée dans l'industrie, dont le principe est basé sur la propriété de certains matériaux spéciaux dont les propriétés électriques (résistance ou capacité) varient en fonction de l'humidité ambiante (teneur en humidité).
Son composant principal est une « sonde de capteur d'humidité» et les matériaux sensibles couramment utilisés sont les polymères macromoléculaires (tels que les Polyimides), l'alumine (al₂o₃), etc.
Prenez le « condensateur d'alumine» principal comme exemple, le flux de travail et le principe:
Structure de la sonde: la sonde du capteur est composée d'un substrat en aluminium, d'un film d'alumine (fabriqué par anodisation, structure poreuse, forte capacité d'adsorption de l'humidité), d'une électrode en or (plaquée à la vapeur sur la surface du film d'alumine), formant une structure Capacitive "aluminium - alumine - or".
Adsorption d'humidité et variation de capacité: la vapeur d'eau du gaz naturel pénètre dans la structure poreuse du film d'alumine et est adsorbée par le film. Plus la composante en eau adsorbée est importante (c'est - à - dire plus le point de rosée du gaz est élevé), plus la constante diélectrique du film mince d'alumine est importante; Et la valeur de la capacité est proportionnelle à la constante diélectrique, de sorte que la capacité augmente avec la teneur en humidité.
Conversion du signal et étalonnage: les variations de capacité de la sonde sont converties en signaux électriques (tels que tension ou courant) par l'intermédiaire d'un circuit électrique et un microprocesseur interne à l'instrument convertit les signaux électriques en températures de point de rosée correspondantes en fonction d'une « courbe d'étalonnage Capacitive - point de rosée» prédéfinie (obtenue par étalonnage en laboratoire) qui fournit des données en temps réel.
Caractéristiques: petite taille, faible coût, vitesse de réponse rapide (généralement de quelques secondes à quelques dizaines de secondes), mais la précision est inférieure à celle du type miroir froid (généralement ± 1 ~ ± 3 ℃), nécessite un étalonnage régulier (pour éviter le vieillissement du capteur, la pollution conduisant à la dérive).
3. Autres principes de type niche
Formule de cristal piézoélectrique: en utilisant un cristal piézoélectrique (par exemple, un cristal de quartz) pour recouvrir la surface d'un matériau hygroscopique (par exemple, un tamis moléculaire), la masse cristalline augmente après l'adsorption de l'humidité, la fréquence de résonance diminue, le point de rosée est calculé par changement de fréquence. La précision est moyenne et convient aux scénarios à faible humidité.
Type de fibre optique: basé sur le principe du réseau de fibre optique ou de l'onde évanescente, l'adsorption d'humidité entraîne des changements dans les propriétés optiques de la fibre (telles que l'indice de réfraction, l'intensité lumineuse), le point de rosée est résolu par le signal optique. Forte capacité anti - interférence électromagnétique, applicable à haute pression, forte électromagnétique environnement hostile.
Iii. Systèmes auxiliaires clés pour la surveillance en ligne
Quel que soit le principe du point de rosée, un système auxiliaire complémentaire est nécessaire pour assurer la précision des mesures, notamment:
Système de prétraitement de l'échantillonnage: filtre les poussières, les particules, les huiles dans le gaz naturel (éviter la contamination des capteurs / miroirs froids); Stabilisation de la pression (pour éviter que les fluctuations de pression affectent la pression de vapeur saturée, ce qui entraîne des erreurs de mesure du point de rosée); Si la température du gaz est trop élevée, un dispositif de refroidissement doit être installé (pour éviter les dommages causés par la surchauffe du capteur).
Système d'étalonnage automatique: certains instruments ont des fonctions d'étalonnage intégrées (par exemple, l'entrée d'un gaz d'humidité standard) qui corrigent régulièrement la dérive du capteur et garantissent une précision de mesure à long terme.
Transmission de données et système d'alarme: transmettez les données de point de rosée en temps réel à la salle de contrôle centrale via des interfaces telles que 4 ~ 20ma, RS485 et déclenchez une alarme acoustique et optique lorsque le point de rosée dépasse la limite.
Le principe de base du point de rosée en ligne du gaz naturel est « la capture indirecte / directe de l'état de saturation de la vapeur d'eau par des caractéristiques physiques ou électriques», où le type de miroir froid avec une haute précision est l'avantage principal, le type capacitif inhibiteur avec un rapport qualité - prix et une commodité occupent le courant principal, les applications pratiques doivent choisir le type approprié en fonction des exigences de précision de surveillance, des conditions environnementales et du budget des coûts.