Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Точка росы (или точка росы воды) — это температура, при которой воздух становится насыщенным влагой при любом заданном давлении, что приводит к образованию росы, тумана или инея. Она является важнейшим показателем влажности и играет важную роль в различных областях, включая нефтегазовую промышленность, прогнозирование погоды и повседневную жизнь (в быту).
По данным Национальной физической лаборатории (NPL), точка росы определяется как:
«Температура, при которой образуется роса, или конденсат, при охлаждении газа. Если конденсат представляет собой лед, эта температура называется точкой замерзания».
Важно отметить, что конденсация происходит, когда уровень влажности достигает насыщения (т.е. 100% относительной влажности) и на поверхности с температурой ниже, чем температура точки росы. Образование конденсации зависит от давления и уровня влажности в газе.
Хотя температура напрямую не влияет на точку росы, она влияет на относительную влажность (rh%) и абсолютную влажность (Pv) газа.
Однако давление является важной переменной, определяющей точку росы. Оно может влиять на точку росы, воздействуя на способность воздуха удерживать водяной пар.
При увеличении давления молекулы газа сжимаются, и газ становится более плотным. В более плотном воздухе или газе молекулы водяного пара с большей вероятностью сталкиваются друг с другом и конденсируются в жидкую воду.
Это означает, что в условиях низкого парциального давления газ или воздух может удерживать больше водяного пара до достижения насыщения при 100%. Для сравнения, условия более высокого парциального давления приводят к образованию инея.
Общепринятый принцип при измерении точки росы заключается в том, что увеличение давления обычно повышает точку росы, а уменьшение давления понижает ее.
Пример, подтверждающий этот известный принцип, показан на графике ниже во время испытания преобразователя PST Michell Easidew.
Повышение давления от 0 бар увеличивало до ожидаемой точки росы, а снижение давления понижало ожидаемую точку росы. Это напрямую доказывает влияние давления на точку росы при использовании нашего трансмиттера Easidew.
Для получения данных о точке росы под давлением загрузите копию нашей бесплатной диаграммы точки росы подо льдом и водой.
Точка росы — стандартный параметр в метеорологии. Однако в этой статье мы рассмотрим, почему она важна для самых разных промышленных процессов.
В отличие от других переменных процесса, таких как температура, давление и расход, влажность обладает двумя уникальными характеристиками:
Этого можно избежать с помощью гигрометра.
Гигрометрия — это измерение содержания влаги в газах, а гигрометр определяет, измеряет и отображает относительную или абсолютную влажность в газе. Гигрометр также может называться:
Влажность — это просто влага, растворенная в газе или жидкости. В окружающем нас воздухе всегда присутствует определенный уровень влажности, но когда речь идет о промышленных процессах, уровень влажности часто необходимо контролировать.
Относительная влажность — это мера влажности с точки зрения ее насыщения. Как и при растворении твердых частиц в жидкости, газ может удерживать только определенное количество растворенной влаги, прежде чем начнет конденсироваться обратно в жидкую фазу. Точка насыщения зависит от температуры газа и давления: при более высокой температуре и низком давлении в газе удерживается больше влаги. Если температура понижается или давление повышается, точка насыщения изменяется, и %rh также увеличивается.
Значение %rh — это показатель того, насколько близко к точке насыщения находится влажность в газе.
Содержание влаги — важный параметр для многих процессов. В отличие от относительной влажности или точки росы, влагосодержание не меняется в зависимости от давления или температуры: это мера фактического количества молекул воды в газе.
Оно выражается в частях на миллион по объему (PPMV).
Точка росы — еще одна переменная мера влажности. Вместо того чтобы смотреть на способность газа удерживать влагу, точка росы измеряет температуру, при которой жидкая влага начинает конденсироваться. Как и в случае с относительной влажностью, температура точки росы зависит от давления измеряемого газа.
Она обозначается как °C точка росы, °C точка замерзания или °Ctd
Каждый из этих параметров дает операторам несколько иные преимущества. Поскольку точка росы — это показатель температуры, при которой конденсируется жидкая влага, она наиболее полезна в тех случаях, когда оператору необходимо избежать конденсации влаги — например, в трубопроводах, где температура окружающей среды может опускаться ниже нуля. Если температура точки росы газа ниже минимально возможной температуры окружающей среды, это означает, что жидкая влага не будет конденсироваться и не возникнет риска закупорки из-за льда.
Точка росы также является распространенным параметром для контроля производительности промышленных осушителей и может быть оговорена в нормах качества.
Уравнение водяного пара, которое вы будете использовать, зависит от того, находится ли точка росы выше или ниже 0°C.
Если точка росы выше 0°C, используется уравнение «над водой»; если же температура ниже 0°C, вода будет конденсироваться прямо в лед, то есть следует использовать уравнение «над льдом». Однако в некоторых случаях может наблюдаться явление, известное как переохлаждение воды.
В случаях, когда температура близка к 0°C, но ниже (например, -5°C), вода иногда может оставаться в жидком состоянии, не переходя в твердое (лед). Это явление известно как переохлажденная вода. Оно может создавать проблемы при расчете давления водяного пара, так как большинство калькуляторов для водяного пара предполагают использование уравнения «над льдом» для точек росы ниже нуля. Если конденсат остается жидким, расчет давления пара будет отличаться примерно на 10% от фактического давления водяного пара, и в этом случае следует использовать уравнение «над водой».
В таких отраслях, как атмосферная метеорология, где явление переохлаждения может происходить в облаках и верхних слоях атмосферы, почти полвека назад Всемирная метеорологическая организация (WMO) приняла решение рассчитывать относительную влажность (RH) на основе давления насыщенного водяного пара над водой, независимо от температуры. Это решение было принято для предотвращения редких случаев, когда значения %RH могут превышать 100% при переохлаждении атмосферы.
Технологии измерения, такие как наши охлаждаемые зеркала (Michell S8000 и Optidew), решают эту проблему, дополнительно понижая температуру, чтобы гарантировать, что конденсат действительно превращается в лед.
Некоторые из наиболее часто используемых формул для расчета точки росы — это уравнения давления водяного пара Хайланда и Векслера (1983) и Зонтага (1994) для промышленности.
\( \ln(e_w) = -0.58002206 \times 10^4 / T + 0.13914993 \times 10^1 — 0.48640239 \times 10^{-1} T + 0.41764768 \times 10^{-4} T^2 — 0.14452093 \times 10^{-7} T^3 + 0.65459673 \times 10^1 \times \ln(T) \)
, где
\( \ln(e_w)\) — натуральный логарифм давления пара над жидкой водой (Па).
\( T \) — температура в Кельвинах (K).
\( \ln(e_w) = -\frac{6096.9385}{T} + 16.635794 — 2.711193 \times 10^{-2} T + 1.673952 \times 10^{-5} T^2 + 2.433502 \times \ln(T) \)
Где:
\( \ln(e_w)\) — натуральный логарифм давления пара над жидкой водой (гПа).
\( T \) — температура в Кельвинах (K).
Хайланд и Векслер (Hyland and Wexler, 1983.):
Log ei = -0.56745359 × 104 / T
+ 0.63925247 × 101
— 0.96778430 × 10-2 T
+ 0.62215701 × 10-6 T2
+ 0.20747825 × 10-8 T3
— 0.94840240 × 10-12 T4
+ 0.41635019 × 101 Log(T)
with T in [K] and ei in [Pa]
Зонтаг, (1994)
Log ei = -6024.5282 / T
+ 24.721994
+ 1.0613868 × 10-2 * T
— 1.3198825 × 10-5 * T2
— 0.49382577 * Log(T)
with T in [K] and ei in [hPa].
Для промышленного применения обе формулы отличаются температурными диапазонами применения. Формула Хайланда-Векслера эффективна в диапазоне температур от -100°C до 0°C, в то время как формула Зонтага применима в более широком диапазоне от -80°C до +50°C. Это говорит о том, что формула Зонтага более универсальна и подходит для различных применений.
Измерение точки росы и других параметров влажности имеет первостепенное значение для многих применений.
Точка росы измеряется различными способами для разных применений, но в конечном итоге она используется для контроля влажности в конкретной среде. Домовладельцы могут измерять точку росы, чтобы контролировать водяной пар, который приводит к образованию плесени, или определять наиболее комфортный уровень влажности для человека.
Типичный диапазон измерения точки росы
Согласно Национальной метеорологической службе, точка росы является хорошим параметром для определения сухости или влажности воздуха. Если точка росы меньше или равна 55°C, воздух должен быть достаточно сухим и комфортным для человека. При точке росы от 55 до 65°C воздух становится липким, а при точке росы выше 65°C в воздухе содержится больше влаги.
Для промышленности требуется еще более сухой воздух или контроль влажности для соблюдения стандартов, улучшения производительности процессов или поддержания качества продукции.
В приложениях, связанных со сжатым воздухом, важно постоянно контролировать системы сжатого воздуха, чтобы соответствовать стандартам ISO, которые определяют допустимые уровни твердых частиц, масла и влаги.
Таблица ниже показывает классы чистоты (качества) сжатого воздуха по влажности согласно BCAS.
| Класс | Давление паров точки росы oC | Жидкость г/м3 |
|---|---|---|
| 0 | В соответствии с требованиями пользователя оборудования и более строгими, чем класс 1 | |
| 1 | ≤ -70 | — |
| 2 | ≤ -40 | — |
| 3 | ≤ -20 | — |
| 4 | ≤ +3 | — |
| 5 | ≤ +7 | — |
| 6 | ≤ +10 | — |
| 7 | — | ≤ 0.5 |
| 7 | — | ≤ 0.5 — 5 |
| 9 | — | — 10 |
| x | — | > 10 |
Другой пример — использование природного газа и углеводородов, где следы влаги могут привести к ржавчине в трубопроводе и образованию гидратов, которые могут повлиять на процесс (поток газа) или качество конечного продукта.
Коррозионностойкие покрытия помогают избежать образования ржавчины в трубопроводах.
Однако это недолговечное решение, поскольку на долговечность покрытия могут повлиять и другие факторы, такие как старение и износ, края и стыки трубопроводов, а также условия окружающей среды, например, экстремальные температуры, воздействие химических веществ или высокая влажность.
Помимо образования ржавчины, при насыщении водой газопроводов она образует гидраты (как показано на рисунке выше), которые могут блокировать поток газа в трубопроводе.
Специалисты различных отраслей промышленности используют гигрометры точки росы PST Michell и портативные измерители точки росы для контроля влажности в своих технологических процессах.
Существует множество вариантов измерения точки росы в промышленных процессах — окончательный выбор зависит от конкретной задачи и, зачастую, от бюджета:
Небольшие и экономичные преобразователи точки росы подходят для широкого спектра безопасных и опасных применений.
Портативные гигрометры точки росы (измерители точки росы) наиболее подходят для целей тестирования и проверки. Их можно использовать для проверки показаний онлайн-анализаторов влажности, а также для выборочных проверок в различных точках технологического процесса, например, для определения места утечки.
Анализаторы влажности в технологическом процессе — это часто, но не всегда, системы, одобренные для использования во взрывоопасных зонах, которые включают в себя систему обработки проб и анализатор влажности. Они часто предназначены для использования на нефтеперерабатывающих заводах или заводах по переработке природного газа.
Охлаждаемые зеркальные гигрометры измеряют фактическое образование конденсата на поверхности с контролируемой температурой. Они обеспечивают превосходную точность при очень малом дрейфе — хотя их часто используют в качестве лабораторных эталонов, многие модели подходят для мониторинга промышленных процессов, таких как производство полупроводников или металлургические процессы.
Влага может проникать практически в любую поверхность, делать результаты испытаний бесполезными, ухудшать качество продукции, вызывать коррозию в трубопроводах, приводить к образованию льда при низких температурах, вызывать преждевременный износ и выход оборудования из строя, а также вступать в реакцию с другими химическими веществами и газами.
Контроль точки росы в технологическом газе обеспечивает следующие преимущества:
Безопасность процессов и защита оборудования
Избыточная влага в трубопроводах может вызывать коррозию, снижать целостность оборудования и приводить к утечкам или даже взрывам. В холодных условиях может образовываться лед, который блокирует трубы. Контроль влажности снижает необходимость внепланового технического обслуживания и защищает персонал.
Качество
Влага негативно влияет на многие конечные продукты. В металлургии уровень влажности в печи требует тщательного контроля, чтобы предотвратить производство слабых изделий, тогда как в фармацевтическом производстве порошки должны оставаться сухими, чтобы избежать комкования. Низкий уровень влажности необходим на нефтеперерабатывающих заводах, чтобы избежать нежелательных химических реакций.
Энергосбережение
Наибольшие затраты для многих процессов связаны с теплом, необходимым для сушилок. Контроль выхода сушилок позволяет остановить цикл сразу после завершения сушки.
Соблюдение нормативов
Многие международные промышленные организации согласовывают стандарты качества, которые часто включают уровни влажности или точки росы. Примером этого являются стандарты EASEE для качества природного газа.
