Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – příklady z praxe (1. část)

V technické praxi se vyskytují případy, kdy je nutné měřit vlhkost plynů v extrémních podmínkách. Pro získání správných výsledků je třeba uplatnit zcela specifický přístup. Jednou z takových oblastí je měření vlhkosti velmi vlhkých a agresivních plynů. Druhým extrémem je měření vlhkosti suchých až ultrasuchých technických plynů. Pro porovnání používaných postupů se autor bude postupně ve dvou částech článku zabývat oběma extrémy.
 

Měření vlhkosti extrémně vlhkých a horkých plynů

Vlhkost extrémně vlhkých a horkých plynů je třeba měřit např. v průběžných sušárnách textilu a vláken nebo v průběžných sušárnách keramických hmot. Obdobné podmínky panují při měření vlhkosti spalin. Je třeba předeslat, že ve většině případů jde o měření za atmosférického tlaku, popř. za mírného podtlaku či mírného přetlaku. Teplota, při níž se měří vlhkost v sušárnách, je až 180 °C, při měření vlhkosti spalin je teplota až 400 °C, navíc s možností výskytu agresivních zplodin.
Zde je nutné si uvědomit technická omezení měřicích sond. Jde zejména o respektování daných pracovních oblastí v diagramu závislosti maximální přípustné relativní vlhkosti měřeného plynu na jeho teplotě pro daný typ senzoru. Tuto závislost by měl každý projektant měření znát a porovnat ji s podmínkami daného měření.
Příklad pracovního diagramu průmyslového polymerního kapacitního senzoru relativní vlhkosti ukazuje obr. 1. Pracovní bod senzoru se musí pohybovat uvnitř vymezené pracovní oblasti.
Pro návrh měřicího systému vlhkosti je nutné znát alespoň přibližně podmínky měření, tedy vlhkost, teplotu a tlak. Ideální je, jestliže je známa i chemická zátěž, tj. koncentrace jednotlivých škodlivých látek v měřeném plynu. V praxi se však lze setkat s tím, že věrohodné informace nejsou k dispozici. Potom nezbývá než experimentovat na místě. To se mnohdy neobejde bez velkých překvapení. Většinou jsou v projektu udávány nadnesené hodnoty teploty a vlhkosti, a to z neznalosti nebo pro značné uvažované rezervy.
Jestliže je v zařízení nedostatečný tlak plynu pro odběr vzorku, je nutné pro měřicí trakt zajistit potřebný přetlak.
Měřicí trakt je obyčejně vytvořen z vhodného potrubí nebo hadičky přivádějící měřený plyn přes filtr pevných částic do průtočné komůrky s instalovanou měřicí sondou – obr. 2. Signály ze sondy jsou potom zpracovány v převodníku či hygrometru.
Do vstupu měřicího traktu je nejlépe vzorek plynu přivést chemicky a teplotně odolným membránovým čerpadlem. Zůstává úkol vypořádat se s problémem případné vysoké teploty vzorku plynu přivedeného k membránovému čerpadlu a dále s případnou kondenzací vodní páry v jednotlivých komponentách měřicího traktu. Pro to, aby plyn v čerpadle a dalších částech traktu nekondenzoval, je nutné zajistit, aby teplota těchto komponent neklesla pod teplotu rosného bodu. To znamená ve většině případů potrubí tepelně izolovat a použít membránové čerpadlo s termostaticky vyhřívanou hlavou. Potom lze dosáhnout dobrých výsledků měření vlhkosti. Pro snížení teploty lze použít tepelný výměník plyn-vzduch, opět s vyloučením možnosti kondenzace vodní páry z měřeného plynu v konstrukci výměníku.
 

Měření vlhkosti agresivních plynů

Jestliže se ve vzorku plynu vyskytují koncentrace agresivních látek nebezpečné pro senzor vlhkosti, nastávají problémy s dlouhodobou kalibrační stálostí použitých senzorů. 
Ideálním případem je, jsou-li koncentrace známy a lze je přímo konfrontovat s mezními koncentracemi, při nichž výrobce senzoru garantuje jeho dlouhodobou odolnost. V tab. 1 jsou uvedeny maximální povolené koncentrace vybraných agresivních látek pro dva druhy senzorů.
Příklad konstrukce měřicí sestavy vlhkosti spalin respektující popsané provozní požadavky uvádějí obr. 3 a obr. 4. Jde o sestavu čerpací jednotky (vstupní filtr a vyhřívané membránové čerpadlo) čerpající vzorek plynu z komínu přes tepelný výměník a externí mohutný filtr prachových částic (obr. 3) a o vlastní měřicí skříň (vstupní filtr, průtočná komůrka, měřicí sonda, průtokoměr a hygrometr; obr. 4).
Naměřené hodnoty vlhkosti spalin mohou být kontinuálně předávány do řídicího centra v podobě analogových signálů 4 až 20 mA (relativní vlhkost, teplota, teplota rosného bodu, absolutní vlhkost, měrná vlhkost) nebo prostřednictvím komunikace RS-485.
 
Literatura:
[1] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů. Automa, 2006, č. 3, s. 34.
[2] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 2. část. Automa, 2006, č. 4, s. 20.
[3] KLASNA, M.: Technika měření vlhkosti plynů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu. Automa, 2007, č. 3, s. 60.
 
Ing. Miloš Klasna, CSc.,
Sensorika, s. r. o., Praha
 
Obr. 1. Pracovní diagram průmyslového polymerního kapacitního senzoru relativní vlhkosti;φ – relativní vlhkost (%), t – teplota (°C)
Obr. 2. Pohled na průtočnou komůrku s měřicí sondou vlhkosti a teploty
Obr. 3. Čerpací jednotka horkých a vlhkých plynů z míst s podtlakem
Obr. 4. Měřicí skříň se zařízením pro měření vlhkosti spalin
 
Tab. 1. Maximální povolené koncentrace vybraných agresivních látek (N – údaj neuveden)