Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Příklady úloh měření vlhkosti plynů (část 1)

Přihlédne-li se k rozsahu použití technických plynů, medicinálních plynů a rovněž stlačeného vzduchu, lze konstatovat, že projektanti a technologové v daném oboru to nemají jednoduché. Jednak mnohdy není technické zadání měření vlhkosti plynu plně podloženo zadáním požadovaných hygrometrických parametrů a jednak se často objevuje nepochopení vhodnosti použití jednotlivých hygrometrických veličin. Tento příspěvek k dané problematice si klade za cíl popsat některé příklady z praxe a zásady v oboru měření vlhkosti plynů.
 

Oblasti měření vlhkosti plynů

 
Rozsah oblastí měření vlhkosti plynů ukazuje obr. 1. Z uvedených hodnot teploty rosného bodu (bodu ojínění) a jim odpovídajících koncentrací vodní páry udaných směšovacím poměrem (ppmv) daných specifickými požadavky technologického procesu je zřejmé, že každá zde uvedená oblast klade jiné kvalitativní požadavky na vlastní měřicí systém a s tím související měřicí trakt.
 
Mnohdy není ani exaktně známo, ve které části oboru měření vlhkosti se daný technologický proces bude pohybovat. Buď jde o údaje v projektu neuvedené, nebo teprve budou měřením v daném technologickém zařízení zjištěny. Potom nezbývá, než vyvinout úsilí k získání hygrometrických hodnot technologického procesu, které umožní zvolit vhodný měřicí rozsah a také rozhodnout, jaký měřicí systém bude dané úloze vyhovovat, a to jak po stránce přesnosti měření, tak z hlediska nákladů na pořízení a údržbu.
 
Pro první orientaci může dobře posloužit závislost maximální absolutní vlhkosti (g/m3) vztažené k maximální hodnotě teploty, která se v dané technologii může vyskytnout – viz obr. 2. Například v sušárně cihelných výrobků při provozní teplotě +80 °C bude v průběhu sušení ve vzduchu vždy méně než 291 g/m3 vodní páry. Nebo při nasávání vzduchu zvenčí do zařízení pro jeho vysoušení nemůže být obsah vodní páry za letních teplot zhruba +35 °C a po bouřce při přibližně 90% relativní vlhkosti větší než asi 35 g/m3. V tom případě stačí zvolit rozsah měření teploty plynu do +50 °C a teploty rosného bodu do +40 °C, to vše vztaženo k atmosférickému tlaku 101,3 kPa.
 

Příklady z praxe

 
Mnoho úloh je komplikováno tím, že se v daném zařízení nevyskytuje takový přetlak plynu, který by umožnil jeho dopravu k měřicímu systému. Tedy nezbývá, než si pomoci vhodným čerpadlem. Na obr. 3 je schematicky znázorněna pec, do které je vháněna směs plynů určených k úpravě výrobků. Požadavkem technologického procesu je určitá vlhkost plynů v peci. Pro její změření a udržování je nutné pecní atmosféru kontinuálně „odtahovat“ přes filtr pevných částic do průtočné komůrky s našroubovanou měřicí sondou a membránovým čerpadlem ji vracet zpět.
 
Komplikace nastává také v případě plynu teplého a velmi vlhkého. U něj vznikají problémy s kondenzací vodní páry v něm obsažené. Jde např. o měření vlhkosti bioplynu. Bioplyn může mít teplotu do +50 °C a teplota okolí, a tím také teplota součástí měřicího traktu, bývá nižší, takže vodní pára obsažená v plynu má ideální podmínky pro kondenzaci, která může měření znemožnit.
 
V takovém případě, jak ukazuje obr. 4, je nutné přistoupit k tepelné izolaci měřicího traktu. Tam, kde izolace sama o sobě nestačí, je nutné teplotu traktu zvýšit jeho dodatečným elektrickým ohřevem.
 
Opačný problém nastává, jestliže je např. suchý vzduch o vysoké teplotě, přibližně +120 °C, použit k sušení granulátu v plastikářské výrobě. Tehdy je nutné vzduch proudící k měřicí sondě ochladit výměníkem typu plyn-vzduch (na obr. 5), popř. s ofukováním lamel. Zde zpravidla nebezpečí kondenzace vodní páry nehrozí, protože vzduch bývá vysušen na teplotu bodu ojínění nižší než –40 °C.
 
Měření vlhkosti stačeného plynu v obtoku (by-pass) je častou úlohou u velkých potrubí s velkými průtoky plynu. Tehdy je vhodné pro zaručení nepřetržité dodávky plynu zajistit, aby bylo možné měřicí sondu vyjmout ke kalibraci bez nutnosti uzavřít hlavní průtok. Průtok plynu měřicím traktem zajišťuje rozdíl tlaků Δp, jak je schematicky uvedeno na obr. 6, jehož se dociluje vloženou clonou, lamelou apod.
 
Velmi složitou úlohou je měření vlhkosti prostředí ve vakuové peci čerpané rotační vývěvou. Požadavky na měřicí systém jsou značné. Především musí být schopen stabilně pracovat v širokém rozmezí teplot rosného bodu (bodu ojínění). V uvedeném záznamu měření vlhkosti, teploty a tlaku na obr. 7 se hodnoty teploty bodu ojínění pohybují v rozmezí hodnot nižších než –80 °C při evakuaci prostoru až do hodnot vyšších než +20 °C teploty rosného bodu při napouštění pasivačního plynu. Měřicí sonda v tomto případě musí být umístěna tam, kam nemají přístup výpary ze vsázky, které se mohou usazovat na propustné elektrodě senzoru měřicí sondy. Tento ideální stav je v praxi nedosažitelný, a tak je třeba počítat s častější očistou a rekalibrací senzoru sondy.
 
Literatura:
[1] AMBERG, J.: Feuchte in Druckluft unter Kontrolle. Sensor Report, 2/2003.
[2] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 1. část. Automa, č. 3/2006.
[3] KLASNA, M.: Měření stopové vlhkosti plynů – 2. část. Automa, č. 4/2006.
[4] KLASNA, M.: Technika měření vlhkosti plynů – měření v prostředí s nebezpečím výbuchu. Automa, č. 3/2007.
[5] KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 1. část. Automa, č. 12/2007.
[6] KLASNA, M.: Měření vlhkosti plynů v extrémních podmínkách – 2. část. Automa, č. 3/2008.
[7] KLASNA, M.: Měření vlhkosti stlačeného vzduchu. Automa, č. 11/2008.
[8] KLASNA, M.: Teplotní součinitel při měření relativní vlhkosti plynů. Automa, č. 3/2009.
[9] KLASNA, M.: Experimentální porovnání metod měření vlhkosti medicinálních plynů. Automa, č. 8-9/2010.
 
Ing. Miloš Klasna, CSc.,
Ing. Pavel Láznička,
 
Obr. 1. Oblasti měření vlhkosti plynů
Obr. 2. Graf závislosti nasycení vzduchu vodní parou při dané teplotě
Obr. 3. Měření vlhkosti pecní atmosféry
Obr. 4. Měření vlhkosti bioplynu
Obr. 5. Tepelný výměník plyn-vzduch pro ochlazení měřeného plynu
Obr. 6. Měření vlhkosti plynu v obtoku hlavního potrubí
Obr. 7. Záznam měření vlhkosti prostředí vakuové pece
Obr. 8. Průtočná komůrka MK 2015N s měřicí sondou HTP-7512 teploty rosného bodu a teploty plynu