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专栏 Column 68数字化电厂 1前言 压缩空气系统是指大气压力的空气被压缩并以较 高的压力输给气动系统。压缩空气是发电厂内重要的动 力介质。与其它动力源相比，它具有清晰透明、输送方 便、没有特殊的有害性能、没有起火危险、不怕超负 基于改善压缩空气品质提高自动化 元件可靠性中露点仪的使用探讨 徐州华润电力有限公司 马其林 Discussion on The Use of Dew-point Hygrometer Based on Improving Compressed Air Quality 摘要：介绍徐州华润电力有限公司对解决压缩空气含水量过大而引发热 工气动元件故障率提高，在空压机出口母管加装空气露点仪用以监视压 缩空气露点，对压缩空气品质进行预判，提前采取必要措施，降低热控 元件的故障率，提高设备使用可靠性。 关键词：压缩空气；露点；DRYCAP Abstract: This paper introduces the measure, namely installing new air dew-point instrument at the outlet header pipe of air compressor, taken by China Resources Power (Xuzhou) Co., Ltd. to solve the increased failure rate of thermotechnical pneumatic components caused by compressed air with excessive moisture, thus monitoring the compressed airs dew point, predicting compressed air quality, taking necessary measures in advance, reducing the failure rate of components as well as enhancing the operational reliability of equipment. Key words: Compressedair; Dew point; DRYCAP 荷、能在许多不利环境下工作、资源丰富、取之不尽等 特点。但压缩空气中包含水份等杂质，它们是设备、管 道和阀门锈蚀的根本原因，冬天结冰还会阻塞气动系统 中的小孔通道，含有水份的压缩空气与自动化接触也会 引发设备故障，导致不良的后果。 徐州华润电力有限公司（一期为2320MW机 组，二期为2320MW机组，三期为21000MW机 组）一二三期空气压缩机分别采用的是英格索兰、寿 力、阿特拉斯品牌。 2设备现状 2.1设备现状 由于压缩空气的品质影响，热控自动化元件每年 均有因含水含油过高而产生故障，尤其是在温度较低的 冬天，故障率会大幅度提高。最直接体现为电磁阀、定 位器等以压缩空气为动力介质的元件的故障损坏。 现将近一年因电磁阀和定位器损坏而引发的设备 问题统计如表1、表2所示。 表1 2015年4月2015年10月故障表 序号原因发生次数总缺陷数量发生频率 1电磁阀坏6629.68% 2定位器坏4626.45% 万方数据 2017.12 AUTOMATION PANORAMA69 表2 2015年11月2016年3月故障表 序号原因发生次数总缺陷数量发生频率 1电磁阀坏86711.94% 2定位器坏76710.45% 2.2要因确定 根据此表可反应出，由于气源品质不佳，因自动化 元件损坏而发生的缺陷率占比较高。尤其在冬季，气温 较低，水份更容易析出，缺陷发生率进一步增加。 空气露点 空气露点，又称露点温度，在气象学中是指在固定 气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态 水所需要降至的温度。在这温度时，凝结的水飘浮在空 中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露，因而得名露 点。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温 度叫露点温度。 露点温度本是个温度值，可为什么用它来表示湿度 呢？这是因为，当空气中水汽已达到饱和时，气温与露点 温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温 度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱 和的程度。气温降到露点以下是水汽凝结的必要条件。 露点表示气体中的含水量，露点越低，表示气体 中的含水量越少，气体越干燥。露点和压力有关，因此 又有大气压露点（常压露点）和压力下露点之分。大气 压露点是指在大气压力下水份的凝结温度，而压力下露 点是指该压力下的水份凝结温度，两者有换算关系（图 1换算表），如压力0.7Mpa时压力露点为5，则相应 的大气压（0.101Mpa）露点则为-20。在气体行业 中，若无特殊说明，所指的露点均为大气压露点。压力 露点与常压露点的关系曲线如图1所示。 为更好地监视压缩空气品质，以降低由于压缩空气 中含水对热控元件造成损坏。对长期困扰的这一问题进 行分析和研究，决定对压缩空气品质进行实时检测以对 防止元件损坏进行预先判断。 4露点仪 为了更加直观地检测压缩空气，对其品质进行实 时的判断，在压缩空气的母管上增加露点仪是必要的。 增加露点仪比湿度仪的优点在于可以通过温度显示，直 观的判断出现在的压缩空气品质是否达到合格值，如果 现有露点低于或接近于环境温度，则压缩空气中的水份 即将或已经析出，对热工的元件造成影响甚至损坏，必 须采取一系列的措施来预防和检查。从而达到预防设备 损坏甚至异常的目的。 4.1测量方法 现今测量露点普遍采用的方法有三种：冷镜法， 金属氧化物法和聚合物法。 冷镜法：国标GB5832.2作了以下描述：使被测气 体在恒定的压力下，以一定的流量流经露点仪测定室中 的抛光金属镜面。该镜面的温度可以人为的降低并可精 度测量，当气体中水蒸气随着镜面温度逐渐降低而达到 饱和时，镜面上就会出现结雾，此时所测到的温度即为 零点。其优点是能够在测量范围内取得较高的精度，但 缺点是使其极易受镜面污染物和灰尘的影响从而影响精 度，所以该方法露点仪往往附加许多额外设备提供镜面 清洗所以造成整套设备比较昂贵。 图1 压力露点与常压露点的关系曲线 万方数据 专栏 Column 70数字化电厂 金属氧化物传感器：传感器内芯片为一高纯铝棒 通过电化学方法表形成氧化铝薄膜，在薄膜上淀积一层 多孔金膜，该金膜与内芯之间形成电容，由于多孔膜吸 水的特性，当水蒸气被吸入其中时，导致电容的数值发 生变化，检测放大该电容变化信号即可得到对应的温度 值。优点是可以测量范围较宽，可以测量很低的露点， 缺点是长期稳定性差且不能在线标定，只能送到生产 厂家实验室进行标定，使用工作量比较大。 高分子聚酯薄膜传感器，由电容型聚合物薄膜测 湿度传感器及电阻型测温传感器组成，湿度传感器测 量被测气体中的水分，从而测出相对湿度，测温传感 器测量气体中的温度，通过测温测湿两个参数计算出 露点值，它反映迅速、不受凝结水和其他污染物的影 响、零点漂移较小，是理想的露点测量产品选择。 4.2工作原理 根据高分子聚酯薄膜传感器测量方法，我们选取 带有DRYCAP传感器的芬兰VAISALA露点仪。 VAISALA露点仪的DRYCAP传感器拥有两项功 能：电容式薄膜聚合物传感器和自动校准功能。 电容式薄膜聚合物传感器在当周围湿度增加或减 少时，传感器的薄膜聚合物能够吸收或释放水蒸汽。 聚合物的介电特性随着传感器周边湿度的变化而变 化，传感器电容因之发生变化。电容可转换为湿度读 数。测温传感器测量测湿传感器的表面温度，仪器内 置的微处理器从这两个参数计算出露点。测湿、测温 传感器通过金属膜背靠背紧密靠近，这样一方面使得 测温传感器能够准确测得湿度传感器所处温度，另一 方面通过金属膜的作用大大减小了由于外部电场作用 产生的感应电容，从而提高了测量精度。 在自校准过程中，测温电阻将DRYCAP探头加温 到高于环境温度10后自然冷却，在冷却过程中仪器 测量DRYCAP实时温度和相对湿度。根据公式： 其中RH为仪器测量值， 为直线在Y轴上截距， 为 此刻待测气体中水气分压（假设是一定值），为饱和 水气压。 可由几组不同温度时推出一拟合直线，并推出该 拟合直线在Y轴上的截距。即温度无穷高时，传感器 所测相对温度偏移开零点的值。在确定后即可进行准 确的RH计算，从而准确计算出露点。当相对湿度低于 10%时，系统自动执行自校准功能，此时上次的输出参 数被锁定，校准后系统即可输出测量值。自校准功能也 可以以时间间隔方式启动（通常为6小时）。如果在校 准过程中温度或露点测量值不稳定，即环境影响降温过 程或假设的为一常数条件不满足，自校准功能将会在设 定的时间间隔后又一次执行，依次类推，直至温度和露 点温度稳定后才输出真实露点。 自动校准功能实现了低露点测量稳定性的优化， 在程序化的自动校准过程中，传感器被定期加热，在 传感器冷却至环境温度的过程中测得湿度和温度，进 而对任何可能的零点漂移进行补偿修正。这一功能让 DRYCAP传感器能够长时间获得精确的测量数据，减 少了维护需求。 图2 DRYCAP传感器 图3 DRYCAP传感器结构 4.3安装方法 该露点仪探头安装比较简单方便，自带球阀，在 被测量处开孔焊接即可。同时拥有在线插拔探头的优 点，可在压缩空气压力为5Mpa以内，正常将测量探头 万方数据 2017.12 AUTOMATION PANORAMA71 参考文献： 1 GB/T 5832.2-2008, 气体中微量水分的测定 第2部分：露点法S. 2 GB/T 4830-2015, 工业自动化仪表 气源压力范围和质量S. 3 维萨拉公司. DRYCAP露点传感器技术简介Z. 2012. 取出和回装，不会因为压力过高而安装不上。此为该 产品一项发明专利，针对电力系统来说比较实用，根 据这个特点可以将该探头安装在压缩空气的母管等较 特殊的位置上。 解决与实施 经过对该露点仪的研究，认为其具有精确、易 用、维护量小、易安装的特点，决定在空压机出口母管 上加装该露点仪并在DCS画面上进行显示。就地二次表 可显示“露点”、“含水量”、“温度”等参数，并将 关键参数“露点”远传到DCS系统，可为公司的压缩空 气品质提供科学客观的参考。 为降低此类原因发生对热工自动化元件的影响， 从热控专业角度出发，可采取如下措施： （1）提供空压机出口空气品质的检测； （2）根据对露点的检测及时与相关专业沟通提高 压缩空气品质； （3）在压缩空气露点较高时期加强对现场设备的 巡视，及时排水。 图4 露点仪二次表 图5 露点仪二次表 6现有效果 表3 2016年4月2016年10月故障表 序号原因发生次数总缺陷数量发生频率 1电磁阀坏4577.01% 2定位器坏3575.26% 表2 2016年11月-2017年1月故障表 序号原因发生次数总缺陷数量发生频率 1电磁阀坏5529.61% 2定位器坏3525.76% 通过对压缩空气露点的有效监视，针对压缩空气 在不同时期的品质不同，加强对相关设备的维护，对热 控元件进行防水预防，如过滤减压阀排水等措施，可从 表3看出，相关缺陷的数量和总缺陷比例与上一年同期 均有明显的降低。 结果：通过分析论证，我们判断出对热控设备造成 影响的主要原因，相应对关键的参数提出了监视的手段， 同时利用机组检修的机会，把我们的措施进行了实施，对 压缩空气品质进行实时监测，并针对实时数据提前预判， 对热工元件的保护提供预防性措施，通过时间的验证，这 些措施都起到了非常有效的作用。AP 作者简介： 马其林 （1982-），男，工程师，本科，现就职于徐 州华润电力有限公司，研究方向是热控自动化。 万方数据