Прежде, чем приступить к практической части необходимо разобраться в некоторых теоретических аспектах. Если говорить о влажности газов, то надо разобраться, что такое точка росы и зачем контролировать температуру точки росы в технологических газах? Температура точки росы – значение температуры газа, при которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды. Иными словами точка росы — это температура, до которой должен охладиться газ, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.

Вода входит в состав большинства неметаллических материалов. Оказывая существенное влияние на физико-химические и физико-механические свойства веществ, содержание влаги является одним из важнейших показателей качества продукции. Поэтому контроль влажности играет важную роль при управлении технологическими процессами в перерабатывающей промышленности (влажность руд, пищевых концентратов и сыпучих материалов) и при производстве строительных материалов. Кроме того, многие продукты (зерно, цемент и др.) только при определённой влажности являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность растений и животных организмов также зависит от влажности и ее необходимо поддерживать на заданном уровне. Например, зимой относительная влажность воздуха в помещении, в котором поддерживается температура 20 °С, при наружной температуре минус 10 ºС и относительной влажности 100% составит всего 13%, в то время как комфортным считается значение 60%.

При определении влажности газов все существующие методы можно условно разделить на два типа - прямые и косвенные методы измерения влажности. В прямых методах измерения производится непосредственное разделение исследуемого объекта на сухой материал и влагу. Косвенные методы позволяют измерять физические величины, функционально связанные с влажностью материала. Прямые методы характеризуются высокой точностью, но из-за продолжительности используются в основном при лабораторном анализе. Косвенные методы характеризуются высокой скоростью анализа, но их точность ниже, чем прямых методов, поэтому используются в технологических измерениях.

В производственной программе компании «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) разработка и производство адсорбционных, хемосорбционных и каталитических установок очистки газов является одним из основных направлений. Адсорбционные процессы очистки осуществляются как при комнатной температуре, так и при температуре жидкого азота или жидкого аргона (криоадсорбционные установки). Регенерация осуществляется как сбросом давления и вакуумированием (короткоцикловые процессы), так и методом высокотемпературной регенерации (продувка адсорбента нагретым газом). В хемосорбционных установках восстановление контактной массы осуществляется продувкой подогретой водородсодержащей газовой смесью.

Эти установки широко применяются в микроэлектронике, авиации для заполнения оптических систем, фармацевтике и других отраслях промышленности, в которых требуется контролировать остаточное содержание влаги и газов-примесей, таких как кислород в миллионных и биллионных долях. Наличие в газе влаги и кислорода при работе с микроэлектроникой (например, при пайке электронных микрокомпонентов) просто не допустимо, поэтому в своих блоках осушки мы используем специальные анализаторы микровлажности, способные производить измерения на уровне миллионов долей. Наша компания применяет в своих решениях только лучшее проверенное оборудование и комплектующие компаний с мировым именем. Это относится как к компонентам российского, так и зарубежного производства. Благодаря применению самых современных решений и комплектующих нам удается создавать блоки осушки технологических газов с высокой степенью очистки от влаги.

При разработке аналитических систем контроля содержания микровлажности в газах мы отдаем предпочтение датчикам микровлажности российской научно - производственной компании «Эксис». В настоящее время для определения содержания влажности получил широкое применение сорбционно-импедансный метод. Преимуществом этого метода и типов датчиков, основанных на этом методе измерения влажности, является высокая чувствительность (в некоторых случаях нижний предел обнаружения составляет единицы ppb). Датчик влажности такого типа действует на основе зависимости полного сопротивления (импеданса) влагочувствительного слоя сорбента от количества адсорбированной им влаги. В большинстве случаев эквивалентная схема этих первичных преобразователей может быть представлена в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора.

Для измерения малых концентраций влаги лучше всего подходят сорбционные датчики, основанные на пьезосорбционном и сорбционно-импедансном методе измерения. Именно на этом методе основаны датчики влажности, которые мы применяем в своих установках осушки. Данные датчики влажности возможно изготовить средствами технологии микроэлектроники, что также можно отнести к преимуществам этих методов измерения. Основным элементом сорбционного датчика, независимо от способа преобразования и регистрации сигнала, является слой вещества, способный в условиях измерений при контакте с исследуемой средой обратимо сорбировать пары воды. Данные датчики влажности, как правило, применяются вместе с датчиками температуры. Это необходимо для повышения точности измерений, пересчета единиц измерения влажности (%, ppm, оСт.р. и др.) и получения значений абсолютной и относительной влажности. Благодаря этому можно получать данные не только о содержании влаги в анализируемом газе, но и о температуре этого газа. Данные о содержании влаги и температуре газа выводятся на графическую панель оператора или на отдельный прибор – измеритель - регулятор, установленный в шкафу управления блоком осушки.

На рисунке 1 представлена мнемосхема с графической панели оператора системы управления установкой хемосорбционной осушки и удаления кислорода из аргона, разработанной компанией MV&F.

Применение графических сенсорных панелей с мнемосхемой процесса в системе управления блоками осушки, производимых компанией MV&F, позволило упростить процесс мониторинга параметров процесса, а также упростить процесс управления самими блоками осушки. На графическую сенсорную панель выводится вся необходимая информация о температуре, давлении газа в адсорберах, состоянии управляемой запорной арматуры, аварийных сигналах, времени регенерации и времени работы адсорберов, а также самые главные показания данных установок – температуры точки росы подаваемого в блок осушки газа (параметр МТ1) и температуры точки росы осушенного газа на выходе из установки осушки (параметр МТ2).

Датчики микровлажности «Эксис» с унифицированным токовым сигналом 4-20мА хорошо интегрируются в систему управления установкой осушки, разработанную MV&F. Блок осушки водорода с интегрированными датчиками микровлажности представлен на рисунке 2.

В данном блоке осушки применены датчики измерения микровлажности водорода, унифицированный токовый сигнал которых поступает в систему питания и управления блоком осушки. Для контроля утечек водорода в блоке осушки установлен термокаталитический газоанализатор водорода. В случае утечки водорода система управления незамедлительно перекроет отсечной клапан подачи водорода и включит местную и/или дистанционную светозвуковую сигнализацию. Опционально есть важность передачи данных на верхний уровень АСУ по цифровому интерфейсу, аналоговым или дискретным сигналам в зависимости от требования Заказчика. Для мониторинга влажности газа, без наличия «лишней» информации на панели оператора существует возможность активации упрошенной мнемосхемы с выводом самых основных параметров процесса осушки газа. Данная упрощенная мнемосхема представлена на рисунке 3.

В установках осушки, где не требуется использование программируемых логических контроллеров (ПЛК) и графических панелей оператора для управления и мониторинга параметров процесса нами применяются отдельные приборы индикации и регулирования параметров без общей системы сбора и обработки данных - измерители-регуляторы. В установках осушки такого типа используются измерители микровлажности «Эксис» в комплекте со вторичным прибором индикации.

На рисунке 4 представлен блок осушки азота с отдельно встроенными вторичными приборами для индикации микровлажности газа на входе в установку осушки и на выходе из нее.

Для контроля содержания микроконцентраций кислорода в технологических газах на выходе из хемосорбционных установок мы применяем газоанализатор Флюорит-ЦМ, производства компании «Опытно-Конструкторское Бюро Автоматики». В основе данного анализатора лежит твердоэлектролитный потенциометрический метод измерения. Преимущество данного метода измерения по сравнению с термомагнитным методом состоит в том, что газоанализаторы, работающие на данном методе измерения более чувствительны к кислороду (на уровне 0.01 ppm), основная погрешность измерений является относительной, время отклика составляет всего 1 секунду, давление анализируемого газа до 6 бар, большой срок службы чувствительного элемента – до 3-5 лет. Газоанализатором Флюорит-ЦМ мы комплектуем поставляемое нами оборудование, а также данный газоанализатор активно применяется нашими специалистами для контроля содержания кислорода при испытаниях изготовленных нашей компанией блоков осушки и очистки от кислорода инертных газов.

Одним из направлений деятельности компании MV&F является разработка, производство с последующим монтажом и обслуживанием газового оборудования для лабораторных целей, таких как:

• системы обеспечения технологическими газами и газами высокой чистоты (разрядные рампы, газовые щиты и другое);
• установки подготовки, осушки и очистки газов;
• установки для анализа газов с применением лучших отечественных и зарубежных газоанализаторов.

На рисунке 5 представлена установка очистки с аналитическими приборами для измерения микровлажности и микросодержания кислорода в газообразном азоте. Открытый монтаж упрощает доступ и обслуживание компонентов установки.

В состав аналитической части данного блока осушки входит измеритель микровлажности компании «Эксис» с выносным вторичным показывающим прибором и газоанализатор микроконцентрации кислорода «Флюорит-ЦМ».

Одна из установок для пробоподготовки и анализа состава азота, разработанная компанией MV&F на базе газоанализаторов лучших мировых компаний Siemens и GeneralElectric представлена на рисунке 6.

Для контроля загазованности воздуха производственных и лабораторных помещений компанией MV&F разрабатываются и монтируются системы контроля на основе лучших отечественных и зарубежных газоанализаторов. Более подробная информация про данные системы контроля загазованности представлена в статье «Безопасность людей – главная задача современной промышленности», опубликованной в журнале «Gasworld Россия и СНГ», выпуск №53 «Безопасность», декабрь 2016 год, с которой можно ознакомиться на сайте издательства gasworld.ru в разделе «Статьи».

Доверьте решать Ваши вопросы, касающиеся анализа технологических газов профессионалам, сэкономив тем самым свое драгоценное время и средства.

Специалисты компании MV&F окажут профессиональную помощь в решении проблем и помогут как конечным потребителям, так и проектным и монтажным организациям.