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露點(diǎn)測量的壓力影響:常壓測量與帶壓測量的差異

來源:北京康高特儀器設(shè)備有限公司 發(fā)布時(shí)間:2026-10-21 10:21:51 作者: 瀏覽次數(shù):7665次 分類:技術(shù)文章

文章概述: 露點(diǎn)的定義在 JJF 1012-2007 的 2.17 條里帶著等壓兩個(gè)字:在等壓條件下將氣體冷卻,水蒸氣冷凝成水并達(dá)到相平衡時(shí)的氣體溫度。2.18 條給霜點(diǎn)下了平行定義,兩者以冷凝物相態(tài)區(qū)分,不以溫度高低區(qū)分。GB/T 5832.2-2016 第 3 章把冷鏡法的原理寫成恒定壓力氛圍中鏡面逐步冷卻,氣體和其中水分的分壓保持不變直至飽和成露。鏡子讀到的是分壓。ISO 6327:1981 的 3.2 條同樣寫明樣氣水蒸氣分壓即觀測露點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓,前提是濕度計(jì)內(nèi)壓力與取樣時(shí)相同。 DL/T 506-2018 附錄 A 的換算式是體積比等于露點(diǎn)下的飽和水蒸氣壓除以測量系統(tǒng)總壓力再乘十的六次方。以常壓露點(diǎn)負(fù) 20 攝氏度為例,對(duì)應(yīng)飽和水蒸氣壓一百零三點(diǎn)二四帕,體積比約一千零一十九微升每升。同一份氣樣在 0.7 兆帕下測,露點(diǎn)升到正 2.1 攝氏度,差二十二開爾文,壓到 1 兆帕差二十七開爾文。反向換算時(shí),0.7 兆帕下讀到 0 攝氏度對(duì)應(yīng)常壓負(fù) 21.6 攝氏度。附錄 B 給過冷卻水與冰面兩張表,負(fù) 10 攝氏度處差二十七帕,負(fù) 20 攝氏度處差二十二帕,常壓下約合兩百微升每升的體積比差別。附錄 C 的溫度折算表只適用于常壓測量結(jié)果,帶壓結(jié)果須先按附錄 A 換算。 規(guī)程第 7 章推薦常壓測量,理由落在判據(jù)口徑、壓力隨取氣下降、相態(tài)三處。常壓這一側(cè)要盯大氣壓波動(dòng)與管路溫度,JJG 499-2021 的 6.1.1.2 條要求環(huán)境大氣壓波動(dòng)不超過 200 帕每小時(shí),6.1.1.1 條要求管路溫度高于露霜點(diǎn) 5 攝氏度以上。帶壓這一側(cè)的偏差來自減壓溫降、壓力取值、管壁記憶效應(yīng)。GB/T 22634-2008 的關(guān)聯(lián)式只在露點(diǎn)負(fù) 15 攝氏度至正 5 攝氏度、絕壓 0.5 兆帕至 10 兆帕內(nèi)被確認(rèn),往外推沒有落腳點(diǎn)。 產(chǎn)品落點(diǎn):朝露冷鏡式露點(diǎn)儀常規(guī)氣體量程負(fù) 65 攝氏度至正 20 攝氏度,注明為大氣壓環(huán)境下的值,產(chǎn)品頁明示氣體壓力高于大氣壓時(shí)實(shí)測露點(diǎn)溫度會(huì)相對(duì)偏高。精度在負(fù) 40 攝氏度至正 20 攝氏度區(qū)間不大于正負(fù) 0.2 攝氏度,重現(xiàn)性不大于正負(fù) 0.1 攝氏度,工作壓力 10 毫巴至 10 巴,流量 20 至 30 升每小時(shí),測量參數(shù)直接給出微升每升體積比。報(bào)告字段留五項(xiàng),即測量壓力、體積比口徑、相態(tài)及冷凝物形態(tài)、取氣條件、大氣壓及環(huán)境溫度。字段不多。漏一項(xiàng)便復(fù)算不出來。

一、露點(diǎn)由分壓定,壓力卻在換算式里

同一臺(tái)罐里的氣,在設(shè)備本體上測得的露點(diǎn),與放氣減壓之后測得的露點(diǎn),會(huì)差出二十開爾文上下。這個(gè)差別不是儀器不準(zhǔn),這兩個(gè)數(shù)字本來不屬于同一個(gè)壓力。

露點(diǎn)的定義在 JJF 1012-2007 的 2.17 條寫得清楚:在等壓的條件下將氣體冷卻,當(dāng)氣體中的水蒸氣冷凝成水并達(dá)到相平衡狀態(tài)時(shí)的氣體溫度。定義里帶等壓兩個(gè)字,說明露點(diǎn)這個(gè)量是附著在某一個(gè)壓力上的。同一條文的 2.18 條給霜點(diǎn)下了平行的定義,兩者以冷凝物的相態(tài)區(qū)分,不以溫度高低區(qū)分。

冷鏡式儀器測到的是水蒸氣分壓。GB/T 5832.2-2016 第 3 章的原理原文是這樣描述的:將一置于恒定壓力氣體氛圍中的光潔金屬鏡面逐步冷卻降溫時(shí),氣體和氣體中水分的分壓保持不變,直至氣體中的水分達(dá)到飽和而在鏡面形成露。鏡子讀到的是分壓,不是總壓,這一點(diǎn)決定了后面所有換算的走向。ISO 6327:1981 的 3.2 條把同一件事說得更直接:樣氣中的水蒸氣分壓即為觀測露點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓,前提是濕度計(jì)內(nèi)氣體壓力與取樣時(shí)相同。該條同時(shí)寫明,這類濕度計(jì)可在總壓大于或等于大氣壓的系統(tǒng)中不經(jīng)校準(zhǔn)測定水蒸氣壓力,方法本身帶有基準(zhǔn)測量的性質(zhì)。

分壓與總壓的關(guān)系式只有一條:分壓等于水的摩爾分?jǐn)?shù)乘總壓。氣體從設(shè)備里放出來,摩爾分?jǐn)?shù)不變,總壓降了兩個(gè)數(shù)量級(jí),分壓按同一比例往下走,露點(diǎn)隨之降低。反過來,在設(shè)備壓力下測,分壓被總壓抬起來,讀數(shù)自然偏高。壓力從定義之外的地方進(jìn)了結(jié)果。

二、同一團(tuán)氣,兩個(gè)露點(diǎn)

把這個(gè)關(guān)系算成數(shù),量級(jí)一目了然。取一份氣樣,它在常壓下的露點(diǎn)為負(fù) 20 攝氏度,按 DL/T 506-2018 附錄 B 的冰面表,對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓為一百零三點(diǎn)二四帕,除以大氣壓十萬一千三百二十五帕,體積比約一千零一十九微升每升。這一千零一十九是不隨壓力變化的量。

把同一份氣樣放到不同總壓下去測,摩爾分?jǐn)?shù)不變,分壓隨總壓成比例變化,露點(diǎn)跟著走:

表1 同一氣樣在不同測量壓力下的露點(diǎn)(常壓露點(diǎn)負(fù) 20 ℃,體積比約 1019 μL/L)

測量壓力(絕壓)水蒸氣分壓該壓力下的露點(diǎn)與常壓值之差
101.325 kPa(大氣壓)103.2 Pa負(fù) 20.0 ℃基準(zhǔn)
0.20 MPa203.8 Pa負(fù) 12.7 ℃7.3 K
0.50 MPa509.4 Pa負(fù) 2.2 ℃17.8 K
0.70 MPa713.2 Pa正 2.1 ℃22.1 K
1.00 MPa1018.9 Pa正 7.3 ℃27.3 K

0.7 兆帕這一行值得多說一句。SF6 開關(guān)設(shè)備的額定壓力多落在這個(gè)量級(jí),GIS 與其他氣體絕緣設(shè)備也相近,同一份氣在這一壓力下的露點(diǎn)比常壓值高出二十二開爾文,壓到 1 兆帕差距到二十七開爾文。表里的數(shù)說明一件事:設(shè)備在本體壓力下測得的露點(diǎn),與放氣之后在常壓下測得的露點(diǎn),是同一份氣的兩個(gè)合法讀數(shù),差別不來自儀器,也不來自操作,來自壓力本身。換個(gè)說法,一份在常壓下判為合格的氣,若在帶壓狀態(tài)直接讀露點(diǎn),讀數(shù)可能越過分界線。

反方向同樣成立。在 0.7 兆帕下讀到露點(diǎn) 0 ℃ 的氣樣,換算到常壓是負(fù) 21.6 ℃,在 1 兆帕下讀到 0 ℃ 時(shí),常壓值是負(fù) 25.2 ℃。帶壓讀數(shù)越高,減壓后的落差越大。

體積比這一端的不變性,正是判據(jù)選它的理由。設(shè)備里水分的總量不隨壓力變化,用體積比描述,測一次便是一次存量,用露點(diǎn)描述,同一份氣在不同壓力下能給出一串?dāng)?shù)。現(xiàn)場把兩次測量的露點(diǎn)拿來比,若兩次的測量壓力不同,比的其實(shí)是兩個(gè)不同的量。

這里的換算沒有引入任何經(jīng)驗(yàn)修正,只有一條分壓等于摩爾分?jǐn)?shù)乘總壓,加上飽和水蒸氣壓與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。露點(diǎn)這一端的數(shù)字在變,體積比那一端的數(shù)字不變,這便是兩種測量結(jié)果能夠互相翻譯的全部依據(jù)。

三、DL/T 506-2018 的附錄 A:壓力在分母上

SF6 電氣設(shè)備這一側(cè)的現(xiàn)行方法依據(jù)是 DL/T 506-2018《六氟化硫電氣設(shè)備中絕緣氣體濕度測量方法》,2018 年 6 月 6 日發(fā)布、10 月 1 日實(shí)施,代替 2007 版。它的附錄 A 把換算式寫得極簡:體積比等于露點(diǎn)下的飽和水蒸氣壓除以測量系統(tǒng)總壓力,再乘十的六次方,記作 Vr 等于 ed 除 Pt 乘十的六次方。

式子里的三個(gè)量各有講究。ed 是露點(diǎn)下的飽和水蒸氣壓,查附錄 B 的表得到。Pt 是測量系統(tǒng)總壓力,取測量那一刻的實(shí)值,Vr 是體積比,單位微升每升。附錄 A 同時(shí)給了重量比與相對(duì)濕度的式子,其中相對(duì)濕度等于 ed 除環(huán)境溫度下的飽和水蒸氣壓,這一條與環(huán)境溫度強(qiáng)相關(guān),與總壓無關(guān)。

壓力在分母上,意味著它的誤差按比例進(jìn)結(jié)果。總壓讀差百分之一,體積比跟著差百分之一。常壓測量時(shí)這個(gè)分母是大氣壓,讀一次氣壓計(jì)便定下來。帶壓測量時(shí)分母是設(shè)備壓力,取設(shè)備上那塊表的讀數(shù),還是減壓之后在儀器入口處實(shí)測,現(xiàn)場這兩種做法給出的分母往往差出不少。

ed 這一端還要處理插值。附錄 B 的表按溫度給,檢定點(diǎn)之間要內(nèi)插。常用的 Magnus 經(jīng)驗(yàn)式在 0、負(fù) 10、負(fù) 20 攝氏度三點(diǎn)上算出的值與冰面表相差都在零點(diǎn)零三帕以內(nèi),用來做內(nèi)插估算夠用,正式報(bào)告仍應(yīng)查表。本文表 1 里的露點(diǎn)值即按這一路子算出,屬估算,不屬標(biāo)準(zhǔn)給值。

表2 把三個(gè)量與常見錯(cuò)法擺在一起。

表2 ed、Pt、Vr 三個(gè)量及常見錯(cuò)法

量怎么取常見錯(cuò)法
ed 飽和水蒸氣壓按露點(diǎn)查附錄 B 的表,先定相態(tài)再選表過冷卻水表與冰面表混用
Pt 測量系統(tǒng)總壓力取測量時(shí)的實(shí)值,帶壓與常壓的分母不同用設(shè)備銘牌壓力代替實(shí)測壓力
Vr 體積比ed 除 Pt 再乘十的六次方把帶壓露點(diǎn)直接查表當(dāng)常壓結(jié)果報(bào)出
溫度折算附錄 C 的表只用于常壓測量結(jié)果的折算帶壓結(jié)果未經(jīng)附錄 A 換算便去查附錄 C

末一行是現(xiàn)場反復(fù)踩到的一處。DL/T 506-2018 附錄 C 的溫度折算表只適用于常壓測量結(jié)果的溫度折算,條文寫明設(shè)備壓力下測量應(yīng)先按附錄 A 換算。跳過這一步直接拿附錄 C 去查,等于把兩個(gè)不同壓力下的數(shù)放在同一張表里插值,結(jié)果沒有落腳點(diǎn)。

四、規(guī)程為什么推薦常壓測量

DL/T 506-2018 的第 7 章只給了一句話:推薦在常壓下測量,設(shè)備壓力下測量的計(jì)算見附錄 A。一句推薦背后是三條理由。

頭一條是判據(jù)口徑。DL/T 506-2018 只規(guī)定測量方法與結(jié)果的溫度折算,條文里沒有濕度限值。限值在 DL/T 596-2021 與 GB/T 8905-2012 里,兩者都以 20 ℃ 的體積分?jǐn)?shù)給出,不寫成露點(diǎn)閾值。判據(jù)關(guān)心的是設(shè)備里有多少水,不是這團(tuán)氣在某個(gè)壓力下會(huì)凝出什么。判據(jù)既然落在體積比這一端,測量便該奔著體積比去,而體積比要靠 ed 除 Pt 得到,常壓下 Pt 是確定的,換算鏈短。帶壓讀到的露點(diǎn)再好看,也要先落到體積比這一端,才談得上與判據(jù)對(duì)話。

第二條是壓力本身在變。設(shè)備取氣的過程是放氣的過程,氣室壓力從額定值一路往下走,測量期間的分母是一條下降的曲線,不是一個(gè)定值。帶壓測量若只記設(shè)備銘牌上的額定壓力,分母便與實(shí)測時(shí)刻對(duì)不上。

第三條是相態(tài)。帶壓下露點(diǎn)高,鏡面上的冷凝物可能是液態(tài)水,減壓之后同一個(gè)氣樣的露點(diǎn)落到零下,冷凝物變成霜。附錄 A 的條文為此專門交代:露點(diǎn)低于 0 ℃ 時(shí),冷凝物為過冷卻水的取過冷卻水面飽和水蒸氣壓,為冰晶的取冰面飽和水蒸氣壓。兩種工況下的相態(tài)不同,查的是兩張不同的表,混用便會(huì)帶進(jìn)偏差。

五、帶壓測量的三處偏差來源

帶壓測量不是不能用,是要知道偏差從哪里來。

頭一處是減壓過程的溫降。氣體經(jīng)減壓閥膨脹,溫度隨之下跌,跌落幅度與壓比和氣體種類有關(guān)。樣氣在管路里冷到露點(diǎn)以下,水分在管壁凝出來,進(jìn)到鏡面的水變少,讀數(shù)偏低。DL/T 506-2018 第 5 章為此對(duì)氣路提出要求:宜用不銹鋼管、銅管或聚四氟乙烯管,壁厚不小于 1 毫米,內(nèi)徑 2 至 4 毫米,不得使用橡皮管、聚氯乙烯管,接頭不得采用鐵材質(zhì),儀器排氣口應(yīng)接 5 米以上排氣管。這幾條管的是吸附與反擴(kuò)散,也管著溫降帶來的凝結(jié)。

第二處是壓力的取值。前面說過,誤差按比例進(jìn)分母。帶壓測量時(shí)若在設(shè)備上讀數(shù),表本身有準(zhǔn)確度等級(jí),還有取氣后壓力下降的問題。若在儀器入口實(shí)測,要確認(rèn)測點(diǎn)與鏡面之間沒有額外壓降。兩種做法的差別應(yīng)在記錄里寫清,不能只寫一個(gè)壓力值了事。

減壓溫降的量級(jí)取決于壓比與氣體種類,現(xiàn)場不必記公式,記住處置即可。壓比大的場合分級(jí)減壓,中間加一級(jí)緩沖,管路做伴熱讓管壁溫度高于預(yù)期露點(diǎn),減壓之后等溫度回到環(huán)境溫度再讀數(shù)。三條做完,溫降帶來的凝結(jié)基本可控。判斷有沒有凝結(jié)的辦法也簡單:把流量加大,讀數(shù)若明顯往下走,說明管里還有凝出來的水在參與。

排氣口那一條也值得單獨(dú)說。條文只給長度,作用要靠現(xiàn)場理解:排氣口接 5 米以上排氣管,把排出的樣氣引到遠(yuǎn)處,避免濕氣在儀器附近積聚后被重新吸入,也避免空氣沿排氣口反擴(kuò)散進(jìn)測量室。反擴(kuò)散對(duì)低露點(diǎn)測量的影響尤其明顯,儀器越往干端測,越要留意排氣這一側(cè)。這一側(cè)常被漏掉。

第三處是管壁的記憶效應(yīng)。不銹鋼管對(duì)水分也有吸附,濕度高的氣樣走一遍,管壁吸住一部分,再測干氣時(shí)吸住的水慢慢放出來,讀數(shù)偏高。管路越長、內(nèi)壁越舊,這個(gè)效應(yīng)越明顯。處置辦法是延長吹掃時(shí)間,看讀數(shù)是否還在單向漂移,漂移不停便不記數(shù)。

表3 把兩種工況的差別收攏成一張表。

表3 常壓測量與帶壓測量的對(duì)照

項(xiàng)目常壓測量帶壓測量
規(guī)程取向DL/T 506-2018 第 7 章推薦允許,換算見附錄 A
換算鏈露點(diǎn)查表得 ed,除大氣壓露點(diǎn)查表得 ed,除實(shí)測總壓
壓力取值大氣壓,讀氣壓計(jì)設(shè)備表或入口實(shí)測,須記測點(diǎn)
分母穩(wěn)定性高,大氣壓波動(dòng)有限低,取氣過程中壓力持續(xù)下降
相態(tài)多為霜,查冰面表可能為露,查過冷卻水面表
主要偏差管路凝結(jié)、空氣反擴(kuò)散減壓溫降、壓力取值、管壁記憶效應(yīng)
溫度折算可直接用附錄 C先按附錄 A 換算再用附錄 C

六、常壓測量的邊界:大氣壓波動(dòng)與管路溫度

常壓測量省掉了壓力換算這一層,卻換來兩處要自己盯的地方。

一處是大氣壓波動(dòng)。JJG 499-2021 的 6.1.1.2 條寫明:氣體露點(diǎn)溫度與氣體壓力有關(guān),露點(diǎn)溫度應(yīng)指明測量的氣體壓力,環(huán)境大氣壓波動(dòng)不超過 200 帕每小時(shí)。這一句同時(shí)給了兩件事:報(bào)告要寫壓力,以及檢定時(shí)的大氣壓要穩(wěn)。海拔與天氣帶來的氣壓變化量級(jí)遠(yuǎn)大于 200 帕,現(xiàn)場測一次記一次氣壓,比事后假定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓可靠。

海拔這一項(xiàng)常被忽略。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓取 101.325 千帕,海拔較高的站點(diǎn)實(shí)測值可以比它低一成以上,同一個(gè)氣樣在高原測得的常壓露點(diǎn)會(huì)比平原低一截。這類差別不進(jìn)任何修正表,只能靠實(shí)測氣壓消掉,所以每次記一次氣壓是必要的,不能默認(rèn)一個(gè)常數(shù)。JJG 499-2021 把大氣壓波動(dòng)限在每小時(shí) 200 帕以內(nèi),檢定時(shí)尚且如此,現(xiàn)場更該把氣壓當(dāng)作一個(gè)被測的量。常數(shù)頂不上。

另一處是管路溫度。同一規(guī)程的 6.1.1.1 條要求:露點(diǎn)測量室和采樣管路系統(tǒng)所處的環(huán)境溫度應(yīng)高于待測氣體的露、霜點(diǎn)溫度 5 ℃ 以上,當(dāng)測量時(shí)露點(diǎn)溫度高于環(huán)境溫度時(shí),所有測量管路應(yīng)加熱使管路溫度高于露點(diǎn)溫度 5 ℃ 至 10 ℃。管路比露點(diǎn)冷,水會(huì)在管里先凝出來,鏡面讀到的自然偏干。

儀器側(cè)的準(zhǔn)確度也要與這些偏差放在一起看。JJG 499-2021 的計(jì)量性能表按露點(diǎn)溫度分五檔,其中負(fù) 20 ℃ 至 40 ℃ 這一檔,一級(jí)儀器的允許誤差限為正負(fù) 0.15 ℃、重復(fù)性不大于 0.08 ℃,二級(jí)為正負(fù) 0.30 ℃、重復(fù)性不大于 0.15 ℃。儀器這一端的誤差是零點(diǎn)幾開爾文量級(jí),壓力換算那一端的偏差是二十開爾文量級(jí),兩相對(duì)照,先管哪一頭便不用再爭。

濕度計(jì)本身的能力也有邊界。DL/T 506-2018 第 4 章按原理分檔:冷凝式露點(diǎn)儀露點(diǎn)范圍 0 至負(fù) 70 ℃,測量誤差不超過正負(fù) 0.6 ℃。電解式濕度計(jì)測量范圍 1 至 1000 微升每升,引用誤差在 1 至 30 微升每升區(qū)間不超過正負(fù)百分之十、30 至 1000 區(qū)間不超過正負(fù)百分之五,電阻電容式濕度計(jì) 0 至負(fù) 60 ℃,測量誤差不超過正負(fù) 2.0 ℃。同一份氣樣用不同原理的儀器測,原生量都不一樣,壓力影響的路徑也不同。

七、相態(tài)這一層:過冷卻水與冰面兩張表

相態(tài)是露點(diǎn)換算里容易被跳過的一層,可它直接決定查哪張表。

DL/T 506-2018 附錄 B 給了兩張表。表 B.1 是過冷卻水飽和水蒸氣壓,0 ℃ 為 611.21 帕,負(fù) 10 ℃ 為 286.44 帕,負(fù) 20 ℃ 為 125.46 帕。表 B.2 是冰的飽和水蒸氣壓,0 ℃ 為 611.153 帕,負(fù) 10 ℃ 為 259.874 帕,負(fù) 20 ℃ 為 103.239 帕。兩張表在 0 ℃ 處幾乎重合,到負(fù) 10 ℃ 差出二十七帕,到負(fù) 20 ℃ 差出二十二帕。

差二十二帕是什么概念?按附錄 A 的式子,在常壓下它對(duì)應(yīng)約兩百微升每升的體積比差別,在 0.7 兆帕下,同一壓差折算下來只剩三十微升每升上下。壓力越高,相態(tài)選錯(cuò)帶來的體積比偏差越小,可它造成的露點(diǎn)偏差始終存在。

過冷卻是霜點(diǎn)測量里的常態(tài)。鏡面溫度降到 0 ℃ 以下,水未必立刻結(jié)成冰晶,常常先以過冷水的形態(tài)出現(xiàn),溫度再往下降才轉(zhuǎn)相。相態(tài)不同,查的表不同,露點(diǎn)值也不同。儀器帶相態(tài)判別設(shè)施,正是為了在這一段給出可靠的判斷,人工觀察則是復(fù)核手段。

判相態(tài)要靠觀察。DL/T 506-2018 第 8 章寫明可用結(jié)露觀察鏡判斷鏡面結(jié)露形態(tài)。JJG 499-2021 在概述里把相態(tài)判別設(shè)施列為精密冷鏡式露點(diǎn)儀的必備組成,不是選配,規(guī)程要求儀器具備在 0 ℃ 以下霜點(diǎn)測量時(shí)判斷鏡面上生成的是霜還是露的設(shè)施。該規(guī)程附錄 A.1 還交代了換算口徑:用露點(diǎn)儀進(jìn)行相對(duì)濕度測量時(shí),露點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓取純水平面或冰平面的值,兩張表不可混用。

八、換算的適用范圍,別外推

壓力換算的式子簡單,適用范圍卻不寬。

GB/T 22634-2008《天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的換算》給出的關(guān)聯(lián)式,在露點(diǎn)溫度負(fù) 15 ℃ 至正 5 ℃、絕壓 0.5 兆帕至 10 兆帕內(nèi)被確認(rèn)。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)寫明,它確立的是水含量與水露點(diǎn)兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式,并給出了關(guān)聯(lián)式的不確定度,但對(duì)測量不確定度不作量化規(guī)定。參比條件取壓力 101.325 千帕、溫度 20 ℃。

離開這個(gè)區(qū)間往外推,風(fēng)險(xiǎn)來自兩頭。往低溫方向,飽和水蒸氣壓小到幾十帕甚至幾帕,任何一點(diǎn)分壓誤差都會(huì)放大成好幾開爾文的露點(diǎn)誤差。往高壓方向,氣體偏離理想行為的程度在增加,分壓與摩爾分?jǐn)?shù)之間的簡單比例關(guān)系開始站不住?,F(xiàn)場真要用到高壓側(cè)的高準(zhǔn)確數(shù)據(jù),往往得回到實(shí)測。靠一條經(jīng)驗(yàn)式往回推,撐不住。

天然氣這一側(cè)給了個(gè)直觀的例證。ISO 6327:1981 的第 2 章寫明,輸送管線中經(jīng)處理的天然氣水露點(diǎn)通常在負(fù) 25 ℃ 至正 5 ℃ 之間,按氣體壓力不同相當(dāng)于含水量 50 至 200 ppm,以體積比計(jì)。同一段露點(diǎn)區(qū)間,含水量能差出幾倍,差的全部來自壓力。管線壓力越高,同樣的含水量對(duì)應(yīng)越高的水露點(diǎn),這條走向與本文表 1 一致。

還有一層容易被忽略:所有換算的前提是水分摩爾分?jǐn)?shù)在過程中不變。管路里凝了水、管壁放出水、接頭處漏了氣,任何一條發(fā)生,兩端便不是同一團(tuán)氣,換算再準(zhǔn)也對(duì)不上。

九、報(bào)告上該寫什么

報(bào)告要能被人復(fù)算,字段便得齊。

頭一項(xiàng)是測量壓力。JJG 499-2021 的 6.1.1.2 條要求露點(diǎn)溫度應(yīng)指明測量的氣體壓力。只寫一個(gè)露點(diǎn)值不寫壓力,這份數(shù)據(jù)無法與下一次比對(duì),也無法換算成體積比。

第二項(xiàng)是體積比與溫度折算的口徑。DL/T 506-2018 第 8 章規(guī)定氣體濕度用體積比表示,露點(diǎn)值按附錄 B 查得飽和水蒸氣壓、按附錄 A 換算為體積比,單位為微升每升。同一份標(biāo)準(zhǔn)的第十章要求測量結(jié)果折算到 20 ℃ 的數(shù)值,若設(shè)備生產(chǎn)廠提供折算曲線或圖表,采用廠家曲線亦可。

第三項(xiàng)是相態(tài)與冷凝物形態(tài)。查的是過冷卻水表還是冰面表,觀察鏡看到的是露還是霜,這兩句寫進(jìn)記錄,復(fù)核的人才能判斷換算有沒有走對(duì)表。

第四項(xiàng)是取氣條件。DL/T 506-2018 第 9 章寫明濕度測試應(yīng)在設(shè)備充氣 48 小時(shí)后進(jìn)行,出廠試驗(yàn)、檢修后可 24 小時(shí)后進(jìn)行。充氣之后設(shè)備內(nèi)部的水分遷移需要時(shí)間。第 6 章給的環(huán)境條件是溫度 10 ℃ 至 40 ℃、盡可能在 10 ℃ 至 30 ℃,相對(duì)濕度不大于百分之八十五。測早了,讀到的不是平衡態(tài)。

第五項(xiàng)是測量時(shí)的大氣壓與環(huán)境溫度。大氣壓進(jìn)附錄 A 的分母,環(huán)境溫度進(jìn)第十章的溫度折算,兩項(xiàng)缺一,復(fù)核的人便無法復(fù)算。把這兩項(xiàng)與前三項(xiàng)擺在一處,一張記錄單只留五個(gè)字段,卻能讓兩年后的比對(duì)站得住。

表4 報(bào)告五個(gè)字段與各自的依據(jù)

字段寫什么依據(jù)
測量壓力帶壓或常壓,測點(diǎn)位置JJG 499-2021 的 6.1.1.2 條
體積比口徑微升每升數(shù)值,附溫度折算結(jié)果DL/T 506-2018 第 8 章、第十章
相態(tài)及冷凝物形態(tài)過冷卻水表或冰面表,看到的是露還是霜附錄 B 的兩張表
取氣條件充氣后時(shí)長、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度DL/T 506-2018 第 9 章、第 6 章
大氣壓及環(huán)境溫度實(shí)測氣壓值與環(huán)境溫度值附錄 A 的分母、第十章折算

字段只有五個(gè),填全卻常被漏掉。漏的多是末一行,大氣壓拿一個(gè)常數(shù)頂上,環(huán)境溫度干脆不寫。這兩個(gè)數(shù)一缺,體積比便復(fù)算不出來,換算這一步做得再細(xì)也落不到紙上。

十、朝露在兩種工況下的位置

朝露是北京康高特(KGT)自研的冷鏡式露點(diǎn)儀,采用四級(jí)帕爾帖冷泵對(duì)鏡面控溫,由光電檢測系統(tǒng)捕捉鏡面結(jié)露的熱力學(xué)平衡狀態(tài),同步測出平衡時(shí)的鏡面溫度。產(chǎn)品頁寫明其技術(shù)指標(biāo)符合 JJG 499-2021 的相關(guān)要求。

官方給出的核心參數(shù)分兩組。測量范圍一項(xiàng)寫的是常規(guī)氣體負(fù) 65 ℃ 至正 20 ℃,并注明是大氣壓環(huán)境下的值。SF6 氣體在大氣壓下、環(huán)境溫度為 10 ℃、20 ℃、35 ℃ 時(shí)為負(fù) 65 ℃ 至正 20 ℃,環(huán)境溫度為 40 ℃ 時(shí)為負(fù) 55 ℃ 至正 20 ℃。產(chǎn)品頁在同一處加了一句注:氣體壓力高于大氣壓時(shí),實(shí)測露點(diǎn)溫度會(huì)相對(duì)偏高。這句注與本文第二章的演算方向一致,是廠家對(duì)壓力影響的明示。

精度按區(qū)間分兩檔:負(fù) 40 ℃ 至正 20 ℃ 區(qū)間不大于正負(fù) 0.2 ℃,負(fù) 65 ℃ 至負(fù) 40 ℃ 區(qū)間不大于正負(fù) 0.5 ℃。重現(xiàn)性不大于正負(fù) 0.1 ℃,條件為同一工況下連續(xù)測量 10 次。測量參數(shù)包含露點(diǎn)溫度、微升每升體積比濃度值、平衡過程曲線、氣體流量、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度,體積比這一項(xiàng)直接給出,省掉人工查表。

樣氣工況適配區(qū)間寫的是工作壓力 10 毫巴至 10 巴,流量適配區(qū)間 20 至 30 升每小時(shí),樣氣要求無油、無粉塵、無腐蝕性雜質(zhì)。工作壓力上限 10 巴,約等于 1 兆帕,覆蓋到本文表 1 里壓力上限那一行。這臺(tái)儀器能在帶壓側(cè)直接測,讀到的數(shù)是該壓力下的露點(diǎn),報(bào)告里要么寫清壓力,要么換算到常壓再報(bào)。產(chǎn)品給出的體積比濃度值是按當(dāng)時(shí)的總壓算出來的,壓力字段填錯(cuò),這一項(xiàng)跟著錯(cuò)。

流量這一項(xiàng)不只是為了讓鏡子快點(diǎn)平衡。20 至 30 升每小時(shí)是這條氣路上的適配區(qū)間,流量偏小,氣路里的死體積與管壁吸附占主導(dǎo),平衡時(shí)間拉長,流量偏大時(shí)減壓處的溫降更明顯,也可能把未充分平衡的氣樣送到鏡面。平衡過程曲線用來看這件事:曲線走平,說明鏡面與水蒸氣分壓真的達(dá)到了平衡,讀的才是露點(diǎn)。

把這幾個(gè)工況擺在一處看,壓力從來不是露點(diǎn)之外的一個(gè)附注,它與露點(diǎn)是一組綁定出現(xiàn)的數(shù)。兩個(gè)一起記。

十一、結(jié)語:變的是露點(diǎn),不變的是體積比

壓力影響這一層,說到底是三句話。頭一句,露點(diǎn)測的是水蒸氣分壓,而分壓等于摩爾分?jǐn)?shù)乘總壓,所以露點(diǎn)這個(gè)數(shù)天生帶著壓力的印記。第二句,壓力變了,變的是露點(diǎn)溫度,不變的是體積比,跨壓力比較一律先落到體積比這一端。第三句,常壓測量省掉換算鏈,代價(jià)是要盯大氣壓波動(dòng)與管路溫度。帶壓測量能把設(shè)備狀態(tài)的原貌讀出來,代價(jià)是壓力取值、減壓溫降、管壁記憶效應(yīng)三處偏差。

三句話記住之后,剩下的是記錄習(xí)慣。現(xiàn)場每測一次,記一次壓力、一次相態(tài)、一次環(huán)境溫度。換算這一步不難。難的是承認(rèn)同一個(gè)氣樣會(huì)有兩個(gè)露點(diǎn),并且知道哪一個(gè)是報(bào)告該寫的那一個(gè)。這三項(xiàng)寫全,兩年之后的另一個(gè)人拿到這份數(shù)據(jù),對(duì)著同一份記錄單便驗(yàn)得出來。

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