压缩空气中的露点常见问题

2024-11-19 09:49:08

1、什么是露点

露点温度用于衡量气体中的水气含量。水具备这样一种特性：能够在多种条件下以液体、固体或气体的形式存在。为了解水蒸气的性质，首先要知道气体的一般性质。

对于任何气体混合物而言，总压等于所有组分气体的分压之和。这就是道尔顿定律，其表示如下：

P总和 = P1 + P2 + P3 …

混合物中任何气体的量都可以用压力来表示。空气的主要成分是氮气、氧气和水气，因此大气总压由这三种气体的分压组成。虽然氮气和氧气的浓度较为稳定，但水气的浓度变化很大，必须通过测量来确定。

水气的最大分压随温度变化而变化。例如，温度为 20 °C 时，水气的最大分压为23.5 mbar。23.5 mbar 被称为 20 °C时的“饱和水气压力”。在 20 °C 的“饱和”环境下，添加更多水气会发生冷凝。这种冷凝现象可用来测量水气含量。

水气浓度未知的气体经过一个温度受控的表面。将表面冷却，直至形成冷凝。冷凝形成时的温度称为“露点温度”。因为温度与饱和水气压力之间存在独特的相关性（请注意，水气的最大分压，又称“饱和水气压力”，随温度变化而变化），所以测量气体的露点温度就可以直接测量水气的分压。知道露点温度，就可以计算出或查到对应的饱和水气压力。下表显示了一些温度值及其对应的饱和水气压力值：

2、露点与霜点有何区别？

露点 (Td) 是含水气的气体在恒压下达到饱和时的温度。这是相对于冰点以上的温度而言的，此时表面冷凝物是液态水。霜点 (Td/f) 指低于冰点时的饱和温度，对应的表面为冰。实际上，在冷冻条件下，霜往往比露珠更早形成。

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这种差异是由于水气在水面或冰面上方时，其分压发生轻微变化造成的。这种变化被用来计算代表高于和低于冰点温度的饱和点的值。低于冰点温度时的饱和点越低，Td 与 Td/f 之间的差异就越大（请参见图表）。

理解这种差异的一个简单方法是，当露点低于 0 °C 时，霜点将被用来表达此时的状态。维萨拉仪表默认使用相应的 Td/f，并且可以计算和输出您的应用所需的任一变量。

3、露点与“压力露点”有何区别？

在高于大气压的压力条件下测量气体的露点温度时，我们会用到“压力露点”这一术语。它是指气体在压力环境下的露点温度。这一点非常重要，因为改变气体压力会改变该气体的露点温度。

4、压力对露点有什么影响？

增大气体压力会使该气体的露点温度升高。例如，大气压力为 1013.3 mbar，此时露点温度为 -10 °C。由上表可知，水气的分压（用符号“e”表示）为 2.8 mbar。如果将空气压缩，使总压力加倍到 2026.6 mbar，那么根据道尔顿定律，水气的分压 e 也将加倍到 5.6 mbar。5.6 mbar 对应的露点温度约为 -1 °C，因此很明显，增大空气压力也会使空气的露点温度升高。相反，将压缩空气膨胀到大气压力会降低所有气体组分（包括水气）的分压，从而降低气体的露点温度。总压力与水气分压 e 的关系可表示为：

P1/P2 = e1/e2

通过将露点温度换算为对应的饱和水气压力，可以轻松地计算出总压力变化对饱和水气压力的影响。然后可以将新的饱和水气压力值转换回对应的露点温度。这些计算可以使用表格手动完成，也可以借助各种软件进行。

5、为什么了解压缩空气中的露点很重要？

压缩空气中露点温度的重要性取决于空气的预期用途。在很多情况下，露点并非关键（气动工具的便携式压缩机、加气站轮胎充气系统等）。

有些情况下，露点很重要，因为输送空气的管路暴露在冰冻温度下，高露点可能导致管路冻结和堵塞。许多现代工厂利用压缩空气来操作各种设备，如果内部部件上发生冷凝，有些设备可能会出现故障。有些需要压缩空气的水敏工艺（例如喷漆）可能有特定的干燥规范。另外，医疗和制药工艺可能会将水气和其他气体视为污染物，要求达到非常高的纯度。

6、压缩空气中露点温度通常的范围是多少？

压缩空气中的露点温度范围上限为环境温度，最低可达 -80 °C，有时在特殊情况下会更低。没有空气干燥能力的压缩机系统往往会产生在环境温度下饱和的压缩空气。装有冷干机的系统中的压缩空气会流经某种冷却式热交换器，从而使气流中的水冷凝析出。这些系统通常会产生露点不低于 5 °C 的空气。吸干机系统中的干燥剂吸收气流中的水气，可产生露点为 -40 °C 的空气，必要时可进一步干燥。

适用于仪表空气的 ANSI/ISA-7.0.01-1996。

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7、压缩空气的质量标准是什么？

ISO8573.1 是具体说明压缩空气质量的国际标准。该标准定义了三类空气质量的限值：

任何残余颗粒物的最大颗粒尺寸

允许的最高露点温度

最大残余油含

下表中每个类别都具有一个介于 1 到 6 之间的质量等级编号，其依据为表中所示的参考值。例如，如果某个系统符合 ISO8573.1 标准，且等级被评定为 1.1.1，则它能提供露点不高于 -70 °C 的空气。空气中所有残余颗粒物尺寸不超过 0.1 μm，最大油含量为 0.01 mg/m3。另有其他压缩空气质量标准，例如适用于仪表空气的 ANSI/ISA- 7.0.01-1996。

8、如何可靠地测量压缩空气中的露点？

露点测量的一些原则适用于所有类型的仪表，无论制造商是谁：

选择具有正确测量范围的仪表：有些仪表适合测量高露点，但不适合测量低露点。同样，有些仪表适测量非常低的露点，但在暴露于高露点时，性能会受到影响。

了解露点仪表的压力特征：有些仪表不适合在加工压力下使用。可以安装这些仪表来测量膨胀到大气压力后的压缩空气，但如果压力露点是所需的测量参数，则测量的露点值必须进行压力补偿校正。

正确安装传感器：遵循制造商的说明。不要在短管末端或其他无气流的管道的“死区”部分安装露点传感器。

9、露点传感器出现故障的警示信号是什么？

仪表总是显示一个值，仿佛输出或显示被锁定了。

仪表“触底”，其读数始终为可能的最低值。

仪表读数不稳定，在很宽的数值范围内快速或随机变化。

仪表显示不可能的干/湿露点值。

10、应该多久检查或校准一次露点传感器？

最好遵循制造商的建议。建议校准间隔为一年或两年，视仪表具体型号而定。有时，对照经过校准的便携式仪表进行简单的现场检查就足以验证其他仪表的运行是否正常。在每种仪表的对应用户指南中提供了详细的校准信息。如果您对露点仪表的性能有任何疑问，请随时检查其校准情况。