Měření vlhkosti v plynech

Měření vlhkosti v plynech je důležité všude tam, kde potřebujeme znát vlhkost daného plynu pro posouzení jeho další provozuschopnosti jako izolačního či teplonosného média. V energetice se jedná například o vodík v chladícím okruhu alternátorů a náplně SF6 jako izolačního média v přístrojových transformátorech a rozvodnách.

Obsah vlhkosti v plynech můžeme vyjádřit jako:

– Absolutní vlhkost (ρ_w) – je definována jako hmotnost vodní páry obsažená v jednotce objemu

ρ_w = m_w / V

kde: m_w – hmotnost vodní páry, V – objem vlhkého plynu

– Měrná vlhkost (x) – je definována jako poměr hmotnosti vody k hmotnosti suchého plynu

x = m_w/ m_p

kde: m_w – hmotnost vodní páry, m_p – hmotnost suchého plynu

– Relativní vlhkost – je poměr absolutní vlhkosti v plynu k vlhkosti plynu nasyceného vodní párou. Lze ji také vyjádřit jako poměr tlaku par vody k tlaku nasycených par vody při téže teplotě.

φ = ρ_w / ρ_wn = P_w / P_wn

kde: ρ_w – absolutní vlhkost plynu, ρ_wn – vlhkost plynu při nasycení vodní párou,  P_w – tlak vodní páry v plynu, P_wn – tlak nasycených vodních par v plynu

Teplota rosného bodu je taková teplota, kterou má vlhký plyn (za daného tlaku) při úplném nasycení vodní parou (φ =1). Je to teplota, při které již dochází ke kondenzaci vodních par z plynu.

Objemová vlhkost je poměr objemu vodní páry k objemu suchého nebo vlhkého plynu. Používá se pro vyjádření malých koncentrací vodní páry v plynu pomocí ppmv(parts per milion by volume)

Metody měření vlhkosti dělíme na přímé (měřenou veličinou je voda, nebo vodní pára), a metody nepřímé, kde měřenou veličinou je např. vodivost, kapacita nebo absorpce záření. Přímé metody jsou v zásadě tři – gravimetrie, metoda Karla Fischera a kondenzační (zrcátková) metoda. Nepřímých metod je mnohem více, rozdělení přímých i nepřímých metod je znázorněno na obr.1.

Pro vyjádření vlhkosti velmi suchých plynů se často používá teplota rosného bodu, nebo teplota bodu ojínění. Rozdíl mezi uvedenými teplotami spočívá ve způsobu chlazení zrcátka, a tedy v tom, zda se voda na zrcátku sráží v podobě kapiček (teplota nad bodem mrazu), nebo v podobě mikrokrystalů ledu – jíní (při teplotách pod bodem mrazu).

(Obr.1 Metody stanovení vlhkosti)

Zásady pro měření vlhkosti suchých a extrémně suchých plynů:

– použít potrubí vedoucí k měřícímu systému z korozivzdorné oceli
– volit co možná nejkratší délky potrubí od odběrného místa plynu
–  vyvarovat se znečištění potrubí
– minimalizovat tzv. akumulátory vlhkosti (slepá místa, misky, filtry)
– zamezit vychlazování odběrného potrubí a případné kondenzaci
– zajistit a ověřit těsnost měřícího traktu
– zvolit vhodný měřící řetězec, a ověřit pozadí (šum) celého měřícího řetězce

Naše laboratoř používá pro měření vlhkosti plynu kombinace coulometrie a přímé metody Karla Fischera. Touto metodou je možné měřit malá až stopová množství vody. V reakčním prostoru přístroje je elektrolýzou vyvíjen jód. Jeden mol jódu reaguje s jedním molem vody (1mg vody je ekvivalentní prošlému náboji 10,71 As). Pro měření je třeba odebrat cca 500 – 1500 ml plynu, měření (včetně přípravy) trvá 2 –3 hodiny.

V Praze 5/2013