تطبيقات تقنية المراقبة عبر الإنترنت لرطوبة غازات المداخن (الرطوبة)

>> طريقة البصلة الرطبة والجافة

تقيس طريقة البصيلة الرطبة والجافة الرطوبة النسبية للهواء بناءً على الفرق بين درجتي حرارة البصيلة الرطبة والجافة. تتبخر جزيئات الماء من سطح البصيلة الرطبة متحولةً إلى بخار ماء، مما يتطلب امتصاص حرارة التبخر الكامنة. ويستمر التبخر في امتصاص الحرارة من السطح، مما يؤدي إلى تبريد البصيلة الرطبة. وتتحدد درجة التبريد بالرطوبة النسبية للهواء المحيط، والضغط الجوي، وسرعة الرياح. فإذا ظل الضغط الجوي وسرعة الرياح ثابتين، فكلما زادت الرطوبة النسبية، قل معدل تبخر الماء من سطح البصيلة الرطبة، وانخفضت درجة حرارة سطح البصيلة الرطبة، وهي الفرق بين درجتي حرارة البصيلة الرطبة والجافة؛ وعلى العكس، كلما زاد الفرق بين درجتي حرارة البصيلة الرطبة والجافة. وبناءً على ذلك، يمكن حساب الرطوبة النسبية من خلال قياس الفرق بين درجتي حرارة البصيلة الرطبة والجافة، وتحديد العلاقة بين الرطوبة النسبية وهذا الفرق في درجة الحرارة.2,3

>> مبدأ قياس الرطوبة بطريقة البصيلة الرطبة والجافة

وفقًا لمبادئ انتقال الحرارة والرطوبة، عندما يتم الوصول إلى التوازن الحراري والرطوبي، فإن كمية انتقال الحرارة Q1 من الهواء إلى البصيلة الرطبة تساوي الحرارة الكامنة Q2 المطلوبة لتبخر الرطوبة من الشاش، أي: Q1 = Q2 (1)

بناءً على مبدأ انتقال الحرارة: Q1=α（t-tw）F (2)

في الصيغة: α هو معامل التبادل الحراري بين الهواء وسطح الماء للبصيلة الرطبة، واط/م2 · درجة مئوية؛ t هي درجة حرارة البصيلة الجافة، درجة مئوية؛ tw هي درجة حرارة البصيلة الرطبة، درجة مئوية؛ F هي مساحة سطح البصيلة الرطبة، م².

وفقًا لمبدأ انتقال الرطوبة وقانون دالتون للتبخر، تتناسب كتلة الماء المتبخر طرديًا مع نقص تشبع الهواء المحيط بالبخار ومساحة التبخر، وعكسيًا مع الضغط الجوي في ذلك الوقت. لذلك، يمكن التعبير عن معدل تبادل الرطوبة[4] كما يلي:

في الصيغة: W هو معدل تبادل الرطوبة، كجم/ث؛ r هي الحرارة الكامنة للتبخر، جول/كجم؛ β هو معامل تبادل الرطوبة، كجم/(م²·ث·باسكال)؛ F هي مساحة سطح البصيلة الرطبة، م²؛ B هو الضغط الجوي الفعلي، باسكال؛ P´q,b هو الضغط الجزئي لبخار الماء المشبع عند درجة حرارة البصيلة الرطبة، باسكال؛ Pq هو الضغط الجزئي لبخار الماء في الهواء، باسكال.

مشتق من الصيغ (1) و(2) و(3):

في الصيغة: معامل مقياس الرطوبة في القياسات الهندسية، يمكن الحصول على قيمة A من جدول يعتمد على الضغط الجوي وسرعة الرياح التي تمر فوق البصيلة الرطبة، أو يمكن حسابها باستخدام الصيغة التجريبية: P هو الضغط الجوي، كيلو باسكال؛ t هي درجة حرارة البصيلة الجافة، °C؛ tw هي درجة حرارة البصيلة الرطبة، °C.

وبالتالي، فإن الرطوبة النسبية هي:

تعتمد طريقة البصيلة الجافة والرطبة، المستخدمة لمراقبة غازات المداخن الناتجة عن مصادر التلوث، على استخدام مزدوجين حراريين متطابقين كعناصر استشعار للحرارة، أحدهما لقياس درجة حرارة البصيلة الجافة والآخر لقياس درجة حرارة البصيلة الرطبة. يوضع عنصر استشعار درجة حرارة البصيلة الجافة داخل مسار تدفق غازات المداخن الرئيسي، بينما يُلف عنصر استشعار درجة حرارة البصيلة الرطبة بشاش قطني موصول بوعاء ماء. تُعامل البصيلة الرطبة وغازات المداخن المحيطة بها كنظام واحد، دون مراعاة التوصيل الحراري الإشعاعي. يستخدم جهاز قياس محتوى الرطوبة الأوتوماتيكي، القائم على مبدأ البصيلة الرطبة والجافة، معالجًا دقيقًا للتحكم في أجهزة الاستشعار التي تقيس وتجمع معايير مثل درجات حرارة سطح البصيلة الرطبة والجافة، بالإضافة إلى الضغط عبر سطح البصيلة الرطبة والضغط الساكن للعادم. يستنتج الجهاز ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة سطح البصيلة الرطبة، وبالاقتران مع الضغط الجوي المُدخل، يحسب تلقائيًا محتوى رطوبة غازات المداخن باستخدام الصيغة.

1-الفلاش؛

2- مقياس حرارة ذو بصلة جافة؛

3- مقياس حرارة ذو بصلة رطبة؛

4- أنبوب أخذ العينات المعزول؛

5- مقياس ضغط الفراغ؛

6- مقياس الدوران؛

7- مضخة شفط الهواء

>> طريقة النفث المستمر

طريقة النفث بتدفق ثابت (درجة حرارة البصيلة الجافة والرطبة). المبدأ الأساسي لقياس الرطوبة باستخدام طريقة البصيلة الجافة والرطبة: يقيس مستشعر درجة الحرارة (5) درجة حرارة غازات الاحتراق باعتبارها درجة حرارة البصيلة الجافة، وتُملأ خلية القياس (3) بكمية محددة من الماء. يُضخ الماء من خزان الماء (1) باستمرار إلى خلية القياس بواسطة مضخة خرطوم (2). يُراقب مستوى الماء في خلية القياس بواسطة مستشعر، كما يُكشف عن الضغط داخل الخلية بواسطة مستشعر آخر لضمان دقة القياس ومراقبة السائل. يُركب مستشعر درجة الحرارة (6) داخل خلية القياس، ويجب وضعه أسفل سطح الماء. بعد ذلك، يُنفث غاز الاحتراق باستمرار بمعدل تدفق ثابت مباشرة فوق سطح الماء في خلية القياس، وتُعتبر درجة الحرارة المُقاسة هي درجة حرارة البصيلة الرطبة (انظر الشكل 2). بناءً على مبادئ انتقال الحرارة والديناميكا الحرارية، يمكن استنتاج الصيغة الرياضية التالية:

في الصيغة

U—الرطوبة النسبية %؛

etw—ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة البصيلة الرطبة؛

et—ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة البصيلة الجافة؛

P—الضغط الجوي؛

∆t— فرق درجة الحرارة بين درجة حرارة البصيلة الجافة ودرجة حرارة البصيلة الرطبة؛

أ- ثابت مرتبط بسرعة الرياح.

استنادًا إلى الصيغة الرياضية المذكورة أعلاه، يتضح لنا أن طريقة قياس الرطوبة في غازات المداخن باستخدام نفث التيار الثابت تتم من خلال القياس غير المباشر لدرجة حرارة غازات المداخن. ويظهر المنتج النموذجي لهذه الطريقة في الشكل (3).

تُعدّ تقنية قياس درجة الحرارة ناضجة وموثوقة نسبيًا. حتى في ظل ظروف العمل القاسية للغاية، يُمكن استبدال حساسات درجة الحرارة في الموقع بسهولة. على الرغم من أن طريقة التدفق النفاث المستمر هي مبدأ عمل مقياس الرطوبة ذي البصيلة الرطبة والجافة، إلا أنها تختلف عن مقاييس الرطوبة الشائعة الاستخدام في السوق من قِبل هيئات الأرصاد الجوية لقياس الرطوبة النسبية للهواء. وقد حقق هذا المقياس نتائج القياس المذكورة آنفًا من خلال تصميم مبتكر جديد كليًا، بل ثوري.

طريقة التكثيف

تعتمد طريقة التكثيف على مبدأ سحب كمية محددة من غاز العادم من المدخنة وتمريرها عبر مكثف. ويتم حساب نسبة الرطوبة في غاز العادم بجمع كمية الماء المتكثف مع كمية بخار الماء الموجودة في الغاز المشبع الخارج من المكثف.

● المكثف، انظر الشكل (1)

● جهاز أخذ عينات غبار المداخن: يتكون من جهاز أخذ عينات غبار المداخن (قادر على قياس tr و tv و Pr و Qrw وإعداد التوقيت ووظيفة تجفيف الغاز) وأنبوب أخذ العينات ومضخة الهواء.

● قم بتوصيل المكثف بأنبوب الماء البارد أو ضعه مباشرة في الماء المثلج، ثم قم بتوصيل النظام بأكمله كما هو موضح في الشكل 2 وتحقق من النظام بأكمله بحثًا عن تسربات الغاز؛

● طريقة فحص تسرب الغاز: أغلق الأنبوب المطاطي بين أنبوب أخذ العينات والمكثف، ثم شغّل مضخة الهواء. عندما يصل الضغط السلبي المُشار إليه بواسطة مقياس الضغط قبل مقياس التدفق إلى 6.6 كيلو باسكال (50 ملم زئبق)، أغلق الأنبوب المطاطي بين مقياس التدفق ومضخة الهواء وأوقف الضخ. إذا لم ينخفض ​​مؤشر مقياس الضغط بأكثر من 0.2 كيلو باسكال (1.5 ملم زئبق) خلال دقيقة واحدة، يكون النظام محكم الإغلاق.

كما يتضح من معادلات تفاعل الأقطاب الكهربائية المذكورة أعلاه، لا يوجد استهلاك للخلية الإلكتروليتية أو الأقطاب. لذا، لا يحتاج المستخدمون إلى استبدال الأقطاب أو الخلية الإلكتروليتية أثناء التشغيل؛ بل يكفي فقط إعادة تعبئة الماء المقطر والإلكتروليت بشكل دوري (حيث ينخفض ​​مستوى الإلكتروليت نتيجة التبخر الطبيعي). وهذا يختلف عن مستشعرات الأكسجين في خلايا الوقود المذكورة سابقًا، والتي تحتاج عادةً إلى الاستبدال كل سنة إلى سنتين.

عند تقديم مستشعرات الأكسجين من نوع خلايا الوقود القلوية، يُشدد على ضرورة عدم استخدامها في التطبيقات التي يحتوي فيها الغاز المقاس على مكونات حمضية. يستخدم مستشعر الأكسجين التحليلي دلتا إف محلول هيدروكسيد البوتاسيوم القلوي كمحلول إلكتروليتي. وللتغلب على التداخل الناتج عن الغازات الحمضية ومنع تآكل الأقطاب، صُمم زوج من الأقطاب المساعدة من نوع ستاب-إي إل داخل المستشعر. وتتمثل وظيفة هذه الأقطاب المساعدة في إزالة هذه الغازات الضارة بعد دخول غاز العينة المحتوي على غازات حمضية إلى الخلية التحليلية، مما يمنع تلف المستشعر ويضمن دقة قراءات المحلل.

الشكل 6-4: رسم تخطيطي لمستشعر الأكسجين النزري دلتا إف