工作原理
在线水分测量背后的科学
所有 Zelentech 仪器均基于电容式测量 — 与实验室仪器相同的物理原理,经过改造以适应工业管道和工艺系统的连续在线使用。本页介绍其工作原理、在线测量为何优于取样,以及我们的方法与替代技术的对比。
测量原理
水和油具有截然不同的介电常数(介电率)。纯油的介电常数约为 2,而水的介电常数约为 80。这 40 倍的差异使电容式测量成为检测油中水分的特别灵敏的方法。
Zelentech 传感器由两个电极组成,形成一个电容器,工艺流体在其间流过。随着水含量的变化,流体混合物的介电常数成比例地变化,从而改变电容。仪器的电子设备以高精度测量此电容变化,并将其转换为水含量读数。
先进的温度补偿算法考虑了油和水介电常数的温度依赖性,确保在整个工作范围内的准确测量。
为什么选择在线监测
连续测量
在线测量每秒提供一次读数 — 填补定期取样之间的空白,并在水塞、分离器携带和密封故障等瞬态事件发生时立即捕获。
代表性
传感器测量流过管道的实际工艺流。无需取样阀、取样管线或取样容器来引入误差或改变水油分布。
减少操作误差
手动取样容易受到容器污染、混合不良和运输过程中沉降的影响。连续在线数据提供了可靠的基线,补充定期的实验室验证。
实时响应
实时读数可实现闭环控制、高水含量时的自动转向以及即时报警响应 — 在定期取样间隔之间对工艺变化采取行动。
安全
减少在分类区域中开阀、采集样品和运输危险流体容器的需要。ATEX/IECEx 认证的仪器可在无操作人员暴露的情况下持续监测。
经济高效
降低人工样品采集、运输和实验室分析的频率和成本 — 同时每天提供比任何取样方案更多的数据点。
Zelentech 与替代技术的对比
电容式 Zelentech
工作原理: 测量两个电极之间油水混合物的介电常数。
优势: 全量程高灵敏度。测量总水分(溶解态 + 游离态 + 乳化态)。无耗材、无放射源、无光学窗口。适用于所有油类。
最佳应用: 原油管道、工业油、植物油、乙二醇 — 任何需要连续监测水含量的液体。
微波 / 射频
工作原理: 测量微波通过流体时的吸收或相移。
优势: 适用于高盐度原油,此类油中电容读数可能受溶解盐的影响。能很好地处理高水含量。
局限性: 更昂贵。物理尺寸更大。校准更复杂。不太适合工业油和低水含量应用。
水活度 / 相对湿度
工作原理: 测量油上方的平衡水蒸气压(水活度)。
优势: 适用于监测清洁变压器和汽轮机油中极低水平的溶解水趋势。
局限性: 仅测量溶解水。无法检测游离水或乳化水 — 恰恰在污染最危险时(超过饱和点以上)失效。报告的是相对饱和度,而非实际水含量。
近红外 (NIR)
工作原理: 通过流体发射近红外光,测量水特征波长处的吸收。
优势: 在实验室环境中非常准确。适用于清洁、透明的流体。
局限性: 光学窗口在原油和肮脏的工艺流中会结垢。在大多数现场应用中不适用于在线使用。主要是一种实验室技术。
参考方法 — 实验室与现场
卡尔费休滴定法
工作原理: 消耗样品中水分的化学反应,通过电化学方法测量。
优势: 水含量的权威参考方法。极其准确。用于校准和认证。
局限性: 间歇式实验室方法 — 非实时,非在线。需要受过培训的操作人员、消耗性试剂,每次测试需要 15–30 分钟。用于验证而非替代在线仪器。
ASTM D4007 — 离心法 BS&W
工作原理: 等体积的原油和水饱和甲苯在锥形离心管中混合并高速旋转。较重的水和沉积物相分离到锥形底部,直接从刻度尺上读取体积。
优势: 广泛使用的原油 BS&W 现场和实验室方法。便携式离心机可在井口、储罐场和交接计量点进行现场测试。10–15 分钟出结果。简单,现场操作人员很了解。
局限性: 需要手动抓取样品 — 非连续。结果取决于样品质量、溶剂比例和离心速度。无法检测溶解水或抗分离乳化液。通常分辨率最高为 0.1%。与在线仪器配合使用,而非替代。
危险区域认证
大多数油中水测量应用位于可能存在可燃气体或蒸汽的危险区域。Zelentech 仪器拥有全球部署的危险区域认证 — 从国际 IECEx 到欧洲、巴西和中东的区域方案。
所有证书均基于隔爆外壳保护概念 (Ex db),额定气体组别 IIC(包括氢气)和温度等级 T4(≤135 °C 表面温度),适用于 Zone 1 和 Zone 2 安装。
IECEx — 国际
IECEx QPS 19.0007X Issue 2 — Ex db IIC T4 Gb
在超过 30 个国家认可的国际认证方案。IECEx 构成了大多数国家方案的技术基础,包括 ATEX、INMETRO 和 ECAS。一份测试报告,全球认可。
ATEX — 欧盟
CML 19ATEX1356X — Ex db IIC T4 Gb
EU 指令 2014/34/EU,适用于爆炸性环境中使用的设备。所有 EU 和 EEA 成员国必需。由 CML B.V.(公告机构 2776)进行型式检验。

INMETRO — 巴西
LMP 24.0560X — Ex db IIC T4 Gb
根据 INMETRO Portaria 115/2022 的巴西国家认证。在巴西安装的危险区域设备必需。由 LMP Certificações 颁发。

ECAS — 阿联酋
26-02-184073 / E26-02-192048 / NB0002
阿联酋危险区域设备合格评定方案。在阿联酋油气行业安装必需。由 SGS 在工业和先进技术部下颁发。
cQPSus — 北美
LR1538-1 — Ex db IIC T4 Gb
QPS 评估服务对加拿大和美国的认证。按照 CSA C22.2 No. 60079-0、-1 和 UL 60079-0、-1 评估。基于 IECEx 测试报告,提供北美市场准入。

ISO 9001:2015 — 质量管理
QS-17-1531
流体测量仪器的设计、制造和供应的质量管理体系认证。由 EQA IMS Certification 颁发,获 SAC 认可。
通信输出
Zelentech 仪器支持三种最常见的工业通信协议,可与几乎任何 DCS、SCADA、PLC 或流量计算机系统集成:
4–20mA 模拟量
行业标准模拟输出。水含量读数线性映射到 4–20mA 范围。简单、可靠,与所有工业系统兼容。回路供电 — 无需外部电源。
HART
叠加在 4–20mA 信号上的高速可寻址远程传感器协议。可通过同一对线进行数字配置、诊断和多变量数据传输(水含量 + 温度)。
Modbus RTU
用于连接 PLC 和 RTU 的串行数字协议。通过 RS-485 提供水含量、温度和诊断数据。支持单总线上的多台仪器。
关于我们的技术有疑问?
我们的工程团队可以帮助您了解哪种测量方法最适合您的应用。