仪表空气的露点与含油
同样的症状，完全不同的病因 · 仪表典型失效模式 · 执行侧
全文约 2200 字 | 阅读约 5 分钟 | 图表 2 张 | 难度 ★★★☆☆ |
入冬之后，几个回路陆续变差。表现都一样：小信号动作迟钝，死区明显变大，操作说阀不跟手。
仪表班按上一次的经验去查填料——那次就是填料摩擦造成的死区，做了阶跃测试、松了压盖，问题解决。这回按同样的思路查了三台阀，摩擦力都不大，压盖也没人动过。
有人注意到一个细节：这几台阀分散在装置的三个区域，之前从没同时出过问题。
再一问，四月份开春之后，这些回路自己就好了。
同一台阀身上，摩擦和气源
能造出一模一样的症状。
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01
为什么气源脏了会表现成死区
定位器把电信号变成气压，靠的是一套很精密的气动机构。核心部件是喷嘴挡板：一个孔径通常只有零点几毫米的喷嘴，挡板在距离它几十微米的地方摆动，靠改变泄气量来控制背压。
几十微米是什么概念？一根头发丝的直径大约七十微米。
在这个尺度上，空气里带来的东西都足够造成麻烦：油雾在喷嘴口积成一层膜，改变气流特性；水分在减压的地方因为降温而凝结，严重时直接结冰；固体颗粒卡在节流孔里。
这些都不会让定位器报故障——它的自诊断查的是电路、阀位反馈、气源压力，查不到喷嘴里那层油膜。但它们会让气路的响应变慢、增益下降。定位器是一个位置闭环，闭环增益一降，死区就跟着变大。
于是现场看到的是：死区扩大、响应变慢、小信号不动。
和填料摩擦一模一样。
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02
露点：一个经常被读错的数
含水量的指标是露点。这里有个陷阱，足以让一套看起来合格的干燥系统在冬天彻底失效。
露点不是空气的固有属性，它随压力变化。同样一批空气，压力越高，水蒸气的分压越高，越容易凝结，露点也就越高。所以说露点的时候，必须说清楚是在什么压力下。
图 1 同一批空气在不同压力下的露点（按 Magnus 冰面公式计算）
图上那条红线就是问题所在。一批常压露点为零下四十度的空气，听起来很干燥——可它到了零点七兆帕的管网里，露点只剩下零下二十度。
而北方冬季室外管线的温度，低于零下二十五度是很平常的事。
常压露点 −40 ℃，
在 0.7 MPa 下只值 −20 ℃。
ISO 8573-1 的湿度等级用的是压力露点：二级是零下四十度，三级是零下二十度，四级是正三度。采购时如果只写了一个露点数字而没写清楚是哪一种，供需双方很可能各按各的理解签了字。
ANSI/ISA-7.0.01 对仪表空气的要求更直白：露点应比预期的最低环境温度至少低十度，且不高于正四度。这条规定的精神就是要求按现场实际条件倒推，而不是照抄一个通用数字。
图 2 两种露点水平在同一个冬季里的差别（温度曲线为示意）
二十度的露点差，在夏天看不出任何区别，两套系统都正常。到了冬天，一套安然无事，另一套在低温的那些天里持续析水结冰。
这也解释了开头那个现象：为什么问题入冬才出现，开春自己就好了。
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03
含油：一种不会被压差发现的失效
除水靠干燥机，除油靠过滤器。但这两者的失效方式完全不同。
颗粒过滤器堵塞时压差会上升，所以现场用压差表判断滤芯该不该换，这个方法对它是有效的。除油用的活性炭过滤器不一样——它靠吸附工作，吸附容量用尽之后，油就直接穿透过去了。
穿透的时候，压差不变，外观不变，没有任何指示。
颗粒过滤器 失效方式：堵塞 征兆：压差上升 可以靠压差表判断 失效是渐进可见的 |
| 活性炭除油过滤器 失效方式：吸附饱和后穿透 征兆：没有 压差表完全无效 只能按时间或按检测更换 |
所以除油滤芯必须按运行时间定期更换，不能等压差报警。至于油从哪来，即使用的是无油压缩机，轴承润滑油雾同样可能进入气路；有油机型则依赖油分离器的效率，而这个效率会随运行时间下降。老装置管网里残留的旧油，也会在改造或吹扫之后重新跑出来。
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04
怎么区分是摩擦还是气源
回到最开始那个问题。两种病因症状相同，但它们在别的地方留下了完全不同的痕迹：
指向填料摩擦 只有单台阀变差 与季节无关 死区在开关两个方向对称 大修更换填料后恢复 阶跃测试可直接量出死区 |
| 指向气源品质 多台阀在同一时期同时变差 有明显的季节相关性 同一气源支路上的阀都受影响 吹扫或换滤芯后很快恢复 排气口能发现油迹或水珠 |
分布和季节这两条最有用，而且不需要任何工具。如果变差的阀分散在装置各处但集中在同一段时间出现，几乎可以直接排除填料——填料不会挑时间一起老化。
再往下查，有两个动作成本很低：
在用气点测露点。注意是在定位器附近测，不是在干燥机出口测。管网本身可能就是污染源——低点积水、长期未排凝、保温破损处冷凝，都会让用气点的实际露点远高于干燥机出口。
在定位器排气口垫一张白纸。让它正常动作一段时间，看纸上有没有油迹。这个土办法对判断含油超标相当有效，而且五分钟就能做。
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05
能做什么
在技术规格书里写清楚是压力露点。并且注明对应的管网压力，以及现场的历史最低温度。按 ANSI/ISA-7.0.01 的思路，露点要求应当从最低环境温度倒推出来，而不是直接抄一个等级号。
把用气点的露点纳入定期检测。干燥机出口合格不等于末端合格。选几个最不利的用气点——管线最长的、位置最低的、室外保温最差的——定期测量并留档。
除油滤芯按时间换，不看压差。在维护计划里把它和颗粒滤芯分开管理。这一条几乎不花钱，但能挡掉一大类隐性污染。
冬季前做一次排凝和低点检查。管网低点的积水在夏天是液态、影响有限，入冬结冰之后就可能堵死支路。入冬前排一次，成本远低于冬天逐台查阀。
先问分布，再动手。遇到死区变大的投诉，第一个问题不是这台阀怎么了，而是还有没有别的阀也这样。这一句话能省下很多无用功。
▽ 参考资料（5 项）
· ISO 8573-1 压缩空气 第1部分：污染物与纯度等级
· ISO 8573-2 / -4 / -5 油雾、颗粒、油蒸气含量的测试方法
· ANSI/ISA-7.0.01 Quality Standard for Instrument Air
· ISA-75.25.01 Test Procedure for Control Valve Response Measurement from Step Inputs
· IEC 60534-4 工业过程控制阀 第4部分：检验和例行试验