DE102009037240A1

DE102009037240A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage

Info

Publication number: DE102009037240A1
Application number: DE102009037240A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hartig; Remigiusz Dr. Pastusiak; Le Nga Quach; Kerstin Dr. Wiesner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: US20120140226A1; US9128025B2; KR101517657B1; KR20120041256A; EP2464960A1; CN102472704A; WO2011018440A1

Abstract

Bei der Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage (2), insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung, wobei der Betriebsstoff mit Licht bestrahlt und den Betriebsstoff durchstrahltes oder von dem Betriebsstoff reflektiertes Licht spektral analysiert wird, weist der Betriebsstoff erfindungsgemäß bei der Bestrahlung zumindest eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau eine vorgegebene Temperatur auf. Hierdurch können stets gleichbleibende Rahmenbedingungen für die spektrale Analyse auch bei sich ändernden Umgebungstemperaturen, wie sie z.B. bei schwimmenden Einrichtungen vorliegen können, gewährleistet und somit die Genauigkeit der Analyse verbessert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage, insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind z. B. aus der WO 2009/037089 A1 bekannt.
Die genaue Überwachung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in Maschinenanlagen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies gilt insbesondere für Maschinenanlagen an Bord von schwimmenden Einrichtungen wie z. B. Schiffen oder Offshore-Plattformen. Beispielsweise wurden durch neue EU-Richtlinien Schwefelgrenzwerte für Schiffskraftstoffe eingeführt, die von Schiffen in Häfen oder bestimmten See- oder Binnenwassergebieten eingehalten werden müssen. Bei einer Fahrt in diesen Gewässern können Schiffe darauf kontrolliert werden, ob nur Kraftstoff mit einem Schwefelgehalt unterhalb des vorgeschriebenen Grenzwertes eingesetzt wird.
Auf den Weltmeeren außerhalb dieser Gewässer darf weiterhin Kraftstoff mit beliebigem Schwefelgehalt verbrannt werden. Da schwefelarmer Kraftstoff teurer ist als Kraftstoff mit hohem Schwefelgehalt, werden Schiffe auf dem größten Teil der Fahrt mit billigem schwefelhaltigen Kraftstoff betrieben und nur in Gebieten mit besonderen Grenzwerten schwefelarme Kraftstoffe eingesetzt. Das bedeutet, dass Schiffe künftig Kraftstoffe mit unterschiedlichen Qualitäten bunkern werden und dass diese Kraftstoffe je nach Bedarf auch miteinander gemischt werden (sog. „Blending”).
Durch die neuen EU-Richtlinien wird ein ordnungsgemäßes Führen von Logbüchern mit Angaben zur Kraftstoffumstellung zur Auflage dafür gemacht, dass Schiffe Häfen der EU-Gemeinschaft anlaufen können. Bei Kontrollen können Proben von Schiffskraftstoffen entnommen und auf ihren Schwefelgehalt überprüft werden. Durch das Schiffspersonal ist somit nicht nur der den Maschinen beim Betrieb zugeführte Kraftstoff, sondern bereits vorher die Qualität des Kraftstoffes bei der Betankung zu kontrollieren.
Aus der WO 2009/037089 A1 ist bereits ein Kraftstoffsystem mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung zur On-line-Bestimmung des Schwefelgehaltes des Kraftstoffes mit Hilfe der Infrarotspektroskopie bekannt. Hierzu wird der Kraftstoff in einer Messzelle mit Licht von einer Infrarot(IR)-Lichtquelle bestrahlt. Mit einem Spektrometer wird das Spektrum des den Kraftstoff durchstrahlten oder von dem Kraftstoff reflektierten Lichts gemessen und das gemessene Spektrum mit Hilfe von Algorithmen und unter Nutzung eines Kalibrationsmodells analysiert.
Aus der WO 2007/093500 A1 ist bereits ein Messsystem bekannt, bei dem mit Hilfe von IR-Spektroskopie der Schwefelgehalt in einem Schiffskraftstoff bestimmt und in Abhängigkeit davon die Schmiermittelzufuhr zu den Zylindern einer mit diesem Kraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird.
Neben der Bestimmung des Schwefelgehaltes in Kraftstoffen besteht in vielen Maschinenanlagen im Rahmen vorbeugender Wartungsmaßnahmen oder zur Betriebsoptimierung Bedarf nach der Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von einer Vielzahl anderer Betriebsstoffe wie z. B. von Schmiermitteln in Lagern oder von Hydraulikflüssigkeiten.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 10 die Genauigkeit in der Bestimmung der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Betriebsstoffe noch weiter zu verbessern.
Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9. Die Lösung der auf die Vorrichtung gerichteten Aufgabe gelingt durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 11 bis 17.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage, insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung wie z. B. einem Schiff oder einer Offshore-Plattformen, bei dem der Betriebsstoff mit Licht bestrahlt und den Betriebsstoff durchstrahltes oder von dem Betriebsstoff reflektiertes Licht spektral analysiert wird, weist der Betriebsstoff bei der Bestrahlung erfindungsgemäß zumindest eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau eine vorgegebene Temperatur, auf.
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich wechselnde Umgebungstemperaturen, wie sie z. B. bei Maschinenanlagen an Bord von schwimmenden Einrichtungen vorliegen, die sowohl in tropischen als auch in arktischen Gewässern verkehren, oder in Anlagen, die starken Tag-/Nachtschwankungen der Umgebungstemperatur unterliegen, zu unterschiedlichen Temperaturen des Betriebsstoffes bei der Bestrahlung mit dem Licht führen können. Die Intensität des den Betriebsstoff durchstrahlten oder von dem Betriebsstoff reflektierten Lichts weist jedoch eine nicht zu vernachlässigende Temperaturabhängigkeit auf, die dann zu Ungenauigkeiten bei der Auswertung der Spektren führen kann. Wechselnde Temperaturen haben auch Einfluss auf andere physikalische Parameter wie die Viskosität, Dichte und damit Fließgeschwindigkeit des Betriebsstoffes, was ebenfalls zu Ungenauigkeiten in der Auswertung der Spektren führen kann. Wenn dagegen der Betriebsstoff bei der Durchleuchtung zumindest eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau eine vorgegebene Temperatur, aufweist, können immer im wesentliche gleiche oder vorzugsweise genau gleiche Rahmenbedingungen für die spektrale Analyse und die daran anschließenden Auswertungen geschaffen und somit die Genauigkeit bei der Bestimmung der chemischen und/oder physikalischer Eigenschaften erhöht werden.
Unter „physikalischen Eigenschaften” werden hierbei Eigenschaften verstanden, die sich auf den Betriebsstoff an sich beziehen, d. h. nicht nur auf einzelne Inhaltsstoffe des Betriebsstoffes. Beispiel hiefür sind die Viskosität, Dichte und der Flammpunkt. Unter „chemischen Eigenschaften” werden Eigenschaften außerhalb des Definitionsbereichs der physikalischen Eigenschaften verstanden, die sich auf die chemische Zusammensetzung des Betriebsstoffes beziehen, wie z. B. Art und Anteil von Inhaltsstoffen (z. B. Gehalt an Wasser, Schwefel oder Asche), Cetanzahl oder pH-Wert. Die physikalischen Eigenschaften können dabei üblicherweise aus den chemischen Eigenschaften abgeleitet werden.
Bei dem Betriebsstoff kann es sich um jeglichen Stoff im Zusammenhang mit dem Betrieb der Maschinenanlage, wie z. B. um Kraftstoff, Treibstoff, Schmiermittel, Kühlmittel oder Hydraulikflüssigkeit, handeln.
Falls der Betriebsstoff vor der Bestrahlung nicht die gewünschte Temperatur aus dem vorgegebenen Temperaturbereich oder die vorgegebene Temperatur aufweist, kann der Betriebsstoff vor der Bestrahlung mit dem Licht auf eine Temperatur aus dem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise auf die vorgegebene Temperatur, erwärmt oder abgekühlt werden.
Wie sich herausgestellt hat, kann eine für die meisten Anwendungsfälle ausreichend gute Genauigkeit in der Bestimmung der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften dann erzielt werden, wenn der vorgegebene Temperaturbereich maximal 10 K beträgt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden bei der spektralen Analyse des Lichts mit Hilfe mehrerer unterschiedlicher Algorithmen mehrere jeweils unterschiedliche chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Betriebsstoffes bestimmt. Hierzu können beispielsweise in einer Auswerteeinheit für jede der zu bestimmenden Eigenschaften jeweils ein Algorithmus hinterlegt sein, der wiederum jeweils ein Kalibrationsmodell nutzt, wie es z. B. in der WO 2009/037089 A1 beschrieben ist. Es können somit mit nur einer einzigen Messung und folglich mit nur geringem apparativem Aufwand gleichzeitig mehrere Eigenschaften des Betriebsstoffes bestimmt werden.
Bevorzugt erfolgt die Bestrahlung des Betriebsstoffes mit Licht in einer von dem Betriebsstoff durchströmten Messzelle. Eine derartige Messzelle kann kompakt ausgeführt und entweder direkt in das Rohrleitungssystem der Maschinenanlage oder in eine zusätzliche Bypassleitung eingebaut werden. Besonders genaue und zuverlässige Messungen sind dabei möglich, wenn die Messzelle als eine Transmissionsmesszelle ausgebildet ist.
Die Genauigkeit der Messungen kann dadurch noch weiter erhöht werden, dass die Messzelle, beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, mit einem Reinigungsfluid gereinigt wird. Hierzu wird vorzugsweise die Zufuhr an Betriebsstoff zu der Messzelle unterbunden und die Messzelle von dem Reinigungsfluid statt von dem Betriebsstoff durchströmt. Hierdurch können Ablagerungen in der Messzelle, die beispielsweise bei einer längeren Stilllegung oder bei einem lang andauernden Betrieb entstehen und die die Messungen beeinträchtigen könnten, beseitigt werden.
Das Reinigungsfluid kann auch als ein Referenzmedium zur Überprüfung einer korrekten Betriebsweise der Messzelle genutzt werden. Hierzu kann bei einem Strömen des Reinigungsfluids durch die Messzelle, genauso wie im normalen Betrieb, das Reinigungsfluid mit Licht bestrahlt und das Reinigungsfluid durchstrahltes oder von dem Reinigungsfluid reflektiertes Licht spektral analysiert werden. Das dabei erhaltene Spektrum kann mit einem Referenzspektrum für das Reinigungsfluid verglichen werden. Falls Abweichungen von dem Referenzspektrum vorliegen, deuten diese auf fehlerhafte Rahmenbedingungen der Messungen (z. B. Abnutzungen oder Ablagerungen in der Messzelle) hin.
Von Vorteil werden die von dem Betriebsstoff bestimmten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften zur Steuerung des Betriebs der Maschinenanlage verwendet. Dies kann beispielsweise durch eine Einbindung in ein Automations- oder Überwachungssystem der Maschinenanlage erfolgen. Hierdurch kann der Betrieb der Anlage optimiert werden. Weiterhin können Maschinenteile auf Verschleiß überwacht und frühzeitig Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen eingeleitet oder Wartungsintervalle optimiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden den zu einem bestimmten Zeitpunkt von dem Betriebsstoff bestimmten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eine Zeitangabe und eine Ortsangabe zugeordnet. Hierdurch kann eine Protokollierung der gewonnenen Daten für Kontrollzwecke (z. B. zum Nachweis einer korrekten Kraftstoffqualität gegenüber Behörden) oder für weitergehende Analysen (z. B. Kosten-Nutzen-Analysen, Trendanalysen, Kraftstoffqualitätsanalysen, Entfernungsberechnungen) ermöglicht werden.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage, insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung wie z. B. einem Schiff oder einer Offshore-Plattform, mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung mit einer Lichtquelle zur Bestrahlung eines Betriebsstoffes mit Licht und mit einem Spektrometer zur spektralen Analyse von den Betriebsstoff durchstrahltem oder von dem Betriebsstoff reflektierten Licht, weist erfindungsgemäß eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Betriebsstoffes und/oder eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des Betriebsstoffes zumindest auf eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau auf eine vorgegebene Temperatur, auf. Die für das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 eine Transmissionsdurchflusszelle,
3 eine erste Vorrichtung zur Analyse einer Vielzahl von Betriebsstoffen einer Maschinenanlage und
4 eine zweite Vorrichtung zur Analyse einer Vielzahl von Betriebsstoffen einer Maschinenanlage.
1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften eines Betriebsstoffes einer Maschinenanlage 2. Die Maschinenanlage 2 umfasst beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine 3 und einen Tank 4, indem ein Betriebsstoff der Verbrennungskraftmaschine 3, beispielsweise ein Kraftstoff 5 der Verbrennungskraftmaschine 3, gespeichert ist. Bei der Maschinenanlage 2 handelt es sich beispielsweise um eine Antriebsmaschinenanlage an Bord eines Schiffes. Bei der Verbrennungskraftmaschine 3 handelt es sich dann beispielsweise um einen großen Dieselmotor zum Antrieb des Schiffes und bei dem Kraftstoff 5 um Dieselkraftstoff.
Von einer Kraftstoffzufuhrleitung 6 von dem Tank 4 zu der Maschine 3 zweigt eine Leitung 7 ab, über die ein Teil des Kraftstoffes 5 einer Messzelle 8 zugeführt wird. Von der Messzelle 8 wird der Kraftstoff entweder über eine Leitung 9 wieder dem Tank 4 zugeführt oder alternativ über eine Leitung 10 in die Leitung 6 zurückgespeist.
Die Messzelle 8 stellt zusammen mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung 11 den Kern einer Anordnung dar, wie sie z. B. in der WO 2009/037089 A1 beschrieben ist. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 11 umfasst eine Messeinheit 11a mit einer IR-Lichtquelle 13 und einen IR-Spektralanalysator 14, die über Lichtwellenleiter 15 mit der Messzelle 8 verbunden sind, und eine Auswerteeinheit 11b in Form eines Computers mit einem Anzeigegerät zur Auswertung der von dem IR-Spektralanalysator 14 gemessenen Spektren und zur Steuerung der Messeinheit 11a. Die Messzelle 8 ist vorzugsweise als eine Transmissionsdurchflussmesszelle ausgebildet, wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist. Der Messzelle 8 wird der Kraftstoff über einen Eingang 16 zugeführt und über einen Ausgang 17 abgeführt. Der Kraftstoff strömt innerhalb der Messzelle 8 in Strömungsrichtung 20 von dem Eingang 16 zu dem Ausgang 17. Senkrecht zu der Strömungsrichtung 20 des Kraftstoffes sind an zwei entgegen gesetzten Wandungen der Messzelle 8 Anschlüsse 18, 19 für die Lichtwellenleiter 15 angeordnet, wobei der Anschluss 18 über einen Lichtwellenleiter 15 mit der IR-Lichtquelle 13 und der Anschluss 19 über einen Lichtwellenleiter 15 mit dem IR-Spektralanalysator 14 verbunden ist. Der Kraftstoff wird hierdurch über den Eingang 18 mit IR-Licht der IR-Lichtquelle 11 bestrahlt und den Kraftstoff in der Richtung 12 durchstrahltes Licht über den Ausgang 19 dem IR-Spektralanalysator 14 zugeführt und dort spektral analysiert.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Heizeinrichtung 21, die ein in Strömungsrichtung des Kraftstoffes vor der Messzelle angeordnetes Heizungselement in Form eines Wärmetauschers 23 umfasst. Weiterhin umfasst die Heizeinrichtung 21 an bzw. in der Messzelle 8 angeordnete zweite Heizelemente in Form von Heizwicklungen 24. Durch die Heizeinrichtung 21 wird der Kraftstoff vor der Bestrahlung auf eine vorgegebene Temperatur von z. B. 65°C erwärmt, so dass er bei der Bestrahlung eine stets gleiche vorgegebene Temperatur und somit auch gleiche Dichte, Viskosität und Fließgeschwindigkeit aufweist. Bei Bedarf kann statt einer Heizeinrichtung auch eine Kühleinrichtung zum Abkühlen des Kraftstoffes auf die vorgegebene Temperatur vorhanden sein. Die Heizeinrichtung 21 bzw. die Kühleinrichtung kann hierzu eine Steuer- und/oder Regeleinheit umfassen, die über einen Sensor die Temperatur des Kraftstoffes misst und in Abhängigkeit davon die Heizleistung der Heizeinrichtung 21 bzw. die Kühlleistung der Kühleinrichtung derart steuert und/oder regelt, dass der Kraftstoff bei der Bestrahlung stets die gewünschte vorgegebene Temperatur aufweist.
In der Auswerteeinheit 11b sind mehrere unterschiedliche Algorithmen zur Bestimmung mehrerer jeweils unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften des Kraftstoffes hinterlegt. Hierzu sind in der Auswerteeinheit 11b für jede der zu bestimmenden Eigenschaften jeweils ein Algorithmus hinterlegt, der wiederum jeweils ein eigenes Kalibrationsmodell nutzt, wie es z. B. in der WO 2009/037089 A1 beschrieben ist. Es können somit anhand eines einzigen Spektrums, d. h. mit nur einer einzigen Messung, und folglich mit nur einer einzigen Messzelle 8 gleichzeitig mehrere chemische Eigenschaften des Kraftstoffes (z. B. Wassergehalt, Schwefelgehalt, Cetanzahl) und mehrere physikalische Eigenschaften (z. B. Viskosität, Dichte, Flammpunkt) bestimmt werden, die in der Auswerteeinheit 11b weiterverarbeitet, zur Anzeige gebracht und abgespeichert werden können.
Die Auswerteeinheit 11b ist mit einem GPS-Empfänger 30 gekoppelt und ordnet den zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem Betriebsstoff bestimmten Daten zu chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eine Zeit- und Ortsangabe zu, die mit diesen Daten abgespeichert wird.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Speicher 31 mit einem Reinigungsfluid 32 (z. B. reiner Dieselkraftstoff). Der Speicher 31 ist über ein Zweiwegeventil 33 mit der Messzelle 8 verbindbar, so dass die Messzelle 8 wahlweise mit Kraftstoff 5 aus dem Tank 4 oder mit Reinigungsfluid 32 aus dem Speicher 31 durchströmt werden kann. Durch eine Reinigung der Messzelle 8 mit dem Reinigungsfluid können Ablagerungen in der Messzelle 8, die beispielsweise bei einer längeren Stilllegung oder bei einem lang andauernden Betrieb entstehen und die Messungen beeinträchtigen können, beseitigt werden.
Das Reinigungsfluid 32 kann auch als ein Referenzmedium zur Überprüfung einer korrekten Betriebsweise der Messzelle 8 genutzt werden. Hierzu kann bei einem Strömen des Reinigungsfluids durch die Messzelle 8, genauso wie im normalen Betrieb, das Reinigungsfluid mit Licht bestrahlt und das Reinigungsfluid durchstrahltes oder von dem Reinigungsfluid reflektiertes Licht spektral analysiert werden. Das dabei erhaltene Spektrum kann mit einem Referenzspektrum für das Reinigungsfluid verglichen werden, das in der Auswerteeinheit 11b abgespeichert ist. Falls Abweichungen von dem Referenzspektrum vorliegen, deuten diese auf fehlerhafte Rahmenbedingungen der Messungen (z. B. Abnutzungen oder Ablagerungen in der Messzelle 8) hin.
Das Reinigungsfluid wird nach Durchströmen der Messzelle 8 entweder über die Leitung 10 der Maschine 3 oder aber einem Speicher 36 zugeführt, von wo es weiter entsorgt wird.
Wie in 3 dargestellt, kann die Vorrichtung 1 auch mehrere Messzellen 8 zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von mehreren unterschiedlichen Betriebsstoffen einer Maschinenanlage 2 und/oder eines gleichen Betriebsstoffes an mehreren unterschiedlichen Stellen der Maschinenanlage 2 umfassen, die über Lichtwellenleiter 15 mit der (zentralen) Mess- und Auswerteeinrichtung 11 verbunden oder verbindbar sind.
So kann beispielsweise im Fall eines Schiffes jeweils eine Messzelle 8 in den Kraftstoffzufuhrleitungen 6 zu einem Dieselmotor 41 zum Antrieb des Schiffes 3 und zu Dieselmotoren 42 für den Antrieb von Generatoren 43 zur Stromerzeugung für das Bordnetz des Schiffes angeordnet sein. Die Messzellen 8 sind dabei in der Leitung 6 nach Homogenisatoren 44 einer nicht näher dargestellten Mischeinrichtung angeordnet, über die ein Mischen („Blending”) von Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität erfolgt, die in den Tanks 4 gespeichert sind.
Weiterhin ist jeweils eine Messzelle 8 in den Schmiermittelversorgungen 45 sämtlicher Maschinen der Maschinenanlage (d. h. der Dieselmotoren 41 und 42 und der Generatoren 43) sowie in der Schmiermittelversorgung eines Lagers 46 einer Propellerwelle 47 angeordnet.
Eine weitere Messzelle 8 befindet sich nach einem Tankstutzen 48 für die Betankung der Tanks 4 des Schiffes und dient zur Kontrolle der Qualität des Kraftstoffes bei der Betankung des Schiffes.
Die (zentrale) Mess- und Auswerteeinrichtung 11 ist hierbei mit einem Automatisierungssystem 50 der Maschinenanlage 2 gekoppelt, so dass die ermittelten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften zur Steuerung des Betriebs der Maschinenanlage verwendet werden können. Beispielsweise können bei einem Anstieg von Schwermetallen in einem Schmierstoff die Wartungsintervalle angepasst werden. Das automatische Umschalten zwischen Kraftstoffen unterschiedlicher Qualität beim Erreichen von Zonen mit besonderen Anforderungen (z. B. Hafen) kann optimiert werden. Die Maschinen können automatisch auf Verschleiß überwacht und gegebenenfalls abgeschaltet werden. Durch ein nachhaltiges Protokollieren aller relevanten Eigenschaften der Betriebsstoffe kann eine Kosten-Nutzen-Analyse des betankten Kraftstoffes für eine Qualitätsbewertung erfolgen und es können Prognosen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und verbleibender Restfahrtwege mit einer vorhandenen Tankbefüllung berechnet werden. Die gewonnenen Daten können auch in Trendanalyse innerhalb der Automation eingebunden werden. Besonders wichtig ist die Möglichkeit einer Protokollierung der gewonnenen Daten für Kontrollzwecke (z. B. zum Nachweis gegenüber Behörden). Von besonderem Vorteil ist dabei, dass mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eines Betriebsstoffes „on-line”, d. h. ohne großen Zeitverlust, bestimmt werden können, so dass sehr zeitnah auf unerwünschte Vorkommnisse reagiert werden kann.
Zur Verringerung der Anzahl der benötigten Lichtwellenleiter 15 kann – wie in 4 dargestellt – die Messeinheit 11a mit den einzelnen Messzellen 8 auch über ein Multiplexersystem 60 verbunden sein, das aus zwei zentralen Lichtwellenleitern 15, die an die Messeinheit 11a angeschlossen sind, und aus mehreren Multiplexern 61 besteht, wobei jede der Messzellen 8 über jeweils einen Multiplexer 61 mit jedem der zwei zentralen Lichtwelleleiter 15 verbunden ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 11 auch als ein transportables Gerät ausgebildet sein, das bei Bedarf vor Ort bei einer Messzelle 8 über Lichtwellenleiter 15 an die Messzelle 8 angeschlossen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2009/037089 A1 [0001, 0005, 0016, 0030, 0032]
- WO 2007/093500 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage (2), insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung, bei dem der Betriebsstoff mit Licht bestrahlt und den Betriebsstoff durchstrahltes oder von dem Betriebsstoff reflektiertes Licht spektral analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsstoff bei der Bestrahlung zumindest eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau eine vorgegebene Temperatur, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsstoff vor der Bestrahlung auf die Temperatur aus dem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise auf die vorgegebene Temperatur, erwärmt oder abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Temperaturbereich maximal 10 K beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der spektralen Analyse mit Hilfe mehrerer unterschiedlicher Algorithmen mehrere jeweils unterschiedliche chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Betriebsstoffes bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung des Betriebsstoffes mit Licht in einer von dem Betriebsstoff durchströmten Messzelle (8), insbesondere einer Transmissionsmesszelle, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (8) mit einem Reinigungsfluid gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsfluid als ein Referenzmedium zur Überprüfung einer korrekten Betriebsweise der Messzelle (8) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Betriebsstoff bestimmten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften zur Steuerung des Betriebs des Maschinenanlage (2) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den zu einem bestimmten Zeitpunkt von dem Betriebsstoff bestimmten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften eine Zeitangabe und eine Ortsangabe zugeordnet wird.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von Betriebsstoffen in einer Maschinenanlage (2), insbesondere in einer schwimmenden Einrichtung, mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung (11) mit einer Lichtquelle (13) zur Bestrahlung eines Betriebsstoffes mit Licht und mit einem Spektrometer (14) zur spektralen Analyse von den Betriebsstoff durchstrahltem oder von dem Betriebsstoff reflektierten Licht, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (21) zur Erwärmung des Betriebsstoffes und/oder eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des Betriebsstoffes zumindest auf eine Temperatur aus einem vorgegebenen Temperaturbereich, vorzugsweise genau auf eine vorgegebene Temperatur.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Temperaturbereich maximal 10 K beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mess- und Auswerteeinrichtung (11) mehrere unterschiedliche Algorithmen zur Bestimmung mehrerer jeweils unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften des Betriebsstoffes hinterlegt sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung des Betriebsstoffes mit Licht in einer von dem Betriebsstoff durchströmten Messzelle (8), insbesondere einer Transmissionsmesszelle, erfolgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Speicher (31) mit einem Reinigungsfluid, wobei der Speicher (31) mit der Messzelle (8) verbindbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere Messzellen (8) zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Eigenschaften von mehreren unterschiedlichen Betriebsstoffen der Maschinenanlage (2) und/oder eines gleichen Betriebsstoffes an mehreren unterschiedlichen Stellen der Maschinenanlage (2), die über Lichtwellenleiter (15) mit der Mess- und Auswerteeinrichtung (11) verbunden oder verbindbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (11) mit einem Automatisierungssystem (50) der Maschinenanlage (2) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinrichtung (11) mit einem GPS-Empfänger (30) gekoppelt ist.