DE10252652B4 - Apparatus and method for degassing fluid samples - Google Patents
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- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2247—Sampling from a flowing stream of gas
- G01N2001/2267—Sampling from a flowing stream of gas separating gas from liquid, e.g. bubbles
Abstract
Vorrichtung zur Entgasung von Fluidproben für die Bestimmung ihres Gesamtgasgehaltes sowie der einzelnen Gaskomponenten, gekennzeichnet durch eine quecksilberfrei arbeitende Vakuumpumpe 6, die vakuumseitig über ein Ventil 3 und einen Drucksensor 2 zur Registrierung des Vakuums mit einem Entgasungsgefäß 1 für die dosierte Probe und druckseitig mit einem Entspannungsgefäß 7 zur Gassammlung gekoppelt ist, wobei zur Erzeugung des Ausgangsvakuums das Entspannungsgefäß auf die Vakuumseite durch ein oder mehrere Absperrorgane umschaltbar ist und zur Messung des Druckanstieges bei der Entgasung der Fluidproben im Entgasungsgefäß das Ventil 3 verschließbar ist.Device for degassing fluid samples for the determination of their total gas content and the individual gas components, characterized by a mercury-free vacuum pump 6, which is operated on the vacuum side via a valve 3 and a pressure sensor 2 for registering the vacuum with a degassing vessel 1 for the dosed sample and on the pressure side with an expansion vessel 7 is coupled for gas collection, wherein the expansion vessel can be switched to the vacuum side by one or more shut-off devices to generate the initial vacuum and the valve 3 can be closed to measure the pressure increase during the degassing of the fluid samples in the degassing vessel.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Entgasung von Fluidproben, für die Bestimmung ihres Gesamtgasgehaltes sowie der einzelnen Gaskomponenten, wie es z.B. für die Gas-in-ÖI-Analyse erforderlich ist.The invention relates to a device and a method for degassing fluid samples, for determining their total gas content and the individual gas components, as is required, for example, for gas-in-oil analysis.
Durch Fehlfunktionen wie Überhitzung oder elektrische Entladungen bilden sich in Hochstromgeräten fehlerspezifische Gase wie Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Propan und Propen, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, die sich in den Transformatorölen lösen. Aus der Art und Menge dieser Gase lassen sich wichtige Rückschlüsse über den Betriebszustand von Hochstromgeräten wie Transformatoren ziehen. Außerdem ist eine Fehlerdiagnostik möglich. [VDEW-Ölbuch Isolierflüssigkeiten, Verlag VWEW, Frankfurt 1996]Due to malfunctions such as overheating or electrical discharges, fault-specific gases such as hydrogen, methane, ethane, ethene, ethyne, propane and propene, carbon dioxide and carbon monoxide are formed in high-current devices, which dissolve in the transformer oils. From the type and quantity of these gases, important conclusions can be drawn about the operating status of high-current devices such as transformers. Error diagnostics are also possible. [VDEW oil book on insulating liquids, VWEW publishing house, Frankfurt 1996]
Die Bestimmung dieser Gase erfolgt in zwei Schritten: Zuerst werden die im Öl gelösten Gase aus der Probe extrahiert. Das Gasgemisch wird dann in einem zweiten Schritt mit Hilfe der Gaschromatographie in die einzelnen Gase aufgetrennt, identifiziert und quantitativ bestimmt [H. Müller, J. Bachmann: Elektrizitätswirtschaft 92(93)809].These gases are determined in two steps: First, the gases dissolved in the oil are extracted from the sample. In a second step, the gas mixture is then separated into the individual gases with the aid of gas chromatography, identified and quantified [H. Müller, J. Bachmann: Electricity Industry 92 (93) 809].
Nach geltender Norm wird die Probe in eine Entgasungs-Apparatur (Töpler-Pumpe) eingefüllt, bei der durch Senken eines Quecksilber-Niveaugefäßes ein Vakuum im Ölbehälter erzeugt wird. Die im Gas gelösten Gase werden dabei teilweise freigesetzt und können durch Heben des Quecksilber-Niveaugefäßes in eine Gasbürette überführt werden. Durch mehrmaliges Heben und Senken des Quecksilber-Niveausgefäßes ist eine quantitative Abtrennung der Gase aus der Probe möglich. [DIN EN 60 567] Dieses Verfahren liefert ausgezeichnete Analysenwerte, ist aber wegen der bekannten Gefahren beim Umgang mit Quecksilber nicht mehr zeitgemäß. Außerdem treten erhebliche Probleme bei der mobilen Anwendung am Transformator oder auf Messwagen auf.According to the current standard, the sample is poured into a degassing apparatus (Töpler pump), in which a vacuum is created in the oil container by lowering a mercury level vessel. The gases dissolved in the gas are partially released and can be transferred to a gas burette by lifting the mercury level vessel. By repeatedly raising and lowering the mercury level vessel, a quantitative separation of the gases from the sample is possible. [DIN EN 60 567] This method provides excellent analytical values, but is no longer up-to-date due to the known dangers of handling mercury. In addition, there are considerable problems with mobile use on transformers or on measuring vehicles.
Um die Probleme beim Umgang mit Quecksilber zu vermeiden, wurde eine spezielle Kolben-Zylinder-Einheit vorgeschlagen, in der die Gase im Vakuum aus der Probe abgetrennt und in einem Gassammelbehälter aufgefangen werden [
Deshalb wurde in
In gleicher Weise wird in
Von der Firma Hewlett Packard wurde vorgeschlagen, die in Öl gelösten Gase mit Hilfe der Headspace-Technik abzutrennen [HP Application Note 228-310]. Dieses Verfahren konnte sich allerdings in der Praxis nicht durchsetzen, da keine Übereinstimmung der Analysenwerte mit dem Standardverfahren gefunden werden.The company Hewlett Packard proposed separating the gases dissolved in oil with the aid of the headspace technique [HP Application Note 228-310]. However, this method was not able to establish itself in practice, since no agreement between the analytical values and the standard method could be found.
Bisher wird den Transformatoren bei laufendem Betrieb nach festen Zeitabständen eine Ölprobe entnommen und im Labor analysiert. Das Analysenergebnis steht erst nach Stunden oder gar Tagen zur Verfügung. Diese Zeitspanne kann bei kritischen Entwicklungen viel zu lang sein. Der konsequente Weg zur Reduzierung der Zeit zwischen den Analysen und der Analysenzeit kann nur die online-Gas-in-ÖI-Analytik sein.So far, an oil sample has been taken from the transformers at fixed time intervals during operation and analyzed in the laboratory. The analysis result is only available after hours or even days. This period of time can be far too long for critical developments. The consistent way to reduce the time between the analyzes and the analysis time can only be the online gas-in-oil analysis.
Für Messungen direkt am Transformator existieren Varianten zur Abtrennung der Gase über eine gasdurchlässige Membran. Über diese Gasdiffusionsstrecke werden die im Öl gelösten Gase in eine Gasspeicherkammer, die mit einem Mehrwegedosierventil mit Probenschleife verbunden ist, überführt. Mit Hilfe eines Trägergases erfolgt der Transport in einen Gaschromatographen (
Der in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, Fluidproben, z.B. Isolieröle, ohne Membrantrennschritt oder die Verwendung von Quecksilberpumpen quantitativ auf einfache Weise zu entgasen, um sowohl den Gesamtgasgehalt als auch den Anteil der einzelnen Gaskomponenten bestimmen zu können.The invention specified in
Dieses Problem wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.This problem is solved by an arrangement with the features of
Die Entgasungsvorrichtung besteht aus einer quecksilberfrei arbeitenden Vakuumpumpe
Es wurde gefunden, dass eine quantitative Entgasung von Ölproben möglich ist, wenn diese in ein Vakuum eindosiert und die freigesetzten Gasbestandteile kontinuierlich abgesaugt und gesammelt werden, nachdem zu Beginn der Analyse ein identisches Vakuum im Evakuierungsgefäß und im Entspannungsgefäß erzeugt worden ist. Zweckmäßig ist, dass ein im Verhältnis zum Volumen der Ölprobe großer Gasaustauschraum zur Verfügung steht. Das Verhältnis der Volumina von Ölprobe zu Gasraum muss mindestens 1 : 3 betragen. Durch die kontinuierliche Gasabsaugung wird erreicht, daß die Gasbestandteile schnell und quantitativ aus dem Öl abgetrennt werden. Dies ist besonders bei den Kohlenwasserstoffen Ethan, Ethen, Ethin, Propan und Propen vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bestimmung von Gasen in Transformatorenölen oder Schmier- und Motorölen, Hydraulikflüssigkeiten sowie auch in wässrigen Lösungen vorteilhaft genutzt werden.It has been found that quantitative degassing of oil samples is possible if they are metered into a vacuum and the released gas components are continuously sucked off and collected after an identical vacuum has been created in the evacuation vessel and in the expansion vessel at the beginning of the analysis. It is useful that a large gas exchange space is available in relation to the volume of the oil sample. The ratio of the volumes of the oil sample to the gas space must be at least 1: 3. The continuous gas suction ensures that the gas components are separated quickly and quantitatively from the oil. This is particularly advantageous with the hydrocarbons ethane, ethene, ethyne, propane and propene. The method according to the invention can advantageously be used to determine gases in transformer oils or lubricating and motor oils, hydraulic fluids and also in aqueous solutions.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Erfindung ist es möglich, Gase in Fluiden entweder vor Ort oder später im Labor sowohl hinsichtlich des Gesamtgasgehaltes als auch der Anteile der einzelnen Gaskomponenten des Fluids zu bestimmen.With the aid of the proposed invention it is possible to determine gases in fluids either on site or later in the laboratory with regard to both the total gas content and the proportions of the individual gas components of the fluid.
Das gesamte freigesetzte Gasvolumen kann über die Längenänderung des Entspannungsgefäßes
Alternativ kann die gesamte freigesetzte Gasvolumen ermittelt werden, indem vor der Injektion des Öles in das evakuierte Entgasungsgefäß
Ausführungsbeispiel:
- Es zeigen
-
1 die Vorrichtung zur Entgasung von Fluidproben im Fall der Evakuierung vor der Bestimmung -
2 die Vorrichtung zur Entgasung von Fluidproben im Fall der Entgasung
-
- Show it
-
1 the device for degassing fluid samples in the case of evacuation before the determination -
2 the device for degassing fluid samples in the case of degassing
-
Gemäß
Eine definierte Menge Inertgas kann bei geringen Gehalten an Gas im Fluid zugesetzt werden, um dieses bestimmen zu können.A defined amount of inert gas can be added in the case of low gas contents in the fluid in order to be able to determine this.
Die Durchführung einer Fluidentgasung ist in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- EntgasungsgefäßDegassing vessel
- 22
- DrucksensorPressure sensor
- 33
- Magnetventilmagnetic valve
- 44th
- Magnetventilmagnetic valve
- 55
- Magnetventilmagnetic valve
- 66th
- VakuumpumpeVacuum pump
- 77th
- EntspannungsgefäßExpansion vessel
- 88th
- SeptumanschlußSeptum connection
- 99
- GasausgangGas outlet
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