DE1498569A1

DE1498569A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Truebungspunktes oder des Fliesspunktes von Kohlenwasserstoffoelen

Info

Publication number: DE1498569A1
Application number: DE19631498569
Authority: DE
Inventors: Holbourne Peter George
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1962-02-05
Filing date: 1963-02-02
Publication date: 1969-01-02
Also published as: GB950375A; NL287768A; BE627518A; US3187557A

Description

Verfihren und Vorichtung zur Kessung des L@@@@@@@@@@@@ un oder des Fließpunktes von Lokhen oberstorfölen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode und eine Vorrichtung zur Messung des TrUbungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen.
Nach der vom Institute of Petroleum gegebenen Definition ist der Trllbungspunkt (clound point)." jene ein Vielfaches von 10C betragende Temperatur, bei der eine Trübung oder ein Schleier erscheint, wenn das Öl unter ganz bestimmten Bedingungen gekUhlt wird. Es wird angenommen, daß die im Öl auftretende TrUbung bzw. der Schleier durch Paraffinwachs oder andere Feststoffe verursacht wird, die aus dem (51 auskristallisteren doer ausgeschieden werden, wenn es abgekühlt wird.
Nach der vom Institute of Petroleum gegebenen Begriffsbestimmung ist der Fließpunkt (pour point) "jene ein Vielfaches von 30C betragende Temperatur, die um 30C oberhalb der Temperatur liegt, bei der das Öl gerade zu fließen aufhört, wenn es unter ganz bestimmten Bedingungen abgekühlt wird." Die Beziehung zwischen Trilbungspunkt und Fließpunkt liegt nicht genau fest, Jedoch liegt der Fließpunkt normalerweise etwa 60C unter dem Trübungspunkt.
Die Bedeutung des Trübungs- und Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen und die Notwendigkeit, diese Punkte zu kennen, sind in der Erdölindustrie wohlbekannt.
Zur Zeit erfolgt die Messung des Trübungspunktes von ollen unter Verwendung von Kühlbädern. Sie erfordert ungefähr 1 1/2 Stunden. Beim Nischen von Ollen, die bei tiefen Temperaturen verwendet werden sollen, muß der TrUbungspunkt bei Jeder Stufe gemessen werden. Dies ist ein zeitraubendes und umständliches Verfahren.
Gegenstand der Erfindung sind eine Methode und eine Vorrichtung zur Messung des Trtlbungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffö.len, die schneller und weniger umständlich arbeiten als die bisherigen Methoden und Vorrichtungen.
Die erfindungsgemäße Methode zur Messung des TrUbungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen wird wie folgt durchgeführt: Man richtet einen Lichtstrahl durch das (51 auf eine reflektierende Oberfläche, kühlt das 51 und mißt die Temperatur des Ols, wenn die Intensität des von der reflektierenden Oberfläche zurückgeworfenen Lichtstrahls um einen bestimmten Betrag abgenommen hat. Zweckmäßig wird die Intensität des reflektierten Lichtstrahls kontinuierlich während der Durchführung der Methode gemessen.
Vorzugsweise richtet man einen weiteren Lichtstrahl von gleicher Intensität durch einen Teil des (5is, der bei Umgebungstemperatur bleibt, auf eine weitere reflektierende Fläche und ermittelt die Abnahme der Intensität des ersten Lichtstrahls durch Vergleich der Intensitäten der beiden Lichtstrahlen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung des TrUbungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen umfasst folgende Teile: Eine Meßzelle, die eine Probe. des Öls aufnimmt und mit einer reflektierenden Oberfläche versehen ist, eine Trockeneinrichtung zur Entwässerung des (5ls vor seinem Eintritt in die Meßzelle, ein mit der Meßzelle verbundenes Temperaturmeßinstrument, eine Einrichtung zur Abkühlung der Meßzelle, eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl durch das Öl in der Zelle auf die reflektierende Fläche gerichtet ist, und eine Photozelle, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl von der reflektierenden Fläche auf sie fällt. Eine vorbestimmte Abschwächung der Intensität des reflektierten Lichtstrahls wird durch die Photozelle angezeigt, so daß die Temperatur, bei der die Abschwächung eingetreten ist, festgestellt werden kann.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem eine Bezugs-oder Vergleichszelle, die eine weitere Probe des Öls bei Umgebungstemperatur enthält und mit einer reflektierenden Fläche versehen ist, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl von der gleichen Lichtquelle durch das in der Zelle enthaltene 51 auf sie fällt, sowie eine weitere Photozelle, die soçangeordnet ist, daß ein Lichtstrahl von der reflektierenden FlKche der Vergleichszelle auf sie fällt. Auf diese Weise kann die Abschwächung der Intensität des von der reflektierenden Fläche der Meßzelle zurUckgeacorfenen Lichtstrahls durch Vergleich der Ausgangsleistungen der beiden Photozellen ermittelt werden.
Zweckmäßig sind die beiden Photozellen Jeweils als ein Zweig einer Brückenschaltung geschaltet, die so eingestellt ist, daß bei einem Abfall der Intensität des von der reflektierenden Fläche der Meßzelle zurückgeworfenen Lichtstrahls die Brücke aus dem Gleichgewicht kommt. Dieser Zustand wird dazu ausgenutzt, die Temperaturmeßeinrichtung zu betätigen und die Kühleinrichtung außer Betrieb zu setzen.
Vorzugsweise ist mit der Temperaturmeßeinrichtung ein Temperaturschrelber verbunden, so daß die Temperatur bei Betätigung der ersteren ständig registriert wird.
Zweckmäßig bewirkt die Unsymmetrie der Brücke die oeffnung eines Auslaßventils, wodurch das Öl aus den Vergleichs- und Meßzellen fließt, sowie die Betätigung einer Zeitschaltvorrichtung, die das Auslaßventil schließt, nachdem das geprüfte 1 aus den Zellen ausgeflossen und eine weitere Ölprobe aus einer gemeinsamen Quelle in die Vergleichs-und Meßzellen eingelaufen ist. Auf diese Weise wird ein Überwachungssystem für den Trübungs- oder Fließpunkt erhalten.
Die gesamte Vorrichtung ist vorzugsweise in einer Vakuumkammer untergebracht.
Zweckmäßig wird eine thermoelektrische Kühlvorrichtung und als Temperaturmeßvorrichtung vorzugsweise ein Thermoelement verwendet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend eine spezielle Ausführungsforin als Beispiel anhand der Abbildungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung des Trübungs- oder Fließpunktes.
Fig. 2 stellt die Brückenschaltung für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dar.
Figg. 3 bis 6 zeigen weitere Schaltungen für die in Fig. 2 dargestellte Brücke.
Fig. 7 zeigt das Sehaltbild des in Fig. 4 dargestellten Schaltschemas.
Fig. 1 zeigt schematisch die in einer evakuierten Kammer 10 untergebrachte Vorrichtung zur Messung des Trübungs- oder Fließpunktes. Die Vorrichtung umfasst eine Meßzelle 11 und eine Vergleichszelle 12, die beide über die Leitungen 14 mit Öl gefüllt werden können, das aus einer gemeinsamen Quelle über eine Trockeneinrichtung 13 zugeführt wird. Das (51 verlässt die Zellen durch die Leitungen 15 unter der Kontrolle eines Elektromagnetventils 16.
Eine Lichtquelle 17 ist so angeordnet, daß ein Lichtstrahl durch eine Bündelungsvorrichtung 18 auf eine reflektierende Fläche 19 der Meßzelle 11 gerichtet ist und ein weiterer Lichtstrahl von gleicher Intensität durch eine BUndelungsvorrichtung 20 auf eine reflektierende Fläche 21 der Bezugszelle 12 fällt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Lichtstrahlen durch (nicht dargestellte) Fenster in den Zellen 11 und 12 und durch Ölschichtun von gleicher Dicke in diesen Zellen fallen. Als reflektierende Flächen 19 und 21 kdnnen Spiegel dienen, die an den Innenseiten der Zellen 11 und 12 befestigt sind. Es ist auchmöglich, die Innenflächen der Zellen zu polieren, so daß sie als reflektierende Flächen wirken.
Eine Photozelle 22 ist so angeordnet, daß der Lichtstrahl von der reflektierenden Fläche 19 durch das Öl und durch das Fenster der Meßzelle auf sie fällt. Ebenso ist eine weitere Photozelle 23 so angeordnet, daß der Lichtstrahl von der reflektierenden Fläche 21 durch das O1 und das Fenster der Bezugszelle auf sie fällt. Die Photozellen 22 und 23 sind so angebracht, daß die refiektierten Lichtstrahlen durch Ülsohichten gleicher Dicke in der Meßzelle 11 und in der Vergleichszelle 12 fallen. Die Photozellen 22 und 23 sind vorzugsweise so ausgewählt, daß sie die gleichen Charakteristiken haben.
Die Meßzelle 11 ist mit einer thermoelektrischen Vorrichtung 24 zur Kühlung des Öls in der Zelle und mit einem Thermoelement 25 zur Messung der Temperatur des Öls in der Zelle versehen Fig. 2 stellt eine Wheatstonesche Brücke dar, die durch die Photozelle 22 als ersten Zweig, die Photozelle 25 als zweiten Zweig, einen Widerstand R1 und einen Stellwiderstand R2 - in Reihe geschaltet - es dritten Zweig und einen Widerstand R3 als vierten Zweig gebildet wird. Der Stellwiderstand R2 ist vorgesehen, um den Abgleich der Brücke zu erm8glichen. Die Zuleitung zur BrUcke ist zwischen Widerstand R1 und Photozelle 23 einerseits und zwischen Widerstand R3 und Photozelle 22 andererseits geschaltet. Das Stromversorgungssystem der Brücke umfasst einen Widerstand R4, einen veränderlichen Widerstand R5, ein Ammeter 26 und eine Batterie. Der Ausgangskreis aus der Brücke umfasst ein Elektromagnetrelais A, dessen Stromspule mit einem Ende zwischen den Widerständen R2 und R3 und mit dem anderen Ende zwischen den Photozellen 22 und 23 angeschlossen ist.
Der veränderliche Widerstand R5 ist vorgesehen, um den der Brücke zugeführten Strom so regeln zu können, daß einerseits die ausgelegte Leistung der Photozellen nicht überschritten wird und andererseits genügend Strom für die Erregung des Relais A zugeführt wird, wenn die Brücke durch Erreichen des TrUbungs-bzw. Fließpunktes aus dem Gleichgewicht kommt.
Der Widerstand der Stromspule des Relais A wird in Abhkngigkeit davon, ob der Trübungspunkt oder der Fließpunkt des ols gemessen werden soll, verschieden gewählt (durch Einsetzen eines anderen Spulensatzes). Durch Veränderung des Widerstandes der Spule des Relais A wird die Größe des bei Unsymmetrie der Brücke erhaltenen Signals, die zur Erregung des Relais erforderlich ist, und damit der gemessene Trbungsgrad des Öls verändert.
Das Relais A hat zwei Arbeitskontakte al und a2. Der Kontakt al (Fig. 3) dient dazu, nach dem Ansprechen des Relais A einen Stromkreis vom Thermoelement 25 zu einem Temperaturschreiber 27 zu schließen. Der Kontakt al könnte weggelassen und das Thermoelement 25 unmittelbar mit dem Schreiber 27 verbunden werden, wobei eine kontinuierliche Registrierung der Temperatur des (5ls in der Meßzelle 11 erhalten würde. Der Kontakt a2 (Fig. 4) dient dazu, nach dem Ansprechen des Relaia A einen Stromkreis zur Erregung eines elektromagnetischen Relais B zu schließen, und ist so ausgebildet, daß das Relais für ungefähr eine Minute erregt bleibt. Der Gleichrichter 29 ist ferner parallel zur Stromspule des Relais B geschaltet, um Stromverlust während der Ansprechzeit zu verhindern und gleichzeitig einen Weg niedrigen Widerstandes für die umlauf enden Ströme beim Abfallen zu bilden, so daß die Verzögerungszeit verlängert wird.
Das Relais B hat einen Ruhekontakt bl und einen Arbeitskontakt b2. Der Ruhekontakt bl (Fig. 5) ist so geschaltet, daß er die Stromzufuhr zur thermoelektrischen Kühlvorrichtung 24 unterbricht, wenn das Relais B erregt wird. Der Arbeitskontakt b2 (Fig. 6) dient zur Schließung des Strom kreises, der das Elektromagnetventil 16 speist, damit das Öl aus der Vorrichtung ablaufen kann.
Fig. 7 zeigt im einzelnen die Schaltung des in Fig. 4 dargestellten Stromkreises, wobei nur die besonders wichtigen Teile dargestellt sind. Der dargestellte Stromkreis ist so ausgebildet, daß das Relais für eine Zeitdauer anspricht, die vom Wert eines Widerstandes R6 und von den Werten der Teilwiderstände R8 und R9 eines Potenticometers 30 abhängt.
Bei offenem Kontakt a2 wird ein Transistor T2 leitend durch eine Vorspannung, die über einen Widerstand R7 an seinen Emitter gelegt wird. Der. Widerstand R7 ist außerdem mit dem Emitter eines Transistors T1 verbunden, dessen Basis an den Abgriff des Potentiometers 30 angeschlossen ist. Die Werte des Widerstandes R7 und des Teilweiderstandes R9 sind so bemessen, daß die Spannung am Widerstand R7 größer ist als die Spannung am Teilwiderstand R9. Ein Kondensator C, der zwischen die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 geschaltet ist, wird hierdurch auf einen Wert aufgeladen, der gleich der Speisespannung +V abzüglich der Spannung am Widerstand R7 ist. Wenn der Kontakt a2 schließt, gelangt ein positiver Spannungsstoß zum Kondensator C, wodurch dieser Q. ber den zwischen die Basis des Transistors T2 und Erde geschalteten Widerstand R6 entladen wird. Dies hat zur Folge, daß der Transistor T2 sperrt, so daß der Transistor T1 leitend wird. Der Kollektor des Transistors T1 wird auf diese Weise positiver und entlädt den Kondensator C weiter unter der Steuerung durch den Kondensator C und den Widerstand R7. Das Verhältnis der Teilwiderstände R8 und R9 steuert das Potential der Basis des Transistors T2 und den Mindeststrom im Widerstand R6, der den Transistor T2 weiterhin ausgeschaltet hält. Die Spannung zwischen dem Kollektor des Transistors T2 und der Zuleitung +V dient dazu, einen weiteren Transistor T3 von Durchgang auf Sperren und umgekehrt zu schalten. Das Relais B ist in den Emitter-Kolektor-Kreis des Transistors T3 geschaltet, wodurch das Relais B in Tätigkeit tritt, wenn der Transistor T3 leitet. Mit diesem Stromkreis kann die Ansprechzeit des Relais 3 auf etwa eine Minute komessen werden.
Eine Methode zur Messung des Trübungspunktes oder Fließpunktes einer Probe eines Kohlenwasserstofföls unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nun beschrieben. Das Öl gelangt über die Trockeneinrichtung 13 in die Apparatu. Es muß entwässert sein, da andernfalls bei der Abkühlung des Öls das Wasser gefriert und das gebildete Eis eine falsche Anzeige der Temperatur für den Trübungs- oder Fließpunkt zur Folge hat. Nach dem Einlauf des Öls in die Vorrichtung werden die veränderlichen Widerstünde R2 und R5 so eingestellt, daß.die Brücke abgeglichen ist und richtiger Stromfluß bei Unsymmetre der Brücke sichergestellt ist. Die Brücke wird so eingestellt, daß sie abgeglichen ist, wenn die zu den Photozellen 22 und 23 reflektierten Lichtstrahlen durch das bei Umgebungstemperatur befindliche Öl fallen. Das Öl in der Meßzelle wird nun gekühlt, bis der Trübungspunkt erreicht ist. Nach dem Erreichen des Trübungspunktes ist die Intensität des durch die Meßzelle fallenden Lichtstrahls durch die im Öl vorhandenen Feststoffe verringert. Der auf die Photozelle 22 fallende Lichtstrahl von verringerter Intensität verändert den Widerstand der Zelle, so daß die Brücke aus dem Gleichgewicht gerät. Dieser Zustand hat zur Folge, daß Strom im Ausgangskreis fließt und das Relais A erregt wird. Der Kontakt al schließt nun einen Stromkreis vom Thermoelement 25 zum Schreiber 27, der die Temperatur registriert. Der Kontakt ap schließt einen Stromkreis, der das Relais B speist, das durch den Verzögerungskreis 28 erregt bleibt. Der Kontakt bl öffnet den Stromkreis, der die Kühlvorrichtung speist, so daß die Kühlung des Öls abgebrochen wird. Der Kontakt b2 schließt einen Stromkreis, der das Elektromagnetventil 16 betätigt, das den Ablauf des Öls aus der Vorrichtung und den Zulauf einer frischen Ölprobe bewirkt.
Das Relais B ist so ausgebildet, daß seine Ansprechzeit etwa eine Minute beträgt. Während dieser Zeit wird das gesamte untersuchte Öl durch das in die Vorrichtung einlaufende frische ol herausgespült. Die Meßzelle 11 hat abgeschrägte Ecken, um den Ausfluß des untersuchten Öls aus der Zelle zu erleichtern und sicherzustellen, daß keine Wachsteilchen in der Zelle zurückbleiben. Wenn die neue Ölprobe in die Vorrichtung eingelaufen ist, tritt wieder Abgleich der Brücke ein und das Relais A fällt ab, so daß der Temperaturschreiber abgeschaltet und der Speisekreis für das Relais B unterbrochen wird. Nach der durch den Verzögerungskreis 28 gesteuerten Zeitverzögerung fällt das Relais B ab. Hierdurch wird die Kühlvorrichtung eingeschaltet und das Auslaßventil geschlossen. Dieser Zyklus geht nun auto matiseh weiter, so daß ein System zur laufenden Uberwachung des Trübungspunktes vorliegt, das zur Steuerung einer Mischanlage eingesetzt werden könnte.
Ein Laboratoriumsodell der beschriebenen Vorrichtung wurde gebaut und erprobt Bei den Bestimmungen wurden reproduzierbare Werte für den Trübungspunkt erhalten, die mit den nach der Standardmethode erhaltenen Werten in Beziehung gebracht werden konnten. Die erforderliche Zeit für eine Einzeilestimmung des Trübungspunktes mit der beschriebenen Vorrichtuiig beträgt etwa 1 1/2 Minuten, während für die Messung des Trübungspunktes nach der Standardmethode eine Zeit von etwa 1,5 Stunden erforderlich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Messung des Trübungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Öl entwässert, einen Lichtstrahl durch das 51 auf eine reflektierende Fläche richtet, das Öl kühlt und die Temperatur des (5ls mißt, wenn die Intensität des von der reflektierenden Fläche zurückgeworfenen Lichtstrahls um einen vorbestimmten Betrag schwächer geworden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des reflektierten Lichtstrahls laufend während der gesamten Durchführung des Verfahrens gemessen wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch- gekennzeichnet, daß ein weiterer Lichtstrahl von der gleichen Intensität wie der erste Lichtstrahl durch einen Teil des(5ls, der bei Umgebungstemperatur bleibt, auf eine weitere reflektierende Fläche gerichtet und die Abnahme der Intensität des ersten Lichtstrahls durch Vergleich der Intensitäten der beiden Lichtstrahlen gemessen wird;
4. Vorrichtung zur Messung des Trübungspunktes oder des Fließpunktes von Kohlenwasserstoffölen, gekennzeichnet durch eine Meßzelle die eine Probe des Öls aufnimmt und mit einer reflektierenden Fläche (19) versehen ist, eine Trockeneinrichtung (13) zur Entwässerung des vor seinem Eintritt in die Meßzelle (11), eine Einrichturig (24) zur Kühlung der Meßzelle (11), eine in Verbindung mit der Meßzelle angeordnete Temperaturmeßeinrichtung (25), eine Lichtquelle (17), die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl durch as Öl in der Zelle (11) auf die reflektierende Fläche (19) fällt, und eine Photozelle (22), die so angeordnet ist, daß der Lichtstrahl von der reflektierenden Fläche (19) auf sie fällt, wodurch ein bestimmter Abfall der Intensität des reflektierten Lichtstrahls durch die Photozelle (22) angezeigt wird, so daß die Temperatur, bei der der Abfall eintritts registriert werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vergleichszelle (12), die eine weitere Probe des Öls bei Umgsbeunstemperaur aufnimmt und mit einer reflektierenden Fläche (21) versehen ist, die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl von der Lichtquelle (17) durch das in der Zelle (12) enthaltene (51 auf sie fällt, und eine weitere Photozelle (23), die so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl von der reflektierenden Fläche (21) der Vergleichszelle (12) auf sie fällt, wodurch der Abfall der Intensität des von der reflektierenden Fläche (19) der Meßzelle (ii) zurückgeworfenen Lichtstrahls durch Vergleich der Ausgangsleistungen der beiden Photozellen ermittelt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Photozellen (22, 23) als Je ein Zweig einer Brücke geschaltet ist, die so eingerichtet Ist> daß bei Abnahme der Intensität des von der reflektierenden Fläche (19) der Meßzelle (11) zurückgeworfenen Lichtstrahls dSe Brückenschaltun aus dem Gleichgewicht kommt, und daß dieser Zustand dazu ausgenutzt wird, um die Temperaturmeßeinrichtung (25) zu betätigen und die Kühleinrichtung (24) abzuschaltön.
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Temperaturmeßeinrichtung (25) ein Temperaturschreiber (27) vorgesehen ist, der bei Betätigung der Temperaturmeßeinrichtung (25) die gemessene Temperatur bleibend registriert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Unsymmetrie der Brücke die Öffnung eines Auslaßventils (16) zum Ablassen des Öls aus der Vergleichszelle (12) und Meßzelle (11) bewirkt und ferner eine Zeitschaltvorrichtung betätigt wird, die das Auslaßventil (16) nach dem Ablauf des Ols aus den Zellen (11, 12) und dem Einlauf einer weiteren Ölprobe aus einer gemeinsamen Quelle in die Vergleichszelle (12) und Meßzelle (all) schließt, so daß ein System zur laufenden Überwachung des Trübungspunktes oder des Fließpunktes erhalten wird.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Vakuumkammer (10) untergebracht ist.
10. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (24) thermoelektrisch betrieben wird.
11. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßeinrichtung ein Thermoelement verwendet wird.