DE2313910A1

DE2313910A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen von kleinen oelmengen in wasser

Info

Publication number: DE2313910A1
Application number: DE19732313910
Authority: DE
Inventors: Boerje Harald Stenstroem
Original assignee: Salen and Wicander AB
Current assignee: Salen and Wicander AB
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1973-03-20
Publication date: 1973-10-04
Also published as: IT981631B; JPS5749856B2; JPS4916494A; ES413003A1; FR2178618A5; SE382871B; NL7302932A; DE2313910C2; GB1402825A

Description

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SALEN & WICAIDER AB

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von kleinen Olmengen in Wasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von kleinen Olmengen in Wasser. Die Erfindung ist in erster Linie zur Anwendung an Bord von Schiffen, in Industrieanlagen und an anderen Stellen bestimmt, an denen in großen Mengen Wasser herausgepumpt ■werden, das auf das Vorhandensein von öl kontrolliert werden muß, oft aufgrund von gesetzlichen Vorschriften.

Die bekannten Vorrichtungen zur Anzeige des Vorhandenseins von Gl in Wasser gestatten keine genaue Bestimmung des Clgehalts und haben außerdem zahlreiche Kachteile. Z.B. sind sie kompliziert in der Konstruktion und müssen sie zur Berücksichtigung der jeweiligen Clart, des Salzgehalts und der Temperatur des Wassers .usw. geeicht werden.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die genannten llachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und ein einfaches und zuverlässiges Verfahren und eine Vorrichtung ZUjII Bestimmen selbst von kleinen Olmengen bis herunter auf 10 ppm in ,7abser zu schaffen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß durch Entfernen einer bestimmten Wassermenge die Ölkonzentration in dem Wasser erhöht und daß der Ölgehalt des höher konzentrierten Öl-Wasser-Gemisches bestimmt wird.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ölkonzentration in dem Wasser dadurch erhöht, daß eine bestimmte Menge verölten Wassers pro Zeiteinheit durch eine vorherbestimmte Fläche eines Filtermaterials treten-gelassen, wird,.welches das öl absorbiert oder abscheidet. Danach kann man photoelektrisch die Färbveränderung des ölabsorbierenden Filtermaterials als Maß des Ölgehalts messen. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der ölgehalt durch Messung der Dielektrizitätskonstante des ölabsorbierenden Filtermaterials bestimmt.

Wenn in einer Ausführungsform der Erfindung das Filtermaterial vor dem Durchtritt des verölten Wassers mit einer färbenden Substanz imprägniert wird, die öllöslich und wasserunlöslich ist, kann man das Vorhandensein auch von raffinierten Ölen bestimmen, die selbst nur wenig färbende Substanz enthalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das verclte Wasser zweimal in einander entgegengesetzten S^römungsrichtungen durch das Filtermaterial geführt. Infolgedessen wird der größte Teil der Rost- und sonstigen Feststoffteilchen abgeführt, das vorhandene Öl dagegen festgehalten.

Als Filtermaterial verwendet man zweckmäßig einen dünnen Streifen Polypropylenwolle.

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In einer Ausfuhrungsform der Erfindung wird die ölkonzentration des verölten Wassers dadurch erhöht, daß ihm in einem Zyklon oder einer Zentrifuge eine Drehung erteilt wird, so daß sich in dem mittleren Bereich des Zyklons oder der Zentrifuge im wesentlichen das ganze Öl und ein vorherbestimmter oder meßbarer, kleiner Teil des ursprünglichen Wasservolumens ansammelt. 'Danach wird zum Bestimmen des Ölgehalts die lichtdurchlässigkeit des Wassers photoelektrisch gemessen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von kleinen ölmengeri in Wasser. Die wesentlichen Merkmale dieser Voriichtung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachstehend werden einige Ausführungsformen der Erfindung anhand der b eigefügten sckematischen Zeichnung ausführlicher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. I- das Innere eines Gehäuses, welches die wesentlichen Teile einer für ein Schiff bestimmten Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält,

Fig. 2 das Innere eines Gehäuses gemäß Mg.1 von der Seite gesehen und

Pig. 3 in einer Prinzipskizze eine zu kontrollierende Austrittsleitung und die wesentlichen Teile der erforderlichen Meßvorrichtung.

Pig. 4 erläutert eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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Die in ^ig. 1 gezeigte Yorrichtung zum Bestimmen des Ölgehalts von wenig Öl enthaltendem Wasser ist vor allem .für Schiffe bestimmt und in einem Gehäuse 1 eingeschlossen, das mit einem .Anschluß 2 zum Einleiten von zu prüfendem Wasser und einem Anschluß 3 zum Abführen von geprüftem Wasser versehen ist. Da das zu prüfende Wasser, das von einer Schiffsleitung, z.B» an Bord eines Schiffes kommt, in einem bestimmten Yolumen pro Zeiteinheit strömen muß,- wobei dieses Yolumen von den Größen der verwendeten Rohrleitungen, der für den Durchtritt des zu prüfenden Wassers durch das leistungssystem erforderlichen Zeit usw. abhängig äst, gelangt der größte Teil des.Wassers direkt zum Austritt 3· Eine kleine Menge des zu prüfenden Wassers wird durch den Anschluß 4 abgezweigt, der so ausgeführt ist, daß Feststoffteilchen aufgrund ihrer dynamischen Kraft vorwiegend von dem Hauptstrom mit geführt zu werden, anstatt in das eigentliche zu prüfende Wasser zu gelangen* Das zu prüfende Wasser wird von einer Pumpe 5» die mit konstantem Yerdrängungsvolumen arbeitet und vorzugsweise aus einer Drehkolbenpumpe besteht, in einen Prüfraum 37 abgegeben*

In dem Prüfraum 37 wird das von unten eingetretene Wasser mit einer konstanten, relativ kleinen Geschwindigkeit durch ein Rohr 6 mit quadratischem. Querschnitt von unten aufwärts durch ein Filterband 7 geführt» Das Wasser tritt in ein Gehäuse 8 ein und wird dann in seiner Stromungsrichtung um 180 umgelenkt, wo—-ra^f es erneut von oben durch das Filterband 7 tritt* Danach strömt das Wasser frei in den Prüfraum 37 und wird von der Rückführungspumpe 5 abgeführt.

Das Filterband 7 besteht im wesentlichen aus dicht gesponnener Polypropylenwolle und ist so beschaffen, daß es öl schnell und vollständig absorbiert,

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während es für Wasser sehr durchlässig .ist. Teilchen von Feststoffen, wie Rost, Erde, Sand usw., haften beim ersten Durchgang durch das Filter an der Oberfläche desselben, d.h., an der Unterseite des Bandes, an und werden wieder abgespült, wenn das Wasser von oben abwärts durch das Band strömt. Dagegen bleibt das Öl in dem Band zurück.

Unmittelbar nach der Filtrierstelle erstreckt sich das Filterband durch eine photoelektrische Einrichtung. Diese besitzt eine untere Hülse 9, die oben durch eine Glasscheibe 10 abgeschlossen und unten mit einer Glühlampe 11 in einer geeigneten Fassung 12 versehen ist. Über dem Band ist in ähnlicher Weise eine Hülse 13 mit einer Glasscheibe 14 angeordnet. Im Innern der Hülse 13 befindet sich eine Photozelle 15· Die obere Hülse ist beweglich und liegt unter Federkraft an dem Filterband 7 an.

Das Filterband ist auf einer Spule 16 aufgewickelt, die auf einer Achse 17 frei drehbar gelagert ist. Das Band wird über Führungsrollen 18 und durch eine Dichtung 19 in den Prüfraum geführt. Hinter der Photozelle tritt das Band durch eine Dichtung 20 und wird dann über eine Rolle 21 und zwischen drei motorisch angetriebenen Rollen 22 zu der Spule 23 geführt. Die motorisch angetriebenen Rollen 22 werden von einem Elektromotor 24 über einen Kettentrieb 25 und ein Schneckengetriebe 26 so angetrieben, daß sich das Band mit einer geeigneten, niedrigen, konstanten Drehzahl bewegt. Die opule 23, auf die das gebrauchte Band aufgewickelt wird, wird von einem Riemen 27 angetrieben, der auf einer Antriebsscheibe 28 frei schlupfen kann, so daß das Band stetig aufgewickelt wird, obwohl infolge der Veränderung des Durchmessers des auf der Spule

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befindlichen Bandwickels die Winkelgesciiwindigkeit geändert werden muß.

Gemäß ""ig. 3 erfolgt eine kontinuierliche Probenahme aus einer Leitung 45» aus der die zu kontrollierende Flüssigkeit austritt. Die Probenahme erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe eines Pitot-Rohrs führt. Die genommene Wasserprobe wird von einer Pumpe 30, vorzugsweise einer Drehkolbenpumpe, in eine mit der Prüfeinrichtung verbundene Rohrschlange gepumpt. Es muß eine gewisse Menge Wasser im Überschuß gepumpt werden, damit in einer Leitung mit für eine Anlage auf einem Schiff geeigneten Abmessungen eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erzielt wird. Das Überschußwasser wird im Kreislauf geführt und von einer anderen Pumpe 31 wieder in die zu kontrollierende leitung 45 abgegeben. Dadurch ^/ird gewährleistet, daß die Strömungsmenge in der Prüfieitung im wesentlichen unabhängig ist von dem hydrostatischen Druck in der zu überwachenden Leitung, d.h., dem 'iiej|&ng des Schiffes. Die aus dem Prüfraum ausgetretene Wasserprobe wird ebenfalls wieder in die Rücklaufleitung geleitet. Da die Rückführungspumpe 31 eine größere Förderleistung hat als die Druckpumpe 30, let gewährleistet, daß das geprüfte Wasser kontinuierlich zurückgeführt werden kann. Zur Aufrechterhaltung des Druckes sind federbelastete Ventile 32 und 33 vorgesehen, welche die Leitung geschlossen halten, wenn die Tor richtung nicht in Betrieb ist, und die Drücke in der Rohrschlange auf geeignete Weise ausgleichen.

Um .zu gewährleisten, daß die Vorrichtung in Betrieb ist, wenn Wasser heraus gepumpt wird, ist vorzugsweise ein weiteres Pitot-Rohr 34 vorgesehen das einen Druckschalter 35 bekannter Art betätigt. Dieser

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Druckschalter leitet alle Funktionen in dem Überwachungssystem ein, wenn die Flüssigkeit in der zu kontrollierenden Leitung in einer vorherbestimmten Strömungsmenge fließt. Wenn die Strömung aufhört schaltet sich die Vorrichtung sb.

Zur Anzeige der in der Yorrichtung noch enthaltenen Filterbandmenge dient ein weiteres Photoelement 36, das mit einer Verstärkungs- und Anzeigeschaltung verbunden ist. Biese spricht auf die Lichtstärke des lichtes an, das auf das Ihotoelement 36 fällt, wenn zwischen ihm und der lichtquelle kein Filterband vorhanden ist. Infolge einer Perforation in dem Filterband wird ein Signal erzeugt, wenn noch eine Bandlänge' für einen bestimmten Zeitraum, z.B. für eine Stunde, vorhanden ist. Danach brennt eine geeignete Signallampe dauernd.

Die elektrische Einrichtung zum Auswerten des Signals der Photozelle 15 arbeitet auf bekannte -Weise und besteht aus einem geeigneten Verstärker, einer in ppm Öl geeichten Skala und einer Warnsignaleinrichtung, die anspricht, wenn der obere Grenzwert überschritten ist. Es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das an einen kontinuierlich arbeitenden Schreiber abgegeben wird und durch die Steuerung von Pumpen, Absperrorgangen usw. dazu verwendet werden kann, ein fortgesetztes Herauspumpen von Wasser mit zu hohem ölgehalt zu verhindern.

Das Filterband besteht im wesentlichen aus einer dünnen, homogenen Matte aus Polypropylenwolle, die öl absorbiert, aber für Wasser gut durchlässig ist. Das lilterband ist vorzugsweise mit einem Farbstoff imprägniert, der öllöslich, aber wasserunlöslich ist,

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so daß infolge des Ausfällens der färbenden Substanz des Filterbandes eine entsprechende Anzeige auch bei raffinierten Ölprodukten erhalten wird, die weniger färbende Stoffe enthalten» weil die schwersten Bestandteile des Rohöls entfernt worden sind> ■■

Zur Messung des Ölgehalts des lilterbandes kann man auch die durch von seinem Ölgehalt abhängige Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Bandes auswerten. In diesem Pail entfällt die aus der Lichtquelle und der Photozelle bestehende Anordnung und wird auf beiden Seiten des Bandes je ein Kondensatorbelag angeordnet. Diese Beläge sind voneinander elektrisch isoliert. An den einen Belag wird eine hochfrequente Wechselspannung angelegt. Das von dem anderen Belag abgenommene Signal wird in bekannter..Weise zu einem Ausgangesignal verarbeitet _t das den ölgehalt anzeigt* Dabei entspricht die Anzeigeeinrichtung us^. im "wesentlichen der vorstehend beschriebenen*

fig. 4 erläutert eine abgeänderte AuBführungsform des %^rerfahrens zum Erhöhen der ölkonsentration in dem zu prüfendes. Wasser. Die genommene Probe wird von einer Pumpe 58 unter Druck an einen Zyklon 46 abgegeben, in de® eich das Öl infolge der Drehbewegung zu der Mitte des Zyklone hin anzureichern trachtet* Aus dem sittleren Bereich, des Zyklons wird von einer Pumpe 39 Flüssigkeit in einem bekannten Volumen pro Zeiteinheit abgezogen, die ia wesentlichen das ganze Öl in einer zweckmäßig auf ein Zehntel .herabgesetzten Wasserwaage enthält· Das überschüssige Wasser wird von des 2yklon in die Eüeklaufleitung des Systems abgegeben» Das βό erhalie&e Öl-Wasserö-emiscii hat eine so hohe Konzentration, daß diese optisch gejsessen werden, kann. In der in ^'ig* 4 gezeigten Aus— führungsform wird das Gemisch einem horizontalen fiohr 40

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zugeführt, das von zwei Rohrkrümmern 40a. von je 90° begrenzt ist. In dem einen Rohrkrümmer ist eine Lichtquelle und in dem andern eine Photozelle montiert. Um die öltröpfchen in dem Wasser zu homogenisieren und um ein Anhaften derselben an der Lichtquelle und der Photozelle zu verhindern, wird über eine mit einem Behälter 42 verbundene Pumpe 41 ständig ein Peptisator zugesetzt, der eine färbende Substanz enthält, die öllöslich, aber wasserunlöslich ist, so daß ähnlich wie vorstehend beschrieben eine entsprechende Farbanzeige auch von raffinierten Ölprodukten erhalten wird.

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Claims

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Patentansprüche:

Verfahren zum Bestimmen des Ölgehalts von wenig Öl enthaltendem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß durch Entfernen einer bestimmten Wassermenge die Ölkonzentration in dem Wasser erhöht und daß der Ölgehalt des höher konzentrierten Öl-Wasser-Gemisches, bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölkonzentration in dem Wasser dadurch erhöht wird, daß veröltes Wasser in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit durch eine vorherbestimmte Fläche eines FiItermaterials tritt, welches das Öl absorbiert oder abscheidet.
5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _? daß nach dem Durentritt des verölten Wassers in_der vorherbestimmten Menge durch das ölabsorbierende Filtermaterial dessen f'arbveränderung als Maß des mit piezoelektrischen Mitteln gesessen wird
4. Verfahren naefa. Anspruch 2? dadurch gekennzeichnet» daß nach dem Durchtritt des verölten Wassers in der vorherbestimmten Menge durch das ölabsorbierende filtermaterial dessen Dielektrizitätskonstante als Maß des Ölgehalts gemessen wird*
5» Verfahren nach, einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial vor dem Durchtritt des verölten Wassers in der vorherbestimmten Menge'mit einer färbenden Substanz imprägniert -wird, die öllöslich, aber nicht "wasserlöslich ist, so daß auch das Vorhandensein von raffinierten Ölen festgestellt werden kann, die selbst nur wenig färbende Substanz enthalten.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das yerölte Wasser zweimal ' in entgegengesetzten Strömungsrichtungen durch das Filtermaterial geführt wird, so daß der größere Seil der Rost- und sonstigen Peststoffteilchen abgeführt wird, während das öl zurückbleibt.
T. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnes Band aus Polypropylenwolle als Filtermaterial verwendet wird»
8. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Ölkonzentration des verölten Wassers dadurch erhöht wird, daß ihm in einem Zyklon oder einer Zentrifuge eine Drehung erteilt wird, so daß eich in dem mittleren Bereich des Zyklons oder der Zentrifuge im wesentlichen das ganze öl und ein vorherbestimmter oder meßbarer, kleiner Teil des ursprünglichen lasservolumens ansammelt, worauf zum Bestimmen des ÖlgehaltB die Lichtdurchlässigkeit des Wassers photoelektrisch gemessen wird.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem verölten Wasser nach der Erhöhung seiner Konzentration eine färbende Substanz zugesetzt wird, die öllöslich und wasserunlöslich ist, so daß das Vorhandensein auch von raffinierten ölen angezeigt werden kann, die selbst nur wenig färbende Substanz enthalten.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Austrittsrohr für möglicherweise mit Öl verunreinigtes Wasser, das kontrolliert werden soll, die Strömungsmenge gemessen und daß . in'Abhängigkeit von dieser die Einrichtungen zum Erhöhen

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der Konzentration und zum Messen des ölgehalts ein- und ausgeschaltet werden.
11» Vorrichtung zum Bestimmen des Clgehalts von wenig Öl enthaltendem Wasser, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erhöhen der Ölkonzentration durch Entfernen einer vorherbestimmten Wassernenge und durch eine Meßeinrichtung zum Bestimmen des Ölgehalts des höher konzentrierten Öl-Wassär-G-emiiches.
12» Torrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhöhen der Ölkonzentration ein ©'!absorbierendes oder ölabseheidendes Filterband aufweißt und daß die Meßeinrichtung eine Photozelle zum Messen der Farbveränderung des liltermateriale nach der Absorption.wn öl aufweist*
13* Verrichtung mach Anspruch 11, dadurch, gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhöhen der Ölkonzemtration ein ölab sortierendes, filterband aufweist und dag die MeSeinriehtung eine Einrichtung zum Messen der Dielektrizitätskonstante des ©"!absorbierenden filterbandes aufweist.
14* Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch, gekennzeichnet, daß das iilterlsaM aue eines dünnen Baaid aus Polypropylenwolle besteht»
15* Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dafi sie einen Prüfraum besitzt, der mit einer Pumpe mit konstantem Verdrän— gungsvolumen verbunden ist, und daß das filterband auf einer Spule '"aufgewickelt ist und nach äem Durchtritt ■durch den Prüfraum auf eine zweite Spule aufgewickelt wird.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15> gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Transport des Filterband es mit konstanter G-eschwindigkeit.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhöhen der Ölkonzentration einen Zyklon oder eine Zentrifuge aufweist, der bzw. die das ölige Wasser in Drehung versetzt und am Umfang mit einer Einrichtung zum Abziehen von Wasser versehen ist, während sich im mittleren Bereich des Zyklons bzw. der Zentrifuge mit öl angereichertes Wasser sammelt, und daß die Meßeinrichtung eine Photozelle aufweist, welche die Lichtdurchlässigkeit des öl-Wasser-Gemisches als Maß des Clgehalts bestimmt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zusetzen eines Peptisators, der eine färbende Substanz enthalt, die öllöslich, aber nicht wasserlöslich ist.

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