DE2509264A1

DE2509264A1 - Fluessigkeitsueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE2509264A1
Application number: DE19752509264
Authority: DE
Inventors: William Henry Topham
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1975-03-04
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2509264B2; DE2509264C3

Description

Flilssigkeitsüberwa chungsgerät In der Erdölindustrie gibt es zahlreiche Verfahren, bei denen die Viskosität eines Produkts wichtig ist, z.B.
bei der Herstellung von Heizölen durch Mischen oder Destillation. Zur Überwachung und Steuerung eines solchen Verfahrens muß die Viskosität des Produkts gemessen werden, wobei es zweckmäßig ist, diese Messung so frühzeitig wie möglich nach der Herstellung des Produkts vorzunehmen.
Dies wird erreichte indem ein Teil des Produktstroms kontinuierlich durch ein in den Produktionsprozeß geschaltetes Uberwachungsgerät, das die Viskosität oder eine damit in Beziehung stehende Eigenschaft kontinuierlich mißt, geleitet wird.
Es ist bekannt, die Viskosität einer Flüssigkeit zu messen, indem eine Probe unter laminaren Strömungsbedingungen durch einen hydraulischen Widerstand geleitet und die Durchflußmenge über den Druckabfall im hydraulischen Widerstand gemessen wird. Die Messung der Durchflußmenge erfolgt gewöhnlich unter Verwendung einer Pumpe mit gleichbleibender Fördermenge.
Es ist ein Merkmal der Arbeitsweise dieser Viskosimeter, daß-die Messung bei gleichbleibender Temperatur, z.B. in einem Bad, das mit einem Thermostaten bei konstanter Temperatur gehalten wird, durchgeführt wird. Dieses Arbeiten bei konstanter Temperatur ist absolut wichtig für Produkte wie Schmieröle und Heizöle.
Bei Anwendungen, bei denen Flüssigkeitsviskositäten, insbesondere hohe Viskositäten in einem weiten Bereich wie beispielsweise bei Bitumen auStreten, sind jedoch solche Viskosimeter sowohl hinsichtlich des Prinzips als auch der Praxis für Bestimmungen der Viskosität im laufenden Produktionsprozeß ungeeignet.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die sich zur laufenden Überwachung von Flüssigkeitenmit höheren Viskositäten in einem weiten Bereich, z.B. Bitumen, im Produktionsprozeß eignet.
Das Überwachungsgerät gemäß der Erfindung umfaßt eine mit einem Antriebsmotor betätigte Pumpe mit konstanter Fördermenge, die mit einem Erhitzer und einem hydraulischen Widerstand hintereinandergeschaltet ist, einen Differenzdruck-Meßumformer, der an den Widerstand geschaltet und mit einem Regler verbunden ist, der den Strom, der dem Erhitzer zugeführt wird, so regelt daß im Betrieb ein vorbestimmter Differenzdruck im hydraulischen Widerstand aufrecht erhalten wird. Ferner ist wenigstens eine Temperaturabtastvorrichtung mit dem hydraulischen Widerstand verbunden.
Als Pumpe wird vorzugsweise eine Präzisionsdosierpumpe verwendet. Als Antrieb für die Pumpe dient vorzugsweise ein Elektromotor mit gleichbleibender Drehzahl.
Der Regler ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er auf ein elektrisches Signal vom Differenzdruck-Meßumformer so anspricht, daß es durch den dem Erhitzer zugeführten Strom möglich ist, einen vorbestimmten Differenzdruck im hydraulischen Widerstand aufrecht zu erhalten. Der Regler ist vorzugsweise proportional und integral wirkend.
Besonders bevorzugt wird ein Proportional-Integralregler mit Vorhalt.
Der Erhitzer hat eine geringe Wärmeträgheit, so daß die Temperatur des Systems zur Erleichterung einer einwandfreien Regelung schnell verändert werden kann. Vorzugsweise wird das System elektrisch beheizt, wobei die Stromzufuhr zum Erhitzer durch den Regler geregelt wird.
Der Erhitzer ist vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl hergestellt.
Als hydraulischer Widerstand dient vorzugsweise ein Rohr, das eine Länge von wenigstens 50 cm, vorzugsweise von 50 bis 500 cm und eine Bohrung mit kreisrundem Querschnitt und einem Innendurchmesser von 2 bis 5 mm hat.
Der hydraulische Widerstand ist vorzugsweise gewendelt und sollte geringe Wärmeträgheit haben. Als Werkstoff für diesen Zweck eignet sich nichtrostender Stahl.
Der Differenzdruck im hydraulischen Widerstand wird vorzugsweise mit einem üblichen Differenzdruck-Meßumformer mit Membranmeßkammer oder mit einem Dehnungsmesser gemessen. Auch andere Typen von Druckmeßgeräten können verwendet werden, vorausgesetzt, daß mit geeigneten Temperaturbereichen gearbeitet wird.
Als Temperaturabtastvorrichtung wird vorzugsweise ein Thermoelement oder ein Platinwiderstandsthermometer oder ein Thermistor verwendet. Der Ausgang der Temperaturabtastvorrichtung wird vorzugsweise angezeigt und/oder registriert.
Bei Anwendungen, bei denen die Flüssigkeit eine hohe Viskosität hat, kann ein chemischer Verschluß zwischen Flüssigkeit und Differenzdruck-Meßumformer angeordnet werden, um zu starkes Erhitzen der Leitungen zur Aufrechterhaltung der Dünnflüssigkeit der Flüssigkeit zu vermeiden. Geeignet ist hierbei eine Methode, bei der eine Membran aus nichtrostendem Stahl verwendet wird, die den Druck von der Arbeitsflüssigkeit auf eine Absperrflüssigkeit auf der Meßumformerseite überträgt. Diese Methode ist bei Bitumen anwendbar.
Das Überwachungsgerät gemäß der Erfindung ist ein vielseitiges und annehmbar kompaktes Instrument für die Überwachung oder Prüfung von Flüssigkeiten mit einem weiten Bereich von insbesondere hohen Viskositäten, z.B.
Bitumen, im laufenden Betrieb oder an Ort und Stelle. Es eignet sich für den Einsatz in potentiell gefährlichen Bereichen, z.B. in Olverarbeitungsanlagen.
Die Viskosität von Bitumen wird normalerweise als "Penetrationszahl", d.h. als Eindringtiefe einer Spezialnadel in eine Bitumenprobe bei 250C unter bestimmten Bedingungen, angegeben. Zur Kontrolle und Regelung kann diese "Penetrationszahl" mit der Temperatur, bei der das Bitumen eine bestimmte Viskosität hat, in Beziehung gebracht werden. Die beschriebene Vorrichtung kann somit auch zur Überwachung der Qualität von Bitumen verwendet werden.
Beim Betrieb von Ölfeuerungskesseln und ölgefeuerten Erhitzern muß das Heizöl den Brennern mit einer vorgeschriebenen Viskosität zugeführt werden, um den Erfordernissen der Brennerkonstruktion zu genügen. Bei verschiedenen Heizöltypen muß das Heizöl auf die "Brenntemperatur", d.h. die Temperatur, bei der das Heizöl eine vorgeschriebene Viskosität hat, erhitzt werden. Die beschriebene Vorrichtung kann daher für die Zufuhr von Heizöl von vorgeschriebener Viskosität zu den Brennern von feuerungskesseln und ölgefeuerten Erhitzern verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung beschrieben, in der die Vorrichtung schematisch dargestellt ist.
Die Probe gelangt durch Leitung 1 in die Vorrichtung.
Die gesamte Vorrichtung muß bei einer solchen Temperatur gehalten werden, daß die Probe dünnflüssig bleibt. Dies kann durch entsprechendes elektrisches Beheizen erreicht werden. Für Messungen an Bitumen kann diese Temperatur beispielsweise bei 120 0C und bei anderen Produkten niedriger liegen. Die Probe läuft dann durch eine als Zahnradpumpe ausgebildete Präzisionsdosierpumpe 2, die von einem Synchronmotor 5 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird.
Ein Erhitzer 4 mit niedriger Wärmekapazität dient zur Regelung der Temperatur der Probe, bevor sie in die Meßkapillare 5 (hydraulischer Widerstand) gelangt. Die Meßkapillare 5 aus nichtrostendem Stahl hat im allgemeinen eine Länge von 1 m und eine Bohrung von 3 mm und ist gewendelt. Sie hat eine niedrige Wärmekapazität, so daß schnelles Ansprechen auf Temperaturänderungen in der Probe erreicht wird. Nach dem Durchgang durch die Meßkapillare 5 verläßt die Probe das Viskosimeter durch Leitung 15.
Der Druck an beiden Enden der Kapillare wird mit einem üblichen Differenzdruck-Meßumformer 6 gemessen. Zur Verhinderung einer Verstopfung der Leitung, die im Meßumformer im Falle eines Temperaturabfalles eintreten kann, werden flexible Membranen 7 aus nichtrostendem Stahl als Verschlüsse zum Übertragen des Drucks von der Arbeitsflüssigkeit auf die-Sperrflüssigkeit, z.B. ein Siliconöl, auf der Meßumformerseite verwendet.
Der Regler 8 erhält vom Differenzdruck-Meßumformer 6 ein elektrisches Signal, das mit dem gewünschten Wert verglichen wird. Der Regler 8 regelt dann die Stromzufuhr zum Erhitzer 4 vom Transformator 10 durch Ein- und Abschalten der Stromzufuhr durch die Vorrichtung 9 in einer solchen Weise, daß eine Abweichung null zwischen dem gemessenen und dem gewünschten Wert, d.h. ein vorbestimmter Differenzdruck und eine vorbestimmte Viskosität aufrecht erhalten werden.
Die durchschnittliche Temperatur des Öls in der Kapillare 5 wird bei dieser festgesetzten Viskosität gemessen.
Diese Temperatur wird als Durchschnittswert von vier Fühlern (Thermoelemente) 11 (a-d), die an der Kapillare 5 befestigt sind, gemessen.
Ein geeichter Schreiber 12 überwacht die Durchschnittstemperatur der Probe. Ein Vorratsbehälter 14 mit leichtflüssigem Ö1, z.B. Schmieröl, dient zum Betreiben oder Spülen des Systems während der Betriebsbereitschaft, bei Stillständen oder bei einem Stromausfall oder Ausfall des Erhitzers.

Claims

P a t e n t a n s p r ii c h e

3 Flüssigkeitsüberwachungsgerät, gekennzeichnet durch eine mit einem Motor (3) betätigte Pumpe (2) mit konstanter Liefermenge, die mit einem Erhitzer (4) und einem hydraulischen Widerstand (5) hintereinandergeschaltet ist, einen Differenzdruck-Meßumformer (6), der an den hydraulischen Widerstand (5) geschaltet und mit einem Regler (8) verbunden ist, der auf ein elektrisches Signal vom Differenzdruck-Meßumformer (6) anspricht und hierbei den dem Erhitzer (4) zugeführten Strom so regelt, daß durch den dem Erhitzer (4) zugeführten Strom ein vorbestimmter Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des hydraulischen Widerstandes (5) aufrecht erhalten werden kann, und wenigstens eine dem hydraulischen Widerstand (5) zugeordnete Temperaturabtastvorrichtung (11), die die überwachte Eigenschaft der Flüssigkeit anzeigt.
2. Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (8) proportional und integral wirkend ist.
3. Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (8) ein Proportional-Integralregler mit Vorhalt ist.
4. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2) eine Präzisionsdosierpumpe ist.
5. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (3) ein Elektromotor mit konstanter Drehzahl ist.
6. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand (5) aus einem Rohr besteht, das eine Länge von wenigstens 50 cm und eine Bohrung mit kreisrundem Querschnitt mit einem Innendurchmesser von 2 bis 5 mm hat.
7. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand eine Länge von 50 bis 500 cm hat.
8. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand (5) gewendelt ist und eine geringe Wärmeträgheit aufweist.
9. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck im hydraulischen Widerstand (5) mit einem üblichen Differenzdruck-Meßumformer (6) mit Membranmeßkammer oder mit einem Dehnungsmesser gemessen wird.
10. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Temperaturabtastvorrichtung (11) ein Thermoelement oder ein Platinwiderstandsthermometer oder einen Thermistor aufweist.
11. Überwachungsgerät nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang aus der Temperaturabtastvorrichtung (11) angezeigt und/oder registriert wird.