DE2854821A1

DE2854821A1 - Vorrichtung zum verfolgen der zusammensetzungsaenderungen eines stroemenden heterogenen fluessigkeitsgemisches

Info

Publication number: DE2854821A1
Application number: DE19782854821
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Euzen; Patrick Scemama
Original assignee: PIPELINE SERVICE SA; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: PIPELINE SERVICE SA; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2854821C2; SE7812990L; FR2412067A1; NL7812265A; IT1104577B; CA1114195A; BE872707A; IT7830829A0; GB2010778A; FR2412067B1; CH627844A5; JPS54119286A; US4210015A; JPS6036010B2; SE438558B; GB2010778B

Description

Vorrichtung zum Verfolgen der Zusammensetzungsänderung eines heterogenen strömenden Flüssigkeitsgemisches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verfolgen der Zusammensetzungsänderungen eines strömenden heterogenen Flüssigkeitsgemisches, bestehend aus wenigstens zwei unvollständig mischbaren flüssigen Phasen mit

a) einem Organ zur Entnahme einer bestimmten einstellbaren Menge des strömenden Gemisches,

b) einem Organ zur Abtrennung wenigstens einer der flüssigen Phasen, in Verbindung mit dem Entnahmeorgan;

c) einem Organ zur Messung der Menge an flüssiger auf diese Weise abgetrennter Phase; und

d) einem Organ zur Anzeige der Messung dieser Menge und der entsprechenden Menge an entnommenem Gemisch, wobei dieses Anzeigeorgan gleichzeitig mit dem Entnahmeorgan und mit dem Messorgan verbunden ist.

Bei der Behandlung heterogener im wesentlichen aus verschiedenen flüssigen nur unvollständig mischbaren Phasen bestehenden Gemischen ist es oft wichtig, genau den Gehalt jeder der Phasen im Gemisch zu wissen. Wenn darüberhinaus diese Gemische mit großem Durchsatz in Leitungen zirkulieren, ist es oft wichtig, kontinuierlich die Entwicklung dieses Gehaltes zu verfolgen.

So ist es beispielsweise während des Beladens und Entladens eines Erdöltankschiffs, eines Speicherbehälters etc. wichtig, den Gehalt an im Rohöl oder in dem zu veredelnden strömenden Produkt unlöslichen Wassers zu kennen.

Zur Zeit gibt es keinerlei Vorrichtung, die es ermöglicht, diese Messung genau und zuverlässig durchzuführen. Was beispielsweise den Gehalt an "Wasser + Sedimente" in einem Rohöl betrifft, so empfiehlt die zur Zeit geltende Norm eine Probe von 100 cm aus der Fracht insgesamt zu entnehmen und deren Analyse durch Zentrifugieren durchzuführen.

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Dies kann zu einem äußerst ungenauen, sogar verfälschenden Bild der tatsächlichen Zusammensetzung der Ladung insgesamt führen, da wegen des Dichteunterschiedes zwischen den Phasen diese Ladung bei weitem nicht homogen ist. So ist es insbesondere möglich, Entnahmen, die praktisch kein Wasser enthalten, durchzuführen, wenn obere Schichten eines Produktes, das leichter als Wasser ist,abgezogen werden oder umgekehrt nur Wasser zu entnehmen, wenn von der unteren Schicht abgezapft wird.

Bekannt sind bereits Vorrichtungen, die es ermöglichen, Wasser in einem Medium zu dosieren; diese Vorrichtungen ermöglichen es aber weder den Gehalt des Mediums an freiem Wasser zu bestimmen (Fall der Geräte zum Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit) noch genau kontinuierlich diese Bestimmung vorzunehmen (Fall der Destillationsvorrichtungen).

Die die tatsächliche Dieliktrizitätskonstante des heterogenen Gemisches messenden Mikrosonden sind nur schwierig einsetzbar, wenn es sich beim Gemisch um ein Rohöl handelt, und zwar wegen dessen Viskosität. Im übrigen besteht die Gefahr, daß ein Tröpfchen Wasser oder Rohöl, das sich an der Mikrosonde festsetzt, zu Verfälschungen sämtlicher Messungen führt.

Es soll nun eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weitergebildet werden, daß weder die oben beschriebenen noch die vorerwähnten Nachteile auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß überraschend einfach gelöst durch die Kombination eines Entnahmeorgans mit variablem Durchsatz; eines kontinuierlich arbeitenden Trennorgans; Einrichtungen zum Rückführen wenigstens einer der Phasen bei ihrem Austritt aus dem Trennorgan, wobei diese Kreislaufrückführungseinrichtungen einerseits an den Eingang des Trennorgans und andererseits an die Strömung des Gemisches hinter der Stelle, wo das Entnahmeorgan mit dieser Strömung in Verbindung steht, angeschlossen sind.

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Dieses Probennahme-Analysiergerät nach der Erfindung ist also so ausgestaltet, daß es über die Zeit verteilt Proben entnimmt oder Proben entsprechend dem zu analysierenden Durchsatz des Produktes entnimmt und durch kontinuierliches Zentrifugieren Trennung und Analyse der gesammelten Probem durchführt.

Dieses zuverlässige und genaue Gerät ermöglicht es, gegebenenfalls als Funktion der Zeit oder des Durchsatzes den Gehalt an unlöslicher Flüssigkeit und an Feststoffen im zu analysierenden Produkt zu bestimmen.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 schematisch die Zentrifugeneinrichtung;

Fig. 3 schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Probennahmeanordnung; und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Nach der Schemadarstellung der Fig. 1 besteht die Vorrichtung aus der Kombination mehrerer Elemente einschließlich einer Zentrifuge 1, die die kontinuierliche Trennung in eine sogenannte schwere Phase, beispielsweise "Wasser + Sedimente" und eine andere sog. leichte unlösliche Phase geringerer Dichte, beispielsweise Rohöl, erlaubt.

Diese Zentrifuge wird über eine mit einer selbsttätigen Probennahmeeinrichtung 3 verbundene Leitung 2 gespeist, wobei die Probennahmeeinrichtung Proben beispielsweise aus einer Leitung 4 entnimmt, die dauernd vom Hauptstrom durchspült wird und

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dessen Strömungsrichtung durch Pfeile angegeben ist. Es kann sich auch um nur einen Teil dieses Hauptstroms handeln. Das Volumen jeder der durch die Probennahmeeinrichtung 3 entnommenen Proben ist über die Probennahmedauer fest, kann aber entsprechend den Bedürfnissen, beispielsweise von

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1 cm bis 1 000 cm , vorzugsweise jedoch von 10 cm bis 300 cm modifiziert werden.

Die Proben können in Zeitintervallen entnommen werden, die entweder konstant, ausgehend von einer Probe alle Sekunden ohne obere Grenze oder variabel als Funktion des Durchsatzes des Hauptstroms, der im übrigen gemessen wird, sind. Diese zweite Lösung macht es möglich dann, wenn der Durchsatz des Hauptstroms sich entwickelt, systematisch eine Probe zu entnehmen, sobald ein bestimmtes Volumen, das man wählen kann, die Hauptleitung passiert hat.

Bei jeder Entnahme eines bestimmten Gemischanteils schickt der Probenentnehmer 3 einen Impuls an einen ersten Eingang einer Aufzeichnungseinrichtung R, was beispielsweise den Ablauf einer gewissen Länge an Aufzeichnungspapierband des Gerätes R hervorruft. Die Länge an abgewickeltem Papier wird so proportional zur Gemischmenge, von der Proben entnommen worden sind. Dieses Signal S₁ betätigt auch einen Steuerkreis 5 eines Magnetventils 6, welches dann öffnet und das durch den Probennehmer 3 entnommene Volumen gegen die mit der Zentrifuge 1 verbundene Leitung Z ausfliessen läßt.

Im allgemeinen kann die Einrichtung R durch irgendein Anzeigeoder Aufzeichnungsorgan für die Menge an entnommenem Gemisch gebildet werden.

Vor dem Einführen in die Zentrifuge t nimmt der den Probennehmer verlassende Durchsatz eine Rezyklisierungsdurchsatzdie unten erläutert werden wird, auf.

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Mit diesen beiden Durchsätzen wird die Zentrifuge 1 gespeist, die durch Zentrifugieren bei starker Schwerkraftsbeschleunigung für die Trennung zwischen den unlöslichen Phasen sorgt. Beim Beispiel der Analyse eines Wasser enthaltenden Rohöls wandert die schwere durch Wasser gebildete Phase P₁. gegen den Umfang der bei großer Geschwindigkeit in Drehung befindlichen Kammer, während die leichte durch Rohöl gebildete Phase P mehr in der Mitte bleibt. Es wird somit möglich, getrennt die schwere Phase im Behälter 7 zu sammeln.

Dieser Behälter umfasst beispielsweise an seiner Basis eine Membran 8, die über ein Gelenkhebelsystem mit dem Läufer eines Potentiometers verbunden ist, das in Form eines Signals S₂ den auf die Membran 8 wirkenden Druck, der proportional zu der gesammelten Wassermenge ist, mißt. Das Signal S„ wird auf den Aufzeichner übertragen, der so die Wassermenge als Funktion der Gemischgesamtmenge,die den Probennehmer durchsetzt hat, mißt, wobei die letztgenannte Menge durch das Signal S₁ dargestellt wird. Dies macht es beispielsweise möglich, in jedem Augenblick und insbesondere bei Ende des Entladevorgangs den mittleren Gehalt an schwerer Phase im Gemisch zu kennen. Auch wird es möglich, indem man der Neigung _~ 2 der die Menge an

schwerer Phase darstellenden Kurve als Funktion der Probennahme-Rohölmenge verfolgt, die Entwicklung des Gehalts im Gemisch an schwerer Phase zu verfolgen.

Nach einer Ausführungsform wird das Signal S_? in einen elektronischen Ableitungskreis eingeführt, der ein Signal S,, proportional zum Verhältnis ^\ S„/ASh erzeugt. Dieses Signal S_ kann dann als Funktion von S₁ entweder kontinuierlich oder intermittierend aufgezeichnet werden. Das Signal S, kannn gegebenenfalls einen Alarm auslösen, wenn der Wert des Verhältnisses Δ S₂ZzAS₁ einen gewählten Wert überschreitet.

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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die es ermöglicht, nicht nur das Signal S₉ (repräsentativ für die Wassermenge) als Funktion des Signals S₁ (Gemischgesamtmenge) aufzuzeichnen, sondern auch die Veränderungen des Verhältnisses*) S₉//'. S₁ als Funktion der Rohölmenge, von der Proben genommen wurden.

Leitungen 26 und 27, die jeweils mit dem das Signal S₁ liefernden Probennehmer 3 bzw. mit dem das Signal S₉ liefernden Potentiometer verbunden sind,sind mit Ableitungskreisen über Filter (Filter 28, 29, Ableitungskreise 30 und 31) verbunden. Die Ableitungskreise 30 und 31 sind ihrerseits mit einem Teilerkreis 34 über Leitungen 32 bzw. 33 verbunden. Der Teilerkreis 34 liefert ein Signal, das proportional zum Verhältnis '' _2 ist, wobei

dieses Signal über die Leitung 35 an einen ersten Eingang eines Anzeige- oder Aufzeichnungsorgans R' gegeben wird. Dieses Organ empfängt das Signal S₁ an einem zweiten Eingang, der über die Leitung 36 mit dem Ausgang des Filters 28 verbunden ist.

Ein Anzeige- oder Aufzeichnungsorgan R, gleich dem der Fig. 1, empfängt die Signale S₁ und S ,indem es mit den Ausgängen der Filter 28 und 29 über Leitungen 37 und 38 verbunden ist.

Der Teilerkreis 34 kann mit einem nicht dargestellten Alarmkreis verbunden sein, der ein Schall- und/oder Lichtsignal liefert, sobald der Wert des Verhältnisses /'S„/..¹ Steinen gewählten Grenzwert überschreitet.

Man kann auch eine Alarmvorrichtung benützen, die direkt den Durchgang praktisch reinen Wassers in der Leitung 2 oder in der den Probennehmer 3 mit der Leitung 4 verbindenden Entnahme leitung ermittelt.

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Die leichte Phase, bei der es sich im Beispiel um ein Gemisch aus Rohöl und Wasser handelt, tritt auch aus der Zentrifuge aus und wird nach vorübergehender Speicherung bei 9 unter Druck durch die Pumpe 10 einerseits als Rückführung über die Leitungen 11 und 12 an den Eingang der Zentrifuge 1 und andererseits über die Leitung 13 in die Leitung 4 hinter der Stelle, wo die Probennahme erfolgte, gegeben.

Die Teilrückführung der leichten Phase über die Leitungen und 12 bietet den Vorteil, daß Unregelmäßigkeiten im Durchsatz, die mit dem diskontinuierlichen Charakter der vom Probennehmer frei getätigten Entnahmen zusammenhängen, abgeschwächt werden.

Diese Ausführungsform verbessert im übrigen die Trennqualität und bietet im übrigen den Vorteil, daß Änderungen in der Verweilzeit des Gemisches in der Zentrifuge abgeschwächt werden.

Lediglich aus Gründen der Klarheit wurde die Beschreibung anhand des genauen Beispieles der Bestimmung des Gehalts an freiem Wasser in Rohöl gegeben; die beschriebene Vorrichtung kann aber auch in dem Fall Verwendung finden, wo man wünscht, kontinuierlich den Wert des Gehalts an leichter Phase aufzuzeichnen wie beispielsweise den Ölgehalt einer Ölemulsion in Wasser. Hierzu genügt es, im Behälter 7 die leichte Phase zu sammeln und umgekehrt die schwere Phase in den Vorspeicher 9 zu überführen.

Allgemein kann die vorbeschriebene (Kreislauf)rückführung nach den Bedürfnissen auch an die eine oder andere der in der Zentrifuge 1 getrennten Phasen angepasst werden.

Wenn man zusätzlich zu den flüssigen Phasen im heterogenen zu analysierenden Gemisch eine feste dispergierte Phase findet, so kann dieser ebenfalls Rechnung getragen werden.

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Diese feste Phase hat im allgemeinen in ihrer kompaktierten Form eine Dichte, die größer als die der schweren Phasen P. ist und legt sich somit gegen die Wandung der Schale der Zentrifuge 1· Entsprechend der vorhandenen Feststoffmenge wird es möglich, diesen Feststoff von Zeit zu Zeit während des Arbeitsvorgangs zu entladen, und zwar ohne die Rotation der Zentrifuge 1 zu unterbrechen, wobei dies auf besonders für diese Funktion ausgebildete Geräte zurückzuführen ist oder, wenn die erfassten Feststoffmengen gering bezogen auf die Abmessung der Zentrifugenschale sind, den Feststoff insgesamt auf einmal bei Beendigung des Arbeitsvorgangs zu sammeln.

Fig. 2 zeigt schematisch die Schale 14 einer an sich bekannten Zentrifuge, die sich in der Vorrichtung nach der Erfindung verwenden lässt. Diese bei großer Geschwindigkeit in Drehung versetzte Schale wird mit einem flüssigen heterogenen Gemisch über die Leitung 2 gespeist. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft trennen sich die beiden flüssigen Phasen P_T und P₁ unterschiedlicher Dichte unter Bildung einer Grenzfläche 15.

Abführungsleitungen 16 und 17 ermöglichen es, jede der beiden flüssigen Phasen abzuführen, wobei diese Leitungen Flüssigkeiten zu beiden Seiten einer Membran 18 abziehen.

Der gegebenenfalls im Gemisch vorhandene Feststoff sammelt sich gegen die Innenwandurrg der Schale 14 in einer Ringzone an, aus dem sie bei Beendigung des Behandlungsvorgangs abgeführt werden kann.

Wie oben angegeben, kann die Schale 14 mit Einrichtungen versehen sein, die es ermöglichen, den Feststoff kontinuierlich abzuführen.

Die beispielsweise in Fig. 3 dargestellte Probennahmeeinrichtung umfasst eine Nebenschluß- oder Zweigleitung 20 für eine Fraktion des in der Hauptleitung 4 passierenden Hauptstroms. Ein elektro-

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nischer Schaltkreis 21 ermöglicht es, unter Betätigung von ein oder mehreren Magnetventilen 22 die Orientierung des die Nebenschlußleitung 20 durchströmenden Fluids entweder zurück gegen die Hauptleitung 4 oder gegen die mit der Zentrifuge 1 verbundene Leitung 2 zu steuern. Dieser Befehlsgenerator 21 wird entweder periodisch über einen Taktgeber 23 oder über ein Organ 24 betätigt, das von einem Durchsatzmesser 25 eine Angabe hinsichtlich der die Leitung 4 durchströmenden Fluidmenge (vor der Anschlußstelle der Leitung 20 im dargestellten Beispiel) erhält.

Ein Umschalter oder Kommutator 26 ermöglicht die Wahl der einen oder anderen Möglichkeit zur Betätigung des Steuerorgans 21 .

Signale S₁ werden vom Befehlsgenerator 21 geliefert und an den ersten Eingang einer Aufzeichnereinrichtung R (Fig. 1), wie oben angegen, geschickt.

Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

So kann beispielsweise die Nebenschluß- oder Zweigleitung 20 das Flüssigkeitsgemisch vermittels einer Sonde, deren Mundstück in der Leitung 4 unter einer einstellbaren Entfernung zur Achse dieser Leitung sich befindet, entnehmen. Hierdurch wird es möglich, eine für die Strömung in der Leitung 4 repräsentative Probe unter Berücksichtigung des Strömungsprofils in einem Querschnitt dieser Leitung zu wählen.

Im übrigen kann man einen Probennehmer 3 von einer Bauart verwenden, der es ermöglicht, in der Leitung 4 eine Entnahme bei einem als Funktion des Durchsatzes in dieser Leitung geregelten Durchsatz zu tätigen, wobei der Probennehmer beispielsweise eine Dosierpumpe umfasst, deren Durchsatz oder Leistung beispielsweise bezüglich des Durchsatzes des Flüssigkeitsgemisches in der Leitung 4 gesteuert ist.

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Claims

Vorrichtung zum Verfolgen der Zusammensetzungsänderungen eines strömenden heterogenen Flüssigkeitsgemisches

PATENTANSPRÜCHE

1 .J Vorrichtung zum Verfolgen der Zusammensetzungsänderungen eines strömenden heterogenen Flüssigkeitsgemisches aus wenigstens zwei unvollständig mischbaren flüssigen Phasen mit:

a) einem Organ zur Entnahme einer bestimmten einstellbaren Menge des Strömungsgemisches,

b) einem Organ zum Trennen wenigstens einer der flüssigen Phasen, verbunden mit dem Entnahmeorgan,

c) einem Organ zur Messung der so abgetrennten flüssigen Phase und

d) einem Organ zur Anzeige des Messwerts für diese Menge und der entsprechenden Menge entnommenen Gemisches, wobei dieses Anzeigeorgan gleichzeitig mit dem Entnahmeorgan und mit dem Messorgan verbunden ist,

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ORIGINAL INSPECTED

gekennzeichnet in Kombination durch ein Organ zur Entnahme bei variablem Durchsatz; einem kontinuierlich arbeitenden Separatororgan sowie Einrichtungen zur Rückführung wenigstens einer der Phasen am Austritt aus der Separator- oder Trenneinrichtung, wobei diese Rückführeinrichtungen einerseits mit dem Eingang des Separatororgans und andererseits mit der Gemischströmung hinter der Anschlußstelle des Entnahmeorgans verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Trennorgan eine kontinuierliche Zentrifugiereinrichtung ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Entnahmeorgan zur Durchführung von Entnahmen direkt in der Strömung des heterogenen Gemisches ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Entnahmeorgan zur Durchführung von Entnahmen in einer Nebenschlußleitung der heterogenen Gemischströmung ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Entnahmesonde, deren Mundstück im Strömungsgemisch sich unter einstellbarer Entfernung zur Strömungsachse befindet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Entnahmeorgan ein intermittierend arbeitendes Organ ist, das zur Tätigung von Entnahmen entsprechend einem bestimmten Gesetz als Funktion der Zeit ausgebildet ist.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Entnahmeorgan für intermittierenden Betrieb mit Einrichtungen zur Steuerung der Entnahmefrequenz als Funktion des Durchsatzes des heterogenen Gemisches ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Entnahmeorgan ein Organ zur kontinuierlichen Entnahme mit Steuereinrichtungen für den Entnahmedurchsatz hinsichtlich des Durchsatzes des heterogenen strömenden Gemisches ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Messung des Verhältnisses

J2 2 , wo A S₉ die Zunahme der Menge flüssiger getrennter

AS ^Z

Phase entsprechend einer geringen Zunahme A S„ der Gesamtmenge an entnommenem Gemisch ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Alarmorgan das auslöst, wenn das Verhältnis

__ 2 einen vorher festgelegten Grenzwert überschreitet.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, verwendbar für ein heterogenes Gemisch, das zusätzlich eine feste Phase enthält, dadurch gekennzeichnet , daß das Trennorgan von der-Bauart mit Abführung dieser Feststoffphase ohne Unterbrechung des Betriebs des Trennorgans ist.

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