I. Die Bedeutung der Viskosität bei der Kohlenwasserstofftrennung
Die Aufbereitung von Rohöl – ein Prozess, der wie folgt zusammengefasst wirdRohöl-Entwässerungs- und EntsalzungsprozessDie Trennung von Wasser und Salzen (D/D/D) ist einer der kritischsten und kostspieligsten Schritte bei der Kohlenwasserstoffgewinnung und -raffination. Diese Prozesse sind von Natur aus risikoreich, da eine unzureichende Trennung von Wasser und Salzen die Produktqualität direkt beeinträchtigt und durch beschleunigte Korrosion und Katalysatordeaktivierung den nachfolgenden Raffineriebetrieb gefährdet.
Die Viskosität gilt als der wichtigste Echtzeitindikator für die Trennkinetik undEmulsionStabilität. Eine hochviskose Emulsion wirkt als physikalische Barriere und behindert die notwendige gravitative Sedimentation und Koaleszenz dispergierter Wassertröpfchen erheblich.
Die Betriebsbedingungen bei D/D/D-Prozessen – gekennzeichnet durch extreme Drücke, hohe Temperaturen, Korrosivität und das Vorhandensein komplexer, nicht-newtonscher Mehrphasenfluide – machen herkömmliche Viskositätsmessmethoden unzuverlässig und fehleranfällig. Konventionelle Technologien, die oft auf beweglichen Teilen oder engen Kapillarröhrchen basieren, unterliegen schnell Ablagerungen, Verschleiß und mechanischem Versagen.
Rohölentsalzer
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Der Markt verlangt einen Paradigmenwechsel hin zu robusten Messgeräten, die kontinuierliche und hochpräzise Messungen ermöglichen. Das Lonnmeter Inline-Vibrationsviskosimeter bietet diese notwendige Zuverlässigkeit. Dank seiner robusten, einfachen mechanischen Konstruktion ohne bewegliche Teile, Dichtungen oder Lager bietet diese Technologie unübertroffene Genauigkeit und Langlebigkeit selbst unter widrigsten Bedingungen. Durch die Integration dieses Echtzeit-Viskositäts-Feedback-Regelkreises in das Prozessleitsystem (PLS) können Anwender die Dosierung von Demulgatoren und die Heizprofile dynamisch optimieren. Dies führt zu einem signifikanten, messbaren Return on Investment durch erhebliche Kosteneinsparungen bei Chemikalien, Energieeinsparungen, verbesserte Produktqualität und gesteigerte Betriebseffizienz.
II. Rohölemulsionen: Bildung, Stabilität und Prozessziele
2.1. Chemie und Physik der Stabilität von Rohölemulsionen
Die Rohölförderung führt unweigerlich zur Bildung stabilisierter Emulsionen, am häufigsten derWasser in Öl und Öl in WasserBei diesem Emulsionstyp sind Wassertröpfchen fein in einer kontinuierlichen Ölphase dispergiert. Die Stabilität dieser Emulsionen hängt sowohl von der chemischen Zusammensetzung als auch von den physikalischen Eigenschaften ab, die für eine erfolgreiche Konditionierung optimiert werden müssen.
Die Langzeitstabilität dieser Emulsionen wird primär durch natürliche, im Rohöl enthaltene Tenside bedingt. Zu diesen natürlichen Emulgatoren gehören komplexe polare Moleküle wie Asphaltene, Harze, Naphthensäuren und fein verteilte Feststoffpartikel, die bei der Produktion entstehen, wie beispielsweise Tone.BohrschlammRückstände und Korrosionsnebenprodukte spielen eine entscheidende Rolle: Sie adsorbieren rasch an der kritischen Öl-Wasser-Grenzfläche und bilden dort einen festen Schutzfilm. Dieser Film verhindert physikalisch die Wechselwirkung und Aggregation der dispergierten Wassertröpfchen, reduziert so die Grenzflächenspannung und stabilisiert das System.
Die kombinierten physikalischen und chemischen Herausforderungen, die sich aus der Rohölzusammensetzung ergeben, wirken sich direkt auf die rheologischen Eigenschaften des Fluids aus. Eine hohe Rohölviskosität erhöht die Emulsionsstabilität. Viskosität stellt eine grundlegende physikalische Barriere für die Trennkinetik dar.
2.2. Ziele der Demulgierung, Dehydratisierung und Entsalzung (D/D/D)
Die integrierte D/D/D-Prozesssequenz zielt darauf ab, den Rohölstrom für den Transport und die anschließende Raffination vorzubereiten und dabei die Einhaltung strenger Sicherheits- und Qualitätsstandards zu gewährleisten.
2.2.1. Demulgierung und Dehydratisierung
Die Demulgierung von Rohöl beinhaltet die Anwendung spezieller Tenside, die den stabilisierenden Grenzflächenfilm aufbrechen. Diese Demulgatormoleküle adsorbieren an der Grenzfläche, verdrängen die dort natürlich vorkommenden Emulgatoren, reduzieren die Grenzflächenspannung erheblich und schwächen die mechanische Festigkeit der Schutzmembran. Nach Abschluss dieser chemischen Reaktion wird der Prozess fortgesetzt.Dehydratisierung von Rohöl(Phasentrennung).
Das Hauptziel vonRohöl-EntwässerungsprozessZiel ist die vollständige Phasentrennung, um sicherzustellen, dass das resultierende Rohöl die strengen Spezifikationen für basisches Sediment und Wasser (BS&W) erfüllt. Typischerweise schreiben die Transportvorgaben für Pipelines vor, dass das aufbereitete Rohöl weniger als 0,5 % bis 1,0 % BS&W enthalten darf. Studien haben gezeigt, dass optimale Demulgatorformulierungen eine hohe Trenneffizienz erreichen müssen. Effektive Formulierungen weisen in Tests Trennraten von mindestens 88 % auf. Darüber hinaus muss das Verfahren Abwasser mit einem ausreichend niedrigen Ölgehalt (z. B. unter 10 bis 20 mg/l) liefern, um die Anforderungen an die Einleitung in die Umwelt oder die Wiedereinleitung zu erfüllen.
2.2.2. Entsalzung
Die Entsalzung ist ein entscheidender Wasserwaschvorgang zur Reduzierung des Salzgehalts des Rohöls, gemessen in Pfund pro Tausend Barrel (PTB). Dieser Prozess, der entweder direkt auf dem Förderfeld oder in der Raffinerie durchgeführt wird, umfasstmischenDas erhitzte Rohöl wird mit Waschwasser und Emulsionsspaltern vermischt. Anschließend wird das Gemisch in einem Schwerkraftabsetzbecken einem Hochspannungsfeld ausgesetzt, um die Aufspaltung der restlichen Bestandteile zu beschleunigen.Öl-in-Wasser- und Wasser-in-Öl-Emulsionenund die Entfernung der Solephase.
Die Notwendigkeit einer sorgfältigen Entsalzung ist unabdingbar. Werden Salze und Schwermetalle nicht entfernt, hydrolysieren sie beim Erhitzen in nachfolgenden Raffinationsstufen und bilden korrosive Säuren (wie z. B. Chlorwasserstoff). Diese Säuren führen zu starker Korrosion der nachgelagerten Prozessanlagen, einschließlich Wärmetauschern und Destillationskolonnen, und können eine katastrophale Katalysatorvergiftung verursachen. Daher ist eine Salzabscheidungseffizienz von ca. 99 % entscheidend für die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Die Temperaturkontrolle ist bei der Entsalzung von zentraler Bedeutung, da die Stripptemperatur häufig durch Erhitzen des Rohöls oder des Gas-/Dampfgemisches erreicht wird, wodurch die Abtrennung von Wasser und Verunreinigungen beschleunigt wird.
III. Die entscheidende Rolle der Echtzeit-Viskositätsmessung
3.1. Viskosität als Echtzeit-Prozesskontrollparameter
Viskosität ist nicht nur eine beschreibende Eigenschaft; sie ist der grundlegende dynamische Parameter, der die Kinetik der Trennung bestimmt. Jede im D/D/D-Prozess angewandte Kontrollmaßnahme – sei es die Zugabe von Chemikalien, die Wärmezufuhr oder die mechanische Mischung – zielt letztendlich darauf ab, die Viskositätsbarriere zu überwinden oder zu verringern, um die Tropfenkoaleszenz zu beschleunigen.
Die Viskositätsüberwachung dient als wesentlicher dynamischer Feedbackmechanismus zur Beurteilung der Demulgatorleistung. Der erfolgreiche chemische Abbau der stabilisierten Emulsion sollte eine messbare und oft rasche Abnahme der Viskosität der Flüssigkeit bewirken. Diese rheologische Änderung lässt sich in einem geschlossenen Regelkreis quantifizieren und ermöglicht so die kontinuierliche Bewertung der Wirksamkeit des chemischen Mittels. Dieser Echtzeit-Feedbackmechanismus ist unerlässlich, da er es den Anwendern ermöglicht, über statische, periodische Labortests hinauszugehen, die aufgrund der Alterung der Rohölprobe und des Verlusts leichter Komponenten fehleranfällig sind.
Darüber hinaus ist die Viskosität eng mit der Energieoptimierung verknüpft. Die optimale Betriebstemperatur von Entsalzungsanlagen hängt grundlegend von der Viskosität und Dichte des Rohöls sowie von der Wasserlöslichkeit im Rohöl ab. Schweres oder viskoses Rohöl erfordert deutlich höhere Temperaturen, um die Viskosität so weit zu reduzieren, dass sich Wassertropfen effektiv bewegen und absetzen können. Kontinuierliche Viskositätsdaten ermöglichen es Verfahrenstechnikern, die minimale effektive Temperatur für eine effiziente Trennung zu ermitteln und einzuhalten. So werden sowohl kostspielige Überhitzung als auch unzureichende Trennung aufgrund zu niedriger Temperaturen vermieden.
Diese Beziehung rückt die Viskosität in den Mittelpunkt der Betriebssteuerung. Die Leistung von Entsalzungsanlagen wird von vier Schlüsselfaktoren bestimmt: Fluidqualität, Betriebsparameter (Druck/Temperatur), Chemikaliendosierung und mechanische Aspekte. Betriebs- und chemische Faktoren sind die primären Stellhebel. Die Viskosität verbindet diese Stellhebel direkt. Erkennt das kontinuierliche Überwachungssystem beispielsweise einen Anstieg der Viskosität, kann das integrierte Prozessleitsystem (DCS) die Situation dynamisch bewerten und den kosteneffektivsten Trennweg wählen – entweder eine minimale Erhöhung der thermischen Energie (bei Dichte- oder Löslichkeitsproblemen) oder eine gezielte Erhöhung der Demulgatorkonzentration (bei Problemen mit der chemischen Stabilität). Diese Fähigkeit zum dynamischen Eingreifen verlagert die Steuerung von konservativen, reaktiven Anpassungen hin zu präziser, proaktiver Optimierung.
3.2. Folgen ungenauer oder verzögerter Viskositätsmessung
Das Fehlen genauer, kontinuierlicher Viskositätsdaten birgt erhebliche operative Risiken und führt zwangsläufig zu wirtschaftlicher Ineffizienz.
Chemikalienüberdosierung und OPEX-Inflation
Wenn die Viskositätsmessung auf sporadischen Laborproben beruht oder das Inline-Messgerät ungenaue Daten liefert, lässt sich die Demulgatordosierung nicht optimal an die unmittelbaren Stabilitätsanforderungen des Rohölstroms anpassen. Daher greifen die Betreiber auf die Injektion von Chemikaliendosen zurück, die weit über dem erforderlichen Minimum liegen, um eine Trennung zu gewährleisten. Da für eine optimale Trennung typischerweise eine Dosierung der Formulierung im Bereich von 50 bis 100 ppm erforderlich ist, führt die gewohnheitsmäßige Überdosierung von speziellen, teuren Demulgatoren zu einer erheblichen und vermeidbaren Erhöhung der Betriebskosten.
Energieineffizienz
Ohne präzise Viskositätsrückmeldung in Echtzeit muss die Prozesserwärmung konservativ so eingestellt werden, dass die Viskosität des zu erwartenden Rohöls im ungünstigsten Fall garantiert reduziert wird. Die Verwendung fester, hoher Sollwerte oder verzögerter Daten führt dazu, dass das Rohöl kontinuierlich über das notwendige Minimum hinaus erwärmt wird. Dies verursacht erhebliche und kontinuierliche thermische Energieverschwendung und stellt einen der größten steuerbaren variablen Kostenfaktoren im D/D/D-Prozess dar.
Produktqualitätsfehler und Folgeschäden
Ungenaue Messungen führen direkt zu suboptimalen Trennergebnissen. Wird die Emulsion nicht ausreichend getrennt, erfüllt das aufbereitete Rohöl nicht die erforderlichen BS&W- oder PTB-Spezifikationen. Rohöl außerhalb der Spezifikation verursacht nicht nur wirtschaftliche Einbußen, sondern gefährdet vor allem den gesamten nachgelagerten Raffinerieprozess. Unbehandelte Salzverunreinigungen beschleunigen die Korrosion durch Säurebildung und führen zu Verstopfungen und Ablagerungen an kritischen Wärmetauscherflächen und Prozesstürmen. Die mangelnde Überwachung und Kontrolle der Viskosität trägt daher indirekt zu kostspieligen Wartungsarbeiten, ungeplanten Stillständen und potenziellen Kosten für den Austausch von Anlagen bei.
Betriebsinstabilität
Rohölemulsionen weisen häufig ein komplexes, nicht-newtonsches Verhalten auf, bei dem sich ihre scheinbare Viskosität in Abhängigkeit von der Scherrate ändert. Ungenaue Messungen erschweren die Modellierung und Steuerung der Mehrphasenströmungsdynamik, was zu Strömungsanomalien wie problematischen Pfropfenströmungen, instabilen Phasenanteilen und ungleichmäßigen Phasenverteilungen führen kann. Darüber hinaus kann eine unzureichende Demulgierung längere Verweilzeiten im Absetzgefäß erforderlich machen, was paradoxerweise zu einer erneuten Emulgierung führen und somit die Effizienz weiter verringern und die Risiken erhöhen kann.
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IV. Herausforderungen der Viskositätsmessung bei der Rohölaufbereitung
4.1. Das feindliche Prozessumfeld erfordert Robustheit
Das für D/D/D-Anwendungen ausgewählte Inline-Viskosimeter muss in der Lage sein, Betriebsbedingungen standzuhalten, die die Auslegungsgrenzen von Standardlabor- oder Industriegeräten weit überschreiten.
Extreme Druck- und Temperaturbedingungen
Das D/D/D-Verfahren ist häufig mit hohen Betriebsdrücken und erhöhten Temperaturen verbunden. So wird beispielsweise in Entsalzungsanlagen erhitztes Rohöl verwendet, und spezielle Messungen wie die Reservoirfluidanalyse (RFA) erfordern Sensoren, die weltweit unter allen Reservoirbedingungen zuverlässig funktionieren. Die Spezialinstrumente müssen robust sein und typischerweise Temperaturen bis zu 450 °C standhalten sowie Druckfestigkeit für Standardbetriebsdrücke (z. B. bis zu 6,4 MPa) oder kundenspezifische Lösungen für extreme Anwendungen mit Drücken über 10 MPa aufweisen.
Korrosivität, Ablagerungen und Kesselsteinbildung
Die verarbeitete Flüssigkeit ist hochaggressiv. Rohöl enthält Salzlösungen, saure Komponenten (wie Naphthensäuren) und mitunter Schwefelwasserstoff (H₂S), wodurch ein korrosives Milieu entsteht, das gängige Materialien schnell angreift. Darüber hinaus führen fein verteilte Feststoffe (Ton, Sand, Asphaltene) und Salze zu hartnäckigen Ablagerungen und Verkrustungen auf den Sensoroberflächen. Die Instrumente müssen daher aus hochbeständigen Materialien wie Edelstahl 316 gefertigt sein. Um eine lange Lebensdauer im Kontakt mit der korrosiven Salzlösung zu gewährleisten, sind kundenspezifische Anpassungen mit speziellen korrosionsbeständigen Beschichtungen oder Materialien (z. B. Teflonbeschichtungen) möglich.
Mehrphasige und nicht-Newtonsche Komplexität
Rohölströme in der Konditionierungsphase sind selten homogen. Sie sind komplexe Mehrphasengemische mit eingeschlossenen Gasen/Blasen, dispergierten Wassertröpfchen und suspendierten Feststoffen. Diese Komplexität wird durch die für Schweröl oder hochasphaltene Emulsionen typische nicht-Newtonsche Rheologie noch verstärkt. Die Messung der Viskosität einer Flüssigkeit, deren Fließverhalten von der momentanen Scherrate abhängt und die mehrere Phasen und suspendierte Partikel enthält, stellt eine enorme Herausforderung für jede Sensortechnologie dar.
4.2. Grundlegende Grenzen der konventionellen Viskosimetrie
Die Einschränkungen herkömmlicher Viskositätsmesstechniken zeigen, warum diese grundsätzlich ungeeignet für die kontinuierliche, inline-gesteuerte Rohölverarbeitung sind.
Rotationsviskosimeter
Rotationsviskosimeter messen das Drehmoment, das zum Drehen einer Spindel in der Flüssigkeit erforderlich ist. Dieses Prinzip erfordert eine mechanisch komplexe Konstruktion mit beweglichen Teilen, Dichtungen und Lagern. In der D/D/D-Umgebung sind diese Komponenten besonders anfällig für Ausfälle: Abrasive Feststoffe und korrosive Salzlösungen verursachen schnellen Verschleiß und Dichtungsausfälle, was hohe Wartungskosten und einen intermittierenden Betrieb zur Folge hat. Darüber hinaus sind Rotationsviskosimeter auf sehr hohe Viskositätsbereiche beschränkt, können große Partikel nicht effektiv verarbeiten und reagieren sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen. Dadurch sind die Messergebnisse eher vom Bediener abhängig als zuverlässig und liefern keine kontinuierliche Rückmeldung.
Kapillarblutentnahme und andere traditionelle Methoden
Methoden wie die Kapillarviskosimetrie basieren auf der Messung der Durchflussrate durch ein verengtes Rohr. Obwohl sie unter Laborbedingungen präzise sind, eignen sie sich nicht für den industriellen Einsatz. Sie liefern nur schwer genaue Ergebnisse für nicht-Newtonsche Flüssigkeiten und sind extrem anfällig für Verstopfungen durch Schwebstoffe und Feststoffablagerungen in Rohölströmen. Diese Anfälligkeit erfordert einen hohen Wartungsaufwand, führt zu häufigen Betriebsunterbrechungen und schließt ihren Einsatz für die kontinuierliche Prozessstromüberwachung mit hoher Verfügbarkeit grundsätzlich aus.
Die Häufung von Ausfallmechanismen bei herkömmlichen Viskosimetern – mechanische Anfälligkeit (Dichtungen, Lager) und Empfindlichkeit gegenüber korrosiven Strömungsbedingungen (Verstopfung, Abrieb) – stellt eine klare technische Anforderung. Erfolgreiche Inline-Rohölmessungen erfordern eine Sensortechnologie, die bewegliche Teile und Strömungswiderstände vollständig eliminiert und so die Messlast von anfälligen mechanischen Mechanismen auf robuste physikalische Prinzipien verlagert.
V. Das Lonnmeter Inline-Vibrationsviskosimeter: Eine robuste Lösung
5.1. Einzigartiges Design und Funktionsprinzip
Das Lonnmeter Inline-Vibrationsviskosimeter wurde speziell entwickelt, um die kritischen Lücken herkömmlicher Technologien in aggressiven Fluidumgebungen zu schließen.
Funktionsprinzip
Das Viskosimeter arbeitet nach dem Prinzip der axialen Schwingungsdämpfung. Das System verwendet ein festes, oft kegelförmiges Sensorelement, das mit einer präzisen Frequenz in axialer Richtung kontinuierlich schwingt. Wenn die Rohölemulsion über dieses schwingende Element fließt und geschert wird, absorbiert die Flüssigkeit aufgrund der viskosen Reibung Energie – ein Dämpfungseffekt. Die durch diese Scherung verlorene Energie wird von einer elektronischen Schaltung gemessen und direkt in einen Wert für die dynamische Viskosität umgerechnet, der typischerweise in Centipoise (cP) angegeben wird. Dieses Verfahren misst im Wesentlichen die Leistung, die erforderlich ist, um eine konstante Schwingungsamplitude aufrechtzuerhalten.
Einfache mechanische Struktur
Ein tiefgreifender technischer Vorteil desLonnmeter Inline-ViskosimeterSeine Einfachheit ist entscheidend. Die Scherung der Flüssigkeit erfolgt ausschließlich durch Vibration, was eine denkbar einfache mechanische Konstruktion ermöglicht – ohne bewegliche Teile, Dichtungen oder Lager. Diese strukturelle Integrität ist von größter Bedeutung: Durch den Verzicht auf die Komponenten, die in Umgebungen mit hohem Druck und abrasivem Material am anfälligsten für Verschleiß, Korrosion und Ausfall sind, gewährleistet das Lonnmeter eine außergewöhnlich hohe Langlebigkeit und minimalen Wartungsaufwand und überwindet damit die grundlegenden Einschränkungen rotierender Instrumente. Die Standardausführung besteht aus robustem Edelstahl 316; für aggressive Medien sind kundenspezifische Anpassungen möglich, beispielsweise durch den Einsatz von Teflonbeschichtungen oder speziellen Korrosionsschutzlegierungen.
5.2. Parameter zur Bewältigung spezifischer Prozessherausforderungen
Die technischen Spezifikationen des LonnmetersInline-Vibrationsviskosimeterseine Eignung für die extremen Anforderungen der D/D/D-Prozesskette unter Beweis stellen:
Robuste Spezifikationen des Lonnmeter-Viskosimeters
| Parameter | Spezifikation | Relevanz für die Herausforderungen der Rohöl-D/D/D-Prozesse |
| Viskositätsbereich | 1 – 1.000.000 cP | Umfassende Abdeckung für verschiedene Rohölsorten, einschließlich Schweröl, Bitumen und hochviskosen Emulsionen. |
| Genauigkeit / Wiederholbarkeit | ±2 % ~ 5 % | Hohe Präzision ist für die genaue Berechnung des Demulgatorchemikalienverbrauchs und der Sollwerte für die Energieoptimierung unerlässlich. |
| Maximale Temperaturbeständigkeit | < 450℃ | Gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb bei Hochtemperatur-Vorwärmern und Entsalzungsanlagen. |
| Maximaler Druck | < 6,4 MPa (anpassbar >10 MPa) | Geeignet für Standardprozessdrücke, mit kundenspezifischen Entwicklungen für extrem hohe Drücke in Upstream-Anwendungen. |
| Materialien | Edelstahl 316 (Standard) | Die Standardkonstruktion bietet eine hohe Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion; kundenspezifische Materialien sind für spezifische Salzlösungen und H₂O-Bedingungen geeignet.2S Herausforderungen. |
| Schutzstufe | IP65, ExdIIBT4 | Erfüllt strenge Explosionsschutz- und Umweltstandards für gefährliche Industrieumgebungen. |
5.3. Technische und betriebliche Vorteile
Überlegene Leistungsfähigkeit bei komplexen Strömungen
Das Vibrationsprinzip bietet entscheidende Vorteile bei der Messung der komplexen, mehrphasigen Struktur von Rohölemulsionen. Die kontinuierliche Hochfrequenzvibration bewirkt eine schonende Selbstreinigung der Sensoroberfläche und hemmt aktiv die Bildung von Ablagerungen, Kesselsteinen und Wachs. Im Gegensatz zu Wirbel- oder Rotationstechnologien ist der Lonnmeter-Sensor deutlich weniger anfällig für Messfehler durch mitgerissene Gasblasen oder suspendierte Feststoffpartikel (Mehrphasenströmung). Diese Unempfindlichkeit gegenüber Ablagerungen und Feststoffansammlungen gewährleistet die kontinuierliche Messung, wo herkömmliche Instrumente ausfallen oder ständige Wartung erfordern würden.
Das Fehlen von Dichtungen und Lagern stellt einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil dar. Da die D/D/D-Umgebung durch korrosive Salzlösungen und ein hohes Risiko der Feststoffkontamination gekennzeichnet ist, beseitigt die Eliminierung der anfälligsten mechanischen Komponenten die größte Quelle für Betriebsunterbrechungen und kostspielige Wartungsarbeiten im Zusammenhang mit Instrumentenausfällen im Rohölbetrieb. Diese grundlegende technische Entscheidung garantiert maximale Betriebszeit für den entscheidenden Viskositätsregelkreis.
Genaue nicht-Newtonsche Messung
Das Lonnmeter-System arbeitet, indem es durch Vibration hohe Scherkräfte auf das Fluid ausübt. Für die komplexen, nicht-Newtonschen Rohöle, die in D/D/D-Verfahren häufig vorkommen und deren Viskosität von der Scherrate abhängt, ist diese Hochschermessung entscheidend. Sie erfasst präzise die tatsächliche Viskositätsänderung, die für die dynamische Hochgeschwindigkeitsströmung der Prozesslinie relevant ist, und verhindert so rheologische Artefakte, die bei Niedrigschergeräten wie bestimmten Rotationsviskosimetern auftreten können und die effektive Viskosität des Fluids während der Messung unbeabsichtigt verändern können.
Führung bei der nahtlosen digitalen Integration
Um das volle Optimierungspotenzial auszuschöpfen, muss das Viskosimeter Daten liefern, die von Steuerungssystemen direkt verarbeitet werden können. Das Lonnmeter bietet standardmäßige industrielle Ausgänge (4–20 mADC, Modbus) für Viskosität und Temperatur. Dieser nahtlose digitale Datenstrom ermöglicht die schnelle Integration in bestehende Prozessleitsysteme (DCS) oder SCADA-Plattformen. Die Implementierung dieser fortschrittlichen Technologie erfordert einen schrittweisen Ansatz der digitalen Transformation. Zunächst werden die Sensordaten integriert, um die anfängliche Komplexität zu reduzieren und einen frühen Return on Investment (ROI) nachzuweisen. Diese integrierten Daten bilden die Grundlage einer Diagnosematrix, mit der Bediener Viskositätsanomalien schnell mit anderen Datenströmen (z. B. Temperatur, Druckdifferenz) korrelieren und so effektive Korrekturmaßnahmen einleiten können.
VI. Optimierung und wirtschaftliches Wertversprechen
Der wahre ökonomische Wert des LonnmetersInline-VibrationsviskosimeterDies wird erreicht, wenn passive Messung in eine aktive, geschlossene Prozesssteuerung umgewandelt wird. Der präzise, hochintegre Datenstrom etabliert den notwendigen Rückkopplungsmechanismus, um die beiden größten variablen Betriebskosten – den Chemikalienverbrauch und den Wärmeverbrauch – dynamisch zu steuern.
6.1. Verknüpfung von Echtzeit-Viskosität mit dynamischer Prozesssteuerung
Die Optimierungsstrategie basiert auf der Integration von Viskositätsmessungen mit den primären Stellgrößen – Demulgatordosierung und Heiztemperatur –, um eine optimale Trennkinetik bei möglichst geringen Kosten zu gewährleisten.
Das primäre Steuerungsziel besteht darin, den Punkt minimaler effektiver Trennviskosität zu ermitteln und aufrechtzuerhalten. Wird eine Abweichung festgestellt, wird die Reaktion auf Basis der aktuellen Betriebskosten berechnet.
Optimierungs-Rückkopplungsschleife
| Beobachteter Viskositätstrend (Echtzeit) | Prozesszustandsdiagnose | Korrekturmaßnahme (Automatisiert/Bediener) | Erwartete wirtschaftliche Auswirkungen |
| Die Viskosität nimmt nach dem Mischen/Einspritzen zu. | Unvollständige Demulgierung oder unzureichende Koaleszenzrate | Demulgatormenge (ppm) erhöhen ODER Heiztemperatur-Sollwert erhöhen | Maximiert den Durchsatz; verhindert Reemulgierung und Verklumpung. |
| Stabile, gleichmäßige Viskosität, aber historische Daten zeigen einen höheren Wert als nötig | Suboptimale Betriebstemperatur für die aktuelle Rohölrheologie | Reduzieren Sie den Sollwert der Vorwärmer-/Entsalzungstemperatur auf die niedrigste effektive Temperatur. | Reduziert direkt den Wärmeverbrauch; Primäre Betriebskosteneinsparung |
| Die Viskosität nimmt rasch ab und stabilisiert sich auf einem niedrigen Wert. | Nahezu optimale Trennung erreicht / Risiko eines Chemikalienüberschusses | Reduzieren Sie die Demulgatordosierung (ppm) auf die minimale wirksame Dosis. | Reduziert direkt die Kosten für die Beschaffung und Entsorgung von Chemikalien. |
Optimierung der Demulgatordosierung
Das Steuerungssystem nutzt die Viskosität in Echtzeit als Leistungskennzahl, um die Demulgator-Einspritzrate dynamisch anzupassen. Dadurch entfällt die kostspielige und gängige Praxis der Überdosierung von Chemikalien, um Schwankungen im Rohöl oder verzögerte Laborergebnisse auszugleichen. Durch die Reduzierung der Dosierung auf die minimale effektive Konzentration, die zur Erreichung der Zieltrennung erforderlich ist, gewährleisten die Anwender den optimalen Einsatz teurer Chemikalien bei gleichzeitig hoher Effizienz (z. B. Erreichen einer Salzabtrennung von 99 %).
Thermisches Energiemanagement
Da die Temperaturanforderungen für die Entsalzungsanlage vom rheologischen Profil des Rohöls abhängen, ermöglichen präzise Viskositätsmessungen dem System, die Temperaturen im Vorwärmer und in der Entsalzungsanlage auf dem niedrigsten effektiven Sollwert zu halten, der für die Phasentrennung erforderlich ist. Dadurch werden massive und unnötige Energiekosten für die Rohölerwärmung vermieden, was zu signifikanten und nachhaltigen Einsparungen bei den Betriebskosten führt.
Durch die dynamische Steuerung dieser Variablen wandelt sich die Anlage von einem reaktiven, normpunktbasierten Betrieb zu einem proaktiven, rheologieoptimierten System. Dieser Datenstrom ermöglicht es den Bedienern, auf eine vorausschauende Instandhaltung umzustellen. Beispielsweise kann ein plötzlicher, unerklärlicher Viskositätsanstieg in Verbindung mit stabiler Temperatur und Demulgatordosierung auf ein drohendes mechanisches Problem wie übermäßige Ablagerungen oder Pumpenverschleiß hinweisen und so ein präventives Eingreifen vor einem schwerwiegenden Betriebsausfall ermöglichen.
6.2. Quantifizierbare Vorteile und ROI-Realisierung
Die Integration des Lonnmeter Inline-Vibrationsviskosimeters führt zu einem spürbaren und nachhaltigen finanziellen Nutzen entlang der gesamten Produktionswertschöpfungskette.
Reduzierte Betriebskosten:
Chemikalieneinsparung: Die dynamische Dosierungskontrolle minimiert den Einsatz teurer chemischer Demulgatoren und sorgt so für eine sofortige Kostenvermeidung.
Energieeinsparung: Die Optimierung der Heiztemperatur auf Basis von Echtzeit-Rheologiedaten reduziert den enormen Brennstoff-/Dampfverbrauch, der beim Erhitzen von Rohöl entsteht, drastisch.
Wartungseinsparungen: Die einfache Konstruktion ohne bewegliche Teile, Dichtungen und Lager in Verbindung mit der Selbstreinigungseigenschaft des Vibrationssensors eliminiert die hohen Wartungs- und Servicekosten, die bei herkömmlichen Instrumenten im Einsatz unter korrosiven und schmutzanfälligen Bedingungen anfallen.
Verbesserte Produktqualität und Wertsteigerung: Die garantierte Einhaltung strenger Qualitätsziele, wie z. B. die Erreichung von BS&W ≤ 0,5 % und eine hohe PTB-Entfernung, gewährleistet, dass das Rohöl den Verkaufsspezifikationen entspricht und vermeidet kommerzielle Strafen sowie die massiven Folgekosten, die mit der Wiederaufbereitung oder Korrosionsminderung verbunden sind.
Erhöhte Betriebseffizienz und Durchsatzleistung: Die Optimierung der chemischen und thermischen Eingangsgrößen führt zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Trennkinetik. Dadurch werden die erforderliche Absetz- und Verweilzeit verkürzt und somit die effektive Durchsatzkapazität der Anlage erhöht.
Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit: Durch die Minimierung der Abhängigkeit von manueller Probenahme und Labortests wird die Belastung der Bediener durch Hochdruck-, Hochtemperatur- und korrosive Prozessleitungen verringert. Die überlegene Zuverlässigkeit der robusten Sensorstruktur reduziert die Wahrscheinlichkeit ungeplanter, instrumentenbedingter Stillstände erheblich.
Effektive Demulgierung, Dehydratisierung und Entsalzung sind grundlegend für den wirtschaftlichen Erfolg und die operative Integrität der Kohlenwasserstoffindustrie. Die Prozesskomplexität, die Schwankungen der Rohölqualität und die extremen Betriebsbedingungen erfordern eine Messgenauigkeit und Sensorrobustheit, die herkömmliche Technologien nicht bieten können. Mechanische Komplexität, Korrosionsanfälligkeit und die Gefahr von Ablagerungen machen herkömmliche Viskosimeter zu Risiken, die sowohl die Prozesseffizienz als auch den Anlagenschutz gefährden.
Das Lonnmeter Inline-Vibrationsviskosimeter ist die optimale Lösung, speziell entwickelt für den Einsatz in anspruchsvollen industriellen Umgebungen. Seine einfache Konstruktion ohne bewegliche Teile garantiert einen kontinuierlichen und zuverlässigen Datenfluss und umgeht die systembedingten Ausfallmechanismen herkömmlicher Rotations- und Kapillarsysteme. Durch die präzise Messung der wahren Hochscherviskosität komplexer, nicht-Newtonscher Rohöle ermöglicht das Lonnmeter eine dynamische, vorausschauende Regelungsstrategie. Diese Strategie bildet die Grundlage für die Optimierung der Demulgatordosierung und der Heizprofile im geschlossenen Regelkreis und gewährleistet so eine gleichbleibende Produktqualität und maximale Betriebseffizienz.
Die Integration dieser fortschrittlichen Technologie wandelt den D/D/D-Prozess von einem konservativen, risikoscheuen Verfahren in ein präzises, kostenoptimiertes System um. Dieser Ansatz ermöglicht einen unmittelbaren, messbaren Return on Investment durch eine erhebliche Reduzierung des Chemikalienverbrauchs und der Energieverschwendung.
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