Die Messung des Flüssigkeitsspiegels an der Grenzfläche zweier Flüssigkeiten ist in einigen industriellen Prozessen, beispielsweise in der Öl- und Gas-, Chemie- und Petrochemieindustrie, häufig im selben Behälter erforderlich. Im Allgemeinen schwimmt die Flüssigkeit mit der geringeren Dichte auf der Flüssigkeit mit der höheren Dichte, wenn die Dichte oder das spezifische Gewicht der beiden Flüssigkeiten unterschiedlich ist.
Aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften trennen sich manche Flüssigkeiten von selbst und bilden eine Emulsionsschicht. Neben dieser dünnen Trennschicht können auch andere Grenzflächen auftreten, beispielsweise als Mehrfachgrenzflächen oder Mischschichten aus Flüssigkeit und Feststoff. In der Prozesstechnik kann es erforderlich sein, die Dicke bestimmter Schichten zu messen.
Voraussetzungen für die Messung des Grenzflächenniveaus
Die Messung des Grenzflächenpegels in einem Raffinerietank ist ausschlaggebend: Man trennt das Rohöl von jeglichem Wasser und verarbeitet anschließend nur das abgetrennte Wasser, um Kosten und Aufwand zu reduzieren. Genauigkeit ist hierbei entscheidend, denn Öl im Wasser führt zu kostspieligen Verlusten; Wasser im Öl hingegen erfordert eine aufwändige Aufbereitung für die weitere Raffination und Reinigung.
Auch andere Produkte können bei der Verarbeitung ähnlichen Situationen ausgesetzt sein, in denen zwei unterschiedliche Gemische vollständig getrennt werden müssen, d. h. jegliche Rückstände des jeweils anderen Gemisches müssen entfernt werden. Viele Trennungen chemischer Flüssigkeiten wie Methanol in Wasser, Diesel und Biodiesel sowie Seife sind in einem Tank oder Behälter nicht offensichtlich. Obwohl der Dichteunterschied für eine Trennung ausreicht, kann er zu gering sein, um eine Grenzflächenmessung durchzuführen.
Geräte zur Füllstandsmessung
Ungeachtet der Branche, in der sie eingesetzt werden, gibt es empfohlene Füllstandssensoren, um die kniffligen technischen Probleme zu lösen.
Inline-Dichtemessgerät: Wird Nassöl in einen Sedimentationsbehälter oder Öl-Wasser-Abscheider eingespritzt, trennen sich Öl- und Wasserphase aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten allmählich. Nach der Sedimentation bildet sich eine Öl-Wasser-Grenzfläche. Öl- und Wasserschicht gehören zwei unterschiedlichen Medien an. Für den Produktionsprozess ist die genaue und zeitnahe Kenntnis der Lage der Öl-Wasser-Grenzfläche erforderlich, damit bei Erreichen eines bestimmten Wasserstands das Ventil rechtzeitig geöffnet und das Wasser abgelassen werden kann.
Im Falle der komplizierten Situation, in der Wasser und Öl erfolgreich getrennt werden, ist es notwendig, die Flüssigkeit in einem Meter Höhe über dem Abflussloch zu überwachen.Online-DichtemessgerätDas Ablassventil sollte geöffnet werden, sobald die Dichte der Flüssigkeit 1 g/ml erreicht; andernfalls sollte das Ablassventil geschlossen werden, wenn die festgestellte Dichte unter 1 g/ml liegt, unabhängig vom Trennzustand.
Gleichzeitig müssen die Wasserstandsänderungen während des Entleerungsprozesses in Echtzeit überwacht werden. Sobald der Wasserstand den unteren Grenzwert erreicht, wird das Ventil rechtzeitig geschlossen, um Verschwendung und Umweltverschmutzung durch Ölverlust zu vermeiden.
Schwimmer und VerdrängerEin Schwimmersensor schwimmt an der Oberfläche von Flüssigkeiten, was sich etwas von dem unterscheidet, was man vermuten würde. Ein Verdrängungssensor hingegen, der auf die Dichte der unteren Flüssigkeit eingestellt ist, schwimmt an der Oberfläche der Zielflüssigkeit. Der kleine Unterschied zwischen Schwimmern und Verdrängungssensoren besteht darin, dass ein Verdrängungssensor vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht werden kann. Beide können zur Messung von Flüssigkeitsständen an den Grenzflächen mehrerer Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Schwimmkörper und Verdränger sind die kostengünstigsten Geräte zur Messung des Flüssigkeitsstands an Grenzflächen. Ihre Nachteile liegen jedoch in der Beschränkung auf die eine Flüssigkeit, für die sie kalibriert sind. Zudem reagieren sie empfindlich auf Turbulenzen im Tank oder Behälter, weshalb Beruhigungsschächte zur Behebung dieses Problems erforderlich sind.
Ein weiterer Nachteil von Schwimmern und Verdrängern liegt in ihrer mechanischen Schwimmfähigkeit selbst. Das Gewicht der Schwimmer kann durch zusätzliche Beschichtungen oder Haftmittel beeinflusst werden. Dadurch ändert sich ihre Fähigkeit, auf der Flüssigkeitsoberfläche zu schwimmen. Dasselbe gilt, wenn sich die Dichte des Produkts ändert.
KapazitätEin Kapazitätstransmitter besteht aus einem Stab oder Kabel, das direkt mit dem Messmaterial in Kontakt steht. Der beschichtete Stab oder das Kabel kann als eine Kondensatorplatte betrachtet werden, die metallische Wand als die andere. Die Messwerte der Sonde können je nach Material zwischen den beiden Platten variieren.
Kapazitive Messumformer stellen höhere Anforderungen an die Leitfähigkeit zweier Flüssigkeiten – eine muss leitfähig, die andere nicht leitfähig sein. Die leitfähige Flüssigkeit bestimmt den Messwert, während die nicht leitfähige Flüssigkeit nur einen geringen Einfluss auf das Ausgangssignal hat. Dennoch ist ein kapazitiver Messumformer unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Emulsionen oder Stoffschichten.
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Veröffentlichungsdatum: 19. Dezember 2024
