Gashydrate, ein eiskristallähnliches Gemisch aus Methan oder Kohlendioxid und Wasser, bilden sich in der Tiefsee bei hohen Drücken und tiefen Temperaturen. Für die Ölförderung bedeuten sie ein ernsthaftes Problem, da sie die Förderleitungen verstopfen können. Um eine Pfropfbildung zu verhindern, werden Chemikalien – in der Regel Frostschutzmittel oder Polymere – in die Pipeline injiziert. Zur Messung der Viskosität kommen Geräte zum Einsatz, die auf induktiven Sensoren mit besonders hohem Schaltabstand basieren.
Nach Informationen von Contrinex GmbH in Leinfelden-Echterdingen
Sollte früher die Bildung von Gashydraten komplett verhindert werden, geht man heute dazu über, lediglich die Fließfähigkeit des Gashydrat-Wasser-Ölgemisches durch Zugabe von Anti-Agglomeraten zu gewährleisten. Welche Chemikalien in welchen Mengen dabei zugesetzt werden müssen, wird in Laborversuchen ermittelt. Ein entscheidendes Hilfsmittel sind hier Messgeräte, mit denen sich überprüfen lässt, ob die Chemikalien tatsächlich unter den Förderbedingungen funktionieren, also das Gashydrat-Wasser-Ölgemisch fließfähig bleibt und damit die Ölförderung abgesichert ist. Ein Hersteller solcher Geräte ist die PSL Systemtechnik GmbH. Das Harzer Unternehmen in der Universitätsstadt Clausthal-Zellerfeld ist spezialisiert auf die Herstellung von Messtechnik zur Überwachung des Fließverhaltens von Gemischen aus Öl, Gas und Wasser beziehungsweise zur Erkennung von Flockenbildung in Flüssigkeiten wie Rohöl oder Erdölfeld-Chemikalien. Abnehmer der Prüfgeräte sind sowohl Zulieferer und Dienstleiser der Erdölindustrie als auch die petrochemische Branche direkt.
Der Lauf der Kugel
Speziell zur Viskositätsmessung von Gashydraten dient die Saphirglas-Rocking Cell RCS mit wahlweise zwei, sechs oder 20 Messzellen. Mit diesem Messgerät wird unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen die Laufzeit einer Kugel durch das zu untersuchende Flüssigkeitsgemisch gemessen, wenn die Druckzelle, meist als transparentes Rohr aus Saphirglas ausgeführt, gekippt wird. Zwei induktive Näherungsschalter pro Zelle stoppen die Zeit, die die Kugel benötigt, um durch die Flüssigkeit eine definierte Strecke zurückzulegen. Diese Messgröße ist ein Maß für die Viskosität der Mischung aus Gashydraten und zugesetzten Chemikalien. Darüber hinaus liefert das Gerät Informationen zu Druck und Temperatur. Da alle Messzellen ganzflächig frei einsehbar sind, liefern genaue Beobachtungen der Vorgänge zusätzliche Informationen darüber, ob sich Stoffe absetzen, ablagern oder ob alles fließt.
Großer Schaltabstand
PSL Systemtechnik setzt in seiner Saphirglas-Rocking Cell RCS bereits seit 2,5 Jahren induktive Schalter des Sensorikspezialisten Contrinex ein. Dabei stellte PSL eine Reihe von Anforderungen an den verwendeten Sensortyp: Der Schalter muß sehr klein, gleichzeitig jedoch in der Lage sein, die kleine Kugel durch die Zellwand aus Saphirglas zu erfassen und genaue, reproduzierbare Schaltzeitpunkte zu liefern. Hier kommt also nur ein Schalter mit einem großen Schaltabstand infrage. Überdies soll er wasserfest sein und funktionsfähig in einem Temperaturbereich von -20 bis +60 °C. Eine besondere Druckbeständigkeit des Sensors ist nicht erforderlich, da die Saphirglaszelle den Druck von maximal 350 bar aufnimmt. Die Wahl fiel auf Sensoren vom Typ DW-AS-513-M18-002 mit einem extra großen Schaltabstand von 20 mm, einem zylindrischen Gehäuse vom Durchmesser M18 und einer Temperaturbeständigkeit im Bereich von -20 bis +60 °C. Da der Sensor bei der Anwendung in Kontakt mit Flüssigkeit kommt, entschied sich PSL für die wasserdichte Steckervariante des Sensors. Dank des induktiven Verfahrens erfasst der Schalter die Kugel auch in den für die Ölförderung typischen trüben Flüssigkeitsgemischen problemlos. Alternativen wie Lichtschranken versagten unter diesen Bedingungen und wurden daher verworfen. Dr. Jens Pfeiffer, Geschäftsführer der PSL Systemtechnik GmbH, ist mit den Contrinex-Sensoren zufrieden: „Wir haben viele Sensoren verschiedener Hersteller getestet. Der Contrinex-Sensor hat unsere Anforderungen am besten erfüllt.“
Besonderes Oszillatorkonzept
Für den großen Schaltabstand sorgt ein spezielles, von Contrinex entwickeltes Oszillatorkonzept – der Condist-Oszillator. Er arbeitet zwar nach dem gleichen physikalischen Prinzip wie marktübliche induktive Näherungsschalter, verfügt jedoch über eine deutlich bessere Temperaturstabilität und damit einen vergrößerten Schaltabstand. Aus diesem Grund sind Sensoren mit Condist-Oszillator prädestiniert für Anwendungen, bei denen schlanke Bolzen, dünne Drähte oder elektrische Kabel erkannt werden müssen, oder Anwendungen wie bei PSL, bei denen durch eine Glaswand hindurch eine Kugel erfasst werden muss. Alle übrigen Eigenschaften wie Betriebsspannung, Stromverbrauch, EMV-Eigenschaften, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse etc. stimmen jedoch im Wesent-lichen mit herkömmlichen Induktivsensoren überein.
Das Prinzip: Induktiver Näherungsschalter
Hinter der Sensorfläche befindet sich eine Schwingkreis-Spule, die im Raum über der Sensorfläche ein magnetisches HF-Feld erzeugt. Leitfähige Gegenstände im Ausbreitungsbereich dieses Feldes bewirken infolge induzierter Wirbelströme Verluste, welche die Arbeitsbedingungen des Oszillators verändern. Die nachgeschaltete Elektronik stellt diese Veränderung fest und wertet sie aus.
KONTAKT
info
Contrinex Sensor GmbH
Leinfelden-Echterdingen
Tel. 0711 220 988-0
www.contrinex.de
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