Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Messen des Dampfdruckes verschiedenartiger Flüssigkeiten,
insbesondere komplexer Kohlenwasserstoffgemische.
Hintergrund der Erfindung
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Es ist oft erforderlich, den Dampfdruck einer Flüssigkeit
oder eines Flüssigkeitsgemisches zu bestimmen, um zur
Kontrolle der Transportbedingungen der Flüssigkeit oder
bestimmter Verfahrensbedingungen, die die Flüssigkeit oder
ihren Dampf mit einbeziehen, beizutragen. Bei manchen
Arbeitsvorgängen mit Rohöl-Pipelines ist es erwünscht und
oft erforderlich, andere Flüssigkeiten zu fördern, die mit
dem Rohöl gemischt sind, wie etwa
Naturbenzin-Flüssigkeiten. Dementsprechend ist ein verhältnismäßig komplexes
Flüssigkeitsgemisch unter solchen Förderbedingungen
gebildet, und der Dampfdruck eines solchen Gemischs kann nicht
ohne weiteres vorhergesagt werdend sondern kann lediglich
durch häufige Messungen des durch die Pipeline geförderten
Strömungsmittels bestimmt werden. Außerdem kann der echte
Dampfdruck eines komplexen Flüssigkeitsgemischs, wie etwa
eines Gemischs aus Rohöl und Naturbenzinflüssigkeiten,
tatsächlich ein sich ändernder Wert sein, da der
Dampfdruck der sogenannten leichteren Enden des Gemischs bei
einer vorgegebenen Temperatur niedriger sein wird als der
schwereren oder dichteren Kohlenwasserstoffmaterialien.
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Es wurde dementsprechend als wünschenswert angesehen, eine
Vorrichtung vorzusehen, die ohne weiteres mindestens den
Kavitationsdruck eines komplexen Flüssigkeitsgemischs
messen kann, so daß Pump-Arbeitsvorgänge und dergleichen
gesteuert werden können, um Kavitation und den Austritt von
Dämpfen aus dem Transportnetz zu verhindern. Andererseits
ist die Kenntnis des wahren Dampfdruckes für bestimmte
Verarbeitungs- oder Trenn-Arbeitsvorgänge wesentlich.
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Es ist aus der EP-A-0 216 706 eine Vorrichtung zur
Durchführung von Dampfdruckmessungen bekannt, die ein Gehäuse
mit einer Kammerleitungseinrichtung aufweist, um eine
Flüssigkeit zu und von der Kammer zu leiten, eine Kammer-
Volumen-Einstelleinrichtung, die relativ zur genannten
Kammer in eine erste Position beweglich ist, um die
Flüssigkeitsströmung zu und von der Kammer über die
Leitungseinrichtung zu gestatten, sowie in eine zweite Position,
um das Volumen der Kammer bis auf ein vorbestimmtes
Minimum zu verringern, und eine Betätigungseinrichtung zum
Bewegen der Volumen-Einstelleinrichtung aus der ersten in
die zweite Position und zurück zur ersten Position.
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Diese bekannte Vorrichtung ist nicht geeignet, um
Dampfdruckmessungen eines Strömungsmittels vorzunehmen, das in
einer Pipeline strömt, und es ist dementsprechend ein Ziel
der vorliegenden Erfindung, eine solche Vorrichtung
vorzusehen, welche die Dampfdruckmessung unter solchen
Umständen gestattet. Ein weiteres Ziel ist es, eine Vorrichtung
der erwähnten Art vorzusehen, die die Dampfdruckmessungen
bei der Temperatur der Flüssigkeit erleichtert, die durch
die Vorrichtung strömt.
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Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Vorrichtung
zum Vornehmen von Messungen des Dampfdrucks einer
flüssigen Zusammensetzung, mit einem Gehäuse, das eine Kammer
umfaßt, Leitungseinrichtungen zum Leiten der genannten
flüssigen Zusammensetzung zu und von der Kammer, einer
Kammer-Volumen-Einstelleinrichtung, die relativ zur
genannten Kammer in eine erste Lage beweglich ist, um die
Strömung der genannten flüssigen Zusammensetzung zu und
von der Kammer so zu gestatten, daß die flüssige
Zusammensetzung durch die Kammer über die Leitungseinrichtung
strömt, sowie in eine zweite Lage, um das Volumen der
Kammer bis auf ein vorbestimmtes Minimum zu verringern und
hierbei eine Probe der strömenden flüssigen
Zusammensetzung in der Kammer einzuschließen, und einer
Betätigungseinrichtung, um die Volumen-Einstelleinrichtung aus
der ersten in die zweite Lage und zurück zur ersten Lage
zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte
Kammer eine Zylinderbohrung in dem genannten Gehäuse
aufweist, die Volumen-Einstelleinrichtung einen Kolben in der
Bohrung aufweist, der von der genannten
Betätigungseinrichtung aus der ersten in die zweite Lage und zurück in
die erste Lage beweglich ist, und die Leitungseinrichtung
eine Einlaß-Leitungseinrichtung aufweist, um die Bohrung
in Verbindung mit einer Quelle der genannten flüssigen
Zusammensetzung zu versetzen, sowie eine
Auslaß-Leitungseinrichtung in Verbindung mit der Bohrung, um die flüssige
Zusammensetzung aus der genannten Kammer abzugeben, und
daß eine Ventileinrichtung in der genannten
Auslaß-Leitungseinrichtung vorgesehen ist, um die Strömung der
flüssigen Zusammensetzung aus der genannten Bohrung zu
gestatten und die Strömung der flüssigen Zusammensetzung in die
genannte Bohrung zu verhindern, eine Druck-Meßeinrichtung,
um den Druck in der genannten Bohrung während der Bewegung
des Kolbens zum Aufweiten des Volumens der Bohrung zu
messen, wobei sich eine Probe der flüssigen Zusammensetzung
in der Bohrung befindet, sowie ein Durchlaß, der über
einen Teil des Kolbenhubes aus seiner zweiten Lage zu
seiner ersten Lage offen ist, um flüssige Zusammensetzung aus
der Einlaß-Leitungseinrichtung rund um die Bohrung und aus
dem Gehäuse hinaus umlaufen zu lassen, um die Temperatur
der Vorrichtung bei einer Temperatur zu stabilisieren, die
in Relation zur Temperatur der flüssigen Zusammensetzung
steht, die zur Vorrichtung fließt.
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Vorteilhafterweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen,
um den Druck in der Kammer zum Messen und die Bewegung des
genannten Kolbens zu steuern, um das Volumen der Kammer zu
erhöhen, bis der Druck des Strömungsmittels in der
genannten Kammer bei zunehmendem Volumen der Kammer auf einen
konstanten Wert verringert ist.
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Die Erfindung besteht ferner in dem Verfahren zum
Betreiben der Vorrichtung der Erfindung zum Bestimmen des
Dampfdruckes einer flüssigen Zusammensetzung, welche das
Zuführen der genannten flüssigen Zusammensetzung zur Kammer
umfaßt, das Bewegen des Kolbens aus seiner ersten in seine
zweite Lage, um hierbei eine Probe flüssiger
Zusammensetzung in der Kammer einzuschließen, sowie das Bewegen
des Kolbens aus der zweiten zur ersten Lage, während man
den Druck in der Kammer überwacht, um zu bestimmen, wenn
der Druck bei zunehmendem Volumen der Kammer konstant
bleibt und man den im wesentlichen konstanten Druckwert
aufzeichnet, gekennzeichnet durch den Schritt, daß man
flüssige Zusammensetzung durch die Vorrichtung umlaufen
läßt, um die Temperatur der Kammer während der Messung des
Drucks in der Kammer bei einem im wesentlichen konstanten
Wert zu halten.
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Bevorzugt umfaßt dieses Verfahren den Schritt, daß man die
Probe der flüssigen Zusammensetzung in der Kammer durch
eine Probe einer zweiten flüssigen Zusammensetzung ersetzt
und die Kammer auf ein Volumen aufweitet, das sich vom
Volumen während der ersten Aufweitung unterscheidet, daß
man den Druck in der Kammer zu einer vorbestimmten Zeit
nach dem Einstellen der zweiten Aufweitung der Kammer
mißt, und daß man den Enddruck in der Kammer nach einer
vorbestimmten Zeit während der ersten Aufweitung und der
zweiten Aufweitung vergleicht und eine Kurve extrapoliert,
die den Enddruck als eine Funktion der Größe der Kammer
definiert, um den Wert des Dampfdrucks der flüssigen
Zusammensetzung zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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FIGUR 1 ist eine Kombination aus einer Seitenansicht
und einer schematischen Darstellung der
Dampfdruck-Meßvorrichtung sowie des Dampfdruck-Meßsystems der vorliegenden
Erfindung;
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FIGUR 2 ist ein Mittelschnitt durch die Dampfdruck-
Meßvorrichtung in einer etwas schematischen Form;
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FIGUR 3 ist eine schematische Darstellung, die den
Gesamtdruck gegenüber der Zeit einer Strömungsmittelprobe
in der Kammer der Meßvorrichtung während eines
Kavitationsdrucks und eines Dampfdruck-Meßzyklus darstellt; und
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FIGUR 4 ist eine schematische Darstellung, die den
erwarteten Wert des wahren Dampfdrucks darstellt, beruhend
auf der Messung einer ausgewählten Probe bei
unterschiedlichem Kammervolumina.
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSBEISPIELS
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In der folgenden Figurenbeschreibung sind gleiche Teile
durch die Beschreibung und Zeichnung durchgehend jeweils
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren
der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstäblich, und
bestimmte Merkmale der Erfindung können zugunsten der
Deutlichkeit und Kürze in einer etwas schematischen Form
gezeigt sein.
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Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; dort ist ein System
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zum
Messen des Dampfdrucks flüssiger Zusammensetzungen und
Gemische dargestellt. Das System umfaßt eine Vorrichtung, die
insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, die
insbesondere zur Anwendung bei der Messung von
Dampfdrücken in Erdöl-Pipelines, chemischen Prozeßsystemen und
dergleichen geeignet ist. Beispielsweise ist eine Rohöl-
Pipeline 12 dargestellt, die eine von einem
Haupt-Pipeline-System abgehende Zweigleitung sein kann oder selbst
eine Hauptübertragungsleitung aufweisen kann, mit
geeigneten Anschlußstücken 14 und 16 zum Anschluß von Leitungen
18 und 20, die zu und von der Vorrichtung 10 führen. Die
Vorrichtung 10 weist ein verschließbares Gehäuse 22 mit
einer quer verlaufenden oberen Flanke 24 und einem
abnehmbaren Deckel 26 auf. Das Gehäuse 22 ist in geeigneter
Weise an einer Gleitkufe 28 zur Bewegung zu ausgewählten
Prüforten, falls erforderlich, angebracht. Ein Tragebügel
30 ist vorgesehen, um eine Umhüllung 32 zu tragen, die
dazu eingerichtet ist, eine steuerschaltung für die
Vorrichtung 10 aufzunehmen und die in Fig. 1 in einer etwas
schematisch Form gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Zylindergehäuse 34, das
innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist und eine
Einrichtung aufweist, die eine Bohrung bildet, die hier noch
detaillierter beschrieben werden soll, und in welcher ein
Kolben hin- und herbeweglich angeordnet ist und mit einer
Kolbenstange 36 verbunden ist, die sich aus dem
Zylindergehäuse heraus erstreckt. Die Kolbenstange 36 ist mit
einer Linear-Betätigungseinrichtung 38 verbunden, die von
einem richtungsumkehrbaren Motor 40 angetrieben ist, um
den oben erwähnten Kolben zu bewegen, um die Größe des
Kammervolumens zu erhöhen oder zu verringern, wie hier
auch noch detaillierter beschrieben wird.
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Das Steuersystem für die Vorrichtung 10 umfaßt eine
Signalverarbeitungseinheit 50 zum Empfangen eines
elektrischen Signals aus einem Druckmeß-Umformer, der in Fig. 1
nicht gezeigt ist, und einen Meß- und
Steuer-Analog-/Digital-Wandler 52, um ein verarbeitetes Signal aus der
Einheit 50 zu empfangen und um auch mehrere elektrische
Signale von einem Temperatur-Meßumformer 54 in der Leitung
18, einen Meßumformer, der in Fig. 1 nicht gezeigt ist,
innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist und noch später
beschrieben wird, und einem geeigneten Meßumformer zu
empfangen, der nicht gezeigt ist und innerhalb des
Gehäuses 22 angeordnet ist. Ein digitaler Rechner 56 ist dazu
eingerichtet, Signale vom Analog-/Digital-Wandler 52 zu
empfangen, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern,
und ein Betriebsprogramm-Diskettenlaufwerk 58 sowie ein
Datenerfassungs-Diskettenlaufwerk 60 sind betrieblich mit
dem Rechner 56 verbunden. Der Rechner 56 und die
Diskettenlaufwerke 58 und 60 sind zur Verwendung beim Abwandeln
von Betriebscharakteristiken des Systems eingerichtet und
könnten durch einen geeigneten Mikroprozessor (nicht
gezeigt) ersetzt werden. Der Analog-/Digital-Wandler 52 ist
auch betrieblich mit einer
Digitalsignal-Umwandlungseinheit 62 verbunden, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb
einer Steuereinheit 64 für den Motor 40 zu bewirken. Ein
Digital-/Analog-Wandler 66 empfängt Signale aus dem
Wandler 52 und liefert geeignete Druck- und Temperaturanzeigen
durch Anzeigeeinheiten 72, 74, 76 und 78. Eine 120
V-Wechselstromquelle (nicht gezeigt) ist an eine geeignete
Stromversorgungseinheit 79 angeschlossen und wird zum
Betrieb der oben beschriebenen Komponenten durch diese in
Gleichstrom umgewandelt.
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Das Gehäuse 22 umfaßt auch eine geeignete elektrische
Heizeinrichtung 82, die hierin angeordnet ist und von
einer Steuereinheit 84 gesteuert wird, um eine
vorbestimmte Innentemperatur des Gehäuses 22 aufrechtzuerhalten. Die
Signalleitungen, die sich zwischen dem Gehäuse 22 und der
Umhüllung 32 erstrecken, sind bevorzugt durch eine
trennbare Mehrstiftverbindung oder dergleichen gelegt, die
insgesamt mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet ist und einen
Steckbuchsenabschnitt 92 aufweist (Fig. 2), der sich durch
das Schott erstreckt, das von der Abdeckung 26 gebildet
ist. Die Anschlußeinrichtung 90 kann einem im Handel
erhältlichen Typ angehören. Im Handel erhältliche
Vorrichtungen, die bestimmten der oben beschriebenen Elemente
entsprechen, sind die folgenden:
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Signalverarbeitungseinheit 50 - Modell 4428
Endevco Corp.
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Analog-/Digital-Wandler 52 - Micromac 4000TM, Analog
Devices, Inc.,
Norwood, MA.
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Umwandlungseinheit 62 - Micromac 4020TM, Analog
Devices, Inc.,
Norwood, MA.
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Wandler 66 - Micromac 4030TM, Analog
Devices, Inc.,
Norwood, MA.
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Betätigungseinrichtung 38 - elektrischer Zylinder
Model 15D, Industrial
Devices, Novato, CA
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Regler 64 - Modell AC2001 el,
Industrial Devices
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Regler 84 - Modell 808, Eurotherm
Corp. Reston, VA.
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Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; bestimmte bauliche
Merkmale des Zylindergehäuses 34 sind im Detail
dargestellt. Das Zylindergehäuse 34 ist in geeigneter Weise
innerhalb des Innenraums 23 des Gehäuses 22 auf einem
herabhängenden Trageteil 25 getragen, das an der Abdeckung 26
so befestigt ist, daß die Anordnung des Zylindergehäuses
34 und der Betätigungseinrichtung 38 aus dem Gehäuse 22
entfernt werden kann. Das Gehäuse 22 ist als
Schutzabdeckung für die Vorrichtung 10 und zum Verringern der
Möglichkeit des Entweichens flüchtiger Dämpfe in die
Umgebungsluft auf ein Minimum vorgesehen, wenn die Vorrichtung
10 verwendet wird, um den Dampfdruck möglicherweise
gefährlicher Substanzen zu messen.
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Das Zylindergehäuse 34 weist bevorzugt ein entfernbares
Einsatzteil 102 auf, das im Inneren des Gehäuses 34
angebracht und an einer Querschulter 104 angeordnet ist. Das
Einsatzteil 102 umfaßt eine zylindrische Bohrung 106, in
welcher ein Kolben 108 verschieblich angeordnet ist und
die eine Kammer 110 mit variablem Volumen festlegt. Das
Einsatzteil 102 umfaßt eine querverlaufende Kopffläche
112, auf der ein Kopfteil 114 abnehmbar in Abdichtung
hierzu angeschraubt ist. Ein Teil des Kammervolumens 110
kann von einem Hohlraum 116 im Kopfteil 114 gebildet
werden. Ausrichtstifte 118 sind vorgesehen, um das Kopfteil
114 auf dem Einsatzteil 102 so auszurichten, daß die
Seitenwände, die die Kammer 110 bilden, nicht irgendwelche
Unstetigkeiten aufweisen, die einen Bereich zum Einfangen
einer Dampfblase bilden könnten. Eine Auslaßöffnung 122
ist im Kopfteil 114 ausgebildet und öffnet sich in eine
Kammer 124, in welcher ein federbelastetes
Rückschlagventil 126 angeordnet ist. Ein entfernbares Abdeckteil 128
enthält das Rückschlagventil 126 und eine Spannfeder 180
innerhalb der Kammer 124. Eine Leitung 130 ist mit dem
Abdeckteil 128 verbunden und ist mit einer weiteren Leitung
132 verbunden, die in Verbindung mit der Rückführleitung
20 steht, die sich zur Abdeckung 26 erstreckt. Das
Kopfteil 114 umfaßt einen geeigneten Hohlraum, um einen
Druck-Meßumformer 134 eines im Handel verfügbaren Typs
aufzunehmen und zu halten, wie etwa eines Modells 8530-50, das von
Endevco Corp. aus San Juan Capistrano, CA, hergestellt
ist. Ein Temperaturfühler 136 ist auch am Kopfteil 114
angeordnet, um die Temperatur in der Kammer 110 zu messen.
Der Temperaturfühler 136 kann auch einem im Handel
verfügbaren Typ angehören, wie etwa dem Typ RTD Modell PR12,
hergestellt durch Omega Engineering aus Stamford, CT.
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Es wird weiter auf Fig. 2 Bezug genommen; das
Zylindergehäuse 34 und das Einsatzteil 102 bilden zwischeneinander
einen Ringdurchlaß 138, der über geeignete Kanäle 140 und
142 in Verbindung mit der Bohrung 106 steht, die im
Einsatzteil ausgebildet sind. Eine Ringnut 144 ist im Kolben
108 zwischen dem Kolbenkopf 111 und einer integrierten
Manschette 145 an der Stange 36 gebildet. Die Leitung 18
zum Leiten von Strömungsmittel aus der Pipeline 12 steht
in Verbindung mit dem Durchlaß 138 über einen Durchlaß
146, der im Zylindergehäuse 34 ausgebildet ist, und über
eine Zwischenleitung 19. Eine Umgehungskammer 150 ist im
Zylindergehäuse 34 zwischen der Schulter 104 und einem
abnehmbaren unteren Kopfteil 152 ausgebildet.
Rückführleitungen 154 und 156 stehen in Verbindung mit dem Durchlaß
und den Kammern 138 bzw. 150 und sind mit den Leitungen
130, 132 über ein Minimaldruck- oder
Druckentlastungsventil 160 verbunden. Das Druckentlastungsventil 160 ist so
eingestellt, daß es einem Druckströmungsmittel gestattet,
hierdurch zu strömen, aber bei einem Druck, dessen
Nennwert größer ist als der Druck, bei welchem das Ventil 126
es Strömungsmittel gestattet, durch die Kammer 110 bis zur
Rückführleitung 130 zu strömen.
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Es wird noch weiter auf Fig. 2 Bezug genommen; die
Kolbenstange 36 ist in geeigneter Weise mit einer
Betätigungsstange 170 der Betätigungseinrichtung 138 für die
geradlinige Hin- und Herbewegung des Kolbens 108 im Inneren der
Bohrung 106 gekoppelt. Lagebegrenzungsschalter 172 und 174
sind dazu eingerichtet, durch einen Nocken 176 an der
Stange 170 in betrieblichen Eingriff zu gelangen, um
Steuersignale zum Betreiben des Motors 40 zu liefern, um
den Kolben 108 im Inneren der Bohrung 106 auszufahren und
zurückzuziehen. Beispielsweise wird infolge des Eingriffs
des Schalters 174 der Motor 40 in typischer Weise so
betrieben, daß er das Ausfahren der Stange 170 einstellt,
und infolge eines geeigneten Signals aus der Steuereinheit
64 kann die Stange 170 wieder zurückgefahren werden, um
den Kolben 108 so zu bewegen, daß er das Volumen der
Kammer 110 vergrößert. Eine untere Grenzlage der Stange 170
wird erreicht, wenn der Nocken 176 in den Schalter 172
eingreift.
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Die Vorrichtung 10 kann auf Wunsch beispielsweise
betrieben werden, um den Kavitationsdruck und den Dampfdruck
einer Flüssigkeit zu bestimmen, die durch die Pipeline 12
strömt, und solche Dampfdruckmessungen werden in typischer
Weise zu ausgewählten Zeitintervallen durchgeführt, um
ständig solche Drücke des Strömungsmittels zu überwachen,
das durch die Pipeline strömt. Eine kleine
Druckerhöhungspumpe (nicht gezeigt) kann erforderlichenfalls in einer
der Leitungen 18 oder 20 zwischengeschaltet sein, um für
eine Strömungsmittelströmung durch die Vorrichtung 10 zu
sorgen. Die Vorrichtung 10 ist betreibbar, um den
Minimaldruck oder sogenannten Kavitationsdruck zu bestimmen, bei
welchem sich Dampfdruck bildet, sowie auch das, was als
der echte Dampfdruck angesehen werden kann, der für eine
komplexe Flüssigkeitsmischung normalerweise etwas höher
ist als der Kavitationsdruck.
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Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen; beim Betrieb der
Vorrichtung 10 zum Vornehmen einer Dampfdruckmessung befindet
sich der Kolben 108 normalerweise in einer
zurückgefahrenen Lage, so daß der Kolbenkopf 111 unter den Kanälen 140
und 142 angeordnet ist. Wenn Strömungsmittel der Leitung
19 zugeführt wird, wird es ständig durch die Kammer 110
über das Ventil 126 hinweg und durch die Leitung 130, 132
strömen, um zur Pipeline 12 wieder zurückzukehren. Durch
die ständige Strömung von Strömungsmittel durch die Kammer
110 wird die Temperatur der Vorrichtung 10 mit dem
Zylindergehäuse 34 und den zugeordneten Teilen bei der
Temperatur des Strömungsmittels aus der Pipeline 12 stabilisiert.
Wenn eine Proben-Dampfdruckmessung vorgenommen werden
soll, wird der Kolben 108 so bewegt, daß er das Volumen
der Kammer 110 verringert und zeitweise den
Flüssigkeitsstrom
durch die Leitung 19 absperrt, wenn Flüssigkeit aus
der Kammer 110 durch das Ventil 126 gedrückt wird. Wenn
der Kolben 108 seine maximale ausgefahrene Lage erreicht,
die einem Mindestvolumen der Kammer 110 entspricht, wird
die Nut 144 in Verbindung mit den Kanälen 140 und 142
gebracht und der Strom durch die Kammer, gebildet von der
Nut 144, sorgt für die Vorrichtung dafür, eine ständige
Strömungmittelströmung aufrechtzuerhalten, um die Bildung
von Dampfblasen im Inneren der Vorrichtung auf ein
Mindestmaß zu reduzieren und die Temperatur der Vorrichtung
10 zu stabilisieren. Eine Leckageströmung hinter den
Kolbenabschnitt, der sich zwischen den Kanälen 140, 142 und
der Kammer 150 erstreckt, hält diese Kammer geflutet und
voller Flüssigkeit, und diese Strömung tritt aus dem
Gehäuse 34 durch die Leitung 156 heraus. Diese Strömung
unterstützt auch die Stabilisierung der Temperatur der
Komponenten der Vorrichtung.
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Der Kolben 108 wird zurückgefahren, um das Volumen der
Kammer 110 zu erhöhen, ohne die Kanäle 140 und 142
abzudecken, während Druckmessungen vorgenommen werden, wenn
das Volumen der Kammer 110 zunimmt, bis der Kammerdruck
bis einem verhältnismäßig konstanten Wert mit zunehmendem
Kammervolumen abnimmt, wobei er das Minimum des
sogenannten Dampfdruckes oder den Kavitationsdruck der zu
analysierenden Flüssigkeit anzeigt. Bei diesem Punkt wird das
Volumen der Kammer 110 für einen vorbestimmten Zeitraum
kontant gehalten und der Druck in der Kammer wird durch
das Steuersystem überwacht, um die charakteristische
Änderung des Drucks im Verlauf der Zeit aufzuzeichnen. Der
Kolben 108 darf in der maximal zurückgezogenen Position
während einer Dampfdruckmessung natürlich nicht weit genug
zurückgezogen sein, damit die Stirnfläche oder Kopffläche
111 die Kanäle 140 oder 142 in Verbindung mit der Kammer
110 bringt. Wenn eine geeignete Druckcharacteristik auf
gezeichnet wurde, dann wird der Kolben 108 zurückgefahren,
um die Kanäle 140 und 142 in die Kammer 110 hinein zu
öffnen,
um den Dampf aus der Kammer zu spülen und den
ständigen Umlauf der Flüssigkeit durch die Kammer und zurück zur
Pipeline 12 wieder aufzunehmen. Der Kolben 110 kann in der
maximalen zurückgefahrenen Lage gehalten werden, bis eine
neue Dampfdruckmessung vorgenommen wird.
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Dank der Ausbildung des Kolbens 108 und der Bohrung 106
besteht eine nur geringe Wahrscheinlichkeit der Bildung
unerwünschter Dampfblasen in der Kammer 110, mit Ausnahme
durch Expansion des Kammervolumens, um eine Blase infolge
der Absenkung des Drucks auf den Kavitationsdruck und/oder
echten Dampfdruck des Flüssigkeitsgemischs abzusenken, das
gemessen wird. Zwischen dem Kolben 108 und der
Zylinderwand, die die Bohrung 106 bildet, ist durch eine sehr enge
Toleranzpassung zwischen dem Kolben und dem Einsatzteil
102 eine Dichtung aufrechterhalten, vorzugsweise durch
Benutzung der Techniken und Materialien von Dieselmotor-
Kraftstoffeinspritzpumpen. Außerdem verringert die
Ausbildung der Kammer 110, die keinerlei unstetige Oberflächen
oder Nuten aufweist, auch die Wahrscheinlichkeit der
Bildung unterwünschter Dampfblasen.
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Während der Messung des Kavitationsdrucks und/oder
Dampfdrucks wird die Temperatur in der Kammer 110 ständig vom
Temperaturfühler 136 überwacht, und diese Temperatur wird
für jede Dampfdruckmessung aufgezeichnet. Der Regler 84
ist betreibbar, um die Heizeinrichtung 82 zu veranlassen,
entweder eine vorher festgesetzte Temperatur im Raum 23
oder die vom Meßfühler 54 gemessene Temperatur
aufrechtzuerhalten, je nachdem, welche gewünscht ist.
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Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen; dort ist ein
Diagramm des Drucks dargestellt, der in der Kammer 110
während eines Dampfdrucktests einer Rohölprobe gemessen
wurde, in die verschiedenartige Naturbenzinflüssigkeiten
eingemischt wurden. Eine Druck-Zeit-Kurve 189 umfaßt einen
stationären Zustand 190, der der Druck ist, der in der
Kammer 110 gemessen wird, wenn der Kolben 108
zurückgezogen ist, um die Strömung von Strömungsmittel
kontinuierlich durch die Kammer von der Einlaßleitung 19 durch das
Ventil 126 zur Leitung 130, 132 zu gestatten. Während
dieser Betriebsart wird im wesentlichen das gesamte
Strömungsmittel, das durch das Zylindergehäuse 34 strömt,
durch die Kammer 110 hindurchtreten, da die
Druckentlastungseinstellung des Ventils 160 höher ist als jene des
Ventils 126. Wenn ein Dampfdrucktest begonnen wird, dann
wird der Kolben 108 ausgefahren, um das Volumen der Kammer
110 zu verringern und die Strömung des Strömungsmittels in
die Kammer aus dem Kanal 140 abzusperren. Wenn der Kolben
108 eine Position erreicht, die einem vorbestimmten
Minimalvolumen der Kammer 110 entspricht, dann wird der Kolben
zurückgezogen, um das Volumen der Kammer 110 zu erhöhen,
bis mit zunehmendem Volumen im wesentlichen keine Änderung
im gemessenen Druck in der Kammer mehr vorliegt. Dieser
Zustand wird durch das Segment 192 der Druck-Zeit-Kurve
189 dargestellt. Nach einer vorbestimmten Zeit, während
der im wesentlichen keine Änderung im Druck in der Kammer
110 gemessen wird, veranlaßt der Rechner 56 durch die
Signalwandler 60 und 62 den Regler 64, den Betrieb des
Motors 40 zu veranlassen, um die Bewegung des Kolbens 108
anzuhalten, und das Kammervolumen wird bei einem
konstanten Wert gehalten. Wie durch das Segment 193 der Druck-
Zeit-Kurve bezeichnet ist, wird ohne Änderung im Volumen
der Kammer 110 ein allmählicher Anstieg im Druck
vorliegen, und zwar insbesondere für Flüssigkeiten, die komplexe
Gemische von mehr als einer Flüssigkeit sind oder
aufgelöste Gase aufweisen, die in ihnen gebildet sind. Der vom
Kurvensegment 193 bezeichnete Druck kann bei einer
vorbestimmten Zeit als Dampfdruck abgelesen werden, welcher
Druck ansteigen wird, bis ein Gleichgewichtszustand
erreicht ist.
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Die Druck-Zeit-Kurve 194, die in Fig. 3 dargestellt ist,
gibt einen weiteren Versuch wieder, der die Vorrichtung 10
benutzt, wobei eine Flüssigkeitsprobe in der Vorrichtung
durch Aufweiten des Volumens der Kammer 110 geprüft wird,
bis der Kavitationsdruck erreicht ist, wie durch das
Kurvensegment 196 bezeichnet ist, zu welchem Zeitpunkt das
Volumen der Kammer konstant gehalten wird, während die
Druckzunahme in der Kammer 110 beobachtet wird, wie durch
das Kurvensegment 198 angezeigt ist. Die Kammer 110 wird
dann gespült und eine neue Probe desselben
Strömungsmittels wird eingeschlossen und das Kammervolumen wird
aufgeweitet, wie durch das Kurvensegment 200 bezeichnet ist,
bis der Kavitationsdruck am Punkt 202 erreicht ist. Bei
diesem zweiten Versuch jedoch wird das Volumen der
Volumenkammer 110 nicht so weit aufgeweitet, und der
Druckanstieg, der durch das Kurvensegment 204 bezeichnet ist,
geht bis zu einem höheren Enddruck beim Punkt 205.
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Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen; dort ist ein Vergleich
der End-Gleichgewichtsdrücke für einen vorgegebenen
Zeitpunkt gegenüber der Kammer- oder Blasengröße bezeichnet.
Bei einem größeren Kammervolumen für die Kammer 110, das
einem größeren Dampfblasenvolumen entspricht, wird der
End-Gleichgewichtsdruck als niedriger für eine spezielles
Strömungsmittel bezeichnet. Dementsprechend kann durch
Auftragen einer Reihe von Enddrücken bei unterschiedlichen
Kammer- oder Dampfblasengrößen eine Kurve oder ein
Kurvenverlauf 210 entwickelt werden, der extrapoliert werden
kann, um den sogenannten wahren Dampfdruck eines
speziellen Flüssigkeitsgemischs bei der Blasengröße Null
anzuzeigen, wie am Punkt 212 gezeigt ist.
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Außerdem wurde beobachtet, daß bei komplexen
Flüssigkeiten, wie Rohöl, dann, wenn eine Flüssigkeitsprobe in einer
geschlossenen Kammer aufgeweitet wird, bis der
Kavitationsdruck erreicht ist, und es der Probe dann gestattet
wird, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, es einen
erheblichen Zeitraum erfordern kann, bevor ein endgültiger
Gleichgewichts- oder Dampfdruck erreicht ist. Bei dem
vorliegenden
Prozeß können jedoch zwei oder drei
Flüssigkeitsproben, die während eines Zeitraums von einigen
wenigen Minuten gemäß dem hier beschriebenen Verfahren
aufgenommen werden können, und bei denen die
Gleichgewichtsdrücke bei unterschiedlichen Kammervolumina aufgezeichnet
sind, benutzt werden, um den im wesentlichen wahren
Dampfdruck zu extrapolieren. In jedem Fall wird der
Minimaldruck, der in einem System noch hingenommen werden kann,
wie der durch den Kavitationsdruck oder den sogenannten
Blasenpunktdruck bezeichnet ist, ohne weiteres mit dem
Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
bestimmt.