Funktionsweise
Die Wissenschaft hinter der Inline-Wassermessung
Alle Zelentech-Instrumente basieren auf Kapazitätsmessung — dem gleichen physikalischen Prinzip, das in Laborinstrumenten verwendet wird, angepasst für den kontinuierlichen Inline-Einsatz in industriellen Rohrleitungen und Prozesssystemen. Diese Seite erklärt, wie es funktioniert, warum Inline-Messung besser ist als Probenahme, und wie unser Ansatz im Vergleich zu alternativen Technologien abschneidet.
Das Messprinzip
Wasser und Öl haben dramatisch unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten (Permittivität). Reines Öl hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 2, während Wasser eine Dielektrizitätskonstante von etwa 80 hat. Dieser 40-fache Unterschied macht die Kapazitätsmessung zu einer außergewöhnlich empfindlichen Methode zur Erkennung von Wasser in Öl.
Ein Zelentech-Sensor besteht aus zwei Elektroden, die einen Kondensator bilden, wobei das Prozessfluid zwischen ihnen hindurchfließt. Wenn sich der Wassergehalt ändert, ändert sich die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkeitsgemischs proportional, wodurch die Kapazität verändert wird. Die Elektronik des Instruments misst diese Kapazitätsänderung mit hoher Präzision und wandelt sie in einen Wassergehaltswert um.
Fortschrittliche Temperaturkompensationsalgorithmen berücksichtigen die Temperaturabhängigkeit sowohl der Öl- als auch der Wasser-Dielektrizitätskonstanten und gewährleisten eine genaue Messung über den gesamten Betriebsbereich.
Warum Inline-Überwachung einsetzen
Kontinuierlich
Inline-Messung liefert jede Sekunde einen Messwert — schließt die Lücken zwischen geplanten Probenahmen und erfasst vorübergehende Ereignisse wie Wasserschübe, Separatorverschleppung und Dichtungsversagen in Echtzeit.
Repräsentativ
Der Sensor misst den tatsächlichen Prozessstrom während er durch das Rohr fließt. Kein Probenahmeventil, keine Probeleitung und kein Probenbehälter, die Fehler einführen oder die Wasser-Öl-Verteilung verändern könnten.
Reduziert Handhabungsfehler
Stichproben unterliegen Behälterkontamination, schlechter Durchmischung und Sedimentation während des Transports. Kontinuierliche Inline-Daten liefern eine zuverlässige Basislinie, die periodische Laborverifizierungen ergänzt.
Echtzeit-Reaktion
Live-Messwerte ermöglichen geschlossene Regelkreise, automatische Umleitung bei hohem Wassergehalt und sofortige Alarmreaktion — Reaktion auf Prozessänderungen zwischen geplanten Probenahmeintervallen.
Sicher
Reduziert die Notwendigkeit, Ventile zu öffnen, Proben zu entnehmen und Behälter mit gefährlichen Flüssigkeiten in klassifizierten Bereichen zu transportieren. Das ATEX/IECEx-zertifizierte Instrument überwacht kontinuierlich ohne Bedienerexposition.
Kosteneffizient
Reduziert Häufigkeit und Kosten der manuellen Probenahme, des Transports und der Laboranalyse — und liefert dabei weit mehr Datenpunkte pro Tag als jedes Probenahmeprogramm.
Zelentech vs. alternative Technologien
Kapazitiv Zelentech
Funktionsweise: Misst die Dielektrizitätskonstante des Öl-Wasser-Gemischs zwischen zwei Elektroden.
Stärken: Hohe Empfindlichkeit über den gesamten Messbereich. Misst Gesamtwasser (gelöst + frei + emulgiert). Keine Verbrauchsmaterialien, keine radioaktiven Quellen, keine optischen Fenster. Funktioniert bei allen Öltypen.
Optimal geeignet für: Rohölpipelines, Industrieöle, Pflanzenöle, Glykol — jede Flüssigkeit, bei der der Wassergehalt kontinuierlich überwacht werden muss.
Mikrowelle / HF
Funktionsweise: Misst die Mikrowellenabsorption oder Phasenverschiebung durch das Fluid.
Stärken: Gut geeignet für hochsalzhaltiges Rohöl, bei dem Kapazitätsmesswerte durch gelöste Salze beeinflusst werden können. Bewältigt hohe Wassergehalte gut.
Einschränkungen: Teurer. Größere Bauform. Komplexere Kalibrierung. Weniger geeignet für Industrieöle und Anwendungen mit niedrigem Wassergehalt.
Wasseraktivität / Relative Feuchte
Funktionsweise: Misst den Gleichgewichts-Wasserdampfdruck über dem Öl (Wasseraktivität).
Stärken: Gut geeignet zur Überwachung von Trends des gelösten Wassers in sauberen Transformator- und Turbinenölen bei sehr niedrigen Konzentrationen.
Einschränkungen: Misst nur gelöstes Wasser. Kann freies oder emulgiertes Wasser nicht erkennen — versagt genau dann, wenn die Kontamination am gefährlichsten ist (oberhalb des Sättigungspunktes). Gibt die relative Sättigung an, nicht den tatsächlichen Wassergehalt.
Nahinfrarot (NIR)
Funktionsweise: Sendet NIR-Licht durch das Fluid und misst die Absorption bei wasserspezifischen Wellenlängen.
Stärken: Sehr genau unter Laborbedingungen. Gut geeignet für saubere, transparente Fluide.
Einschränkungen: Optische Fenster verschmutzen in Rohöl und verschmutzten Prozessströmen. Für den Inline-Einsatz in den meisten Feldanwendungen nicht praktikabel. Primär eine Labortechnologie.
Referenzmethoden — Labor & Feld
Karl-Fischer-Titration
Funktionsweise: Chemische Reaktion, die Wasser in einer Probe verbraucht und elektrochemisch gemessen wird.
Stärken: Die definitive Referenzmethode für den Wassergehalt. Äußerst genau. Wird für Kalibrierung und Zertifizierung verwendet.
Einschränkungen: Chargenweise Labormethode — nicht in Echtzeit, nicht inline. Erfordert geschultes Personal, Verbrauchsreagenzien und 15–30 Minuten pro Test. Wird zur Validierung, nicht zum Ersatz von Inline-Instrumenten verwendet.
ASTM D4007 — Zentrifugen-BS&W
Funktionsweise: Gleiche Volumina von Rohöl und wassergesättigtem Toluol werden in einem konischen Zentrifugenröhrchen gemischt und mit hoher Geschwindigkeit geschleudert. Die schwerere Wasser- und Sedimentphase trennt sich zum spitzen Boden hin, wo das Volumen direkt von der graduierten Skala abgelesen wird.
Stärken: Weit verbreitete Feld- und Labormethode zur BS&W-Bestimmung von Rohöl. Tragbare Zentrifugen ermöglichen Vor-Ort-Tests an Bohrlochköpfen, Tankanlagen und Eigentumsübergabepunkten. Ergebnisse in 10–15 Minuten. Einfach, von Feldbedienern gut verstanden.
Einschränkungen: Manuelle Stichprobe erforderlich — nicht kontinuierlich. Ergebnisse hängen von Probenqualität, Lösungsmittelverhältnis und Zentrifugengeschwindigkeit ab. Erkennt kein gelöstes Wasser oder Emulsionen, die der Trennung widerstehen. Löst typischerweise bestenfalls auf 0,1 % auf. Wird neben Inline-Instrumenten eingesetzt, nicht als Ersatz.
Zertifizierungen für explosionsgefährdete Bereiche
Die meisten Anwendungen zur Wasser-in-Öl-Messung befinden sich in explosionsgefährdeten Bereichen, in denen brennbare Gase oder Dämpfe vorhanden sein können. Zelentech-Instrumente verfügen über Zertifizierungen für explosionsgefährdete Bereiche für den weltweiten Einsatz — von der internationalen IECEx über regionale Systeme in Europa, Brasilien und dem Nahen Osten.
Alle Zertifikate basieren auf dem Schutzkonzept des druckfesten Gehäuses (Ex db), ausgelegt für Gasgruppe IIC (einschließlich Wasserstoff) und Temperaturklasse T4 (≤135 °C Oberflächentemperatur), geeignet für Zone 1 und Zone 2 Installationen.
IECEx — International
IECEx QPS 19.0007X Issue 2 — Ex db IIC T4 Gb
Das internationale Zertifizierungssystem, anerkannt in über 30 Ländern. IECEx bildet die technische Grundlage für die meisten nationalen Systeme, einschließlich ATEX, INMETRO und ECAS. Ein Prüfbericht, weltweit akzeptiert.
ATEX — Europäische Union
CML 19ATEX1356X — Ex db IIC T4 Gb
EU-Richtlinie 2014/34/EU für Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen. Erforderlich für alle EU- und EWR-Mitgliedstaaten. Baumusterprüfung durch CML B.V. (Benannte Stelle 2776).
INMETRO — Brasilien
LMP 24.0560X — Ex db IIC T4 Gb
Brasilianische nationale Zertifizierung gemäß INMETRO Portaria 115/2022. Erforderlich für Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen in Brasilien. Ausgestellt von LMP Certificações.
ECAS — Vereinigte Arabische Emirate
26-02-184073 / E26-02-192048 / NB0002
Emirates Conformity Assessment Scheme für Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen. Erforderlich für den Einsatz im VAE-Öl- & Gassektor. Ausgestellt von SGS unter dem Ministerium für Industrie und fortschrittliche Technologie.
cQPSus — Nordamerika
LR1538-1 — Ex db IIC T4 Gb
QPS Evaluation Services Zertifizierung für Kanada und die Vereinigten Staaten. Bewertet nach CSA C22.2 Nr. 60079-0, -1 und UL 60079-0, -1. Basierend auf dem IECEx-Prüfbericht, der den Marktzugang in ganz Nordamerika ermöglicht.
ISO 9001:2015 — Qualitätsmanagement
QS-17-1531
Zertifiziertes Qualitätsmanagementsystem für Design, Herstellung und Lieferung von Flüssigkeitsmessinstrumenten. SAC-akkreditierte Zertifizierung durch EQA IMS Certification.
Kommunikationsausgänge
Zelentech-Instrumente unterstützen die drei gängigsten industriellen Kommunikationsprotokolle und ermöglichen die Integration mit praktisch jedem DCS-, SCADA-, SPS- oder Flow-Computer-System:
4–20mA Analog
Branchenüblicher Analogausgang. Der Wassergehaltswert wird linear auf den 4–20mA-Bereich abgebildet. Einfach, zuverlässig und kompatibel mit allen industriellen Systemen. Schleifengespeist — kein externes Netzteil erforderlich.
HART
Highway Addressable Remote Transducer Protokoll, dem 4–20mA-Signal überlagert. Ermöglicht digitale Konfiguration, Diagnose und Multivariablendaten (Wassergehalt + Temperatur) über die gleichen zwei Drähte.
Modbus RTU
Serielles digitales Protokoll für den Anschluss an SPSen und RTUs. Liefert Wassergehalt, Temperatur und Diagnosedaten über RS-485. Unterstützt mehrere Instrumente an einem einzelnen Bus.
Fragen zu unserer Technologie?
Unser Ingenieurteam kann Ihnen helfen zu verstehen, welcher Messansatz für Ihre Anwendung der richtige ist.