測定原理
インライン水分測定の科学
Zelentechの全計器は、実験室用計器と同じ物理原理である静電容量測定に基づいています。産業用パイプラインおよびプロセスシステムにおける連続インライン使用に適応させたものです。このページでは、その仕組み、インライン測定がサンプリングより優れている理由、および代替技術との比較について解説します。
測定原理
水と油は誘電率(比誘電率)が大幅に異なります。純粋な油の誘電率は約2であるのに対し、水の誘電率は約80です。この40倍の差により、静電容量測定はオイル中の水分を検出する上で非常に高感度な方法となります。
Zelentechのセンサーは、コンデンサを構成する2つの電極で構成され、その間をプロセス流体が流れます。水分含有量が変化すると、流体混合物の誘電率がそれに比例して変化し、静電容量が変わります。計器の電子回路がこの静電容量変化を高精度で測定し、水分含有量の読み取り値に変換します。
高度な温度補正アルゴリズムにより、油と水の両方の誘電率の温度依存性を考慮し、全運転範囲にわたって正確な測定を実現します。
インライン監視を追加する理由
連続測定
インライン測定は毎秒読み取り値を提供し、定期サンプリング間のギャップを埋め、ウォータースラグ、セパレーターキャリーオーバー、シール故障などの一過性イベントをリアルタイムで検出します。
代表性
センサーは配管を流れる実際のプロセスストリームを測定します。サンプリングバルブ、サンプルライン、サンプル容器による誤差や油水分布の変化がありません。
取扱い誤差の低減
グラブサンプルは容器汚染、不十分な混合、輸送中の沈降の影響を受けます。連続インラインデータは、定期的な実験室検証を補完する信頼性の高いベースラインを提供します。
リアルタイム応答
リアルタイム読み取りにより、閉ループ制御、高含水率時の自動ダイバート、即時アラーム応答が可能になり、定期サンプリング間隔の間のプロセス変化に対応できます。
安全性
危険区域でのバルブ開放、サンプル採取、危険流体容器の輸送の必要性を低減します。ATEX/IECEx認証計器が、作業者の暴露なしに連続監視を行います。
コスト効率
手動サンプル採取、輸送、実験室分析の頻度とコストを削減しつつ、どのサンプリングプログラムよりもはるかに多くのデータポイントを1日あたり提供します。
Zelentech vs. 代替技術
静電容量方式 Zelentech
測定原理: 2つの電極間の油水混合物の誘電率を測定します。
長所: 全範囲にわたる高い感度。全水分(溶解水+遊離水+乳化水)を測定。消耗品、放射線源、光学窓が不要。全てのオイルタイプに対応。
最適な用途: 原油パイプライン、工業用オイル、植物油、グリコール — 水分含有量の連続監視が必要なあらゆる液体。
マイクロ波 / RF
測定原理: 流体を通過するマイクロ波の吸収または位相シフトを測定します。
長所: 溶解塩により静電容量読み取り値が影響を受ける高塩分原油に適しています。高含水率でも良好に機能します。
制限事項: より高価。物理的サイズが大きい。校正がより複雑。工業用オイルおよび低含水率アプリケーションには不向き。
水分活性 / 相対湿度
測定原理: オイル上方の平衡水蒸気圧(水分活性)を測定します。
長所: 清浄な変圧器油やタービン油において非常に低レベルの溶解水の傾向監視に適しています。
制限事項: 溶解水のみを測定。遊離水や乳化水を検出できません — 汚染が最も危険な場合(飽和点以上)に正確に機能しなくなります。実際の水分含有量ではなく相対飽和度を報告します。
近赤外(NIR)
測定原理: 流体にNIR光を透過させ、水固有の波長での吸収を測定します。
長所: 実験室環境では非常に高精度。清浄で透明な流体に適しています。
制限事項: 原油や汚れたプロセスストリームでは光学窓が汚損します。ほとんどのフィールドアプリケーションにおけるインライン使用には実用的ではありません。主に実験室技術です。
リファレンス方法 — 実験室 & フィールド
カールフィッシャー滴定
測定原理: サンプル中の水分を消費する化学反応を電気化学的に測定します。
長所: 水分含有量の決定的なリファレンス方法。極めて高精度。校正および認証に使用されます。
制限事項: バッチ式の実験室方法 — リアルタイムではなく、インラインではありません。熟練したオペレーター、消耗試薬が必要で、1回の試験に15〜30分かかります。インライン計器の検証に使用されますが、代替にはなりません。
ASTM D4007 — 遠心分離BS&W
測定原理: 等量の原油と水飽和トルエンを円錐形の遠心分離管で混合し、高速回転させます。より重い水分と沈殿物が尖った底部に分離し、目盛りから直接体積を読み取ります。
長所: 原油のBS&W測定に広く使用されるフィールドおよび実験室方法。ポータブル遠心分離機により、坑井口、タンクファーム、受渡計量ポイントでの現場試験が可能。10〜15分で結果が得られます。シンプルで、現場オペレーターによく理解されています。
制限事項: 手動グラブサンプルが必要 — 連続ではありません。結果はサンプル品質、溶剤比、遠心速度に依存します。分離に抵抗する溶解水やエマルジョンは検出できません。通常、最良でも0.1%の分解能。インライン計器の代替ではなく、併用して使用されます。
危険区域認証
水中油分測定アプリケーションの大半は、可燃性ガスまたは蒸気が存在する可能性のある危険区域にあります。Zelentech計器はグローバル展開のための危険区域認証を取得しています — 国際IECExからヨーロッパ、ブラジル、中東の地域認証まで。
全ての証明書は、耐圧防爆構造(Ex db)、ガスグループIIC(水素を含む)、温度クラスT4(表面温度135 °C以下)に基づいており、ゾーン1およびゾーン2の設置に適しています。
IECEx — 国際
IECEx QPS 19.0007X Issue 2 — Ex db IIC T4 Gb
30カ国以上で認められている国際認証制度。IECExは、ATEX、INMETRO、ECASを含むほとんどの国内認証制度の技術的基盤を形成しています。1つの試験報告書でグローバルに認められます。
ATEX — 欧州連合
CML 19ATEX1356X — Ex db IIC T4 Gb
爆発性雰囲気で使用される機器に関するEU指令2014/34/EU。全EU・EEA加盟国で必須。CML B.V.(認定機関2776)による型式審査。

INMETRO — ブラジル
LMP 24.0560X — Ex db IIC T4 Gb
INMETRO Portaria 115/2022に基づくブラジル国内認証。ブラジルに設置される危険区域機器に必須。LMP Certificaçõesにより発行。

ECAS — アラブ首長国連邦
26-02-184073 / E26-02-192048 / NB0002
危険区域機器に関するエミレーツ適合性評価制度。UAE石油・ガスセクターでの設置に必須。産業先端技術省のもと、SGSにより発行。
cQPSus — 北米
LR1538-1 — Ex db IIC T4 Gb
カナダおよび米国向けQPS Evaluation Services認証。CSA C22.2 No. 60079-0、-1およびUL 60079-0、-1に基づく評価。IECEx試験報告書に基づき、北米全域での市場アクセスを提供。

ISO 9001:2015 — 品質マネジメント
QS-17-1531
流体計測器の設計、製造、供給に関する認証済み品質マネジメントシステム。EQA IMS CertificationによるSAC認定認証。
通信出力
Zelentech計器は、最も一般的な3つの産業用通信プロトコルに対応しており、事実上あらゆるDCS、SCADA、PLC、またはフローコンピュータシステムとの統合が可能です:
4–20mAアナログ
業界標準のアナログ出力。含水率読み取り値が4–20mA範囲にリニアにマッピングされます。シンプル、信頼性が高く、全ての産業用システムと互換性があります。ループ給電 — 外部電源不要。
HART
4–20mA信号に重畳されるHighway Addressable Remote Transducerプロトコル。同じ2線でデジタル設定、診断、マルチ変数データ(含水率+温度)を実現します。
Modbus RTU
PLCおよびRTUへの接続用シリアルデジタルプロトコル。RS-485経由で含水率、温度、診断データを提供。単一バス上の複数計器に対応。
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