DE19711349A1

DE19711349A1 - Probenahmesystem für Flüssiggase und Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19711349A1
Application number: DE1997111349
Authority: DE
Inventors: Johnny Gummersbach; Willy Willemen; Jan Hammenecker; Gustaaf Derwa; Rudy Verstraeten
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-24
Also published as: BE1014233A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Probenahmesystem für Flüssiggase und Flüssigkei ten, insbesondere leicht verdampfbare Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten, die Gase gelöst enthalten.

Eine Vielzahl von Probenahmesystemen, insbesondere für Flüssiggase ist be kannt.

In der DD-B-113 403 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur diskonti nuierlichen Totalverdampfung von verflüssigten Gasen beschrieben. Die Pro benahmevorrichtung dient insbesondere zur Aufnahme von flüssigen Sauer stoffproben. Ein mit einem Verdampfungsbehälter verbundenes Probenahme rohr wird dabei nach einer Vorkühlung mit Stickstoff in die aufzunehmende Flüssigkeit getaucht. Dabei füllt sich das Probenahmerohr durch eine an des sen unterem Ende befindliche Öffnung. Im Probenahmerohr stellt sich ein Flüssigkeitsspiegel ein, der dem äußeren Flüssigkeitsspiegel entspricht. Sodann wird das Probenahmerohr durch Aufschrauben eines abgedichteten Verschlusses geschlossen und aus dem Flüssiggas entfernt, wobei die Probe durch Wärmeaufnahme verdampft.

Die DE-C-24 08 845 betrifft ein Probenahmegerät für verflüssigte Gase. Das Gerät weist drei zylinderförmig ineinander angeordnete Räume auf. Durch den mittleren Raum wird solange das zu entnehmende Flüssiggas geführt, bis der Raum auf die Siedetemperatur des Flüssiggases abgekühlt ist und nur noch Flüssigkeit enthält. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Verbindung zum bereits vorgekühlten inneren Raum hergestellt, der sich mit dem Flüssiggas füllt. Nach Verschließen dieses Innenraums steigt beim Erwärmen der Druck. Am unteren Ende dieses inneren röhrenförmigen Raumes ist ein stempelförmiger Verschluß angeordnet, der über eine Feder im inneren Raum gehalten wird. Steigt der Druck im inneren Raum, so wird der Stempel gegen die Federkraft zurückgepreßt und öffnet einen Zugang zum dritten äußeren Raum. Bei der Expansion des Flüssiggases in diesen Raum verdampft es, so daß aus dem äußeren Raum eine gasförmige Probe des zunächst flüssig entnommenen Flüssiggases zu Untersuchungszwecken entnom men werden kann.

US 3,487,692 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Probenahme von Flüssiggasen, insbesondere verflüssigtem Erdgas. Die Vorrichtung besteht aus einem Probenahmerohr, dessen einer Teil wendelförmig geformt ist. Dieser wendelförmige Teil befindet sich in einem wärmeisolierten Gefäß. Beim Durchleiten eines Flüssiggases kühlt sich das Rohr auf die Siedetempe ratur des Flüssiggases ab, so daß es mit Flüssiggas gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Rohr vor und hinter den Wendeln über Ventile ge schlossen werden. Das Rohr weist weiterhin ein Entnahme- bzw. Überdruck ventil auf.

US 4,409,850 betrifft ein tragbares Probegefäß zur Aufnahme von ver flüssigtem Erdgas. Das Gefäß weist Zylinderform auf und besitzt einen beweglichen Stempel. Im Gefäß ist eine Kugel vorgesehen, mit der der Inhalt durchmischt werden kann, wobei die Größe der Kugel so gewählt ist, daß sie beim Einführen des Stempels in eine vorgegebene Position gelangt und das vollständige Verdrängen des Inhalts erlaubt.

US 4,862,754 betrifft ebenfalls einen tragbaren Probenzylinder des Kolben typs. Der Kolben weist ebenfalls ein Mischelement auf.

EP-B1-0 461 383 betrifft einen Probenbehälter zum Aufschließen bzw. Analysieren von Probenmaterial. Es handelt sich dabei insbesondere um Klärschlamm, der mit hochaggressiven Säuren aufgeschlossen werden soll. Der Probenbehälter besteht aus einem Kunststoffzylinder mit Deckel. Zum Aufschluß oder zur Analyse wird dieser Probenbehälter erwärmt. Das Erwärmen erfolgt in einer speziellen Vorrichtung, in der der Zylinder am oberen und unteren Ende gehalten wird. Hierzu dient eine Tellerfeder, die im Deckel des zylinderförmigen Gefäßes angeordnet ist und in Kontakt mit der Aufnahmevorrichtung steht, wobei sie einen gewissen Druck auf den Deckel ausübt. Erst bei Überschreiten eines bestimmten Innendrucks im Zylinder hebt sich der Deckel an und läßt damit einen Druckausgleich zu. Der Probenbehälter wird nicht zur Aufnahme von Flüssiggasen verwendet.

Die vorstehend beschriebenen Probenahmesysteme für Flüssiggase weisen einen komplizierten Aufbau auf und sind daher kostspielig. Zudem können sie störungsanfällig sein. In verschiedenen Probenahmensystemen wird zu mindest ein Teil von entnommenen Flüssiggasproben verdampft, wodurch Dampf- und Flüssigphasen mit unterschiedlicher Zusammensetzung resultieren können. Bei der Probenahme kann es ebenfalls zu einer Verdampfung von Teilen der Flüssiggase kommen, so daß die entnommene Stoffmenge nicht notwendigerweise die Zusammensetzung des Flüssiggases aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gerätes zur Probenahme von Flüssiggasen oder Flüssigkeiten, das unkompliziert aufgebaut und einfach handhabbar ist und die Nachteile der Probenahmegeräte des Standes der Technik vermeidet. Es soll eine Probenahme ermöglichen, bei der es nicht zu einer Verdampfung der Proben oder von Teilen der Proben kommt. Auch kleine Probevolumina sollen zugänglich sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Probenahmegerät für Fluide, umfassend ein Probenahmerohr, das über an den Rohrenden vor gesehene Absperrorgane mit dem zu entnehmenden Fluid verbunden werden kann, wobei im Rohrverlauf ein Expansionsteil vorgesehen ist, dessen Innenraum mit dem Rohrinneren verbunden ist und in dem ein Kolben beweglich und dichtschließend in einem Zylinder geführt und durch eine Rückstellfeder in seine Nullage gehalten wird, die einen Durchfluß des Fluids durch das Probenahmerohr erlaubt, wobei der Kolben bei steigendem Innendruck im Probenahmerohr unter Volumenvergrößerung des Innenraums weggedrückt wird.

Zur Probenahme wird das Probenahmegerät über die Absperrorgane mit einem zu untersuchenden Fluid verbunden. Sodann werden die Absperrorgane geöffnet, um einen Fluß des Fluids durch das Probenahmerohr zu erlauben. Wenn das Probenahmegefäß mit dem Fluid gefüllt ist und das Fluid im Probenahmegerät die gleiche Zusammensetzung wie das untersuchende Fluid aufweist, werden die Absperrorgane geschlossen und das Probenahmegerät vom zu untersuchenden Fluid entfernt. Dehnt sich das Fluid beim Transport oder weiteren Bearbeitung aus oder verdampft beispielsweise ein Teil einer Flüssigkeit, so steigt der Innendruck im Probenahmerohr. Dadurch wird eine Kraft auf den Kolben im Expansionsteil ausgeübt, der entgegen der Feder kraft weggedrückt wird. Somit wird eine Volumenvergrößerung bewirkt, so daß der Druckanstieg im Probenahmegerät gesteuert werden kann. Wird das Fluid bzw. das Probenahmegerät wieder auf die Temperatur gebracht, bei der die Probenahme erfolgte, so sinkt der Druck im Probenahmerohr und der Kolben wird durch die Rückstellfeder in seine Nullage zurückgeführt. Dabei kondensiert beispielsweise eine verdampfte Flüssigkeit. Wird das Fluid in diesem Zustand aus dem Probenahmegerät entnommen, so weist es exakt die gleiche Zusammensetzung wie das ursprünglich entnommene zu unter suchende Fluid auf. Sämtliche Inhaltsstoffe des Fluids bleiben erhalten. Durch geeignete Wahl der Größe des Probenahmerohres bzw. des Expan sionsteils kann die Probemenge so bemessen werden, daß sie gerade der zur Analyse benötigten Probemenge entspricht. Somit kann das Probenahmerohr zur Analyse vollständig geleert werden, wobei sämtliche Inhaltsstoffe des entnommenen Fluids erhalten bleiben, und eine nachfolgende Analyse die Zusammensetzung des untersuchenden Fluids genau wiedergeben kann.

Das erfindungsgemäße Probenahmegerät wird vorzugsweise zur Analyse von Flüssiggasen und Flüssigkeiten verwendet, die Gase gelöst enthalten. Bei der Analyse dieser Flüssiggase oder Flüssigkeiten ist es wichtig, daß während der Probenahme die Proben flüssig bleiben und eine auch nur teilweise Verdampfung der Flüssiggase, Flüssigkeiten oder darin gelösten Gase ausge schlossen wird. Beispielsweise kann das Probenahmegerät bei der Bestim mung von Inertgasen in wäßriger Ammoniaklösung oder in flüssigem Ammo niak verwendet werden. Ein weiteres Beispiel ist die Untersuchung von Transformatorölen, die organische Bestandteile enthalten, insbesondere, wenn diese organischen Bestandteile leicht flüchtig sind. Weiterhin können alle handelsüblichen Flüssiggase, beispielsweise Erdgas mit dem erfindungsgemä ßen Probenahmegerät entnommen werden.

Da kleine Probevolumina zugänglich sind, kann das Probenahmegerät auch in solchen Fällen angewendet werden, bei denen toxische Produkte unter sucht werden müssen, die nur in kleinen Mengen gehandhabt werden dürfen. Ein Beispiel hierfür sind Alkylenoxide, wie Ethylenoxid oder Propylenoxid. Bei bekannten Probenahmesystemen, die eine große Probemenge erfordern, muß bei oder nach der Analyse ein Großteil der Probe entsorgt werden. Wenn diese Entsorgung nicht einfach möglich ist, muß die Probe zur Ent nahmestelle zurückgeführt werden, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Diese Nachteile können erfindungsgemäß vermieden werden.

Das Volumen des Probenahmerohres bzw. Expansionsteils kann an die jeweils zu untersuchenden Fluide angepaßt werden. Das Probenahmerohr kann beispielsweise ein Volumen von 0,1 bis 20 ml, vorzugsweise 0,5 bis 5 ml aufweisen. Das Volumen des Expansionsteils wird dabei so gewählt, daß bei dem zu erwartenden maximalen Temperaturunterschied zwischen Probenahme und Lagerung oder Transport des gefüllten Probenahmegerätes der Innendruck im Probenahmegerät einen zulässigen maximalen Druck nicht übersteigt. Die entsprechende Anpassung des Expansionsteils kann dabei zum einen über das Volumen, d. h. den Kolbenhub des Expansionsteils, wie auch durch die Federkraft der Rückstellfeder eingestellt werden. Als Rückstellfeder kann jede geeignete Feder eingesetzt werden. Da im Probenahmegerät ein hoher Druck herrschen kann, beispielsweise 4 bis 200 bar, vorzugsweise 5 bis 100 bar, und in der Regel eine kompakte Bauweise gewünscht wird, werden vorzugsweise Tellerfedern eingesetzt. Dabei können eine oder mehre re Tellerfedern übereinander eingesetzt werden. Die Auswahl der Anzahl an Tellerfedern und der Rückstellkräfte bzw. Hubwege der einzelnen Tellerfe dern kann je nach Anwendungsgebiet variiert werden. Dadurch ist es mög lich, ein Probenahmegerät einfach an unterschiedliche Anwendungen anpassen zu können, ohne daß große apparative Änderungen vorgenommen werden müssen. Für den Einsatz im erfindungsgemäßen Probenahmegerät verwend bare Tellerfedern sind dem Fachmann bekannt.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenahmegerätes anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1a) eine seitliche Querschnittsansicht des Probenahmegerätes,

Fig. 1b) einen Schnitt A-A durch die in Fig. 1a) gezeigte An ordnung, bei der das Expansionsteil (1) jedoch um 90° im Uhrzeigersinn gedreht wurde,

Fig. 2a) eine seitliche Querschnittsansicht des eigentlichen Probe nahmerohres aus Fig. 1a) und

Fig. 2b) einen Schnitt B-B durch die Anordnung gemäß Fig. 2a) zeigt.

In den Figuren werden die nachstehenden Bezugszeichen verwendet:

Bezugszeichenliste

1

Expansionsteil

2

Kolben

3

Anschlußteil

4

Kappe

5

Tellerfedern

6

Dichtungen

7

Zylinder

8

Ventile

9

Montageplatte

10

Schnellkupplungen

11

Handgriff

12

Anschlußteil

13

Probenahmerohr

14

Hohlraum

15

Mantelrohr.

Das Probenahmegerät weist ein Probenahmerohr (13) auf, das an der einen Seite in ein Anschlußteil (12) mündet. Dieses Anschlußteil (12) ist dabei mit einem Ventil (8) verbunden, das seinerseits mit einer Schnellkupplung (10) versehen ist, die den Anschluß an ein Behältnis erlaubt, aus dem die Fluidprobe entnommen werden soll. Auch das Anschlußteil (12) kann als Schnellkupplung, beispielsweise als Switchlock ausgelegt sein. Um das Probenahmerohr (13) herum verläuft ein Mantelrohr (15), das zum einen die Stabilität des Probenahmegerätes erhöht und zum anderen das eigentliche Probenahmerohr nach außen abschirmt. Insbesondere, wenn das Probenahme rohr (13) eine niedrige Temperatur aufweist, werden Verbrennungen durch unbeabsichtigtes Berühren durch den Benutzer vermieden. Der Hohlraum (14) zwischen dem Probenahmerohr (13) und dem Mantelrohr (15) kann evaku iert, mit Luft oder einem isolierenden Gas oder einem anderen Isoliermate rial gefüllt sein. Beispielweise kann der Hohlraum (14) mit einem Polymer schaum, wie Polyurethanschaum gefüllt sein.

Das zweite Ende des Probenahmerohres mündet in das Expansionsteil (1). Das Expansionsteil weist dabei einen Zylinder (7) auf, in dem ein Kolben (2) geführt wird. Der Kolben (2) weist dabei eine Mehrzahl von Dichtungen (6), insbesondere O-Ringen auf, mit denen der Proberaum gegen den Zylin der abgedichtet wird. Der Zylinder ist durch eine Kappe (4) verschlossen, die in der Mitte ein Hohlachse aufweist, die die Tellerfedern (5) zentriert. Die Kappe (4) ist fest mit dem Zylinder (7) verbunden. Über die Tellerfe dern (5) wird der Kolben (2) in die Nullage gebracht. In dieser Lage liegt am Boden des Expansionsteils (1) ein kleiner Durchflußkanal vor, der über das Anschlußteil (3) zum zweiten Ventil (8) führt. Der Querschnitt dieses Durchflußkanals ist insbesondere in Fig. 2b) am rechten Ende als Kreis zu erkennen. Ist das Probenahmerohr (13) mit einem Fluid gefüllt und erhöht sich der Innendruck, beispielsweise durch teilweise Verdampfung einer Flüssigkeit im Fluid, wird der Kolben (2) gegen die Tellerfedern (5) nach oben gedrückt, wodurch sich das Volumen im Probenahmegerät erhöht. Bei einem Absinken der Temperatur und beispielsweise Kondensation des Gases zur Flüssigkeit sinkt der Innendruck im Probenahmegerät bzw. Probenahme rohr, so daß der Kolben (2) in die Nullage zurückkehrt.

Über das Ventil (8) und die zweite Schnellkupplung (10) kann dieser Teil des Probenahmerohres mit einem Behälter verbunden werden, aus dem die Probe entnommen werden soll. Die gesamte Probenahmeanordnung ist auf einer Platte (9) angeordnet, die mit einem Handgriff (11) ausgerüstet ist. In Fig. 2 ist die Ausgestaltung des Probenahmerohres und des Zylinders detaillierter dargestellt. Durch das Vorsehen von Anschlußteilen (3) und Schnellkupplungen (10) kann das Probenahmegerät schnell und einfach zur Probenahme an ein Behältnis angeschlossen werden. Auch eine Demontage des Probenahmegerätes, beispielsweise zur Überprüfung und Wartung oder Säuberung ist einfach möglich.

Das Probenahmerohr kann zur Volumenverkleinerung einen zylindrischen Kern haben, so daß es einen ringförmigen Querschnittsraum aufweist.

Das erfindungsgemäße Probenahmegerät kann aus jedem geeignetem Material hergestellt werden. Vorzugsweise werden hochfeste legierte Stähle eingesetzt, die korrosionsbeständig sind. Je nach zu erwartender Druck- und Tempera turbelastung können die Wandstärken des Zylinders und des Probenahmeroh res variiert werden.

Bei der Probenahme kann das zu entnehmende Fluid durch das Probenahme rohr geleitet werden, bis dieses sich auf die Temperatur des Fluids abge kühlt hat und das Fluid im Probenahmerohr die gleiche Zusammensetzung wie das zu untersuchende Fluid aufweist. Bei leicht verdampfbaren Flüssig keiten liegt zu diesem Zeitpunkt somit keine Gasphase im Probenahmerohr vor. Zu diesem Zeitpunkt können die Ventile (8) geschlossen werden und das Probenahmegerät kann vom zu untersuchenden Fluid entfernt werden.

Auch wenn während des Transports oder der Lagerung des gefüllten Probe nahmegerätes eine Temperaturerhöhung eintritt, die mit einer Verdampfung eines Teils des zu untersuchenden Fluids verbunden ist, entweicht kein Bestandteil des Fluids. Das Probenahmegerät kann beispielsweise für eine gaschromatographische Analyse direkt an den Einlaß eines Gaschromatogra phen angeschlossen werden. Durch Öffnen eines der Ventile (8) kann der Gaschromatograph mit dem zu untersuchenden Fluid beschickt werden. Für gaschromatographische Anwendungen sind Probenvolumina im Bereich von 1 bis 2 ml ausreichend.

Durch Einstellen einer geeigneten Temperatur bei der Entnahme des Fluids kann dieses gasförmig aus dem Probenahmegerät gewonnen werden.

Das erfindungsgemäße Probenahmegerät kann weitere Bauteile aufweisen, beispielweise Manometer, die eine Überprüfung des Innendrucks im Probe nahmerohr erlauben. Andere geeignete zusätzliche Vorrichtungen, wie Soll bruchstellen, Überdruckventile oder ähnliche Vorrichtungen können vorgese hen werden.

Die Erfindung wird nachstehend durch ein Beispiel näher erläutert.

Beispiel

Ein Probenahmerohr, wie es in den Figuren abgebildet ist, wurde aus korrosionsbeständigem Stahl aufgebaut, wobei das Innenvolumen 2,7 ml betrug. Das Probenahmegerät wurde zur Aufnahme von flüssigem Ammoniak verwendet, wobei der Druck im Probenahmegerät bis zu 30 bar betragen kann. Die Probenahme erfolgte bei etwa -20°C, wobei eine Temperatur erhöhung auf bis zu +40°C zu einer tolerierbaren Druckzunahme führte. Zur Analyse wurde der im Probenahmegerät enthaltene Ammoniak direkt in einen Gaschromatographen eingespeist. Da kein Spülen des Probenahmegerä tes zum Entfernen des Ammoniaks notwendig war, konnten im Ammoniak enthaltene Inertgase, insbesondere Stickstoff quantitativ analysiert werden.

Auch die Bestimmung des Gehalts an Inertgasen in Flüssiggasen, wie flüssigem Erdgas war möglich.

Claims

1. Probenahmegerät für Fluide, umfassend ein Probenahmerohr (13), das über an den Rohrenden vorgesehene Absperrorgane (8) mit dem zu entnehmenden Fluid verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrverlauf ein Expansionsteil (1) vorgesehen ist, dessen Innenraum mit dem Rohrinneren verbunden ist und in dem ein Kolben (2) be weglich und dichtschließend in einem Zylinder (7) geführt und durch eine Rückstellfeder (5) in seiner Nullage gehalten wird, die einen Durchfluß des Fluids durch das Probenahmerohr (13) erlaubt, wobei der Kolben bei steigendem Innendruck im Probenahmerohr (13) unter Volu menvergrößerung des Innenraums weggedrückt wird.

2. Probenahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probenahmerohr (13) von einem Mantelrohr (15) umgeben ist.

3. Probenahmegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (5) aus einer Tellerfeder oder mehreren Tellerfedern aufgebaut ist.

4. Probenahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Probenahmerohr (13) einen Kern zur Volumenver kleinerung aufweist.

5. Probenahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Probenahmerohr (13) über Schnellkupplungen (3) mit den Absperrorganen (8) verbunden ist.

6. Probenahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß als Absperrorgane (8) Ventile verwendet werden.

7. Probenahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Probenahmegerät Schnellkupplungen (10) zur Ver bindung mit einem Behälter aufweist, der das Fluid enthält.

8. Verwendung des Probenahmegerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Probenahme von Flüssiggasen oder Flüssigkeiten, die Gase gelöst enthalten.

9. Verfahren zur Probenahme von Fluiden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Probenahmegerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 über die Absperrorgane mit einem zu untersuchenden Fluid verbunden wird, die Absperrorgane geöffnet werden, um einen Fluß des Fluids durch das Probenahmerohr zu erlauben, sodann die Absperrorgane geschlossen werden, wenn das Fluid im Probenahmegerät die gleiche Zusammen setzung wie das zu untersuchende Fluid aufweist, und das Probenahme gerät vom zu untersuchenden Fluid entfernt wird.