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Industrielle Automation 3/2016

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Industrielle Automation 3/2016

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2016 Wassergehalt vs. Wasseraktivität Welche Methode eignet sich am besten für die Feuchtemessung in Öl? Milica Ristic Wasser ist einer der gefährlichsten Verunreiniger in Industrieölen. Deshalb muss der Feuchtegehalt im Öl sorgfältig überwacht werden, um Störungen und ungeplante Stillstandzeiten zu vermeiden. Geschieht dies nicht, kann ein erhöhter Feuchtegehalt die Leistungseigenschaften des Öls beinträchtigen und Probleme wie Korrosion, Kavitation, Verlust der Schmierwirkung oder Minderung der Isolationsfähigkeit verursachen. Die maximale Menge an gelöstem Wasser im Öl wird als Sättigungspunkt bezeichnet, der in erster Linie von der Öltemperatur abhängt, aber auch von den chemischen Eigenschaften, die sich im Laufe der Betriebszeit verändern. Die herkömmliche Maßeinheit für den Feuchtegehalt in Öl ist der Wassergehalt (x), angegeben in parts per million (ppm). In den vergangenen Jahren hat die Entwicklung hochwertiger kapazitiver Dünnschichtsensoren die direkte Messung der Wasseraktivität (aw) möglich gemacht. Diese Messgröße beschreibt das Verhältnis von tatsächlicher Menge zur maximalen Menge an gelöstem Wasser (Sättigungspunkt des Öls) bei einer bestimmten Temperatur (T). Die aw-Werte bewegen sich zwischen 0 in völlig trockenem Öl und 1 in voll gesättigtem Öl und werden manchmal als Sättigung in Prozent (% S) angegeben, die zwischen 0 und 100 % liegt. Die Sicherheitsspanne ermitteln Der Wassergehalt (x) ist ein absoluter Wert, unabhängig von der Öltemperatur. Als solcher gibt er keinen Aufschluss über die Sicherheitsspanne, dass heißt wie weit das Öl vom Sättigungspunkt entfernt ist. Die Sicherheitsspanne kann errechnet werden, wenn die Sättigungskurve des verwendeten Öls bekannt ist, was in der Praxis nicht immer der Fall ist. Noch dazu verändert sich die Sättigungskurve durch die Alterungseffekte des Öls. Ein und derselbe Wassergehalt in einem bestimmten Öl kann auf trockenes Öl bei einer hohen Temperatur oder auf sehr feuchtes Öl bei einer niedrigen Temperatur verwei- sen. Bei 80 °C kann das Öl mit x = 2 000 ppm immer noch ungefähr 4 400 ppm Wasser aufnehmen, wobei es sich bei 40 °C sehr nahe der Sättigung befindet. Unabhängig von der Öltemperatur oder -type verweist aw direkt auf die Sicherheitsspanne. Der aw-Wert ändert sich mit der Temperatur und ist unabhängig von den Alterungseffekten des Öls. Wenn die Öltemperatur sinkt, steigt aw und weist darauf hin, dass sich das Öl der Sättigung nähert. Bei 80 °C ist aw = 0,31. Somit ist das Öl weit von der Sättigung entfernt, mit einer Sicherheitsspanne von 0,69. Ist hingegen bei 40 °C der aw-Wert gestiegen auf aw = 0,84, beträgt die Sicherheitsspanne nur noch 0,16. DI Milica Ristic ist Produktmanagerin bei der E+E Elektronik Ges.m.b.H. in Engerwitzdorf in Österreich 01 Die Feuchte in Öl Messumformer ermöglichen eine exakte Messung der Ölfeuchte vor Ort 18 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2016

02 Abhängigkeit von x, aw und der Sättigungskurve von der Temperatur Offline- und Online- Messung in der Praxis Die herkömmliche Methode der Wassergehaltsmessung ist die Karl-Fischer-Titration (KFT). Dies ist eine off-line Labormethode, die an einer Ölprobe durchgeführt wird. Sie kann sowohl bei gelöstem Wasser als auch bei abgeschiedenem Wasser (Öl jenseits des Sättigungspunkts) angewendet werden. „Entscheidung zwischen in-line und stichprobenbasierter Messmethode“ Trotz der vorherrschenden Meinung, dass das KFT-Verfahren genauer sei als andere Methoden, kann die Untersuchung derselben Ölprobe in verschiedenen Laboren zu unterschiedlichen Testergebnissen führen [1]. Die KFT ist jedoch relativ kostenintensiv und erfordert eine lange Durchlaufzeit. Der gravierendste Nachteil im Hinblick auf die vorbeugende Wartung ist die fehlende Information über den aktuellen Ölzustand (mögliches Eindringen von Feuchtigkeit). Die sichere Methode für den Schutz von Anlagen und die Planung einer zustandsorientierten Instandhaltung ist eine Messung vor Ort. Diese kann kontinuierlich erfolgen, mit einem in-line installierten Messumformer. Für weniger kritische Anwendungen kann eine regelmäßige Messung mit einem Handmessgerät eine Alternative sein. Die Messgeräte des österreichischen Sensorherstellers E+E Elektronik messen aw und T direkt und berechnen daraus x. Neben analogen und digitalen Ausgängen für aw, x und T verfügen die Messumformer auch über Display- und Alarmausgangsoptionen. Die richtige Wahl treffen Die Entscheidung zwischen in-line und stichprobenbasierten Messmethoden sollte aufgrund der möglichen Auswirkungen eines erhöhten Feuchtegehalts im Öl auf Anlagen und Prozesse getroffen werden. Für kritische Anwendungen ist die kontinuierliche in-line Überwachung die richtige Wahl. Maximale Sicherheit kann durch die Überwachung von aw, x oder den beiden Werten und durch das Setzen von awbasierten Alarmschwellen erreicht werden. Für weniger kritische Anwendungen kann die regelmäßige Überwachung derselben Parameter mit einem Handmessgerät ausreichen. Literaturnachweis: [1] M.Koch et. al, „Reliability and Improvements of Water Titration by the Karl Fischer Technique“ www.epluse.com