Öl auf Wasser Detektion mittels Infrarot Oberflächen Scanner

Die Öl auf Wasser Detektion mittels Infrarot- Abtastung mit dem Modell IRmat (IR21) ist eine berührungslose und nahezu Wartungsfreie Methode Erfassung von schwimmendem Öl auf Wasseroberflächen.

Aufgabenstellung

Nach dem Wasserhaushaltsgesetz (§1) ist “jedermann verpflichtet …, „die nach den Umständen erforderliche Sorgfalt anzuwenden, um Verunreinigungen des Wassers … zu verhüten“. Bei Anlagen, bei denen die Gefahr besteht, dass bei betrieblichen Störungen Öle in ein Gewässer gelangen, bedingt die geforderte Sorgfalt eine kontinuierliche Überwachung des Auslaufs.

Da es sich bei den Ausläufen von Anlagen welche Öl enthalten könnten nicht um Reinwasser handelt sondern typischerweise um Kühl-, oder Abwasser, enthält dieses Wasser häufig noch eine erhebliche Schmutzfracht (Sand, Schlamm, Schlick, Algen, Salze, usw.). Zudem sind auch die Betriebsbedingungen wie Temperatur, Fließgeschwindigkeit, Füllstand usw. nicht Konstant. Diese Randbedingungen führen häufig dazu, dass die Erfassung von Öl nicht sicher Funktioniert. Bei der Messung in offenen Gerinnen, Becken, Tanks oder größeren Rohrleitungen wird immer nur eine Teilmenge des Wassers erfasst. Das entnehmen einer repräsentativen Probe mit durchschnittlichem Ölanteil ist daher faktisch nicht möglich, da die Ölverteilung innerhalb des Wasserstroms in Abhängigkeit von Wassertiefe, Temperatur, Fließgeschwindigkeit und Ölsorte unvorhersehbar schwankt.

Fast alle Ölsorten oder zumindest deren Bestandteile sind leichter als Wasser und haben daher die Eigenschaft aufzuschwimmen, aus diesem Grund ist an der Wasseroberfläche sowie im oberen Bereich großer Rohrleitungen die höchste Ölkonzentration zu erwarten. Das Modell IRmat (IR-21) nutzt diesen Aufschwimmeffekt des Öls um die maximale Ansprechempfindlichkeit zu gewährleisten.
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Überblick über verschiedene Messmethoden

Zur Öl auf Wasser Detektion finden viele verschiedene Methoden ihren Einsatz:

  • IR- Oberflächenscann
  • UV- angeregte Fluoreszenz
  • Ultraschallreflexion
  • Lichtstreuung / Trübungsmessung
  • Leitfähigkeitsmessungen an der Wasseroberfläche
  • kapazitive Messungen
  • Transfer von Öl in einem Lösungsmittel für Kohlenwasserstoffe und spektroskopische Analyse des Lösungsmittels
  • Absorptionsphotometrie
  • Transfer von Kohlenwasserstoffen in die Gasphase (z. B. durch Strippen mit Luft) und deren
  • Nachweis in der Gasphase (z. B. mit einem FID)

Methoden, die in Kontakt mit der Flüssigkeit arbeiten, z.B. eintauchende Elektroden oder Durchflusszellen, werden unter anderem durch folgende Einflüsse in Ihrer Funktion erheblich beeinträchtigt:

  • Verschmutzung der Elektroden
  • Algenbildung
  • Ölverschmutzung von Messzellen
  • Leichte Bewegungen der Oberfläche
  • etc.

Es ist ein erheblicher Wartungsaufwand erforderlich, um die Funktion dieser Systeme sicherzustellen. Die Vielzahl der möglichen Störungen bei den genannten Methoden führt dazu nach einem Verfahren zu suchen, bei dem der Sensor des Geräts nicht direkt mit dem zu überwachendem Wasser in Kontakt steht. Das zu detektierende Öl ist in der Regel nicht homogen verteilt und schwimmt an der Oberfläche. Das schwimmende Öl wird mit einem Sensor der oberhalb Wasseroberfläche, mittels einer geeigneten Strahlungsmethode, berührungslos detektiert. Hier bietet sich die Messung der Reflexion von elektromagnetischer Strahlung an.
Die Empfindlichkeit dieser Methode ist vergleichbar mit dem menschlichen Auge. 
Selbst dünne Ölfilme führen zu Interferenz- Farbmustern und werden vom Auge leicht erkannt.

Die Methode wird beeinträchtigt durch Bewegungen der Wasseroberfläche (Wellen) und schwimmende Stoffe. Um diese Einflüsse zu minimieren, erscheint es sinnvoll, nach einem Verfahren zu suchen, bei dem „spezifische Signale“ des aufschwimmenden Öls detektiert werden.

 

Infrarot Oberflächenabtastung

Das Verfahren der Öl auf Wasser Detektion wird durch die Infrarotabtastung der Wasseroberfläche realisiert:

  • Großflächige Projektion von Infrarotstrahlen auf die Wasseroberfläche.
  • Die Sonde detektiert die durch Öl auf der Wasseroberfläche entstehenden optischen Interferenzen.

Auch dieses Verfahren kann durch Störgrößen beeinflusst werden:

  • Der Einfluss von extremen Umgebungslicht mit schwankender Intensität
  • Starke Wellenbewegungen an der Wasseroberfläche
  • Treibgut welches die Oberfläche bedeckt

Minimierung von Auswirkungen dieser Störungen:

  • Durch die geeignete gerätetechnische Ausführung.
  • Durch die Auswahl des Messstellenstandorts werden 

Das Modell IRmat (IR-21) ist bereits für viele Anwendungen im Einsatz:

  • Öl am Trinkwasserreservoir
  • Turbinenöl in Kraftwerken
  • Hydrauliköl
  • Öl im Kühlwasser
  • Wärmetauscheröl
  • Öl in Produktionswasser
  • Öl im Rückhaltebecken
  • Direkteinleitung Flüsse / Seen
  • Einleitung öffentlichen Abwasser-Systeme
  • Wasserdurchsatz von Turbinen
  • Wasser aus verschiedenen Kollektoren
  • Regenwasser

Optical interferences at the oil/water borderline allows the monitoring of very low amounts of oil. The modulation of the projected IR- light ensures for a nearly 100% DC-light compensation, so that ambient light does not affect the measured values.