Untersuchung von Fliessverbesserern mit dem Turbulenzrheometer

Wenn Flüssigkeiten z.B. Erdöl und Gasgemische (?) für den Transport durch Rohrleitungen bzw. Pipelines gepumpt werden, gibt es immer Strömungswiderstände. Durch die Zugabe von Fließverbesserern werden die Verwirbelungen, um 60 Prozent reduziert. Dadurch ist es möglich bei reduzierter Pumpleistung bzw. Energiezufuhr die bisherige Transportmenge in der Rohrleitung beizubehalten oder bei gleicher Pumprate, den Durchfluss zu erhöhen. So können 

So ermöglicht Ihnen das Turbulence Rheometer das Fließverhalten der Probe mit  nur einem Versuch die ganze Bandbreite von Reynoldszahlen von ca. 6000 bis 120.000 getestet werden. Ein Versuch dauert ca. 90 Sekunden. Sie benötigen 3 Liter für einen Test mit Reynoldszahlrampe. Bei einem Versuch mit einer festen Reynoldszahl sogar nur 0,5 Liter. Herkömmliche Turbulenzrheometer benötigen ganze Laborräume oder werden draußen auf dem Firmengelände aufgebaut. Dies Geräte benötigen pro Versuch etwa 80 Liter und können nur jeweils eine Reynoldszahl überprüfen. So sparen Sie etwa einen Versuchsmonat.

Die Anlage ermöglicht deutliche Zeitersparnisse bei den Testreihen bei gleichzeitig kompaktem Design. Ein integrierter PC mit Anwendersoftware ermöglicht eine einfache Handhabung, Überwachung und Auswertung von Testreihen.
Das Messprinzip des TR ist ein hydraulischer Kolben, welcher den Probenkolben bewegt. Dadurch wird jeglicher Kontakt von Testfluid und Hydraulikflüssigkeit vermieden.

Ein wichtiger Aspekt beim Entwurf und Betrieb von Rohrleitungssystemen ist der Strömungswiderstand des Mediums. Er kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen drastisch verringert werden. Neben dem unter Umständen konstruktiv und finanziell aufwändigen Einbau von Wandrauhigkeiten und Zusatzelementen ist die Beigabe von Zusätzen (Drag Reducer) wie Fasern, Tensiden und insbesondere öl- oder wasserlöslichen Polymeren eine klassische Methode zur Widerstandsverminderung.

Mit dem neu entwickelten, vollautomatisierten Turbulenzrheometer der Firma PSL Systemtechnik lässt sich die Effektivität und Stabilität von Drag Reducern ausführlich untersuchen. Es ermöglicht die Entwicklung von Drag Reducern sowie im Anwendungsfall deren Auswahl und Test der optimalen Dosierung unter realitätsnahen Bedingungen.

Ein einzigartiger, scherungsfreier Injektionsmechanismus pumpt die Probe mit steigender Strömungsgeschwindigkeit durch eine Modellpipeline. Damit durchfährt auch die Reynoldszahl einen Anstieg. Der Druckabfall entlang der Pipeline wird durch mehrere, äquidistant und scherungsfrei angebrachte Sensoren gemessen.

Der im Bereich der laminaren Strömung mit der Reynoldszahl linear steigende Druckabfall erhöht sich bei Erreichen der turbulenten Phase drastisch. Durch die Nutzung mehrerer Sensoren ist zusätzlich eine örtlich aufgelöste Messung möglich.

Die Hinzugabe des Drag Reducers bewirkt zweierlei: Zum einen verringert sich der Strömungswiderstand und damit der Druckabfall, zum anderen treten Turbulenzen erst bei höheren Reynoldszahlen auf.

Aus dem Vergleich der Messungen ergibt sich die Effektivität des Drag Reducers.

Mittels mehrmaligem Durchfahren des Testablaufs mit derselben Probe wird die Stabilität des Drag Reducers untersucht. Durch den Einbau von Strömungshindernissen mit wohldefinierten Scherraten in die Modellpipeline lassen sich beliebige reale Verhältnisse darstellen.

Das Turbulenzrheometer erreicht Reynoldszahlen bis zu 300.000. Die Modellpipeline ist im Bereich von +4 °C bis +60 °C temperierbar.

The PSL Turbulence Rheometer is a fully automated test plant in laboratory size to do research on fluid behaviour in pipelines. Applications of the device are research on efficiency and optimisation of Drag Reducing Agents (DRA).

The Turbulence Rheometer offers a time saving operation of the necessary tests in a compact design. An integrated PC and associated software allow an easy handling, monitoring and data logging of experiment runs.

Turbulence Rheometer Principle

The principle of the Turbulence Rheometer provided by the PSL Systemtechnik GmbH is a huge hydraulic driven injection system. A hydraulic piston is driving a sample piston. Thus, any contact of hydraulic oil and sample can be eliminated. The sample is pumped through a test line with small diameter. This way, experiments can be executed with a variable flow rate and a wide range of Reynolds numbers. Only a small amount of sample fluid is necessary.

By measurement of the absolute pressure or calculation of the differential pressure loss for each line segment the drag effect can be monitored.

Flow ramp for water

By comparison of the pressure losses with and without DRA the efficiency of the agents can be easily calculated. Using a flow rate ramp, different Reynold numbers can be analysed within one test. Repetitive tests enable check on long-term stability of the DRAs.

To ensure best measurement results, the TR is specially designed without any sharp edges or diameter changes. The special shape of sample piston and cylinder head assures constant acceleration at the line inlet to minimize shear forces. Charging and discharging steps are done by pneumatic pressure. Thus, no pumps are necessary.

Test line, specimen cylinder and sample vessel are double-jacket temperature controlled.

Different line sizes can be used according to sample viscosity. The layout can be optimised for the needs of the customer.

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Reynolds number range can be calculated out of dia­me­ter, flow rate and viscosity.

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Differential pressure calcu­lation shows pressure loss per segment.