Durchflussmesser, die auf Basis des kalorimetrischen Messverfahrens arbeiten, bieten sich für die Überwachung von Luft oder anderen gasförmigen Medien an. Deutlich wird das besonders im Umgang mit explosionsgefährdeten Stoffen. Bewährt haben sich hier die Durchflussmesser FM 1 in einer eigensicheren Ex-Variante.
Norbert Gliedstein
Die Linde Technische Gase GmbH baut und betreibt als weltweiter Gaseanbieter auch Anlagen zur Herstellung von Industrie-Gasen. In einem Spezialgase-Füllwerk in Unterschleißheim bei München erfolgt u. a. die Herstellung und Abfüllung toxischer, brennbarer oder sauerstoff-inerter Prüfgase.
Dieser Füllvorgang geschieht in geschlossenen Füllkabinen, die zudem mit einer modernen Zuluft- und Abluftversorgung ausgestattet sind. Zum primären Schutzkonzept der Anlagen gehört hierbei die Erfassung und Überwachung des Abluftstromes.
Normalerweise gibt es während des Abfüllbetriebes im Abluftsystem keine Kontamination – allerdings können bei Undichtigkeiten der Füllanlage zündfähige Gasgemische entstehen. Für diesen Fall hat das dafür vorgesehene Strömungsmessgerät die Spezifikationen der Ex Zone 2 zu erfüllen. Bei Linde entschied man sich für den sehr robusten und nicht störanfälligen Flow-Monitor FM1-Ex. Dieser Strömungssensor arbeitet auf Basis des kalorimetrischen Messverfahrens, eine Methode, die unabhängig macht von spezifischen Eigenschaften der Fluide wie elektrische Leitfähigkeit, Viskosität, Streupartikel und Verschmutzung.
Simulation entfällt
Der Strömungssensor FM1-Ex gilt als außerordentlich bedienerfreundlich. Der integrierte Mikrocontroller linearisiert das Ausgangssignal und kompensiert Schwankungen der Mediumstemperatur über einen sehr großen Temperaturbereich.
Die Montage des Messkopfes und der Auswerte-Elektronik ist damit reine Routine, ebenso wie die Einstellung der Grenzwerte und die Simulation der Strömungsverhältnisse.
Auch die Konfiguration des FM1-Ex ist einfach. Softwaregesteuert, wie bei einem Computer, hat der Anwender die Möglichkeit, durch „Blättern“ in Haupt-, Konfigurations- und Parametermenü alle relevanten Parameter selbst einzustellen.
Dazu gehören die Wahl der Grenzwerte der Strömungsgeschwindigkeit, die Art des Mediums, der Temperaturbandbreite, die Zuordnung der Grenzwertmelder und des Analogbalkens sowie die Skalierung der Analogausgänge.
Das kalorimetrischeMessverfahren
Kalorimetrische Durchflussmesser haben zwei Messfühler, die in das zu erfassende Medium eintauchen. Ein Messfühler erfasst die Temperatur des Mediums, der zweite wird mit einem Heizregelkreis um eine bestimmte, konstante Temperaturdifferenz über die Mediumstemperatur erwärmt. Der vorbeifließende Massestrom kühlt den zweiten, wärmeren Messfühler ab. Je größer der Massedurchfluss des Mediums ist, desto mehr Wärme wird abgeführt. Der Durchfluss ist dabei proportional zur benötigten Heizleistung bzw. dem Heizstrom zur Aufrechterhaltung der konstanten Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messfühlern.
Bei diesen thermischen Messverfahren wird durch den beheizten Fühler somit Energie in das explosionsgefährdete Medium eingebracht. Diese Energie darf nicht zur Zündung des Gases führen. Der FM1-Ex zeichnet sich durch seine niedrige Übertemperatur des beheizten Fühlers aus, so dass nach VDE 0170/0171/5.84 die Temperaturklasse T4 erreicht wird. Der Ex-Messkopf des nach EN 50020 eigensicheren Systems EEx ibIIC kann bis zu einer Zündtemperatur der Gase und Dämpfe bis 135 °C, dies entspricht einer Mediumstemperatur von 90°C, in Zone 0 (ständig oder langzeitig vorhandene gefährliche, explosionsfähige Atmosphäre) Einsatz finden. Damit wäre auch ein Einbau in einen mit z. B. in Wasserstoff gefülltes Rohrsystem möglich. Eigensichere Stromkreise liegen dann vor, wenn durch bestimmte Maßnahmen sichergestellt ist, dass weder ein betriebsmäßig noch im Fehlerfall entstehender Funke oder thermischer Effekt eine explosionsfähige Atmosphäre zünden kann.
Die Rückseite des Messkopfes (außerhalb des Behälters oder Rohres) ist immer noch für Zone 1 (gelegentliches Auftreten zündfähiger Atmosphären) von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt zugelassen. Dies gilt auch für die Verbindungsleitung zwischen Messkopf und Auswerteelektronik. Die Elektronik selbst, mit ihrer Klartextanzeige für Strömungsgeschwindigkeit (z. B. m/s), Mediumstemperatur (°C), momentanen Durchfluss (m3/h) und dem Schaltzustand der zwei frei einstellbaren Grenzkontakte, wird im Nicht-Ex-Bereich, z. B. einem Schaltschrank, montiert.
E cav 268
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