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Außenseiter für volle Anlagenverfügbarkeit

Eingriffsfreie Durchflussmessung von Prozessgasen
Außenseiter für volle Anlagenverfügbarkeit

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Gerade in der Chemie mit ihren oft aggressiven und gefährlichen Medien greift man zur Durchflussmessung gerne auf die Clamp-on-Ultraschalltechnik zurück. Längst als ein Standardverfahren zur Durchflussmessung von Flüssigkeiten etabliert, bewährt sich das eingriffsfreie akustische Verfahren mehr und mehr auch zur Durchflussmessung von Gasen.

Der Autor: Jörg Sacher Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Flexim

Eine Außenseitermesstechnik ist die eingriffsfreie Durchflussmessung mit Ultraschall nur noch im technischen Sinne: Clamp-on-Ultraschallsensoren werden einfach außen auf dem Rohr angebracht, messen also gewissermaßen von der sicheren Seite. So sind sie keinem Verschleiß durch das im Rohr fließende Medium ausgesetzt, verursachen keinerlei Druckverlust und kein Leckagerisiko.
Aufgrund ihrer praktischen Vorteile hat die eingriffsfreie Ultraschalltechnik längst ihren festen Platz unter den gebräuchlichen Messverfahren. Relativ rezent ist die Erschließung des gasförmigen Aggregatzustandes. Ein Applikationsbeispiel aus Polen illustriert exemplarisch die charakteristischen Merkmale des Verfahrens.
Vorteil vor Vortex
„Der entscheidende Vorteil ist die Installation bei laufendem Betrieb, ohne jegliche Rohrarbeiten“, konstatiert Maksym Cichón, Product Manager Flexim bei Introl sp. z o. o.. Das in Katowice ansässige Unternehmen bietet Lösungen für Prozesssteuerung und -automatisierung und ist seit 2010 Vertriebspartner von Flexim auf dem polnischen Markt.
Cichón berichtet von seinen ersten Erfahrungen mit der eingriffsfreien Messtechnik im Clamp-on-Ultraschallverfahren und von begeisterten Anwendern: „Von einer Raffinerie bekamen wir eine Anfrage nach einer Wasserstoff-Durchflussmessung. Als erstes boten wir einen Wirbelzähler an, wie wir sie seit langem in unserem Produktportfolio haben. Diese Lösung hat aber einen gravierenden Nachteil: Das Messinstrument wird in die Rohrleitung eingebaut, erfordert also Rohrarbeiten und daher eine Betriebsunterbrechung. Noch während der ersten Projektphase begann unsere Zusammenarbeit mit Flexim. Die Berliner Durchflussexperten bieten nicht nur Clamp-on-Lösungen für Flüssigkeiten, sondern sind führend auf dem Gebiet der eingriffsfreien Ultraschall-Durchflussmessung von Gasen. Also haben wir dann statt des Wirbelzählers einen Clamp-on-Ultraschalldurchflussmesser angeboten. Bei den Raffinerieingenieuren stieß dieser Vorschlag auf größtes Interesse.“
Anspruchsvolle Akustik
Wasserstoff gilt allgemein als schwieriges Medium. Er ist extrem leicht entflammbar, leicht flüchtig und bildet mit Luft ebenso leicht hochexplosive Gemische. Kein Wunder, dass man Rohrarbeiten, die mit hohem planerischem und sicherheitstechnischem Aufwand verbunden sind, gerne vermeiden möchte. Eine gewisse Herausforderung im Hinblick auf die eingriffsfreie Durchflussmesstechnik besteht in seiner niedrigen Dichte. Generell gilt: Je höher die Dichte, desto einfacher und besser die Messung. Da mit steigendem Druck auch die Dichte des Gases zunimmt, funktioniert das eingriffsfreie Messverfahren daher sehr gut bei hohen und höchsten Betriebsdrücken, die bei vielen anderen Verfahren mit hohen Kosten und großem Aufwand verbunden sind.
„Der Druck an der Messstelle beträgt etwa 29 bar“, berichtet Cichón: „Bei 29 bar wiegt 1 m3 Wasserstoff nur etwa 2,5 kg.“ Daraus resultiert eine geringe Einstrahlung der Ultraschallsignale in das Medium. Ein Großteil der von den Schallwandlern erzeugten Signale breitet sich als Störschall in der Rohrwand aus. Cichón entschied sich daher für die Verwendung sogenannter Lamb-Wave-Sensoren, deren Anregungsfrequenz so gewählt ist, dass die Rohrwandresonanz zur Signaleinbringung beiträgt. Dadurch gelingt eine optimierte Einstrahlung des Messsignals in das im Rohr strömende Medium. Praktische Vorrichtungen zur Dämpfung des Störschalls und intelligente Algorithmen zur Filterung von Nutz- und Rohrwandsignal im Messumformer tun den Rest.
Überzeugende Testmessung
Vor der endgültigen Entscheidung für das akustische Messverfahren forderten die Prozessingenieure der Raffinerie freilich den sicheren Nachweis für dessen Eignung, Zuverlässigkeit und Genauigkeit. „Eine erfolgreiche Testmessung war natürlich Bedingung“, berichtet Cichón. Mit seinem portablen Ultraschall-Durchflussmesser Fluxus G601 überzeugte er auf Anhieb: „Die Einrichtung der Messstelle erforderte nur eine knappe halbe Stunde und geschah ohne jede Beeinträchtigung des Anlagenbetriebs. Nachdem wir die Clamp-on-Sensoren auf dem Rohr angebracht hatten, zeigte der Messumformer ein starkes und stabiles Messsignal. Wir ließen die Messung dann einige Stunden laufen, die Messwerte wurden im internen Speicher abgelegt. Schließlich haben wir sie ausgelesen und an den Kunden übergeben, damit er sie mit seinen Daten im Prozessleitsystem vergleichen kann.“
Auch die Messwerte überzeugten. Introl erhielt den Auftrag, die Messstelle mit einem fest installierten Fluxus G600 zu instrumentieren. Diese Messumformer sind explosionsgeschützt und für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich der Zone 1 (Atex) zertifiziert, ebenso die verwendeten Sensoren. Durch die eingriffsfreie Lösung konnten nicht nur Betriebsstillstände vermieden werden, sondern auch erheblicher planerischer und bürokratischer Aufwand. Der Einbau einer benetzten Messeinrichtung hätte die zeitraubende Anfertigung von Maßzeichnungen und die womöglich langwierige Genehmigung durch die staatliche technische Überwachungsstelle erfordert.
Cichón resümiert: „Am besten ist es immer, wenn der Anwender selbst zu dem Schluss kommt, dass die eingriffsfreie Lösung die beste für ihn ist.“ Nach dieser erfolgreichen Installation sollen weitere Messstellen mit Clamp-on-Ultraschalltechnik von Flexim ausgeführt werden, u. a. auch zur eingriffsfreien Durchflussmessung von schwerem Rohöl.
Flexibilität im Ex-Bereich
Ganz ohne Papierkram ging jedoch auch seine Testmessung nicht über die Bühne, muss Cichón zugeben. Der portable Fluxus G601 verfügt über keine Atex-Zertifizierung, ebenso wenig wie sämtliche anderen tragbaren Ultraschallmesssysteme. Seit der Neufassung der Explosionsschutzrichtlinien erfüllt kein portables Ultraschall-Durchflussmesssystem mehr die aktuellen Atex-Anfoderungen. Da zur schnellen Einrichtung einer temporären Durchflussmessstelle die eingriffsfreie Ultraschalltechnik praktisch alternativlos ist, behelfen sich die Anlagenbetreiber mit Ausnahmegenehmigungen und Gaswarngeräten.
Umso mehr freut sich Cichón über die jüngste Produktentwicklung aus dem Hause Flexim. Mit dem neuen Fluxus F/G608 sind unbefriedigende Lösungen mit erhöhtem Verwaltungs- und Personalaufwand Vergangenheit. Das Gerät basiert technologisch auf der Plattform des bewährten und vielseitigen Fluxus F/G601, ist ebenso flexibel und leicht handhabbar – und ist zertifiziert für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich.
Online-Info: www.cav.de/0611416
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