Mit der Einführung der digitalen Signalprozessoren, die eine ausreichend schnelle Verarbeitung der Messsignale erlauben, konnte eine Generation von robusteren und universellen Ultraschall-Durchflussmessgeräten entwickelt werden. Die DSP ermöglichen die Verarbeitung von verrauschten oder sehr schwachen Signalen, wie sie bei gashaltigen Messstoffen oder bei hoher Signaldämpfung vorkommen, und eine weitaus genauere Laufzeitmessung. Auch für Messung bei kleinen Nennweiten und niedrigen Durchflussmengen bestehen keine Einschränkungen mehr.
Alle Ultraschall-Durchflussmessgeräte von Krohne arbeiten nach der Laufzeitdifferenz-Methode. Anhand von drei Paaren patentierter Ultraschallwandler werden die Laufzeiten der in Strömungsrichtung und gegen die Strömungsrichtung gesendeten akustischen Signale gemessen. Die Laufzeitdifferenz ist proportional zur durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit. Sie wird in ein Ausgangssignal umgewandelt und als Volumendurchfluss und Gesamtdurchfluss angezeigt. Im Vergleich zu mechanischen Durchflussmessgeräten bieten die Ultraschall-Durchflussmessgeräte zahlreiche Vorteile sowohl bei der Planung als auch im Betrieb. Wesentlich dabei sind:
- Unabhängigkeit von Messstoffeigenschaften wie Dichte, Viskosität, Temperatur und Leitfähigkeit.
- Bi-direktionale Messung
- Hohe Genauigkeit über einen großen Messbereich
- Großer dynamischer Messbereich, Messbeginn bereits bei Durchfluss Null
- Selbstdiagnose – bei Störungen oder bei Überschreitung der Spezifikationen löst das Gerät Alarm aus
- Prozessdiagnosen möglich, z. B zur Erkennung von Ablagerungen
Die Messgeräte erfordern zudem einen minimalen Wartungsaufwand. Da sie keine beweglichen Teile oder Einbauten aufweisen, tritt kein Verschleiß auf. Es kommt weder zu Blockierungen noch zu Ablagerungen oder Verstopfungen. Eine periodische Kalibrierung ist nicht nötig. Diese Vorteile führen zu einer erheblichen Reduzierung der Kosten infolge von Wartung und (ungeplanten) Stillstandszeiten.
Die Durchflussmessgeräte sind seit mehreren Jahren für die unterschiedlichsten Applikationen in zahlreichen Branchen im Einsatz. In traditionellen Bereichen wie in der Öl- und Gasindustrie finden die Geräte Anwendung in der Produktion und im Transport von Rohöl für die Verrechnungsmessung oder in der Leckortung. Die hohe Genauigkeit in Kombination mit der Möglichkeit großer Nennweiten schlagen hier positiv zu Buche. In Raffinerien lassen sich durch das Ersetzen der Messblenden am Kocher, wo Impulsleitungen leicht verstopfen und zu beträchtlichen Wartungsproblemen führen, deutliche Vorteile erzielen. Beim Mischen von raffinierten Produkten wählt man häufig Ultraschall-Geräte an Stelle von Turbinenmessgeräten, die durch die von größeren Gasmengen verursachte Kavitation beschädigt werden.
In der chemischen und petrochemischen Industrie kommen Ultraschall-Durchflussmessgeräte als Ersatz für Messblenden bei der Prozesssteuerung zur Anwendung. Wenn bei der Planung einer neuen Anlage sämtliche Vorzüge der Ultraschall-Geräte in Betracht gezogen werden, lassen sich bei den Bau- und Betriebskosten Einsparungen erzielen. Krohne-Geräte werden darüber hinaus in Stahlwerken, in Fernwärmeanlagen sowie zur Messung von Kesselspeisewasser in Kraftwerken eingesetzt.
Die Ultraschall-Durchflussmessgeräte können ohne Leistungsminderung für Flüssigkeiten mit einem Gasanteil von bis zu 2 % (Vol) verwendet werden. Kann die Standardleistung nicht erbracht werden, wird Alarm ausgelöst. Die Praxiserfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Geräte ausreichend widerstandsfähig gegen gashaltige Messstoffe sind. Der Feststoffanteil der Messstoffe kann bis zu 5 % betragen. Für Abwasser-Applikationen sind die Geräte in der Regel geeignet. Im Abwasser vorhandene Feststoffe sind normalerweise nicht wirklich “hart”. Die Messsignale können sie weitgehend störungsfrei durchdringen, da die Dichte dieser Feststoffe sich aufgrund ihres Wasseranteils nur wenig von der Dichte des Wassers unterscheidet.
Empfindlickeit und Messbereich
Die Empfindlichkeit eines Ultraschall-Durchflussmessgerätes gegenüber dem Strömungsprofil hängt in der Regel von der Anzahl der Messpfade und deren Positionierung im Messrohr ab. Die Unabhängigkeit von den Strömungsprofilen lässt sich am besten durch parallele Messpfade erzielen. Die Kombination von mindestens drei Messpfaden sorgt für ausreichende Unabhängigkeit von verzerrten Strömungsprofilen, die durch die Konfiguration der vorgelagerten Leitungen oder weiteren stromaufwärts auftretenden Strömungsstörungen sowie anderen von der Reynoldszahl abhängigen Änderungen des Strömungsprofils verursacht werden. Für eine einfache Anpassung wird, unabhängig von der Leitungskonfiguration stromaufwärts, eine gerade Leitungsstrecke von 10 D vor und von 5 D nach dem Durchflussmessgerät empfohlen.
Einer der Hauptvorteile der Ultraschall-Durchflussmessung ist der große dynamische Messbereich. Die Durchflussanzeige erfolgt, sobald sich die Flüssigkeit zu bewegen beginnt, was bei der Inbetriebnahme einer Anlage besonders nützlich ist. Die Standard-Genauigkeit wird ab 0,5 m/s erreicht und die maximale Strömungsgeschwindigkeit beträgt 20 m/s. Dies erlaubt eine große Freiheit bei der Bestimmung der Größe des Ultraschall-Durchflussmessgerätes. Bei einer Anwendung mit niedrigen Durchflüssen und bei der kein Druckverlust zulässig ist, kann ein Durchflussmessgerät mit Leitungsdurchmesser gewählt werden. Dies ist normalerweise bei Pipeline-Applikationen der Fall. Wenn jedoch Platzeinschränkungen bestehen, kann ein kleineres Durchflussmessgerät gewählt werden, wodurch die Länge der Ein- und Auslaufabschnitte des geraden Rohrs verkürzt wird. Bei Fernwärme-Applikationen ist das Verhalten bei niedrigen Durchflüssen von besonderem Vorteil, da der Durchfluss bei niedrigem Energiebedarf reduziert wird.
Clamp-on- oder Inline-Sensoren
Krohne bietet eine komplette Reihe von Ultraschall-Durchflussmessgeräten für Prozessapplikationen sowie hochgenaue Geräte für den eichpflichtigen Verkehr von flüssigen Kohlenwasserstoffen. Alle Geräte verfügen über umfangreiche Diagnosefunktionen. So wird zum Beispiel eine Meldung ausgelöst, wenn eine Störung auftritt oder wenn die Messwerte außerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Ferner können auch Prozessdiagnosefunktionen, beispielsweise zur Erkennung von Ablagerungen, ausgeführt werden. Auch neue Diagnosefunktionen können leicht implementiert werden. Dank der umfangreichen Möglichkeiten hat sich das Ultraschall-Durchflussmessgerät UFM 3030 als universell einsetzbar für ein breites Spektrum von Applikationen erwiesen. Durch die robuste Konstruktion des Messwertaufnehmers bewältigt das Gerät die bei industriellen Prozessen üblichen extremen Temperatur- und Druckbereiche. Das UFM 3030 bietet sämtliche Vorteile der Inline-Ultraschall-Durchflussmessgeräte mit Laufzeitmessung.
Die Ultraschall-Durchflussmessung ist unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit, der Viskosität, der Temperatur, der Dichte und vom Druck. Ein weiterer Vorteil des 3-Strahl-Ultraschall-Durchflussmessgeräts ist der große Nennweitenbereich (1” bis 120”) und das hohe Turndown-Verhältnis. Das UFM 3030 beginnt bereits bei Durchfluss Null zu messen. Das Gerät ist zudem leicht, kompakt und einfach zu installieren. Zusätzliche Maßnahmen wie Filter, Flussregler, Halterungen, Erdung oder Vibrationsisolierung sind nicht erforderlich. Es ist wartungsfrei und kann auch an schwer zugänglichen Stellen installiert werden. Der freie Rohrquerschnitt mit glatter Oberfläche verhindert Ablagerungen. Eine besondere Eigenschaft des UFM 3030 besteht darin, dass es einen Gesamtüberblick über den Durchfluss erlaubt: Das Gerät misst nicht nur den Durchfluss, sondern stellt auch interne Diagnosefunktionen und zusätzliche Prozessinformationen bereit. Die Messung der Signalstärke gibt Auskunft über die Dämpfung, was z. B. auf höhere Viskositäten, Einschlüsse von Luft, Gas oder Wachs hinweisen könnte. Die digitale Signalverarbeitung dient auch der internen Diagnose, da kontinuierlich Zuverlässigkeitskontrollen der Messungen durchgeführt werden und die Zeitmessung kalibriert wird. Die drei Messstrahlen sorgen ferner für Redundanz. Sollte eine Messleitung ausfallen, wird die Durchflussmessung fortgesetzt und entsprechend kompensiert. Das UFM 3030 zeichnet sich nicht nur durch einen günstigen Einkaufspreis aus, sondern kann auch zur Reduzierung der Betriebs- und Wartungskosten beitragen.
Als Alternative zu den Inline-Geräten bieten sich Clamp-on-Ausführungen wie das Optisonic 6300 an. Die Geräte sind flexibel und kostengünstig einsetzbar; allerdings hängen Präzision und Zuverlässigkeit auch von der genauen Eingabe der Rohr- und Flüssigkeitsparameter sowie von der Stabilität und Robustheit des mechanischen Aufbaus ab. Beim Optisonic 6300 ermöglicht fortschrittliche Signalverarbeitungstechnik die automatische Kompensation von Messunsicherheiten bei den Rohr- und Flüssigkeitseigenschaften, auch wenn sich diese im Laufe der Zeit ändern. Daher ist eine genaue Eingabe durch den Anwender nicht mehr unbedingt ausschlaggebend. Messwertaufnehmer und Anschlusskabel sind besonders stabil ausgelegt. Dies sichert Langzeitstabilität und hohe Reproduzierbarkeit.
Die Ultraschall-Durchflussmessgeräte Altosonic III und V eignen sich für die Messung von Kohlenwasserstoffen. Die Geräte erfüllen die Genauigkeitsanforderungen im eichpflichtigen Verkehr und runden somit das Krohne-Programm ab.
cav 449
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