Ein Regelventil als Wirkdruck-Durchflussmengenmesser zu verwenden, konnte mit der Entwicklung des digitalen Ventilstellungsreglers Nelflow realisiert werden. Der kombinierte Regelventil-Durchflussmesser erlaubt auch bei problematischen Strömungsmedien reproduzierbare Durchflussmessungen.
Ismo Niemelä
Viele industrielle Verfahren erfordern den Umgang mit problematischen Strömungsmedien, wie z. B. Fasersuspensionen, Ausschussströme, Chemikalien, Pigmentschlämme, Anstrichfarben, Abwässer, Kondensate, Dampf und Gase sowie nichtmagnetische Flüssigkeiten. Wegen schlechter Reproduzierbarkeit oder vorzeitigem Ausfall des Messgeräts als Folge der Unbeständigkeit bzw. Aggressivität der Medien ist es oft nicht möglich, die Durchflussmengen solcher Fluide mit herkömmlichen Mitteln (z. B. magnetisch induktiven Messgeräten oder Drosselblenden) zu messen. In anderen Fällen, wie z. B. in Rohrleitungen größeren Durchmessers, ist es weder praktisch noch kostenmäßig sinnvoll, Durchflussmengen mit derartigen Geräten zu messen.
Die Möglichkeit, ein Regelventil als Wirkdruck-Durchflussmengenmesser zu verwenden, ist seit langem theoretisch unumstritten. Der Industrie fehlte es jedoch an einem geeigneten preisgünstigen elektronischen Messgerät sowie an Messalgorithmen zur Echtzeiterfassung von Messwerten und deren Umrechnung in reproduzierbare Durchflussmessungen im gesamten Bereich der Regelventilbaugrößen, -bauarten und -anordnungen.
Die Lösung brachte die Entwicklung des digitalen Ventilstellungsreglers Nelflow, der bei Einsatz mit den Regelventilen dieses Anbieters eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und Stellgenauigkeit bietet. Nelflow ermöglicht den Einsatz von Drehstellarmaturen und Kugelhähnen sowohl als Stellglied wie auch als Durchflussmengenmesser.
Das Nelflow-System
Die Umwandlung eines Regelventils in ein durchflussmengenmessendes Regelventilsystem vom Typ Nelflow erfordert
• den Einbau von Druckmesswandlern bzw. Flanschen mit Druckmesswandlern in die Rohrleitung vor und hinter der Armatur
• sowie die Montage eines Nelflow-Gerätes an das Regelventil anstelle des bisherigen Stellungsreglers. Die Anschaffungs- und Betriebskosten für einen kombinierten Regelventil-Durchflussmengenmesser Nelflow fallen erheblich geringer aus als die für ein Regelventil und einen Durchflussmengenmesser. Darüber hinaus bieten Nelflow-Geräte spezielle Vorteile im Betriebsverhalten, insbesondere bei problematischen Medien oder Rohrleitungen größeren Durchmessers.
Arbeitsweise
Die Hauptbestandteile des Nelflow-Systems sind ein Regelventil, Druckmesswandler und ein Nelflow-Ventilstellungsregler, der mittels des unter Windows laufenden Programms Valve Manager und dem Kommunikationsprotokoll Hart konfiguriert wird. Das Nelflow-Gerät berechnet aus der Druckdifferenz, der Ventilstellung (entsprechend dem vom Ventilstellungsregler zurückgelegten Weg) und dem Durchflusskoeffizienten (Cv-Wert) des Ventils den Volumenstrom des Mediums durch das Ventil.
Ein Stellungssensor im Ventilstellungsregler misst den vom Ventil zurückgelegten Weg. Die der Ventilöffnung entsprechenden Cv-Werte sind auf der Durchflussmeßwandler-Leiterplatte gespeichert; auch bei einem Netzausfall gehen keine Informationen verloren. Der berechnete Volumenstrom wird wie bei jedem anderen Durchflussmengenmesser als 4…10-mA-Ausgangssignal übertragen.
Die Druckdifferenz wird mittels der in unmittelbarer Nähe der Armatur angebrachten Druckmesswandlerflansche oder über Drucksensoren in der Rohrleitung gemessen. Können einer oder beide Drücke als konstant angenommen werden, wird im Programm Valve Manager ein konstanter Wert konfiguriert. In diesem Fall lässt sich der Volumenstrom ohne Druckmessung berechnen. Fabrikat oder Bauart der Drucksensoren sind unerheblich, solange das Ausgangssignal 4 bis 20 mA beträgt und einigermaßen genau ist.
Die Volumenströme werden mittels Standardgleichungen für die Dimensionierung von Armaturen berechnet (IEC 60534-2-3). Die Anordnung der Sensoren kann im Gerät konfiguriert werden. Die Reproduzierbarkeit der Volumenstrommessungen wird durch außerordentlich genaue Cv-Werte und durch effiziente Stellungsregler-Firmware gewährleistet, die es ermöglicht, Berechnungen häufig durchzuführen. Eine Eichung ist notwendig, um höchste Genauigkeit zu erzielen.
E cav 205
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