Keine Elefantenmücke

Kontinuierliche Masse-Durchflussmessung trotz Gasblasen im Prozess

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03.11.2016 Wird das Gasblasenproblem bei Coriolisgeräten von den Herstellern aufgebauscht? „Nein“, sagt der Durchflussspezialist Frank Grunert. Denn den meisten Anwendern ist nicht bewusst, dass Gaseinschlüsse eine der häufigsten Ursachen für Probleme bei der Messung sind.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Gaseinschlüsse in Flüssigkeiten dämpfen die regelmäßige Schwingung von Coriolis-Messrohren, und mit steigendem Gasanteil kann die Messung sogar völlig aussetzen.
  • Die Entrained-Gas-Management-Technologie (EGM) sorgt dafür, dass selbst bei hohen Gasanteilen eine kontinuierliche und wiederholbare Massedurchfluss- oder Dichtemessung möglich ist.
  • Ein PU-Schaum-Hersteller konnte dadurch bisher regelmäßig auftretende Prozessunterbrechungen vermeiden.

Bislang stellen Gasblasen in flüssigen Medien eine enorme Herausforderung für Coriolis Masse-Durchflussmessgeräte dar: Gaseinschlüsse in der Flüssigkeit dämpfen die regelmäßige Schwingung der Messrohre und mit steigendem Gasanteil kann diese sogar völlig aussetzen. Mit Entrained Gas Management (EGM) hat Krohne eine Technologie in seine Coriolis-Geräte integriert, die selbst bei hohen Gasanteilen eine kontinuierliche und wiederholbare Massedurchfluss- oder Dichtemessung in Zweiphasenströmungen mit Flüssig-/Gasphase gewährleistet. Seit der Einführung 2012 haben sich Optimass Durchflussmessgeräte mit EGM in verschiedenen Anwendungen in der Chemie bewährt. Einsatzbeispiele sind:

  • Abfüllung/Verladung/Leer-Voll-Leer-Anwendungen
  • Flüssigkeitsentnahme aus Rührtanks
  • Leerdrücken von Behältern
  • Verarbeitung von Wasserstoffperoxid
  • viskose Monomere/Polymere
  • hoch konzentrierte Stoffe wie rauchende HCl oder HNO3
  • Polyurethanschaum

Die Grundlage für EGM bilden leistungsstarke Regelalgorithmen: Sie ermöglichen es dem Gerät, die Messrohr-Schwingung aufrechtzuerhalten und die Messung auch unter komplexen Durchflussbedingungen fortzusetzen. Dies ist sogar bei einem vollständigen Übergang von der reinen Flüssigphase zur Gasphase und umgekehrt möglich, d. h. von 0 bis 100 % Gasanteil. Massedurchfluss- und Dichtemessungen bleiben stabil, kontinuierlich und wiederholbar. „Nicht zuletzt sorgt unsere jahrelange Applikationserfahrung dafür, die typischen Eigenarten in Prozessen problemlos zu meistern und mit unseren Optimass-Geräten effektiv zu lösen“, erläutert Frank Grunert, Produktmanager Coriolis-Masse-Durchflussmessgeräte bei Krohne. Für den Anwender bedeutet EGM einen unterbrechungsfreien Messbetrieb seines Coriolis-Gerätes und damit auch einen unterbrechungsfreien Betrieb des Anlagenteils, wenn er an das Durchflusssignal gekoppelt ist: „Gasblasen können eine Messung erheblich stören, zum Ausfall der Messgeräte oder schlimmstenfalls zum Anlagenstillstand führen, weil das Durchfluss-Messsignal zur Prozesssteuerung fehlt. Gerade beim Anfahren ist es äußerst hinderlich, wenn die Anlage nach wenigen Sekunden wieder stillsteht, weil das Messgerät ausgestiegen ist“, fasst Grunert zusammen.

Gasblasen bleiben häufig unentdeckt

Obwohl einigen Kunden diese Problematik nicht un­bekannt ist – das Phänomen wurde  z. B. von James R. Reizner (Procter & Gamble) in einem Vortrag über Gasblaseneffekte schon vor mehr als zehn Jahren diskutiert – müssen sich Messtechnikhersteller oft gegen den Vorwurf verteidigen, aus dem Phänomen Gaseinschlüsse ein größeres Problem zu machen, als es eigentlich ist. Zumal solche Gasanteile – so die Kritik – in wesentlich weniger Prozessen auftreten, als von Geräteanbietern behauptet. „Gasblasen in Prozessen sind eine der häufigsten Ursachen, warum Anlagenbetreiber Servicemitarbeiter rufen, um ein vermeintlich fehlerhaftes Gerät zu überprüfen“, schildert Grunert. „Die Verwunderung ist meist groß, wenn der Anwender feststellt, dass das Gerät gemäß Spezifikation misst und sich über die gespeicherten Dichteänderungsverläufe Rückschlüsse auf unerwartete Gasanteile ziehen lassen.“

Detektion von Gaseintrag ermöglicht Prozessoptimierung

Insbesondere in sensiblen Dosierprozessen bereiten Gasblasen den Anwendern Ärger und Kopfschmerzen. Zu den Ursachen der Gasblasenbildung zählen beispielsweise die Eintragung durch ausgasende Stoffe, Lecks vor oder in einem Pumpenansaugbereich, übermäßige Kavitation, unterschrittene minimale Füllstände in Vorlagebehältern sowie Rührwerke in Tanks oder lange Fallwege von Medien in Tanks. Sie können aber auch als Zustandsübergänge in der Prozesssteuerung auftreten, z. B. beim An- und Abfahren oder Reinigen der Anlage. In diesem Zusammenhang ist für den Betreiber auch die Dauer der Zweiphasenströmung interessant. Handelt es sich um eine Kurzzeit-Störung oder einen dauerhaften Prozesszustand?

Werden unerwünschte Gaseinträge erst einmal erkannt, kann darauf aufbauend eine Prozessoptimierung stattfinden. In Verbindung mit der Statusanzeige oder dem konfigurierbarem 2-Phasen-Durchfluss-Alarm für den Anwender kann EGM auch genutzt werden, um Prozesse durch die Erkennung transienter Gaseinschlüsse zu verbessern. So geschehen bei einer Produktionsanlage für PU-Schaum in Südeuropa. Für dessen Herstellung werden Polyol und Isocyanate über Masse-Durchflussmessgeräte dosiert und gemischt. Beide Stoffe enthalten nach Angaben des Produzenten ca. 5 % Lufteinschlüsse, die in vorgelagerten Prozessstufen (z. B. durch ein Rührwerk) eingetragen werden. Dies brachte die eingesetzten Coriolis-Geräte eines Marktbegleiters regelmäßig aus der Resonanz und in den Anlauf. Jedes Mal stoppte hierbei der Prozess, was wiederum eine Säuberung der Leitungen nach sich zog. Mit dem Ziel, diese Stillstände zu verhindern, wurde testweise ein Optimass 6400 mit EGM in der Polyol-Leitung installiert. Im Vergleichsbetrieb zu dem Bestandsgerät in der Isocyanate-Leitung wurde über mehrere Monate keine Prozessunterbrechung aus der Polyol-Leitung ausgelöst. Der Betreiber entschied sich in der Folge, beide Leitungen mit den Geräten auszurüsten.

Fazit: Gaseinträge in Flüssigkeiten haben Auswirkungen auf die Masse-Durchflussmessung mittels Coriolis-Geräten. Die Entrained-Gas-Management-Technologie (EGM) löst dieses Problem: Integriert in die Optimass-Geräte, hält sie bei Werten zwischen 0 und 100 % Gas- bzw. Luftanteil in der Leitung kontinuierlich die Masse- und Dichtemessung aufrecht und liefert jederzeit Messwerte. Gleichzeitig können der 2-Phasen-Status gemeldet und ein vorkonfigurierter Alarm gemäß Namur NE107 mit konkreten Handlungsanweisungen ausgegeben werden. Damit bietet Krohne als erster Anbieter eine Lösung für dieses spezielle Anwenderproblem und eine zuverlässige Indikation, um Prozesse sicherer zu machen.

Zur Technik: Coriolis mit Entrained Gas Management

Die ganze Produktfamilie der Optimass-Coriolisgeräte ist mit der Funktion Entrained Gas Management (EGM) ausgestattet. Dies bedeutet, dass es bis zu einem Gasanteil von 100 % im zu messenden Medium zu keinem Verlust des Messsignals kommt. Die Geräte werden in verschiedenen Rohrgeometrien angeboten: Einzelgeradrohr, Doppelgeradrohr oder Doppel-V-Rohr, für Flüssigkeiten und Gase. Weitere Merkmale sind die hohe funktionale Sicherheit mit SIL2/3-Optionen, ein großer Temperaturbereich (-200 bis 400 °C) sowie erweiterte Geräte- und Prozessdiagnosefunktionen entsprechend Namur NE 107. Die Geräte sind in Namur-Einbaulängen verfügbar, und es gibt sie mit Zulassungen für den eichpflichtigen Verkehr von Flüssigkeiten und Gasen.

Know-how: eLearning-Kurs zum Thema

Interessierte können die Technologie und Anwendungen in dem Kurs „Entrained Gas Management in Coriolis Masse-Durchflussmessgeräten“ kennenlernen, bereitgestellt auf der kostenlosen eLearning-Plattform Krohne Academy online. Der Kurs umfasst ein Lernmodul mit entsprechendem Test, der den Teilnehmern die Überprüfung ihres Wissensstandes ermöglicht, und ist in Englisch und Deutsch verfügbar. Link zur Plattform: https://academy-online.krohne.com

SPS IPC Drives Halle 4A – 441

Infos zum Entrained Gas Management auf dem Portal des Herstellers

Heftausgabe: November 2016
Jörg Holtmann ist PR-Manager bei Krohne

Über den Autor

Jörg Holtmann ist PR-Manager bei Krohne
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