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Currenta misst Kältegas mit Clamp-on-Durchflussmessern

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16.02.2017 Die Durchflussmessung von Gasen gelingt auch mit Clamp-on-Durchflussmessern. Da diese von außen auf existierende Rohre aufgeschnallt werden, kann die Messung ohne Eingriff in die Rohrleitung erfolgen. Der Standortbetreiber Currenta misst damit in einer Kälteanlage Ammoniak-Gas.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Clamp-on-Durchflussmessgeräte auf Basis von Ultraschall-Signalen werden zur eingriffsfreien Messung eingesetzt und dazu auf bestehende Rohrleitungen geschnallt.
  • Zur Durchflussmessung von Flüssigkeiten hat sich die eingriffsfreie Messtechnik als ein Standardverfahren etabliert. Nun werden auch mehr und mehr Gasanwendungen mit Clamp-on-Ultraschalltechnik instrumentiert.
  • Der Standortbetreiber Currenta nutzt die Technik, um in der Kältezentrale im Chempark Dormagen den Durchfluss in einer Ammoniakgas-Leitung zu messen.

Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesser werden immer genauer und aufgrund ihrer eingriffsfreien Montage nicht nur für temporäre Messungen geschätzt. Hier im Einsatz bei Covestro, wo Ammoniakgas gemessen wird. Bild: Flexim

Messstelle mit den in Variofix-Schienen angebrachten Clamp-on-Ultraschallsensoren und dem Messumformer Fluxus G704 (im Hintergrund). Bild: Flexim

Flexim Markus Schaumburg links und Christoph Skalnik Currenta - Bild Flexim

Markus Schaumburg (links) und Christoph Skalnik, Currenta,
„Mit den Ultraschallmessungen von Flexim haben wir ein Messsystem für die Durchflussmessung von NH3-Gas gefunden,
das bei guter Messgenauigkeit und hoher Zuverlässigkeit nur einen geringen
Wartungs- bzw. Instandhaltungsaufwand mit sich bringt.“ Bild: Flexim

Der Chempark bietet den angesiedelten Unternehmen mannigfaltige Vorteile, vor allem die Konzentration auf ihr Kerngeschäft: Produktion, Forschung und Entwicklung. Die Energie in Form von Strom, Erdgas, Dampf, Druckluft, Kälte und technischen Gasen stellt beispielsweise der Standortbetreiber Currenta bereit. Der Kältebedarf in der chemischen Produktion ist oft erheblich: Sei es, um die Abwärme exothermer Reaktionen abzuführen oder um in Destillationsanlagen Gase zu verflüssigen. Aber auch, um eine stabile niedrige Temperatur in Logistikbereichen oder Rechenzentren sicherzustellen, ist der Anschluss an das zentrale Versorgungsnetz rentabel. Die Kälteversorgung erfolgt am Chempark-Standort Dormagen durch einen geschlossenen Kreislauf mit dem Kältemittel Ammoniak (NH3). Kältekompressor und -verdampfer sind dabei räumlich getrennt: Currenta stellt über Rohrleitung flüssiges Ammoniak bereit, das in der jeweiligen Kundenanlage verdampft wird. Das Ammoniakgas wird in der Kältezentrale verdichtet und verflüssigt. Dabei wird die bei der Verdampfung aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeführt.

Probleme mit Blendenmessungen

Um den gestiegenen Kältebedarf am Standort Dormagen decken zu können, wurden bei der Kälteversorgung Kapazitätserweiterungen erforderlich. Der Neubau der Kältezentrale ist mit Blick in die Zukunft konzipiert. Ihr Herzstück sind drei Verdichteraggregate. Bei künftig weiter steigendem Bedarf ist die Anlage problemlos um zwei zusätzliche Module erweiterbar. Für die Mengenregelung an den drei Schraubenverdichtern muss der Durchfluss des warmen Ammoniakgases gemessen werden. Die PLT-Techniker suchten dabei gezielt nach einer messtechnischen Lösung, die den ununterbrochenen Betrieb der Versorgungsanlage möglichst wenig beeinträchtigt. Insbesondere Messblenden hatten sich als störanfällig erwiesen, da ihre dünnen Differenzdruckaufnehmer oft durch im Gasstrom mitgeführte Öltröpfchen verstopft wurden. Wartungsarbeiten, bei denen die Rohrleitung geöffnet werden muss, sind wegen der Toxizität des Ammoniaks äußerst aufwendig und erfordern mindestens einen Tag Vorarbeit zum Leersaugen der Leitung. Während der Wartungsarbeiten steht der entsprechende Kompressor nicht zur Verfügung. Solche Stillstände wollten die Anlagenbetreiber natürlich vermeiden.

Neues Anwendungsfeld für die bewährte Ultraschalltechnik

Die eingriffsfreie Durchflussmessung mit dem Messsystem Fluxus erweist sich auch in diesem Fall als ideale Lösung. Seit langem arbeiten die PLT-Techniker von Currenta mit den Clamp-on-Ultraschallsystemen von Flexim. Vor dem Kälteprojekt verwendeten sie diese jedoch nur zur eingriffsfreien Durchflussmessung von Flüssigkeiten. So messen die Ultraschallsysteme Fluxus F unter anderem am Wasserkühlturm den Durchfluss von Kühlwasser. Aufgrund der positiven Erfahrungen wandten sie sich an den Hersteller mit der Frage, ob nicht auch der Durchfluss des warmen Ammoniakgases im Zulauf zu den Verdunstungsverflüssigern eingriffsfrei mit Clamp-On-Ultraschalltechnik realisiert werden könne.

Ein klares „Ja“: Der Hersteller hatte zuvor bei der Übertragung der Ultraschalltechnik auf die eingriffsfreie Durchflussmessung von Gasen Pionierarbeit geleistet. Grundsätzlich funktioniert die eingriffsfreie Durchflussmessung von Gasen mit den Clamp-on-Ultraschallsystemen Fluxus G nicht anders als die von Flüssigkeiten, nämlich nach dem Laufzeitdifferenzverfahren: Wird ein Ultraschallsignal schräg durch ein in einem Rohr strömendes Medium gesendet, durchläuft es den Weg in Strömungsrichtung schneller als gegen die Strömung. Bei den Ultraschallsystemen geschieht dies bis zu 1.000-mal in der Sekunde. Der Messumformer misst sehr genau die Differenz der Signallaufzeiten in und gegen die Strömungsrichtung. Diese ist ein Maß für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Rohr. Aus dieser errechnet der Messumformer unter Verwendung der als Messstellenparameter eingegebenen Daten für die Rohrgeometrie sowie der in der internen Datenbank hinterlegten Mediendaten den Volumendurchfluss. Eine besondere Herausforderung liegt bei der eingriffsfreien Gasdurchflussmessung in der schwierigen Einbringung des Ultraschallsignals in das im Rohr strömende Gas, insbesondere bei niedrigem Druck. Anders als die Flüssigkeitsdurchflussmesser, die meist mit Scherwellen arbeiten, verwendet man zur Durchflussmessung von Gasen meist Schallwandler, die sogenannte Lamb-Wellen anregen. Diese nutzen die Resonanz der Rohrwand und erzielen so ein hohes Nutzsignal.

Die an den drei neuen Verdichtern installierten stationären Ultraschallsysteme Fluxus G704 bestätigen die langjährige positive Vorerfahrung mit den Durchflussmessern des Herstellers. Weil die Clamp-on-Ultraschallsensoren einfach außen auf dem Rohr aufgespannt werden, sind sie keinem Verschleiß durch das innen fließende Medium ausgesetzt und erfordern niemals ein Öffnen der Ammoniakleitung. Seit ihrer Installation messen sie zuverlässig und störungsfrei.

Zum Clamp-on-Gerät: Gase im Ex-Bereich mit portablem Gerät messen

Portable Durchflussmesssysteme werden in der Chemie nicht nur für temporäre Messungen eingesetzt, sondern eignen sich aufgrund ihrer eingriffsfreien Installation auch für kontinuierliche Messaufgaben. Ein häufiger Irrtum ist, dass Clamp-on-Messtechnik nur in Flüssigkeiten und auch nicht im Ex-Bereich eingesetzt werden kann. Die portablen Geräte von Flexim können dagegen auch Gase messen und außerdem im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden. Die jüngsten Baureihen Fluxus F/G70X und F/G80X gibt es sowohl mit Atex- und IECEx-Zertifikat und zudem auch in einer Ausführung für SIL2-Anwendungen.

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Heftausgabe: Januar/Februar 2017
Jörg Sacher, Flexim

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Jörg Sacher, Flexim
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