August 2016

Bild: Volodymyr Khotenko und Rahmcreativ – Fotolia

| von Kai Grabenauer, Produkt Manager, CoE Europe Electrical Temperature Measurement
  • Die aktuelle Version des ASME-Standards PTC 19.3 TW-2016 berücksichtigt mögliche In-Line-Resonanz bei Schwingungen von Schutzrohren für Thermometer in Prozessleitungen.
  • Anforderungen beim Überfahren der In-Line-Resonanz beschreibt die revidierte Fassung des Standards präziser als zuvor.
  • Die Einbaulänge des Schutzrohres, dessen Ausrichtung zur Flussrichtung sowie Durchmesser an Wurzel und Spitze sind entscheidende Parameter.

3. Anforderungen an die minimale Bodenstärke des Tauchschafts
Die Bodenstärke des Tauchschafts (t) innerhalb der gemäß ASME PTC 19.3 TW-2016 gültigen Grenzen misst mindestens 3,0 mm (Kapitel 4.1). Enorm relevant ist diese Änderung vor allem für die Optimierung des Schutzrohres im Falle einer nicht bestandenen Berechnung. In der Vorversion TW-2010 galt die Anforderung, dass die Bodenstärke mindestens der minimalen Wandstärke des Schutzrohres an der Spitze entsprechen muss, was in der täglichen Anwendung problematisch war.
Um dies zu verstehen, muss man sich vor Augen führen, welche Möglichkeiten zum Optimieren des Schutzrohrdesigns überhaupt PTC-19.3-konform sind. Anlagenbetreiber können entweder die Einbaulänge (L) verkürzen oder den Wurzeldurchmesser (A) und den angeströmten Spitzendurchmesser (B) des Tauchschafts verstärken. Diesen Durchmessern und dem daraus resultierenden Konus-Verhältnis B/A setzen die Angaben in ASME PTC 19.3 TW-2016 jedoch Grenzen.
So muss sich zum Beispiel das Konus-Verhältnis B/A zwischen 0,58 (= max. Konus) und 1 (= gerader Tauchschaft) bewegen. Diese Regelungen sind in der Praxis allerdings nicht unproblematisch: So limitiert der Innendurchmesser des Flanschstutzens eine Verstärkung des Wurzeldurchmessers. Eine Vergrößerung des Spitzendurchmessers hingegen wirkt sich negativ auf die Ansprechzeit des Thermometers aus.
Ein Beispiel verdeutlicht die Effektivität von geändertem Wurzel- und Spitzendurchmesser eines geraden Schutzrohrs mit einem Tauchschaft von 16 mm Durchmesser: Ein auf 27 mm vergrößerter Wurzeldurchmesser führt zunächst zu maximalem Konus und verbessert das Verhältnis der Strouhalfrequenz zur Eigenfrequenz (fs/fn) um 51 %, ohne die Ansprechzeit wesentlich zu verschlechtern. Eine im zweiten Schritt durchgeführte Vergrößerung des Spitzendurchmessers auf 27 mm (= gerades Design) optimiert das Frequenzverhältnis um weitere 13 %, verlängert allerdings die Ansprechzeit deutlich. Deren Wert würde sich bei Anwendung des bisherigen Standards weiter verschlechtern, weil dieser eine verstärkte Spitzendicke von 10 mm erfordert. Außerdem wäre die Sensorlänge auf die geänderte Bohrungstiefe anzupassen. Gemäß der aktuellen ASME PTC 19.3 TW-2016 hingegen kann die Spitzendicke unverändert bleiben, solange ihre Stärke mindestens 3 mm beträgt.

4. Weitere Änderungen
Die Revision des Abschnitts TW der PTC 19.3 hat die ASME weiterhin dazu genutzt, durch eine moderne Art der Darstellung die Verständlichkeit und Lesbarkeit des Standards zu vereinfachen sowie Rundungsfehler in den Berechnungsbeispielen zu bereinigen.
Fazit: Der Standard ASME PTC 19.3 TW-2016 bietet Anwendern Verbesserungen in wichtigen Details. Wie beim Schreiben von Computerprogrammen gilt jedoch auch bei der Schutzrohrberechnung immer das Motto „garbage in, garbage out“. Dies bedeutet, dass die Ergebnisse der Festigkeitskalkulation nur so gut sein können wie die Prozessdaten, die ihnen als Eingabeparameter zugrunde liegen. Falls zum Beispiel die Fließgeschwindigkeit des Mediums im Prozess um 20 % schwankt, werden relevante Ergebnisse wie das Frequenzverhältnis die gleiche Schwankungsbreite aufweisen. Das wiederum macht eine seriöse Beurteilung, wie das Schutzrohr auszulegen ist, unmöglich.

Hier finden Sie weitere Fachbeiträge über verschiedene ASME-Standards.

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