| von Jörg Holtmann, PR Manager,

  • Für Gas- und Dampfmessungen eignen sich je nach Applikationsbedingungen Ultraschall-, Schwebekörper-, Wirbelstrom- oder Coriolis-Masse-Durchflussmessgeräte.
  • Eine genaue Messung des Mediendurchflusses kann bares Geld sparen. Wesentlich dafür ist die Wahl des bestgeeigneten Messverfahrens.
  • Ein Kraftwerk, das pro Jahr 680 Mio. Kubikmeter Gas bezieht, kann beispielsweise bei einer um 50% verbesserten Messunsicherheit bis zu 1 Mio. Euro sparen.

Um mögliche Energieverluste zu erkennen, geht es bei der Messung der Energieträger Gas und Dampf nicht nur um die reine Durchflussmessung, sondern auch um Parameter wie Temperatur oder Druck. Es gilt, bei der Wahl des Messgeräts neben Prozessbedingungen, wie zum Beispiel Art des Mediums, Druck, Temperatur Strömungsgeschwindigkeit, auch Kriterien wie Kosten, Genauigkeit, Abrechnungspflichtigkeit (custody transfer) oder Reproduzierbarkeit der Messung zu berücksichtigen. Außerdem können Messgeräte Druckverluste verursachen oder Messungenauigkeiten die Effizienz einer Anlage erheblich senken. Die richtige Wahl der Messmethode kann daher dem Betreiber einiges Geld sparen.

Genauer abrechnen und sparen mit Ultraschall-Durchflussmessgeräten

Ein Kraftwerk bezieht über eine Gaspipeline mit einem Durchmesser DN200 pro Jahr 680 Mio. Kubikmeter Erdgas. Bei einem Preis von 0,30€/m³ stellt der Lieferant dafür rund 204 Mio. Euro in Rechnung. Eine genaue Messung des Gases kann sich daher lohnen.

Für Durchflussmessung bei hohen Durchflussraten eignet sich der Altosonic V12. Die Genauigkeit des Geräts reicht bis hin zu eichpflichtigen Messung von Erdgas. Das Ultraschall-Durchflussmessgerät weist durch seine kompensierenden Funktionen eine um etwa 50% geringere Unsicherheit im Vergleich zu bestehenden Lösungen auf. Das Kraftwerk könnte durch den Einsatz des Messgeräts die Abrechnung genauer kontrollieren. Das könnte im besten Fall eine Einsparung von über 1Mio. Euro pro Jahr bedeuten. Eine Summe, bei der die Anschaffungskosten vernachlässigbar klein sind und sich das Gerät in kurzer Zeit amortisiert.

Ultraschallmessung unabhängig vom Strömungsprofil

Für die Gasmessung bei größeren Nennweiten sind Ultraschall-Durchflussmessgeräte eine robuste und unkomplizierte Messlösung. Die Geräte zeichnen sich durch eine bidirektionale Messung mit hoher Genauigkeit und Langzeitstabilität aus und können über einen hohen Druck- und Temperaturbereich eingesetzt werden. Sie messen Industriegase unabhängig von Temperatur, Dichte und Druck und sind für Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen geeignet. Anders als Turbinenradzähler besitzen sie keine beweglichen Teile oder Einbauten im Rohr, die einen Druckverlust verursachen können oder wartungsanfällig sind. Aufgrund des freien Rohrquerschnitts mit glatter Oberfläche sind Ablagerungen ausgeschlossen. Die Betriebs- und Wartungskosten sind daher minimal.

Bei der Entwicklung des Gerätes stand die Eliminierung von zwei typischen Anwenderprobleme im Vordergrund: Während auf dem Hochdruckprüfstand unter idealen und reproduzierbaren Bedingungen kalibriert wird, finden sich in der Messstation beim Anwender Sammler, Filter oder Rohrbögen im Einlauf des Ultraschallzählers, die die Messung beeinflussen können. Daher muss zu der erhaltenen Kalibrierkurve eine Unsicherheit von ± 0,5% addiert werden. Um diese Unsicherheit zu halbieren, verfügt der Altosonic V12 über zwölf Ultraschall-Messpfade, von denen zwei vertikal angeordnet und ausschließlich für Diagnosefunktionen reserviert sind. Die übrigen zehn Messpfade verlaufen horizontal und sind in fünf parallelen Ebenen so angeordnet, dass sie den Durchfluss unabhängig vom Strömungsprofil messen. Das Gerät entspricht den ISO 17089- oder AGA9-Richtlinien und kommt mit einer Einlauflänge von nur 5D ohne Strömungsgleichrichter aus. Die Genauigkeitsklasse 0,5 entsprechend OIML R137 konnten bisher nur Turbinenradzählern bieten.
Das zweite Problem ist die mögliche Verschmutzung des Zählers während des Betriebes. Um schon bei wesentlich kleineren Abweichungen als 0,5% einen Alarm auszulösen, verfügt das Messgerät über einem Diagnosepfad. Er ist in der Lage, Ablagerungen im Gerät oder Änderungen der Wandrauhigkeit zu erfassen.

Schwebekörper-Durchflussmessung – geringere Genauigkeit kostet weniger

Eine Durchflussmessung, bei der es weniger auf Genauigkeit und dafür mehr auf niedrige Investitions- und Folgekosten ankommt, lässt sich mit Schwebekörper-Messgeräten realisieren. Sie bieten eine hohe Betriebssicherheit, eine gute Reproduzierbarkeit und arbeiten auch ohne elektrische Hilfsenergie.

Die Schwebekörper-Durchflussmessgeräte werden je nach Einsatzfeld mit Glas- oder Metallkonen ausgerüstet. Ihr Einsatzfeld reicht von der Kleinstmengenmessung mit Dosiervorrichtung bis hin zur Prozessüberwachung von DN100-Rohrleitungen. Sie eignen sich vor allem für die Messung von trockenen Gasen und Dämpfen. Standardgeräte wie das Krohne H250 sind vielseitig für die Gasmessung einsetzbar und sind in Ganzmetallausführung beständig gegen hohen Druck, hohe Temperatur und aggressive Medien. Für die Prozessanalyse sind sie zusätzlich in einer Hochtemperaturversion für Messstoff- und Umgebungstemperaturen bis 200°C erhältlich. Schwebekörper-Messgeräte mit Glasmesskonus lassen den Durchfluss erkennen, was beispielsweise bei Verschmutzungsgefahr wichtig ist.

Genaues Messen bei schwankenden Stoffströmen

Überhitzter Dampf/Heißdampf oder Sattdampf, der in der Anlage als Prozessdampf dient, wird entweder vor Ort im Industriepark erzeugt oder – in der Mehrzahl der Fälle – über eine Fernleitung von einem externen Kraftwerk bezogen. Die exakte Erfassung dieses Energieträgers ist ein weiterer Schritt beim Energiesparen. Für Sattdämpfe und Feuchtgase (zum Beispiel die komprimiert feuchten Gase Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid), bei denen die in der Leitung auftretende Kondensierung die Messung stört, eignen sich die Vortex-Durchflussmessgeräte. Sie ermitteln den Betriebs-, Normvolumen- und Massedurchfluss von gasförmigen Medien und sind häufig als Ersatz für Blendenmessgeräte installiert, denen sie im Hinblick auf Genauigkeit und Druckverlust überlegen sind. Der Optiswirl 4070C ist das erste Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät mit integrierter Druck- und Temperaturkompensation, die insbesondere bei schwankenden Stoffströmen von Bedeutung ist. Die Geräte messen in erster Linie den Volumenstrom, können allerdings bei der Eingabe von Dichte auch Massenströme oder Normvolumenströme anzeigen. Das Problem hierbei ist, dass bei dieser Berechnung von konstanten Druck- und Temperaturverhältnissen ausgegangen wird. Doch diese Einschätzung ist falsch: In den meisten Prozessen schwanken Druck und Temperatur. Das kann zu erheblichen Messfehlern führen: Bei überhitztem Dampf mit 190°C und 5 bar Druck führt eine Druckänderung von nur einem bar zu einem Messfehler von 17,43%. Bei einer Nennweite DN100 und Energiekosten von 60Euro pro 1MWh führt dieser Fehler zu einem Jahresverlust von über 200000Euro. Aus diesem Grund wurden beim Optiswirl 4070C Druck- und Temperaturmessung und der Korrekturrechner bereits integriert und als Komponenten aufeinander abgestimmt. Kosten für zusätzliche Druck- und Temperatursensoren und deren Installation entfallen. Alle Messwerte werden an demselben Punkt im Messgerät erfasst, so dass keine zusätzlichen Abweichungen entstehen.

Gas und Dampf ganz genau messen

Wenn bei der Messung von Gas und Dampf eine hohe Genauigkeit gefragt ist, kommen nur Coriolis-Masse-Durchflussmessgeräte in Frage. Die Messung des Gewichtes ist die genaueste Methode der Durchflussmessung. Weltweit setzen daher viele Gastankstellen für Kraftfahrzeuge auf Masse-Durchflussmessgeräte. Ein Coriolis-Gerät kann fünf Messgrößen erfassen: Masse-Durchfluss, Dichte, Volumen-Durchfluss, Volumen und Konzentration. Dabei werden die drei ersten Messgrößen direkt erfasst. Der Volumendurchfluss wird aus Massedurchfluss und Dichte berechnet. Aus den Messgrößen Dichte und Temperatur kann die Konzentration von 2-Phasen- oder 2-Komponentengemischen berechnet werden. Ebenso wie Schwebekörpermessgeräte eignen sich Massegeräte für kleine Durchflussraten von unter 20l/min.

Ein Problem bei Masse-Durchflussmessgeräten ist ihre Reinigung: Viele Geräte besitzen ein (Doppel-)U-Rohr als Messrohr, das wegen seiner Form schwierig zu reinigen ist. Gerade bei anhaftenden Medien macht es daher Sinn, ein Geradrohr-Messgerät wie den Optimass 7300 C einzusetzen, das zum Beispiel mit einem Molch gereinigt werden kann. Das Coriolis-Masse-Durchflussmessgerät ist für besondere Anforderungen der chemischen Industrie auch mit einem Messrohr aus Tantal verfügbar.
Die Beispiele zeigen, wie eine Instrumentierung in Gas- und Dampfapplikationen aussehen kann. Da sich die Einsatzgebiete der verschiedenen Messprinzipien jedoch überschneiden, können bei der Auswahl auch nicht prozessbedingte Faktoren wie Kosten in den Vordergrund rücken. Selbst wenn derzeit alle Kosten auf dem Prüfstand stehen – die vorgestellten Beispielrechnungen bestätigen das Ergebnis einer aktuellen Untersuchung von 100 Projekten zur Verbesserung der Energieeffizienz: Sie hat gezeigt, das sich diese Maßnahmen im Durchschnitt nach einem Jahr bezahlt machen.

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