Das kann sich messen lassen

CT-Produktfokus Durchflussmessung von Gasen

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06.12.2019 Durchflussmessungen von Gasen sind alles andere als trivial und abhängig von verschiedenen Bedingungen wie Druck, Temperatur oder Ein- und Auslaufstrecken. Passieren bei der Messung Fehler, kann dies schnell teure Auswirkungen haben. Neue Entwicklungen versuchen viele dieser Probleme zu lösen und erweitern den Einsatzbereich der verschiedenen Messprinzipien – und erschließen damit auch neue Anwendungsmöglichkeiten.

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1: Der Wirbelzähler vereint verschiedene Messfunktionen in einem Gerät. Bild: Endress+Hauser

1: Massefluss, Temperatur und Prozessdruck gleichzeitig messen

In der Prozessindustrie sind Druck und Temperatur von Gasen und Dampf oftmals nicht konstant – solche Effekte müssen kompensiert werden. Als multivariabler Wirbelzähler vereint der Prowirl 200 von Endress+Hauser verschiedene Funktionen: gleichzeitiges Messen von Massefluss, Normvolumenfluss, Energiefluss, Temperatur und jetzt auch des Prozessdruckes. Unabhängig davon, welche Prozessbedingungen vorherrschen und wie stark die Prozessgrößen schwanken – das Gerät ermöglicht präzise Messungen und damit ein umfassendes Energiemanagement für Gase und Dampf in Rohrleitungen bis Nennweite DN 300 (12 Zoll). Das mit hohen Kosten verbundene Installieren von vier separaten Messgeräten für Durchfluss, Druck und Temperatur einschließlich Durchflussrechner entfällt damit.

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2: Der Clamp-on-Ultraschalldurchflussmesser misst auch Gase unter Niederdruck. Bild: Katronic

2: Eingriffsfreie Durchflussmessung auch bei Niederdruck

Die nicht invasive Durchflussmessung von Gasen ist aufgrund der hohen Dämpfungseigenschaften gasförmiger Medien schwieriger als bei Flüssigkeiten. Katronic hat nun seine Produktpalette um einen Clamp-on-Ultraschalldurchflussmesser für Gase erweitert. Der Katflow 180 lässt sich dabei auch an Gasleitungen aus Metall installieren, bei denen der Druck weit unter 5 bar liegt. Messungen können sogar unter atmosphärischem Druck durchgeführt werden.

Die Sensorik ermöglicht sowohl Scher- als auch Lamb-Wellenmessungen mit nur wenigen Sensorkombinationen. Um Niederdruck-Anwendungen erfolgreich messen zu können, kommen alternative Lamb-Wellenwandler zum Einsatz. Bei diesem Verfahren werden Ultraschallsignale im Rohr mit der Resonanzfrequenz der Rohrwand und des Rohrmaterials angeregt, wodurch das Rohr selbst sowohl zum Sender als auch zum Empfänger wird. Durch diese Arbeitsweise werden höhere Empfangssignalamplituden erreicht und die Signaldämpfung des Gases wird kompensiert. Die aktive Übertragungsfläche der Rohrwand beträgt ein Vielfaches der Länge des eigentlichen Messwertaufnehmers, was zu einem stärkeren Signalausbreitungsverhalten führt. Dadurch ist der Gasdurchflussmesser in der Lage, sich den Schwankungen in Temperatur, Druck und Gaszusammensetzung während des Betriebs besser anzupassen. Das Messgerät misst dem Durchfluss einer Vielzahl gasförmiger Medien bei Fließgeschwindigkeiten von 0,1 bis 75 m/s. Das Gerät ist für den dauerhaften Einsatz in geschützten und explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 vorgesehen und in zwei widerstandsfähigen Gehäuseausführungen – epoxidbeschichtetem Aluminium oder Edelstahl – verfügbar. Die Standardsensoren decken einen Temperaturbereich von -20 bis 135 °C, die Ex-Sensoren messen zwischen -40 und 80 °C.

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3: Bei diesem Gerät sind vier voneinander unabhängig arbeitende Strömungsfühler im Sensorrohr untergebracht. Bild: Schmidt Technology

3: Für kurze Ein- und Auslaufstrecken

Verwinkelte Rohrsysteme erzeugen Strömungshindernisse und bieten selten ausreichend lange Ein- und Auslaufstrecken zur sauberen Erfassung des Volumenstroms. Eine Lösung für dieses Problem bietet der Inline-Volumenstromsensor von Schmidt mit Multi-Point-Measurement (MPM): Auf zwei parallel verlaufenden Sensorträgern sind vier hochgenaue und voneinander unabhängig arbeitende Strömungsfühler im Sensorrohr untergebracht. Das Temperatursensorelement zur Ermittlung der Mediumstemperatur sitzt auf einer separaten zentral angeordneten Sensorzunge.

Der Sensor mit MPM ermittelt die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und gibt diese als „Normvolumenstrom“ aus. Eine zusätzliche Messung von Druck oder Temperatur des Mediums und damit einhergehende Berechnungen sind damit nicht mehr erforderlich. Der Sensor kommt für unterschiedliche Anwendungen wie Druckluftüberwachung, Gasüberwachung bei Prozessbrennern oder Verbrauchserfassung von Gasen zum Einsatz. Er lässt sich einfach in die vorhandene Druckleitung einschrauben und elektrisch anschließen und verfügt über vier integrierte Duo-LEDs zur Anzeige des Strömungsbereichs sowie zur Darstellung des Betriebszustands des Sensors. Die Messwerte für Volumenstrom und Temperatur stehen parallel über zwei Signalausgänge zur Verfügung. Über einen zweiten Steckverbinder lässt sich Zubehör anschließen.

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4: Die Clamp-on-Ultraschallsysteme können nun auch den Durchfluss von Gasen bis 200 °C messen. Bild: Flexim

4: Für Gase mit höheren Temperaturen

Die Clamp-on-Ultraschallsysteme der Serie Fluxus G von Flexim können nun auch den Durchfluss von Gasen bei Temperaturen bis 200 °C messen. Bisher beschränkte sich der Anwendungsbereich der eingriffsfreien Messtechnik auf maximal 100 °C.

Die Durchflussmesser kommen in der chemischen Industrie vor allem dann zum Einsatz, wenn aufgrund des Medium das Rohr nicht geöffnet werden sollte – etwa bei korrosiven oder aber toxischen Prozessgasen wie Ammoniak. Die Weiterentwicklung macht nun den Einsatz der Gasdurchflussmesser auch in Bereichen möglich, wo hohe Drücke mit hohen Temperaturen einhergehen wie in der Polyethylenproduktion oder in der Stickstoff- und Düngemittelindustrie. Darüber hinaus sind auch Anwendungen für die eingriffsfreie Durchflussmessung von Dampf möglich. Eine hochentwickelte Signalverarbeitung und effektive Störschallunterdrückung machen es möglich, den Durchfluss von Gasen auch bei niedrigen Drücken zu messen, zum Beispiel Druckluft oder Stickstoff.

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5: Die Massendurchflussmesser und -regler nutzen das CTA-Prinzip und messen direkt im Hauptstrom. Bild: Bronkhorst

5: Messen direkt im Hauptstrom

Die Massendurchflussmesser und -regler D-6300 von Bronkhorst nutzen das sogenannte CTA-Prinzip und messen direkt im Hauptstrom. Sie sorgen so für eine zuverlässige Durchflussmessung von Gasen und Gasgemischen bei Durchflussmengen von 0,2 bis 8.000 l/min Luftäquivalent Die direkte Messung im Hauptstrom verbindet eine gute Reproduzierbarkeit und robuste, kompakte Bauweise mit geringen Investitionskosten. Die Schutzklasse IP65 sorgt dafür, dass Verunreinigungen im Gasstrom, Vibrationen in der Anlage oder hohe Luftfeuchtigkeit den Geräten nichts anhaben können. Dies gilt auch für die Ausführung mit der integrierten, gut ablesbaren Multifunktionsanzeige. Das kontinuierlich erweitere Produktprogramm bietet jetzt auch die integrierte Regelung für große Kv-Werte bis 6,0, optional Prozessanschlüsse und verschiedene Dichtungsmaterialien oder einen Flow-Switch für sicherheitsrelevante Applikationen.

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6: Das thermische Volumenstrom-Messgerät eignet sich für zahlreiche Anwendungen. Bild: TSI / Deha

6: Thermische Durchflussmessung

Das thermische Volumenstrom-Messgerät von TSI/Deha eignet sich für zahlreiche Anwendungen der Durchflussmessung von Gasen. Der Messbereich der verschiedenen Modelle liegt zwischen 0,01 bis 20 l/min bzw. 2,5 bis 200 l/min oder bis 300 l/min. Das Messgerät ist durch sein Polycarbonatgehäuse sehr robust und dabei klein, leicht und somit handlich. Es ist sowohl der Netzbetrieb als auch der Batteriebetrieb möglich. Die kontinuierliche Anzeige der Durchflussrate ermöglicht eine einfache und schnelle Pumpeneinstellung und Kalibrierung. Das Durchflussmessgerät bietet mit seiner schnellen Reaktionszeit eine hohe Genauigkeit im gesamten Messbereich bei geringem Druckverlust. Es ist für Dauermessungen in Kombination mit einem PC und/oder einem AD-Wandler geeignet. Das Display sorgt für eine benutzerfreundliche Bedienung.

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7: Das Differenzdruck-Messgerät bietet besonders lange Kalibrierintervalle. Bild: Systec Controls

7: Differenzdruckmesser

Thermische Gasdurchflussmesser reagieren oft empfindlich auf kleine Verschmutzungen, insbesondere Ölreste „ölfreier“ Kompressoren. Kondensatanfall, Staub und Rohrleitungsabrieb – also ganz normale Gasverschmutzungen – erfordern Kalibrierintervalle von zwölf oder gar sechs Monaten. In stark verschmutzten Medien wie Abgasen verbietet sich der Einsatz thermischer Durchflussmesser von vornherein. Unter derartigen Bedingungen helfen die Durchflussmesser der Deltaflow-C-Baureihe von Systec Controls weiter. Das empfohlene Re-Kalibrierintervall dieser Durchflussmesser beträgt 60 Monate. Das bedeutet weniger Anlagenstillstand, ebweniger personellen Einsatz und damit auch geringere Wartungskosten. Das Messprinzip der Einstecksonde und der Venturi basiert auf dem Differenzdruckprinzip. Um für präzise Messungen trotz Veränderungen von Prozessdaten zu sorgen, erfolgt automatisch eine Kompensation durch die hochgenauen, integrierten Temperatur- und Drucksensoren. Die Genauigkeit liegt bei der Standardausführung bei 4 %, die Präzisionsausführung liefert Genauigkeiten <2 %. Das Messgerät deckt einen Einsatzbereich bis 14 bar und 160 °C bereits ab 10 g/min ab und ist nach oben für praktisch alle Rohrdimensionen und Durchflüsse einsetzbar. Die Geräte messen den Massenstrom bis zu 2.000-mal/s.

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8: Die Coriolis-Durchflussmessgeräte eignen sich für Wasserstoff-Anwendungen. Bild: Schwing Verfahrenstechnik

8: Coriolis-Geräte für Wasserstoff

Neuerdings bietet Schwing Verfahrenstechnik eichamtlich zugelassene Coriolis-Durchflussmessgeräte für stationäre und mobile Wasserstoff-Anwendungen bis 1.070 bar gemäß MID MI002 / OIML R137 an. Dazu zählen etwa Wasserstoff-Tankfahrzeuge oder die Wasserstoff-Forschung, aber auch Wasserstoff-Tankstellen. Hersteller der Coriolis-Messgeräte ist Rheonik Messtechnik. Da Wasserstoff bei sehr hohen Drücken und Strömungsgeschwindigkeiten sowie unterschiedlichen Temperaturen zum Beispiel in Speicher überführt wird, müssen Durchflussmessgeräte zuverlässig auf diese besonderen Bedingungen reagieren. Die neuen Coriolis-Durchflussmessgeräte bewältigen diese exakt und konstruktiv. Anwender der Geräte haben die Wahl zwischen sieben Sensoren für Messbereiche von 0,6 kg/min Maximum bis 200 kg/min Maximum.

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9: Diese Durchflussmessgeräte gibt es nun mit eelektrischem Signalausgang. Bild: Krohne

9: Erweiterte Datenbank für die Kalibrierung

Das Schwebekörper-Durchflussmessgerät DK32 von Krohne steht neuerdings auch mit einem elektrischen Signalausgang zur Verfügung: Die neue Ausführung DK32/ESK3x mit 4…20mA/Hart 7-Kommunikation lässt sich für die kontinuierliche Überwachung, Aufzeichnung oder Steuerung von Anwendungen mit Kleinstdurchflussmengen von Gasen – und daneben auch von Flüssigkeiten – verwenden.

Die Serie ist für kleine Durchflüsse im Einsatz, üblicherweise in 4…12 mm / 1/8…1/2-Zoll-Rohrleitungen, mit lokaler Anzeige des aktuellen Durchflusses über die mechanische Skala. Die Geräte haben eine kompakte Bauart, benötigen keine geraden Ein- und Auslaufstrecken, und besitzen ein Einstellventil für die Durchflussregelung. Durch die verfügbaren Zulassungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen umfassen die typischen Anwendungsbereiche der Geräte Prozess- oder Trägergase, Dosierung von Chemikalien oder Zusatzstoffen, Behälterinertisierung, Spülgasanwendungen sowie die Überwachung von Analyseprobendurchflüssen oder Sperrgas/Sperrflüssigkeiten. Während bisher nur Min/Max-Grenzwertalarme für diese Anwendungen möglich waren, kann die neue Ausführung den aktuellen Durchfluss an ein PLS übertragen.

Im Produktfokus Durchflussmessgeräte aus CT 12/2018 erhalten Sie nicht nur einen Überblick über Entwicklungen für die Durchflussmessung von Gasen, sondern auch von Flüssigkeiten und Schüttgütern:

CT-Produktfokus Durchflussmessgeräte

 

Heftausgabe: Dezember/2019
Jona Göbelbecker, Redaktion

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