Durchflussmessung Wer gibt die Richtung in der Durchflussmessung vor?

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Dieser Frage haben wir uns im Vorfeld der Achema 2015 angenommen und an Durchfluss-Experten weiter gereicht. Die Antworten sind eindeutig: In der Prozessindustrie steht die Zuverlässigkeit an erster Stelle.

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Richtungsweisend: In der Durchflussmesstechnik sticht Zuverlässigkeit Messgenauigkeit!
Richtungsweisend: In der Durchflussmesstechnik sticht Zuverlässigkeit Messgenauigkeit!
(Bild: © xtock - FotoliaXtock)

Die Messgröße Durchfluss entscheidet über die genaue Abrechnung und Bilanzierung von Produkten, etwa beim Verbrauch von Kraftstoffen, Reinstwasser oder Dampf. Hochgenaue Durchflussmessgeräte werden aber auch in qualitätsrelevanten Messungen in der Pharmaindustrie, im Emissionshandel sowie in PLT-Schutzeinrichtungen benötigt. Hier werden häufig Coriolismessgeräte eingesetzt, weil sie genau und vielseitig sind und eine direkte Massemessung erlauben. Coriolismassemessysteme sind zudem sehr unempfindlich gegenüber Verschmutzung und platzsparend.

Es wundert also kaum, dass deren Anteil steigt: In einer zwei Jahre zurück liegenden PROCESS-Umfrage setzte etwa ein Viertel der Befragten auf diesen Messgerätetyp.

Generell sieht Volker Kramer, Product Manager Flow bei Emerson Process Management, Haan, den Anbietermarkt in der Coriolismesstechnik in den vergangenen Jahren sehr stark in Bewegung, was seiner Meinung nach auch zu Verunsicherung des Anwenders führte. Daher empfiehlt er, das Hauptaugenmerk nicht nur auf das Messgerät zu richten, sondern auch auf die Verlässlichkeit und Erfahrung des Herstellers.

Wie viel Genauigkeit ist nötig?

So ist das mit der Messgenauigkeit beispielsweise so eine Sache. Wie genau ist eigentlich genau? Tatsache ist, dass von den Herstellern immer geringere Messunsicherheiten genannt werden. Dies zeigte der Namur-AK 3.2 ‚Durchflussmesstechnik‘ auf der vergangenen Namur-Hauptsitzung am Beispiel mehrerer Angaben seitens der Hersteller bei Coriolismassedurchflussmessgeräten. Diese glänzen in Prospekten mit Messfehlern kleiner 0,1 % vom Messwert, allerdings beziehen sich die Angaben der Messgenauigkeiten auf Digitalgeräte und unter Referenzbedingungen.

In der Praxis können diese Aussagen nicht gehalten werden, da viele Geräte unter freiem Himmel und vor allem analog eingesetzt werden. Die Konsequenz: Beim Analoggerät in einer Freiluftanlage sind Abweichungen von 1 % vom Messwert die Realität. Eine weitere Problematik stellen die unterschiedlichen Bezüge dar, da sich die Prozentangaben mal auf den Messwert, mal auf die Messspanne oder den Messbereich beziehen oder als Absolutwert μA angegeben werden.

„Natürlich ist die Messgenauigkeit ein wesentliches Kriterium für die Qualität eines Messgeräts bzw. -verfahrens“, bestätigt Thomas Jahn, Head of Product Management bei Flexim, Berlin. „Allerdings sehen wir auch kritisch, wie einige Hersteller extrem hohe Messgenauigkeiten spezifizieren, die schon unter Laborbedingungen schwer einzuhalten sein dürften und erst recht im Feld unrealistisch sind. Die auf der Namur-Sitzung angesprochene Diskrepanz zwischen Datenblatt und Wirklichkeit erstaunt uns daher überhaupt nicht.“

Wo sich bei Durchflussmessgeräten die Spreu vom Weizen trennt? Weiterlesen ...

Robuste und bewährte Technologien punkten

Zwar sieht man bei Endres+Hauser die hohe Genauigkeit in der Durchflussmessung als eine wichtige Grundanforderung, doch eben nicht nur: „In Prozessmessungen ist die Wiederholbarkeit und eine hohe Messwertstabilität von Bedeutung. In Verrechnungsmessungen zählt dagegen eher eine hohe rückführbare Genauigkeit des Durchflussmessgerätes“, berichtet Christian Rützel, Abteilungsleiter Marketing Durchfluss bei Endress+Hauser Messtechnik, aus seiner Erfahrung.

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Bei Endress+Hauser verweist man auf Umfragen, die zeigen, dass eine hohe Zuverlässigkeit und Qualität der Messgeräte neben einer hohen Lebensdauer und der einfachen Bedienung, gefolgt von der IEC 61508 SIL-Konformität zu den wichtigsten kaufrelevanten Entscheidungskriterien gehören. „Gerade hier trennt sich die Spreu vom Weizen. Besonders robuste und bewährte Technologien spielen hier ihre Qualitäten aus“, so Rützels Eindruck. „Auch die einheitliche Bedienung und die Entwicklung der Geräte nach IEC 61508 steht seit vielen Jahren auf unserer Entwicklungsagenda ganz oben.“

Bei hohen Anforderungen auf Digitaltechnik setzen

Hinsichtlich der Messgenauigkeit wirken sich mehrere Faktoren auf den Gesamtfehler aus, etwa Temperatur und Druck des Mediums, Nullpunktstabilität, Stromausgang (Auflösung) sowie die Signalverarbeitung (Speisetrenner, E/A-Eingangskarte). Bei Analoggeräten ist der summierte Fehler dieser Einflussfaktoren deutlich größer als 0,25 %, wie der Namur-Arbeitskreis vorrechnete. High-End-Geräte mit einer angegebenen Messgenauigkeit von 0,1 % sind in solchen Fällen also nicht unbedingt nötig. Allerdings ergibt sich daraus umgekehrt die Konsequenz, dass Anwender bei sehr hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit auf Digitalgeräte setzen müssen.

Entscheidend für die Anwender ist zunächst einmal die Zuverlässigkeit der Messeinrichtung. Denn was hilft die allerhöchste Messgenauigkeit, wenn die Messung alle naselang ausfällt und aufwändige, mit Anlagenstillständen verbundene Wartungsarbeiten erfordert? Darüber hinaus ist in der industriellen Praxis die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse von größerer Bedeutung als die Absolutgenauigkeit.

Jahn veranschaulicht dies mit einer Uhr mit unregelmäßigem Gang, die also einmal mehr oder weniger vor- und einmal mehr oder weniger nachgeht. „Mit einer Uhr, die dauerhaft einfach 1,5 Minuten nachgeht, lässt es sich hingegen sehr gut leben. Dann geht man halt ins 10-Uhr-Meeting, wenn die Uhr 9:58:30 anzeigt. Und schließlich lässt sich letztere auch einfach ein für alle Mal auf die korrekte Uhrzeit einstellen. Genau das machen wir mit der Feldkalilbrierung.“ Dabei verweist Jahn aber auch noch auf das Problem der Messdynamik, also über welchen Messbereich lässt sich mit dem Instrument mit welcher Genauigkeit bzw. Ungenauigkeit messen?

Ein Garant für eine erfolgreiche Durchflussmessung ist der enge Kontakt zu den Anwendern, wie Sie auf der nächsten Seite erfahren.

Ansprüchen von Anwendern begegnen

Für Ralf Haut, Branchenmanager Chemie bei Krohne, ist der enge Kontakt zu den Anwendern ein Garant für eine erfolgreiche Messung. „Entscheidend ist, dass die Grenzwerte bzw. die Vorgaben der Prozesssteuerung eingehalten werden. Bei hochgenauen Anwendungen, z.B. Katalysatordosierung in chemischen Reaktionen, in Alarmierungen oder PLT-Schutzeinrichtungen, sind die Vorgaben naturgemäß enger gefasst. Abweichungen in der Genauigkeit unter Betriebsbedingungen lassen sich nur durch eine Kalibrierung unter genau jenen Bedingungen reduzieren, sofern der Kunde bereit ist, diesen Aufwand zu treiben.“

Dennoch steht auch bei Krohne die Betriebsverfügbarkeit der Geräte an erster Stelle, da daran die Anlagenverfügbarkeit hängt.

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Unter diesem Gesichtspunkt wurde das Entrained Gas Management (EGM) der Krohne-Coriolis-Geräte entwickelt. Hierbei verbleiben die Geräte auch bei Gaseinschlüssen im Medium im kontinuierlichen Messbetrieb und indizieren gleichzeitig die Zweiphasenströmung. „Gerade bei Anfahrprozessen, wo sich noch Luft in den Leitungen befindet, ist das EGM sehr hilfreich, denn ein Neustart des Messgerätes würde unter Umständen die ganze Anlage anhalten oder das Anfahren unnötig herauszögern“, erklärt Haut.

Weiter dürfen etwa ungewöhnliche Prozesssituationen wie Gaseinschlüsse die Produktion nicht stören. Aufwändige Wartung zur Erhaltung der Leistung erzeugt Ausfallzeiten und zusätzliche Kosten. „Diagnosefunktionen wie unsere Smart Meter Verification ermöglichen dem Anwender ohne Unterbrechung der Produktion den Gesundheitszustand des Systems zu ermitteln. Dadurch erhält der Anwender vertrauenswürdige Messergebnisse in allen Lebenslagen“, merkt Kramer an.

Aus Sicht von Emerson ist es aber auch ein Qualitätsmerkmal des Vertriebs, wenn er auf mögliche Effekte hinweisen und diese erklären kann. „Bereits mit der Einführung der sogenannten Flat-Spec im Jahr 2002 hat Micro Motion es für Anwender vereinfacht Sensoren auszuwählen, da diese Angabe die Nullpunktstabilität bereits enthält und nicht hinzuaddiert werden muss. Gleiches können wir über die Dichtgenauigkeit sagen. Wir bieten ein Training an, in denen der Kunde geschult wird, solche Effekte zu erkennen und durch eine optimierte Inbetriebnahme zu minimieren“, so Kramer.

Was hat sich in der Durchflussmesstechnik seit der Achema 2012 getan? Auf der nächsten Seite präsentieren wir ausgewählte Neuerungen und stimmen Sie auf die Achema 2015 ein.

Entwicklungen in der Praxis angekommen

Obwohl sich damals viele Umfrageteilnehmer zufrieden mit dem Angebot an Durchflussmessgeräten zeigten, gibt es seit der vergangenen Achema einige Veränderungen und Erweiterungen. Bei Endress+Hauser nennt man beispielhaft zwei wichtige Neuerungen, etwa eine Zweileitergeräteproduktpalette auch für Durchflussmessgeräte sowie neue Geräteprüfverfahren, die eine einfache Wiederholprüfung mit hoher Prüftiefe ohne Ausbau ermöglichen.

Auch bei Krohne ist das EGM für Coriolis-Geräte inzwischen in der Praxis angekommen, wie Haut berichtet: „Die ersten Kunden sind bereits dazu übergegangen, die Zweiphasenindikation zu verwenden. Neben der Indikation von Kavitation an vorgeschalteten Pumpen wird sie auch zur Prozesssteuerung eingesetzt, beispielsweise beim Leerdrücken von Stapelbehältern, zur Warnung bei Freisetzung von Gasen im flüssigen Medium oder zur Indikation von Zustandsübergängen.“

Aus Sicht von Flexim sind Coriolismesser inzwischen häufiger anzutreffen, dennoch macht sich Jahn stark für Ultraschallmessgeräte. „Unsere Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesser werden auch immer häufiger eingesetzt und sind inzwischen auch in SIL-zertifizierten Ausführungen verfügbar. Dies erweitert noch einmal den Einsatzbereich. Im Unterschied zu den Coriolismessern benötigen sie weiterhin keine Betriebsunterbrechungen für die Installation, sind keinem Verschleiß durch das im Rohr strömende Medium ausgesetzt und zeigen keine Drift“, betont Jahn die Vorteile.

Durchflussmesstechnik auf der Achema: Highlights in Halle 11.1

ABB / Stand A61: ABB zeigt u.a. eine neue Geräteserie von Wirbeldurchflussmessern, die nach dem Drall- bzw. Vortexprinzip arbeiten. Sie ersetzen die Trio-Wirl-Geräte des Herstellers. Sowohl der Swirl Master als auch der Vortex Master kommen in zwei Varianten auf den Markt. Standardmäßig verfügt der Swirl Master über einen analogen Ausgang mit Hart-Kommunikation. Ein grafisches Display (HMI) und digitale Ausgänge können optional hinzugefügt werden.

Endress+Hauser / Stand C27: Nassdampf messen und Dampfmasse kompensieren – so lautet die neue und wichtige Funktion des Prowirl 200. Der Vortex-Sensor bestimmt Durchflussmengen in Flüssigkeiten, Gasen und Dampf. Zudem löst er nicht nur bei Nassdampf Alarm aus, sondern misst auch noch die auftretende Kondensatmenge und kompensiert die Dampfmasse. Außerdem zeigt das Unternehmen den Promass F 200 nach dem Coriolis-Prinzip in Zweileiter-Technik (bis zu DN 80 möglich). Beide Geräte verfügen über eine neue Funktion: Die Heartbeat Technology bietet Diagnosefunktionalität durch kontinuierliche Selbstüberwachung, in-situ-Verifikation von Durchflussmessgeräten in der Anwendung sowie die Ausgabe zusätzlicher Messgrößen an ein externes Condition Monitoring System.

Flexim / Stand A16: Neben SIL-zertifizierten Geräten präsentiert Flexim auf der Achema den Fluxus XLF für extrem geringe Durchflüsse bzw. niedrige Strömungsgeschwindigkeiten. Damit will das Unternehmen endgültig den empirischen Beweis gegen das uralte und eigentlich längst überwunden gehörende Vorurteil antreten, Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessung sei ungenau. Zudem stellt das Unternehmen eine neue Gerätegeneration der Clamp-On-Systeme Fluxus vor.

Krohne / Stand A13: Das Highlight von Krohne ist deren Coriolis-Familie, bei der nun auch die Geradrohrgeräte mit dem EGM-Feature verfügbar sind. Darüber hinaus bieten das Unternehmen sein Vortex-Durchflussmessgerät jetzt auch mit SIL2-Eignung an.

* Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.

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