Coriolis-Durchflussmesser

Coriolis-Durchflussmesser zeichnen sich durch ihre hohe Genauigkeit und vielfältigen Einsatzmöglichkeiten aus. Sie messen unabhängig von Temperatur und Prozessdruck sowie unbeeinflusst von Änderungen der Viskosität und Dichte. Darüber hinaus benötigen sie keine Ein- und Auslaufstrecken und kein laminares Strömungsprofil. Im Gegensatz zu den Messverfahren anderer Durchflusstechnologien, die über die Fließgeschwindigkeit den Volumendurchfluss bestimmen, messen Massedurchflussmessgeräte die Masse direkt und ermitteln über die Resonanzfrequenz auch die Dichte eines Mediums. Zusätzlich verfügen Messgeräte für Masse über eine integrierte Temperaturmessung. Dies macht sie zu multivariablen Messgeräten für viele Standardanwendungen und anspruchsvolle Einsatzbereiche.

Coriolis-Durchflussmesser decken eine Vielzahl an Prozessapplikationen ab – von Standardanwendungen bis hin zu hochanspruchsvollen Anwendungen in vielen Industrien.

 Typische Einsatzgebiete sind:

• Chemische Industrie : Messung von Chemikalien wie Säuren, Laugen, Bleichmitteln, Farbstoffen, Chlor- und Schwefelverbindungen

• Öl & Gas : Dosierung, Be- und Entladung von Kohlenwasserstoffen, Messung von kryogenen Medien wie LNG

• Schifffahrt: Bunkerung, Verbrauchs- und Emissionsmessung von Schiffskraftstoffen wie Diesel, Marine-Gasöl und anderen

• Lebensmittel & Pharma : Hygienische Anwendungen für Milch, Schokolade, Marmelade, Speiseeis; Lösungsmittelextrakte, Reinstwasser, etc.

• Feststoffhaltige Medien und Medien mit hoher Viskosität : Bitumen, Fette, Öle, Schlämme, Teig, Honig, Sirup, Melasse, Pulpe, Spinat, Hackfleisch, pflanzenbasierte Lebensmittel, Tiernahrung

• Gase : Wasserstoff, CO₂, superkritische Gase

• Konzentrationsmessungen : Alkohol in der Spirituosenherstellung, Fruchtzucker, Klärschlamm, etc.

• Extreme Bedingungen : Hoch- und Tieftemperaturbereiche (-200…+400°C), Flüssigkeiten mit Gaseinschlüssen bis 100 %

• Sicherheits- & eichpflichtige Anwendungen : PLT-Sicherheitseinrichtungen (SIL); eichpflichtiger Verkehr (nach MID, OIML, AGA, etc.)

• Hochgenaue Dosier anwendungen, Kleinstmengen messungen oder die Verladung großer Mengen von mehreren tausend Tonnen in der Stunde

• Sonstige: Batching / Abfüllanglagen, Zapfanlagen (z.B. für LPG)

Die Funktionsweise eines Massendurchflussmessers beruht auf dem Coriolis-Messprinzip. Dabei lässt sich der Massendurchfluss von Flüssigkeiten und Gasen aus der durch die Massenträgheit hervorgerufenen Verformung des Messrohres ermitteln. Gleichzeitig kann aus der Resonanzfrequenz des in Schwingung versetzten Rohres die Mediendichte abgeleitet werden. Zur Erfassung des Coriolis-Effekts dienen zwei Sensorspulen. Ist kein Durchfluss vorhanden, zeichnen beide Sensoren das gleiche sinusförmige Signal auf. Sobald es zu einem Durchfluss kommt, wirkt die Corioliskraft auf die strömenden Massepartikel des Mediums ein und führt zu einer Verformung des Messrohres und damit zu einer Phasenverschiebung zwischen den Sensorsignalen. Die Sensoren messen die Phasenverschiebung der sinusförmigen Schwingungen. Diese Verschiebung ist direkt proportional zum Massendurchfluss.

Coriolis-Massedurchflussmesser können in unterschiedlichen Rohrgeometrien und Größen ausgeführt sein. Die Anforderung des Kunden entscheidet über die Auslegung des Messrohrs. KROHNE bietet mit der OPTIMASS Produktserie Messgeräte mit gebogenem und halbgebogenem Doppelrohr , mit Doppelgeradrohr, mit Vierfach-Geradrohr und mit Einzelgeradrohr an. Die Messrohrgrößen reichen von 1 mm für Kleinstdurchflüsse ab 0,3 kg/h bis hin zu 400 mm für einen Massedurchsatz von bis zu 4.600 t/h.

KROHNE hat als erster Hersteller einen Coriolis-Durchflussmesser mit einem einzigen geraden Messrohr entwickelt und auf den Markt gebracht. Es ist sehr gut für scherempfindliche, inhomogene Flüssigkeiten und aggressive Chemikalien geeignet. Seine besonderen Stärken spielt das Einzelgeradrohrgerät in Anwendungen mit hochviskosen, stark faser- und feststoffhaltigen Flüssigkeiten wie Pulpe, Rohöl oder Schlämmen aus. Anwender profitieren hierbei von einem deutlich geringeren Verschleiß und Wartungsbedarf im Vergleich zu Coriolis-Geräten mit gebogenem Doppelrohr.

Dadurch, dass das Messrohr zudem leerlauffähig und einfach zu reinigen ist, wird es bevorzugt auch bei erhöhten hygienischen Anforderungen eingesetzt. Ein weiterer Vorteil des Geradrohrgeräts ist der deutlich geringere Druckverlust im Vergleich zu marktüblichen Massedurchflussmessgeräten mit Strömungsteiler. Noch heute ist KROHNE der einzige Hersteller, der das Geradrohrmessgerät in vier unterschiedlichen Werkstoffen anbietet: Edelstahl, Alloy 22 (auch bekannt als Hastelloy® C22 ), Titan und Tantal.

Der Druckverlust ist bei Coriolis-Messgeräten von der Rohrgeometrie abhängig. Coriolis-Geräte mit Einzelgeradrohr-Design wie der OPTIMASS 7400 von KROHNE können als Teil der Rohrleitung angesehen werden und beeinflussen den Gesamtdruckverlust im System damit praktisch nicht. Sie arbeiten nahezu druckverlustfrei. Messgeräte mit gebogenem Rohr dagegen erzeugen einen höheren Druckverlust als gerade Rohre für die gleiche Nennweite oder Kapazität.

Laut den Gesetzen der Physik gilt: Je mehr Rohrbiegungen vorhanden sind und je kleiner der Winkel der Biegungen ist, desto größer ist der Druckverlust. Wenn die Ausführung mit gebogenem Messrohr erhöht angeordnete Rohrleitungen erfordert, sind außerdem zwangsläufig eine längere Leitung und eine größere Anzahl von winkligen Anschlussstücken für die Anlage erforderlich. Dies wiederum geht zusätzlich in die Berechnung des Gesamtdruckverlusts für Messgeräte mit gebogenen Rohren ein. Je größer der Gesamtdruckverlust des installierten Durchflussmessgeräts, desto höher die Kosten für die Investition in leistungsstärkere Pumpen und für den Energieverbrauch.

Um den Druckverlust bei den Massedurchflussmessern mit gebogenem Messrohr bzw. einem Strömungsteiler so gering wie möglich zu halten, verfügen die Massedurchflussmessgeräte der OPTIMASS Serie von KROHNE über eine optimierte Strömungsteiler-Technologie, die gewährleistet, dass der Druckverlust so gering wie möglich ausfällt.

Neben der Massedurchflussmessung und der Bestimmung des Volumendurchflusses kann ein Massemesser über die integrierte Dichtemessung unabhängig von Druck- und Temperaturschwankungen auch die Konzentration vieler Flüssigkeiten bestimmen. Dies machen sich Massendurchflussmesser in vielen Prozessanwendungen zu Nutze. Parameter wie Alkoholkonzentration, Fruchtzuckergehalt oder Klärschlammkonzentration lassen sich mit Hilfe von Coriolis-Durchflussmessgeräten bestimmen. OPTIMASS Massendurchflussmesser von KROHNE haben Umrechnungen für Brix, Baume, Plato, Alkoholgehalt und viele weitere Parameter standardmäßig in den Geräten hinterlegt.

KROHNE bietet mit dem OPTIMASS 6400 einen Massemesser für sicherheitsgerichtete Anwendungen an.  Die Hardware und Elektronik des Geräts wurde vollständig gemäß der Norm IEC 61508 entwickelt und bietet ein umfassendes Sicherheitskonzept mit einem nachgewiesenen Diagnosedeckungsgrad von >96% und einem internen Diagnosetestintervall von weniger als einer Minute. Damit eignet sich der OPTIMASS 6400 für SIL 3 Anwendungen oder die Betriebsart mit kontinuierlicher Anforderungsrate, der höchsten spezifizierten Betriebsart.

Für die von KROHNE hergestellten OPTIMASS Geräte wurde ein Verfahren für Wiederholungstests und partielle Wiederholungstests in Zusammenarbeit mit TÜV Rheinland entwickelt. Der Deckungsgrad bei der Wiederholungsprüfung (Proof test coverage, PTC) beträgt 82%, ohne dass das Gerät entfernt werden muss. Dies gewährleistet den sicheren Betrieb sämtlicher sicherheitsrelevanter Funktionen bei der Coriolis-Durchflussmessung und trägt dazu bei, die Intervalle der vollständigen Wiederholungsprüfungen zu verlängern.

Die Corioliskraft hängt von der bewegten Masse ab, die wiederum durch die Dichte und Fließgeschwindigkeit des Mediums bestimmt wird. Eine zu geringe Dichte bei hoher Fließgeschwindigkeit oder eine zu niedrige Fließgeschwindigkeit bei geringem Druck – etwa in Niederdruckanwendungen – kann die Messung an physikalische Grenzen bringen.

Zudem sind nicht alle Coriolis-Massemesser gleichermaßen für kryogene, Hochtemperatur- oder Hochdruck-Anwendungen geeignet. Entscheidend sind die richtige Auslegung, die passende Geräteausführung und der geeignete Messrohrwerkstoff entsprechend den Fluideigenschaften.

Die Schwierigkeit bei der Messung einer Flüssigkeit mit Gasblasen steigt mit dem Gasanteil. Ohne Gaseinschlüsse liegt in den Rohren eines Coriolis Masse-Durchflussmessgeräts die notwendige Schwingung vor. Gaseinschlüsse in der Flüssigkeit dämpfen die regelmäßige Schwingung in den Messrohren. Steigt der Gasanteil, kann es zu einem kompletten Stopp der Schwingung kommen und damit zum vollständigen Ausfall der Messstelle.

Um dieses Problem zu beheben, hat KROHNE als erster Hersteller von Coriolis-Massedurchflussmessern mit EGMTM (Entrained Gas Management) eine Technologie entwickelt und marktfähig gemacht, um diese Herausforderungen zu lösen. Heute sind alle Produkte der OPTIMASS Geräteserie, die den Messumformer MFC 400 nutzen, mit EGM TM ausgestattet. EGM TM nutzt leistungsstarke Regelalgorithmen, die den Messbetrieb eines Coriolis-Durchflussmesser bei unterschiedlichen Gasanteilen und komplexen Durchflussbedingungen aufrechterhält – sogar bei einem vollständigen Übergang von der reinen Flüssigphase zur Gasphase und zurück. Dadurch bleiben Massedurchfluss- und Dichtemessungen stabil, was die OPTIMASS Geräte bis heute in vielen Anwendungen wie Abfüllungen, Verladungen, Dosierungen oder Leer-Voll-Leer-Prozessen erfolgreich unter Beweis stellen.

Moderne Massemesser bieten heute umfangreiche Möglichkeiten der Selbstüberwachung, Applikationsdiagnose und Feld-Verifikation. Beispielsweise verfügen OPTIMASS Coriolis Geräte von KROHNE mit OPTICHECK technology built-in über eingebaute Diagnosefunktionen, die alle messbaren Parameter, Elektronikkomponenten wie CPUs, Speicher und interne Bus-Anschlüsse sowie die Messwertaufnehmer bzw. Sensoren im Betrieb kontinuierlich überwachen. Bei der Statusverarbeitung folgen die Geräte dem Industriestandard NAMUR NE 107.

Zusätzlich ermöglicht die Diagnosesoftware einen Einblick in Prozess- und Hilfsgrößen, um auch den Prozesszustand des jeweiligen Mediums zu prüfen. Selbst Warnmeldungen bei Gaseinschlüssen und Überschreiten eines gewissen Anteils an Gasblasen oder Feststoffen kann der OPTIMASS anzeigen und somit wertvolle Informationen über den Prozess liefern. Die Coriolis-Durchflussmesser von KROHNE lassen sich zudem vor Ort per Feld-Verifikation durchprüfen – samt Berichterstellung – z.B. auch drahtlos per Bluetooth® oder per DTM. Dank der redundanten Speicherung aller Gerätekonfigurationsdaten kann der Messumformer zudem jederzeit ersetzt werden, ohne dass manuell neu konfiguriert werden muss.

Massemesser gelten als besonders langzeitstabile Durchflussmesser. Trotzdem ist es empfehlenswert, in regelmäßigen Abständen einen Nullpunktabgleich vorzunehmen. Hierbei muss die Strömung im Coriolis-Gerät zum Stillstand gebracht werden. Ventile vor und hinter dem Massemesser sind hierfür ideal. Im gefüllten Zustand, also ohne Bewegung im Messgerät, wird der Nulldurchfluss neu bestimmt. Dies steigert die Messgenauigkeit und verbessert die Messeigenschaften bei geringen Strömungsmengen.

Eine Nachkalibrierung des Durchflussmessers ist häufig durch die Vorschriften und Normen der jeweiligen Branchen vorgeschrieben. Typisch sind hier Intervalle zwischen ein und zwei Jahren. Ein allgemeingültiges Prüfintervall gibt es allerdings nicht. Dieses ist abhängig vom Einsatz und der Beanspruchung des Massedurchflussmessgeräts. Partikel im Medium können zu erhöhter Abnutzung des Messrohres führen und somit zu Veränderung der Messgenauigkeit. Auch Ablagerungen wie Oxid- oder Salzschichten können die Balance der Messrohre beeinträchtigen. In diesen Fällen ist eine Nachkalibrierung in einem zertifizierten Kalibrierlabor empfehlenswert.

Unsere Messgeräte können nach verschiedenen Normen wie beispielsweise OIML oder europäischer Messgeräterichtlinie (MI-002 und 005) kalibriert und zertifiziert werden und sind API- und AGA-konform. Unsere Kalibrierprozesse erfüllen die ISO/IEC 17025 Norm und sind rückführbar auf nationale und internationale Standards. Regelmäßige Prüfungen durch nationale Metrologie-Institute, Ringversuche und der Abgleich mit nationalen und internationalen Normen garantieren die Qualität und die Vergleichbarkeit unserer Kalibrierstände. Einen Überblick über die Kalibrier-Services von KROHNE erhalten Sie hier.