Ein Coriolis-Durchflussmesser misst seit mehreren Jahren eine feststoffhaltige Suspension. Der Massedurchfluss erscheint weiterhin plausibel, doch bei der regelmäßigen Nullpunktprüfung verändert sich der Wert langsam von Wartung zu Wartung.
Ist das bereits ein Hinweis auf verschlissene Messrohre?
Möglicherweise – aber nicht zwangsläufig.
Abrasive Partikel können die Wand eines Coriolis-Messrohres langfristig abtragen. Dadurch verändern sich mechanische Eigenschaften des schwingenden Messsystems. Gleichzeitig können aber auch:
- Ablagerungen,
- Gasblasen,
- wechselnde Feststoffkonzentrationen,
- Rohrleitungsvibrationen,
- mechanische Spannungen,
- Temperaturänderungen
Diagnosewerte und insbesondere den Nullpunkt beeinflussen.
Deshalb ist es problematisch, einen einzelnen Prozesswert als eindeutigen Verschleißindikator zu betrachten.
Eine deutlich aussagekräftigere Zustandsüberwachung entsteht, wenn mehrere Größen langfristig gemeinsam betrachtet werden:
- Nullpunkt beziehungsweise Zero Stability,
- Dichtemessung unter definierten Bedingungen,
- Messrohrsteifigkeit beziehungsweise Tube Health,
- Erregerleistung und Schwingungsverhalten,
- Signalqualität der Aufnehmer,
- Prozess- und Wartungshistorie.
Bei abrasiven Anwendungen sollte deshalb nicht erst auf einen offensichtlichen Messfehler oder gar einen Messrohrschaden gewartet werden. Entscheidend ist, bereits im Neuzustand geeignete Referenzwerte zu erfassen und deren Entwicklung über die Betriebszeit zu beobachten.
Warum ist das Messrohr beim Coriolis-Verfahren so wichtig?
Bei einem Coriolis-Durchflussmesser ist das Messrohr nicht lediglich ein Kanal, durch den das Medium fließt.
Es ist gleichzeitig ein wesentlicher Bestandteil des eigentlichen Messsystems.
Ein oder mehrere Messrohre werden kontrolliert in Schwingung versetzt.
Fließt Masse durch das schwingende Rohr, entstehen durch die Corioliskraft charakteristische Veränderungen der Rohrbewegung.
Aufnehmer erfassen diese Schwingung beziehungsweise die Phasenverschiebung zwischen verschiedenen Punkten des Messrohres.
Daraus wird der:
Massedurchfluss
bestimmt.
Die Resonanzfrequenz des Messsystems liefert zusätzlich Informationen über die:
Dichte des Mediums
.
Das bedeutet jedoch auch:
Verändert sich das Messrohr mechanisch, verändert sich ein wesentlicher Bestandteil des Messsystems.
Genau deshalb sind:
- Erosion,
- Korrosion,
- Ablagerungen,
- mechanische Beschädigungen
für einen Coriolis-Sensor besonders relevant.
Wie entsteht Abrasion im Messrohr?
Abrasion bezeichnet den mechanischen Materialabtrag durch feste Partikel beziehungsweise Feststoffe im strömenden Medium.
Typische abrasive Medien sind beispielsweise:
- Schlämme,
- mineralische Suspensionen,
- Bohrspülungen,
- Sand-Wasser-Gemische,
- Kalk- oder Kreidesuspensionen,
- kristallhaltige Flüssigkeiten,
- Prozessmedien mit Metall- oder Mineralpartikeln.
Die Partikel treffen während der Strömung auf die Innenwand des Messrohres.
Je nach:
- Partikelgröße,
- Partikelform,
- Härte,
- Feststoffkonzentration,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Auftreffwinkel
kann dabei Material von der Messrohrwand abgetragen werden.
Der Verschleiß muss nicht gleichmäßig über den gesamten Sensor auftreten.
Bereiche mit ungünstiger Strömungsumlenkung können lokal stärker beansprucht werden.
Welche Partikeleigenschaften beeinflussen den Verschleiß?
Die pauschale Angabe:
Medium enthält Feststoffe
reicht für eine Geräteauslegung nicht aus.
Relevant sind mindestens:
- Feststoffanteil in Masse- oder Volumenprozent,
- mittlere Partikelgröße,
- maximale Partikelgröße,
- Partikelgrößenverteilung,
- Härte der Partikel,
- Form der Partikel,
- Dichte der Feststoffe,
- Viskosität der Trägerflüssigkeit.
Feine, weiche Partikel in einer viskosen Suspension können ein völlig anderes Verschleißverhalten zeigen als scharfkantiger Quarzsand in einer dünnflüssigen Trägerflüssigkeit.
Auch die Stabilität der Suspension spielt eine Rolle.
Sedimentieren schwere Partikel bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit, kann sich im Messgerät eine inhomogene Feststoffverteilung bilden.
Das kann sowohl:
Messfehler
als auch:
lokal erhöhten Verschleiß
verursachen.
Warum die Strömungsgeschwindigkeit entscheidend ist
Bei abrasiven Medien ist eine höhere Geschwindigkeit nicht automatisch vorteilhaft.
Mit zunehmender Relativgeschwindigkeit zwischen Partikel und Messrohrwand kann der abrasive Materialabtrag deutlich zunehmen.
Deshalb sollte ein Coriolis-Durchflussmesser nicht unnötig klein dimensioniert werden, nur um einen möglichst hohen Anteil des Nennmessbereichs auszunutzen.
Eine kleinere Nennweite führt bei gleichem Volumenstrom zu einer höheren mittleren Strömungsgeschwindigkeit.
Für abrasive Medien muss deshalb zwischen:
- Messperformance,
- Druckverlust,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Selbstreinigung,
- Verschleiß
abgewogen werden.
Die zulässige Geschwindigkeit sollte anhand der konkreten Partikel- und Prozessdaten mit dem Gerätehersteller abgestimmt werden.
Einlaufströmung und Rohrbögen beachten
Coriolis-Durchflussmesser benötigen für die reine Messfunktion häufig keine langen klassischen Ein- und Auslaufstrecken.
Bei abrasiven Medien kann die Strömung unmittelbar vor dem Sensor trotzdem wichtig werden.
Befindet sich beispielsweise direkt vor dem Messgerät ein:
- 90°-Rohrbogen,
- Regelventil,
- Reduzierstück,
- Pumpenausgang
können starke Sekundärströmungen beziehungsweise Verwirbelungen entstehen.
Treffen abrasive Partikel dadurch schräg oder lokal konzentriert auf die Messrohrwand, kann sich der Verschleiß an bestimmten Stellen erhöhen.
Für besonders abrasive Anwendungen kann daher trotz grundsätzlich einlaufstreckenunabhängigem Messprinzip eine beruhigte Einströmung sinnvoll sein.
Die Frage lautet dann nicht nur „Was benötigt das Messprinzip?“, sondern auch „Welche Strömungsführung minimiert den mechanischen Angriff auf das Messrohr?“
Einbaulage bei Suspensionen richtig wählen
Bei feststoffhaltigen Flüssigkeiten sollte verhindert werden, dass sich die Feststoffe bei niedrigem oder unterbrochenem Durchfluss im Sensor absetzen.
Eine vertikale Montage mit:
Durchflussrichtung nach oben
kann dafür besonders günstig sein.
Sie unterstützt eine gleichmäßige Mitnahme der Feststoffe und reduziert das Risiko von Sedimentation in tiefer liegenden Bereichen des Messsystems.
Bei gebogenen Messrohren ist die vorgeschriebene Einbaulage besonders zu beachten.
Die Herstellerangaben für:
- Flüssigkeiten,
- Gase,
- Suspensionen,
- teilweise gasbeladene Medien
sollten deshalb immer berücksichtigt werden.
Eine ungünstige Position kann ansonsten:
- Feststoffablagerungen,
- Gasansammlungen,
- instabile Dichtewerte,
- instabile Nullpunkte
begünstigen.
Messrohrwerkstoff richtig auswählen
Bei der Werkstoffauswahl müssen zwei unterschiedliche Mechanismen getrennt betrachtet werden:
Korrosion
und:
Abrasion
.
Ein Werkstoff kann chemisch hervorragend gegen ein Medium beständig sein und trotzdem durch harte Feststoffpartikel mechanisch abgetragen werden.
Umgekehrt kann ein mechanisch robuster Werkstoff chemisch ungeeignet sein.
Deshalb müssen bei der Auswahl mindestens berücksichtigt werden:
- chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit,
- Temperatur,
- Feststoffart und Feststoffhärte,
- Partikelkonzentration,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Prozessdruck.
Beim SITRANS FCS600 stehen beispielsweise messstoffberührte Ausführungen aus:
- AISI 316L,
- Alloy 22
zur Verfügung.
Welche Variante geeignet ist, muss anhand der konkreten chemischen und mechanischen Belastung entschieden werden.
Alloy 22 ist nicht automatisch die bessere Wahl gegen Abrasion. Die Werkstoffwahl muss zur Kombination aus chemischem Angriff und mechanischem Verschleiß passen.
Was verändert sich bei dünner werdender Messrohrwand?
Wird die Wand eines Messrohres durch Abrasion oder Korrosion dünner, verändert sich seine mechanische Struktur.
Insbesondere ändern sich:
- Rohrsteifigkeit,
- Masse des schwingenden Systems,
- Eigenfrequenz beziehungsweise Resonanzverhalten,
- mechanische Symmetrie,
- Reaktion auf den Erreger.
Diese Veränderungen können wiederum die:
- Massedurchflussmessung,
- Dichtemessung,
- Nullpunktstabilität
beeinflussen.
Bei lokalem Materialabtrag kann zusätzlich eine mechanische Asymmetrie entstehen.
Die Veränderung muss anfangs nicht groß genug sein, um sofort einen offensichtlich falschen Prozesswert zu erzeugen.
Genau hier liegt der Vorteil einer langfristigen Zustandsüberwachung.
Was sagt der Nullpunkttrend aus?
Der Nullpunkt eines Coriolis-Messgerätes beschreibt das Ausgangssignal bei:
vollständig gefülltem Sensor + tatsächlich 0 Durchfluss
.
Unter idealen Bedingungen sollte dieser Wert über längere Zeit stabil bleiben.
Bei einer wiederkehrenden Wartung kann beispielsweise dokumentiert werden:
| Zeitpunkt | Nullpunktwert | Bewertung |
|---|---|---|
| Inbetriebnahme | Referenzwert | Baseline |
| nach 6 Monaten | nahe Referenz | unauffällig |
| nach 12 Monaten | leicht verändert | Trend beobachten |
| nach 18 Monaten | deutlich verändert | Ursache untersuchen |
Eine fortschreitende Veränderung kann ein Hinweis darauf sein, dass sich das mechanische oder prozesstechnische Verhalten des Sensors verändert hat.
Sie ist deshalb ein sinnvoller Bestandteil eines Condition-Monitoring-Konzepts.
Warum Nullpunktdrift nicht automatisch Verschleiß bedeutet
Der Nullpunkt reagiert nicht ausschließlich auf die Wandstärke des Messrohres.
Er kann ebenfalls beeinflusst werden durch:
- mechanische Rohrleitungsspannungen,
- geänderte Befestigung,
- Vibrationen,
- Gasblasen,
- Feststoffablagerungen,
- inhomogene Suspensionen,
- Temperaturunterschiede,
- nicht vollständig geschlossene Absperrventile während der Nullpunktprüfung.
Besonders problematisch ist eine Nullpunktprüfung, bei der das Medium scheinbar stillsteht, tatsächlich aber ein geringer Durchfluss vorhanden ist.
Dann wird dieser Restdurchfluss als vermeintlicher Nullpunktfehler gespeichert.
Für reproduzierbare Nullpunktprüfungen sollte:
- der Sensor vollständig gefüllt sein,
- kein Gas eingeschlossen sein,
- der Durchfluss sicher null sein,
- der Prozess möglichst stabil sein,
- die Temperatur ausreichend stabil sein,
- dieselbe Messprozedur verwendet werden.
Ein veränderter Nullpunkt ist ein Diagnosehinweis – kein alleiniger Beweis für Messrohrverschleiß.
Kann die Dichtemessung auf Messrohrverschleiß hinweisen?
Die Dichtemessung eines Coriolis-Gerätes basiert auf dem Schwingungs- beziehungsweise Resonanzverhalten des gefüllten Messrohres.
Verändert sich die mechanische Struktur des Messrohres, kann sich deshalb auch die ermittelte Dichte verändern.
Das macht einen langfristigen Dichtetrend grundsätzlich interessant.
Allerdings gilt auch hier:
Die Prozessdichte selbst kann sich verändern.
Bei einer Suspension hängt sie beispielsweise ab von:
- Feststoffkonzentration,
- Zusammensetzung,
- Temperatur,
- Gasanteil.
Eine Dichteabweichung ist deshalb nur dann als Geräteindikator besonders aussagekräftig, wenn sie unter:
bekannten und reproduzierbaren Referenzbedingungen
bewertet wird.
Beispiel
Wird während einer Wartung immer ein definiertes Referenzmedium verwendet und zeigt das Gerät bei gleicher Temperatur über mehrere Jahre eine systematische Dichteverschiebung, sollte diese Veränderung untersucht werden.
Eine Dichteänderung während eines laufenden, wechselnden Produktionsprozesses ist dagegen zunächst ein Prozesswert und kein eindeutiger Verschleißnachweis.
Messrohrsteifigkeit als Zustandsgröße
Für die Verschleißüberwachung ist eine direkte Bewertung mechanischer Eigenschaften des Messrohres deutlich spezifischer als ausschließlich der Nullpunkttrend.
Wird die Rohrwand dünner, reduziert sich die Steifigkeit des schwingenden Systems.
Moderne Coriolis-Messgeräte können diese Veränderung diagnostisch überwachen.
Bei einer Tube-Health- beziehungsweise Tube-Integrity-Funktion wird nicht einfach der aktuelle Durchfluss bewertet.
Stattdessen wird der aktuelle mechanische Zustand mit einem Referenzzustand des Sensors verglichen.
Eine langfristige Veränderung kann damit auf:
- Erosion,
- Korrosion,
- Materialabtrag
hinweisen.
Für eine belastbare Trendbewertung sollte möglichst früh ein Referenzzustand unter den tatsächlichen Installationsbedingungen erfasst werden.
Das ist wichtig, weil auch die Einbausituation das mechanische Verhalten eines Coriolis-Sensors beeinflussen kann.
Erregerleistung und Schwingungszustand beobachten
Der Coriolis-Sensor muss seine Messrohre kontrolliert in Schwingung halten.
Dafür besitzt er einen elektromagnetischen Erreger.
Ändert sich die erforderliche Erregerleistung deutlich, kann dies ebenfalls diagnostische Informationen liefern.
Ein erhöhter Energiebedarf kann beispielsweise auftreten durch:
- Gasblasen im Medium,
- stark dämpfende Prozessmedien,
- hohe Viskosität,
- Feststoffablagerungen,
- veränderte mechanische Bedingungen.
Auch dieser Parameter ist deshalb nicht allein verschleißspezifisch.
In Kombination mit:
- Messrohrsteifigkeit,
- Dichte,
- Nullpunkt,
- Aufnehmersignalen
entsteht jedoch ein deutlich vollständigeres Zustandsbild.
Abrasion und Ablagerung voneinander unterscheiden
Interessanterweise können abrasive Medien zwei gegensätzliche Veränderungen verursachen.
Abrasion
Material wird vom Messrohr entfernt.
Die Wandstärke nimmt ab.
Ablagerung
Material lagert sich auf der Messrohrwand ab.
Die effektive Masse des schwingenden Systems nimmt zu und möglicherweise wird auch der freie Rohrquerschnitt kleiner.
Beides kann:
- Resonanzverhalten,
- Dichtemessung,
- Nullpunkt,
- Schwingungsdämpfung
beeinflussen.
Deshalb sollte eine Diagnosemeldung über eine Veränderung des Sensors nicht automatisch als:
Messrohr ist dünner geworden
interpretiert werden.
Je nach Diagnoseverfahren müssen beispielsweise auch:
- Belagbildung,
- Kristallisation,
- Produktanhaftung
ausgeschlossen werden.
Warum Referenzwerte im Neuzustand wichtig sind
Eine Trendüberwachung funktioniert nur dann wirklich gut, wenn bekannt ist, von welchem Zustand aus gestartet wurde.
Idealerweise werden bei der Inbetriebnahme dokumentiert:
- Nullpunkt,
- Dichte eines bekannten Mediums,
- Tube-Health- beziehungsweise Steifigkeitsreferenz,
- Erregerwert beziehungsweise Drive Level,
- Aufnehmersignale,
- Prozesstemperatur,
- Einbausituation,
- typischer Durchfluss,
- Feststoffkonzentration.
Diese Daten bilden eine:
Baseline
.
Spätere Prüfungen können dann nicht nur gegen einen allgemeinen Grenzwert, sondern gegen den tatsächlichen Ausgangszustand des konkreten Sensors verglichen werden.
Das ist bei langsam fortschreitendem Verschleiß wesentlich aussagekräftiger.
Trendüberwachung statt Einzelwert
Ein einzelner Diagnosewert ist selten so aussagekräftig wie seine Entwicklung über die Zeit.
Beispielsweise:
Tube Health = geringfügig verändert
kann zunächst unkritisch sein.
Wenn sich derselbe Wert jedoch bei jeder Prüfung weiter in dieselbe Richtung verändert, entsteht ein klarer Trend.
Für Predictive Maintenance sind deshalb interessant:
- absolute Veränderung seit Inbetriebnahme,
- Änderung seit der letzten Prüfung,
- Geschwindigkeit der Veränderung,
- Korrelation mit Betriebsstunden,
- Korrelation mit durchgesetzter Produktmenge,
- Korrelation mit Prozessänderungen.
Gerade bei abrasiven Anwendungen kann beispielsweise die:
kumulierte durchgesetzte Feststoffmasse
eine sinnvollere Bezugsgröße sein als ausschließlich die Kalenderzeit.
Ein Messgerät, das zwölf Monate lang nur sporadisch betrieben wurde, hat möglicherweise deutlich weniger abrasive Belastung erfahren als ein Gerät mit 8.000 Betriebsstunden unter hoher Feststofflast.
Wartungsintervalle risikobasiert festlegen
Für abrasive Anwendungen gibt es kein allgemeingültiges Wartungsintervall.
Es hängt unter anderem ab von:
- Partikelhärte,
- Partikelgröße,
- Feststoffanteil,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Betriebsstunden,
- Messrohrmaterial,
- zulässigem Prozessrisiko.
Bei einer neuen Anwendung kann es sinnvoll sein, zunächst relativ kurze Prüfintervalle zu verwenden.
Beispielsweise:
Inbetriebnahme → 3 Monate → 6 Monate → 12 Monate
.
Bleiben die Diagnosewerte stabil, kann das Intervall anschließend angepasst werden.
Zeigt sich dagegen ein klarer Trend, muss entschieden werden, ob:
- das Prüfintervall verkürzt,
- die Strömungsgeschwindigkeit reduziert,
- die Einbausituation verändert,
- ein anderer Sensorwerkstoff oder Sensortyp eingesetzt
werden sollte.
Wann eine erneute Kalibrierung sinnvoll ist
Die interne Diagnose ersetzt nicht automatisch eine metrologische Kalibrierung.
Eine erneute Kalibrierung ist beispielsweise sinnvoll, wenn:
- ein signifikanter Diagnose-Trend festgestellt wurde,
- der Nullpunkt dauerhaft verändert ist,
- ein Referenzvergleich auffällig ist,
- eine vorgeschriebene Kalibrierfrist erreicht wurde,
- der Sensor nach einer Prozessstörung überprüft werden soll.
Bei abrasiven Medien können Partikel zu Messrohrverschleiß und damit langfristig zu einer Veränderung der Messgenauigkeit führen.
Umgekehrt können Ablagerungen ebenfalls die Balance beziehungsweise Schwingung des Messsystems beeinflussen.
Eine rückführbare Kalibrierung zeigt dann, ob der Massedurchfluss noch innerhalb der geforderten Toleranz liegt.
Diagnose und Kalibrierung erfüllen somit unterschiedliche Aufgaben:
Diagnose = Zustand überwachen
Kalibrierung = Messabweichung bestimmen
.
Praxisbeispiel: abrasive Suspension in einer Prozessleitung
In einer Produktionsanlage wird eine mineralische Suspension mit einem Coriolis-Durchflussmesser gemessen.
Das Medium enthält:
ca. 20 % Feststoffe
.
Der Sensor arbeitet seit zwei Jahren im Dauerbetrieb.
Schritt 1: Referenzwerte aus der Inbetriebnahme
Bei der Inbetriebnahme wurden dokumentiert:
- Nullpunkt,
- Dichte mit Referenzmedium,
- Rohrzustandsreferenz,
- typische Erregerwerte.
Schritt 2: Nullpunkttrend fällt auf
Bei den ersten Wartungen bleibt der Nullpunkt weitgehend konstant.
Nach ungefähr 18 Monaten ist eine zunehmende Veränderung erkennbar.
Die Anlage misst im normalen Betrieb jedoch weiterhin plausible Durchflusswerte.
Schritt 3: Prozessursachen ausschließen
Die Nullpunktprüfung wird unter definierten Bedingungen wiederholt.
Geprüft werden:
- vollständig gefüllter Sensor,
- sicher geschlossene Absperrventile,
- keine Gasblasen,
- stabile Temperatur,
- keine ungewöhnlichen Rohrleitungsvibrationen.
Der veränderte Nullpunkt bleibt bestehen.
Schritt 4: weitere Diagnosewerte vergleichen
Zusätzlich zeigt die Rohrzustandsprüfung eine zunehmende Veränderung gegenüber dem Referenzzustand.
Der Dichtewert eines definierten Referenzmediums hat sich ebenfalls geringfügig verschoben.
Mehrere voneinander unabhängige Hinweise zeigen damit in dieselbe Richtung.
Schritt 5: Prozessführung untersuchen
Bei der Anlageninspektion wird festgestellt, dass unmittelbar vor dem Messgerät ein Rohrbogen sitzt und die Strömungsgeschwindigkeit relativ hoch ist.
Die Partikel treffen dadurch möglicherweise ungünstig auf den Einlaufbereich des Messsystems.
Schritt 6: Wartungsmaßnahme
Der Sensor wird bei einem geplanten Stillstand ausgebaut und geprüft.
Die Untersuchung bestätigt einen erhöhten Verschleiß.
Schritt 7: Anwendung optimieren
Für die Ersatzinstallation werden:
- Dimensionierung,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Einbaulage,
- Einlaufbedingungen
erneut bewertet.
Zusätzlich wird die automatisierte Rohrzustandsprüfung in das Wartungskonzept aufgenommen.
Der entscheidende Vorteil liegt darin, dass die Veränderung erkannt wurde, bevor ein vollständiger Sensorausfall oder eine Undichtigkeit des Messrohres auftrat.
Planungs- und Prüfcheck
- Medium und chemische Zusammensetzung vollständig erfassen.
- Art und Konzentration der Feststoffe bestimmen.
- Mittlere und maximale Partikelgröße berücksichtigen.
- Härte und Form der Partikel bewerten.
- Messrohrwerkstoff auf chemische und mechanische Eignung prüfen.
- Strömungsgeschwindigkeit nicht unnötig hoch auslegen.
- Druckverlust des Sensors berücksichtigen.
- Ungünstige Rohrbögen beziehungsweise starke Verwirbelungen direkt vor dem Sensor vermeiden, wenn dies für die abrasive Anwendung erforderlich ist.
- Bei sedimentierenden Feststoffen eine geeignete Einbaulage wählen.
- Gasansammlungen und Zweiphasenbedingungen möglichst vermeiden.
- Nullpunkt bei Inbetriebnahme dokumentieren.
- Tube-Health- beziehungsweise Rohrzustandsreferenz erfassen.
- Dichte eines bekannten Referenzmediums dokumentieren, wenn dies für die Anwendung sinnvoll ist.
- Erreger- und Diagnosewerte als Ausgangszustand speichern.
- Wiederholungsprüfungen unter möglichst gleichen Bedingungen durchführen.
- Änderungen als Trend und nicht nur als Einzelwert bewerten.
- Diagnosetrends mit Betriebsstunden und durchgesetzter Feststoffmenge vergleichen.
- Bei auffälligem Trend die Prüfintervalle verkürzen.
- Bei Bedarf eine rückführbare Durchflusskalibrierung durchführen.
- Grenzen und Alarmkriterien für die konkrete Anwendung dokumentieren.
Häufige Fehler
- Feststoffhaltiges Medium pauschal als unkritisch einstufen: Partikelgröße, Härte und Geschwindigkeit entscheiden wesentlich über die abrasive Belastung.
- Sensor möglichst klein dimensionieren: Die dadurch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit kann den Verschleiß verstärken.
- Werkstoff nur nach Korrosionsbeständigkeit auswählen: Chemische Beständigkeit bedeutet nicht automatisch hohe Abrasionsbeständigkeit.
- Rohrbogen unmittelbar vor dem Messgerät ignorieren: Verwirbelte abrasive Partikel können lokal stärker auf die Messrohrwand treffen.
- Sedimentation im Sensor zulassen: Ablagerungen können Messung und Schwingungsverhalten beeinflussen.
- Nullpunktdrift sofort als Abrasion interpretieren: Auch Gasblasen, Vibrationen und Prozessbedingungen können den Nullpunkt verändern.
- Nullpunkt bei fließendem Medium einstellen: Der Restdurchfluss wird fälschlicherweise als Nullpunkt übernommen.
- Dichteänderung automatisch als Rohrverschleiß deuten: Bei Suspensionen verändert bereits eine andere Feststoffkonzentration die reale Prozessdichte.
- Nur den aktuellen Diagnosewert betrachten: Die langfristige Veränderung gegenüber der Baseline ist meist aussagekräftiger.
- Keine Referenzwerte bei Inbetriebnahme speichern: Spätere Veränderungen lassen sich nur schwer bewerten.
- Tube Health Check mit Kalibrierung gleichsetzen: Zustandsdiagnose und metrologische Prüfung sind unterschiedliche Aufgaben.
- Ablagerung und Materialabtrag verwechseln: Beide können das Schwingungsverhalten verändern, haben aber unterschiedliche Ursachen und Gegenmaßnahmen.
- Wartungsintervall ausschließlich kalenderbasiert festlegen: Die tatsächlich durchgesetzte abrasive Produktmenge kann die sinnvollere Belastungsgröße sein.
Passender Coriolis-Durchflussmesser
Für anspruchsvolle industrielle Coriolis-Anwendungen bietet sich beispielsweise das Siemens SITRANS FC640 an.
Das Messsystem kombiniert:
SITRANS FCS600 Sensor + SITRANS FCT040 Messumformer
.
Der FCS600 ist für anspruchsvolle Prozessbedingungen ausgelegt und bietet unter anderem:
- doppelt gekrümmte Messrohre,
- Ausführungen aus AISI 316L oder Alloy 22,
- Nennweiten bis DN 65,
- hohe Prozesstemperaturen bis 350 °C,
- Hochdruckausführungen bis 700 bar,
- Kompakt- und Getrenntausführungen.
Für die hier betrachtete Zustandsüberwachung ist insbesondere der SITRANS FCT040 interessant.
Der erweiterte Messumformer bietet unter anderem:
- Rohrzustandsprüfung beziehungsweise Tube Health Check,
- Eigenverifikation,
- Überwachung wichtiger Diagnoseparameter,
- Massedurchflussmessung,
- Dichtemessung,
- Temperaturmessung,
- Volumendurchflussmessung,
- digitale Kommunikationsmöglichkeiten.
Bei der Rohrzustandsprüfung wird unter anderem die mechanische Steifigkeit des Messrohrs betrachtet.
Eine Verringerung der Wandstärke durch Erosion oder Korrosion kann die Rohrsteifigkeit verändern und dadurch im Vergleich zum gespeicherten Referenzzustand diagnostisch sichtbar werden.
Die Funktion ersetzt keine Werkstoff- und Anwendungsauslegung. Sie bietet jedoch eine zusätzliche Möglichkeit, Veränderungen des Sensors frühzeitig zu erkennen und Wartungsmaßnahmen zustandsorientiert zu planen.
Weitere Coriolis-Systeme finden Sie unter Coriolis-Durchflussmessung bei ICS Schneider.
Weitere magnetisch-induktive, Ultraschall-, Vortex-, Coriolis- und mechanische Durchflussmessgeräte finden Sie unter Durchflussmesstechnik.
Fazit
Coriolis-Durchflussmesser können auch bei feststoffhaltigen Medien wertvolle Massedurchfluss- und Dichteinformationen liefern.
Bei abrasiven Partikeln muss jedoch berücksichtigt werden, dass das Messrohr selbst langfristig mechanischem Verschleiß ausgesetzt sein kann.
Wie schnell dieser Verschleiß fortschreitet, hängt unter anderem von:
- Partikelart,
- Partikelhärte,
- Feststoffkonzentration,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Strömungsführung,
- Messrohrwerkstoff
ab.
Ein Nullpunkttrend kann dabei ein wertvoller Hinweis sein, ist aber nicht spezifisch für Messrohrverschleiß. Auch Gasblasen, Ablagerungen, Vibrationen und geänderte Montagebedingungen können den Nullpunkt beeinflussen.
Dasselbe gilt für die Dichtemessung: Eine langfristige Verschiebung unter definierten Referenzbedingungen kann diagnostisch interessant sein, während eine Änderung während des normalen Prozesses zunächst eine reale Änderung der Medienzusammensetzung sein kann.
Deutlich aussagekräftiger wird die Zustandsbewertung, wenn mechanische Diagnosegrößen wie die Messrohrsteifigkeit hinzukommen.
Moderne Systeme mit Tube-Health- beziehungsweise Rohrzustandsprüfung können Änderungen des schwingenden Messsystems gegenüber einem Referenzzustand überwachen und damit eine zustandsorientierte Wartung unterstützen.
Für abrasive Anwendungen lautet die wichtigste Strategie deshalb: Verschleiß nicht erst am fehlerhaften Durchflusswert erkennen. Bereits bei der Inbetriebnahme eine Baseline aus Nullpunkt, Dichte und Zustandsdiagnose erfassen und anschließend deren Entwicklung systematisch über die Betriebszeit beobachten.
FAQ: Coriolis-Durchflussmesser bei abrasiven Medien
Können Coriolis-Durchflussmesser abrasive Medien messen?
Grundsätzlich können Coriolis-Geräte auch feststoffhaltige Flüssigkeiten und Suspensionen messen. Ob ein bestimmtes Gerät dauerhaft geeignet ist, hängt jedoch von Partikelgröße, Feststoffkonzentration, Härte, Strömungsgeschwindigkeit, Messrohrgeometrie und Werkstoff ab.
Wie verschleißt ein Coriolis-Messrohr?
Harte Partikel können beim Auftreffen auf die Innenwand Material abtragen. Dieser abrasive beziehungsweise erosive Verschleiß kann lokal oder über größere Bereiche der Messrohre auftreten und langfristig deren Wandstärke reduzieren.
Kann man Messrohrverschleiß am Nullpunkt erkennen?
Eine langfristige Veränderung des Nullpunkts kann ein Hinweis auf einen veränderten Sensorzustand sein. Sie ist aber nicht eindeutig, weil auch Vibrationen, Gasblasen, Ablagerungen, Rohrspannung oder eine ungeeignete Nullpunktprüfung den Wert beeinflussen können.
Was ist der Tube Health Check?
Bei einer Rohrzustandsprüfung werden diagnostische Eigenschaften des schwingenden Messsystems mit einem Referenzzustand verglichen. Dazu kann insbesondere die Messrohrsteifigkeit gehören. Wird die Rohrwand durch Erosion oder Korrosion dünner, verändert sich ihre mechanische Steifigkeit.
Ersetzt der Tube Health Check eine Kalibrierung?
Nein. Die Zustandsprüfung dient der Diagnose mechanischer Veränderungen. Eine Kalibrierung bestimmt dagegen die tatsächliche Messabweichung gegenüber einer rückführbaren Referenz. Beide Verfahren ergänzen sich.
Kann sich durch Abrasion auch die Dichtemessung verändern?
Ja. Die Dichtebestimmung hängt vom Resonanzverhalten des Messrohres ab. Mechanische Veränderungen können deshalb auch die Dichtemessung beeinflussen. Eine Dichteänderung ist jedoch nur unter bekannten Referenzbedingungen eindeutig als Geräteänderung bewertbar.
Warum kann eine Suspension den Nullpunkt instabil machen?
Schwere Partikel können sich bei geringer Strömungsgeschwindigkeit absetzen und eine ungleichmäßige Verteilung im Sensor erzeugen. Außerdem können Gasblasen oder eine nicht homogene Mischung das Schwingungsverhalten beeinflussen.
Welche Einbaulage ist bei Feststoffen sinnvoll?
Bei sedimentierenden Suspensionen ist häufig eine vertikale Installation mit Durchfluss nach oben vorteilhaft. Dadurch wird die Mitnahme der Partikel unterstützt und die Gefahr von Ablagerungen reduziert. Maßgeblich bleiben die Einbauvorgaben des konkreten Sensors.
Warum kann ein Rohrbogen vor dem Coriolis-Sensor bei abrasiven Medien problematisch sein?
Ein Rohrbogen kann eine verwirbelte beziehungsweise asymmetrische Strömung erzeugen. Abrasive Partikel können dadurch lokal mit ungünstigem Winkel auf das Messrohr treffen und dort den Materialabtrag erhöhen.
Ist Alloy 22 automatisch besser für abrasive Medien als Edelstahl?
Nein. Alloy 22 wird vor allem wegen seiner chemischen Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Abrasionsbeständigkeit ist eine andere Werkstoffeigenschaft. Die Auswahl muss daher anhand von chemischem Medium und mechanischer Partikelbelastung gemeinsam erfolgen.
Wie häufig sollte ein Coriolis-Messgerät bei abrasiven Medien kontrolliert werden?
Es gibt kein allgemeingültiges Intervall. Bei einer neuen Anwendung sind zunächst kürzere Prüfintervalle sinnvoll. Anhand des festgestellten Trends können diese später an Betriebsstunden, Feststoffbelastung und Prozessrisiko angepasst werden.
Warum sollte direkt nach der Inbetriebnahme eine Referenzmessung gespeichert werden?
Nur mit einem dokumentierten Ausgangszustand lassen sich langsame Veränderungen sicher beurteilen. Besonders hilfreich sind Baseline-Werte für Nullpunkt, Dichte unter Referenzbedingungen und verfügbare Tube-Health- beziehungsweise Sensorzustandsparameter.
Was ist aussagekräftiger: ein einzelner Diagnosewert oder der Trend?
In der Regel der Trend. Eine kleine einmalige Abweichung kann durch Prozessbedingungen entstehen. Eine über mehrere Prüfungen kontinuierlich zunehmende Veränderung ist deutlich aussagekräftiger und eignet sich besser für Predictive Maintenance.