Clamp-on-Ultraschallmessung eignet sich besonders gut für bestehende Rohrleitungen, weil die Sensoren außen montiert werden und die Leitung weder aufgetrennt noch der Prozess unterbrochen werden muss. In der Praxis sind solche Rohrleitungen jedoch nur selten blank und vollkommen gleichmäßig. Stahlrohre sind häufig lackiert, mit Korrosionsschutz versehen oder bereits mehrfach überstrichen worden. Zusätzlich können Roststellen, alte Beschichtungsreste oder Unebenheiten an genau der Stelle vorhanden sein, an der die Ultraschallsensoren montiert werden sollen.
Damit entsteht eine wichtige Frage: Muss der Lack vollständig entfernt werden oder kann ein SITRANS Clamp-on-Sensor direkt auf einer beschichteten Rohrleitung montiert werden? Eine pauschale Antwort ist nicht sinnvoll. Eine dünne, fest haftende und gleichmäßige Beschichtung ist akustisch etwas völlig anderes als loser Altanstrich, Korrosion oder eine dicke, weiche Mehrschichtbeschichtung. Entscheidend ist nicht die Farbe des Rohres, sondern ob zwischen Sensor und eigentlicher Rohrwand eine reproduzierbare akustische Kopplung hergestellt werden kann.
Gleichzeitig ist die Oberfläche nur ein Teil der Auslegung. Das SITRANS-System benötigt korrekte Angaben zu Rohrdurchmesser, Rohrmaterial und Wanddicke. Bei ausgekleideten Rohrleitungen kommen zusätzlich die Daten der Innenauskleidung hinzu. Schon eine deutlich falsche Wanddicke verändert den berechneten Ultraschallweg und kann dazu führen, dass Sensorabstand und Signalqualität nicht optimal zusammenpassen.
Die wichtigste Regel lautet daher: Bei beschichteten Rohren müssen Koppelstelle, tatsächliche Rohrwand und Parametrierung gemeinsam betrachtet werden. Eine saubere Sensorauflage hilft wenig, wenn eine falsche Wanddicke eingegeben wurde. Umgekehrt kann eine perfekte Parametrierung keine lose oder akustisch ungeeignete Kontaktfläche kompensieren.
Wie funktioniert die SITRANS Clamp-on-Messung?
Bei einem Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmessgerät werden zwei Ultraschallsensoren außen auf der Rohrleitung montiert. Die Sensoren senden Ultraschallsignale durch Rohrwand und Medium. Aus den Laufzeiten der Signale in und gegen die Strömungsrichtung bestimmt der Messumformer die Strömungsgeschwindigkeit und daraus den Volumendurchfluss.
Der große Vorteil besteht darin, dass die Sensoren keinen direkten Kontakt zum Medium benötigen. Es gibt keine zusätzliche Druckverluststelle, die Leitung muss nicht geöffnet werden und vorhandene Anlagen können vergleichsweise einfach nachgerüstet werden.
Diese berührungslose Messung darf jedoch nicht mit einer von der Rohrleitung unabhängigen Messung verwechselt werden. Das Rohr selbst ist ein wesentlicher Bestandteil des akustischen Systems. Material, Außendurchmesser, Wanddicke und gegebenenfalls Innenauskleidung bestimmen gemeinsam, wie sich der Ultraschall ausbreitet und in welchem Abstand die Sensoren montiert werden müssen.
Auch die äußere Koppelstelle gehört zu diesem akustischen Weg. Luft zwischen Sensor und Rohr wäre für die Ultraschallübertragung äußerst ungünstig. Deshalb werden Sensorfläche, Rohrfläche und Koppelmaterial so kombiniert, dass ein reproduzierbarer akustischer Übergang entsteht.
Ist Lack auf dem Rohr grundsätzlich ein Problem?
Ein lackiertes Rohr ist nicht automatisch ungeeignet für eine Clamp-on-Messung. Entscheidend ist der Zustand der Beschichtung. Eine dünne und vollständig fest haftende Lackschicht auf einem glatten Rohr kann eine wesentlich günstigere Ausgangssituation darstellen als eine unbeschichtete, aber stark korrodierte und schuppige Stahloberfläche.
Problematisch wird eine Beschichtung vor allem dann, wenn sie nicht mehr fest mit der Rohrwand verbunden ist oder eine stark ungleichmäßige Zwischenlage bildet. Loser Lack kann sich unter der Sensorhalterung bewegen. Blasen, Rost unter dem Anstrich, dicke Mehrfachbeschichtungen oder weiche Beschichtungen können den akustischen Kontakt zusätzlich verschlechtern.
Siemens verlangt für die FSS200-Montage deshalb eine saubere Kontaktfläche und nennt ausdrücklich Schmutz, Korrosion, Rost und losen Lack als Bestandteile, die im Sensorbereich entfernt werden sollen.
| Oberflächenzustand | Bewertung für Clamp-on | Empfohlene Maßnahme |
|---|---|---|
| Dünner, glatter und fest haftender Lack | Kann abhängig von Signalqualität und Anwendung nutzbar sein | Oberfläche reinigen, Koppelstelle sorgfältig herstellen und Diagnose prüfen |
| Loser oder abblätternder Lack | Ungeeignet als reproduzierbare Koppelstelle | Losen Anstrich im Sensorbereich entfernen |
| Rost beziehungsweise Korrosion unter der Beschichtung | Ungleichmäßige akustische Kontaktfläche | Sensorfläche fachgerecht vorbereiten |
| Dicke oder weiche Mehrschichtbeschichtung | Kann Ultraschall stark dämpfen oder undefiniert beeinflussen | Geeignete lokale Kontaktfläche schaffen und Signalqualität verifizieren |
| Blankes, glattes und sauberes Rohr | Sehr gute Ausgangssituation | Koppelmittel und Sensorhalterung entsprechend Anleitung montieren |
Es ist daher nicht sinnvoll, bei jeder lackierten Rohrleitung automatisch die komplette Beschichtung großflächig zu entfernen. Ebenso falsch wäre jedoch die Annahme, dass jede vorhandene Lackschicht bedenkenlos als Koppelfläche verwendet werden kann. Die tatsächliche Oberfläche muss vor Ort beurteilt werden.
Koppelstelle richtig vorbereiten
Eine gute Koppelstelle ist sauber, glatt, mechanisch stabil und über die gesamte Sensorfläche möglichst gleichmäßig. Fett, Schmutz, lose Beschichtungsreste und Korrosionspartikel müssen entfernt werden.
Siemens sieht bei unregelmäßigen Rohrflächen mit altem Lack oder Korrosion eine mechanische Oberflächenvorbereitung vor. Dabei ist jedoch Zurückhaltung wichtig. Ein geeigneter Handschleifer beziehungsweise eine schonende abrasive Bearbeitung kann eingesetzt werden. Aggressives Bearbeiten mit einem Winkel- oder Trennschleifer ist dagegen ungeeignet, weil dadurch die Rohrkontur lokal verändert werden kann.
Das Ziel besteht nicht darin, möglichst viel Material abzutragen, sondern eine ebene und reproduzierbare Kontaktfläche herzustellen. Insbesondere bei dünnwandigen Rohrleitungen darf die Vorbereitung niemals dazu führen, dass relevante Mengen Rohrmaterial entfernt werden.
Die vorbereitete Fläche sollte etwas größer sein als die tatsächliche Sensorauflage. Dadurch liegt nicht nur der zentrale Bereich des Sensors sauber an, sondern auch die Umgebung der Montagefläche bleibt frei von groben Unebenheiten.
Nach der mechanischen Vorbereitung wird die Fläche von Schleifstaub, Fett und losen Partikeln gereinigt. Erst anschließend werden Koppelmaterial und Sensoren montiert.
Warum die tatsächliche Wanddicke entscheidend ist
Die Rohrwanddicke ist für die Clamp-on-Auslegung keine nebensächliche Eingabe. Der Ultraschall muss die Rohrwand durchlaufen, bevor er das Medium erreicht. Wanddicke und Schallgeschwindigkeit des Rohrmaterials beeinflussen daher die Geometrie und Laufzeit des Schallpfades.
Die Wanddicke sollte deshalb möglichst nicht allein aus einer alten Rohrliste übernommen werden. Nennwanddicken aus Rohrtabellen können für eine erste Auslegung hilfreich sein, müssen aber nicht exakt der realen Leitung entsprechen. Fertigungstoleranzen, Korrosionsabtrag und die tatsächliche Rohrserie können zu Abweichungen führen.
Siemens empfiehlt deshalb ausdrücklich, die Wanddicke mit einem geeigneten Dickenmessgerät zu bestimmen. Ist eine direkte Messung nicht möglich, können Rohrklassentabellen als Ersatzinformation dienen.
Besonders relevant ist dies bei den hochpräzisen FSS200-Sensorvarianten für Stahlleitungen. Diese werden nicht nur nach Rohrdurchmesser, sondern gezielt nach Wanddickenbereich ausgewählt. Eine FSS200-C1H-Ausführung ist beispielsweise für einen anderen Wanddickenbereich vorgesehen als eine C2H- oder D-Ausführung.
Wichtig: Die Dicke eines äußeren Farbanstrichs sollte nicht einfach zur metallischen Rohrwanddicke addiert und anschließend als Rohrwand eingetragen werden. Die Wanddicke beschreibt die eigentliche tragende Rohrwand beziehungsweise das in der Parametrierung gewählte Rohrmaterial. Eine Innenauskleidung wird bei entsprechenden Systemen separat behandelt.
Außenbeschichtung und Innenauskleidung unterscheiden
Außenlack und Innenauskleidung werden in der Praxis gelegentlich in einen Topf geworfen. Akustisch und bei der Parametrierung handelt es sich jedoch um unterschiedliche Situationen.
Eine Außenbeschichtung befindet sich zwischen Clamp-on-Sensor und äußerer Rohrwand. Ihr wesentlicher Einfluss liegt deshalb an der Koppelstelle. Eine Innenauskleidung befindet sich dagegen zwischen Rohrwand und Medium und ist Bestandteil des eigentlichen Schallweges durch die Rohrleitung.
Beim SITRANS FST030 können für eine Innenauskleidung separate Parameter wie Material, Dicke und Schallgeschwindigkeit hinterlegt werden. Zu den vorgesehenen Materialgruppen gehören beispielsweise Zement, Emaille, Glas, Kunststoff, PTFE und Gummi.
| Parameter | Was ist gemeint? | Typischer Fehler |
|---|---|---|
| Außendurchmesser | Äußerer Durchmesser der Rohrleitung | Nennweite mit tatsächlichem Außendurchmesser verwechseln |
| Wanddicke | Dicke der eigentlichen Rohrwand | Lack oder Innenauskleidung pauschal zur Stahlwand addieren |
| Rohrmaterial | Werkstoff der tragenden Rohrwand | Falschen Werkstoff und damit falsche Schallgeschwindigkeit verwenden |
| Liner-Dicke | Dicke einer inneren Auskleidung | Vorhandene Auskleidung vollständig ignorieren |
| Liner-Material | Werkstoff der inneren Auskleidung | Auskleidung und Außenbeschichtung verwechseln |
| Koppelstelle | Äußere Kontaktfläche zwischen Sensor und Rohr | Lose Farbe, Rost oder Luftspalte unter dem Sensor belassen |
Bei einer außen lackierten, innen aber blanken Stahlleitung ist deshalb nicht automatisch eine Liner-Parametrierung erforderlich. Bei einem innen gummierten, emaillierten oder kunststoffausgekleideten Rohr sieht die Situation dagegen anders aus.
FSS200-Sensor passend auswählen
Die Siemens FSS200-Familie umfasst unterschiedliche Sensorvarianten. Welche Ausführung sinnvoll ist, hängt unter anderem von Rohrmaterial, Durchmesser, Wanddicke, Temperatur und den Genauigkeitsanforderungen ab.
Universal-Sensoren decken einen breiten Bereich von Rohrdurchmessern und Rohrmaterialien ab und sind für viele typische Flüssigkeitsanwendungen geeignet. Hochpräzisionssensoren sind insbesondere für Stahlrohre vorgesehen und werden nach definierten Wanddickenbereichen ausgewählt. Für hohe Rohrtemperaturen stehen zusätzliche Hochtemperaturausführungen zur Verfügung.
Die Beschichtung allein entscheidet daher nicht über den Sensortyp. Ein korrekt vorbereiteter lackierter Stahl kann weiterhin eine normale Clamp-on-Anwendung sein. Entscheidend ist die komplette Kombination aus Rohr, Medium, Temperatur, Wanddicke und gewünschter Messqualität.
Koppelmittel richtig einsetzen
Selbst eine sehr glatte Metallfläche besteht mikroskopisch betrachtet aus Unebenheiten. Wird ein Ultraschallsensor trocken auf eine solche Oberfläche gesetzt, bleiben kleine Luftzwischenräume bestehen. Diese Luftschichten verschlechtern die Ultraschallübertragung erheblich.
Deshalb wird zwischen Sensor und Rohr ein geeignetes akustisches Koppelmaterial verwendet. Siemens bietet für FSS200-Anwendungen je nach Anwendung unterschiedliche Koppelmaterialien an. Für Flüssigkeitsmessungen stehen unter anderem trockene Couplant-Pads sowie geeignete Koppelmittel zur Verfügung.
Für langfristig installierte Sensoren sollte ein Koppelmaterial verwendet werden, das für eine dauerhafte Installation vorgesehen ist. Entscheidend sind dabei nicht nur die akustischen Eigenschaften direkt nach der Montage, sondern auch Langzeitverhalten, Rohrtemperatur und Umgebungsbedingungen.
Mehr Koppelmittel ist dabei nicht automatisch besser. Eine gleichmäßige, korrekt montierte Kopplung ist entscheidend. Zu viel weiches Material oder eine unsaubere Sensorauflage kann die reproduzierbare Positionierung verschlechtern.
Geeignete Sensorposition am Rohr wählen
Neben Lack und Wanddicke entscheidet auch die Position am Rohr über die Signalqualität. Auf horizontalen Flüssigkeitsleitungen sollte ein Clamp-on-Sensor nicht einfach am höchsten Punkt der Rohrleitung montiert werden.
Gasblasen sammeln sich bevorzugt im oberen Bereich. Ablagerungen können sich dagegen im unteren Bereich konzentrieren. Eine seitliche Montage – vereinfacht in der Nähe der 3- beziehungsweise 9-Uhr-Position – ist deshalb bei vielen Flüssigkeitsanwendungen eine günstige Ausgangsposition.
Zusätzlich muss eine Rohrstelle mit möglichst gut ausgebildetem Strömungsprofil gewählt werden. Ventile, Pumpen, mehrere Bögen oder Querschnittsänderungen unmittelbar vor der Messstelle können das Geschwindigkeitsprofil deutlich beeinflussen.
Die optimale Position ergibt sich deshalb aus zwei Anforderungen: Zum einen muss die äußere Oberfläche eine geeignete Koppelstelle ermöglichen, zum anderen muss die hydraulische Einbausituation für eine zuverlässige Durchflussmessung geeignet sein.
Rohr- und Prozessdaten richtig parametrieren
Vor der endgültigen Montage werden die relevanten Rohr- und Prozessdaten in den Messumformer eingegeben. Daraus berechnet das System unter anderem den benötigten Sensorabstand und den vorgesehenen Schallweg.
Zu den wichtigen Eingabedaten gehören abhängig von System und Anwendung insbesondere:
- Rohrmaterial,
- tatsächlicher Außendurchmesser,
- Rohrwanddicke,
- gegebenenfalls Material und Dicke einer Innenauskleidung,
- Medium beziehungsweise Schallgeschwindigkeit des Mediums,
- Prozesstemperatur,
- Viskosität, soweit für die jeweilige Konfiguration erforderlich,
- positive Durchflussrichtung.
Gerade bei älteren Anlagen sollte nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass die Dokumentation alle Werte korrekt wiedergibt. Außendurchmesser und Wanddicke lassen sich vor Ort verifizieren. Auch die tatsächliche Rohrwerkstoffausführung sollte bei Unsicherheit anhand der Anlagenunterlagen geprüft werden.
Nach Eingabe der Parameter liefert das SITRANS-System den erforderlichen Sensorabstand. Dieser sollte anschließend möglichst genau mechanisch umgesetzt werden. Montageleisten und Sensorrahmen erleichtern eine reproduzierbare Positionierung.
Der passende V-, Z- oder W-Schallpfad hängt unter anderem von Rohrdurchmesser, Medium und Signalbedingungen ab. Dieses Thema wird im separaten Fachbeitrag „Ultraschallmessung im V-, Z- oder W-Pfad“ ausführlicher behandelt.
Diagnosewerte nach der Montage prüfen
Eine Clamp-on-Messstelle sollte nach dem Festziehen der Sensoren nicht allein anhand eines plausibel wirkenden Durchflusswertes freigegeben werden. Besonders bei beschichteten Rohrleitungen sind die Diagnosewerte wertvoll, weil sich darüber beurteilen lässt, wie gut die akustische Übertragung tatsächlich funktioniert.
Beim SITRANS FST030 stehen unter anderem Empfangsverstärkung, Signal-Rausch-Verhältnis, Schallgeschwindigkeit, Laufzeit und Laufzeitdifferenz als Diagnosegrößen zur Verfügung. Auch das empfangene Signal kann diagnostisch betrachtet werden.
| Diagnosewert | Bedeutung | Was kann bei einer problematischen Koppelstelle auffallen? |
|---|---|---|
| RX Gain | Benötigte Verstärkung des Empfangssignals | Ungewöhnlich hoher Verstärkungsbedarf kann auf ein schwaches Signal hinweisen |
| SNR | Signal-Rausch-Verhältnis | Niedriger Wert kann auf schlechte akustische Bedingungen oder Störeinflüsse hinweisen |
| Receiver Signal | Form des empfangenen Ultraschallsignals | Schwaches oder unsauberes Signal kann eine erneute Montageprüfung erforderlich machen |
| Sound Velocity | Ermittelte Schallgeschwindigkeit des Mediums | Unplausible Werte können auf falsche Parameter oder eine ungeeignete Messsituation hinweisen |
| Travel Time | Laufzeit zwischen Senden und Empfangen | Hilft bei der Plausibilisierung von Schallweg und Parametrierung |
Die Diagnosewerte sollten nicht isoliert anhand eines einzelnen Grenzwerts bewertet werden. Rohrgröße, Sensorart, Medium und Montage beeinflussen das Signal. Besonders hilfreich ist der Vergleich vor und nach einer Veränderung der Sensorposition oder Oberflächenvorbereitung.
Verbessert sich beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich, nachdem eine lose Lackschicht lokal entfernt und die Koppelstelle neu hergestellt wurde, ist dies ein starker Hinweis darauf, dass die ursprüngliche Oberfläche einen relevanten Einfluss hatte.
Praxisbeispiel: lackierte Kühlwasserleitung
In einer Bestandsanlage soll der Durchfluss einer Kühlwasserleitung gemessen werden. Die Stahlleitung ist außen mit mehreren Schichten Korrosionsschutzlack versehen. Ein Auftrennen der Leitung für einen Inline-Durchflussmesser soll vermieden werden.
Auf den ersten Blick wirkt die Lackoberfläche gut. Bei genauerer Prüfung zeigt sich jedoch, dass sie an einzelnen Stellen bereits unterrostet und lokal leicht aufgequollen ist. Genau dort einen Clamp-on-Sensor festzuklemmen wäre ungünstig, weil die mechanische und akustische Verbindung nicht eindeutig reproduzierbar wäre.
Zunächst wird deshalb eine geeignete seitliche Messstelle mit ausreichend gerader Rohrstrecke ausgewählt. Der tatsächliche Außendurchmesser wird aufgenommen und die Wanddicke mit einem geeigneten Messverfahren überprüft. Anschließend werden die beiden vorgesehenen Sensorbereiche lokal so vorbereitet, dass lose Beschichtungs- und Korrosionsanteile entfernt sind und eine glatte, stabile Kontaktfläche entsteht.
Nach Eingabe von Rohrmaterial, Durchmesser, Wanddicke und Medium berechnet der SITRANS-Messumformer den Sensorabstand. Die Sensoren werden mit geeignetem Koppelmaterial montiert und anschließend nicht nur der Durchflusswert, sondern auch die Signaldiagnose kontrolliert.
Ist das Empfangssignal stabil und die ermittelte Schallgeschwindigkeit für das Medium plausibel, besitzt die Messstelle eine wesentlich bessere technische Grundlage als eine Montage, bei der lediglich zwei Sensoren auf den vorhandenen Altanstrich geklemmt und ein plausibel erscheinender Durchflusswert akzeptiert wird.
Systematischer Montage- und Prüfablauf
Bei beschichteten Rohrleitungen empfiehlt es sich, Oberfläche, Rohrdaten und Diagnose in einer festen Reihenfolge zu prüfen. Dadurch lassen sich Fehlersuchen vermeiden, bei denen gleichzeitig Sensorposition, Parametrierung und Koppelstelle verändert werden.
- Geeignete Rohrstelle auswählen: Gerade Rohrstrecke, vollständig gefüllte Leitung und günstige Sensorposition berücksichtigen.
- Rohrmaterial feststellen: Werkstoff anhand von Dokumentation beziehungsweise Anlagenkennzeichnung verifizieren.
- Außendurchmesser bestimmen: Tatsächlichen Wert statt nur der Nennweite verwenden.
- Wanddicke bestimmen: Wenn möglich messen; Rohrtabellen nur als Ersatz verwenden.
- Innenauskleidung prüfen: Falls vorhanden, Material und Dicke separat erfassen.
- Beschichtungszustand beurteilen: Auf losen Lack, Blasen, Korrosion und ungleichmäßige Mehrfachbeschichtung achten.
- Koppelbereiche vorbereiten: Oberfläche reinigen und lose beziehungsweise störende Schichten fachgerecht entfernen.
- Rohr- und Prozessdaten eingeben: Parameter im SITRANS-Messumformer korrekt hinterlegen.
- Sensorabstand übernehmen: Den berechneten Abstand exakt mechanisch einstellen.
- Koppelmaterial montieren: Für Anwendung und Temperatur geeignetes Material verwenden.
- Sensoren gleichmäßig befestigen: Sensorflächen vollflächig und reproduzierbar ankoppeln.
- Diagnose prüfen: Empfangssignal, SNR, Gain und Schallgeschwindigkeit plausibilisieren.
- Durchflusswert bewerten: Erst nach erfolgreicher Diagnose den Messwert als belastbar betrachten.
- Montage dokumentieren: Rohrdaten, Sensorposition und Diagnosewerte für spätere Wartung festhalten.
Häufige Fehler bei beschichteten Rohren
Jeden Lack grundsätzlich vollständig entfernen
Nicht die Farbe an sich ist das Problem, sondern eine ungeeignete akustische Kontaktfläche. Entscheidend sind Haftung, Gleichmäßigkeit und Signalqualität. Eine großflächige unnötige Beschädigung des Korrosionsschutzes sollte vermieden werden.
Losen Altanstrich unter dem Sensor belassen
Eine bewegliche oder unterrostete Beschichtung ist keine stabile Koppelstelle und sollte im Sensorbereich fachgerecht vorbereitet werden.
Mit dem Winkelschleifer eine plane Stelle herstellen
Aggressives Schleifen kann die Rohrkontur und lokal sogar die Wanddicke verändern. Die Oberfläche soll gereinigt und geglättet, nicht unnötig bearbeitet werden.
Wanddicke aus der Nennweite ableiten
Aus DN allein lässt sich keine eindeutige Wanddicke bestimmen. Rohrserie, Schedule und tatsächliche Ausführung müssen berücksichtigt werden.
Außenlack zur Stahlwanddicke addieren
Der Anstrich ist nicht einfach Bestandteil der in der Parametrierung angegebenen metallischen Rohrwand.
Innenauskleidung übersehen
Gummi, PTFE, Zement, Emaille oder andere Innenauskleidungen liegen direkt im Schallweg und müssen bei entsprechenden Systemen separat berücksichtigt werden.
Sensor oben auf einer Flüssigkeitsleitung montieren
Gasblasen sammeln sich bevorzugt am Rohrscheitel und können den Ultraschallweg beeinträchtigen. Eine seitliche Montage ist häufig günstiger.
Nur einen plausiblen Durchflusswert betrachten
Ein Zahlenwert kann plausibel aussehen, obwohl das Empfangssignal schlecht ist. Diagnosewerte gehören zur Inbetriebnahme einer Clamp-on-Messstelle dazu.
Koppelmittel als Ersatz für schlechte Oberflächenvorbereitung verwenden
Koppelmaterial soll mikroskopische Luftspalte überbrücken. Es kann lose Farbe, starke Korrosion oder eine ungeeignete mechanische Auflage nicht zuverlässig kompensieren.
Passende SITRANS Clamp-on-Systeme
ICS Schneider Messtechnik bietet unterschiedliche Siemens SITRANS Clamp-on-Systeme für die berührungslose Ultraschall-Durchflussmessung an.
Das SITRANS FS220 kombiniert den FST020-Messumformer mit FSS200 Clamp-on-Ultraschallsensoren. Das System eignet sich insbesondere für typische Flüssigkeitsanwendungen, bei denen eine bestehende Rohrleitung ohne Prozessunterbrechung nachgerüstet werden soll.
Für anspruchsvollere Anwendungen steht das SITRANS FS230 mit FST030-Messumformer und FSS200-Sensoren zur Verfügung. Je nach Konfiguration sind mehrere Messpfade, umfangreiche Diagnosefunktionen und Ausführungen für explosionsgefährdete Bereiche möglich.
Innerhalb der FSS200-Sensorfamilie stehen Universal-, High-Precision- und Hochtemperaturausführungen zur Verfügung. Welche Variante geeignet ist, hängt unter anderem von Rohrmaterial, Rohrdurchmesser, Wanddicke, Temperatur und der geforderten Messgenauigkeit ab.
Siemens Ultraschall-Durchflussmessung bei ICS Schneider
Fazit
Eine lackierte oder anderweitig beschichtete Rohrleitung schließt eine Clamp-on-Ultraschallmessung nicht grundsätzlich aus. Für die Messqualität ist jedoch entscheidend, was sich tatsächlich zwischen Sensor und Rohrwand befindet und wie reproduzierbar der akustische Kontakt hergestellt werden kann.
Lose Farbe, Korrosion und ungleichmäßige Oberflächen gehören nicht unter einen Clamp-on-Sensor. Eine dünne, mechanisch stabile Oberfläche muss dagegen anhand der konkreten Anwendung und der erreichbaren Signalqualität beurteilt werden.
Ebenso wichtig wie die Koppelstelle ist die korrekte Rohrwanddicke. Die Ultraschallmessung verwendet die Rohrleitung selbst als Teil des Schallpfades. Falsche Wanddaten können deshalb Sensorabstand und akustische Auslegung beeinträchtigen. Bei hochpräzisen FSS200-Sensoren für Stahlleitungen ist die Wanddicke sogar ein direktes Auswahlkriterium für die Sensorvariante.
Außenbeschichtung und Innenauskleidung müssen außerdem getrennt betrachtet werden. Der Außenlack beeinflusst vor allem die mechanische und akustische Kopplung des Sensors. Eine Innenauskleidung liegt dagegen im Schallweg und wird bei geeigneten SITRANS-Systemen mit eigenen Material- und Dickenwerten berücksichtigt.
Wer vor der Montage Rohrmaterial, Außendurchmesser, reale Wanddicke und Beschichtungszustand prüft, die Kontaktfläche sauber vorbereitet und anschließend die SITRANS-Diagnosewerte kontrolliert, schafft eine wesentlich belastbarere Messstelle als durch eine reine Montage nach Augenmaß.
FAQ zur SITRANS Clamp-on-Montage auf beschichteten Rohren
Kann ein SITRANS Clamp-on-Sensor direkt auf Lack montiert werden?
Das hängt vom Zustand und Aufbau der Beschichtung ab. Eine dünne, glatte und vollständig fest haftende Beschichtung kann eine andere Situation darstellen als loser Altanstrich oder eine dicke, weiche Beschichtung. Siemens verlangt insbesondere, lose Farbe, Rost, Korrosion und Verschmutzungen im Sensorbereich zu entfernen.
Muss der Lack für die Clamp-on-Messung immer vollständig entfernt werden?
Nein, eine pauschale Forderung, jede Beschichtung vollständig zu entfernen, ist nicht sinnvoll. Entscheidend ist eine mechanisch stabile und akustisch geeignete Kontaktfläche. Bei schlechter Signalqualität oder unklarer Beschichtung sollte die Koppelstelle lokal entsprechend vorbereitet werden.
Kann ich die Lackdicke zur Rohrwanddicke addieren?
Nein. Die in der Parametrierung verwendete Rohrwanddicke beschreibt die eigentliche Rohrwand des gewählten Rohrmaterials. Eine äußere Beschichtung sollte nicht einfach als zusätzliche Stahlwand betrachtet werden.
Wie bestimme ich die Wanddicke am besten?
Siemens empfiehlt die Messung mit einem geeigneten Wanddickenmessgerät. Wenn dies nicht möglich ist, können Rohrklassentabellen beziehungsweise dokumentierte Rohrdaten verwendet werden.
Warum ist die Wanddicke bei Clamp-on so wichtig?
Der Ultraschall durchläuft die Rohrwand. Wanddicke und Schallgeschwindigkeit des Rohrmaterials beeinflussen damit den Schallweg und den berechneten Sensorabstand.
Was ist der Unterschied zwischen Außenbeschichtung und Innenauskleidung?
Die Außenbeschichtung befindet sich zwischen Sensor und äußerer Rohrwand und beeinflusst hauptsächlich die Koppelstelle. Eine Innenauskleidung befindet sich zwischen Rohrwand und Medium und ist direkt Bestandteil des Ultraschall-Schallweges.
Kann SITRANS eine Innenauskleidung berücksichtigen?
Bei entsprechenden SITRANS-Systemen können Material, Dicke und akustische Eigenschaften einer Innenauskleidung separat parametriert werden.
Welche Innenauskleidungen können relevant sein?
Typische Beispiele sind Gummi, Kunststoff, PTFE, Zement, Glas oder Emaille. Entscheidend sind das tatsächliche Rohr und die für den verwendeten Messumformer verfügbaren Materialdaten.
Kann ich Rost einfach mit Koppelmittel ausgleichen?
Nein. Koppelmittel dient zur Herstellung des akustischen Kontakts zwischen geeigneten Oberflächen. Lose Korrosion und stark ungleichmäßige Oberflächen sollten vorher fachgerecht vorbereitet werden.
Darf die Rohrfläche mit einem Winkelschleifer vorbereitet werden?
Siemens rät bei der Vorbereitung der FSS200-Koppelstelle von elektrischen Schleif- beziehungsweise Winkelschleifern ab, die die Rohrkontur verändern können. Für unregelmäßige alte Oberflächen kann eine schonendere abrasive Vorbereitung verwendet werden.
Wo sollten die Sensoren an einer horizontalen Flüssigkeitsleitung sitzen?
Eine seitliche Position ist häufig günstiger als der höchste oder tiefste Punkt des Rohres. Am Rohrscheitel können sich Gasblasen sammeln, während am Boden Ablagerungen vorhanden sein können.
Welches Koppelmittel sollte verwendet werden?
Das Koppelmaterial muss zur Sensorvariante, Anwendung, Temperatur und vorgesehenen Installationsdauer passen. Für dauerhafte Installationen sollte ein entsprechend geeignetes permanentes Koppelmaterial verwendet werden.
Welche Diagnosewerte sind nach der Montage wichtig?
Je nach SITRANS-System können unter anderem RX Gain, Signal-Rausch-Verhältnis, Empfangssignal, Schallgeschwindigkeit, Laufzeiten und Laufzeitdifferenz geprüft werden. Diese Werte helfen, die Qualität der akustischen Kopplung und Parametrierung zu beurteilen.
Kann ein plausibler Durchflusswert trotz schlechter Kopplung entstehen?
Ja. Deshalb sollte eine neue Clamp-on-Messstelle nicht ausschließlich anhand des angezeigten Durchflusses beurteilt werden. Die verfügbaren Diagnosewerte sollten ebenfalls plausibilisiert werden.
Wann sollte ein High-Precision-FSS200-Sensor eingesetzt werden?
Diese Sensorvarianten sind insbesondere für höhere Genauigkeitsanforderungen auf Stahlrohren vorgesehen. Die Auswahl erfolgt abhängig von der tatsächlichen Rohrwanddicke.
Wann ist das SITRANS FS220 sinnvoll?
Das FS220 eignet sich für typische stationäre Clamp-on-Flüssigkeitsmessungen und kombiniert den FST020-Messumformer mit FSS200-Sensoren.
Wann ist das SITRANS FS230 sinnvoll?
Das FS230 eignet sich für anspruchsvollere Clamp-on-Anwendungen mit erweiterten Diagnose-, Kommunikations- und Mehrpfadoptionen sowie – abhängig von der Ausführung – für explosionsgefährdete Bereiche.