Ultraschall-Durchflussmesser können den Gasdurchfluss ohne bewegliche Teile und – bei Clamp-On-Systemen – sogar ohne Eingriff in die Rohrleitung erfassen. Die Sensoren werden außen am Rohr montiert, sodass weder die Leitung geöffnet noch ein zusätzlicher Druckverlust erzeugt werden muss.
Was bei Flüssigkeiten vergleichsweise unkompliziert funktioniert, ist bei Gasen jedoch deutlich anspruchsvoller. Die geringe Dichte des Gases, die akustischen Eigenschaften der Rohrwand, der Betriebsdruck, die Gaszusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit bestimmen, ob ein ausreichend starkes und stabiles Ultraschallsignal entsteht.
Eine Gas-Ultraschallmessung sollte deshalb nicht allein nach Rohrdurchmesser und maximalem Durchfluss ausgewählt werden. Vor der Auslegung müssen Gasart, Betriebsdruck, Temperatur, Rohrmaterial, Wanddicke, Einbausituation und gewünschte Messgröße bekannt sein. Besonders bei Clamp-On-Anwendungen entscheidet diese Vorprüfung darüber, ob die Messung zuverlässig funktioniert.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert die Laufzeitmessung bei Gasen?
- Warum ist die Gasmessung schwieriger als die Flüssigkeitsmessung?
- Clamp-On oder In-Line?
- Wann ist Ultraschall-Durchflussmessung bei Gasen sinnvoll?
- Gasart, Druck und Temperatur richtig berücksichtigen
- Welche Rohrdaten werden benötigt?
- Einbaustelle und Strömungsprofil
- Mindestgeschwindigkeit und Messbereich
- Betriebs-, Normvolumen- und Massenstrom unterscheiden
- Signalstärke, Schallgeschwindigkeit und Diagnosewerte
- Typische Ursachen für instabile Messwerte
- Inbetriebnahme und Plausibilitätsprüfung
- Praxisbeispiel an einer Prozessgasleitung
- Ultraschall-Durchflussmesser für Gas auswählen
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Wie funktioniert die Laufzeitmessung bei Gasen?
Bei der Laufzeitmessung senden mindestens zwei Ultraschallsensoren Signale schräg durch das Rohr und das strömende Gas. Ein Signal läuft mit der Strömungsrichtung, das andere entgegen der Strömungsrichtung.
Das mit der Strömung laufende Signal erreicht den gegenüberliegenden Sensor etwas früher. Das entgegen der Strömung laufende Signal benötigt entsprechend länger. Aus dieser Laufzeitdifferenz berechnet der Messumformer die mittlere Strömungsgeschwindigkeit entlang des Ultraschallpfades.
Aus Strömungsgeschwindigkeit und freier Rohrquerschnittsfläche ergibt sich der Volumenstrom unter den aktuellen Betriebsbedingungen:
Volumenstrom = mittlere Strömungsgeschwindigkeit × freie Rohrquerschnittsfläche
Die reine Laufzeitdifferenz ist meist sehr klein. Das Messsystem muss daher Signalübertragung, Rohrgeometrie und Laufzeiten präzise bestimmen. Ungenaue Rohrdaten oder ein schwaches Empfangssignal können den berechneten Durchfluss deutlich beeinflussen.
Bei mehrpfadigen In-Line-Geräten oder anspruchsvollen Clamp-On-Systemen werden mehrere Ultraschallpfade verwendet. Dadurch lässt sich das Strömungsprofil besser erfassen und die Empfindlichkeit gegenüber asymmetrischen Strömungen reduzieren.
Warum ist die Gasmessung schwieriger als die Flüssigkeitsmessung?
Flüssigkeiten besitzen eine wesentlich höhere Dichte als Gase und übertragen Ultraschallsignale meist deutlich besser. Bei einer Clamp-On-Gasmessung muss das Signal zunächst durch die Rohrwand in das Gas eingekoppelt und anschließend wieder zurück in die gegenüberliegende Rohrwand übertragen werden.
An den Übergängen zwischen Metallrohr und Gas geht ein erheblicher Teil der Schallenergie verloren. Je geringer die Gasdichte und damit häufig auch der Betriebsdruck ist, desto schwächer kann das empfangene Signal ausfallen.
Weitere Unterschiede gegenüber Flüssigkeiten sind:
- Die Schallgeschwindigkeit hängt stärker von Gaszusammensetzung und Temperatur ab.
- Druckänderungen beeinflussen Gasdichte und Normvolumenberechnung.
- Niedrige Strömungsgeschwindigkeiten erzeugen nur sehr kleine Laufzeitdifferenzen.
- Druckregelventile und Verdichter können starke akustische Störungen erzeugen.
- Flüssigkeitstropfen, Kondensat oder Zweiphasenströmungen verändern das Signal.
- Rohrwand, Beschichtung und Korrosion wirken sich stark auf die Signaleinkopplung aus.
Ein Ultraschallgerät, das für Wasser oder andere Flüssigkeiten ausgelegt ist, kann deshalb nicht automatisch für Gas verwendet werden. Für Gasleitungen werden spezielle Sensoren, Montageanordnungen und Auswertealgorithmen benötigt.
Clamp-On oder In-Line?
| Kriterium | Clamp-On-Messung | In-Line-Messung |
|---|---|---|
| Montage | Sensoren außen auf der bestehenden Rohrleitung | Messstrecke wird in die Rohrleitung eingebaut |
| Prozessunterbrechung | In der Regel nicht erforderlich | Für Einbau und Ausbau erforderlich |
| Druckverlust | Kein zusätzlicher Druckverlust | Meist sehr gering, da keine Einbauten im Strömungsquerschnitt erforderlich sind |
| Messgeometrie | Abhängig von vorhandener Rohrleitung und bekannten Rohrdaten | Definierte, werksseitig bekannte Messgeometrie |
| Messunsicherheit | Stärker von Anwendung und Installation abhängig | In der Regel besser definiert und reproduzierbar |
| Typische Aufgabe | Nachrüstung, Check-Metering, Prozesskontrolle und temporäre Messung | Dauerhafte Prozessmessung, Bilanzierung und eichpflichtiger Verkehr |
Clamp-On ist besonders interessant, wenn eine Gasleitung nicht geöffnet werden darf, eine Messung nachgerüstet werden soll oder kein zusätzlicher Druckverlust entstehen darf. Auch große Rohrnennweiten und abgelegene Messstellen können wirtschaftlich erschlossen werden.
Für abrechnungsrelevante Messungen, sehr niedrige Messunsicherheiten oder schwierige Niederdruckanwendungen ist häufig ein In-Line-Ultraschallzähler die geeignetere Lösung. Seine Sensorpositionen, Pfadlängen und Rohrgeometrie sind eindeutig definiert und können werksseitig geprüft beziehungsweise kalibriert werden.
Wann ist Ultraschall-Durchflussmessung bei Gasen sinnvoll?
Typische industrielle Einsatzgebiete sind:
- Erdgas- und Prozessgasleitungen,
- Versorgungsleitungen innerhalb von Produktionsanlagen,
- Check-Metering und Vergleich mit vorhandenen Gaszählern,
- Verteilung von Brenngas auf einzelne Verbraucher,
- Gasversorgung von Kraftwerken, Brennern oder Öfen,
- Speicher-, Produktions- und Transportleitungen,
- Leckage- und Bilanzuntersuchungen,
- temporäre Messkampagnen,
- Messungen an großen Rohrleitungen ohne Prozessunterbrechung.
Eine Clamp-On-Messung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die bestehende Leitung erhalten bleiben soll. Die Sensoren haben keinen direkten Kontakt mit dem Gas und unterliegen weder dem Prozessdruck noch chemischem Angriff durch das Medium.
Weniger geeignet kann die Methode bei sehr niedrigem Gasdruck, extrem geringer Strömungsgeschwindigkeit, stark korrodierten oder akustisch ungünstigen Rohrleitungen sowie bei stark schwankender Gaszusammensetzung sein. Ob dennoch eine Messung möglich ist, muss anhand der konkreten Applikationsdaten geprüft werden.
Gasart, Druck und Temperatur richtig berücksichtigen
Für die Auslegung muss die genaue Gasart bekannt sein. Die Angabe „Gas“ oder „Prozessgas“ reicht nicht aus. Erdgas, Stickstoff, Wasserstoff, Biogas, Druckluft oder ein wechselndes Prozessgas besitzen unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten, Dichten und akustische Eigenschaften.
Bei Gasgemischen sollten möglichst Zusammensetzung und erwartete Schwankungsbreite angegeben werden. Verändert sich die Zusammensetzung, verändert sich auch die Schallgeschwindigkeit. Das kann sowohl für die Parametrierung als auch für die Plausibilitätskontrolle relevant sein.
Der Betriebsdruck beeinflusst insbesondere bei Clamp-On-Systemen die Signalübertragung. Mit zunehmender Gasdichte verbessert sich häufig die akustische Kopplung zwischen Rohrwand und Gas. Ein universeller Mindestdruck kann dennoch nicht angegeben werden, weil die erforderlichen Bedingungen von Gas, Rohrmaterial, Wanddicke, Sensorfrequenz und Rohrdurchmesser abhängen.
Benötigt werden deshalb mindestens:
- Gasart oder Gaszusammensetzung,
- minimaler, normaler und maximaler Betriebsdruck als Absolutdruck,
- minimale, normale und maximale Gastemperatur,
- mögliche Feuchtigkeit oder Kondensatbildung,
- erwartete Änderungen der Zusammensetzung,
- gewünschte Betriebs- oder Normbedingungen.
Auch bei grundsätzlich geeignetem Druck kann Kondensat problematisch sein. Flüssigkeitstropfen verändern die akustischen Bedingungen und können auf eine nicht homogene Gasphase hinweisen. Bei feuchten Gasen muss daher geprüft werden, ob das konkrete Messsystem für diese Bedingungen ausgelegt ist.
Welche Rohrdaten werden benötigt?
Bei einer Clamp-On-Messung ist die bestehende Rohrleitung Bestandteil des Messsystems. Der Messumformer berechnet aus den Rohrdaten den Sensorabstand, den Schallpfad und die freie Querschnittsfläche.
Wichtige Angaben sind:
- exakter Rohraußendurchmesser,
- Wanddicke,
- Rohrwerkstoff,
- eventuelle Innenauskleidung und deren Dicke,
- äußere Beschichtung oder Isolierung,
- Rohrzustand, Korrosion und Ablagerungen,
- Rohrnennweite und Druckstufe,
- verfügbarer Umfang für die Sensormontage.
Die Nennweite allein genügt nicht. Rohre gleicher Nennweite können abhängig von Werkstoff, Norm und Druckstufe unterschiedliche Außen- und Innendurchmesser besitzen.
Eine falsche Wanddicke verändert den berechneten Ultraschallweg und den freien Rohrquerschnitt. Dadurch können sowohl die Signalqualität als auch der berechnete Volumenstrom beeinflusst werden.
Bei älteren Rohrleitungen ist eine Wanddickenmessung an der vorgesehenen Sensorposition sinnvoll. Rost, Schweißnähte, Lackschichten und Unebenheiten müssen vor der Montage berücksichtigt werden. Die Sensoren benötigen eine saubere und ausreichend glatte Kontaktfläche.
Einbaustelle und Strömungsprofil
Die Ultraschallsensoren erfassen die Strömung nur entlang ihrer festgelegten Messpfade. Ein stark asymmetrisches oder verdralltes Strömungsprofil kann deshalb zu Abweichungen führen.
Störungen entstehen insbesondere hinter:
- Rohrbögen und räumlichen Doppelbögen,
- teilweise geschlossenen Ventilen,
- Druckminderern und Regelventilen,
- Verdichtern und Gebläsen,
- T-Stücken und Zusammenführungen,
- plötzlichen Querschnittsänderungen,
- Filtern oder Einbauten.
Die erforderlichen Ein- und Auslaufstrecken hängen vom Messgerät, der Anzahl der Pfade und der Art der Störung ab. Allgemeine Angaben in Rohrdurchmessern können nur als erste Orientierung dienen. Maßgeblich sind die Herstellervorgaben und die konkrete Strömungssituation.
Bei einer Einpfadmessung sollte die Einbaustelle möglichst weit von Störstellen entfernt liegen. Mehrpfadige Systeme können ein verzerrtes Strömungsprofil besser erfassen, ersetzen aber keine fachgerechte Auswahl der Messstelle.
Druckregelventile können zusätzlich starken Ultraschall- beziehungsweise Körperschall erzeugen. Die Sensoren sollten deshalb nicht unmittelbar neben einer solchen Geräuschquelle montiert werden. Bei der Inbetriebnahme muss geprüft werden, ob das Nutzsignal ausreichend deutlich über dem Störsignal liegt.
Mindestgeschwindigkeit und Messbereich
Je niedriger die Strömungsgeschwindigkeit ist, desto kleiner wird die Laufzeitdifferenz zwischen dem mit und gegen die Strömung laufenden Signal. Irgendwann liegt diese Differenz in der Größenordnung von Signalrauschen, zeitlicher Auflösung und Nullpunktstabilität.
Eine universelle Mindestgeschwindigkeit für sämtliche Gas-Ultraschallmessungen gibt es daher nicht. Sie hängt unter anderem ab von:
- Messsystem und Signalverarbeitung,
- Rohrdurchmesser und Pfadlänge,
- Anzahl und Anordnung der Messpfade,
- Gasart und Betriebsdruck,
- Signal-Rausch-Verhältnis,
- Strömungsprofil und Rohrvibration,
- geforderter Messunsicherheit.
Bei der Auslegung müssen nicht nur maximaler und normaler Durchfluss angegeben werden. Der kleinste noch zuverlässig zu messende Durchfluss ist ebenso wichtig. Ein System kann bei normaler Anlagenleistung sehr gut funktionieren, während es im Teillastbetrieb nur noch instabile Werte liefert.
Für Anwendungen mit großem Messbereich kann ein mehrpfadiges System oder ein speziell für niedrige Gasgeschwindigkeiten ausgelegter Messaufnehmer sinnvoll sein.
Betriebs-, Normvolumen- und Massenstrom unterscheiden
Ein Ultraschall-Durchflussmesser ermittelt zunächst die Strömungsgeschwindigkeit und daraus den Volumenstrom unter den aktuellen Bedingungen in der Rohrleitung. Dieser Wert wird als Betriebsvolumenstrom bezeichnet.
Bei Gasen verändert sich das Volumen mit Druck und Temperatur. Für den Vergleich von Verbrauchsmengen wird deshalb häufig ein Norm- oder Standardvolumenstrom benötigt.
Für die Umrechnung werden mindestens benötigt:
- absoluter Betriebsdruck,
- absolute Gastemperatur,
- festgelegter Normdruck,
- festgelegte Normtemperatur,
- gegebenenfalls Kompressibilitätsfaktoren oder ein Gasmodell.
Vereinfacht gilt:
Normvolumenstrom = Betriebsvolumenstrom × Druckverhältnis × umgekehrtes Temperaturverhältnis × Kompressibilitätskorrektur
Druckwerte müssen dabei absolut und Temperaturen in Kelvin verwendet werden. Außerdem muss eindeutig festgelegt sein, welche Referenzbedingungen gelten. Je nach Anwendung können beispielsweise 0 °C, 15 °C oder andere Standardbedingungen verwendet werden.
Ein Massedurchfluss kann aus Betriebsvolumenstrom und Betriebsdichte beziehungsweise aus Normvolumenstrom und Normdichte berechnet werden. Anders als ein Coriolis-Messgerät misst ein Gas-Ultraschallgerät den Massenstrom normalerweise nicht direkt.
Signalstärke, Schallgeschwindigkeit und Diagnosewerte
Bei einer Ultraschall-Gasmessung sollte nicht nur der angezeigte Durchfluss betrachtet werden. Diagnosewerte zeigen, ob das akustische Signal und die Messbedingungen plausibel sind.
| Diagnosewert | Bedeutung | Mögliche Reaktion |
|---|---|---|
| Signalstärke | Amplitude des empfangenen Ultraschallsignals | Sensorposition, Ankopplung, Rohrzustand und Betriebsdruck prüfen |
| Signal-Rausch-Verhältnis | Abstand des Nutzsignals zu akustischen Störungen | Abstand zu Ventilen, Verdichtern oder Vibrationen vergrößern |
| Gemessene Schallgeschwindigkeit | Akustische Eigenschaft des aktuellen Gases | Mit erwartetem Wert für Gaszusammensetzung und Temperatur vergleichen |
| Signalqualität | Gesamtbewertung der Laufzeitmessung | Messwert bei schlechter Qualität nicht ungeprüft weiterverwenden |
| Pfadvergleich | Vergleich der Messwerte mehrerer Ultraschallpfade | Auf Strömungsprofil, Verschmutzung oder einen fehlerhaften Pfad prüfen |
| Nullpunktstabilität | Verhalten bei tatsächlich stillstehendem Gas | Ventilleckage, Konvektion, Vibration oder falsche Parametrierung prüfen |
Die gemessene Schallgeschwindigkeit ist ein besonders wertvoller Plausibilitätswert. Weicht sie deutlich von dem für Gas, Temperatur und Zusammensetzung erwarteten Wert ab, können falsche Gasdaten, Kondensat, eine geänderte Zusammensetzung oder eine fehlerhafte Pfadzuordnung vorliegen.
Bei wechselnden Gasgemischen kann die Schallgeschwindigkeit selbst eine wichtige Prozessinformation darstellen. Sie ersetzt jedoch keine vollständige Gasanalytik.
Typische Ursachen für instabile Messwerte
Betriebsdruck ist für die Clamp-On-Anwendung zu niedrig
Bei geringer Gasdichte kann nur ein sehr schwaches Signal durch die Rohrwand übertragen werden. Das Gerät verliert den Empfang oder zeigt eine schlechte Signalqualität.
Rohrwand oder Beschichtung dämpft das Signal
Dicke Stahlrohre, Korrosion, mehrschichtige Beschichtungen oder lose Auskleidungen können die Ultraschallübertragung beeinträchtigen.
Rohrdaten sind ungenau
Ein falscher Außendurchmesser oder eine falsche Wanddicke führt zu einem fehlerhaften Sensorabstand, Schallpfad und Rohrquerschnitt.
Strömungsgeschwindigkeit ist zu gering
Bei sehr niedriger Geschwindigkeit wird die Laufzeitdifferenz zu klein, um sie gegenüber Nullpunktdrift und Störungen sicher auszuwerten.
Sensoren befinden sich zu nah an einem Regelventil
Akustische Geräusche und ein stark verzerrtes Strömungsprofil können das Nutzsignal überlagern.
Das Gas enthält Kondensat oder Flüssigkeitstropfen
Eine nicht homogene Phase verändert Schallgeschwindigkeit, Signalstärke und Strömungsprofil. Der Messwert kann dadurch springen oder als ungültig markiert werden.
Normvolumenberechnung verwendet falsche Druckwerte
Wird Relativdruck anstelle von Absolutdruck verwendet oder sind die Referenzbedingungen falsch eingestellt, kann der Normvolumenstrom erheblich abweichen.
Inbetriebnahme und Plausibilitätsprüfung
Bei der Inbetriebnahme einer Clamp-On-Gasmessung empfiehlt sich ein systematisches Vorgehen:
- Gasart, Druck, Temperatur und Durchflussbereich dokumentieren.
- Rohraußendurchmesser, Wanddicke, Material und Beschichtung überprüfen.
- Geeignete gerade Rohrstrecke auswählen.
- Rohrfläche vorbereiten und Sensoren mit dem berechneten Abstand montieren.
- Signalstärke und Signal-Rausch-Verhältnis kontrollieren.
- Gemessene Schallgeschwindigkeit mit dem erwarteten Gaswert vergleichen.
- Durchflussrichtung und Nullpunkt kontrollieren.
- Betriebsvolumenstrom mit Anlagenleistung oder einem Referenzwert vergleichen.
- Bei Normvolumenstrom Druck- und Temperatursignale prüfen.
- Diagnosewerte und Grenzwerte für den späteren Betrieb dokumentieren.
Ist eine vollständige Stillsetzung möglich, kann der Nullpunkt bei geschlossenem und druckbeaufschlagtem Rohr geprüft werden. Dabei muss sichergestellt sein, dass tatsächlich kein Gas strömt. Undichte Ventile, thermische Konvektion oder Druckausgleichsvorgänge können sonst einen scheinbaren Durchfluss erzeugen.
Für wichtige Bilanz- oder Verbrauchsmessungen sollte die Ultraschallmessung nach Möglichkeit mit einem bekannten Referenzwert verglichen werden. Ein plausibler Displaywert allein ist kein Nachweis für die geforderte Messunsicherheit.
Praxisbeispiel: Clamp-On-Messung an einer Prozessgasleitung
In einer Produktionsanlage soll der Stickstoffverbrauch eines Anlagenteils ermittelt werden. Die bestehende Stahlleitung darf nicht geöffnet werden. Ein Clamp-On-Ultraschallmesssystem wird daher an einer geraden Rohrstrecke nachgerüstet.
Für die Auslegung werden folgende Daten erfasst:
- Gas: Stickstoff,
- Betriebsdruck: 7 bar absolut,
- Gastemperatur: etwa 25 °C,
- Rohr: Stahl, DN 100,
- gemessener Außendurchmesser und Wanddicke,
- Durchflussbereich: 80 bis 900 m³/h unter Betriebsbedingungen.
Bei der ersten Montage ist das Signal-Rausch-Verhältnis niedrig und der angezeigte Durchfluss schwankt. Die Sensoren befinden sich nur wenige Rohrdurchmesser hinter einem Druckregelventil.
Nach der Verlegung an eine längere gerade Rohrstrecke verbessert sich die Signalqualität deutlich. Die gemessene Schallgeschwindigkeit stimmt mit dem erwarteten Wert für Stickstoff bei der vorhandenen Temperatur überein.
Der Betriebsvolumenstrom wird anschließend mithilfe des absoluten Drucks und der Gastemperatur in den betrieblich verwendeten Normvolumenstrom umgerechnet. Die Messung dient der internen Verbrauchszuordnung und nicht dem eichpflichtigen Abrechnungsverkehr.
Das Beispiel zeigt, dass nicht nur der Messgerätetyp, sondern insbesondere Rohrdaten, Druck und Einbaustelle über die Qualität einer Clamp-On-Gasmessung entscheiden.
Ultraschall-Durchflussmesser für Gas auswählen
Für eine belastbare Geräteauslegung werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- Gasart und Gaszusammensetzung,
- minimaler, normaler und maximaler Betriebsdruck,
- minimale, normale und maximale Gastemperatur,
- minimaler, normaler und maximaler Durchfluss,
- Betriebs-, Normvolumen- oder Massenstrom als gewünschte Ausgabe,
- Rohrmaterial, Außendurchmesser und Wanddicke,
- Auskleidung, Beschichtung und Rohrzustand,
- verfügbare gerade Rohrstrecken,
- mögliche Feuchtigkeit oder Kondensatbildung,
- gewünschte Messunsicherheit,
- temporäre, stationäre oder eichpflichtige Messung,
- Ausgänge und Kommunikation,
- Ex-Zone und erforderliche Zulassungen.
Eine Clamp-On-Lösung sollte vor der Bestellung technisch ausgelegt werden. Besonders bei niedrigen Drücken, dicken Rohrwänden, kleinen Durchflüssen oder ungewöhnlichen Gasen ist eine Prüfung der akustischen Machbarkeit erforderlich.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
Ultraschall-Durchflussmesser
Die Kategorie Ultraschalldurchflussmesser umfasst stationäre und mobile In-Line- sowie Clamp-On-Systeme für Flüssigkeiten und ausgewählte Gasanwendungen.
Für Gas muss ausdrücklich ein dafür geeignetes System ausgewählt werden. Ein Ultraschall-Durchflussmesser für Wasser oder andere Flüssigkeiten ist nicht automatisch für die wesentlich anspruchsvollere Signalübertragung in Gasleitungen geeignet.
SITRANS FS230 Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesser
Der SITRANS FS230 ist ein stationäres Clamp-On-System für anspruchsvolle Messungen an Flüssigkeits- und Gasleitungen. Es eignet sich unter anderem für Erdgas, Prozessgase, Check-Metering, Verteilung, Produktion und Lagerung.
Die Sensoren werden außen auf der Rohrleitung montiert. Abhängig von Ausführung und Konfiguration können mehrere Messpfade, bidirektionale Messung sowie Betriebsvolumen-, Normvolumen-, Massenstrom- und Schallgeschwindigkeitswerte bereitgestellt werden.
Für Gas-Anwendungen muss das System anhand von Rohrdaten, Gas, Druck, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit ausgelegt werden. Bei Ex-Anwendungen sind außerdem die Ausführung von Sensoren, digitalem Sensormodul und Messumformer sowie deren jeweilige Zonenzulassung zu berücksichtigen.
WIKA Typ FLC-UFL
Der WIKA Typ FLC-UFL ist ein fest eingebauter Mehrpfad-Ultraschall-Durchflussmesser für Gase und den eichpflichtigen Verkehr.
Das Gerät arbeitet mit zwei oder mehr Ultraschallpfaden und stellt neben dem Gasdurchfluss unter anderem Schallgeschwindigkeit, Signalstärke und Signal-Rausch-Verhältnis für die Zustandsüberwachung bereit. Druck- und Temperatursensoren können für eine integrierte Volumenumrechnung angeschlossen werden.
Der FLC-UFL eignet sich besonders für Industriegase, Öl und Gas, Petrochemie, Energieversorgung und Prozessindustrie, wenn eine dauerhaft definierte Messstrecke und eine geringe, nachvollziehbare Messunsicherheit erforderlich sind.
Durchflussmesstechnik für alternative Messprinzipien
Die Kategorie Durchflussmesstechnik umfasst neben Ultraschall auch thermische Massedurchflussmesser, Coriolis-Systeme, Vortex-Durchflussmesser und weitere Messprinzipien.
Ist eine Clamp-On-Ultraschallmessung aufgrund von niedrigem Gasdruck, ungünstiger Rohrleitung oder sehr kleiner Strömung nicht zuverlässig realisierbar, kann ein anderes Messprinzip besser geeignet sein. Die Auswahl richtet sich nach Gas, Durchflussbereich, Druckverlust, Genauigkeit und Einbaubedingungen.
Fazit: Gas-Ultraschall funktioniert zuverlässig, wenn Anwendung und Akustik zusammenpassen
Die Laufzeitmessung ermöglicht eine verschleißfreie und weitgehend druckverlustfreie Erfassung industrieller Gasströme. Clamp-On-Systeme bieten zusätzlich den Vorteil, dass sie ohne Öffnen der Rohrleitung nachgerüstet werden können.
Gase übertragen Ultraschall jedoch wesentlich schlechter als Flüssigkeiten. Betriebsdruck, Gaszusammensetzung, Rohrmaterial, Wanddicke, Strömungsgeschwindigkeit und Einbaustelle müssen deshalb bereits vor der Geräteauswahl geprüft werden.
Der Messwert sollte immer gemeinsam mit Signalstärke, Signal-Rausch-Verhältnis und gemessener Schallgeschwindigkeit bewertet werden. Diese Diagnosewerte zeigen häufig frühzeitig, ob sich Prozessbedingungen, Gaszusammensetzung oder Signalübertragung verändert haben.
Für Check-Metering, Verbrauchszuordnung und Nachrüstung kann ein spezielles Clamp-On-Gassystem wie der SITRANS FS230 geeignet sein. Für eichpflichtige oder besonders genau definierte Messstellen bietet sich dagegen ein fest eingebauter Mehrpfad-Gaszähler wie der WIKA FLC-UFL an.
Häufige Fragen zur Ultraschall-Durchflussmessung bei Gasen
Kann jeder Clamp-On-Ultraschallmesser auch Gas messen?
Nein. Die meisten einfachen Clamp-On-Geräte sind für Flüssigkeiten ausgelegt. Für Gas werden spezielle Sensoren und Auswerteverfahren benötigt, weil die akustische Kopplung zwischen Rohrwand und Gas wesentlich schwieriger ist.
Welcher Mindestdruck ist für eine Clamp-On-Gasmessung erforderlich?
Es gibt keinen universellen Mindestdruck. Die erforderliche Gasdichte hängt von Gasart, Rohrmaterial, Wanddicke, Durchmesser, Sensor und Messsystem ab. Die Anwendung muss technisch ausgelegt werden.
Kann der Durchfluss bei Atmosphärendruck gemessen werden?
Das kann bei bestimmten Gasen, Rohrwerkstoffen und speziellen Systemen möglich sein, ist bei metallischen Rohrleitungen jedoch häufig sehr anspruchsvoll. Eine Prüfung der Signalübertragung ist unbedingt erforderlich.
Misst ein Gas-Ultraschallgerät direkt Normkubikmeter pro Stunde?
Das Messprinzip ermittelt zunächst den Betriebsvolumenstrom. Für Normvolumenstrom werden zusätzlich absoluter Druck, Gastemperatur, Referenzbedingungen und gegebenenfalls ein Gasmodell beziehungsweise Kompressibilitätsfaktoren benötigt.
Warum ist die gemessene Schallgeschwindigkeit wichtig?
Sie dient als Plausibilitäts- und Diagnosewert. Abweichungen können auf eine veränderte Gaszusammensetzung, falsche Parametrierung, Kondensat oder eine unzureichende Signalauswertung hinweisen.
Beeinflusst ein Druckregelventil die Messung?
Ja. Regelventile können das Strömungsprofil stark verzerren und akustische Störsignale erzeugen. Die Sensoren sollten mit ausreichendem Abstand zu solchen Störstellen montiert werden.
Wann ist ein In-Line-Gerät besser als Clamp-On?
Ein In-Line-System ist häufig besser geeignet, wenn eine geringe und nachvollziehbare Messunsicherheit, eichpflichtige Abrechnung, sehr niedrige Strömung oder eine dauerhaft definierte Messgeometrie erforderlich ist.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Geräteauswahl?
Benötigt werden Gasart und Zusammensetzung, Betriebsdruck, Temperatur, Durchflussbereich, gewünschte Einheit und Referenzbedingungen, Rohrmaterial, Außendurchmesser, Wanddicke, Beschichtung, Einbausituation, Ex-Anforderungen, benötigte Ausgänge sowie die geforderte Messunsicherheit.