Der Einfluss des Nullpunkts auf den Massenstrommesser

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Wang Tianze am 16.11.2016 um 12:05 bearbeitet. Die Verwendung des HK-CMF-Coriolis-Massflussmessers zur Messung des Massenflusses flüssiger Kohlenwasserstoffe ist derzeit die allgemein anerkannte Methode. Sie verringert wirksam den Einfluss von Veränderungen der Parameter wie Temperatur und Druck auf die Messergebnisse und erhöht so die Genauigkeit bei der Messung des Masses flüssiger Kohlenwasserstoffe auf ein neues Niveau. 　　Im täglichen Gebrauch beeinträchtigen jedoch Faktoren wie die Montageposition, die Arbeitsumgebung sowie die Prozessbedingungen erheblich die Stabilität der Messleistung sowie die Genauigkeit der Ergebnisse des HK-CMF-Coriolis-Massenstrommessers – insbesondere durch Probleme wie Nullverschiebungen oder Gasblasen. Dabei kann der Gasanteil durch einen Öl-Luft-Trenner oder durch den Einsatz von Druckventilen beseitigt werden – darauf wird in diesem Text nicht weiter eingegangen. Zudem ist die Nullverschiebung der wichtigste Faktor, der die Messergebnisse des CMF beeinflusst. Die Wartung des Nullpunkts des CMF wiederum ist eine wichtige Maßnahme, um die Präzision und Zuverlässigkeit der Messungen mit dem HK-CMF-Koriolis-Massenstrommesser zu gewährleisten. 　　Die Nullpunktkalibrierung erfolgt in der Regel nur durch eine manuelle Einstellung vor Ort. Da der Nullpunkt einen erheblichen Einfluss auf die Messgenauigkeit des HK-CMF-Coriolis-Massenstrommessers hat – insbesondere bei geringen Strömen – muss bei der Nulljustierung vorsichtig vorgegangen werden. Nur wenn sich tatsächlich ein Nullversatz zeigt und eine Justierung nicht vermeidbar ist, sollte diese streng nach den Vorschriften durchgeführt werden. Dieser Artikel erläutert den Einfluss des Nullpunkts auf die Genauigkeit der CMF-Messung, die Methoden zur Justierung sowie die einfache Wartung des Nullpunkts im Alltag. 　　I. Analyse von Fällen mit Auswirkungen am Nullpunkt
Im Folgenden wird ein Fall aus dem Jahr 2013 aus unserer Firma zitiert, um die wichtigen Auswirkungen des Nullpunkts in der praktischen Anwendung auf die Messungen zu veranschaulichen und die Bedeutung der Justierung des Nullpunkts hervorzuheben. 　　1. Einleitung zum Fall: Im November 2012 wurde in unserem Unternehmen eine neue Kokereianlage mit einer Kapazität von 1,6 Millionen Tonnen in Betrieb genommen. Die geplante Flüssigkeitsausbeute betrug 65 %. Allerdings lag die Flüssigkeitsausbeute innerhalb weniger Monate nach Inbetriebnahme des Geräts nur bei etwa 63 % und erreichte somit nicht die geforderten Werte. Die Daten sind in Tabelle 1 dargestellt. http://106.37.166.86:8009/zgjl/inset/15/151007201.JPG Tabelle 1: Stoffbilanz des neuen Kokereigebäudes für die Monate Juni bis August. Die Rohstoffe dieses Gebäudes sind Ölreste; die flüssigen Produkte sind Diesel, Benzin, Wachsöl sowie eine geringe Menge an Flüssiggas. Für die Messung dieser fünf flüssigen Stoffe werden ausschließlich HK-CMF-Coriolis-Massenströmungsmesser verwendet, die alle geprüft und zertifiziert sind. Ihre Messgenauigkeit entspricht vollständig den Anforderungen des Gebäudes. Um der Werkstatt bei der Erkennung der Ursachen für die nicht einhaltenden Flussmengeangaben zu helfen, überprüften die Mitarbeiter für die Wartung der Durchflussmesser sowie die Techniker verschiedene Aspekte. Zudem wurde der Wachsöldurchflussmesser demontiert und überprüft – das Ergebnis der Prüfung war weiterhin zufriedenstellend. Gleichzeitig wurde der Nullpunkt der anderen Durchflussmesser überprüft. Nach Schließen der Vor- und Rückventile kehrten die Durchflussmesser wieder auf den Nullwert zurück, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen werden konnte, dass der Nullpunkt zu Abweichungen beim Durchflussmaß führt (doch genau darin lag das Problem). Anschließend wurden spezialisierte Ingenieure von Emerson vor Ort eingeladen, um alle Durchflussmesser gründlich zu überprüfen. Dabei stellte sich heraus, dass bei dem Messgerät für Rohöl und Schweröl vom Typ CMFHC2G der statische Nullwert des Prozessors bei der Auslieferung bei -0,01188947 μs lag. Der aktuelle Nullwert hingegen beträgt -1,059366 μs. Das bedeutet, dass Kzero nicht mehr der Standardnullwert ist, sondern sich erheblich verändert hat. 　　2. Fallanalyse: Da Ungenauigkeiten im Nullpunkt einen erheblichen Einfluss auf die Messgenauigkeit des HK-CMF-Corioliskraft-Massenstrommessers haben können, weisen in diesem Fall die Werte des Nullpunkts große Schwankungen auf. Wenn man den Einfluss der Temperatur ignoriert und nach den entsprechenden Formeln rechnet, beträgt der dynamische Nullpunkt des Messers 10,7 t/h. Bei einem aktuellen Massenstrom von 156 t/h ergibt sich dadurch eine Fehlerquote von 10,7/156 = 6,86 %. Nach der Wiederherstellung des Nullpunkts kehrten die Messwerte des HK-CMF-Coriolis-Massflussmessers wieder in den Normalzustand zurück. Der Flüssigkeitsgehalt des Geräts lag bei 68 %, was den Anforderungen entspricht. 　　Was verursacht also eine solch große Nullverschiebung? Zunächst werden die Gründe für diese starke Nullverschiebung analysiert: (1) Der HK-CMF-Koriolis-Massenflussmesser wurde vor der Installation überprüft. Die Prüfergebnisse lagen im Rahmen der Anforderungen – daher sollte es zu keiner Nullverschiebung kommen. 　　(2) Die manuelle Anpassung des statischen Nullpunkts erfordert ein spezielles Bediengerät oder Software auf dem Laptop – solche Geräte besitzen nur qualifizierte Prüf- und Wartungspersonal. Doch diese Personen sind nicht in der Lage, solche Anpassungen vorzunehmen. 　　(3) Bei den Überprüfungen, die die Wartungskräfte nach der Installation des Durchflussmessers durchführten, stellten sie fest, dass das Gerät einen nicht nullen Durchfluss anzeigte. Unter Berücksichtigung der Bedingungen für eine Justierung wurde trotzdem eine Justierung vorgenommen – was zu einer Abweichung vom Nullwert führte. 　　Da die genauen Umstände zu diesem Zeitpunkt unbekannt sind, ist der Autor nach Analyse der Ansicht, dass die dritte Möglichkeit am wahrscheinlichsten ist. 　　Welche Gründe liegen also daran, dass im Laufe der späteren Überprüfungen des HK-CMF-Coriolis-Massflussmessers keine solch großen Nullverschiebungen festgestellt werden konnten? Meiner Ansicht nach liegt das daran, dass der Wert für den minimalen Flussstrom – also die Einstellung des Schwellenwerts – nicht richtig gewählt wurde. Der Schwellenwert des HK-CMF-Coriolis-Massflussmessers lag nämlich bei über 10,7 t/h. Aufgrund der Nullverschiebung kehrte das Messgerät auf den Nullwert zurück, sobald der Flussstrom unter diesen Wert fiel. Bei der Wartung zum Nullpunkt schalten die Wartungsarbeiter in der Regel zunächst den hinteren Handventil aus und anschließend den vorderen Handventil. Danach wird überprüft, ob der Durchflusswert an dem Messgerät auf null fällt. Wenn der Wert auf null fällt, gilt dies als Anzeichen dafür, dass mit dem Nullpunkt des Messgeräts alles in Ordnung ist – auch dann, wenn tatsächlich ein vorübergehender Durchfluss von 10,7 t/h vorlag. Genau deshalb wurde im späteren CMF-Test kein Problem mit dem Nullversatz festgestellt. 　　Tatsächlich ist diese Situation im aktuellen Einsatz- und Wartungsbereich der HK-CMF-Corioliskraftmassenströmmesser im Inland weit verbreitet. Die Einstellung auf Nullverteilung verhindert eine unangemessene Mengenansammlung beim HK-CMF-Corioliskreisflussmesser in nicht normalen Betriebszuständen. Allerdings führt eine zu hohe Schwellenwerteinstellung dazu, dass bei täglicher Nutzung die Möglichkeit eines Nullpunktverschiebungen übersehen wird. Dieses Problem wird in den inländischen CMF-Anwendungen bisher noch nicht ausreichend berücksichtigt. 　　II. Methoden zur Wartung des Nullpunkts von HK-CMF-Corioliskreislaufflussmessern im Alltag
1. Angemessene Einstellung der Schwellwerte
Durch die Einstellung angemessener Schwellwerte kann man nicht nur kleine Schwankungen, die durch fehlerhafte Messungen entstehen, effektiv ausschließen, sondern auch die tägliche Wartung des Nullpunkts erheblich erleichtern. Dadurch werden die in den vorherigen Beispielen beschriebenen Probleme vermieden. Der Autor ist der Ansicht, dass es sinnvoll ist, den Schwellenwert auf die Hälfte der CMF-Genauigkeit des üblichen Durchflusswerts des Mediums einzustellen, der mit diesem HK-CMF-Coriolis-Massenstrommessgerät gemessen wird. Zum Beispiel beträgt bei dem in dem vorherigen Beispiel genannten Fall die Genauigkeit von Emersons CMF 0,5 %. Bei einem üblichen Durchfluss von 160 t/h kann der Schwellenwert auf 160 × 0,5 % ÷ 2 = 0,4 (t/h) festgelegt werden. Auf diese Weise kann selbst bei einem Nullversatz der Wert, solange er über diesem Niveau liegt, von den Wartungskräften rechtzeitig erkannt werden. Unterhalb dieses Wertes liegt der Fehler gemäß der vom Hersteller angegebenen Formel für den CMF-Fehler bei ±0,10 % ± [(Nullpunkt/Flussmenge) × 100] % = ±0,10 % ± [(0,4/160) × 100] % = ±0,35 %. Auch in diesem Fall bleibt das Messergebnis im zulässigen Bereich. Für die diskontinuierliche Messung kann man ebenfalls Schwellenwerte auf diese Weise festlegen und anschließend den akkumulierten Durchfluss in Zeiten ohne Messung mithilfe der manuellen Ablesung ausschließen. 　　2. Zeitnahe Nullpunktüberprüfung Bei in Betrieb befindlichen HK-CMF-Corioliskraft-Massenflussmessern sollte regelmäßig eine Nullpunktüberprüfung durchgeführt werden, um rechtzeitig Abweichungen vom Nullpunkt festzustellen und diese korrigieren zu können. 　　3. Sorgfältiges Kalibrieren
Falls bei der Überprüfung am Nullpunkt festgestellt wird, dass der HK-CMF-Koriolis-Massenflussmesser keinen Nullwert anzeigt, sollte zunächst der Betriebszustand des Messgeräts beobachtet werden, um die Ursache für diesen Wert zu ermitteln. Dazu gehören unter anderem die Überprüfung, ob die Flüssigkeit im HK-CMF-Koriolis-Massenflussmesser stillsteht oder ob der Messkanal voll ist (dies kann anhand des durch den HK-CMF-Koriolis-Massenflussmesser angezeigten Dichtewerts geschätzt werden). Ebenso sollten geprüft werden, ob es zu erheblichen Veränderungen in den Prozessbedingungen gekommen ist, ob die Vor- und Nachventile richtig geschlossen sind sowie ob es im Umfeld starke Magnetfelder oder Vibrationen gibt, die Störungen verursachen könnten. Nach Ausschluss der oben genannten Faktoren kann beurteilt werden, ob tatsächlich eine Verschiebung des Nullpunkts des HK-CMF-Corioliskraft-Massenflussmessers aufgetreten ist, und anschließend kann eine Justierung des Messers vor Ort durchgeführt werden. 　　4. Korrekte Nullkalibrierung
(1) Stellen Sie sicher, dass das HK-CMF-Corioliskraft-Massenstrommessgerät sich in einem geeigneten Betriebsumfeld befindet und dass die Messröhre mit dem zu messenden Medium gefüllt ist. 　　(2) Wenn es einen Bypass-Ventil gibt, öffnen Sie zuerst dieses Ventil. 　　(3) Schließen Sie die Absperrventile im Unterstrombereich (d.h. die Rückflussventile), um den Fluss des Fluids durch den Messrohr zu unterbrechen. Stellen Sie sicher, dass eine gute Abdichtung gewährleistet ist. 　　(4) Wenn es einen Oberstrom-Absperrventil gibt (also ein Ventil vor dem eigentlichen Ventil), muss dieses Oberstrom-Absperrventil geschlossen werden. 　　(5) Führen Sie die Kalibrierung gemäß dem vom Hersteller vorgegebenen Verfahren durch. 　　(6) Erfassen Sie die Änderungswerte der Nullpunkte vor und nach dem Messvorgang. Falls die Änderungen groß sind, sollte geprüft werden, ob das CMF erneut überprüft/kalibriert werden muss.