Vielseitigkeit punktet

Durchflussmesstechnik SPECIAL
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Vielseitigkeit punktet
Trend: Coriolis-Masse- und Ultraschalldurchflussmessgeräte liegen beim Einsatz in der Prozessindustrie vorn
Selten war ein Urteil so eindeutig: Die
zukünftigen Stars in der Durchflussmesstechnik heißen Coriolis-Masseund Ultraschallmessung. So lautet
jedenfalls das Urteil einer Blitzumfrage
bei führenden Herstellern. Die im
Markt verfügbaren Messgeräte überzeugen insbesondere durch ihr breites
Einsatzgebiet und ihre Genauigkeit.
DIPL.-ING. SABINE MÜHLENKAMP
F
inanzkrise und ihre Folgen auf die
Realwirtschaft hin oder her. Top-Technologien müssen sich gerade in wirtschaftlichen Schwächephasen ihre Märkte erobern. Das gilt auch in der Durchflussmesstechnik. Wie eine Blitzumfrage von
PROCESS bei wichtigen Anbietern ergab,
zählen die Coriolis-Massedurchflussmessgeräte sowie Ultraschall-Volumenmessgeräte zu den innovativsten Durchflusstechnologien mit dem größten Wachstumspotenzial für die Zukunft. „Beide Technologien bieten die besten Möglichkeiten für
nutzbringende Produktinnovationen in der
Zukunft“, bringt es Christian Rützel, Abteilungsleiter Marketing Durchfluss bei
Endress+Hauser, auf den Punkt.
Insbesondere für die Coriolis-MasseDurchflussmesser sieht Dr. Volker Huck,
Geschäftsleiter Instrumentation, ABB Automation Products, einen steigenden Bedarf
in der Prozessindustrie und erklärt dies mit
den Möglichkeiten der hochgenauen Messung von Masse, Volumen, Dichte, Konzentration und Temperatur unabhängig von
Leitfähigkeit, Mehrphasigkeit oder Viskosität einer Flüssigkeit.
Die durch Marktanalysten von ARC zusammengetragenen Zahlen belegen dies: So
schätzt man bei ARC, dass der Weltmarkt
für Coriolis-Durchflussmessgeräte in den
nächsten fünf Jahren um 9,2 Prozent wachsen wird. 2006 umfasste der Markt noch
633 Millionen US-Dollar, bis 2011 soll er,
insbesondere aufgrund größerer Akzeptanz
seitens der Anwender und eichgenaue Anwendungen in der Gas- und Ölindustrie,
auf 985 Millionen US-Dollar steigen, so die
Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.
E-Mail-Kontakt: [email protected]
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PROCESS 1-2009
Was fließt durch? Die Durchflussmessung gehört zu den wichtigsten Aufgaben in der
Prozessmesstechnik. Laut ARC-Studien soll der weltweite Markt für Coriolis-Messgeräte bis 2011 auf 985 Millionen, für Ultraschall-Messgeräte bis 2012 auf über 589
Millionen US-Dollar steigen.
letzte Studie von 2007. Coriolis-Massemesser sind gerade wegen ihrer Vielseitigkeit
beliebt, unabhängig davon ob sie den
Massedurchfluss von Flüssigkeiten, Suspensionen, Pasten, Schlämmen und Gasen – bei
denen allerdings eine Mindestdichte erforderlich ist – messen. Beim Duisburger
Messtechnikspezialisten Krohne rechnet
man bei den Coriolis-Massegeräten insbesondere mit einer erhöhten Nachfrage aus
den Branchen Chemie und Pharma, bei
Ultraschall dagegen aus der Petrochemie
sowie der Öl- und Gasindustrie. Die Begründung liefert Günther Pinkowski, Director Marketing bei Krohne: „In diesen
Branchen ist der Austausch der wartungsintensiven mechanischen Durchflussmessgeräte sehr wichtig. Sowohl Masse- als auch
Ultraschall-Durchflussmessgeräte sind wartungsarm und gewährleisten keinen zusätzlichen Druckverlust.“ Krohne bietet hierbei
ein komplettes Produktportfolio vom Standardgerät bis hin zum High-End-Messinstrument an (lesen Sie hierzu auch den Titelbeitrag auf Seite 32).
Ein weiterer Grund für die steigende
Nachfrage nach Coriolis-Geräten liegt in
der Robustheit der Geräte, wie YokogawaMitarbeiter Walter Staudt erklärt. „Für das
Messrohr stehen Materialien wie Edelstahl,
Hastelloy, Titan, Zirkonium zur Verfügung,
sodass die Geräte auch bei kritischen Medien eingesetzt werden können.“ Neben
dem Coriolis-Prinzip sieht Klaus Brockmann von Emerson Process Management
allerdings auch die Ultraschallmessung im
deutlichen Aufwind.
Auch hier belegt dies eine ARC-Studie,
die – insbesondere getrieben vom starken
Wachstum in der Öl- und Gasindustrie der
vergangenen Jahre – ein weltweites Wachstum der Ultraschallmesstechnik von 9,9
Prozent in den nächsten fünf Jahren prognostiziert. Im Jahr 2007 umfasste der
Markt 367 Million US-Dollar und soll bis
2012 auf über 589 Millionen US-Dollar
ansteigen.
Aus der Nische zum Allrounder
Ursprünglich vor allem in Nischenanwendungen zu Hause, hat die Ultraschalltechnik eine beispielslose Wachstumskurve
hingelegt. Obwohl das Verfahren seit Jahrzehnten bekannt ist, profitierten die Anwender erst in den vergangenen zehn Jahren
von der enormen Anwendungsbreite. Vorteil des Verfahrens ist, dass man von außen
berührungslos den Durchfluss von fast allen
Flüssigkeiten und Gasen erfassen kann. Besonders interessant wird das Verfahren bei
Messaufgaben mit hohen Drücken, hohen
(450 °C) oder besonders niedrigen (–163 °C)
Temperaturen sowie bei aggressiven Medien. Technologisch anspruchsvoll ist die
eingriffsfreie Durchflussmessung von Gasen
im Ultraschall-Clamp-On-Verfahren, die
ebenfalls zunimmt. „Dank zahlreicher Verbesserungen auf allen Gebieten der Signalerzeugung, -einbringung und -verarbeitung
konnte der für die eingriffsfreie Gasdurchflussmessung erforderliche Mindestdruck
immer weiter abgesenkt werden, sodass unsere Ultraschalldurchflussmesser Fluxus G
heute u.a. erfolgreich zur Durchflussmes-
Bild: BASF; [M]-Sahlmüller; Grafiken: ARC
SPECIAL Durchflussmesstechnik
Basis für sichere Prozesse
Weltmarkt für Coriolisdurchflussmesser (in Millionen Dollar)
Weltmarkt für Ultraschall-Durchflussmesser (in Millionen Dollar)
sung von Druckluft eingesetzt werden“,
nennt Mirko Blümke, Product Manager
Flow bei Flexim, ein Beispiel. Gerade Kunden in der Öl- und Gasindustrie, der Chemie, Petrochemie und in Kraftwerken wüssten die Vorzüge dieser Technik zu schätzen.
„So werden heute z.B. in Raffinerien betriebssichere, genaue Messungen von Rückstand an Destillationskolonnen mit unserem WaveInjector realisiert, die zuvor gar
nicht oder nur unzureichend gelöst waren“,
erklärt Blümke. Durch die Implementierung von Standards wie ASTM 1250, TP25
& D4311 und AGA8 könnten API-Werte,
Dichte und Standardvolumenströme für
Kohlenwasserstoffe und/oder Gase kontinuierlich unter Berücksichtigung der Prozessgrößen bestimmt werden.
Die Folge: In manchen Bereichen der
Förderung, Verteilung oder Einspeicherung
von Erdgas sei die eingriffsfreie Durchflussmessung mit Fluxus G inzwischen fest etabliert. „Eine typische Anwendung ist die
Durchflussmessung von feuchtem Rohgas
vor der Erdgastrocknung und Entschwefelung bei der Erdgasförderung“ erklärt
Blümke.
Allerdings hätten diese Anwender besondere Vorstellungen von der in der Prozessführung häufig an sensiblen Stellen eingesetzten Messung. Anwender dieser Kernmärkte fordern seiner Meinung nach zu
Recht eine erweiterte Diagnosefunktionalität. „Dazu gehören eine gute Abschätzung
der korrekten Installation, der Genauigkeit
und der Betriebssicherheit der Geräte durch
den Standard-Anwender.“
Die Durchflussmessung ist jedoch auch
unabhängig von der eingesetzten Technologie ein zukunftsträchtiger Markt. Schließlich ist sie – neben der Volumen- und Massenstrommessung für die Abrechnung und
Bilanzierung – entscheidend für eine genaue Dosierung von Komponenten. Sie ist
damit die Basis für sichere Prozesse und
hochwertige Endprodukte. Vor diesem
Hintergrund ist sich Dr. Karlheinz Schmidt,
Leiter Process Instrumentation bei der Siemens-Division Industry Automation, sicher, dass alle elektronischen Durchflussmesstechnologien wachsen werden, wobei
sowohl die Systemautomatisierung als auch
eine höhere Wirtschaftlichkeit im Fokus
stehen. Elektronische Durchflussmessgeräte
haben nach Einschätzung von Schmidt einen geringen Wartungsbedarf und bieten
kontinuierlich eine hohe Messgenauigkeit,
was vor allem für die Verfahrenskontrolle
und Überwachung äußerst wichtig ist. Seiner Meinung nach sollen die zukünftigen
Durchflussmessgeräte auf einem noch umfangreicheren Plattformkonzept basieren,
welches z.B. Dokumentation, Verkabelung,
Programmierung etc. derart vereinheitlicht,
dass die Kunden eine umfangreiche Produktpalette von nur einem Anbieter erhalten können.
Ohne Zweifel ist das Stichwort Kommunikation für die Zukunft entscheidend, vor
allem im Hinblick auf die Geräteintegration. „Zurzeit haben wir eine Vielzahl von
Signalübertragungs-Möglichkeiten wie analog 4-20 mA ( Hart), Profibus PA, Fieldbus
FF, Wireless usw.“, erklärt Staudt. Der Yokogawa-Mitarbeiter sieht eine große Herausforderung auf die Hersteller zukommen,
um auf einen gemeinsamen Nenner zu gelangen. Ein weiterer Punkt ist die Genauigkeit. „Die Anwender erwarten ein Messspannenverhältnis von größer 100:1, um
mit einer einzigen Geräteausführung einen
möglichst großen Messbereich abzudecken“, ist Matthias Klüh, Honeywell Vertriebsleiter für DACH, überzeugt.
„In Petrochemie, Öl- und
Gas, Chemie sowie Pharmaindustrie ist der Austausch wartungsintensiver mechanischer Durchflussmessgeräte sehr
wichtig. Sowohl
Masse- als auch
Ultraschalldurchflussmessgeräte sind
wartungsarm und gewährleisten keinen
zusätzlichen Druckverlust.“
Günther Pinkowski, Krohne
„Anwender der Durchflussmessung von feuchtem Rohgas vor der
Erdgastrocknung und
Entschwefelung bei der
Erdgasförderung fordern
zu Recht eine erweiterte
Diagnosefunktionalität.“
Mirko Blümke,
Flexim
„Bedingt durch die universellen Einsatzmöglichkeiten und das enorme
Einsparpotenzial im
Vergleich zu herkömmlicher Messtechnik haben
multivariable Messumformer ein hohes
Marktpotenzial mit
steigender Tendenz.“
Dr. Volker C. Huck, ABB
Automation Products
Durchflussmesser sparen Energie
Auch bei den Anwendungen selbst gibt
es noch Aufgaben, die in Zukunft für die
Durchflussmessung prädestiniert sind. Für
Dr. Huck von ABB liegt der Fokus auf
Messaufgaben, die zu einer Steigerung der
Energieeffizienz und somit zu einer Forcierung des Klimaschutzes bei gleichzeitiger
Energieeinsparung in den Prozessen führt.
Ähnlich äußert man sich auch bei Krohne und prognostiziert, dass in der Chemie
die Messung von Energie- und Stoffströmen
zunehmen. Ziel ist es, die Energieverbräuche (z.B. Heißwasser, Dampf oder Betriebsluft) einer Anlage genau bilanzieren und
„Alle elektronischen Durchflussmesstechnologien
werden wachsen, wobei
sowohl die Systemautomatisierung als auch eine
höhere Wirtschaftlichkeit
im Fokus stehen.“
Dr. Karlheinz Schmidt,
Siemens-Division
Industry Automation
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zuordnen zu können. Damit können Ausbeute- und Qualitätssteigerungen erreicht
und eine Aussage über die Energieeffizienz
getroffen werden. Letztlich kann damit der
Kohlendioxid-Ausstoß gesenkt und die
Klimabilanz eines Unternehmens verbessert
werden.
Multitalente im Einsatz
„Mit unserem Promass-Coriolismassedurchflussmessgerät decken wir
bereits heute alle relevanten
Anforderungen der Namur ab.“
Christian Rützel, Endress+Hauser
„Für problematische
Anwendungen bei der
Messung von Flüssigkeiten mit Gasanteilen
bieten wir mit unserer Elite-Baureihe
eine Lösung an.“
Klaus Brockmann,
Emerson Process
Management
Multiparametergeräte, wie bei den
Durchflussmessgeräten Vortex und Coriolis, besitzen ein hohes Potenzial, da sich die
Kosten für die Instrumente auf ein Minimum reduzieren und kritische Situationen
vermeiden lassen. „So sorgt die Messung
der Dichte durch die Messgeräte dafür, dass
gefährliche Situationen vermieden werden,
wie sie etwa bei der Entgasung entstehen
oder falls nichts durch das Rohr fließt“,
nennt Dr. Schmidt von Siemens ein Beispiel. Einen entscheidenden Beitrag lieferten Multiparametersysteme auch, wenn es
darum ginge, die Prozessqualität zu überwachen, ergänzt Endress+Hauser-Experte
Rützel.
ABB-Manager Huck ist überzeugt: „Bedingt durch die universellen Einsatzmöglichkeiten und das enorme Einsparpotenzial im Vergleich zu herkömmlicher Messtechnik haben die bewährten multivariablen
Messumformer ein hohes Marktpotenzial
mit steigender Tendenz.“ So messen die
Geräte Differenzdruck, Prozessdruck und
Prozesstemperatur und werden eingesetzt,
wenn Durchflussmessungen nach dem
Wirkdruckverfahren durchgeführt werden,
bei denen eine druck- und temperaturabhängige Zustandskorrektur nötig ist. Diese
übernimmt der multivariable Messumformer ebenfalls.
Einsatz im Spezialfall
Interessante Aufgaben warten schließlich
auch in Sonderanwendungen. So werden
nach Aussage von Krohne-Mitarbeiter Pinkowski die Zweiphasenmessungen Gas/
Flüssigkeitsgemische, an Bedeutung gewinnen. „Bereits jetzt können wir mit unseren
Optimass Masse-Durchflussmessgeräten
diesen Zustand indizieren. Beispielsweise
kann ein Grenzwert für einen bestimmten
Gasanteil gesetzt werden, der bei Überschreitung eine Meldung ausgibt und dem
Anlagenbetreiber ein schnelles und gezieltes
Eingreifen ermöglicht“, nennt Pinkowski
ein Beispiel. Aber auch im Bereich der
Hochtemperaturanwendungen werden
Energieversorger seiner Meinung nach vermehrt nach Messgeräten für extrem hohe
Temperaturen jenseits der 500 °C-Marke
WAS ANWENDER FORDERN
„Die Anwender erwarten
ein Messspannenverhältnis von größer
100:1, um mit einer
einzigen Geräteausführung einen
möglichst großen
Messbereich
abzudecken.“
Matthias Klüh,
Honeywell
„Der Gedanke der
Namur-Empfehlung
NE131 ist nachvollziehbar und zu
begrüßen, die
Umsetzung, wird aber
noch einige Zeit
dauern.“
Walter Staudt,
Yokogawa
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Ein Messgerät für (fast) alle Fälle
Neue Messprinzipien und der Einzug der
Mikroelektronik führten zu neuen Feldgeräten
mit verbesserter und erweiterter Gerätefunktionalität. Nicht immer brauchten die Anwender diese Gerätefunktionen und nutzten sie
daher in der Praxis nicht. Die Namur stellt
daher in der Empfehlung NE 131 eine Feldgeräteausstattung vor, die für rund 80% der
Einsatzfälle geeignet ist. Von der Konzentration auf die wesentlichen Gerätemerkmale für
das Massengeschäft und der hierfür geschaffenen Namur-Standardgerätereihe sollen
Hersteller und Anwender profitieren. Aufgrund
des höheren Standardisierungsgrads wird die
Typenvielfalt reduziert, und es lassen sich
höhere Stückzahlen erreichen. Für die einzelnen Durchflussmessverfahren werden beispielsweise die folgenden Messunsicherheiten (bezogen auf den Ist-Wert in den typischen Messbereichen dieser Messverfahren) für den Standardanwendungsfall als
ausreichend angesehen:
■ Coriolismassemesser: 0,5%,
■ Magnetisch-Induktive Durchflussmesser:
0,8%,
■ Wirbelzähler: 1%,
■ Schwebekörperdurchflussmesser: 2%,
■ Ultraschalldurchflussmesser: 1% (Inline-
Gerät) bzw. 3% (clamp-on-Gerät).
Für die Wiederholbarkeit wird die halbe
Messunsicherheit gefordert. Namur-Standardgeräte für Durchfluss sind als Kompaktgerät und mit Flanschen auszuführen. Durchflussmessgeräte sind „Inline“-Geräte. Einheitliche, standardisierte Baulängen bieten
deshalb wirtschaftliche Vorteile und sind von
den Herstellern einzuhalten. Die Nennweite
liegt zwischen DN 15 bis DN 80, die Druckstufe bei PN 40 und die Auslegungstemperatur bei max. 150 °C. Die Umgebungstemperaturen liegen beim Standardgerät zwischen
–25 bis +60 °C.
Neben dem Feldgerät im Allgemeinen gibt
es auch eine neue Namur-Empfehlung
(NE 132) zum Coriolis-Massemesser. Hier
führte besonders die unterschiedliche Baulänge der Hersteller immer wieder zu Herausforderungen beim Einbau bzw. waren bei
einer frühzeitigen Planung hinderlich. In der
NE 132 sollen die Baulängen der CoriolisMassemesser auf einen Nenner gebracht
werden.
SPECIAL Durchflussmesstechnik
nachfragen. Problematische Anwendungen
bei der Messung von Flüssigkeiten mit Gasanteilen hat man auch bei Emerson im Fokus. „Hier bieten wir mit unserer Elite-Baureihe eine echte Lösung an, aber auch die
integrierte Systemverifizierung findet großes
Interesse“, erklärt Brockmann. Bei Emerson
hat man im vergangenen Jahr die Produktpalette für Anwendungen im Hochtemperaturbereich und im Hygieneumfeld deutlich erweitert. Zudem gewinnen Verrechnungsmessungen, etwa nach der neuen
Europäischen Direktive MID (Measuring
Instruments Directive, Europäische Messgeräterichtlinie), an Bedeutung.
Umsetzung der NE 131
Doch bei aller Innovation fordern Anwender ein Höchtsmaß an Standardisierung, wie sie in der kurz vor der Veröffentlichung stehenden Namur-Empfehlung NE
131 (siehe Kasten) beschrieben wird. Auch
für Durchflussmessgeräte gibt es demzufolge Empfehlungen. Viele Hersteller unterstützen diese Idee. „Der Gedanke der Namur-Empfehlung NE131 ist nachvollziehbar und zu begrüßen“, erklärt beispielswei-
se Walter Staudt von Yokogawa, gibt aber
zu, dass „die Umsetzung, etwa der Wunsch
nach einheitlichen Einbaulängen und
Klemmenbelegungen, noch einige Zeit dauern wird.“
Krohne hat an der Empfehlung für
Durchfluss- und Füllstandmessgeräte mitgearbeitet. „Die daraus resultierenden Anforderungen haben wir frühzeitig aufgenommen und in unsere Entwicklungen
einfließen lassen“, macht Pinkowski deutlich und präsentiert bereits ein Messgerät,
das den Anforderungen entspricht. „Das
erste Ergebnis ist der IFC 100 Messumformer für magnetisch-induktive Messgeräte,
ein Standardgerät für die Prozessindustrie
mit einem ausgezeichneten Preis-/Leistungsverhältnis.“
Bei ABB entspricht der magnetisch-induktive Durchflussmesser ProcessMaster
aus der FlowMaster-Produktfamilie bereits
heute zum größten Teil den Empfehlungen
der NE 131, wie Dr. Huck erklärt.
Auch an der NE 132, die sich auf die
Coriolis-Durchflussmesstechnik bezieht,
wird seitens der Hersteller mitgearbeitet,
zum Beispiel von Endress+Hauser. „Für uns
stand die Erfüllung der Namur-Anforderungen schon immer ganz oben auf der
Prioritätenliste“, betont Christian Rützel.
„Mit unserem Promass-Coriolismassedurchflussmessgerät der Proline-Gerätefamilie decken wir bereits heute alle relevanten Anforderungen der Namur ab. Und
wir werden natürlich auch in Zukunft neue
Anforderungen, die sich seitens der Anwender ergeben, in unseren Entwicklungsaktivitäten berücksichtigen und zeitnah am
Markt umsetzen“, verspricht der E+H-Mitarbeiter.
Fazit: Durchflussmessgeräte sind gefragt,
insbesondere die wartungsarmen Messverfahren nach dem Coriolis- und Ultraschallprinzip. Dabei schätzen Anwender die Geräte sowohl als Standardgerät, aber auch in
Spezialfällen, wie im Hochtemperaturbereich, kommen die Geräte zunehmend zum
Einsatz, sorgen sie doch für einen sicheren
Prozess.
n
process.de
Zusätzliche Informationen
unter www.process.de
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