DE102007003614A1

DE102007003614A1 - Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums in einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102007003614A1
Application number: DE102007003614A
Authority: DE
Inventors: Roger Kerrom
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-01-31
Also published as: CN101512300B; WO2008012163A1; CN101512300A; EP2044394A1; RU2397451C1; US20120118073A1

Abstract

Um das Medium (11), das ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (1) durchfließt, auf ein Referenzpotential zu legen, ist zwischen den abgekanteten Endbereichen (18) des Messrohrs (2) bzw. den an dem Messrohr (2) befestigten Messrohr-Flanschen (19) und den mit der Rohrleitung (17) verbundenen Rohrleitungs-Flanschen (20) jeweils eine Erdungsscheibe (23) angeordnet.
Erfindungsgemäß besteht die Erdungsscheibe (23) aus einem leitfähigen Trägermaterial (24). Das Trägermaterial (24) ist zumindest in den Bereichen, die mit dem Medium (11) und den abgekanteten Endbereichen (18) oder den Messrohr-Flanschen (19) und den Rohrleitungs-Flanschen (20) im eingebauten Zustand in Kontakt sind, mit einer elektrisch leitfähigen, chemisch beständigen Kunststoffbeschichtung (25) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums in einer Rohrleitung, mit einem Messrohr, das von dem Medium in Richtung der Messrohrachse durchströmt wird und das über zwei an der Rohrleitung befestigte Rohrleitungs-Flansche in der Rohrleitung montiert ist, wobei das Messrohr in seinen beiden Endbereichen abgekantet ist oder wobei das Messrohr in seinen beiden Endbereichen jeweils einen Messrohr-Flansch aufweist, wobei zwischen einem abgekanteten Endbereich oder einem Messrohr-Flansch und dem entsprechenden Rohrleitungs-Flansch eine Erdungsscheibe vorgesehen ist, über die das Medium auf ein Referenzpotential gelegt ist, mit einem Magnetsystem, das ein das Messrohr durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse verlaufendes Magnetfeld erzeugt, mit zumindest einer mit dem Medium gekoppelten Messelektrode, die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld liegenden Bereich des Messrohres angeordnet ist, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der in die zumindest eine Messelektrode induzierten Messspannung Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums in dem Messrohr liefert.
Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte nutzen für die volumetrische Strömungsmessung das Prinzip der elektrodynamischen Induktion aus: Senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungsträger des Mediums induzieren in gleichfalls im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnete Messelektroden eine Messspannung. Die in die Messelektroden induzierte Messspannung ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums; sie ist also proportional zum Volumenstrom. Die Messspannung wird üblicherweise über ein Messelektrodenpaar abgegriffen, das in dem Bereich der maximalen Magnetfeldstärke angeordnet ist, also in dem Bereich, in dem die maximale Messspannung zu erwarten ist. Die Messelektroden selbst sind mit dem Medium entweder galvanisch oder kapazitiv gekoppelt.
Die Befestigung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts in einer Rohrleitung erfolgt beidseitig üblicherweise über zwei Flansche, von denen einer an der Rohrleitung und der andere an dem Messrohr des Durchflussmessgerät befestigt ist. Neben der Fixierung des Durchflussmessgeräts in der Rohrleitung über Flansche ist es auch bekannt, das Durchflussmessgerät als Wafer auszubilden und über einen Befestigungsmechanismus zwischen den beiden Flanschen der Rohrleitung einzuspannen.
Um die Empfindlichkeit eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts zu erhöhen, ist es notwendig, dass das Medium auf einem definierten Referenzpotential, z.B. auf Massepotential, liegt. Hierzu ist üblicherweise zwischen jedem Endbereich des Messrohrs und dem entsprechenden Rohrleitungs-Flansch bzw. jeweils zwischen jedem Messrohr-Flansch und dem entsprechenden Rohrleitungs-Flansch eine Erdungsscheibe derart positioniert, dass sie mit dem durch die Rohrleitung und das Messrohr strömenden Medium in Kontakt steht. Die Erdungsscheibe liegt über eine entsprechende Verbindung auf Massepotential oder auf einem sonstigen Referenzpotenzial.
Besondere Maßnahmen müssen ergriffen werden, wenn es sich bei dem Medium um ein aggressives, korrosives Medium handelt. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt geworden, die Erdungsscheibe aus einem chemisch inerten Kunststoff mit eingelagerten, leitfähigen Partikeln zu fertigen. Von der Anmelderin werden zu diesem Zweck Erdungsscheiben aus PTFE mit eingelagerten Kohlenstoffpartikeln verwendet. PTFE hat den Vorzug, dass es chemisch inert ist.
Der Nachteil von Erdungsscheiben aus PTFE zeigt sich in gewissen Anwendungsfällen, insbesondere dann, wenn Durchflussmessgeräte mit großen Nennweiten mit entsprechend hohem Anpressdruck in einer Rohrleitung befestigt werden. Da es sich bei PTFE um ein relativ weiches Material handelt, besteht bereits bei einer relativ kleinen Druckbelastung die Gefahr, dass das PTFE seine Formstabilität verliert und zu fließen beginnt. Aufgrund einer Oberflächenveränderung der Erdungsscheibe kann es dann vorkommen, dass eine Leckage im Bereich der Verbindung zwischen Durchflussmessgerät und Rohrleitung auftritt. Da eine Kunststoff-Erdungsscheibe relativ welch ist, besteht darüber hinaus auch die Gefahr, dass infolge einer mechanischen Oberflächenbeschädigung an den Verbindungsstellen zwischen Messrohr und Rohrleitung ein Leckage auftritt.
Eine bekannte Lösung für das zuvor genannte Problem schlägt anstelle einer Kunststoff-Erdungsscheibe eine Erdungsscheibe aus Metall vor. Handelt es sich bei dem zu messenden oder überwachenden Medium allerdings um ein aggressives, korrosives Medium, so muss das Metall, aus dem die Erdungsscheibe gefertigt ist, aus einem chemisch inerten Metall bestehen. Ein für diesen Zweck geeignetes Metall ist beispielsweise Tantal, wobei Tantal den bekannten Nachteil hat, dass es relativ teuer ist. Wird die Erdungsscheibe aus Tantal im Bereich großer Nennweiten eingesetzt, so werden folglich die Herstellungskosten für das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät eklatant in die Höhe getrieben.
Eine spezielle Ausgestaltung einer recht universell einsetzbaren Erdungsscheibe ist in der EP 1 186 867 A1 beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Erdungsscheibe sowohl diese spezielle als auch jede andere beliebige Form aufweisen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Verbindung mit einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät eine Erdungsscheibe vorzuschlagen, die kostengünstig und für den Einsatz bei korrosiven Medien geeignet ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Erdungsscheibe aus einem leitfähigen Trägermaterial gefertigt ist, und dass das Trägermaterial zumindest in den Bereichen, die mit dem Medium und den abgekanteten Endbereichen oder den Messrohr- und Rohrleitungs-Flanschen im eingebauten Zustand in Kontakt sind, mit einer elektrisch leitfähigen, chemisch beständigen Kunststoffschicht versehen sind. Die erfindungsgemäße Erdscheibe ist somit sowohl bei der Flanschversion eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts als auch bei einer Ausgestaltung des magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts als Wafer einsetzbar.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Erdungsscheibe liegen einerseits in ihrer Formstabilität selbst bei hoher Druckbelastung und andererseits in der hohen Korrosionsbeständigkeit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Erdungsscheibe handelt es sich bei dem Trägermaterial der Erdungsscheibe um Stahl oder Edelstahl. Insbesondere ist die Dicke des Trägermaterials so bemessen ist, dass die Erdungsscheibe in Abhängigkeit von dem im eingebauten Zustand auf sie einwirkenden Druck biegesteif ist. Hierdurch lässt sich eine Verformung der Erdungsscheibe, die ggf. zu einer Leckage am Einbauort des Durchflussmessgeräts führt, effektiv verhindern. Weiterhin schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung vor, dass es sich bei der leitfähigen Kunststoffbeschichtung um eine Beschichtung aus modifiziertem PTFE handelt. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, in das modifizierte PTFE Partikel eines leitfähigen Materials einzulagern. Bei den Partikeln handelt es sich bevorzugt um Kohlenstoff-Partikel.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Dicke der Kunststoffbeschichtung einen Bruchteil der Dicke des Trägermaterials beträgt. Hierbei ist darauf zu achten, dass alle abzudeckenden Oberflächenbereiche des Trägermaterials durchgehend mit der Kunststoffschicht versehen sind. Die Schicht sollte also nicht so dünn sein, dass sie porös ist. Beliebig dick kann sie allerdings auch nicht gemacht werden, da dann wieder das Problem der Forminstabilität unter Druckbelastung auftreten kann. Eine möglichst dünne Ausbildung der Schutzschicht hat weiterhin den Vorteil, dass die Oberflächenbeschichtung sehr hart ist. Damit ist sie weitgehend resistent im Hinblick auf mechanische Beschädigungen durch Riefen oder Kratzer.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt
1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräts,
1a: einen teilweise Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in 1,
2: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Erdungsscheibe und
2a: einen Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in 2.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungs-gemäßen Vorrichtung 1. Das in die Rohrleitung 17 eingebaute Durchfluss-messgerät 1 besteht aus einem Sensor 21 und eine Transmitter 22. In dem Transmitter 22 sind die empfindlichen elektrischen Komponenten z.B. die Regel/Auswerteeinheit 8 angeordnet.
In den beiden Endbereichen 18 des Messrohrs 2 des Durchflussmessgeräts 1 ist jeweils ein Messrohr-Flansch 19 befestigt. Der Messrohr-Flansch 19 ist entweder an das Messrohr 2 angeschweißt, oder es handelt sich bei dem Messrohr-Flansch 19 um einen losen Flansch, der mit Spiel auf das Messrohr 2 aufgeschoben ist und über einen abgekanteten Endbereich 18 des Messrohrs 2 im eingebauten Zustand des Durchflussmessgeräts 1 in axialer Richtung an dem Messrohr 2 fixiert ist.
An den beiden Endbereichen der Rohrleitung 17, zwischen denen das Durchflussmessgerät 1 positoniert ist, sind die beiden Rohrleitungs-Flansche 20 montiert. Zwischen einem Messrohr-Flansch 19 und einem Rohrleitungs-Flansch 20 ist jeweils eine erfindungsgemäße Erdungsscheibe 23 vorgesehen. Neben der Erdungsfunktion hat die Erdungsscheibe 23 im gezeigten Fall auch die Funktion einer Dichtung. Es versteht sich von selbst, dass die Dichtungsfunktion auch von einer zusätzlichen Dichtung übernommen werden kann. Diese Alternative ist in der 1 allerdings nicht dargestellt.
In 1a ist ein Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in 1 dargestellt. Das Messrohr 2 wird von dem Medium 11 in Richtung der Messrohrachse 3 durchflossen. Das Medium 11 ist zumindest in geringem Umfang elektrisch leitend. Das Messrohr 2 selbst ist aus einem nicht-leitfähigen Material gefertigt, oder es ist zumindest an seiner Innenfläche mit einem Liner aus einem nicht-leitfähigen Material ausgekleidet.
Das senkrecht zur Strömungsrichtung S des Mediums 11 ausgerichtete Magnetfeld B wird über zwei diametral angeordnete Elektromagnete 6, 7 erzeugt. Unter dem Einfluß der Magnetfeldes B wandern in dem Medium 11 befindliche Ladungsträger je nach Polarität zu den beiden entgegengesetzt gepolten Messelektroden 4, 5 ab. Die sich an den Messelektroden 4, 5 aufbauende Messspannung U_i ist proportional zu der über den Querschnitt des Messrohres 2 gemittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 11, d. h. sie ist ein Maß für den Volumenstrom des Mediums 11 in dem Messrohr 2. In den beiden gezeigten Fällen befinden sich die Messelektroden 4, 5 in direktem Kontakt mit dem Medium 11; die Kopplung kann jedoch, wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, auch kapazitiv erfolgen.
Über Verbindungsleitungen 12, 13 sind die Messelektroden 4, 5 mit der Rege/Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Verbindung zwischen den Elektromagneten 6, 7 und der Regel-/Auswerteeinheit 8 erfolgt über die Verbindungsleitungen 14, 15. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 ist über die Verbindungsleitung 16 mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden. Der Auswerte-/Regeleinheit 8 ist die Speichereinheit 10 zugeordnet.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Erdungsscheibe 23. In 2a ist ein Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in 2 zu sehen. Die Erdungsscheibe 23 hat im dargestellten Fall die gleiche Form wie die Erdungsscheibe aus der EP 1 186 867 A1 . Es versteht sich von selbst, dass die Erdungsscheibe 23 auch jede anderweitige Form aufweisen kann. Wichtig ist, dass der Innendurchmesser der mittigen Aussparung der Erdungsscheibe im wesentlichen dem Innendurchmesser der Rohrleitung 17 entspricht.
Der Aufbau der Erdungsscheibe 23 ist gut ersichtlich aus dem in 2a gezeigten Querschnitt. Die Erdungsscheibe 23 besteht aus einem leitfähigen Trägermaterial 24. Das Trägermaterial 24 ist in den Bereichen, die mit dem Medium 11 und den abgekanteten Endbereichen 18 oder den Messrohr-Flanschen 19 und den Rohrleitungs-Flanschen 20 im eingebauten Zustand in Kontakt sind, mit einer elektrisch leitfähigen, chemisch beständigen Kunststoffbeschichtung 25 versehen sind. Bevorzugt handelt es sich bei der Kunststoffbeschichtung 25 um PTFE mit Einlagerungen aus Kohlenstoff. Die Kunststoffbeschichtung 25 kann mittels aller gängigen Beschichtungsverfahren in einer auf die jeweilige Anwendung optimalen Dicke auf das Trägermaterial 24 aufgebracht werden.

1: magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2: Messrohr
3: Messrohrachse
4: Messelektrode
5: Messelektrode
6: Elektromagnet
7: Elektromagnet
8: Regel-/Auswerteeinheit
9: Eingabe-/Ausgabeeinheit
10: Speichereinheit
11: Medium
12: Verbindungsleitung
13: Verbindungsleitung
14: Verbindungsleitung
15: Verbindungsleitung
16: Verbindungsleitung
17: Rohrleitung
18: Messrohr-Endbereich
19: Messrohr-Flansch
20: Rohrleitungs-Flansch
21: Sensor
22: Transmitter
23: Erdungsscheibe
24: Trägermaterial
25: Kunststoffbeschichtung

Claims

Vorrichtung zum Messen des Volumen- oder Massestroms eines Mediums (11) in einer Rohrleitung (17), mit einem Messrohr (2), das von dem Medium (11) in Richtung der Messrohrachse (3) durchströmt wird und das über zwei an der Rohrleitung (17) befestigte Rohrleitungs-Flansche (20) in der Rohrleitung (17) montiert ist, wobei das Messrohr (2) in seinen beiden Endbereichen (18) abgekantet ist oder wobei das Messrohr (2) in seinen beiden Endbereichen (18) jeweils einen Messrohr-Flansch (19) aufweist, wobei zwischen einem abgekanteten Endbereich (18) oder einem Messrohr-Flansch (19) und einem Rohrleitungs-Flansch (20) eine Erdungsscheibe (23) vorgesehen ist, über die das Medium (11) auf ein Referenzpotential gelegt ist, mit einem Magnetsystem (6, 7), das ein das Messrohr (2) durchsetzendes, im wesentlichen quer zur Messrohrachse (3) verlaufendes Magnetfeld (B) erzeugt, mit zumindest einer mit dem Medium (11) gekoppelten Messelektrode (4, 5), die in einem im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld (B) liegenden Bereich des Messrohres (2) angeordnet ist, und mit einer Regel/Auswerteeinheit (8), die anhand der in die zumindest eine Messelektrode (4, 5) induzierten Messspannung (U_i) Information über den Volumen- oder Massestrom des Mediums (11) in dem Messrohr (2) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsscheibe (23) aus einem leitfähigen Trägermaterial (24) gefertigt ist, und dass das Trägermaterial (24) zumindest in den Bereichen, die mit dem Medium (11) und den abgekanteten Endbereichen (18) oder den Messrohr-Flanschen (19) und den Rohrleitungs-Flanschen (20) im eingebauten Zustand in Kontakt sind, mit einer elektrisch leitfähigen, chemisch beständigen Kunststoffbeschichtung (25) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsscheibe (23) aus Stahl oder Edelstahl gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Trägermaterials (24) so bemessen ist, dass die Erdungsscheibe (23) in Abhängigkeit von dem im eingebauten Zustand auf sie einwirkenden Druck im wesentlichen torsionssteif ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der leitfähigen Kunststoffbeschichtung (25) um eine Beschichtung aus modifiziertem PTFE handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das modifizierte PTFE Partikel eines leitfähigen Materials eingelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kunststoffbeschichtung (25) einen Bruchteil der Dicke des Trägermaterials (24) beträgt.