DE102014016820A1

DE102014016820A1 - Verfahren zum Betrieb eines Durchflussmessers

Info

Publication number: DE102014016820A1
Application number: DE102014016820.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Horst
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-19
Also published as: CN105606183B; CN105606183A; US20160138960A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Verschleiß eines Durchflussmessers, umfassend Verfahrensschritte, wobei in einem Konfigurationsschritt (1) über eine vordefinierte Kalibrierungsdauer hinweg eine Grundlinie (3) einer Kenngröße (4) des unter Betriebsbedingungen operierenden Durchflussmessers gemessen wird, ein Mittelwert (13) der Grundlinie (3) gebildet wird, und auf Basis des Mittelwerts (13) ein Referenzwert (19) und eine obere Grenze (15) und eine untere Grenze (16) definiert werden, und während des verschleißverursachenden Betriebs des Durchflussmessers zyklisch in einem Messschritt (9) über eine vordefinierte Messdauer (11) hinweg die Grundlinie (3) der Kenngröße (4) gemessen wird, und deren Mittelwert (13) gebildet wird, und dieser Mittelwert (13) mit der oberen Grenze (15) und der unteren Grenze (16) verglichen wird, und bei Überschreiten der oberen Grenze (15) oder bei Unterschreiten der unteren Grenze (16) in einem Signalisierungsschritt (17) ein Warnsignal ausgegeben wird. Ferner betrifft die Erfindung einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Durchflussmesser.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Veränderungen des Systemzustands eines Durchflussmessers mit einem Messrohr. Derartige Veränderungen des Systemzustands können durch Verschleiß, wie Abrieb oder Ausfall von Komponenten, Ablagerungen im Messrohr oder Veränderungen im Messmedium, wie Festkörperanteile, Gasblasenanteile, hervorgerufen werden. Dabei wird die Grundlinie einer für Verschleiß charakteristischen, intern gemessenen Kenngröße des Durchflussmessers mit Grenzwerten verglichen und gegebenenfalls ein Warnsignal ausgegeben.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Anlagen, in denen die Durchflussrate von Fluidströmen gemessen werden soll, beispielsweise Raffinerien oder Fertigungsanlagen, oder Öl- und Gasquellen. Aufgrund des direkten Kontaktes des Durchflussmessgerätes mit dem zu vermessenden Fluid, aber auch aufgrund anders verursachten elektronischen oder mechanischen Verschleißes kann es dabei zu Verminderung der Messgenauigkeit oder auch zu einem Totalausfall des Durchflussmessers kommen.
Beispiele für typische Fehlerquellen sind unter anderem Ablagerungen auf der Innenseite eines durch das Durchflussmessgerät führenden Rohres, die durch das Fluid verursacht werden, Abrieb von Material auf der Innenseite eines solchen Rohres, insbesondere durch Festkörperanteile in dem Fluid, sowie Festkörperanteile oder Gasblasenanteile in dem Fluid, die die Genauigkeit der Messung verfälschen. Unabhängig von diesen durch das Fluid verursachten Störungen kann es generell zu Veränderungen beispielsweise von der Induktivität oder der Kapazität oder auch zu Totalausfällen von elektronischen Komponenten innerhalb des Durchflussmessers kommen, beispielsweise aufgrund altersbedingten Verschleißes der Komponenten.
Im allgemein bekannten Stand der Technik ist es üblich, eine interne Kenngröße des Durchflussmessers zu messen, gegebenenfalls deren Grundlinie zu bestimmen, und diese im laufenden Betrieb mit Grenzwerten zu vergleichen, die beispielsweise bei der Fertigung oder Programmierung des Durchflussmessers zuvor konstant festgesetzt worden sind. Wenn entsprechende, durch diese Grenzwerte festgelegte, Extremwerte über- oder unterschritten werden, wird üblicherweise ein Alarmsignal zur Signalisierung einer Fehlfunktion ausgesandt. Die interne Kenngröße kann beispielsweise ein elektrischer Strom sein.
Nachteilhaft an den bekannten, auf intern gemessenen Kenngrößen basierenden Verfahren zur Ermittlung von Fehlerquellen ist, dass die auf eine Kenngröße bezogenen Grenzwerte bei der Herstellung bzw. Programmierung des jeweiligen Durchflussmessers festgelegt werden, und nicht an spezielle Eigenschaften beispielsweise des durchströmenden Fluides oder anderer, für ein bestimmtes Einsatzgebiet charakteristische Eigenschaften angepasst sind. Daher werden im allgemein bekannten Stand der Technik üblicherweise obere und untere Grenzwerte festgelegt, die stark von einem Erwartungswert der Kenngröße abweichen, um Toleranzen für mögliche reguläre Abweichungen zuzulassen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem selbst geringer Verschleiß bereits zu einer auf mögliche Fehlfunktionen hinweisenden Signalsierung führt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in einem Konfigurationsschritt über eine vordefinierte Kalibrierungsdauer hinweg eine Grundlinie einer Kenngröße des unter Betriebsbedingungen operierenden Durchflussmessers gemessen wird, ein Mittelwert oder die Standardabweichung der Grundlinie gebildet wird, und auf Basis des Mittelwerts oder der Standardabweichung ein Referenzwert und eine obere Grenze und eine untere Grenze definiert werden, und danach während des verschleißverursachenden Betriebs des Durchflussmessers zyklisch in einem Messschritt über eine vordefinierte Messdauer hinweg die Grundlinie der Kenngröße gemessen wird, und deren Mittelwert oder deren Standardabweichung gebildet wird, und dieser Mittelwert oder diese Standardabweichung mit der oberen Grenze und der unteren Grenze verglichen wird, und bei Überschreiten der oberen Grenze oder bei Unterschreiten der unteren Grenze ein Warnsignal ausgegeben wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht unter anderem darin, dass durch die Ermittlung des Mittelwertes der Grundlinie der Kenngröße insbesondere unter Betriebsbedingungen ermöglicht wird, dass die für eine Alarmierung wesentlichen Grenzwerte an sämtliche anlagenspezifische Prozessbedingungen angepasst sind, beispielsweise an spezielle Eigenschaften des Fluides. Eine solche prozessspezifische Anpassung wäre bei einer Festlegung der Grenzwerte vor Einbau in den jeweiligen Prozess, beispielsweise bei Fertigung oder Programmierung des Durchflussmessers, nicht möglich.
Bevorzugterweise wird dabei der Verschleiß eines Durchflussmessers in Form eines Coriolis-Massendurchflussmessers oder eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers oder eines thermischen Massemessers diagnostiziert. Der Vorteil besteht darin, dass unter anderem diese Durchflussmesser anfällig sind für durch entsprechend gewählte Kenngrößen detektierbaren Verschleiß.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Teil des Konfigurationsschrittes die Standardabweichung der Grundlinie der Kenngröße von dem Mittelwert über die Messdauer hinweg ermittelt, und auf Basis von Mittelwert und Standardabweichung der Referenzwert und die zugehörige obere Grenze und die untere Grenze definiert.
Die Standardabweichung einer um einen Erwartungswert streuenden Größe bezeichnet den Bereich, in dem die jeweilige Größe mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt. Beispielsweise bei einer Normal- oder Gaußverteilung befinden sich statistisch etwa 68% der jeweiligen Messwerte innerhalb einer Standardabweichung ober- und unterhalb des Erwartungswertes. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht vor allem darin, dass hierdurch nicht nur der Mittelwert, sondern auch im Betrieb zu erwartende Schwankungen der Kenngröße bei der Berechnung der zulässigen Toleranz, also der oberen und unteren Stellwerte, berücksichtigt werden.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung sieht vor, dass als Teil des Konfigurationsschritts Minimalwert und Maximalwert der Grundlinie der Kenngröße während der Messdauer ermittelt werden, und auf Basis des Mittelwerts und der Extremwerte, also des Minimal- und Maximalwertes, der Referenzwert und die obere Grenze und die untere Grenze definiert werden.
Dadurch wird eine genauere Charakterisierung der Grundlinie der Kenngröße ermöglicht, resultierend in einer weiter verbesserten Anpassung der Grenzwerte an die jeweiligen Prozessbedingungen.
Gemäß weiterer Verbesserungen der Erfindung kann die Kalibrierungsdauer kürzer als eine Minute, oder zwischen einer Minute und einer Stunde, oder zwischen einer Stunde und einem Tag, oder länger als ein Tag bis hin zu mehreren Monaten dauern. Der Vorteil eines jeweiligen Intervalls ergibt sich aus prozessspezifischen Umständen, beispielsweise aus der Durchflussrate des Fluides oder auch aus der Natur der Kenngröße, durch welche beispielsweise Veränderungen der Induktivität oder der Kapazität von elektrischen Bauteilen erkennbar gemacht werden. Die Messdauer im Messschritt kann dabei der Kalibrierungsdauer entsprechen oder auch anders gewählt sein.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine Schematisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 einen Graphen der für das Verfahren wesentlichen Parameter.
Gemäß 1 wird in einem Konfigurationsschritt 1 innerhalb eines ersten Verfahrensschrittes 2 die hier nicht weiter dargestellte Grundlinie 3 einer Kenngröße 4 eines Durchflussmessers gemessen. Diese Kenngröße 4 wird insbesondere unter Betriebsbedingungen gemessen, also während der Durchflussmesser in dessen zugeordnetem Prozess eingebaut ist. Nach Abschluss der Messung im Verfahrensschritt 2, also nach Ablauf der Kalibrierungsdauer, wird in einem weiteren Verfahrensschritt 5 der Mittelwert 13 der Grundlinie 3 der Kenngröße 4 berechnet, und einem Verfahrensschritt 6 die Standardabweichung der Kenngröße 4 von der Grundlinie 3 errechnet und in einem Verfahrensschritt 7 das Minimum und das Maximum der Grundlinie 3 der Kenngröße 4 bestimmt. In einem Verfahrensschritt 8 wird anhand des errechneten Mittelwerts 13, der Standardabweichung und der Extrema eine obere Grenze 15 und eine untere Grenze 16 errechnet, die einen für diesen Durchflussmesser in dessen jeweiligen Prozessanordnung einen erlaubten Toleranzbereich für die Grundlinie 3 der Kenngröße 4 definieren.
In einem Messschritt 9 wird innerhalb eines Verfahrensschrittes 10 über eine hier nicht dargestellte Messdauer 11 die Grundlinie 3 der Kenngröße 4 gemessen, wonach anschließend in einem Verfahrensschritt 12 der Mittelwert 13 dieser Grundlinie 3 errechnet wird. In einem Verfahrensschritt 14 wird der Mittelwert 13 dann mit der oberen Grenze 15 und der unteren Grenze 16 verglichen. Fall der errechnete Mittelwert 13 zwischen den Grenzen 15, 16 liegt, wird der Messschritt 9 erneut ausgeführt. Liegt der Mittelwert 13 über der oberen Grenze 15 oder unter der unteren Grenze 16, so wird in einem Signalisierungsschritt 17 ein Signal beispielsweise zur Alarmierung von technischem Personal ausgesendet, und danach ebenfalls erneut der Messschritt 9 ausgeführt.
In 2 ist eine beispielhafte graphische Auswertung des Messschrittes 9 dargestellt. Die gegen eine nicht eingezeichnete Skala aufgetragene Kenngröße 4 besitzt eine Grundlinie 3, die entlang der Zeitachse t langsam auf einen Kenngrößenbetrag 18 ansteigt. Ferner ist gegen eine andere nicht eingezeichnete Skala der in einem Konfigurationsschritt 1 errechnete Referenzwert 19 zusammen mit der diesem zugeordneten oberen Grenze 15 und der unteren Grenze 16 eingezeichnet, die ein Toleranzintervall für den Mittelwert 13 der Grundlinie 3 der Kenngröße 4 definieren.
Über eine Messdauer 11 hinweg wird ein erster Mittelwert 13 der Grundlinie 3 gebildet, welcher zwischen der oberen Grenze 15 und der unteren Grenze 16 liegt. Der Mittelwert 13 ist in dieser Darstellung gegen eine andere Skala aufgetragen als die Grundlinie 3. Hier operiert der Durchflussmesser also noch innerhalb zulässiger Parameter. Ein in jeweils späteren Zeitintervallen ermittelter zweiter Mittelwert 13a und ein dritter Mittelwert 13b der angestiegenen Grundlinie 3 befindet sich allerdings oberhalb der oberen Grenze 15, wodurch in der Praxis hier erfindungsgemäß ein Alarmsignal ausgesendet werden würde.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die von den nachfolgenden Ansprüchen mit umfasst sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Signalisierungsschritt 17 in der Übermittlung eines digitalen Datenpaketes an eine externe Steuereinheit besteht, beispielsweise zur Weiterverarbeitung oder elektronischen Speicherung.
Bezugszeichenliste

1: Konfigurationsschritt
2: Verfahrensschritt
3: Grundlinie
4: Kenngröße
5–8: Verfahrensschritt
9: Messschritt
10: Verfahrensschritt
11: Messdauer
12: Verfahrensschritt
13, 13a, 13b: Mittelwert
14: Verfahrensschritt
15: obere Grenze
16: untere Grenze
17: Signalisierungsschritt
18: Kenngrößenbetrag
19: Referenzwert
t: Zeitachse

Claims

Verfahren zur Erkennung von Verschleiß eines Durchflussmessers, umfassend Verfahrensschritte, wobei in einem Konfigurationsschritt (1) über eine vordefinierte Kalibrierungsdauer hinweg eine Grundlinie (3) einer Kenngröße (4) des unter Betriebsbedingungen operierenden Durchflussmessers gemessen wird, ein Mittelwert (13) der Grundlinie (3) gebildet wird, und auf Basis des Mittelwerts (13) ein Referenzwert (19) und eine obere Grenze (15) und eine untere Grenze (16) definiert werden, und während des verschleißverursachenden Betriebs des Durchflussmessers zyklisch in einem Messschritt (9) über eine vordefinierte Messdauer (11) hinweg die Grundlinie (3) der Kenngröße (4) gemessen wird, und deren Mittelwert (13) gebildet wird, und dieser Mittelwert (13) mit der oberen Grenze (15) und der unteren Grenze (16) verglichen wird, und bei Überschreiten der oberen Grenze (15) oder bei Unterschreiten der unteren Grenze (16) in einem Signalisierungsschritt (17) ein Warnsignal ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verschleiß eines Coriolis-Massendurchflussmessers oder eines Magnetisch-induktiven Durchflussmessers oder eines thermischen Massemessers erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Teil des Konfigurationsschritts (1) die Standardabweichung der Grundlinie (3) der Kenngröße (4) von dem Mittelwert (13) über die Messdauer (11) hinweg ermittelt wird, und auf Basis von Mittelwert (13) und Standardabweichung der Referenzwert (19) und die obere Grenze (15) und die untere Grenze (16) definiert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Teil des Konfigurationsschritts (1) Minimalwert und Maximalwert der Grundlinie (3) der Kenngröße (4) während der Messdauer (11) ermittelt werden, und auf Basis des Mittelwerts (13) und jener Extremwerte der Referenzwert (19) und die obere Grenze (15) und die untere Grenze (16) definiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kalibrierungsdauer kürzer ist als eine Minute.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kalibrierungsdauer zwischen einer Minute und einer Stunde beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kalibrierungsdauer zwischen einer Stunde und einem Tag beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kalibrierungsdauer länger ist als ein Tag.
Durchflussmesser zur Bestimmung des Massendurchflusses eines Fluides, umfassend eine elektronische Steuereinheit, die über Rechenanweisungen zur Durchführungen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verfügt.