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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Messrohrzustands von Coriolis-Messgeräten eingerichtet zum Messen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch die Messrohre strömenden Mediums. Der Zustand von Messrohren bestimmt deren Schwingungsverhalten und somit auch Messungen von Massedurchfluss und Dichte eines durch die Messrohre strömenden Mediums. Der Zustand von Messrohren kann sich ausgehend von einem Ausgangszustand in verschiedener Weise entwickeln. Beispielsweise können abrasive Medien eine Messrohrinnenwand angreifen und somit zu einer Wandstärkeverringerung führen. Medien können auch zu einer Belagsbildung an der Messrohrinnenwand führen.
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Bei Coriolis-Messgeräten gemäß dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der Schrift
DE102015120087A1 gezeigt, wird ein Messrohrzustand über einen Vergleich mit einer Referenzmessung beispielsweise bei einer Kalibration bestimmt. Um dabei eine korrekte Zustandsbestimmung durchführen zu können, sind eine Vielzahl verschiedener Einflüsse zu berücksichtigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, bei welchem ein Messrohrzustand besser und einfacher ermittelt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung eines Zustands von Messrohren eines Coriolis-Messgeräts eingerichtet zum Messen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch die Messrohre strömenden Mediums,
weist das Messgerät zwei Messrohrgruppen mit jeweils mindestens einem Messrohr auf, wobei die Messrohre jeweils einer Messrohrgruppe jeweils eine gleiche geometrische Ausgestaltung aufweisen,
wobei die Messrohre zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgestaltet sind, wobei jeder Messrohrbogen in einem Messrohrruhezustand jeweils eine Messrohrebene definiert, wobei die Messrohrbögen beim Schwingen senkrecht zur jeweiligen Messrohrebene ausgelenkt werden,
wobei die Messrohrbögen einer ersten Messrohrgruppe bezüglich einer jeweiligen Messrohrmittenlinie jeweils einen ersten zentralen Krümmungsradius aufweisen, und wobei die Messrohrbögen einer zweiten Messrohrgruppe bezüglich einer jeweiligen Messrohrmittenlinie jeweils einen zweiten zentralen Krümmungsradius aufweisen, wobei der erste zentrale Krümmungsradius größer ist als der zweite zentrale Krümmungsradius,
wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung mittels der ersten Messrohrgruppe einen ersten Messwert oder einen ersten Messwertverlauf einer Massendichte des Mediums und mittels der zweiten Messrohrgruppe einen zweiten Messwert oder einen zweiten Messwertverlauf der Mediendichte des Mediums ermittelt,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung einen Qualitätsparameter zumindest der Messrohre des zweiten Messrohrpaars ermittelt,
wobei zur Ermittlung des Qualitätsparameters eine Abweichung zwischen ersten Messwerten und zweiten Messwerten der Mediendichte und/oder zwischen dem ersten Messwertverlauf und dem zweiten Messwertverlauf als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen wird.
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Bei einer Bestimmung der Mediendichte können eine oder mehrere physikalische Messgrößen wie beispielsweise eine Eigenfrequenz des Messrohrs, eine Temperatur des Mediums bzw. Messrohrs, ein Mediendruck oder eine Medienviskosität herangezogen werden.
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Der Unterschied zwischen dem ersten Krümmungsradius und dem zweiten Krümmungsradius bewirkt bei gleicher Durchflussgeschwindigkeit in verschiedenen Messrohren aufgrund unterschiedlicher Zentrifugalkräfte zu unterschiedlichen Beschleunigungen des Mediums senkrecht zur Messrohrmittenlinie, was beispielsweise bei abrasiven Medien bei den Messrohren der zweiten Messrohrgruppe zu einer stärkeren Abrasion der Messrohre als bei Messrohren der ersten Messrohrgruppe führt.
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Dies führt aufgrund sich ändernder Schwingungseigenschaften der Messrohre mit zunehmender Abrasion zu zunehmend abweichenden Dichtemesswerten.
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Äquivalent kann bei belagsbildenden Medien bei Messrohren der ersten Messrohrgruppe eine verstärkte Belagsbildung stattfinden und somit zu einer scheinbaren Zunahme der Messrohrmasse und somit zu sich ändernden Schwingungseigenschaften der Messrohre der ersten Messrohrgruppe führen. Belagsbildung wird dabei bei Messrohren der zweiten Messrohrgruppe aufgrund von stärkeren Medienturbulenzen unterdrückt oder bereits vorhandener Belag weggespült.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Verhältnis von erstem Krümmungsradius zu zweitem Krümmungsradius größer als 1.1 und insbesondere größer als 1.2 und bevorzugt größer als 1.3 und/oder kleiner als 3 und insbesondere kleiner ist als 2.5 und bevorzugt kleiner ist als 2.
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Durch Einstellung eines Verhältnisses in einem solchen Bereich kann einerseits sichergestellt werden, dass eine Abrasion bzw. eine Belagsbildung sich messbar unterschiedlich bei Messrohren unterschiedlicher Messrohrgruppen ausbildet und somit ein Maß für einen Messrohrzustand ermöglicht, und andererseits eine zu starke Beeinträchtigung von Messrohren unterbleibt und somit ein dauerhafter Betrieb eines Coriolis-Messgeräts ermöglicht wird.
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In einer Ausgestaltung zeigt der Qualitätsparameter eine Belagsbildung oder Abrasion an.
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Falls bekannt ist, dass ein Medium keinen Belag bildet, kann der Qualitätsparameter eine Messrohrzustandsbestimmung mittels eines Vergleichs mit einem Messrohrreferenzzustand ergänzen. Falls ein Medium zu Abrasion und Belagsbildung beitragen kann, kann mittels der Messrohrzustandsbestimmung mittels Vergleichs mit dem Messrohrreferenzzustand zwischen Belagsbildung und Abrasion unterschieden werden.
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In einer Ausgestaltung wird nur ein quasistatischer Anteil der Abweichung als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen.
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Eine durchschnittliche Dichte eines Mediums in einem Messrohr kann auf kleinen Zeitskalen stark schwanken, da beispielsweise von einer Flüssigkeit mitgetragene Gasblasen oder Feststoffpartikel zu lokalen Schwankungen einer mittleren Mediendichte führen können, wobei solche Schwankungen nicht auf eine Zustandsänderung eines Messrohrs zurückzuführen sind. Zustandsänderungen von Messohren findet auf Zeitskalen je nach Nutzung und je nach Medium im Bereich von Tagen oder Wochen statt.
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Ein Heranziehen des quasistatischen Anteils bedeutet, dass eine Frequenzanalyse, beispielsweise per Fourieranalyse einer Abweichung von Messwertreihen bzw. Messwertverläufen von gemessenen Mediendichten betreffend Messrohre verschiedener Messrohrgruppen durchgeführt wird und anschließend beispielsweise nur ein statischer Beitrag berücksichtigt wird. Es kann alternativ auch auf ein Vorliegen stabiler Durchflussbedingungen ohne signifikante Schwankungen gewartet werden, welche stabilen Durchflussbedingungen beispielsweise durch ein Messsignal erkannt werden, bei welchem Signalschwankungen über eine definierte Dauer unterhalb einer definierten Schranke bleiben. Als Messsignal kann beispielsweise eine Resonanzfrequenz oder ein Erregerstrom einer Erregerspule zum Erzeugen von Messrohrschwingungen herangezogen werden.
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In einer Ausgestaltung wird die Abweichung erst bei einer Mindestströmungsgeschwindigkeit des Mediums im Messrohr als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen,
wobei die Mindestströmungsgeschwindigkeit größer ist als 0.1 Meter pro Sekunde, und insbesondere größer als 0.2 Meter pro Sekunde.
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In einer Ausgestaltung wird Vergleich eines aktuellen Messrohrzustands mit einem Messrohrreferenzzustand durchgeführt, wobei über diesen Vergleich Messwerte für eine Messrohrsteifigkeit der Messrohre verschiedener Messrohrgruppen bestimmt wird,
wobei mittels der Messwerte der Messrohrsteifigkeiten beim Qualitätsparameter zwischen Abrasion und Belagsbildung unterschieden wird, oder wobei der Qualitätsparameter bei nichtbelagsbildenden Medien für eine redundante Bestimmung des Messrohrzustands herangezogen wird.
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In einer Ausgestaltung weisen die Messrohre jeweils eine Einlaufkrümmung und jeweils eine Auslaufkrümmung auf, wobei die Einlaufkrümmungsradien verschiedener Messrohre gleich sind, und wobei Auslaufkrümmungsradien verschiedener Messrohre jeweils gleich sind.
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Auf diese Weise findet bei der Einlaufkrümmung sowie bei der Auslaufkrümmung eine gleiche Beeinträchtigung durch Abrasion oder Belagsbildung statt.
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In einer Ausgestaltung sind Einlaufskrümmungsradius und Auslaufskrümmungsradius eines jeweiligen Messrohrs gleich.
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In einer Ausgestaltung weist jede Messrohrgruppe jeweils ein Messrohr auf,
oder wobei jede Messrohrgruppe jeweils zwei Messrohre aufweist, wobei die Messrohre gegeneinander schwingen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
- 1 beschreibt einen Aufbau eines beispielhaften Coriolis-Messgeräts mit einem beispielhaften Coriolis-Messaufnehmer;
- 2 zeigt eine Skizze von Messrohren bzw. einer Messrohranordnung geeignet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 beschreibt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 4 skizziert beispielhafte Messwertverläufe.
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1 skizziert den Aufbau eines beispielhaften Coriolis-Messgeräts 1 mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen Coriolis-Messaufnehmer 2, wobei der Coriolis-Messaufnehmer ein Schwingungssystem mit zwei Messrohren 11 mit jeweils einem Einlauf und einem Auslauf, einen Trägerkörper 12 zum Tragen der Messrohre, einen Erreger 13, und zwei Sensoren 14 aufweist. Der Erreger ist dazu eingerichtet, die beiden Messrohre senkrecht zu einer jeweils durch die bogenförmig ausgestalteten Messrohre definierten Messrohrebene zum Schwingen anzuregen. Die Sensoren sind dazu eingerichtet, die den Messrohren aufgeprägte Schwingung zu erfassen. Der Coriolis-Messaufnehmer ist mit einem Elektronikgehäuse 80 des Coriolis-Messgeräts verbunden, welches dazu eingerichtet ist, eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 77 zu behausen, welche Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, den Erreger sowie die Sensoren zu betrieben und auf Basis von mittels der Sensoren gemessenen Schwingungseigenschaften des Messrohrs Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen. Der Erreger sowie die Sensoren sind mittels elektrischer Verbindungen 19 mit der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung verbunden. Die elektrischen Verbindungen 19 können jeweils durch Kabelführungen zusammengefasst sein. Die in 1 gezeigten Messrohre sind beispielhaft und nicht erfindungsgemäß und dienen rein der Darstellung eines Coriolis-Messgeräts. Messrohre geeignet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 2 gezeigt. Es stellt für den Fachmann kein Problem dar, die in 1 gezeigten Messrohre mit den in 2 gezeigten Messrohren auszutauschen.
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2 skizziert eine Seitenansicht einer Messrohranordnung geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Messrohranordnung eine erste Messrohrgruppe 10.1 und eine zweite Messrohrgruppe 10.2 umfasst, welche jeweils ein Messrohr 11 aufweisen. Die Messrohre weisen jeweils eine Einlaufkrümmung 11.21 und eine Auslaufkrümmung 11.22 sowie einen zentral zwischen Einlauf- und Auslaufkrümmung angeordnetem Messrohrbogen 11.1 auf. Erfindungsgemäß ist ein erster Krümmungsradius KR1 des Messrohrbogens von Messrohren der ersten Messrohrgruppe größer als ein zweiter Krümmungsradius KR2 des Messrohrbogens von Messrohren der zweiten Messrohrgruppe. Dies bewirkt bei gleicher Durchflussgeschwindigkeit eines Mediums durch die Messrohre unterschiedliche Zentrifugalkräfte und somit unterschiedliche, nach einer Außenseite eines jeweiligen Messrohrbogens gerichtete Beschleunigungen des Mediums senkrecht zu einer jeweiligen Messrohrmittenlinie.
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Beispielsweise bei abrasiven Medien führt dies bei den Messrohren der zweiten Messrohrgruppe zu einer stärkeren Abrasion der Messrohre als bei Messrohren der ersten Messrohrgruppe führt. Dies führt aufgrund sich ändernder Schwingungseigenschaften der Messrohre mit zunehmender Abrasion zu zunehmend abweichenden Dichtemesswerten. Äquivalent kann bei belagsbildenden Medien bei Messrohren der ersten Messrohrgruppe eine verstärkte Belagsbildung stattfinden und somit zu einer scheinbaren Zunahme oder Abnahme der Messrohrmasse und somit zu sich ändernden Schwingungseigenschaften der Messrohre der ersten Messrohrgruppe führen. Belagsbildung wird dabei bei Messrohren der zweiten Messrohrgruppe aufgrund von stärkeren Medienturbulenzen unterdrückt oder bereits vorhandener Belag weggespült.
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Alternativ kann jede Messrohrgruppe auch mehr als ein Messrohr aufweisen. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Messrohranordnung auch bei einem Vierrohr-Coriolismessgerät umgesetzt werden, wobei jede Messrohrgruppe jeweils zwei Messrohre aufweist, welche insbesondere dazu eingerichtet sind, gegeneinander zu schwingen.
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Beispielsweise ist ein Verhältnis von erstem Krümmungsradius zu zweitem Krümmungsradius größer als 1.1 und insbesondere größer als 1.2 und bevorzugt größer als 1.3 und/oder kleiner als 3 und insbesondere kleiner ist als 2.5 und bevorzugt kleiner ist als 2. Durch Einstellung eines Verhältnisses in einem solchen Bereich kann einerseits sichergestellt werden, dass eine Abrasion bzw. eine Belagsbildung sich messbar unterschiedlich bei Messrohren unterschiedlicher Messrohrgruppen ausbildet und somit ein Maß für einen Messrohrzustand ermöglicht, und andererseits eine zu starke Beeinträchtigung von Messrohren der zweiten Messrohrgruppe unterbleibt und somit ein dauerhafter Betrieb eines Coriolis-Messgeräts ermöglicht wird.
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Je nach Medium und Durchflussgeschwindigkeit können dabei die Messrohre der ersten Messrohrgruppe im Wesentlichen unbeeinträchtigt bleiben, wobei die Messrohre der zweiten Messrohrgruppe Abrasion oder Belagsbildung erfahren, oder eine Abrasion bzw. Belagsbildung findet bei Messrohren von beiden Messrohren statt, jedoch bei Messrohren der zweiten Messrohrgruppe verstärkt. In beiden Fällen führen unterschiedliche Dichtemesswerte bzw. unterschiedliche Verläufe von Dichtemesswerten zu einem Maß einer Beeinträchtigung von entweder Messrohren der zweiten Messrohrgruppe oder Messrohren von beiden Messrohrgruppen.
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3 skizziert den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 101 die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 77 (siehe 1) anhand von erfassten Messrohrschwingungen mittels der ersten Messrohrgruppe einen ersten Messwert M1 (siehe 4) oder einen ersten Messwertverlauf MV1 (siehe 4) einer Massendichte des Mediums und mittels der zweiten Messrohrgruppe einen zweiten Messwert M2 (siehe 4) oder einen zweiten Messwertverlauf MV2 (siehe 4) der Mediendichte des Mediums ermittelt,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt 102 die elektronische Mess-/Betriebsschaltung einen Qualitätsparameter zumindest der Messrohre des zweiten Messrohrpaars ermittelt, wobei zur Ermittlung des Qualitätsparameters eine Abweichung zwischen ersten Messwerten und zweiten Messwerten der Mediendichte und/oder zwischen dem ersten Messwertverlauf und dem zweiten Messwertverlauf als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen wird.
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Da erfindungsgemäß der erste Krümmungsradius KR1 des Messrohrbogens von Messrohren der ersten Messrohrgruppe größer ist als der zweite Krümmungsradius KR2 des Messrohrbogens von Messrohren der zweiten Messrohrgruppe findet bei Messrohren der zweiten Messrohrgruppe eine stärkere Belagsbildung bzw. Abrasion statt und verändert Schwingungseigenschaften des Messrohrs in unterschiedlichem Maße. Eine zunehmende Differenz bei Mediendichtemessungen deutet auf eine zunehmende Verschlechterung von Zuständen der Messrohre hin.
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Um dabei kurzfristige Schwankungen der Differenz hervorgerufen beispielsweise durch Luftblasen auszublenden, wird dabei bevorzugt nur ein quasistatischer Anteil der Abweichung als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen.
wobei die Abweichung erst bei einer Mindestströmungsgeschwindigkeit des Mediums im Messrohr als ein Maß für den Qualitätsparameter herangezogen wird,
wobei die Mindestströmungsgeschwindigkeit größer ist als 0.1 Meter pro Sekunde und insbesondere größer als 0.2 Meter pro Sekunde. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Medium in den Messrohren eine homogene Temperaturverteilung aufweist.
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4 skizziert auf eine beispielhafte Art und Weise Messwerte und Messwertverläufe von Dichtemessungen auf Basis verschiedener Messrohrgruppen, wobei erste Messwerte M1 auf Basis der ersten Messrohrgruppe 10.1 einen ersten Messwertverlauf MV1 nehmen, und wobei zweite Messwerte M2 auf Basis der zweiten Messrohrgruppe einen Messwertverlauf M2 nehmen. Bei Inbetriebnahme zu einem Zeitpunkt t0 werden bei Dichtemessungen von einem in den Messrohren befindlichen Medium zunächst gleiche oder sehr ähnliche Messwerte ermittelt. Da die Dichte eines durch die Messrohre strömenden Mediums sich ändern kann, können die Messwertverläufe wie hier schematisch dargestellt schwanken. Da mit zunehmender Zeit Abrasion bzw. Belagsbildung Messrohre der zweiten Messrohrgruppe zunehmend beeinträchtigt, ist eine zunehmende Abweichung zwischen dem ersten Messwertverlauf und dem zweiten Messwertverlauf zu beobachten. Beispielsweise kann bei einer relativen oder absoluten Mindestabweichung von zweiten Messwerten zu den ersten Messwerten eine Warnmeldung ausgegeben werden. Die Warnmeldung kann beispielsweise ausgegeben werden sobald eine absolute Abweichung von 0.2 Kilogramm pro Kubikmeter erreicht ist.
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Die hier gezeigten Messwertverläufe sind idealisiert, da kurzzeitige Schwankungen beispielsweise von in einem flüssigen Medium mitgeführten Luftblasen oder Feststoffen nicht gezeigt sind. Solche kurzzeitigen Schwankungen können, wenn sie nur oder gehäuft in Messrohren einer Messrohrgruppe auftreten zu kurzfristigen Abweichungen führen und werden vorteilhafterweise nicht berücksichtigt, da sie kein Maß für eine Messrohrbeeinträchtigung bzw. für einen Messrohrzustand sind. Ein Fachmann wird daher vorteilhafterweise beispielsweise eine Frequenzanalyse oder eine Frequenzselektion durchführen, um hochfrequente Anteile aus einem Verlauf der Abweichung von Dichtemesswerten bzw. Dichtemesswertverläufe von Messrohren verschiedener Messrohrgruppen aussortieren zu können. Hochfrequente Anteile sind dabei Anteile, welche Zeiträume von weniger als einer Woche oder insbesondere weniger als einen Tag betreffen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Coriolis-Messgerät
- 2
- Coriolis-Messaufnehmer
- 10
- Messrohrgruppe
- 10.1
- erste Messrohrgruppe
- 10.2
- zweite Messrohrgruppe
- 11
- Messrohr
- 11.1
- Messrohrbogen
- 11.21
- Einlaufkrümmung
- 11.22
- Auslaufkrümmung
- 12
- Trägerkörper
- 13
- Erreger
- 14
- Sensor
- 19
- elektrischen Verbindungen
- 77
- elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 80
- Elektronikgehäuse
- 100
- Verfahren
- 101
- erster Verfahrensschritt
- 102
- zweiter Verfahrensschritt
- M1
- erster Messwert
- MV1
- erster Messwertverlauf
- M2
- zweiter Messwert
- MV2
- zweiter Messwertverlauf
- KR1
- erster Krümmungsradius
- KR2
- zweiter Krümmungsradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015120087 A1 [0002]
