EP2502033A1

EP2502033A1 - Sich selbst überwachende durchflussmessanordnung und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: EP2502033A1
Application number: EP10762681A
Authority: EP
Inventors: Richard Heyne; Michael Moellgaard
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-09-26
Also published as: DE102009046758A1; CN102667422B; US9175997B2; US20120216600A1; WO2011061005A1; CN102667422A

Abstract

Es ist eine sich selbst überwachende Durchflussmessanordnung beschrieben, die ein hohes Maß an Messsicherheit und Zuverlässigkeit bietet, mit einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem (1, 1 '), einer einlassseitig in das Rohrleitungssystem (1, 1 ') eingesetzten Regeleinrichtung (3), die eine Durchflussrate des insgesamt in das Rohrleitungssystem (1, 1 ') einströmenden Mediums gemäß einem vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil (R) variiert, mindestens einem in das Rohrleitungssystem (1, 1 ') eingesetzten Durchflussmessgerät (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e), das sich an eine Messort befindet, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung (3) befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem (1, 1 ') fließende Medium hindurchfließt, und das die Durchflussrate (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) des Mediums am Messort misst, und einer Überwachungseinheit (7), die anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils (R) und der an den Messorten gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) überwacht, ob die gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) folgen, und eine Fehlermeldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) abweicht.

Description

Sich selbst überwachende Durchflussmessanordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Die Erfindung betrifft eine sich selbst überwachende

Durchflussmessanordnung mit einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem, und mindestens einem an einem Messort in das

Rohrleitungssystem eingesetzten Durchflussmessgerät, das die Durchflussrate des Mediums an seinem Messort misst. Durchflussmessanordnungen sind in einer Vielzahl von industriellen Anlagen, sowie in der Wasser- und Abwasserindustrie im Einsatz, und werden dort beispielsweise zur Messung von Durchflussraten und/oder daraus abgeleiteten Messgrößen, zur Prozesssteuerung oder zur Erkennung von Lecks in

Rohrleitungssystemen eingesetzt.

Im Rahmen der Prozesssteuerung werden beispielsweise Regeleinrichtungen, wie z.B. Pumpen oder Ventile, zur Einhaltung gewünschter Durchflussraten oder zur Steuerung gewünschter Durchflussmengen eingesetzt. Diese werden anhand von mit den Durchflussmessgeräten gemessenen Durchflüssen für die jeweilige Anlage optimal eingestellt.

Im Hinblick auf die Sicherheit ist es dabei von besonderer Wichtigkeit, dass die Durchflussmessgeräte fehlerfrei arbeiten und gegebenenfalls auftretende Fehler unmittelbar erkannt und behoben werden können.

Die Ansteuerung der Regeleinrichtungen erfolgt anhand von Regelparametern, die für den jeweiligen Prozess ermittelt werden. In der EP 0 853 775 B1 und der EP 0 845 1 18 B1 sind Verfahren zur Bestimmung solcher Regelparameter beschrieben, bei denen eine zu messende Prozessgröße durch eine

Anregungseinrichtung aktiv gemäß einer Rampenfunktion variiert wird, und anhand der währenddessen gemessenen Messwerte der Prozessgröße die Regelparameter berechnet werden.

Des Weiteren werden Durchflussmessanordnung zur Erkennung von Lecks in Rohrleitungssystemen verwendet. Dabei werden an mindestens zwei verschiedenen Messorten innerhalb des Rohrleitungssystems, durch die die gesamte Mediumsmenge, hindurch fließt, Durchflussmessungen durchgeführt. Anhand dieser Durchflussmessungen werden die an jedem der beiden

Messorte insgesamt in einem vorgegebenen Zeitraum hindurchströmende Mediumsmengen, z.B. deren Gesamtmasse oder deren Gesamtvolumen, bestimmt, und anhand eines Vergleichs der beiden Mediumsmengen

festgestellt, ob zwischen den beiden Messorten Medium verloren gegangen ist. Auch hier kann eine zuverlässige Leckerkennung nur dann gewährleistet werden, wenn sichergestellt ist, dass beide Durchflussmessgeräte einwandfrei arbeiten. Um insb. in sicherheitsrelevanten Anwendungen und/oder bei sehr langen Einsatzzeiten der Durchflussmessgeräte eine sichere und zuverlässige

Messung des Durchflusses zu gewährleisten, ist es generell wünschenswert, die Messanordnung sporadisch, regelmäßig oder bedarfsabhängig einer Funktionsprüfung zu unterziehen. Anwender bevorzugen hierzu eine

selbsttätige Funktionsprüfung, bei der die Messanordnung selbsttätig in der Lage ist, ihre Funktionsfähigkeit zu überprüfen.

Dabei gilt es in der Durchflussmessanordnung auftretende Fehler möglichst zeitnah zu erfassen, und dem Anwender anzuzeigen, um es ihm zu

ermöglichen schnell und zuverlässig auf die Sicherheit seiner Anlage und seiner Mitarbeiter gerichtet reagieren zu können. Besonders relevant ist es hierbei, Fehler zu erkennen, die dazu führen, dass ein Durchflussmessgerät permanent einen konstanten Durchflussmesswert anzeigt, der vom tatsächlich vorliegenden sich unter Umständen mit der Zeit verändernden Durchfluss abweicht. Dieser häufig als eingefrorener Messwert bezeichnete Fehler kann insb. bei für die Prozesssteuerung relevanten Durchflussmessungen zu katastrophalen Folgefehlern führen. Dieser Fehler ist insb. dann sehr schwer und teilweise erst sehr spät, womöglich sogar nur anhand von möglicherweise gefährlichen Folgefehlern, erkennbar, wenn der eingefrorene Messwert, in einem für den Durchfluss im Normalbetrieb der Anlage zulässigen Bereich liegt, oder sogar einem vorgegebenen Sollwert entspricht.

Die Erkennung dieses Fehlers ist insb. bei Anwendungen hochrelevant, bei denen das Durchflussmessgerät verwendet wird, um die Einhaltung eines vorgegebenen Durchflusssollwerts am Messort zu überwachen. Würde der Messwert hier, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion der Messgerätelektronik, auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert einfrieren, könnte die Fehlfunktion möglicherweise lange Zeit unentdeckt bleiben.

In der US 7,255,012 B2 ist eine Durchflussmessanordnung mit einer in das Messrohr eingesetzten Irisblende mit einstellbarer Blendenöffnung

beschrieben. Die Blende dient als Ventil, über das ein gewünschter Durchfluss durch das Messrohr eingestellt wird. Dazu wird der über die Blende abfallende Wirkdruck gemessen und hieraus der Durchfluss bestimmt. Der gemessene Durchfluss wird in einem Rückkopplungszweig dazu verwendet die

Blendenöffnung derart einzustellen, dass der gewünschte Durchfluss vorliegt.

Darüber hinaus ist ein Diagnoseverfahren für diese Durchflussmessanordnung beschrieben, bei dem für einen Augenblick der Schließungsgrad der Blende verändert wird, und die damit verbundene Veränderung des gemessenen Differenzdrucks gemessen wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine sich selbst überwachende

Durchflussmessanordnung und Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die ein hohes Maß an Messsicherheit und Zuverlässigkeit bietet.

Hierzu besteht die Erfindung in einer sich selbst überwachenden

Durchflussmessanordnung, mit

- einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem,

- einer einlassseitig in das Rohrleitungssystem eingesetzten

Regeleinrichtung, die eine Durchflussrate des insgesamt in das

Rohrleitungssystem einströmenden Mediums gemäß einem

vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil variiert,

- mindestens einem in das Rohrleitungssystem eingesetzten

Durchflussmessgerät,

-- das sich an einem Messort befindet, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem fließende Medium hindurchfließt, und

-- das die Durchflussrate des Mediums am Messort misst, und

- einer Überwachungseinheit,

- die anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils und der an den Messorten gemessenen Durchflussrate überwacht, ob die

gemessenen Durchflussraten dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil folgen, und

- eine Fehlernneldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen

Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweicht.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung eine Pumpe.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Änderungsprofil rampenförmig. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung

- ist ein Sollwert für die Durchflussrate des insgesamt in das

Rohrleitungssystem einströmenden Mediums vorgegeben, und

- die Regeleinrichtung variiert die Durchflussrate gemäß dem

vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil, insb. rampenförmig, um den Sollwert herum.

Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer

erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem eine Bandbreite vorgegeben ist, innerhalb derer die gemessenen Durchflussraten dem vorgegeben Änderungsprofil folgen sollen, und die Fehlermeldung ausgegeben wird, sobald mindestens eine der gemessenen Durchflussraten außerhalb der Bandbreite liegt.

Alternativ hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem anhand der gemessenen Durchflussraten überwacht wird, ob diese mindestens eine aufgrund des vorgegebenen Änderungsprofils zu erwartende charakteristische Eigenschaft aufweisen, und eine Abweichung der mit dem jeweiligen

Durchflussmessgerät gemessenen Durchflussmessrate von dem vorgegebenen Änderungsprofil festgestellt wird, wenn die entsprechende Eigenschaft der gemessenen Durchflussmessrate fehlt oder von der zu erwartenden

charakteristischen Eigenschaft abweicht.

Gemäß einer Ausgestaltung des letztgenannten Verfahrens ist die eine der charakteristischen Eigenschaften ein Zeitabstand zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate. Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung des letztgenannten Verfahrens ist eine der charakteristischen Eigenschaften eine Differenz zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate.

Weiter umfasst die Erfindung ein alternativ oder zusätzlich zu den genannten Verfahren ausführbares Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, bei dem

- eine Änderungsrate mindestens einer der gemessenen Durchflussraten bestimmt wird, und

- eine Abweichung einer oder mehrer dieser gemessenen Durchflussmessraten vom Änderungsprofil festgestellt wird, wenn die Änderungsrate der jeweiligen gemessenen Durchflussrate von einer gemäß dem Änderungsprofil zu erwartenden Änderungsrate abweicht.

Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung von Lecks in dem Rohrleitungssystem einer erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung, die mindestens zwei Durchflussmessgeräte aufweist, bei dem

- anhand von über einen Zeitraum gemessenen Durchflussmessraten von zwei der in das Rohrleitungssystem eingesetzten Durchflussmessgeräten die insgesamt an den beiden zugehörigen Messorten in dem Zeitraum durch das Rohrleitungssystem geflossene Mediumsmenge bestimmt wird,

- überprüft wird, ob die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen,

- überprüft wird, ob die von den beiden Durchflussmessgeräten während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten während des Zeitraums beide dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind, und

- ein zwischen den beiden zugehörigen Messorten befindliches Leck im

Rohrleitungssystem diagnostiziert wird, wenn die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen und die von den beiden Durchflussmessgeräten während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten beide dem

vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst

überwachenden Durchflussmessanordnung mit einem in ein einfaches Rohrleitungssystem eingesetzten

Durchflussmessgerät;

Fig. 2 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst

überwachenden Durchflussmessanordnung mit zwei in ein einfaches Rohrleitungssystem eingesetzten

Durchflussmessgeräten;

Fig. 3 zeigt: eine schematische Darstellung einer sich selbst

überwachenden Durchflussmessanordnung mit drei in ein komplexes Rohrleitungssystem eingesetzten

Durchflussmessgeräten;

Fig. 4 zeigt: ein rampenförmig um einen Sollwert variierendes Änderungsprofil;

Fig. 5 zeigt: ein rampenförmig um eine variable Eingangsdurchflussrate

variierendes Änderungsprofil; und

Fig. 6 zeigt: ein Beispiel einer mit dem Durchflussmessgerät der in Fig. 1

dargestellten Anordnung unter Verwendung des in Fig. 4 dargestellten Änderungsprofils gemessenen Durchflussrate.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen sich selbst überwachenden Durchflussmessanordnung zur Messung eines

Durchflusses eines Mediums durch ein Rohrleitungssystem 1 .

In dem hier dargestellten Fall umfasst das Rohrleitungssystem 1 ein einziges Rohr in das das Medium eingangsseitig einströmt und aus dem das Medium ausgangsseitig wieder herausströmt. Die Strömungsrichtung ist in Fig. 1 durch Pfeile dargestellt.

Erfindungsgemäß umfasst die Durchflussmessanordnung eine

Regeleinrichtung 3, mindestens ein Durchflussmessgerät 5 und eine

Überwachungseinrichtung 7. Die Regeleinrichtung 3 ist einlassseitig in das Rohrleitungssystem 1 eingesetzt, und dient dazu eine Durchflussrate des insgesamt in das Rohrleitungssystem 1 einströmenden Mediums gemäß einem vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil zu variieren. Die Durchflussrate kann als

Massendurchflussrate in Mediumsmasse pro Zeiteinheit oder als

Volumendurchflussrate in Mediumsvolumen pro Zeiteinheit angegeben werden. Die durch das Änderungsprofil aufgeprägten Änderungen der Durchflussrate weisen beispielsweise Werte in der Größenordnung von +/- 1 % der

Durchflussrate, der sie überlagert werden, auf. Die Regeleinrichtung 3 ist vorzugsweise eine in Abhängigkeit von dem zeitabhängigen Änderungsprofil angesteuerte Pumpe. Alternativ kann aber auch ein entsprechend

angesteuertes Ventil eingesetzt werden. Diese künstlich aufgeprägten

Änderungen der Durchflussrate setzten sich im Rohrleitungssystem 1 fort und treten dementsprechend zeitlich verzögert an jeder in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 liegenden Stelle innerhalb des Rohrleitungssystems 1 , durch die die gesamte Menge des Mediums hindurch strömt, auf.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein einziges

Durchflussmessgerät 5 vorgesehen. Fig. 2 zeigt ein weiteres

Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in das hier ebenfalls nur aus einem Rohr bestehende Rohrleitungssystem 1 in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 an zwei verschiedenen Messorten jeweils ein

Durchflussmessgerät 5a, 5b eingesetzt ist. Fig. 3 zeigt ein weiteres

Ausführungsbeispiel mit einem deutlich komplexer aufgebauten

Rohrleitungssystem 1 ', das hier zwei exemplarisch dargestellte Verzweigungen 9 aufweist, in denen das jeweils über ein Sammelrohr 1 1 zugeführte Medium auf verschiedene Leitungszweige aufgeteilt und anschließend wieder in ein weiteres Sammelrohr 1 1 überführt wird. Durch die Sammelrohre 1 1 fließt jeweils das gesamte dem Rohrleitungssystem 1 ' zugeführte Medium. In dieses Rohrleitungssystem 1 ' ist an drei verschiedenen Messorten jeweils ein

Durchflussmessgerät 5c, 5d, 5e eingesetzt. Das erste Durchflussmessgerät 5c befindet sich unmittelbar hinter der Regeleinrichtung 3, das zweite

Durchflussmessgerät 5d befindet sich in dem hinter der ersten Verzweigung 9 angeordneten Sammelrohr 1 1 und das dritte Durchflussmessgerät 5 in dem hinter der zweiten Verzweigung 9 angeordneten Sammelrohr 1 1 . Als Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e eignen sich alle

handelsüblichen Durchflussmessgeräte, wie z.B. nach dem Wirkdruckverfahren arbeitende Differenzdruck-Durchflussmessgeräte, Vortex

Durchflussmessgeräte, Magnetisch-Induktive Durchflussmessgeräte, Coriolis Durchflussmessgeräte oder Ultraschalldurchflussmessgeräte. Derartige

Durchflussmessgeräte werden beispielsweise von der Anmelderin vertrieben.

Die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e befinden sich jeweils an einem Messort, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung 3 befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem 1 bzw. 1 ' strömende Medium hindurchfließt. Die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e messen jeweils die Durchflussrate des Mediums an deren Messort. Die Durchflussrate kann in Form einer Massendurchflussrate oder als

Volumendurchflussrate bestimmt werden. Zusätzlich zur Messung der

Durchflussrate können die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e je nach Anwendung auch weitere Durchflussmessgrößen, wie z.B. ein über einen vorgegebenen Zeitraum den Messort passierendes Mediumsvolumen bzw. eine über einen vorgegebenen Zeitraum den Messort passierende Mediumsmasse bestimmen.

Sofern die Regeleinrichtung 3 und die Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e einwandfrei arbeiten, folgen die mit den Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e gemessenen Durchflussraten dem durch die Regeleinrichtung 3 künstlich aufgeprägten vorgegebenen zeitabhängigen periodischen

Änderungsprofil . Weicht eine der gemessenen Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil ab, so liegt ein Fehler in der Durchflussmessanordnung vor.

Die Selbstüberwachung der erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnungen erfolgt, in dem die Überwachungseinheit 7 anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils und der an den Messorten gemessenen Durchflussraten überwacht, ob die gemessenen Durchflussraten dem

vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil folgen, und eine Fehlermeldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen Durchflussraten von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweicht. Der Überwachungseinheit 7 werden hierzu die gemessenen Durchflussraten der Durchflussmessgerate 5, 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e sowie das zeitabhängige Änderungsprofil zugeführt. Dabei kann die Überwachungseinheit 7 eine eigenständige Einheit sein, die an das Durchflussmessgerät 5 bzw. an die Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e angeschlossen ist, oder sie kann Bestandteil eines der Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sein.

Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit 7 zusätzlich auch an die

Regeleinrichtung 3 angeschlossen. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung der Regeleinrichtung 3 unmittelbar von der Überwachungseinheit 7 ausgeführt werden kann. Alternativ kann das vorgegebenen Änderungsprofil aber auch in einem in der Überwachungseinheit 7 vorgesehenen Speicher abgelegt werden. Das zeitabhängige Änderungsprofil weist beispielsweise eine Rampenform auf, gemäß der die Durchflussrate um einen vorgegebenen Sollwert oder eine durch die jeweilige Anwendung vorgegebene unter Umständen auch zeitliche veränderliche Eingangsdurchflussrate herum rauf und runter gefahren wird. Alternativ können natürlich auch andere periodische Änderungsprofile eingesetzt werden. Bevorzugt werden Änderungsprofile mit kontinuierlich veränderlicher Durchflussrate eingesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass sich auch die mit den Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e gemessenen Durchflussraten kontinuierlich ändern, sofern sie dem Änderungsprofil folgen. Abweichungen vom Änderungsprofil können dementsprechend sehr schnell erkannt werden. Ein Beispiel hierfür sind sinusförmige Profile.

Fig. 4 zeigt ein rampenförmiges Änderungsprofil R, gemäß dem die

Durchflussrate Q(t) um einen vorgegebenen konstanten Sollwert S herum variiert wird. Der Sollwert S kann beispielsweise über ein in Strömungsrichtung vor der Regeleinrichtung 3 eingesetztes, vorzugsweise steuerbares, Element 13, z.B. ein Ventil, oder unmittelbar durch die Regeleinrichtung 3 selbst, eingestellt werden. Vorzugsweise ist hierfür ein Regelkreis vorgesehen, in dem ein Durchflussmessgerät die Durchflussrate hinter dem steuerbaren Element 13 bzw. hinter der Regeleinrichtung 3 misst und das steuerbare Element 13 bzw. die Regeleinrichtung 3 in Abhängigkeit von der gemessenen

Durchflussrate ansteuert. Hierzu kann beispielsweise eines der Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e der erfindungsgemäßen

Durchflussmessanordnung verwendet werden. Dies ist exemplarisch in Fig. 1 dargestellt, wo dass Durchflussmessgerät 5 hierzu über die gestrichelt eingezeichnete Rückkopplung 15 mit dem Element 13 verbunden ist. Der Regelkreis kann aber auch ein völlig von der erfindungsgemäßen

Durchflussmessanordnung getrennter Regelkreis mit einem separaten hier nicht dargestellten Durchflussmessgerät sein.

Fig. 5 zeigt ein zeitabhängiges rampenförmiges Änderungsprofil R', bei dem die die Durchflussrate Q'(t) um eine durch die Anwendung vorgegebene zeitliche veränderliche Eingangsdurchflussrate E(t) herum rauf und runter gefahren wird.

Die Überwachungseinheit 7 überwacht nun, ob die mit den

Durchflussmessgeräten 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e gemessenen Durchflussraten Qs(t), Qsa(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), bzw. Q_5e(t) dem vorgegebenen

Änderungsprofil folgen. Dies ist nachfolgend zunächst am Beispiel der in Fig. 1 dargestellten Durchflussmessanordnung und dem in Fig. 4 dargestellten rampenförmigen Änderungsprofil R erläutert.

Fig. 6 zeigt hierzu ein Beispiel einer mit dem Durchflussmessgerät 5

gemessenen Durchflussmessrate Qs(t), die unter Einsatz des in Fig. 4 dargestellten Änderungsprofils R auftritt, wenn die Durchflussmessanordnung vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t_x einwandfrei arbeitet, und der Messwert des Durchflussmessgeräts 5 ab dem Zeitpunkt t_x auf dem Sollwert S

eingefroren ist. Dabei wurde in Fig. 4 und Fig. 6 die gleiche Zeitskala zugrunde gelegt.

Die gemessene Durchflussmessrate Q₅(t) weist bis zum Zeitpunkt t_x den gleichen periodischen, hier rampenförmigen, Verlauf auf, wie das

Änderungsprofil R. Sie ist jedoch gegenüber dem Änderungsprofil R um eine vom Durchfluss, den Rohrleitungsabmessungen und dem Abstand zwischen der Regeleinrichtung 3 und dem Durchflussmessgerät 5 abhängige

Zeitdifferenz At versetzt. Die Zeitdifferenz At kann vorab experimentell bestimmt werden, oder aber anhand des zeitlichen Verlaufs der bei einwandfrei arbeitender Messanordnung gemessenen Durchflussrate Q₅(t) und der Zeitabhängigkeit des Änderungsprofils ermittelt werden. Ist die Zeitdifferenz At Größer als die Periodendauer T des Änderungsprofils, so gilt:

At = n T + At_R, wobei n eine ganze Zahl größer gleich 1 ist und At_R die modularen

Restdifferenz bezeichnet. In diesem Fall kann anhand der gemessenen

Durchflussrate, hier Qs(t), natürlich nur die modulare Restdifferenz At_R bestimmt werden. Nach dem Zeitpunkt t_x ist die gemessene Durchflussmessrate Q₅(t) konstant und hier gleich dem Sollwert S.

Die Überwachung erfolgt nun vorzugsweise, indem eine Bandbreite B vorgegeben wird, innerhalb derer die gemessene Durchflussraten Qs(t), dem vorgegeben Änderungsprofil R zu folgen hat. Eine solche Bandbreite B ist in

Fig. 6 schraffiert dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Bandbreite B wird anhand des Änderungsprofils R und der Zeitdifferenz At festgelegt. Ist die Zeitdifferenz At größer als eine Periode T, so genügt es anstelle der Zeitdifferenz At die Restzeitdifferenz At_R zur Festlegung zu verwenden, da das Änderungsprofil R periodisch ist.

Sobald der mit dem Durchflussmessgerät 5 gemessene Durchfluss Q₅(t) außerhalb der Bandbreite B liegt, wird dies von der Überwachungseinheit 7 als Abweichung von dem vorgegebenen Änderungsprofil R erkannt und eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.

Alternativ können natürlich auch andere Überwachungsalgorithmen eingesetzt werden. So kann ein Abweichen von dem vorgegebenen Änderungsprofil beispielsweise auch überwacht werden, indem das Auftreten von mindestens einer aufgrund des vorgegebenen Änderungsprofils R zu erwartenden charakteristischen Eigenschaften der gemessenen Durchflussmessrate Q₅(t) überwacht wird. Dabei ist die Überwachung natürlich umso effektiver, je mehr unterschiedliche Eigenschaften überwacht werden. Charakteristische Eigenschaften, sind beispielsweise Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Q₅(t), sowie Differenzen zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Qs(t).

Hierzu können beispielsweise aufeinander folgende Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Q₅(t) bestimmt werden. Weichen die Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen

Durchflussrate Q₅(t) von den entsprechenden Zeitabständen des

vorgegebenen Änderungsprofils R ab, so folgt die gemessene Durchflussrate Q₅(t) nicht mehr dem Änderungsprofil R. Weichen Differenzen zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate Q₅(t) von den entsprechenden Differenzen der Extrema des vorgegebenen Änderungsprofils R ab, so folgt die gemessene Durchflussrate Q₅(t) nicht mehr dem Änderungsprofil R. Weist die gemessene Durchflussrate Q₅(t) keine erkennbaren Extrema mehr auf, so liegt ebenfalls eine Abweichung von dem vorgegebenen Änderungsprofil vor. Letzteres tritt insb. bei dem in Fig. 6 zum Zeitpunkt t_x auftretenden Fall eingefrorener Messwerte auf. Zur Überwachung der hier genannten charakteristischen Eigenschaften, ist die Kenntnis der Zeitdifferenz At, bzw. der Restzeitdifferenz At_R nicht erforderlich. Eine weitere Variante besteht in der Überwachung von aus dem

Änderungsprofil R und analog aus den gemessenen Durchflussraten Q₅(t) abgeleiteten Größen, wie z.B. deren Änderungsrate. Bei der Überwachung anhand der Änderungsraten muss die Zeitdifferenz At, bzw. die

Restzeitdifferenz At_R zwischen dem Änderungsprofil R und der Durchflussrate Q₅(t) berücksichtigt werden.

Sobald eine Abweichung der gemessenen Durchflussrate Q₅(t) festgestellt wird, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, die das Vorliegen einer

Abweichung anzeigt. Diese Form der Selbstüberwachung der

Durchflussmessanordnung beinhaltet dabei sowohl die Überwachung der

Regeleinrichtung 3 als auch die Überwachung des Durchflussmessgeräts 5. Ein Ausfall der Regeleinrichtung 3, führt genauso zu einer Abweichung der gemessenen Durchflussrate Q₅(t) vom vorgegebenen Änderungsprofils R, wie Ausfälle des Durchflussmessgeräts 5 selbst, und werden von der

erfindungsgemäßen Anordnung unmittelbar erkannt. Der eingangs beschriebene Fehler eingefrorener Messwerte, führt hier unmittelbar zu einer Abweichung vom Änderungsprofil R und damit zu einer Fehlermeldung.

Bei zwei oder mehr Durchflussmessgerate, hier z.B. die Durchflussmessgerate 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, aufweisenden erfindungsgemäßen

Durchflussmessanordnungen erfolgt die Überwachung natürlich völlig analog parallel für jedes der Durchflussmessgerate 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e. In dem Fall wird immer dann eine Fehlermeldung ausgegeben, sobald

mindestens eine der gemessenen Durchflussraten Q_5a(t) oder Q₅b(t), bzw. Q.5c(t), Q.5d(t), oder Q_5e(t) von dem für die gesamte Anordnung vorgegebenen Änderungsprofil abweicht.

Dabei kann zur Überwachung für einzelne oder alle vorgesehenen

Durchflussmessgerate 5a und/oder 5b, bzw. 5c, 5d und/oder 5e jeweils eine zugehörige Bandbreite B definiert werden, innerhalb derer die mit dem jeweiligen Durchflussmessgerät 5a und/oder 5b, bzw. 5c, 5d und/oder 5e gemessene Durchflussmessrate Q_5a(t) und/oder Q₅b(t), bzw. Q_5c(t), Qsd(t), und/oder Q_5e(t) dem Änderungsprofil zu folgen hat. In dem Fall wird eine Fehlermeldung ausgegeben, sobald mindestens eine der gemessenen

Durchflussraten Q_5a(t) oder Q₅b(t), bzw. Q_5c(t), Qsd(t), oder Q_5e(t) außerhalb der für sie definierten Bandbreite B liegt.

Durch die beschriebene Überwachung wird praktisch die gesamte Anordnung selbsttätig überwacht. Dabei führen sowohl Fehlfunktionen einzelner

Durchflussmessgeräte 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, wie z.B. ein Ausfall oder ein eingefrorener Messwert, als auch Fehlfunktionen der Regeleinrichtung 3, sowie stromaufwärts des jeweiligen Durchflussmessgeräts 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e vorliegende Rohrleitungsbrüche, unmittelbar zu einer Fehlermeldung.

Erfolgt die Überwachung anhand einer zulässigen Bandbreite B für die gemessenen Durchflussraten, so führen stromaufwärts des jeweiligen

Durchflussmessgeräts 5, 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e vorliegende Lecks, die stromabwärts des Lecks zu einer merklich reduzierten Durchflussrate führen, sowie Abweichungen von einem gegebenenfalls vorgegebenen Sollwert S für die Durchflussrate, unmittelbar zur Auslösung der Fehlermeldung.

Bei Durchflussmessanordnungen mit zwei oder mehr Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, wird beim Vorliegen einer Abweichung zwischen mindestens einer der gemessenen Durchflussraten Q_5a(t) oder Q_5b(t), bzw. Q_5c(t), Q.5d(t), oder Q_5e(t) und dem vorgegebenen zeitlichen

Änderungsprofil vorzugsweise geprüft, welche der eingesetzten

Durchflussmessgerate 5a, 5b, 5c, 5d, 5e diese von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil abweichenden Durchflussraten Q_5a(t) oder Q₅b(t), bzw. Q_5c(t), Q.5d(t), oder Q_5e(t) messen, und eine Fehlermeldung ausgegeben, die diese Durchflussmessgerate 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e anzeigt, sofern mindestens eines der Durchflussmessgerate 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e der Anordnung eine Durchflussrate misst Q_5a(t) oder Q₅b(t), bzw. Q.5c(t), Q.5d(t), oder Q_5e(t), die entsprechend dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil variiert. Hieraus ist für den Anwender unmittelbar erkennbar, dass die Anordnung im Bereich der in der Fehlermeldung bezeichneten

Durchflussmessgeräte 5a oder 5b, bzw. 5c, 5d oder 5e überprüft werden muss, die übrigen Bestandteile der Anordnung, insb. die Regeleinrichtung 3, aber keine auf die beschriebene Weise erkennbare Fehler aufweist.

Messen alle Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e eine von dem Änderungsprofil abweichende Durchflussmessrate, so wird dies

vorzugsweise ebenfalls durch eine entsprechende Meldung angezeigt. In diesem Fall kann die Ursache für die Abweichungen allerdings auch eine Fehlfunktion der Regeleinrichtung 3 oder des gegebenenfalls vorhandenen Regelkreises zur Einstellung des Sollwerts S für den Durchfluss sein.

Anordnungen mit zwei oder mehr Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c, 5d und 5e, sind zusätzlich in der Lage zuverlässig auch kleinere Lecks, die nicht zu einer drastischen Veränderung der Durchflussrate in den

nachfolgenden Abschnitten des Rohrleitungssystems 1 , 1 ' führen, zu

diagnostizieren. Hierzu wird vorzugsweise derart verfahren, dass anhand von über einen

Zeitraum gemessenen Durchflussmessraten Q_5a(t) und Q₅b(t), bzw. Q_5c(t) und Q₅d(t), oder Q_5c(t) und Q_5e(t), oder Q₅d(t) und Q_5e(t) von zwei der in das

Rohrleitungssystem 1 , 1 ' eingesetzten Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, die insgesamt an den beiden zugehörigen Messorten in dem Zeitraum durch das Rohrleitungssystem 1 , 1 ' geflossene Mediumsmenge, d.h. deren Volumen oder Masse, bestimmt wird, und geprüft wird, ob die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen. Diese Abweichung kann sowohl durch ein Leck als auch durch fehlerhafte Messergebnisse eines der beiden Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d, oder 5c und 5e, oder 5d und 5e verursacht sein. Dementsprechend wird zusätzlich überprüft, ob die von den beiden Durchflussmessgeräten 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten Q_5a(t) und Q₅b(t), bzw. Q_5c(t) und Q₅d(t), oder Q_5c(t) und Q_5e(t), oder Q_5ci(t) und Q_5e(t) während des Zeitraums beide dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil gefolgt sind. Ist dies der Fall, so arbeiten die beiden Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, und die Regeleinrichtung 3 einwandfrei.

Entsprechend können die beiden unterschiedlichen Mediumsmengen zweifelsfrei auf ein zwischen den beiden zugehörigen Messorten befindliches Leck im Rohrleitungssystem 1 , 1 ' zurückgeführt werden, dass dann von der Anordnung diagnostiziert wird. Zusätzlich zur Diagnose des Lecks und dessen räumlicher Eingrenzung durch die Position der beiden zugehörigen

Durchflussmessgeräte 5a und 5b, bzw. 5c und 5d oder 5c und 5e oder 5d und 5e, kann anhand der Größe der Differenz zwischen den beiden

unterschiedlichen Mediumsmengen ein Abschätzung der Größe des Lecks gegeben werden, die dem Anwender vorzugsweise zusammen mit den anderen beiden Angaben angezeigt wird.

, r Rohrleitungssystem

Regeleinrichtung, 5a -e Durchflussmessgerat

Überwachungseinheit

Verzweigung

1 Sammelrohr

3 steuerbares Element5 Rückkopplung

Claims

Patentansprüche

1 . Sich selbst überwachende Durchflussmessanordnung, mit

- einem von einem Medium durchströmten Rohrleitungssystem (1 , 1 ') - einer einlassseitig in das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') eingesetzten

Regeleinrichtung (3), die eine Durchflussrate des insgesamt in das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') einströmenden Mediums gemäß einem vorgegebenen zeitabhängigen periodischen Änderungsprofil (R) variiert,

- mindestens einem in das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') eingesetzten

Durchflussmessgerät (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e),

-- das sich an einem Messort befindet, der sich in Strömungsrichtung hinter der Regeleinrichtung (3) befindet, und durch den das gesamte durch das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') fließende Medium hindurchfließt, und

- das die Durchflussrate (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) des

Mediums am Messort misst, und

- einer Überwachungseinheit (7),

- die anhand des vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofils (R) und der an den Messorten gemessenen Durchflussraten (Qs(t), Qsa(t), Qsb(t), Q_5c(t), Qsci(t), Q_5e(t)) überwacht, ob die gemessenen

Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) dem

vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) folgen, und

- eine Fehlermeldung ausgibt, wenn mindestens eine der gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) von dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) abweicht.

2. Durchflussmessanordnung nach Anspruch 1 , bei der

die Regeleinrichtung (3) eine Pumpe ist.

3. Durchflussmessanordnung nach Anspruch 1 , bei der

das Änderungsprofil (R) rampenförmig ist.

4. Durchflussmessanordnung nach Anspruch 1 , bei der

- ein Sollwert (S) für die Durchflussrate des insgesamt in das

Rohrleitungssystem (1 , 1 ') einströmenden Mediums vorgegeben ist, und - die Regeleinrichtung (3) die Durchflussrate gemäß dem

vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R), insb. rampenförmig, um den Sollwert (S) herum variiert.

5. Verfahren zum Betrieb einer Durchflussmessanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- eine Bandbreite (B) vorgegeben ist, innerhalb derer die gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Qsb(t), Q5c(t), Qsd(t), Q_5e(t)) dem vorgegeben Änderungsprofil (R) folgen sollen, und

- die Fehlermeldung ausgegeben wird, sobald mindestens eine der gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Qsb(t), Q5c(t), Qsd(t), Q_5e(t)) außerhalb der Bandbreite (B) liegt.

6. Verfahren zum Betrieb einer Durchflussmessanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- anhand der gemessenen Durchflussraten (Qs(t), Qsa(t), Qsb(t), Q.5c(t), Q.5d(t), Q.5e(t)) überwacht wird, ob diese mindestens eine aufgrund des vorgegebenen Änderungsprofils (R) zu erwartende charakteristische Eigenschaft aufweisen, und

- eine Abweichung der mit dem jeweiligen Durchflussmessgerät (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e) gemessenen Durchflussmessrate (Qs(t), Qsa(t), Qsb(t), Q.5c(t), Q.5d(t), Q.5e(t)) von dem vorgegebenen Änderungsprofil (R) festgestellt wird, wenn die entsprechende Eigenschaft der gemessenen

Durchflussmessrate (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) fehlt oder von der zu erwartenden charakteristischen Eigenschaft abweicht.

7. Verfahren zum Betrieb einer Durchflussmessanordnung nach Anspruch 6, bei dem eine der charakteristischen Eigenschaften ein Zeitabstand zwischen aufeinander folgenden Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Q_5d(t), Q_5e(t)) ist.

8. Verfahren zum Betrieb einer Durchflussmessanordnung nach Anspruch 6, bei dem eine der charakteristischen Eigenschaften eine Differenz zwischen Durchflussratenmesswerten aufeinander folgender Maxima und Minima der gemessenen Durchflussrate(Q₅(t), Q_5a(t), Q₅b(t), Q_5c(t), Q₅d(t), Q_5e(t)) ist.

9. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem

- eine Änderungsrate mindestens einer der gemessenen Durchflussraten (Q₅(t), Q_5a(t), Q_5b(t), Q_5c(t), Qsd(t), Qse(t)) bestimmt wird, und

- eine Abweichung einer oder mehrerer dieser gemessenen Durchflussmessraten (Q₅(t), Q_5a(t), Qsb(t), Q5c(t), Qsd(t), Q_5e(t)) vom

Änderungsprofil (R) festgestellt wenn, wenn die Änderungsrate der jeweiligen gemessenen Durchflussrate (Q₅(t), Q_5a(t), Q₅b(t), Q_5c(t), Q₅d(t), Q_5e(t)) von einer gemäß dem Änderungsprofil (R) zu erwartenden

Änderungsrate abweicht.

10. Verfahren zur Erkennung von Lecks in dem Rohrleitungssystem (1 , 1 ') einer Durchflussmessanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die mindestens zwei Durchflussmessgeräte (5a und 5b; 5c, 5d und 5e) aufweist, bei dem

- anhand von über einen Zeitraum gemessenen Durchflussraten (Q_5a(t) und Q_5b(t), Qsc(t) und Q_5d(t), Q_5c(t) und Q_5e(t), oder Q_5d(t) und Q_5e(t)) von zwei der in das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') eingesetzten

Durchflussmessgeräten (5a und 5b, 5c und 5d, 5c und 5e, oder 5d und 5e) die insgesamt an den beiden zugehörigen Messorten in dem

Zeitraum durch das Rohrleitungssystem (1 , 1 ') geflossene

Mediumsmenge bestimmt wird,

- überprüft wird, ob die beiden Mediumsmengen voneinander abweichen,

- überprüft wird, ob die von den beiden Durchflussmessgeräten (5a und 5b, 5c und 5d, 5c und 5e, bzw. 5d und 5e) während des Zeitraums

gemessenen Durchflussraten (Q_5a(t) und Q₅b(t), Qsc(t) und Q₅d(t), Qsc(t) und Q_5e(t), bzw. Q_5ci(t) und Q_5e(t)) während des Zeitraums beide

dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) gefolgt sind, und

- ein zwischen den beiden zugehörigen Messorten befindliches Leck im Rohrleitungssystem (1 , 1 ') diagnostiziert wird, wenn die beiden

Mediumsmengen voneinander abweichen und die von den beiden

Durchflussmessgeräten (5a und 5b, 5c und 5d, 5c und 5e, oder 5d und 5e) während des Zeitraums gemessenen Durchflussraten (Q_5a(t) und Q_5b(t), Qsc(t) und Q_5d(t), Q_5c(t) und Q_5e(t), bzw. Q_5d(t) und Q_5e(t)) beide dem vorgegebenen zeitabhängigen Änderungsprofil (R) gefolgt sind.