Die Staudrucksonde deltaflow - Technik und Konfiguration

1. Die Staudrucksonde deltaflow - Technik und Konfiguration systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH Sebastian Fischer Vertriebsleiter

2. Inhalt Auslegung Ihrer deltaflowTypenauswahl, Montage, Notwendige Parameter, dp-Anschlüsse, Gegenlager Bi-direktionale Messung Splitting Range Staubbelastete Medien - Luftspüleinrichtung LSP deltaflow für Hochdruckanwendungen die DF25HDD3 Kalibrierung Ein-/Auslaufbedingungen Integrierte Druck- und Temperaturmessung

3. Kapitel 1 – Auslegung Ihrer deltaflow • Dieses Kapitel beinhaltet: • Welche deltaflow Typen gibt es? • Welche Parameter muss ich wissen? • Welchen minimalen dp sollte ich bei welcher Anwendung haben? • Wie kann ich Low-Flow-Applikationen lösen? • Wie kann ich den Messbereich vergrößern? • Wie funktioniert eine bi-direktionale Messung?

4. Auslegung Ihrer deltaflow - Typen DF8 DF12 DF25 DF25HDD3 DF25 Quicklok DF44

5. Auslegung Ihrer deltaflow Welche Prozessanschlüsse / Typen sind verfügbar?

6. Auslegung Ihrer deltaflow - Typen Flansch-Version Schneidring- Version

7. Auslegung Ihrer deltaflow - Typen Messstrecke Einschweißsonde (DF25HDD3) Einschweißsonde (DF12)

8. Auslegung Ihrer deltaflow - Typen DF8 – Messstrecke (Block) mit intergrierter Blende DF25 Quick-lock erlaubt ein Ziehen der Sonde unter Betriebsbedingungen (max. 100bar)

9. Auslegung Ihrer deltaflow - Zusammenfassung Bemerkung: Messstrecken sind mit Flansch- und Anschweißenden sowie z.T. mit Gewindeanschlüssen verfügbar

10. Auslegung Ihrer deltaflow – benötigte Parameter (1) dp-Anschluß Stutzen (z.B. Flansch- oder Schneidringstutzen) • Profil reicht über den gesamten Durchmesser -> Länge individuell abgestimmt • Innendurchmesser (ID) • Wanddicke (WT) • Isolationsdicke (IT) • werden benötigt Isolierung IT WT ID Messprofil

11. Hals Profil Auslegung Ihrer deltaflow – benötigte Parameter (2) • In den meisten Fällen können der Hals sowie außerhalb liegende Komponenten (Flansch, Adapter,…) aus Edelstahl 1.4571 gefertigt werden, selbst wenn für das Profil ein höherwertiges Material nötig ist. • Material der Einschweißteile (Stutzen) sollte aus gleichem oder ähnlichem Material wie die Rohrleitung gefertig werden.

12. Auslegung Ihrer deltaflow – benötigte Parameter (3) • Rohrdaten • Wandstärke • Innendurchmesser • Rohrleitungsmaterial • Rohrleitungsverlauf (horizontal, vertikal) • Prozessdaten • Durchfluss (Betriebs- / Auslegungs-) • Temperatur (Betriebs- / Auslegungs-) • Druck (Betriebs- / Auslegungs-)

13. Wie kann ich meine deltaflow mit dem dp-Transmitter verbinden ?

14. Auslegung Ihrer deltaflow – dp-Anschlüsse Direktmontage Getrennte Montage

15. dp-Anschlüsse - 3-Wegeblock direkt + Schnelle und einfache Nullpunkteinstellung+ Absperrung zum Medium (z.B. für Service des Transmitters)+ Hochdruckbeständig (PN400) - Kleine interne Durchmesser -> nicht empfohlen für feuchte Gase (z.B. Biogas, Faulgas,…)

16. dp-Anschlüsse - Kugelhähne Direkt Getrennt + Absperrmöglichkeit zum Medium + Große interne Durchgänge -> empfohlen für feuchte/verschmutze Medien + Verfügbar mit Gewindeanschlüssen, Anschweißenden, Verschraubungen (Ermeto, Swagelok) - Geringe Temperatur-/Druckbeständigkeit (70bar bei 35°C, 2 bar bei 200°C)

17. dp-Anschlüsse - Absperrventile • Absperrventile (häufig bei getrennter Montage) • Doppelabsperrventile (siehe Bild) und einfache Absperrventile verfügbar • Verfügbar mit Anschweißenden, Gewinden, Ermeto/Swagelok-Verschraubung, kundenspezifische Anschlüsse möglich + Absperrmöglichkeit zum Medium + große interne Durchgänge+ Hochtemperature-/Druckfest (PN400)

18. dp-Anschlüsse – Verschiedenes (1) Verschraubung (z.B. Ermeto für getrennte Montage) Anschweißenden (getrennte Montage) Ovaladapter (direkt Montage)(nach EN61518) Kugelhahn mit Ermeto-Verschraubung für getrennte Montage

19. dp-Anschlüsse – Verschiedenes (2) Wetterschutzkasten + bietet Heizung und Schutz für dp-Transmitter u.ä. + Kann direkt auf der Sonde oder getrennt von der Sonde installiert werden

20. dp-Anschlüsse - Zusammenfassung • Vielzahl von Anschlußmöglichkeiten vorhanden • Absperrmöglichkeit zum Medium wird empfohlen. • Wenn nichts anderes angegeben wird der 3-Wegeblock als Standard empfohlen. Bei feuchten / schmutzigen Medien (i.d.R. Gasen) wird der Kugelhahn empfohlen. • Bei Hochdruckanwendungen werden Doppelabsperrventile empfohlen

21. Wie wird die deltaflow montiert?

22. Montage - Flüssigkeiten • Montageposition soll Entweichen von Gasen aus der deltaflow ermöglichen • Bei installation von der Seite bzw. bei vertikalen Rohrleitungen wird die deltaflow deshalb leicht nach unten geneigt montiert.

23. Montage - Gas • Montageposition soll freies Abfließen von Kondensat ermöglichen. (Andernfalls kann sich in der deltaflow Kondensat (=Wassersäule) ansammeln und einen (falschen) Differenzdruck erzeugen. • Bei installation von der Seite bzw. bei vertikalen Rohrleitungen wird die Sonde deshalb nach oben geneigt eingebaut.

24. Montage - Dampf • Außerhalb der Rohrleitung kondensiert der Dampf. Der dp wird also mittels Kondensatvorlage zum Transmitter übertragen. • Montageposition soll Bildung der Kondensatvorlage erlauben. Überschüssiges Kondensat soll abfließen. • Bei installation von der Seite bzw. bei vertikalen Rohrleitungen wird die Sonde deshalb nach oben geneigt. (0..3°)

25. Auslegung Ihrer deltaflow – benötigter dp • Die deltaflow benötigt einen minimalen dp um eine genaue und v.a. stabile Messung sicherzustellen. • Als Faustformel sollten Sie mindestens haben: • Gase / Flüssigkeiten: >0.2mbar • Dampf: >5mbar (Dampfanwendungen sind empfindlicher gegenüber Einbaufehlern) • Differenzdrücke können mit der Auslegungssoftware deltacalc einfach berechnet werden. • Download unter http://www.systec-controls.de/61-0-software.html

26. Auslegung Ihrer deltaflow – benötigter dp • Wie kann ich Low-Flow-Applikationen lösen? • In einigen Fällen (insb. Biogas) ist die Strömungsgeschwindigkeit und damit der dp zu gering • Messstrecke mit Reduzierung erzeugt geeigneten dp. Erweiterung (e.g. DN65/DN100 Reduzierung (e.g. DN100/DN65)

27. Auslegung Ihrer deltaflow - Gegenlager Wann wird ein Gegenlager benötigt?

28. Gegenlager - Hintergrund • deltaflow hat eine Resonanzfrequenz (RF) • Strömungsabriß an der Sonde erzeugt Wirbel (Vortex) mit einer Geschwindigkeitsabhängigen Frequenz (VF) • Liegt VF im Bereich der Resonanzfrequenz RF wird die Sonde angeregt („schwingt“) und kann dadurch u.U. beschädigt werden (im schlimmsten Fall brechen) • Um das zu verhindern wird bei einigen Anwendungen ein Gegenlager installiert Vortex

29. Frequenzberechnung ohne Gegenlager RF = Resonanzfrequenz der Sonde / VF=Vortexfrequenz Sicherheitsfaktor SF = RF/VF SF >= 1.3 um Schwingung der Sonde auszuschließen

30. Frequenzberechnung mit Gegenlager Gegenlager vervierfacht die Resonanzfrequenz und damit den Sicherheitsfaktor Je größer das Sondenprofil (DF25, DF32, DF44) umso größer die Resonanzfrequen

31. Gegenlager - Beispiele DF25 für Gegenlager (oben) und ohne Gegenlager (unterste Sonde) Hochdrucksonde (DF25HDD3)mit Gegenlager

32. Gegenlager – Zusammenfassung / Regeln • Ein Gegenlager wird benötigt, wenn: • Rohrleitung größer oder gleich DN1000 • dp >= 20mbar und SF kleiner 1.3 • Hochdrucksonde (DF25HDD3) • Die Überprüfung ob Gegenlager notwendig oder nicht wird automatisch im deltacalc durchgeführt (außer Rohrleitungsgröße!)

33. Kapitel 2 – Splitting Range Messung Wie können Applikationen mit großem Messbereich gelöst werden?

34. Splitting Range (1) • deltaflow hat typ. einen Messbereich von 1 zu 7…10 • 1 to 10 im Durchfluss bedeutet 1 zu 100 (!) in dp • Was hat dieses Verhalten für Auswirkungen auf die Messung? • Beispiel: dp_min = 2mbar / dp_max = 240mbarspan dp-transmitter: 250mbar Genauigkeit 0.1% (=0.25mbar) • 0.25mbar bei 2mbar bedeutet eine relative Unsicherheit von 12.5% • Zur Steigerung der Genauigkeit können bei großen Messbereichen zwei oder mehr Transmitter verwendet werden, z.B. hier: • Transmitter: 0…20mbar • Transmitter: 20…240mbar

35. Splitting Range (2) Wie kann eine Splitting-Range-Messung realisiert werden? • Es kommen zwei oder mehr (gestapelte) Transmitter zum Einsatz • Auswerteeinheit (z.B. flowcom) verwendet das Signal des für diesen Betriebspunkt geeigneten Transmitter (Entscheidung nach dp-Wert) Verbindungselemente (Doppelovaladapter)

36. Splitting Range (3) - Zusammenfassung • Bei verwendung eines flowcoms können bis zu 4 dp-Transmitter für die Splitting-Range Messung verwendet werden (typisch 2 Transmitter) • Messbereiche von 1..30 und höher können damit realisiert werden

37. Kapitel 3 – bi-direktionale Messung

38. Bi-direktionale Messung • TDurch das symetrische deltaflow-Messprofil ist deltaflow fähig in beide Richtungen zu messen (bi-direktionale Messung) • Jede Messrichtung benötigt einen (oder bei Splitting-Range auch mehrere) Transmitter • Auswertung übernimmt flowcom oder PLS 1. Messrichtung (hier 2 Transmitter für splitting range) 2. Messrichtung (hier auch 2 Transmitter für splitting range)

39. Kapitel 4 – Luftspüleinrichtung LSP Wann wird eine Luftspüleinrichtung benötigt?

40. Luftspüleinrichtung LSP • Staubbelastete Medien können die Wirkdruckaufnahmen (Bohrungen) verstopfen und das Messergebnis beeinflussen. • Faustformel: Bei Staubbelastungen >=50mg/m3 wird eine automatische Spülung empfohlen • systec bietet für diesen Fall eine automatische, SPS-gesteuerte Luftspüleinrichtung (LSP) • Die LSP bläst zyklisch (einstellbar) die Kammern der deltaflow mit Druckluft frei

41. Luftspüleinrichtung LSP - Aufbau Dp-Transmitter kann direkt auf der LSP montiert werden (Montageplatte erforderlich) Ventile: Während Spülvorganges Verbindung zum Transmitter geschlossen, Verbindung zum Druckluftanschluss geöffnet Schraubverbindung (Ermeto) für Anschluss der deltaflow Luftspülung wird SPS-gesteuert. Spülzyklus (z.B. jede Stunde) als auch Spüldauer (z.B. 5 sek) können leicht e Anschluss für Druckluft (max. 6bar)

42. Luftspüleinrichtung LSP - Beispiel deltaflow DF50 (altes Modell), Flangestutzen Kugelhähne Verbindungsleitungen (Impulsleitungen) LSP mit montiertem Transmitter

43. Luftspüleinrichtung LSP - Zusammenfassung • Mit der LSP können auch extrem staubbelastete Medien (200 g/m3) gemessen werden. • Während des Spülvorgangs ist der dp hydraulisch in der LSP „gefangen“ -> praktisch kein Verlust des dp-Signals während der Spülung • Optional ist eine Signalhaltung verfügbar. Dadurch wird der letzte dp-Wert (vor der Spülung) elektronisch gehalten. • Direkte Montage des Transmitters auf der LSP möglich • Druckluft wird benötigt (max. 6bar) • Impulsleitungen notwendig (Verbindung LSP - deltaflow)

44. Kapitel 5 – deltaflow für Hochdruckanwendungen Wann wird eine Hochdrucksonde benötigt ?

45. Hochdrucksonde Wann wird eine Hochdrucksonde benötigt? • Limits für Standard-DF25: PN160 (Dampf), PN250 (Flüssigk.) • Grundsätzlich muss der Kunde entscheiden, ob Hochdrucksonde notwendig/gewünscht oder nicht. Es gibt aber Indikatoren, die auf die Notwendigkeit einer Hochdrucksonde hinweisen: • Wenn Dichtflächen (Flansche) nicht akzeptiert werden, die Sonde also eingeschweißt werden muss. • Wenn die Rohrleitung aus hochwarmfesten Stählen gefertigt ist. (z.B. P91, 10CrMo 9 10))

46. Hochdrucksonde Für Hochdruckanwendungen gibt es die Hochdruckversion der DF25, die DF25HDD3 Kondensatgefäße (nur für Dampf) • Profil nicht geschweißt, sondern aus einem Block gefertigt (keine Schweißnähte) • Profil-Material: 1.4828 • Typische Materialien der Einschweiß/Drucktragenden Teile 16Mo3, 10CrMo 9 10, P91 • Materialien für Absperrventile:16Mo3, 10CrMo 9 10 • Gegenlager Standard Sondenhals Doppelabsperrventil Profil

47. Hochdrucksonde - Beispiele - Steam, 540°C, 100bar - Profile: 1.4828- Weld-in part: 10 CrMo9 10- Condensate Pots:10 CroMo 9 10 (=1.7380) - Steam, 535°C, 190bar - Messstrecke- Profile: 1.4828- Weld-in part: P91- Condensate Pots: P91

48. Hochdrucksonde – Benötigte Zertifikate / Zulassungen Maßgebend ist hier die PED97/23/EG

49. Kapitel 6 - Kalibrierung

50. Kalibrierung Formel für Durchflussberechnung • Bei der Kalibrierung werden der Durchfluss, die Temperatur, der Druck (Referenzmessgeräte) sowie der dp an der zu kalibrierenden deltaflow gemessen. • Daraus wird ein korrigierter Zeta („Blockagefaktor“) ermittelt • Dieses Zeta wird dann für die Auslegung (mittels deltacalc) verwendet • -> Nochmal verbesserte Genauigkeit (0.4%) • Kalibrierung am Werksprüfstand (systec) oder PtB • Messstrecke wird in jedem Fall benötigt • systec oder PtB erstellen Kalibrierzertifikat