CITplus - Mit portablen Clamp-On-Ultraschallsystemen lassen sich temporäre Durchflussmessstellen einrichten. Die Durchflussmesser Fluxus von Flexim zeigen sich nahezu jeder Messaufgabe gewachsen.

Ein Geheimtipp ist die eingriffsfreie Durchflussmessung mit Ultraschall schon lange nicht mehr, im Gegenteil. Die Clamp-On-Ultraschalltechnik hat längst ihren festen Platz unter den gebräuchlichen Messverfahren gefunden. Eine Außenseitertechnik ist sie freilich noch immer im ganz wörtlichen Sinne: Clamp-On-Ultraschallsensoren werden einfach außen auf dem Rohr angebracht, messen also gewissermaßen von der sicheren Seite. So sind sie keinem Verschleiß durch das im Rohr fließende Medium ausgesetzt, verursachen keinerlei Druckverlust und kein Leckagerisiko.

Vom Geheimtipp zum ­Standardverfahren
Dass sich die Clamp-On-Ultraschalltechnik als ein Standardverfahren zur Durchflussmessung etablieren konnte, hat einen einfachen Grund: Eben weil die Messung keinen Eingriff in die Rohrleitung und daher auch keine Betriebsunterbrechung erfordert, konnten sich die Anwender problemlos von den praktischen Vorteilen des akustischen Messverfahrens überzeugen. Wer eine temporäre Durchflussmessstelle einrichten wollte, war immer schon froh, wenn er in seinem Instrumentenarsenal auf einen Ultraschall-Durchflussmesser Fluxus von Flexim zurückgreifen konnte: Einfach Ultraschallsensoren auf dem Rohr aufspannen, Messumformer parametrieren, Messung starten. So nimmt es nicht Wunder, dass in den MSR- und Instandhaltungsabteilungen vieler Betriebe noch immer der portable Fluxus ADM 6725 seinen Dienst verrichtet. Weil sich das eingriffsfreie Verfahren insbesondere für die Realisierung temporärer Durchflussmessstellen empfahl, hatte man die Instrumente angeschaft. Der Fluxus ADM 6725 widerlegte das Vorurteil, Durchflussmessung mit Clamp-On-Ultraschalltechnik sei unzuverlässig und ungenau.
Heute findet die eingriffsfreie Messtechnik längst nicht mehr nur zu temporären Kontroll- oder Servicemessungen Verwendung. Gerade in der Chemie mit ihren oft aggressiven und toxischen Medien schätzt man ihre Vorteile. Zudem beschränkt sich ihr Anwendungsbereich nicht mehr nur auf Flüssigkeiten. Besonders stolz ist man bei Flexim auf die Pionierarbeit, die man bei der Übertragung der Ultraschalltechnik auf die eingriffsfreie Durchflussmessung von Gasen geleistet hat. Doch selbstverständlich sind die portablen Ultraschallmesssysteme immer noch erst recht die Instrumente der Wahl, wenn es darum geht, schnell und unkompliziert Durchflüsse dort zu erfassen, wo entweder kein Durchflussmesser fest installiert ist oder wo dessen Messwerte Anlass zu Zweifel geben.
Die Nachfolgebaureihen F/G 601 und der explosionsgeschützte F/G 608, überzeugen durch ihre Vielseitigkeit und unerreichte Flexibilität. „F" steht jeweils für die Durchflussmessung von Flüssigkeiten, „G" für Gase. Wie alle Ultraschalldurchflussmesser des Berliner Messtechnikspezialisten arbeiten auch die portablen Instrumente nach dem Laufzeitdifferenzverfahren: Die auf dem Rohr aufgespannten Schallwandler senden und empfangen Ultraschallsignale, die in und gegen die Strömungsrichtung in das Rohr eingestrahlt werden. Aus der gemessenen Laufzeitdifferenz, Medien- und Rohrparametern errechnet der Messumformer den Volumendurchfluss. Das akustische Messverfahren funktioniert prinzipbedingt gleichermaßen genau in beiden Strömungsrichtungen, ist also bi-direktional. Die portablen Ultraschallsysteme verfügen über eine außerordentlich hohe Messdynamik und überzeugen auch bei sehr niedrigen Volumenströmen ebenso wie bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch ihre Messgenauigkeit.

Ex und hopp
Der neue Fluxus F/G608 ist der weltweit einzige Atex-zertifizierte portable Durchflussmesser. Seit der Neufassung der Explosionsschutzrichtlinien erfüllte kein portables Ultraschalldurchflussmesssystem mehr die aktuellen Atex-Anforderungen. Ingrid Panicke verantwortet als Produktmanagerin die Durchflusssparte von Flexim. „Mit unserem neuen „Ex-Portablen" erschließen wir weiter den Extrembereich", führt sie aus: „Dort fühlen wir uns nämlich richtig wohl. Schon bisher gab es nicht wenige Messstellen, wo wir als einzige eingriffsfrei den Durchfluss messen konnten, sei es wegen der besonders großen oder kleinen Rohrnennweite oder wegen der extremen Temperatur."
Zu den Ersten, die den neuen explosionsgeschützten Durchflussmesser zu ihren Arbeitsmitteln zählen dürfen, gehört Paul Freynik. Sein Arbeitsplatz ist die Raffinerie der Ruhr Oel GmbH in Gelsenkirchen-Scholven. Die Betriebsführung in den beiden Raffinerien in Scholven und in Gelsenkirchen-Horst liegt in der Hand der BP Gelsenkirchen GmbH.
Paul Freynik arbeitet in der Instandhaltungsabteilung von BP Gelsenkirchen und betreut die Anlagen im Süden des Scholvener Werks, darunter eine Atmosphärische Destillation, ein Visbreaker, eine Aromatenanlage und das Raffinattanklager. Entsprechend vielfältig sind die sich stellenden Messaufgaben: Mal muss die Leistung einer Pumpe kontrolliert, mal soll eine vorhandene Messeinrichtung überprüft werden.
Schon bisher griff der Messtechniker dann zu einem Durchflussmesser von Flexim, eben dem altbewährten Fluxus ADM 6725. Heutzutage mutet das Gerät etwas altmodisch an, aber noch immer überzeugt es durch seine außerordentliche Zuverlässigkeit. Diese positiven Erfahrungen waren der eine Grund für die Scholvener Instandhalter, nun auch den explosionsgeschützten Nachfolger anzuschaffen, der andere heißt Bürokratieabbau und Beschleunigung betrieblicher Abläufe. Mit dem neuen F608 hat Paul Freynik nun sofort Zugang zur Messstelle, die vorher erforderliche Anforderung eines Freigabescheins entfällt.

Eingriffsfreie Energiemessung
Stefan Hoffterheide ist ein Kollege von Paul Freynik. Auch er arbeitet in der Raffinerie von Ruhr Oel in Gelsenkirchen-Scholven, und zwar in der Abteilung „Vorbeugende Instandhaltung". Deren Aufgabe ist es, durch regelmäßige Inspektionen v.a. der Großmaschinen wie Pumpen und Gebläsen die möglichst uneingeschränkte Verfügbarkeit der Anlagen zu gewährleisten. Auch im Gerätelager seiner Abteilung findet sich noch ein Fluxus ADM 6725, und auch in seiner Abteilung entschied man sich nicht zuletzt aufgrund der absoluten Zuverlässigkeit des alten akustischen Durchflussmessers für die Anschaffung eines weiteren portablen Fluxus F601 Energy von Flexim.
Damit können nicht bloß Durchflüsse, sondern auch die aktuelle Leistung flüssigkeitsbasierter thermischer Verbraucher eingriffsfrei gemessen werden. Dazu muss im Vor- und im Rücklauf des die Wärme transportierenden Fluids die Temperatur aufgenommen werden. Dies geschieht mit ebenfalls aufgeklemmten Pt100-Fühlern. Aus der Temperaturdifferenz, dem im Rücklauf gemessenen Volumen-durchfluss und auf der Basis der in der internen Datenbank des Messumformers hinterlegten physikalischen Medienparameter errechnet dieser die momentane Wärme- oder Kühlleistung. Durch die im Messumformer integrierte Summenfunktion kann der neue Durchflussmesser auch als Energiezähler genutzt werden. Stefan Hoffterheide überprüft so beispielsweise die Wirkungsgrade von Wärmeübertragern, um deren Wartung bedarfsgerecht zu veranlassen. Eine weitere interessante Anwendung ist die Bestimmung der Kühlleistung des Sperrmittelkreislaufes an den Gleitringdichtungen von Pumpen.
Wie sein Kollege schätzt auch Stefan Hoffterheide die außerordentliche Flexibilität und Vielseitigkeit des portablen Ultraschallsystems: Zwei Sensorpaare reichen aus, um im gebräuchlichsten Nennweitenbereich von DN10 bis DN2500 eingriffsfrei den Durchfluss zu messen, weitere Sensoren für einen Nennweitenbereich von DN6 bis DN6500 sind verfügbar. Der Messumformer erkennt die Sensoren beim Anschließen automatisch und lädt ihre Kalibrierdaten. Dadurch geschieht das Setup in Minutenschnelle, Fehlparametrierungen werden vermieden. Das komplette Ultraschallmesssystem findet samt Sensoren und Zubehör Platz in einem äußerst robusten und wasserdichten (IP67) Transportkoffer.

Wenn es heiß hergeht
Ein noch größeres Einsatzfeld als die beiden BP-Messexperten betreut Dr. Clemens Olbricht. Sein Büro befindet sich in der deutschen Niederlassung des finnischen Anlagenbauers Outotec in Oberursel. Häufig ist Olbricht jedoch weltweit unterwegs - und hat dann nicht nur seinen portablen Fluxus F601 mit im Fluggepäck, sondern oft auch noch die Hochtemperaturvorrichtung WaveInjector, die den Anwendungsbereich der eingriffsfreien Ultraschalldurchflussmessung auf Temperaturen bis 400 °C ausdehnt.
Das Know-How und die starke Marktposition von Outotec speisen sich aus seinen historischen Wurzeln: Outotec geht zurück auf das seit 1910 zunächst im Erzbergbau und seit den 1930er Jahren auch im Anlagenbau tätige finnische Unternehmen Outokumpu. Mit dem Erwerb der Lurgi Metallurgie GmbH vervollständigte Outokumpu im Jahr 2001 sein Portfolio als global aktiver hüttentechnischer Komplettanbieter. 2006 wurde der Anlagenbau als eigenständiges Unternehmen aus dem Outokumpu-Konzern herausgelöst und firmiert seit 2007 unter dem Namen Outotec.
Die Planung und Errichtung schlüsselfertiger Neuanlagen ist im Anlagenbau nur ein Teil des Geschäfts. Tatsächlich stehen die Experten von Outotec ihren Kunden über den gesamten Lebenszyklus der jeweiligen Anlage mit Rat und Tat zur Seite, etwa wenn es um die Überholung von Anlagenteilen oder um Modernisierung und Ausbau geht. Optimierungspotenzial erschließt sich jedoch selten allein durch das gründliche Studium der originalen Konstruktionszeichnungen. Meistens muss vor Ort gemessen werden. Die Vermessung der Kesselanlage einer südamerikanischen Zinkhütte demonstriert beispielhaft die Vielseitigkeit, Robustheit und vor allem die Nützlichkeit des Fluxus F601.
Hochtemperaturultraschallsensoren bewähren sich
Bei ihrer Messkampagne vermaßen die Outotec-Ingenieure zunächst die Kesselanlage während eines Shutdowns, also im kalten Zustand. Dabei konnte die grundsätzliche Auslegung des Systems und die Wasserverteilung bei einer einphasigen Strömung erfasst und bewertet werden. Von besonderem Interesse war freilich die Beobachtung des Strömungsverhaltens beim Wiederanfahren. Die Beurteilung der zweiphasigen Strömung gelang durch Messung des Kesselwassers im Vorlauf. Hier kam auch der WaveInjector zum Einsatz. Besonders bewährten sich jedoch die Hochtemperaturultraschallsensoren. Diese sind für Temperaturen bis 200 °C spezifiziert, können jedoch kurzzeitig auch bei höheren Temperaturen unmittelbar auf dem Rohr angebracht werden.
Extrembedingungen herrschen im Wirbelschichtofen, wo das Zinkerz geröstet wird. Die Oxidation verläuft exotherm. Zur optimalen Prozessführung muss die Wirbelschicht des Ofens auf ca. 900 °C gehalten, also gekühlt werden. Die in der Wirbelschicht installierten Kühlschlangen sind enormen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Im Betrieb waren wiederholt Schäden an den Kühlschlangen aufgetreten, die einen Anlagenstillstand nach sich zogen.
Die Durchflussmessungen im Anfahrbetrieb offenbarten bei den acht Kühlschlangen des Wirbelschichtofens deutliche Ungleichverteilungen der durchströmenden Wassermengen. Nachdem diese Problemursache diagnostiziert worden war, konnte ihr durch einfache konstruktive Verbesserungsmaßnahmen begegnet werden.