Einführung
Die Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Messung und Regelung des Abwasserdurchflusses in Kläranlagen von Ölfeldern steigen stetig. Dieser Artikel beschreibt die Auswahl, den Betrieb und die Anwendung von elektromagnetischen Durchflussmessern und erläutert deren Eigenschaften bei der Auswahl und Anwendung.
Durchflussmesser gehören zu den wenigen Instrumenten, deren Anwendung schwieriger ist als deren Herstellung. Dies liegt daran, dass der Durchfluss eine dynamische Größe ist und neben der viskosen Reibung in der strömenden Flüssigkeit auch komplexe Strömungsphänomene wie instabile Wirbel und Sekundärströmungen auftreten. Das Messgerät selbst wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Rohrleitung, Kaliber, Form (kreisförmig, rechteckig), Randbedingungen, physikalische Eigenschaften des Mediums (Temperatur, Druck, Dichte, Viskosität, Verschmutzungsgrad, Korrosivität usw.), Strömungszustand (Turbulenzzustand, Geschwindigkeitsverteilung usw.) sowie die Installationsbedingungen und -höhe. Angesichts der mehr als einem Dutzend Typen und Hunderten von Varianten von Durchflussmessern im In- und Ausland (z. B. volumetrische, Differenzdruck-, Turbinen-, Flächen-, elektromagnetische, Ultraschall- und thermische Durchflussmesser, die sukzessive entwickelt wurden), ist die sinnvolle Auswahl von Faktoren wie Strömungszustand, Installationsanforderungen, Umgebungsbedingungen und Wirtschaftlichkeit die Voraussetzung und Grundlage für eine erfolgreiche Anwendung von Durchflussmessern. Neben der Sicherstellung der Qualität des Messgeräts selbst sind auch die Bereitstellung von Prozessdaten sowie die sachgemäße Installation, Verwendung und Wartung des Messgeräts von großer Bedeutung. Dieser Artikel beschreibt die Auswahl und Anwendung eines elektromagnetischen Durchflussmessers.
Auswahl eines elektromagnetischen Durchflussmessers
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik hat sich auch die automatische Messtechnik stark weiterentwickelt. Automatische Messinstrumente finden breite Anwendung in der Abwasserbehandlung, wodurch Kläranlagen nicht nur Personal und Materialressourcen einsparen, sondern vor allem rechtzeitig Prozessanpassungen vornehmen können. Dieser Artikel beschreibt am Beispiel des elektromagnetischen Durchflussmessers von Hangzhou Asmik die Anwendung automatischer Messinstrumente in der Abwasserbehandlung und geht auf bestehende Probleme ein.
Strukturprinzip des elektromagnetischen Durchflussmessers
Ein automatisches Messsystem ist ein zentrales Subsystem in der automatischen Steuerungstechnik. Es besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: ① einem Sensor, der mithilfe verschiedener Signale die analoge Messgröße erfasst; ② einem Messumformer, der das vom Sensor gemessene analoge Signal in ein 4-20-mA-Stromsignal umwandelt und an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sendet; ③ einem Display, das die Messergebnisse übersichtlich darstellt. Diese drei Komponenten sind untrennbar miteinander verbunden und bilden ohne eine einzige Komponente kein vollständiges Messsystem. Aufgrund seiner präzisen Messung, der übersichtlichen Anzeige und der einfachen Bedienung findet das automatische Messsystem breite Anwendung in der industriellen Fertigung. Darüber hinaus verfügt es über eine Schnittstelle zum internen Mikrocomputer und ist somit ein wichtiger Bestandteil der automatischen Steuerungstechnik. Es wird daher auch als „Augen der Automatisierungstechnik“ bezeichnet.
Auswahl eines elektromagnetischen Durchflussmessers
Bei der Ölfeldproduktion entsteht aufgrund der Produktionsprozesse eine große Menge ölhaltiger Abwässer, deren Zufluss von der Kläranlage überwacht werden muss. In früheren Konstruktionen wurde dies häufig berücksichtigt.DurchflussmesserBisher wurden Wirbelstrom- und Blendendurchflussmesser eingesetzt. In der Praxis zeigte sich jedoch, dass die angezeigten Messwerte stark vom tatsächlichen Durchfluss abwichen. Durch den Einsatz eines elektromagnetischen Durchflussmessers konnte diese Abweichung deutlich reduziert werden.
Aufgrund der Eigenschaften von Abwasser mit starken Durchflussschwankungen, Verunreinigungen, geringer Korrosion und einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit eignen sich elektromagnetische Durchflussmesser hervorragend zur Durchflussmessung. Sie zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise, geringe Größe sowie einfache Installation, Bedienung und Wartung aus. Beispielsweise ist das Messsystem intelligent konzipiert und die Abdichtung verstärkt, sodass es auch unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig funktioniert.
Nachfolgend eine kurze Einführung in die Auswahlkriterien, Installationsbedingungen und Vorsichtsmaßnahmen vonelektromagnetische Durchflussmesser.
Auswahl von Kaliber und Reichweite
Der Durchmesser des Messumformers entspricht üblicherweise dem des Rohrleitungssystems. Bei der Auslegung des Rohrleitungssystems kann der Durchmesser anhand des Durchflussbereichs und der Durchflussrate gewählt werden. Für elektromagnetische Durchflussmesser ist ein Durchflussbereich von 2–4 m/s optimal. In Ausnahmefällen, z. B. bei Feststoffpartikeln in der Flüssigkeit, kann aufgrund des Verschleißes ein Durchflussbereich von ≤ 3 m/s gewählt werden. Für leicht zu handhabende Flüssigkeiten ist eine Durchflussgeschwindigkeit von ≥ 2 m/s geeignet. Nach Festlegung der Durchflussgeschwindigkeit kann der Durchmesser des Messumformers gemäß qv = D² bestimmt werden.
Der Messbereich des Messumformers kann nach zwei Prinzipien ausgewählt werden: Zum einen muss der Skalenendwert des Instruments größer sein als der erwartete maximale Durchflusswert; zum anderen muss der normale Durchfluss größer als 50 % des Skalenendwerts des Instruments sein, um eine gewisse Messgenauigkeit zu gewährleisten.
Auswahl von Temperatur und Druck
Der Messbereich von elektromagnetischen Durchflussmessern hinsichtlich Druck und Temperatur ist begrenzt. Bei der Auswahl muss der Betriebsdruck unterhalb des spezifizierten Betriebsdrucks des Durchflussmessers liegen. Aktuell gelten für inländische elektromagnetische Durchflussmesser folgende Spezifikationen: Durchmesser < 50 mm, Betriebsdruck 1,6 MPa.
Anwendung in der Kläranlage
Die Kläranlage verwendet üblicherweise den elektromagnetischen Durchflussmesser HQ975 der Firma Shanghai Huaqiang. Untersuchungen und Analysen der Anwendungssituation in der Kläranlage Beiliu Nr. 1 ergaben, dass insgesamt sieben Durchflussmesser, darunter Rückspül-, Recycling- und externe Durchflussmesser, ungenaue Messwerte liefern und beschädigt sind. Auch in anderen Kläranlagen treten ähnliche Probleme auf.
Aktueller Stand und bestehende Probleme
Nach mehrmonatigem Betrieb führte die Größe des Durchflussmessers zu ungenauen Messwerten. Die erste Wartung konnte das Problem nicht beheben, sodass der Wasserdurchfluss nur noch anhand der externen Wasserzufuhr geschätzt werden konnte. Nach einem Jahr Betrieb wurden weitere Durchflussmesser durch Blitzeinschläge beschädigt und mussten repariert werden, wodurch die Messwerte nacheinander ungenau wurden. Infolgedessen sind die Messwerte aller elektromagnetischen Durchflussmesser wertlos. Teilweise treten sogar umgekehrte oder fehlende Messwerte auf. Sämtliche Daten zur Wasserproduktion sind Schätzwerte. Die tatsächliche Produktionsmenge des gesamten Kraftwerks ist praktisch nicht messbar. Die in verschiedenen Datenberichten angegebenen Wassermengen basieren auf Schätzwerten und geben die tatsächliche Wassermenge und -aufbereitung nicht genau wieder. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Daten kann nicht gewährleistet werden, was die Produktionssteuerung erheblich erschwert.
Im täglichen Betrieb meldeten die Mitarbeiter der Messstation und des Bergwerks nach einem Geräteproblem dies wiederholt der zuständigen Abteilung und kontaktierten den Hersteller mehrfach, jedoch ohne Erfolg. Der Kundendienst war mangelhaft. Es war mehrfach nötig, den Wartungsdienst zu kontaktieren, bevor dieser vor Ort eintraf. Die Ergebnisse sind unbefriedigend.
Aufgrund der geringen Genauigkeit und der hohen Ausfallrate des ursprünglichen Instruments ist es nach Wartung und Kalibrierung schwierig, die Anforderungen verschiedener Messindikatoren zu erfüllen. Nach eingehender Untersuchung und Prüfung beantragt der Anwender die Verschrottung des Instruments. Die zuständige Abteilung für Messtechnik und Automatisierungstechnik des Unternehmens entscheidet über die Genehmigung. Elektromagnetische Durchflussmesser des Typs HQ975, die ihre spezifizierte Lebensdauer noch nicht erreicht haben, aber eine lange Lebensdauer aufweisen, schwerwiegende Schäden oder altersbedingte Verschlechterungen zeigen, werden verschrottet und durch neuere Modelle ersetzt. Der Austausch erfolgt gemäß den oben genannten Auswahlkriterien und unter Berücksichtigung der tatsächlichen Produktionssituation.
Daher sind die sachgemäße Auswahl und korrekte Anwendung von elektromagnetischen Durchflussmessern von entscheidender Bedeutung, um die Messgenauigkeit zu gewährleisten und die Lebensdauer des Geräts zu verlängern. Die Auswahl des Durchflussmessers sollte sich an den Produktionsanforderungen orientieren und unter Berücksichtigung der aktuellen Versorgungssituation sowie der Sicherheit, Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit der Messung erfolgen. Die Methode der Durchflussprobenahme und der Messgerätetyp werden entsprechend der Art und dem Durchfluss des Messmediums sowie den Spezifikationen bestimmt.
Die korrekte Auswahl der Gerätespezifikationen ist entscheidend für die Lebensdauer und Genauigkeit des Messgeräts. Besonderes Augenmerk sollte auf die Wahl des statischen Drucks und der Temperaturbeständigkeit gelegt werden. Der statische Druck des Messgeräts, also seine Druckbeständigkeit, sollte etwas höher sein als der Betriebsdruck des Messmediums, üblicherweise das 1,25-Fache, um Leckagen und Unfälle zu vermeiden. Die Wahl des Messbereichs betrifft hauptsächlich die obere Skalengrenze. Ist diese zu klein, kann das Gerät leicht überlastet werden und Schaden nehmen; ist sie zu groß, beeinträchtigt dies die Messgenauigkeit. Üblicherweise wird die obere Grenze auf das 1,2- bis 1,3-Fache des maximalen Durchflusswertes im praktischen Betrieb gewählt.
Zusammenfassung
Unter den verschiedenen Abwasserdurchflussmessern zeichnen sich elektromagnetische Durchflussmesser durch ihre hohe Leistungsfähigkeit aus, während Drosseldurchflussmesser ein breites Anwendungsspektrum aufweisen. Nur durch das Verständnis der jeweiligen Leistungsmerkmale der Durchflussmesser lässt sich derjenige auswählen und konstruieren, der die Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Messung und Regelung des Abwasserdurchflusses erfüllt. Neben der Gewährleistung des sicheren Betriebs des Instruments ist es wichtig, dessen Genauigkeit und Energieeffizienz kontinuierlich zu verbessern. Daher ist es notwendig, nicht nur ein Messgerät mit der erforderlichen Genauigkeit auszuwählen, sondern auch ein geeignetes Messverfahren entsprechend den Eigenschaften des Messmediums zu bestimmen.
Kurz gesagt, es gibt kein Messverfahren oder Durchflussmessgerät, das sich für verschiedene Flüssigkeiten und Strömungsbedingungen gleichermaßen eignet. Unterschiedliche Messverfahren und -strukturen erfordern unterschiedliche Messvorgänge, Anwendungsmethoden und Einsatzbedingungen. Jeder Typ hat seine spezifischen Vor- und Nachteile. Daher sollte der beste Typ, der sicher, zuverlässig, wirtschaftlich und langlebig ist, auf der Grundlage eines umfassenden Vergleichs verschiedener Messverfahren und Geräteeigenschaften ausgewählt werden.
Veröffentlichungsdatum: 10. Februar 2023