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WO2022122419A1 - Verfahren zum identifizieren von belägen in einer prozessanlage mit einem coriolis massedurchflussmessaufnehmer - Google Patents

Verfahren zum identifizieren von belägen in einer prozessanlage mit einem coriolis massedurchflussmessaufnehmer Download PDF

Info

Publication number
WO2022122419A1
WO2022122419A1 PCT/EP2021/083178 EP2021083178W WO2022122419A1 WO 2022122419 A1 WO2022122419 A1 WO 2022122419A1 EP 2021083178 W EP2021083178 W EP 2021083178W WO 2022122419 A1 WO2022122419 A1 WO 2022122419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
damping
covering
measuring tube
stiffness
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/083178
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Rieder
Yaoying Lin
Michael Wiesmann
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2022122419A1 publication Critical patent/WO2022122419A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/0092—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume for metering by volume

Definitions

  • the present invention relates to a method for identifying deposits in a process plant with a Coriolis mass flow sensor.
  • EP 02 513 612 B1 teaches evaluating the characteristics of harmonics, ie whether the amplitudes of the harmonics correspond to an expected value for deposit formation.
  • DE 10 2018 101 923 A1 checks whether the so-called resonator effect can be ruled out as the cause of the damping.
  • the methods mentioned may show the formation of deposits as a result, but they leave the operator of a system in the dark as to what type of deposit it is. It is the object of the invention to remedy this.
  • the method according to the invention for classifying deposits in a measuring tube comprises:
  • the method also includes: determining, based on a comparison of the damping value with a reference value, whether there is an indication of deposit formation.
  • the method also includes: Checking whether compressibility of the medium carried in the measuring tube can be ruled out as the cause of the damping value.
  • the method also includes: Checking whether a fluctuation in a resonance frequency of the measuring tube can be ruled out as the cause of the damping value.
  • the classification of a covering includes the assignment of the covering to a covering class at least on the basis of the stiffness value.
  • the covering is assigned to a covering class depending on a relationship between the stiffness value and the damping value.
  • the method also includes determining a mass value of the covering, the mass value being included in the classification of the covering in relation to the stiffness value and/or damping value.
  • the determination of the mass value of the coating is based on the change in a resonance frequency of the oscillating measuring tube.
  • the damping value is determined on the basis of a ratio of excitation current for driving the vibration mode into resonance and an amplitude of the vibration mode thus achieved.
  • the damping value is determined on the basis of the decay of the vibration of a vibration mode when the exciter is switched off.
  • the stiffness value is determined by exciting a non-resonant vibration mode and determining a relationship between the non-resonant vibration amplitude and the non-resonant excitation current.
  • the excitation outside of resonance can take place intermittently for resonance excitation, as described for example in WO 2012/062551 A1, or continuously in accordance with the teaching of the as yet unpublished patent application DE 10 2019 124 709.8.
  • 1 is a diagram showing different classes of plaque in a two-dimensional parameter space
  • FIG. 2 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3a shows a schematic cross section through a straight measuring tube in a bending oscillation mode for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • 3b shows a schematic cross section through the straight measuring tube in a torsional vibration mode for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows typical positions of data tuples of
  • different types of deposits form in the pipeline or the Coriolis mass flow sensor.
  • the ellipses mark areas in which combinations of a damping D and a modal stiffness k of a vibration mode of a measuring tube of a Coriolis mass flow sensor were observed frequently.
  • a stiffness reference value ko denotes the modal stiffness of the measuring tube in the cleaned, deposit-free state.
  • An attenuation reference value Do denotes the attenuation of the vibration mode in the cleaned, deposit-free state, with the measuring tube being filled with a medium whose flow rate is to be measured by the Coriolis mass flow rate sensor.
  • the horizontal spacing of the grid lines in the diagram corresponds to a change in the modal damping by the amount of the damping reference value Do.
  • the dotted ellipse indicates a pavement class W for soft pavements, which only cause increased damping D of the vibration mode, but hardly any effect on the modal stiffness k des have measuring tube.
  • the dashed ellipse indicates a covering class H for hard coverings that not only increase the damping D, but also the modal stiffness k.
  • ko is defined a zero range 0, identified by the solid circular arc, in which the deviations from the reference values are still so small that a reliable classification is not yet possible.
  • classification at this stage is not absolutely necessary in most cases, because the impairment of flow measurement or process control is still negligible.
  • the method 100 begins with the determination 110 of the damping D of a vibration mode, in particular the useful flexural vibration mode of a measuring tube of a Coriolis mass flow sensor.
  • the damping D can be based, for example of the ratio of an excitation current to maintain the oscillation and the oscillation amplitude thus achieved at resonance.
  • the damping can be characterized by the reciprocal of a time constant with which the oscillation decays after the excitation current is switched off.
  • a modal stiffness k of the vibration mode is determined.
  • the modal stiffness is proportional to a quotient of a quality-independent vibration amplitude and the excitation current used for it.
  • the vibration amplitude outside of resonance must be measured so that the influence of damping or quality on the vibration amplitude is negligible.
  • the excitation of this non-resonant oscillation and measurement of the associated amplitude can take place alternately with normal measurement operation, periodically or as required, the excitation taking place in particular with the entire available excitation power.
  • the international publication WO 2012 062551 A1 teaches details on this, to which reference is made here for details of the amplitude measurement.
  • the non-resonant oscillation can also take place simultaneously with the resonance excitation, in which case the power available for the non-resonant excitation is significantly lower than in the alternating case, since a sufficient amplitude for the flow measurement is required here.
  • the amplitude of the out-of-resonance vibration is very small.
  • the amplitude value can nevertheless be determined with suitable filter algorithms, as is described in the as yet unpublished patent application DE 10 2019 124 709.8, to which reference is made here for details of the amplitude measurement.
  • a tuple of values for the damping D and the modal stiffness k is available, an optional series of test steps is carried out first.
  • a first test step 132 it is checked whether the absolute value of a vector (D,k) has a minimum value is reached, which can be, for example, the radius of a circle that delimits the zero range in FIG. In principle, however, only the damping value D can also be compared with a corresponding minimum value; as long as the minimum value has not been reached, the method is aborted and starts again from the beginning. However, if it is determined that the minimum value has been reached, other causes for an increase in damping D can be ruled out.
  • a second test step 134 checks whether density fluctuations, which are reflected in frequency fluctuations, remain below a critical value. Such density fluctuations can be caused in particular by free gas bubbles in a liquid and cause a significant damping of the measuring tube vibrations. If such critical fluctuations are found, the method is aborted, otherwise a third test step 136 checks whether the so-called resonator effect can be ruled out as the cause of the damping D observed. In the case of the resonator effect, suspended micro-bubbles in a liquid cause the liquid, which is compressible due to the micro-bubbles, to oscillate against the oscillating measuring tube containing it, and thus withdraw vibrational energy from the latter.
  • the classification step 150 it is now checked whether the covering belongs to covering class H of the hard coverings or to covering class W of the soft coverings.
  • a quotient is formed from the difference between the current modal stiffness k and the stiffness reference value ko and from the difference between the current damping D and the damping reference value Do and compared with the gradient of the straight line L in FIG. If the quotient is greater than the gradient, a covering from the hard covering class is given, otherwise a covering from the soft covering class.
  • the result of the classification is output to a process control system in a signaling step 160 .
  • the aforementioned method steps are carried out in particular by an electronic operating and measuring circuit with a computing unit of a Coriolis mass flow rate sensor.
  • Coriolis mass flow sensors with a straight measuring tube can also be used to determine the pavement mass and use it to classify the pavement, for example by comparing a quotient of the increase in stiffness and the causal pavement mass with a reference value.
  • the determination of the lining mass is now based on Figs. 3a and 3b, both of which show a cross-section through the same straight measuring tube 200 in different modes of operation.
  • the measuring tube 200 comprises a cylindrical tube wall 210 which encloses a lumen in which a liquid medium 220 is guided.
  • a coating 220 has formed on the pipe wall 210 .
  • the measuring tube 200 executes a flexural oscillation, for example in the useful flexural oscillation mode.
  • the useful flexural mode is excited into resonance to determine damping in the manner discussed above.
  • the modal stiffness k for the useful flexural mode is determined on the basis of an off-resonance excitation.
  • FIG. 3a and 3b both of which show a cross-section through the same straight measuring tube 200 in different modes of operation.
  • the measuring tube 200 comprises a cylindrical tube wall 210 which encloses a lumen in which a liquid medium 220 is guided.
  • a coating 220 has formed on the pipe wall 210
  • the measuring tube executes a torsional vibration, the resonant frequency of the torsional vibration being a function of the modal stiffness km for the torsional vibration mode and the distribution of the torsion masses.
  • the liquid 220 remains essentially still during torsion. Under the assumption that the modal stiffness kt of the torsional mode develops proportionally to the modal stiffness k of the bending vibration mode under the influence of the lining, the modal stiffness kt of the torsional mode can be calculated.
  • the lining mass can thus be derived from the resonant frequency of the torsional vibration, with which another parameter for the classification of linings is gained.
  • How the classes are to be defined in detail may depend on the special features of the media processed in a system and can be specified by the operator by setting suitable test criteria.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Ein Verfahren (100) zum Klassifizieren von Belägen in einem Messrohr umfasst: Ermitteln eines Dämpfungswerts (110) für mindestens eine Schwingungsmode eines Oszillators mit mindestens einem Messrohr eines Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmers zum Führen eines Mediums; Ermitteln eines modalen Steifigkeitswerts (120) für mindestens eine Schwingungsmode; und Klassifizieren eines Belags (150) in Abhängigkeit von dem Dämpfungswert und dem Steifigkeitswert.

Description

Verfahren zum Identifizieren von Belägen in einer Prozessanlage mit einem Coriolis Massedurchflussmessaufnehmer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Belägen in einer Prozessanlage mit einem Coriolis Massedurchflussmessaufnehmer.
Gattungsgemäße Verfahren sind beschrieben in WO 2007/045539 A2, DE 10 2011 080 415 A1 , EP 02 513 612 B1 und DE 10 2018 101 923 A1. Die Veröffentlichung WO 2007/045539 A2 lehrt, eine Veränderung der Torsionsschwingungsfrequenz eines geraden Messrohrs als Indiz für einen Massebelag zu deuten. Das Verfahren gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2011 080 415 A1 wertet Veränderungen in thermischen Eigenschaften eines Massedurchflussmessaufnehmers aus, um auf Belagsbildung oder Korrosion zu schließen. EP 02 513 612 B1 und DE 10 2018 101 923 A1 lehren, eine verstärkte Dämpfung der Biegeschwingungsnutzmode als Indiz für eine Belagsbildung zu interpretieren, wobei jeweils ein Kontrolltest vorgesehen ist, um ein mehrphasiges Medium als Dämpfungsursache auszuschließen. EP 02 513 612 B1 lehrt dazu, die Ausprägung von Oberschwingungen auszuwerten, also, ob die Amplituden der Oberschwingungen einem Erwartungswert für Belagsbildung entsprechen. DE 10 2018 101 923 A1 überprüft dagegen, ob der so genannte Resonatoreffekt als Ursache für die Dämpfung ausgeschlossen werden kann. Die genannten Verfahren mögen zwar im Ergebnis Belagsbildung anzeigen, sie lassen aber den Betreiber einer Anlage darüber im Ungewissen, welcher Art der Belag ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Klassifizieren von Belägen in einem Messrohr umfasst:
Ermitteln eines Dämpfungswerts für mindestens eine Schwingungsmode eines Oszillators mit mindestens einem Messrohr eines Coriolis-Massedurchflussmess- aufnehmers zum Führen eines Mediums; Ermitteln eines modalen Steifigkeitswerts für mindestens eine Schwingungsmode; und
Klassifizieren eines Belags in Abhängigkeit von dem Dämpfungswert und dem Steifigkeitswert.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin: Feststellen anhand eines Vergleichs des Dämpfungswerts mit einem Referenzwert, ob ein Indiz für eine Belagsbildung gegeben ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin: Überprüfen, ob eine Kompressibilität des in dem Messrohr geführten Mediums als Ursache für den Dämpfungswert ausgeschlossen werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin: Überprüfen, ob eine Schwankung einer Resonanzfrequenz des Messrohres als Ursache für den Dämpfungswert ausgeschlossen werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Klassifizieren eines Belags die Zuordnung des Belags zu einer Belagsklasse zumindest anhand des Steifigkeitswerts.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Zuordnung des Belags zu einer Belagsklasse in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen dem Steifigkeitswert und dem Dämpfungswert.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines Massewerts des Belags, wobei der Massewert im Verhältnis zum Steifigkeitswert und/oder Dämpfungswert in die Klassifizierung des Belags eingeht.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ermitteln des Massewertes des Belages anhand der Veränderung einer Resonanzfrequenz des schwingenden Messrohres. In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ermitteln des Dämpfungswerts anhand eines Verhältnisses von Erregerstrom zum Treiben der Schwingungsmode in Resonanz und einer damit erzielten Amplitude der Schwingungsmode.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ermitteln des Dämpfungswerts anhand des Abklingens der Schwingung einer Schwingungsmode bei abgeschaltetem Erreger.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ermitteln des Steifigkeitswerts durch Anregen einer Schwingungsmode außer Resonanz und Ermitteln einer Beziehung zwischen der Schwingungsamplitude außer Resonanz und dem Erregerstrom außer Resonanz. Hierbei kann die Anregung außer Resonanz intermittierend zur Resonanzanregung erfolgen, wie beispielsweise in WO 2012/062551 A1 beschrieben ist, oder kontinuierlich gemäß der Lehre der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2019 124 709.8.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm, welches verschiedene Klassen von Belägen in einem zweidimensionalen Parameterraum darstellt;
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3a einen schematischen Querschnitt durch ein gerades Messrohr in einer Biegeschwingungsmode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 3b einen schematischen Querschnitt durch das gerade Messrohr in einer Torsionsschwingungsmode zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Diagramm in Fig. 1 Fig. 1 zeigt typische Positionen von Datentupeln von
Dämpfung D und modaler Steifigkeit k eines Messrohrs, die in einer Prozessanlage ge- wonnen wurden, in welcher Monomere in einem Lösungsmittel durch eine Rohrleitung strömen, in welcher ein Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmer angeordnet ist. Je nach Prozessbedingungen entstehen unterschiedliche Belagsformen in der Rohrleitung bzw. dem Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmer. Die Ellipsen markieren Bereiche in denen Kombinationen von einer Dämpfung D und einer modalen Steifigkeit k einer Schwingungsmode eines Messrohrs eines Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmers gehäuft beobachtet wurden. Ein Steifigkeitsreferenzwert ko bezeichnet die modale Steifigkeit des Messrohrs im gereinigten, belagsfreien Zustand. Ein Dämpfungsreferenzwert Do bezeichnet die Dämpfung der Schwingungsmode im gereinigten, belagsfreien Zustand wobei das Messrohr mit einem Medium gefüllt ist dessen Durchfluss von dem Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmer zu messen ist. Der horizontale Abstand der Gitternetzlinien des Diagramms entspricht einer Änderung der modalen Dämpfung um den Betrag des Dämpfungsreferenzwerts Do. Die punktierte Ellipse kennzeichnet eine Belagsklasse W für weiche Beläge, die lediglich eine erhöhte Dämpfung D der Schwingungsmode bewirken, aber kaum Auswirkung auf die modale Steifigkeit k des Messrohrs haben. Die gestrichelte Ellipse kennzeichnet dagegen eine Belagsklasse H für harte Beläge die nicht nur die Dämpfung D, sondern auch die modale Steifigkeit k erhöhen. Um die Referenzwerte für Dämpfung und Steifigkeit Do, ko ist ein mit dem durchgezogenen Kreisbogen gekennzeichneter Nullbereich 0 definiert, in dem die Abweichungen von den Referenzwerten noch so gering ist, dass eine zuverlässige Klassifizierung noch nicht möglich ist. Zudem ist eine Klassifizierung in diesem Stadium in den allermeisten Fällen auch nicht zwingend erforderlich, denn die Beeinträchtigung der Durchflussmessung bzw. der Prozessführung ist noch vernachlässigbar. Grundsätzlich ist es für den Betreiber einer Prozessanlage hilfreich, Kenntnisse über die Art des Belags zu gewinnen, da sich daraus einerseits Ansätze zur Prozesssteuerung ergeben können und andererseits die Reinigung der Rohrleitung, in welcher der Coriolis-Masse- durchflussmessaufnehmer eingebaut ist, zielführender durchgeführt werden kann.
Diese Kenntnisse werden durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt, für das nun ein Ausführungsbeispiel anhand Fig. 2 erläutert wird.
Das Verfahren 100 beginnt mit dem Ermitteln 110 der Dämpfung D einer Schwingungsmode, insbesondere der Biegeschwingungsnutzmode eines Messrohrs eines Co- riolis-Massedurchflussmessaufnehmers. Die Dämpfung D kann beispielsweise anhand des Verhältnisses eines Erregerstroms zum Aufrechterhalten der Schwingung und der damit erzielten Schwingungsamplitude bei Resonanz charakterisiert werden. Gleichermaßen kann die Dämpfung durch den Kehrwert einer Zeitkonstanten charakterisiert werden, mit dem die Schwingung nach Abschalten des Erregerstroms abklingt.
In einem nächsten Schritt (120) erfolgt das Ermitteln einer modalen Steifigkeit k der Schwingungsmode. Hierbei ist die die modale Steifigkeit proportional zu einem Quotienten aus einer güteunabhängigen Schwingungsamplitude und dem dafür eingesetzten Erregerstrom. Hierzu ist, die Schwingungsamplitude außer Resonanz zu messen, damit der Einfluss der Dämpfung bzw. Güte auf die Schwingungsamplitude vernachlässigbar ist. Die Anregung dieser Schwingung außer Resonanz und Messung der zugehörigen Amplitude kann alternierend zum normalen Messbetrieb periodisch oder bei Bedarf erfolgen, wobei die Anregung insbesondere mit der gesamten verfügbaren Erregerleistung erfolgt. Einzelheiten dazu lehrt beispielsweise die internationale Veröffentlichung WO 2012 062551 A1 , auf die hier für Einzelheiten der Amplitudenmessung Bezug genommen wird. Anstelle der alternierenden Anregung kann die Schwingung außer Resonanz auch gleichzeitig mit der Resonanzanregung erfolgen, wobei in diesem Fall die verfügbare Leistung für die Anregung außer Resonanz deutlich geringer ist als im alternierenden Fall, da hier eine ausreichende Amplitude für die Durchflussmessung erforderlich ist. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Amplitude der Schwingung außer Resonanz sehr gering ist. Mit geeigneten Filteralgorithmen kann der Amplitudenwert dennoch ermittelt werden, wie in der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2019 124 709.8 beschrieben ist, auf die hier für Einzelheiten der Amplitudenmessung Bezug genommen wird. Nach diesem Verfahren stehen aktualisierte Werte für die Amplitude außer Resonanz bzw. die modale Steifigkeit k mit einer geringeren Taktrate zur Verfügung, das ist aber insofern unproblematisch, als sich ein Belag gewöhnlich über einen Zeitraum von Tagen oder Wochen bildet, so dass Aktualisierungen der Werte für die modale Steifigkeit k in der Zeitspanne von Minuten oder Stunden völlig ausreichend sind.
Wenn ein Tupel von Werten für die Dämpfung D und die modale Steifigkeit k vorliegt, erfolgt zunächst eine optionale Serie von Testschritten. Darin wird in einem ersten Testschritt 132 überprüft, ob der Betrag eines Vektors (D,k) einen Mindestwert erreicht, welcher beispielsweise der Radius eines Kreises sein kann, der den Nullbereich in Fig. 1 begrenzt. Grundsätzlich kann aber auch nur der Dämpfungswert D mit einem entsprechenden Mindestwert verglichen werden, solange der Mindestwert nicht erreicht ist, wird das Verfahren abgebrochen und beginnt wieder von vorne. Wenn jedoch das Erreichen des Mindestwerts festgestellt wird, sind andere Ursachen für eine Zunahme der Dämpfung D auszuschließen. Dazu wird in einem zweiten Testschritt 134 überprüft, ob Dichtefluktuationen, die sich in Frequenzfluktuationen niederschlagen unterhalb eines kritischen Werts bleiben. Derartige Dichtefluktuationen können insbesondere durch frei Gasblasen in einer Flüssigkeit begründet sein und bewirken eine erhebliche Dämpfung der Messrohrschwingungen. Wenn solche kritischen Fluktuationen festgestellt werden, wird das Verfahren abgebrochen, andernfalls wird in einem dritten Testschritt 136 überprüft, ob der so genannte Resonatoreffekt als Ursache die beobachteten Dämpfung D ausgeschlossen werden kann. Beim Resonatoreffekt führen suspendierte Mikroblasen in einer Flüssigkeit dazu, dass die aufgrund der Mikroblasen kompressible Flüssigkeit gegen das sie enthaltende, schwingende Messrohr schwingt, und letzterem somit Schwingungsenergie entzieht. Einzelheiten zur Vorgehensweise, wie das Vorliegen des Resonatoreffekts durch Dichtemessungen bei zwei verschiedenen Frequenzen nachgewiesen werden kann sind Bereits in der Veröffentlichung DE 10 2018 101 923 A1 beschrieben, auf die hier für diese Einzelheiten Bezug genommen wird. Wenn der Resonatoreffekt als Ursache für die beobachtete Dämpfung nicht ausgeschlossen werden kann, wird das Verfahren abgebrochen. Anderenfalls kann nun das Klassifizieren des Belags 150 erfolgen. Die optionale Ermittlung eines Massewerts 140 des Belags wird zunächst übersprungen.
Beim Klassifizierungsschritt 150 wird nun überprüft, ob der Belag zur Belagsklasse H der harten Beläge oder zur Belagsklasse W der weichen Beläge gehört. Im einfachsten Fall wird dazu ein Quotient aus der Differenz zwischen der aktuellen modalen Steifigkeit k und dem Steifigkeitsreferenzwert ko und aus der Differenz zwischen der aktuellen Dämpfung D und dem Dämpfungsreferenzwert Do gebildet und mit der Steigung der Geraden L in Fig. 1 verglichen. Wenn der Quotient größer ist als die Steigung ist ein Belag aus der Belagsklasse der harten Beläge gegeben, anderenfalls ein Belag aus der Belagsklasse der weichen Beläge. Das Ergebnis der Klassifikation, wird in einem Signalisierungsschritt 160 an ein Prozessleitsystem ausgegeben.
Die vorgenannten Verfahrensschritte werden insbesondere von einer elektronischen Betriebs-und Messschaltung mit einer Recheneinheit eines Coriolis-Masse- durchflussmessaufnehmers durchgeführt.
Ergänzend zur Auswertung von Dämpfung D und modaler Steifigkeit k kann bei Coriolis-Massedurchflussmessaufnehmern mit einem geraden Messrohr auch noch die Belagsmasse ermittelt und zum Klassifizieren des Belags herangezogen werden, beispielsweise durch Vergleich eines Quotienten aus Steifigkeitszunahme und der dafür ursächlichen Belagsmasse mit einem Referenzwert.
Die Ermittlung der Belagsmasse wird nun anhand von Fign. 3a und 3b erläutert, die beide einen Querschnitt durch das gleiche gerade Messrohr 200 in unterschiedlichen Betriebsweisen zeigen. Das Messrohr 200 umfasst eine zylindrische Rohrwand 210, welches ein Lumen einschließt, in dem ein flüssiges Medium 220 geführt wird. An der Rohrwand 210 hat sich ein Belag 220 gebildet. In der Betriebsweise in Fig. 3a führt das Messrohr 200 eine Biegeschwingung beispielsweise in der Biegeschwingungsnutzmode aus. Die Biegeschwingungsnutzmode wird in Resonanz angeregt um in der oben diskutierten Weise eine Dämpfung zu ermitteln. Gleichermaßen wird auf Grundlage einer Anregung außer Resonanz die modale Steifigkeit k für die Biegeschwingungsnutzmode ermittelt. In Fig. 3b führt das Messrohr eine Torsionsschwingung aus, wobei die Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung eine Funktion modalen Steifigkeit km für die Torsionsschwingungsmode sowie der Verteilung der tordierenden Massen ist. Diese sind die Masse der Rohrwand 210 und die Masse des an der Rohrwand haftenden Belags 230. Die Flüssigkeit 220 bleibt bei der Torsion im Wesentlichen in Ruhe. Unter der Annahme, dass sich die modale Steifigkeit kt der Torsionsmode unter Belagseinfluss proportional zur modalen Steifigkeit k der Biegeschwingungsmode entwickelt, kann die modale Steifigkeit kt der Torsionsmode berechnet werden. Damit kann aus der Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung die Belagsmasse abgleitet werden, womit ein weiterer Parameter zur Klassifizierung von Belägen gewonnen ist. Wie die Klassen im Einzelnen zu definieren sind, hängt ggf. von den Besonderheiten der in einer Anlage prozessierten Medien ab und kann vom Betreiber durch Setzen geeigneter Prüfkriterien spezifiziert werden.

Claims

9 Patentansprüche
1 . Verfahren (100) zum Klassifizieren von Belägen in einem Messrohr, umfassend:
Ermitteln eines Dämpfungswerts (110) für mindestens eine Schwingungsmode eines Oszillators mit mindestens einem Messrohr eines Coriolis-Massedurchflussmess- aufnehmers zum Führen eines Mediums;
Ermitteln eines modalen Steifigkeitswerts (120) für mindestens eine Schwingungsmode; und
Klassifizieren eines Belags (150) in Abhängigkeit von dem Dämpfungswert und dem Steifigkeitswert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , weiterhin umfassend: Feststellen anhand eines Vergleichs des Dämpfungswerts D und/oder des Steifigkeitswerts k mit einem Referenzwert (132), ob ein Mindestwert erreicht ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Überprüfen (134), ob eine Schwankung einer Resonanzfrequenz des Messrohres als Ursache für den Dämpfungswert ausgeschlossen werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: Überprüfen (136), ob eine Kompressibilität des in dem Messrohr geführten Mediums als Ursache für den Dämpfungswert ausgeschlossen werden kann.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Klassifizieren eines Belags (150) die Zuordnung des Belags zu einer Belagsklasse zumindest anhand des Steifigkeitswerts umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zuordnung des Belags zu einer Belagsklasse in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen dem Steifigkeitswert und dem Dämpfungswert erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines Massewerts des Belags (140) umfasst, wobei der Massewert im Verhältnis zum Steifigkeitswert und/oder Dämpfungswert in die Klassifizierung des Belags eingeht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln des Massewertes (140) des Belages anhand der Veränderung einer Resonanzfrequenz des schwingenden Messrohres erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Dämpfungswerts (110) anhand eines Verhältnisses von Erregerstrom zum Treiben der Schwingungsmode in Resonanz und einer damit erzielten Amplitude der Schwingungsmode erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ermitteln des Dämpfungswerts (110) anhand des Abklingens der Schwingung einer Schwingungsmode bei abgeschaltetem Erreger erfolgt. 11
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Steifigkeitswerts (120) durch Anregen einer Schwingungsmode außer Resonanz und Ermitteln einer Beziehung zwischen der Schwingungsamplitude außer Resonanz und dem Erregerstrom außer Resonanz erfolgt.
PCT/EP2021/083178 2020-12-10 2021-11-26 Verfahren zum identifizieren von belägen in einer prozessanlage mit einem coriolis massedurchflussmessaufnehmer WO2022122419A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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