Jürgen Rose, PTB, AG 7.51

Durchflussmessungen in Hochtemperatur-Kreisläufen mit Wasser und anderen Medien oberhalb 90 °C sind derzeit durch unzureichendes Wissen über ihre Messgenauigkeit und Messbeständigkeit charakterisiert. 
Praxis von Konformitätsuntersuchungen sind Abschätzungen spezifischen Geräteverhaltens zur Messgenauigkeit unter normativem Bezug auf die in der EN 1434-4 standardisierten Temperaturprüfpunkte bei z.B. 20 °C, 50 °C und 85 °C. Für höhere Mediumtemperaturen, wie bei 130 °C, werden Extrapolationsberechnungen und Stabilitätsannahmen aus dem messtechnischen Verhalten an den untersuchten Temperaturprüfpunkten herangezogen. Vertrauenswürdige Angaben über Genauigkeits- und Messstabilitätseigenschaften von Durchflusssensoren bei höhere Mediumtemperaturen erfordern somit neue Prüfanlagen mit Messtechnologien, die modernen Anforderungen der Konformitätsuntersuchung genügen. 

Ulrike Wagner, AGFW (Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.V.)

• Anwendungsfälle von Hochtemperaturmessungen in KWK-Wärmenetzen
• Interesse der Branche an Baumusterprüfungen der Wärmezähler bei hohen Temperaturen
• Bedarf für Hochtemperaturmessungen in Dampf- bzw. Kondensatnetzen

Daniel Hauser, Belimo Automation AG

Die Firma Belimo hat eine einfache und wartungsarme Methode gefunden, Komponenten und Wärmezähler bei hohen Temperaturen und mit Temperaturwechseln zu betreiben. Hierfür setzen wir Temperiergeräte aus dem Kunststoffspritzguss ein.

Ulrich Müller, OPTOLUTION Messtechnik GmbH

Die Firma OPTOLUTION Messtechnik GmbH ist als Kalibrierlaboratorium für die Vor-Ort-Kalibrierung von großen Durchfluss-Messgeräten für Wasser im Temperaturbereich von 5°C bis 150°C nach DIN ISO/IEC 17025-2018 von der DAkkS akkreditiert.

In dem Vortrag werden das eingesetzte laseroptische Messverfahren und seine praktische Anwendung vorgestellt. Anschliessend wird auf die Grundlagen der Ermittlung der Messunsicherheit für das Verfahren eingegangen.

Im Hauptteil des Vortrages werden die Ergebnisse von bisher ca. 200 vor-Ort kalibrierten Durchfluss-Messgeräten für Trinkwasser sowie Wärme und Kälte vorgestellt und diskutiert. Insbesondere wird auf die Einflüsse von Fluidtemperatur sowie Messprinzip und Nenndurchmesser auf die Messabweichungen der im Feld eingebauten Geräte eingegangen. Aus den bisherigen Ergebnissen werden erste Schluss-folgerungen abgeleitet.

Joachim Wien

Thomas Bauer, DLR, Thermische Systeme für Flüssigkeiten

Für den zukünftigen Ausbau der volatilen erneuerbaren Energien (Wind und PV) sind elektrische Speicher eine Schlüsseltechnologie. Neben bekannten Technologien wie Pumpspeicherkraftwerke, Power-to-Gas-to-Power und Batterien sind die Möglichkeiten, die Hochtemperatur-Wärmespeicher zur Flexibilisierung und Stromspeicherung bieten, wenig bekannt. Ende 2019 betrug die weltweite Speicherkapazität in solarthermischen Kraftwerken (engl. Concentrating Solar Power - CSP) ca. 21 GWh el. Somit ist die Flüssigsalzspeichertechnologie mittlerweile kommerziell etabliert. Der Vortrag gibt einen Überblick über die CSP-Anwendung, sowie weitere potentielle Stromspeicher-Anwendungen für Flüssigsalzspeicher. Der Fokus des Vortrags liegt auf einem Überblick zur eingesetzten Durchflussmesstechnik für Flüssigsalz mit verschiedenen Beiträgen von Herstellern.

Überblick zu Clamp-On-Ultraschalldurchflussmessungen an Heißwasserapplikationen

Denis Funk, Market Manager – Power Generation and Water, FLEXIM GmbH dfunk@flexim.de

Die Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessung ist eine eingriffsfreie Technologie. Diese Messsysteme können an nahezu allen Rohrleitungen und für alle Medien eingesetzt werden.

In diesem Vortrag wird anhand mehrerer Projekte ein Überblick von Durchflussmessungen an Heißwasserapplikationen in der Praxis gegeben. Es werden insbesondere Applikationen im Bereich der Energie- und Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung vorgestellt.

Des Weiteren wird die Kalibrierung des Durchflussmesssystems und insbesondere die patentierte Sensorkalibrierung vorgestellt.

Firmenprofil FLEXIM:

Die FLEXIM Flexible Industriemesstechnik GmbH entwickelt und fertigt Messgeräte für industrielle Anwendungen. Das Unternehmen wurde 1990 gegründet und ist heute Technologieführer auf dem Gebiet der nicht-invasiven Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessung. Der Hauptsitz mit seiner umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsabteilung befindet sich in Berlin. Weltweit beliefern mehr als 450 Mitarbeiter Kunden aus verschiedenen Branchen mit Clamp-On-Durchflussmesslösungen. Die meisten Kunden sind in den Branchen Öl & Gas, Wasser und Abwasser, Energieerzeugung, Chemie und Energiemanagement tätig.

Dick Laan, KROHNE Altometer

Fluid temperatures over 100 ⁰C are quite common in the process industry and power
plants up to a temperature of 250⁰C.
Liquid temperatures over 250⁰C are less common. These are mainly found in refineries
and solar power plants.
In the nineties KROHNE was requested to develop ultrasonic flowmeters for high
temperature fluids in refineries like for crude oil and steam flow measurement.
The presentation will explain the various designs available for measurement of liquids with
a temperature between 100⁰C and 600⁰C.
Possibilities, limitations and design concerns will be explained.
The accuracy and effects of the temperature on it will be explained.
The applications in various plants and industries and the experiences with that will be
shown.

Lorenz Feucht, Belimo Automation AG

Die Firma Belimo stellt ihren relativ einfachen und kostengünstigen Entwicklungsprüfstand vor, der Durchflussmessungen mit Wasser und Glykol im Temperaturbereich -20°C bis +120°C ermöglicht.

Philip Holoch, Belimo Automation AG

Die Firma Belimo hat ein Verfahren konzipiert, bei dem die Rückführung von Messungen auch für Temperaturen > 120°C mit den klassischen gravimetrischen Prüfständen möglich ist. Dabei wird nur der Prüfling hoher Temperatur ausgesetzt, während der Rest des Prüfstands bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck betrieben wird. In dem Vortrag wird das Konzept, einige Berechnungen und der derzeitige Stand beschrieben.

Vorstellung einer Gravimetrischen Nomalmessanlage für Temperaturen bis 220 °C

Nicolaus Mathies, KROHNE

Rückgeführte Messungen von flüssigen Medien mit Temperaturen grösser als 90°C stellen erhöhte Anforderungen an die Prüfmöglichkeiten unter anderem hinsichtlich Verdunstung, Druckbeaufschlagung des Systems, Schutz des Prüfpersonals, Komponentenauswahl und auch der Messunsicherheit uvm. Messungen mit gravimetrischen Normalmessanlagen erfordern unter Umgebungsbedingungen Medien mit einem hohen Siedepunkt. Vorgestellt wird eine ölbetriebene gravimetrische Messanlage mit einem 1,5 t Wägesystem, bei denen Mediumstemperaturen bis hin zu 220°C und Durchflüsse bis hin zu 2000 l/h unter Umgebungsbedingungen möglich sind.

Markus Juling, PTB

Koautoren: Felix Heitmann, Bastian Peetz, PTB, Jonas Steinbock, ehem. PTB, jetzt ILA R&D GmbH

In vielen Bereichen wird eine präzise Volumenstrommessung bei hohen Temperaturen und Drücken benötigt, z.B. in Industrieprozessen, in konventionellen Dampfkraftwerken (mind. 300 °C und 300 bar), in Sonnenwärmekraftwerken für das Wärmeträgeröl und den flüssigen Salzspeicher (mind. 300 °C und 30 bar). In allen Bereichen ist eine präzise Messung des Volumenstromes essenziell für eine sichere und effiziente Regelung des Prozesses. Derzeit ist eine rückgeführte Messung des Volumenstromes bei Temperaturen oberhalb von 120 °C und 10 bar kaum möglich. Die etablierten gravimetrischen und volumetrischen Rückführungen können oberhalb dieser Temperatur und dieses Druckes technisch sehr schwer umgesetzt werden. Stattdessen wird vielfach eine Kalibrierung mit Wasser bei Temperaturen unterhalb von 90 °C durchgeführt und mit Hilfe einer Extrapolation auf die zu erwartende Kalibrierkonstante bei Einsatzbedingungen geschlossen. Zusätzlich können, wie bei allen Durchflussmessungen im Feld, gestörte Strömungsprofile aufgrund der Einbausituation durch Krümmer, Ventile etc. auftreten. Das hat zur Folge, dass unter diesen, realen Bedingungen von einer deutlich höheren Unsicherheit von bis zu 10 % im Vergleich zu den Herstellerangaben von unter 1 % auszugehen ist.

Um die vorgenannten Probleme, den Einfluss der Temperatur, des Drucks und der Einbaubedingungen zu lösen, hat die PTB ein laseroptisches Volumenstrom-Normal (LVN) zur Kalibrierung von Durchflusssensoren vor-Ort, im Einbauzustand entwickelt. Hierbei wird mithilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) das Strömungsprofil vollflächig gemessen und anschließend integriert, um den Volumenstrom zu bestimmen. Der derzeitige Aufbau ist für Rohrleitungen in DN 150, Temperaturen bis 230°C und Drücke bis 40 bar ausgelegt. Die erreichbare Unsicherheit ist kleiner als 0,5 % (k=2).

Das derzeitige System wurde ausgiebig an der gravimetrischen Prüfanlage (Wärmezählerprüfstrecke - WZP) der PTB getestet. Diese Anlage hat eine Unsicherheit von 0,04 % (k=2). Bei Temperaturen von 20 °C und 60 °C ergibt sich über einen weiten Bereich der Reynoldszahl zwischen 50 x 10³ und 945 x 10³ eine mittlere Abweichung von 0,12 % zwischen dem laseroptischen System und der gravimetrischen Prüfanlage. Selbst unter sehr stark gestörten Strömungsbedingungen mit einem kombinierten Drallerzeuger in einem Abstand von 900 mm (6D) vor dem laseroptischen Normal ergibt sich nur eine maximale Abweichung von 0,31 % (Heitmann et. al, 2020).

Neben der vor-Ort Kalibrierung von Durchflusssensoren erlaubt das laseroptische Volumenstrom-Normal auch die Rückführung eines Durchflussprüfstandes für hohe Temperaturen und Drücke. Ein mit dem LVN rückgeführter Prüfstand ist von der PTB für Temperaturen von 45 °C bis 230 °C, einen Betriebsdruck von maximal 40 bar, Volumenströme von 2 m³/h bis 200 m³/h und Rohrleitungen zwischen DN 32 und DN 150 konzipiert.

F. Heitmann, M. Juling, J. Steinbock, Performance of the LDA Volumetric Flow Rate Standard Under Severely Disturbed Flow Conditions, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 74, 2020, ISSN 0955-5986, doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101756.