WO2021121868A1 - Verfahren zum betreiben einer durchflussmessstelle für medien mit zumindest einer flüssigen phase - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer durchflussmessstelle für medien mit zumindest einer flüssigen phase Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a flow measuring point comprising a Coriolis measuring device and a differential pressure measuring device.
  • Coriolis measuring devices for measuring a flow rate or a density of a liquid medium flowing through a pipeline exhibit, under certain conditions such as, for example, very low flow rates or gas bubbles in the medium, a decreasing measurement accuracy with regard to the flow rate measurement. It has proven to be advantageous in such situations to use a differential pressure measuring device to detect a pressure drop in the medium across the Coriolis measuring device and to use measured values of the differential pressure for a flow measurement, see DE102005046319A1, for example. In applications in which the composition of the medium fluctuates in a relatively short time, a flow measurement by means of pressure difference measurement is, however, also subject to disturbing uncertainties.
  • the object of the invention can therefore be seen to enable or improve a flow measurement under difficult conditions.
  • a Coriolis measuring device for measuring a mass flow and a density of a medium flowing through a pipeline, the Coriolis measuring device having at least one measuring tube each with an inlet and an outlet having; wherein a differential pressure measuring device is set up to detect a differential pressure between a flow area arranged upstream of a flow obstacle, in particular the Coriolis measuring device, and a flow area arranged downstream of the flow obstacle, the method has the following steps:
  • the first density and / or a second density of the medium measured by means of the Coriolis measuring device upon detection of the gaseous component
  • the condition of the medium can fluctuate quickly. Gases dissolved in the medium under high pressure can form gas bubbles when the pressure is reduced and thus influence parameters such as density or viscosity of the medium.
  • the person skilled in the art can, for example, specify initial values for measured values of the first density and the first viscosity, which initial values he obtains, for example, by estimation or experience or a physical calculation. He can also cause the flow measuring point to wait before starting the process until a purely liquid medium is available for the first time.
  • the following iterative process steps are carried out when the gaseous fraction is detected: Determining a second Reynolds number using
  • This iteration can further increase a measurement accuracy.
  • the iteration is ended as soon as an amount of a difference between successive measured values of the third mass flow rate or the second Reynolds number falls below a limit value, the limit value, for example, 5%, and in particular 2% and preferably 1% of an average value of the measured values forming the difference or a which is the measured values forming the difference.
  • a limit value for example, 5%, and in particular 2% and preferably 1% of an average value of the measured values forming the difference or a which is the measured values forming the difference.
  • the state of the media is checked by means of the Coriolis measuring device, with damping of vibrations and / or a fluctuation of a resonance frequency of at least one measuring tube of the Coriolis measuring device being used in the checking.
  • a resonance frequency of at least one measuring tube of the Coriolis measuring device is used in the density measurement.
  • the density measurement is corrected using a physical-mathematical model, the model taking into account an influence of gas bubbles on the measurement of the media density.
  • the gas bubbles in the medium move, depending among other things on a gas bubble diameter, perpendicular to an inner wall of the measuring tube in a direction parallel to the measuring tube movement and thus influence measured values with regard to density and viscosity.
  • the model takes the relative movement into account, so the disruptive influence of the gas bubbles can be corrected.
  • a person skilled in the art can find further information, for example, in H. Zhu, Application of Coriolis Mass Flowmeters in Bubbly and Particulate Two-Phase Flows, Shaker, ISBN 978-3-8322-8216-5, 2009.
  • a second density of the medium is measured, wherein a ratio of a volume of the gaseous portion to the liquid portion is determined on the basis of the first density and the second density, a measured value of a differential pressure measurement being corrected by means of the ratio.
  • a mass flow rate can then be correctly determined by means of this correction.
  • the differential pressure measuring device has a first pressure sensor and a second pressure sensor, wherein the first pressure sensor is arranged upstream of the flow obstacle, and wherein the second pressure sensor is arranged downstream of the flow obstacle, and / or wherein the differential pressure measuring device has a differential pressure sensor, which detects a differential pressure of an upstream side of the flow obstacle and a downstream side of the flow obstacle.
  • the differential pressure measuring device can be part of the flow measuring device or an independent measuring device which transmits measured values of the differential pressure to the flow measuring device.
  • an electronic measuring / operating circuit of the Coriolis measuring device provides measured values of the mass flow rate and outputs them, with measured values of the first mass flow rate being output when a purely liquid medium is detected by means of the Coriolis measuring device, and when a gaseous component is detected Measured values of the third mass flow rate recorded in the medium by means of the differential pressure are output.
  • an influence of a static differential pressure on measured values of the differential pressure is corrected.
  • a mass flow determined by means of the differential pressure is set to a value zero, the limit value being, for example, 20 mbar, and in particular 10 mbar and preferably 5 mbar.
  • FIG. 1 outlines an exemplary flow measuring point with a Coriolis measuring device and a differential pressure measuring device
  • the flow measuring point 1 outlines an exemplary flow measuring point 1 comprising a media-carrying pipeline 2 and a Coriolis measuring device 10 arranged in the pipeline for recording a mass flow rate and a density of the medium flowing through the pipeline. Furthermore, the flow measuring point has a differential pressure measuring device which is set up to detect a differential pressure between a flow area 3.1 arranged upstream of the Coriolis measuring device and a flow area 3.2 arranged downstream of the Coriolis measuring device. Alternatively, a differential pressure can also be measured over another flow obstacle.
  • the differential pressure measuring device can have a first pressure sensor 21.1 upstream of the Coriolis measuring device and a second pressure sensor 21.2 downstream of the Coriolis measuring device. A difference between measured values of the pressure sensors is used as a measure for a differential pressure across the Coriolis measuring device.
  • the differential pressure measuring device can have a differential pressure sensor 22 which is inserted into a bypass channel and tightly separates it into a first section and a second section. A pressure difference can be detected, for example, by a deflection of a membrane of the differential pressure sensor 22.
  • the differential pressure measuring device can be part of the Coriolis measuring device, with measuring signals from the pressure sensors or the differential pressure sensor being transmitted to an electronic measuring / operating circuit of the Coriolis measuring device 10, see also FIG processed by the electronic measuring / operating circuit, which creates and provides measured values of the differential pressure based on it.
  • the differential pressure measuring device can also be a separate measuring device and can be set up to transmit measured values for the differential pressure to the Coriolis measuring device.
  • FIG. 2 shows a Coriolis measuring device 1 with a measuring sensor 10, an electronic measuring / operating circuit 20 and a housing 30 for housing the electronic measuring / operating circuit.
  • the measuring sensor has two measuring tubes 11, each with an inlet 11.1 and an outlet 11.2, which are held by a carrier body 16.
  • the measuring tubes are set up to vibrate against each other.
  • the number of measuring tubes shown here is an example; the sensor can for example also have only one measuring tube or four measuring tubes, which are in particular arranged in two measuring tube pairs, the measuring tubes of a pair being set up to oscillate against one another.
  • the measuring sensor has an exciter 14 which is set up to excite the measuring tubes to vibrate.
  • the measuring transducer has two sensors 15 which are set up to detect the measuring tube vibrations.
  • a Medium flowing through the measuring tubes influences the measuring tube vibrations in a characteristic manner, so that a mass flow rate and / or a density of the medium and / or a viscosity of the medium can be derived from the measuring signals of the sensors.
  • Coriolis measuring devices work very well with purely liquid media, which may contain several different components, such as an oil-water mixture.
  • the medium can, among other things, carry along a gaseous portion in the form of gas bubbles, which make a flow measurement with the Coriolis measuring device very difficult.
  • a differential pressure which drops across the Coriolis measuring device, as a measure of a mass flow rate in such cases.
  • a density or viscosity of the medium is determined by means of the Coriolis measuring device while a purely liquid medium is present, and a flow parameter is determined by means of the differential pressure and the density or viscosity when a gaseous component is present.
  • the process has the following steps:
  • the first density and / or a second density of the medium measured by means of the Coriolis measuring device upon detection of the gaseous component
  • a second mass flow rate measured by means of the Coriolis measuring device when the gaseous component is detected and a third mass flow rate is determined on the basis of the differential pressure and the first Reynolds number in a subsequent method step 103.2.
  • an actual mass flow can be better estimated by determining the third mass flow using the first Reynolds number and the differential pressure.
  • the Reynolds number of the medium affects a flow profile of the medium in the measuring tube of the Coriolis measuring device.
  • a gaseous component in the form of gas bubbles affects the Reynolds number and thus the flow profile and must therefore be taken into account when determining the third mass flow rate.
  • a relationship between the quantities Reynolds number Re, flow velocity v, density of the medium p and first viscosity h (a dynamic viscosity) is given by:
  • the first viscosity is determined not by means of the Coriolis measuring device, but according to the invention by means of the differential pressure. Even a very low gaseous fraction in the form of small gas bubbles can have a significant influence on a viscosity measurement using a Coriolis measuring device without the presence of the very low gaseous fraction being detected. In this case, a mass flow measurement using differential pressure would be greatly falsified.
  • a damping of vibrations and / or a fluctuation of a resonance frequency of at least one measuring tube 11 of the Coriolis measuring device is used.
  • a limit value of a viscosity measured by vibration damping can be used to differentiate between a purely liquid medium and a medium with gas bubbles.
  • a viscosity of a liquid usually has a value within a certain range of values. At The presence of gas bubbles can therefore be recognized for measured values outside the value range.
  • the iteration can be ended, for example, as soon as an amount of a difference between successive measured values of the third mass flow rate or the second Reynolds number falls below a limit value, the limit value for example 5%, and in particular 2%, and preferably 1% of an average value of the measured values forming the difference or a is the measured values forming the difference, or the iteration can be ended, for example, when a maximum period of time has expired, the maximum period of time being limited, for example, by a time interval between two measured values of the mass flow rate.
  • a limit value for example 5%, and in particular 2%, and preferably 1% of an average value of the measured values forming the difference or a is the measured values forming the difference
  • a static differential pressure can be calculated using the media density and, for example, a distance between the pressure sensors and taken into account when determining measured values of the third mass flow.
  • a mass flow determined by means of the differential pressure can be set to a value zero, the limit value being, for example, 20 mbar, and in particular 10 mbar and preferably 5 mbar. In this way it can be avoided that a determined differential pressure in the order of magnitude of a measurement uncertainty is evaluated as a mass flow.
  • the electronic measuring / operating circuit 12 of the Coriolis measuring device provides and outputs measured values of the mass flow, whereby when a purely liquid medium is detected by means of the Coriolis measuring device, measured values of the first mass flow are output, and when a gaseous portion is detected Medium by means of the differential pressure measured values of the third mass flow are output.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Durchflussmessstelle für Medien mit zumindest einer flüssigen Phase umfassend: ein Coriolis-Messgerät zum Messen eines Massedurchflusses und einer Dichte eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums, und eine Differenzdruck-Messvorrichtung zum Erfassen eines Differenzdrucks zwischen einem stromaufwärts zum Coriolis-Messgerät angeordneten Strömungsbereich und einem stromabwärts zum Coriolis-Messgerät angeordneten Strömungsbereich, wobei eine Durchflussmessung basierend auf Messwerten des Differenzdrucks mittels Messwerten erworben durch das Coriolis-Messgerät korrigiert werden.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Durchflussmessstelle für Medien mit zumindest einer flüssigen Phase
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Durchflussmessstelle umfassend ein Coriolis-Messgerät und ein Differenzdruckmessgerät.
Coriolis-Messgeräte zum Messen eines Durchflusses oder einer Dichte eines durch eine Rohrleitung strömenden flüssigen Mediums weisen unter gewissen Bedingungen wie beispielsweise sehr geringen Durchflussraten oder Gasblasen im Medium eine nachlassende Messgenauigkeit hinsichtlich der Durchflussmessung auf. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in solchen Situationen mittels eines Differenzdruckmessgeräts einen Druckabfall des Mediums über dem Coriolis- Messgerät zu erfassen und Messwerte des Differenzdrucks für eine Durchflussmessung heranzuziehen, siehe beispielsweise die DE102005046319A1. Bei Anwendungen, bei welchen eine Zusammensetzung des Mediums in relativ kurzer Zeit schwankt, ist eine Durchflussmessung mittels Druckdifferenzmessung jedoch auch mit störenden Unsicherheiten behaftet.
Als Aufgabe der Erfindung kann daher gesehen werden, eine Durchflussmessung unter schwierigen Bedingungen zu ermöglichen oder zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Durchflussmessstelle für Medien mit zumindest einer flüssigen Phase umfassend: ein Coriolis-Messgerät zum Messen eines Massedurchflusses und einer Dichte eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums, wobei das Coriolis-Messgerät mindestens ein Messrohr mit jeweils einem Einlauf und einem Auslauf aufweist; wobei eine Differenzdruck-Messvorrichtung eingerichtet ist zum Erfassen eines Differenzdrucks zwischen einem stromaufwärts zu einem Strömungshindernis, insbesondere dem Coriolis- Messgerät, angeordneten Strömungsbereich und einem stromabwärts zum Strömungshindernis angeordneten Strömungsbereich, weist das Verfahren folgende Schritte auf:
Überprüfen eines Medienzustands mittels des Coriolis-Messgeräts;
- Bei Erkennen eines rein flüssigen Mediums:
Messen einer ersten Dichte des Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts und Speichern eines Messwerts der ersten Dichte; Messen eines ersten Massedurchflusses mittels des Coriolis-Messgeräts;
Bestimmen einer ersten Viskosität des Mediums auf Basis der ersten Dichte, des Differenzdrucks und des ersten Massedurchflusses und Speichern eines Messwerts der ersten Viskosität,
- Bei Erkennen eines gasförmigen Anteils im Medium
Bestimmen einer ersten Reynoldszahl des Mediums mittels
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder einer zweiten Dichte des Mediums gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei Erkennung des gasförmigen Anteils;
- eines zweiten Massedurchflusses gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei Erkennung des gasförmigen Anteils,
Bestimmen eines dritten Massedurchflusses auf Basis des Differenzdrucks und der ersten Reynoldszahl.
Auf diese Weise kann eine Massedurchflussmessung basierend auf einer Differenzdruckmessung korrigiert werden, so dass auch unter schwierigen Bedingungen hinreichend genaue Messwerte erhalten werden.
Beispielsweise bei der Entnahme von Erdöl aus einem Erdölvorkommen kann der Zustand des Mediums schnell schwanken. Unter hohem Druck im Medium gelöste Gase können bei Druckminderung Gasbläschen bilden und somit Größen wie Dichte oder Viskosität des Mediums beeinflussen.
Für den Start des Verfahrens kann der Fachmann bei initialem Vorliegen eines gasförmigen Mediums beispielsweise Anfangswerte für Messwerte der ersten Dichte sowie der ersten Viskosität vorgeben, welche Anfangswerte er beispielsweise durch Abschätzen oder durch Erfahrung oder durch eine physikalische Berechnung gewinnt. Er kann die Durchflussmessstelle auch dazu veranlassen, mit dem Start des Verfahrens zu warten, bis erstmalig ein rein flüssiges Medium vorliegt.
Bei Bestimmen der ersten Reynoldszahl mittels der ersten Viskosität, der ersten Dichte, der zweiten Dichte bzw. des zweiten Massedurchflusses wird auf entsprechende Messwerte zurückgegriffen. Entsprechendes gilt auf für die Bestimmung anderer Messgrößen.
In einer Ausgestaltung werden bei Erkennung des gasförmigen Anteils folgende iterativen Verfahrensschritte durchgeführt: Bestimmen einer zweiten Reynoldszahl mittels
- des dritten Massedurchflusses;
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder der zweiten Dichte,
Speichern eines Messwerts der zweiten Reynoldszahl,
Bestimmen eines dritten Massedurchflusses auf Basis des Differenzdrucks und der zweiten Reynoldszahl und Speichern eines Messwerts des dritten Massedurchflusses.
Durch diese Iteration kann eine Messgenauigkeit weiter erhöht werden.
In einer Ausgestaltung wird die Iteration beendet, sobald ein Betrag einer Differenz aufeinanderfolgender Messwerte des dritten Massedurchflusses oder der zweiten Reynoldszahl einen Grenzwert unterschreitet, wobei der Grenzwert beispielsweise 5%, und insbesondere 2% und bevorzugt 1% eines Mittelwerts der die Differenz bildenden Messwerte oder eines der die Differenz bildenden Messwerte ist.
In einer Ausgestaltung wird der Medienzustand mittels des Coriolis-Messgeräts überprüft, wobei bei der Überprüfung eine Dämpfung von Schwingungen und/oder eine Schwankung einer Resonanzfrequenz von mindestens einem Messrohr des Coriolis-Messgeräts herangezogen wird.
In einer Ausgestaltung wird bei der Dichtemessung eine Resonanzfrequenz von mindestens einem Messrohr des Coriolis-Messgeräts herangezogen.
In einer Ausgestaltung wird bei Erkennung eines gasförmigen Anteils die Dichtemessung anhand eines physikalisch-mathematischen Modells korrigiert, wobei das Modell einen Einfluss von Gasblasen auf die Messung der Mediendichte berücksichtigt.
Die Gasblasen im Medium führen im Messrohr des Coriolis-Messgeräts abhängig unter anderem von einem Gasblasendurchmesser eine Bewegung senkrecht zu einer Messrohrinnenwand in paralleler Richtung zur Messrohrbewegung aus und beeinflussen somit Messwerte hinsichtlich Dichte und Viskosität. Das Modell berücksichtigt die Relativbewegung, somit kann der störende Einfluss der Gasblasen korrigiert werden. Weiteres dazu findet der Fachmann beispielsweise bei H. Zhu, Application of Coriolis Mass Flowmeters in Bubbly and Particulate Two-Phase Flows, Shaker, ISBN 978-3-8322-8216-5, 2009.
In einer Ausgestaltung wird bei Erkennung eines gasförmigen Anteils mittels des Coriolis- Messgeräts eine zweite Dichte des Mediums gemessen, wobei auf Basis der ersten Dichte und der zweiten Dichte ein Verhältnis eines Volumens des gasförmigen Anteils zu flüssigem Anteil bestimmt wird, wobei mittels des Verhältnisses ein Messwert einer Differenzdruckmessung korrigiert wird.
Mittels dieser Korrektur kann dann ein Massedurchfluss korrekt bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung weist die Differenzdruck-Messvorrichtung einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor aufweist, wobei der erste Drucksensor stromaufwärts zum Strömungshindernis angeordnet ist, und wobei der zweite Drucksensor stromabwärts zum Strömungshindernis angeordnet ist, und/oder wobei die Differenzdruck-Messvorrichtung einen Differenzdrucksensor aufweist, welcher einen Differenzdruck einer stromaufwärts gerichteten Seite des Strömungshindernisses und einer stromabwärts gerichteten Seite des Strömungshindernisses erfasst.
Die Differenzdruck-Messvorrichtung kann dabei Bestandteil des Durchflussmessgeräts sein oder ein eigenständiges Messgerät, welches Messwerte des Differenzdrucks an das Durchflussmessgerät übermittelt.
In einer Ausgestaltung stellt eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung des Coriolis-Messgeräts Messwerte des Massedurchflusses bereit und gibt diese aus, wobei bei Erkennung eines rein flüssigen Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts erfasste Messwerte des ersten Massedurchflusses ausgegeben werden, und wobei bei Erkennung eines gasförmigen Anteils im Medium mittels des Differenzdrucks erfasste Messwerte des dritten Massedurchflusses ausgegeben werden.
In einer Ausgestaltung wird ein Einfluss eines statischen Differenzdrucks auf Messwerte des Differenzdrucks korrigiert.
In einer Ausgestaltung wird falls ein Absolutwert des Differenzdrucks einen Grenzwert unterschreitet, ein Massedurchfluss bestimmt mittels des Differenzdrucks auf einen Wert Null gesetzt, wobei der Grenzwert beispielsweise 20 mbar, und insbesondere 10 mbar und bevorzugt 5 mbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 skizziert eine beispielhafte Durchflussmessstelle mit einem Coriolis-Messgerät sowie einem Differenzdruckmessgerät;
Fig. 2 skizziert ein beispielhaftes Coriolis-Messgerät; Fig. 3 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 skizziert eine beispielhafte Durchflussmessstelle 1 umfassend eine medienführende Rohrleitung 2 und ein in der Rohrleitung angeordnetes Coriolis-Messgerät 10 zum Erfassen eines Massedurchflusses sowie einer Dichte des durch die Rohrleitung strömenden Mediums. Des Weiteren weist die Durchflussmessstelle eine Differenzdruck-Messvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, einen Differenzdrucks zwischen einem stromaufwärts zum Coriolis-Messgerät angeordneten Strömungsbereich 3.1 und einem stromabwärts zum Coriolis-Messgerät angeordneten Strömungsbereich 3.2 zu erfassen. Alternativ kann auch ein Differenzdruck über einem anderen Strömungshindernis gemessen werden.
Die Differenzdruck-Messvorrichtung kann wie hier dargestellt stromaufwärts zum Coriolis-Messgerät einen ersten Drucksensor 21.1 und stromabwärts zum Coriolis-Messgerät einen zweiten Drucksensor 21.2 aufweisen. Eine Differenz zwischen Messwerten der Drucksensoren wird als Maß für einen Differenzdruck über dem Coriolis-Messgerät herangezogen. Alternativ oder zusätzlich kann wie hier gezeigt die Differenzdruck-Messvorrichtung einen Differenzdrucksensor 22 aufweisen, welcher in einen Bypasskanal eingesetzt ist und diesen dicht in einen ersten Abschnitt und in einen zweiten Abschnitt trennt. Eine Druckdifferenz kann beispielsweise durch eine Auslenkung einer Membran des Differenzdrucksensors 22 erkannt werden.
Die Differenzdruck-Messvorrichtung kann wie hier dargestellt Teil des Coriolis-Messgeräts sein, wobei Messsignale der Drucksensoren bzw. des Differenzdrucksensors an eine elektronische Mess- /Betriebsschaltung des Coriolis-Messgeräts 10 übermittelt werden, siehe dazu auch Fig. 2. Die Messsignale werden dann von der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung verarbeitet, welche darauf basierend Messwerte des Differenzdrucks erstellt und bereitstellt. Alternativ kann die Differenzdruck-Messvorrichtung auch ein separates Messgerät sein und dazu eingerichtet sein, dem Coriolis-Messgerät Messwerte für den Differenzdruck zu übermitteln.
Fig. 2 zeigt ein Coriolis-Messgerät 1 mit einem Messaufnehmer 10, einer elektronischen Mess- /Betriebsschaltung 20 und einem Gehäuse 30 zum Behausen der elektronischen Mess- /Betriebsschaltung.
Der Messaufnehmer weist zwei Messrohre 11 mit jeweils einem Einlauf 11.1 und einem Auslauf 11.2 auf, welche von einem Trägerkörper 16 gehalten werden. Die Messrohre sind dabei dazu eingerichtet, gegeneinander zu schwingen. Die hier gezeigte Messrohranzahl ist beispielhaft, der Messaufnehmer kann beispielsweise auch nur ein Messrohr oder vier Messrohre aufweisen, welche insbesondere in zwei Messrohrpaaren angeordnet sind, wobei die Messrohre eines Paars dazu eingerichtet sind, gegeneinanderzu schwingen. Der Messaufnehmer weist einen Erreger 14 auf, welcher dazu eingerichtet ist, die Messrohre zum Schwingen anzuregen. Der Messaufnehmer weist zwei Sensoren 15 auf, welche dazu eingerichtet sind, die Messrohrschwingungen zu erfassen. Ein durch die Messrohre strömendes Medium beeinflusst die Messrohrschwingungen in charakteristischer Art und Weise, so dass aus den Messsignalen der Sensoren ein Massedurchfluss und/oder eine Dichte des Mediums und/oder eine Viskosität des Mediums herleitbar ist.
Coriolis-Messgeräte funktionieren sehr gut bei rein flüssigen Medien, welche gegebenenfalls mehrere unterschiedliche Bestandteile mit sich führen, wie beispielsweise ein Öl-Wasser-Gemisch. Bei speziellen Anwendungen wie beispielsweise bei Entnahme von Erdöl aus einem Erdölvorkommen kann das Medium unter anderem einen gasförmigen Anteil in Form von Gasblasen mitführen, welche eine Durchflussmessung mittels des Coriolis-Messgeräts stark erschweren. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in solchen Fällen einen Differenzdruck, welcher über dem Coriolis-Messgerät abfällt, als ein Maß für einen Massedurchfluss heranzuziehen. Dabei wird mittels des Coriolis-Messgeräts während Vorliegen eines rein flüssigen Mediums eine Dichte oder eine Viskosität des Mediums bestimmt, und bei Vorliegen eines gasförmigen Anteils mittels des Differenzdrucks und der Dichte bzw. der Viskosität ein Strömungsparameter bestimmt.
Jedoch ist eine Bestimmung der Dichte bzw. der Viskosität bei Vorliegen eines gasförmigen Anteils oftmals nicht ausreichend genau.
Fig. 3 beschreibt daher ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren, mittels welchem bei einer Durchflussmessstelle auch bei Vorliegen eines gasförmigen Anteils im Medium eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann.
Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:
Überprüfen eines Medienzustands mittels des Coriolis-Messgeräts in einem ersten Verfahrensschritt 101 ;
- Bei Erkennen eines rein flüssigen Mediums:
Messen einer ersten Dichte des Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts und Speichern eines Messwerts der ersten Dichte in einem folgenden Verfahrensschritt 102.1 ;
Messen eines ersten Massedurchflusses mittels des Coriolis-Messgeräts in einem folgenden Verfahrensschritt 102.2;
Bestimmen einer ersten Viskosität des Mediums auf Basis der ersten Dichte, des Differenzdrucks und des ersten Massedurchflusses und Speichern eines Messwerts der ersten Viskosität 102.3 in einem folgenden Verfahrensschritt;
- Bei Erkennen eines gasförmigen Anteils im Medium Bestimmen einer ersten Reynoldszahl des Mediums in einem folgenden Verfahrensschritt 103.1 mittels
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder einer zweiten Dichte des Mediums gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei Erkennung des gasförmigen Anteils;
- eines zweiten Massedurchflusses gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei Erkennung des gasförmigen Anteils, und Bestimmen eines dritten Massedurchflusses auf Basis des Differenzdrucks und der ersten Reynoldszahl in einem folgenden Verfahrensschritt 103.2.
Bei Vorliegen eines gasförmigen Anteils im Medium kann über die Bestimmung des dritten Massedurchflusses mittels der ersten Reynoldszahl und des Differenzdrucks ein tatsächlicher Massedurchfluss besser abgeschätzt werden.
Die Reynoldszahl des Mediums wirkt sich auf ein Strömungsprofil des Mediums im Messrohr des Coriolis-Messgeräts aus. Ein gasförmiger Anteil in Form von Gasblasen wirkt sich auf die Reynoldszahl und somit auf das Strömungsprofil aus und muss daher bei Bestimmung des dritten Massedurchflusses berücksichtigt werden. Eine Beziehung zwischen den Größen Reynoldszahl Re, Strömungsgeschwindigkeit v, Dichte des Mediums p und erste Viskosität h (eine dynamische Viskosität) ist gegeben durch:
Re = mit d als Durchmesser des Messrohrs. h
Es ist dabei von großem Vorteil, wenn die erste Viskosität nicht mittels des Coriolis-Messgeräts, sondern erfindungsgemäß mittels des Differenzdrucks bestimmt wird. Bereits ein sehr geringer gasförmiger Anteil in Form von kleinen Gasbläschen kann zu einer nennenswerten Beeinflussung einer Viskositätsmessung per Coriolis-Messgerät führen, ohne dass das Vorliegen des sehr geringen gasförmigen Anteils erkannt wird. In diesem Fall wäre eine Massedurchflussmessung mittels Differenzdruck stark verfälscht.
Bei der Überprüfung des Medienzustands mittels des Coriolis-Messgeräts wird beispielsweise eine Dämpfung von Schwingungen und/oder eine Schwankung einer Resonanzfrequenz von mindestens einem Messrohr 11 des Coriolis-Messgeräts herangezogen. Beispielsweise kann zur Unterscheidung zwischen rein flüssigem Medium und Medium mit Gasblasen ein Grenzwert einer per Schwingungsdämpfung gemessenen Viskosität herangezogen werden. Eine Viskosität einer Flüssigkeit weist üblicherweise einen Wert innerhalb eines bestimmten Wertebereichs auf. Bei Messwerten außerhalb des Wertebereichs kann daher ein Vorliegen von Gasblasen erkannt werden.
Zwecks Verbesserung der Messgenauigkeit des Massedurchflusses können bei Erkennung eines gasförmigen Anteils folgende iterative Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Bestimmen einer zweiten Reynoldszahl 104.1 mittels
- des dritten Massedurchflusses;
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder der zweiten Dichte, und Speichern eines Messwerts der zweiten Reynoldszahl,
Bestimmen eines dritten Massedurchflusses 104.2 auf Basis des Differenzdrucks und der zweiten Reynoldszahl und Speichern eines Messwerts des dritten Massedurchflusses.
Wiederholen der beiden Verfahrensschritte führt zu einer Konvergenz von Iterationswerten des dritten Massedurchflusses.
Die Iteration kann beispielsweise beendet werden, sobald ein Betrag einer Differenz aufeinanderfolgender Messwerte des dritten Massedurchflusses oder der zweiten Reynoldszahl einen Grenzwert unterschreitet, wobei der Grenzwert beispielsweise 5%, und insbesondere 2%, und bevorzugt 1% eines Mittelwerts der die Differenz bildenden Messwerte oder eines der die Differenz bildenden Messwerte ist, oder die Iteration kann beispielsweise beendet werden, wenn eine maximale Zeitdauer abgelaufen ist, wobei die maximale Zeitdauer beispielsweise durch einen Zeitabstand zwischen zwei Messwerten des Massedurchflusses begrenzt ist.
Zwecks Verbesserung der Messgenauigkeit kann ein Einfluss eines statischen Differenzdrucks auf Messwerte des Differenzdrucks korrigiert werden. Bei Kenntnis einer Einbausituation des Coriolis- Messgeräts sowie des Druckdifferenz-Messgeräts in der Rohrleitung, insbesondere bei Kenntnis einer Inklination gegenüber einer Waagerechten kann mittels Mediendichte und beispielsweise einem Abstand der Drucksensoren ein statischer Differenzdruck berechnet und bei der Bestimmung von Messwerten des dritten Massedurchflusses berücksichtigt werden.
Falls ein Absolutwert des Differenzdrucks gegebenenfalls bereinigt um den statischen Differenzdruck einen Grenzwert unterschreitet, kann ein Massedurchfluss bestimmt mittels des Differenzdrucks auf einen Wert Null gesetzt werden, wobei der Grenzwert beispielsweise 20 mbar, und insbesondere 10 mbar und bevorzugt 5 mbar ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein festgestellter Differenzdruck in der Größenordnung einer Messunsicherheit als ein Massedurchfluss gewertet wird.
Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 12 des Coriolis-Messgeräts stellt dabei Messwerte des Massedurchflusses bereit und gibt diese aus, wobei bei Erkennung eines rein flüssigen Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts erfasste Messwerte des ersten Massedurchflusses ausgegeben werden, und wobei bei Erkennung eines gasförmigen Anteils im Medium mittels des Differenzdrucks erfasste Messwerte des dritten Massedurchflusses ausgegeben werden.
Bezugszeichenliste
1 Durchflussmessstelle
2 Rohrleitung
3.1 stromaufwärts angeordneter Strömungsbereich 3.2 stromabwärts angeordneter Strömungsbereich
10 Coriolis-Messgerät
11 Messrohr
11.1 Einlauf 11.2 Auslauf 12 elektronische Mess-/Betriebsschaltung
13 Gehäuse
14 Erreger
15 Sensor
16 Trägerkörper 19 elektrische Verbindungsleitung
20 Differenzdruck-Messvorrichtung 21.1 erster Drucksensor 21.2 zweiter Drucksensor 22 Differenzdrucksensor 100 Verfahren 101 Überprüfen eines Medienzustands 102.1 Messen einer ersten Dichte 102.2 Messen eines ersten Massedurchflusses
102.3 Bestimmen einer ersten Viskosität

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (100) zum Betreiben einer Durchflussmessstelle (1) für Medien mit zumindest einer flüssigen Phase umfassend: ein Coriolis-Messgerät (10) zum Messen eines Massedurchflusses und einer Dichte eines durch eine Rohrleitung (2) strömenden Mediums, wobei das Coriolis-Messgerät mindestens ein Messrohr (11) mit jeweils einem Einlauf (11.1) und einem Auslauf (11 .2) aufweist; wobei eine Differenzdruck-Messvorrichtung (20) eingerichtet ist zum Erfassen eines Differenzdrucks zwischen einem stromaufwärts zu einem Strömungshindernis, insbesondere dem Coriolis- Messgerät, angeordneten Strömungsbereich (3.1) und einem stromabwärts zum Strömungshindernis angeordneten Strömungsbereich (3.2), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Überprüfen eines Medienzustands mittels des Coriolis-Messgeräts (101);
- Bei Erkennen eines rein flüssigen Mediums:
Messen einer ersten Dichte des Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts und Speichern eines Messwerts der ersten Dichte (102.1);
Messen eines ersten Massedurchflusses mittels des Coriolis-Messgeräts (102.2);
Bestimmen einer ersten Viskosität des Mediums auf Basis der ersten Dichte, des Differenzdrucks und des ersten Massedurchflusses und Speichern eines Messwerts der ersten Viskosität (102.3), - Bei Erkennen eines gasförmigen Anteils im Medium
Bestimmen einer ersten Reynoldszahl des Mediums (103.1) mittels
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder einer zweiten Dichte des Mediums gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei Erkennung des gasförmigen Anteils; - eines zweiten Massedurchflusses gemessen mittels des Coriolis-Messgeräts bei
Erkennung des gasförmigen Anteils,
Bestimmen eines dritten Massedurchflusses auf Basis des Differenzdrucks und der ersten Reynoldszahl (103.2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei bei Erkennung des gasförmigen Anteils folgende iterativen Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Bestimmen einer zweiten Reynoldszahl (104.1) mittels - des dritten Massedurchflusses;
- der ersten Viskosität;
- der ersten Dichte und/oder der zweiten Dichte, und Speichern eines Messwerts der zweiten Reynoldszahl,
Bestimmen eines dritten Massedurchflusses (104.2) auf Basis des Differenzdrucks und der zweiten Reynoldszahl und Speichern eines Messwerts des dritten Massedurchflusses.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Iteration beendet wird, sobald ein Betrag einer Differenz aufeinanderfolgender Messwerte des dritten Massedurchflusses oder der zweiten Reynoldszahl einen Grenzwert unterschreitet, wobei der Grenzwert beispielsweise 5%, und insbesondere 2% und bevorzugt 1% eines Mittelwerts der die Differenz bildenden Messwerte oder eines der die Differenz bildenden Messwerte ist.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Medienzustand mittels des Coriolis-Messgeräts (10) überprüft wird, wobei bei der Überprüfung eine Dämpfung von Schwingungen und/oder eine Schwankung einer Resonanzfrequenz von mindestens einem Messrohr (11) des Coriolis-Messgeräts herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei bei der Dichtemessung eine Resonanzfrequenz von mindestens einem Messrohr (11) des Coriolis-Messgeräts (10) herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei Erkennung eines gasförmigen Anteils die Bestimmung der zweiten Mediendichte anhand eines physikalisch-mathematischen Modells korrigiert wird, wobei das Modell eine Bewegung von Gasblasen relativ zu einer Messrohrwandung in einer Messrohrschwingungsrichtung berücksichtigt.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei bei Erkennung eines gasförmigen Anteils mittels des Coriolis-Messgeräts (10) eine zweite Dichte des Mediums gemessen wird, wobei auf Basis der ersten Dichte und der zweiten Dichte ein Verhältnis eines Volumens des gasförmigen Anteils zu flüssigem Anteil bestimmt wird, wobei mittels des Verhältnisses ein Messwert einer Differenzdruckmessung korrigiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Differenzdruck-Messvorrichtung (20) einen ersten Drucksensor (21.1) und einen zweiten Drucksensor (21.1) aufweist, wobei der erste Drucksensor stromaufwärts zum Strömungshindernis angeordnet ist, und wobei der zweite Drucksensor stromabwärts zum Strömungshindernis angeordnet ist, und/oder wobei die Differenzdruck-Messvorrichtung einen Differenzdrucksensor (22) aufweist, welcher einen Differenzdruck einer stromaufwärts gerichteten Seite des Strömungshindernisses und einer stromabwärts gerichteten Seite des Strömungshindernisses erfasst.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) des Coriolis-Messgeräts Messwerte des Massedurchflusses bereitstellt und ausgibt, wobei bei Erkennung eines rein flüssigen Mediums mittels des Coriolis-Messgeräts erfasste Messwerte des ersten Massedurchflusses ausgegeben werden, und wobei bei Erkennung eines gasförmigen Anteils im Medium mittels des Differenzdrucks erfasste Messwerte des dritten Massedurchflusses ausgegeben werden, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung insbesondere in einem Gehäuse (13) des Coriolis- Messgeräts angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Einfluss eines statischen Differenzdrucks auf Messwerte des Differenzdrucks korrigiert wird.
11 . Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei falls ein Absolutwert des Differenzdrucks einen Grenzwert unterschreitet, ein Massedurchfluss bestimmt mittels des Differenzdrucks auf einen Wert Null gesetzt wird, wobei der Grenzwert beispielsweise 20 mbar, und insbesondere 10 mbar und bevorzugt 5 mbar ist.
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