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.