US-Durchflussmessgerät für Biogas-Anwendungen

Die Durchflussmessung von Biogas birgt aufgrund des niedrigen Drucks und kleinen Durchflussraten sowie Änderungen in der Gaszusammensetzung einige Herausforderungen: Biogas enthält je nach Rohstoff und Prozess 50-70 Vol.-% Methan. Der restliche Teil besteht aus CO2 (30-50 Vol.-%) und kleinen Mengen H2S, O2 und N2. Während das Gas in der Folge auf 100 mbarg verdichtet werden kann, beträgt der Druck bei der Messung von rohem Biogas, d. h. unmittelbar nach der Vergärung, meist nur 50-60 mbarg. Dieses Biogas ist zugleich mit Wasser gesättigt, bei Abkühlung kann 5-6 Vol.-% freies flüssiges Wasser in der Rohrleitung auftreten. Der Temperaturbereich in dieser Anwendung reicht von etwas über Umgebungstemperatur bis 50°C / 122°F. Rückflüsse können auftreten, auch die Anlagerung von Bakterienund im Durchflussmessgerät (Scaling) ist möglich. Zudem können die Prozessbedingungen variieren – wird die Messung beispielsweise direkt nach der Fermentation durchgeführt, kann es zu plötzlichen Temperaturstürzen kommen, wenn dem Fermentationstank neuer Schlamm zugeführt wird.

Verschiedene Durchflussmessprinzipien getestet
Verschiedene Durchflussmessprinzipien wurden für diese Rohbiogas-Anwendungen getestet: Während Differenzdruck-Durchflussmessgeräte (Messblenden) aufgrund des hohen Druckverlusts nicht zum Einsatz kommen, haben Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte mit sehr niedrigen Drücken und Durchflussgeschwindigkeiten zu kämpfen und thermische Masse-Durchflussmessgeräte sind empfindlich gegenüber Wasser im Gas. Ultraschall ist das einzige Prinzip, das Rückfluss misst, jedoch werden die Schallsignale durch CO2 und einen hohen Wasseranteil stark gedämpft. In Kombination mit einem hohen Preis im Verhältnis zu anderen Messprinzipien werden Ultraschall-Durchflussmessgeräte daher für Biogas-Anwendungen bislang nur eingeschränkt verwendet.

Stärkeres Ultraschallsignal
Der Optisonic 7300 Biogas wurde eigens entwickelt, um die Einschränkungen des Ultraschall-Messprinzips in Biogas-Anwendungen zu überwinden: Seine Signalwandler übertragen ein stärkeres Ultraschallsignal in das Gas und die spezielle Signalverarbeitung ermöglicht eine bessere Erkennung von kleinen, stark gedämpften Schallsignalen. Das mechanische Design der Signalwandler und der Signalwandler-Taschen machen die Messung zudem unempfindlich gegenüber flüssigen Wasseranteilen und biologischem Scaling. Der Messwertaufnehmer des Optisonic 7300 Biogas hat keine Einschnürung und kommt ohne bewegliche Teile aus. Da in Wasser gelöstes H2S eine korrosive Lösung ergibt, sind das Messrohr aus Edelstahl der Güteklasse 1.4404/316L und die Signalwandler aus Nace-zugelassenem Titan Grad 29 gefertigt, um eine optimale Korrosionsbeständigkeit zu garantieren. Der Optisonic 7300 Biogas verfügt über Losflansche, um das Gesamtgewicht zu verringern, da Biogas keine hohen Drücke aufweist und das Gerät teilweise in Rohrleitungen aus Kunststoff eingesetzt wird. Mit Luftkalibrierung beträgt die Messgenauigkeit 1 % des gemessenen Durchflusses bei 1 m/s / 3,28 ft/s Durchflussgeschwindigkeit. Wenn eine Genauigkeit von 2% ausreichend ist, kann die Trockenkalibrierung als Alternative zu einem wesentlich niedrigeren Preis gewählt werden.

Integrierter Temperatursensor
Da der Methananteil in Biogas variieren kann, ist es für den Betrieb einer Biogasanlage möglicherweise notwendig, den genauen Anteil zu kennen – z. B. wenn es als Kraftstoff für Gasmotoren in einer KWK-Anlage verwendet wird. Der Optisonic 7300 Biogas ist mit einem integrierten Temperatursensor ausgestattet, der in Kombination mit der gemessenen Schallgeschwindigkeit die direkte Messung des Methananteils über die Berechnung der molaren Masse ermöglicht. Der Optisonic 7300 Biogas bietet auch die Berechnung des Normvolumens mit Hilfe eines separaten Drucksensors. Die Elektronik umfasst Diagnosefunktionen zur Validierung der Funktionen von Durchflussmessgerät und Prozess. Zur Übertragung der Messwerte stehen 4…20mA- und Pulsausgänge zur Verfügung. Inbegriffen sind auch Hart und Modbus (optional) für die Feldkommunikation. Der Optisonic 7300 Biogas ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 1) zertifiziert und ist in den gängigen Nennweiten DN50, 80, 100, 150, 200 / 2, 3, 4, 6 und 8" verfügbar.