Fehlerbehebung bei Durchflussmessern: Auswirkungen der Installation, Änderungen der Prozessbedingungen, Kalibrierungsdrift und Sediment-/Kontaminationsdiagnose

1. Problem und Umfang

Dieses Handbuch dient der Diagnose und Fehlerbehebung bei ungenauen oder fehlenden Messwerten von Flüssigkeits- und Gasdurchflussmessern in Industrieanlagen. Messfehler können zu erheblichen Betriebsverlusten, suboptimaler Prozesskontrolle, Produktinkonsistenzen und erhöhten Energiekosten führen. Das Handbuch deckt ein breites Spektrum an Durchflussmessertypen ab, darunter elektromagnetische, Coriolis-, Ultraschall-, Wirbel- und Differenzdruckmesser, da die Grundursachen vieler Fehler unabhängig vom Funktionsprinzip gemeinsam sind.

Die wichtigsten betrachteten Symptome sind:

• Instabile oder schwankende Durchflusswerte.
• Anhaltend hohe oder niedrige Durchflusswerte, die nicht den erwarteten Prozessbedingungen entsprechen.
• Kein Messwert oder Sensorfehler.
• Inkonsistenz der Messwerte des Durchflussmessers mit anderen Geräten oder der Materialbilanz.

Schweregradeinteilung:

• Kritisch: Völliges Fehlen von Messwerten oder unkontrollierte Schwankungen, die sich direkt auf die Sicherheit oder Produktqualität auswirken oder zu Produktionsstopps führen. Erfordert sofortiges Eingreifen.
• Schwerwiegend: Anhaltende Abweichungen der Messwerte über akzeptable Standards hinaus (z. B. mehr als ±5 % des Sollwerts), was zu erheblichen Effizienzverlusten oder Produktausfällen führt. Muss dringend korrigiert werden.
• Geringfügig: Leichte, aber anhaltende Abweichungen in den Messwerten (z. B. ± 1–3 % des Sollwerts), die ein Hinweis auf eine Fehlfunktion im Frühstadium oder eine Kalibrierungsabweichung sein können. Erfordert eine geplante Diagnose und Kalibrierung.

2. Sicherheitsmaßnahmen

⚠ SICHERHEITSWARNUNG ⚠
Bevor Sie mit Arbeiten am Durchflussmesser oder zugehörigen Geräten beginnen, stellen Sie sicher, dass alle Lockout/Tagout-Verfahren (LOTO) gemäß den Standards DSTU EN 1030-1 und unternehmensinternen Anweisungen durchgeführt werden. Stellen Sie sicher, dass alle Stromquellen (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) getrennt und gesperrt sind. Überprüfen Sie das System auf Restenergie, einschließlich Druck, heiße Flüssigkeiten und mechanische Belastung. Verwenden Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA): Schutzbrille, Handschuhe, Overall, Sicherheitsschuhe. Verwenden Sie beim Arbeiten mit aggressiven oder brennbaren Medien zusätzliche persönliche Schutzausrüstung wie Schutzmasken und chemikalienbeständige Handschuhe. Arbeiten in explosionsgefährdeten Umgebungen sollten mit eigensicherer Ausrüstung und in Übereinstimmung mit den Protokollen ATEX / DSTU EN 60079 durchgeführt werden.

3. Notwendige Diagnosetools

Eine wirksame Diagnose erfordert den Einsatz spezieller Werkzeuge. Stellen Sie sicher, dass alle Instrumente kalibriert und in einwandfreiem Zustand sind.

4. Checkliste für die Erstbewertung

Führen Sie vor Beginn einer detaillierten Diagnose eine Sichtprüfung durch und sammeln Sie Informationen über den Verlauf der Störung. Dies wird dazu beitragen, die möglichen Ursachen einzugrenzen.

5. Systematischer Diagnosealgorithmus

Der angegebene Algorithmus bietet eine logische Abfolge von Schritten zur Identifizierung und Eingrenzung einer Fehlfunktion, beginnend mit den einfachsten und häufigsten Ursachen.

1. Überprüfen Sie die Rahmenbedingungen und die Stromversorgung:
   • Symptom: Messgerät schaltet sich nicht ein, kein Messwert, Stromausfall.
   • Aktion:
   1. Check for supply voltage at the meter terminals with a multimeter.
      Expected: 24V DC (±5%) or 230V AC (±10%) depending on the model.
      If it does not match:
   • Überprüfen Sie den Leistungsschalter im Schaltschrank.
   • Überprüfen Sie die Unversehrtheit des Stromkabels (Widerstand weniger als 1 Ohm pro Ader).
   • Überprüfen Sie die Stromversorgung oder den Transformator.
   • Wahrscheinliche Ursache: Kein Strom oder fehlerhaftes Netzteil.
   2. Überprüfen Sie die Integrität der Sicherungen am Messgerät (falls vorhanden).
      Wenn durchgebrannt: Ersetzen Sie diese durch eine Sicherung mit identischem Nennwert und testen Sie sie erneut.
2. Output diagnosis:
   • Symptom: The meter turns on, but the readings on the control panel are incorrect or absent, while the local display shows normal values.
   • Aktion:
   1. Disconnect the signal cable from the input of the control system and connect the technological calibrator to the output of the meter (4-20 mA or 0-10 V).
      Expected: The signal corresponds to the local readings of the meter.
      If it does not correspond:
   • Überprüfen Sie die Ausgabeeinstellungen im Messgerätmenü.
   • Wahrscheinliche Ursache: Fehlerhafte Zählerausgangsplatine oder falsche Konfiguration.
   2. If the output signal from the meter is correct, check the signal cable for integrity and no short circuit.
      Expected: Resistance less than 1 ohm per core, no short circuit between cores and ground.
      If faulty: Replace the cable.
   3. Überprüfen Sie das ACS-Eingangsmodul.
      Wahrscheinliche Ursache: Fehlfunktion des ACS-Eingangsmoduls.
3. Analysis of the influence of installation and process conditions:
   • Symptom: Unstable, fluctuating or persistently incorrect readings, despite the electronics being functional.
   • Aktion:
   1. Inspection of a straight section of pipeline:
      • Inspection: Visually check the length of the straight section before and after the meter. Für die meisten Messgeräte (insbesondere Wirbel- und elektromagnetische Messgeräte) sind gerade Abschnitte mit 5–10 Rohrdurchmessern davor und 3–5 Rohrdurchmessern danach erforderlich.
      • Wenn nicht genug:
      • Wahrscheinliche Ursache: Verletzung des Strömungsprofils (Turbulenzen, Wirbel).
      • Lösung: Installieren Sie Durchflussausgleicher oder stellen Sie das Messgerät um.
   2. Prüfung auf Luft/Gas in Flüssigkeit:
      • Übersicht: Bei elektromagnetischen Messgeräten und Ultraschallmessgeräten kann das Vorhandensein von Luftblasen oder Gaseinschlüssen die Messwerte verfälschen.
      • Wenn erkannt:
      • Wahrscheinliche Ursache: Falscher Installationspunkt (Oberseite der Rohrleitung), Kavitation, unvollständige Rohrfüllung.
      • Lösung: Bringen Sie das Messgerät wieder am vollständig gefüllten Abschnitt an (Unterseite des vertikalen Rohrs, horizontaler Abschnitt unter Druck). Sorgen Sie für eine ausreichende Entlüftung des Systems.
   3. Pipeline-Vibrationsprüfung:
      • Aktion: Verwenden Sie einen Vibrationsanalysator, um Vibrationen am Messgerät und angrenzenden Rohrabschnitten zu messen.
        Schwellenwert: Vibrationen von mehr als 5 mm/s RMS (bis zu 1 kHz) können die Genauigkeit beeinträchtigen.
      • Wenn hoch:
      • Wahrscheinliche Ursache: Betrieb von Pumpen, Kompressoren, Rohrleitungsresonanz.
      • Lösung: Vibrationsisolierende Stützen und flexible Einsätze installieren; Überprüfen Sie den Ausgleich der Pumpen.
   4. Erdungsprüfung des Messgeräts:
      • Aktion: Überprüfen Sie den Erdungswiderstand des Messgeräts.
        Erwartet: Erdungswiderstand weniger als 10 Ohm gemäß DSTU EN 50522.
        Wenn hoch:
      • Wahrscheinliche Ursache: Schlechter Erdungskontakt, Korrosion des Erdungsleiters.
      • Lösung: Reinigen Sie die Kontaktpunkte und prüfen Sie die Integrität des Erdungskreises.
4. Diagnose von Ablagerungen und Verschmutzung:
   • Symptom: Allmählicher Abfall der Messwerte, Änderung der Messwerte nach Systemreinigung, Änderung des Strömungsprofils.
   • Aktion:
   1. Sichtprüfung der inneren Oberfläche (wenn möglich und sicher):
      ⚠ WARNUNG: Führen Sie unbedingt LOTO durch und dekomprimieren/entleeren Sie, bevor Sie die Rohrleitung öffnen!
      Wenn gefunden: Ablagerungen auf Elektroden (elektromagnetisch), Sensoren (Coriolis, Wirbel), Innenwänden.
      Wahrscheinliche Ursache: Ablagerungen, Verschmutzung, Korrosion.
   2. Rohrwanddicke mit einem Ultraschall-Dickenmessgerät messen:
      Aktion: Die gemessene Dicke mit der Konstruktions- oder Referenzdicke vergleichen.
      Bei Unstimmigkeiten:
   • Wahrscheinliche Ursache: Innere Korrosion oder Ablagerungen.
   • Lösung: Führen Sie eine chemische oder mechanische Reinigung durch.
5. Diagnose der Kalibrierungsdrift:
   • Symptom: Ständige Messwertabweichung, die nicht durch andere Gründe erklärt werden kann.
   • Aktion:
   1. Vergleich mit einem Referenzmessgerät:
      Maßnahme: Installieren Sie ein tragbares Ultraschall-Durchflussmessgerät (Überkopf) oder ein temporäres Referenzmessgerät in Reihe.
      Erwartet: Die Messwerte sollten innerhalb der Fehlertoleranz beider Instrumente übereinstimmen (z. B. ±1 %).
      Bei erheblicher Abweichung:
   • Wahrscheinliche Ursache: Abweichung der Messgerätekalibrierung, mechanischer Verschleiß, Sensorschaden.
   • Lösung: Führen Sie eine Laborkalibrierung durch oder tauschen Sie das Messgerät aus.

6. Störungsursachenmatrix

7. Analyse der Grundursachen jeder Fehlfunktion

Ein tiefes Verständnis der Grundursachen ist entscheidend, um Wiederholungsausfälle zu verhindern.

7.1. Fehler bei der Installation

• Warum es auftritt: Nichteinhaltung der Herstelleranforderungen hinsichtlich der Länge der geraden Abschnitte der Rohrleitung vor und nach dem Zähler (gemäß ISO 5167, EN ISO 5167-1). Normalerweise beträgt dieser 5-10D (Durchmesser) vorher und 3-5D danach. Falsche Ausrichtung (z. B. Installation eines elektromagnetischen Messgeräts am höchsten Punkt einer horizontalen Rohrleitung, wo sich Luft ansammeln kann). Eine unzureichende oder fehlende Erdung führt insbesondere bei elektromagnetischen Messgeräten zu elektrischen Störungen. Übermäßige Vibrationen von Pumpen, Kompressoren oder anderen Geräten können auf das Messgerät übertragen werden und dessen mechanische Komponenten (z. B. Coriolis, Wirbel) beeinträchtigen.
• So bestätigen Sie: Sichtprüfung der Installation, Messung des Erdungswiderstands (weniger als 10 Ohm), Verwendung eines Vibrationsanalysators (Vibration < 5 mm/s RMS für die meisten Anwendungen). Einsatz eines tragbaren Ultraschall-Durchflussmessers zum Vergleich von Messwerten im Bereich möglicher Strömungsprofilverletzungen.
• Schäden, wenn sie ungelöst bleiben: Ständig ungenaue Messungen, die zu einer suboptimalen Prozesssteuerung, einem übermäßigen Verbrauch von Rohstoffen oder Energie und Ausfällen aufgrund übermäßiger Vibrationen führen.

7.2. Änderungen der Prozessbedingungen

• Ursachen: Änderungen der Temperatur, des Drucks, der Dichte, der Viskosität oder der Zusammensetzung des Mediums, die außerhalb des Betriebsbereichs oder der Kompensation des Messgeräts liegen. Das Vorhandensein von Gas-/Luftblasen in der Flüssigkeit oder den suspendierten Partikeln. Kavitation oder Verdunstung in der Rohrleitung. Durchflusspulsationen durch Pumpen oder schnelles Öffnen/Schließen von Ventilen.
• So bestätigen Sie: Überwachung der Prozessparameter (Temperatur, Druck) mithilfe von Referenzgeräten. Umweltqualitätsanalyse (Laboranalyse, Sichtprüfung). Mithilfe eines Oszilloskops die Welligkeit des Ausgangssignals des Messgeräts analysieren.
• Schäden, wenn sie ungelöst bleiben: Falsche Dosierung von Komponenten, die die Produktqualität beeinträchtigen, Schäden an der Ausrüstung durch Kavitation, erhöhte Betriebskosten.

7.3. Driftkalibrierung

• Warum es auftritt: Natürliche Alterung der Messgerätekomponenten (Sensoren, Elektronik), Einwirkung extremer Temperaturen, Druck, Vibration oder chemische Aggression der Umgebung. Mechanischer Verschleiß, Erosion der Innenflächen oder Veränderungen der Sensoreigenschaften im Laufe der Zeit. Zum Beispiel eine Änderung der Magnetisierung bei elektromagnetischen Messgeräten oder eine Änderung der Rohrsteifigkeit bei Coriolis-Messgeräten.
• So bestätigen Sie: Vergleich der Messwerte mit einem Referenzmessgerät oder Laborkalibrierung mit einem nach DSTU ISO/IEC 17025 zertifizierten Kalibrierstand. Abweichung der Messwerte von der Referenz überschreitet den zulässigen Fehler (z. B. ±0,5–1 % des Messwerts).
• Schade, wenn es ungelöst bleibt: Ständige systematische Messfehler, die zu fehlerhafter Buchführung, übermäßigem Ressourcenverbrauch oder Nichteinhaltung von Standards durch Produkte führen.

7.4. Ablagerung und Verschmutzung

• Warum es auftritt: Ansammlung von Feststoffpartikeln, Ablagerungen, biologischen Ablagerungen, Korrosionsprodukten oder Polymeren auf den Innenflächen des Messgeräts und/oder der Rohrleitung. Bei elektromagnetischen Messgeräten kann es sich um eine Isolierschicht auf den Elektroden handeln. Für Coriolis und Wirbel – eine Änderung der Geometrie des Strömungskanals.
• So bestätigen Sie: Visuelle Inspektion der Innenteile nach der Demontage (⚠ nach LOTO und Dekompression!), Messung der Dicke der Rohrleitungswände mit einem Ultraschall-Dickenmessgerät, Analyse des Prozessverlaufs und der Zusammensetzung des Mediums. Eine Wärmebildkamera kann Bereiche mit ungleichmäßigem Wärmeaustausch aufgrund von Ablagerungen erkennen.
• Schäden, wenn sie nicht behoben werden: Verringerung der Messeffizienz, Erhöhung des hydraulischen Widerstands des Systems, Erhöhung des Energieverbrauchs, vollständige Blockierung des Strömungskanals, Beschädigung der Sensoren.

8. Schritt-für-Schritt-Entfernungsverfahren

Nachfolgend finden Sie Fehlerbehebungsverfahren für typische Grundursachen.

8.1. Wiederherstellung der Stromversorgung und der elektrischen Verbindungen

1. ⚠ FÜHREN SIE DAS LOTO-VERFAHREN DURCH! ⚠
2. Überprüfen Sie alle Leistungsschalter, Sicherungen und Relais im Zusammenhang mit dem Stromkreis des Messgeräts. Ersetzen Sie durchgebrannte Sicherungen durch neue mit identischem Nennwert.
3. Überprüfen Sie die Spannung an den Eingangsklemmen des Messgeräts mit einem Multimeter (z. B. 24 V DC oder 230 V AC).
4. Überprüfen Sie die Signalkabel auf Unversehrtheit (Widerstand < 1 Ohm pro Ader) und auf Kurzschlüsse.
5. Überprüfen Sie die Qualität der Erdung des Messgeräts und der Abschirmung der Kabel. Der Erdungswiderstand sollte weniger als 10 Ohm betragen. Reinigen Sie die Erdungskontakte von Korrosion und Schmutz.
6. Stellen Sie die Stromversorgung wieder her, indem Sie sichere Startverfahren befolgen.
7. Überprüfen Sie die Messwerte.

8.2. Anpassen des Montageeffekts

1. ⚠ FÜHREN SIE DAS LOTO-VERFAHREN DURCH! ⚠ Ggf. Rohrleitung entleeren.
2. Bei unzureichenden geraden Abschnitten:
• Erwägen Sie die Installation von Durchflussausgleichern (wie Platten oder Rohren) vor dem Messgerät.
• Wenn möglich, platzieren Sie das Messgerät an einem Ort, an dem die Anforderungen für gerade Abschnitte erfüllt sind (5-10D vorher, 3-5D danach).
3. Bei Fehlausrichtung oder Lufteinschlüssen:
• Installieren Sie Flüssigkeitszähler in einem vollständig gefüllten Abschnitt (z. B. in einem vertikalen Rohr mit Aufwärtsströmung oder in einem horizontalen Abschnitt mit vollständiger Füllung).
• Installieren Sie Luftfallen oder Entlüfter vor dem Messgerät, wenn das Problem mit Luftblasen systematisch ist.
4. Bei übermäßiger Vibration:
• Isolieren Sie das Messgerät mit flexiblen Einsätzen oder Vibrationsisolationsstützen von Vibrationsquellen.
• Überprüfen Sie den Ausgleich der Pumpen und die Befestigung der Rohrleitung.
5. Führen Sie nach den Änderungen eine Dichtheitsprüfung durch (sofern die Rohrleitung demontiert wurde) und setzen Sie den Vorgang fort.
6. Überprüfen Sie die Messwerte und deren Stabilität.

8.3. Entfernung von Ablagerungen und Verschmutzungen

1. ⚠ MACHEN SIE DAS LOTO- UND DEKOMPRESSIONSVERFAHREN! ⚠ Entwässerung der Umwelt.
2. Entfernen Sie den Durchflussmesser aus der Rohrleitung.
3. Mechanische Reinigung: Reinigen Sie Innenflächen, Elektroden (für elektromagnetische Geräte) oder Sensoren vorsichtig von Ablagerungen mit einer weichen Bürste, einem Kunststoffschaber und geeigneten Lösungsmitteln, die die Materialien des Messgeräts nicht beschädigen. Verwenden Sie KEINE Metallwerkzeuge, die empfindliche Oberflächen beschädigen können!
4. Chemische Reinigung: Verwenden Sie spezielle Waschlösungen, wenn eine mechanische Reinigung nicht möglich oder unwirksam ist. Befolgen Sie beim Umgang mit Chemikalien die Anweisungen und Sicherheitsvorkehrungen des Herstellers.
5. Spülen Sie das Messgerät nach der Reinigung gründlich mit klarem Wasser (oder einem geeigneten Lösungsmittel) ab und prüfen Sie es auf Rückstände.
6. Installieren Sie das Messgerät mit neuen Dichtungen wieder im Rohr.
7. Führen Sie eine Dichtheitsprüfung durch und starten Sie den Vorgang neu.
8. Überprüfen Sie die Messwerte und deren Richtigkeit. Es wird empfohlen, nach der Reinigung eine Kalibrierung durchzuführen.

8.4. Kalibrierung und Austausch des Messgeräts

1. ⚠ MACHEN SIE DAS LOTO- UND DEKOMPRESSIONSVERFAHREN! ⚠ Entwässerung der Umwelt.
2. Wenn die Diagnose eine Kalibrierungsabweichung anzeigt:
• Zerlegen Sie das Messgerät.
• Senden Sie das Messgerät zur Kalibrierung und zum Erhalt eines Konformitätszertifikats (gemäß DSTU ISO/IEC 17025) an ein zertifiziertes Messlabor.
• Wenn bei der Kalibrierung Abweichungen auftreten, die über akzeptable Grenzen hinausgehen und eine Anpassung nicht möglich ist, sollten Sie einen Austausch des Messgeräts in Betracht ziehen.
3. Zähleraustausch:
• Wählen Sie ein neues Messgerät, das den Prozessspezifikationen entspricht und über ein aktuelles Kalibrierzertifikat (CE, UkrSEPRO) verfügt.
• Installieren Sie den neuen Zähler unter Einhaltung aller Installationsanforderungen.
• Führen Sie eine Funktionsprüfung und einen Vergleich der Messwerte mit anderen Geräten im System durch.

9. Vorsichtsmaßnahmen

Durch den Einsatz vorbeugender Maßnahmen wird die Wahrscheinlichkeit von Störungen deutlich reduziert und die Lebensdauer von Durchflussmessern erhöht.

10. Ersatzteile und Komponenten

Für eine schnelle Fehlerbehebung ist die Verfügbarkeit von Ersatzteilen von entscheidender Bedeutung. Bitte beachten Sie, dass bei den meisten modernen Durchflussmessern kein Austausch einzelner Komponenten (außer Elektronik oder Dichtungen) erforderlich ist und häufig der gesamte Zähler ausgetauscht werden muss.

Um hochwertige Ersatzteile und neue Messgeräte zu bestellen, die allen Standards (ISO, EN, DSTU) entsprechen, besuchen Sie den elektronischen Katalog UNITEC-D.

11. Links

• DSTU EN 1030-1:2018 (EN 1030-1:2009, IDT) Maschinensicherheit. Terminologie.
• DSTU EN 60079 (Normenreihe) Explosionsgefährdete Umgebungen.
• DSTU EN 50522:2015 (EN 50522:2010, IDT) Erdung von Anlagen mit einer Spannung von mehr als 1 kV Wechselstrom.
• DSTU ISO/IEC 17025:2019 (ISO/IEC 17025:2017, IDT) Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien.
• DSTU EN ISO 9001:2015 (EN ISO 9001:2015, IDT) Qualitätsmanagementsysteme. Anforderungen
• ISO 5167 (Normenreihe): Messung des Flüssigkeitsdurchflusses durch Druckabfallgeräte, die in vollständig gefüllten kreisförmigen Rohrleitungen installiert sind.
• Betriebs- und Wartungshandbücher von Durchflussmesserherstellern (z. B. Endress+Hauser, Siemens, Krohne).
• Relevante interne Anweisungen zur Sicherheit und zum Betrieb des Unternehmens.