Optimierung der Position von Temperaturmeßstellen in Gasleitungen durch numerische Strömungssimulation: Fid-Bau Portal

Optimierung der Position von Temperaturmeßstellen in Gasleitungen durch numerische Strömungssimulation

Kolpatzik, S.J. / Hilgenstock, A.

Der Artikel beschreibt Untersuchungen zur optimalen Eintauchtiefe von geschützten Temperatursensoren in Erdgasleitungen. Das Widerstandsthermometer aus Platin sitzt in einem angeschraubten Schutzrohr in der Gasleitung. Zur Fehlerabschätzung wurde ein CFD-(Computational Fluid Dynamics, numerisches Strömungssimulationsprogramm) eingesetzt. Das Modell betrachtet die gesamte Wechselwirkung zwischen Fluid und Schutzrohr. Die Einflüsse von Eintauchtiefe, Materialzusammensetzungen im Schutzrohr, Arbeitsdrücken und Temperatur der Rohrwand werden dargestellt. Zuerst wurde das Temperaturprofil bestimmt, damit die CFD-Ergebnisse mit den Meßergebnissen validiert werden konnten. Die größte Abweichung zwischen Simulation und Versuch trat auf bei der kürzesten Eintauchtiefe und betrug 0,3 Grad K. Dies liegt im Bereich der Meßgenauigkeit. Der Einfluß des Leitungsdrucks wurde untersucht. Die Temperatur im Schutzrohr hängt sehr vom statischen Leitungsdruck ab. Bei Drücken von mehr als 10 bar ist die Wärmeleitung von außen vernachlässigbar. Das Gastemperaturprofil ist im gesamten Querschnitt konstant. Ein konstantes Rohrwandtemperaturprofil entspricht recht gut den realen Verhältnissen. Die Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Materialien zeigte, daß die genaue Materialschichtung im Schutzrohr bei stationären Problemen nicht berücksichtigt werden muß. Die Variation der Eintauchtiefe ergab, daß die optimale Eintauchtiefe erst dann vorliegt, wenn die Temperatur am Boden des Schutzrohres mit der mittleren Gastemperatur identisch ist. Weitere Schlußfolgerungen sind, daß das Schutzrohr zwischen 45 und 50 % des Gasleitungsdurchmessers in die Strömung ragen sollte. Die Temperatur im Innern wird durch die Strömung bestimmt. Teile des Schutzrohres haben bei stationärer Betrachtung keinen Einfluß auf die Temperatur im Schutzrohr. CFD hat sich bei den Untersuchungen als ein sehr gutes Mittel zur quantitativen Analyse von Durchflußmeßeinrichtungen erwiesen. Experimente sind bei der Betrachtung der Reynolds-Zahl-Abhängigkeit der Simulation überlegen und dienen wegen der hohen Kosten am besten zur punktuellen Validierung der Berechnung.