Contactloze debietmetingen ten dienste van het marien onderzoek
Permanente debietmetingen aan boord van een onderzoeksschip ter ondersteuning van geluidssnelheidsmetingen en de kalibratie van akoestische echoloodsystemen voor de oceaankaartografie.
KATflow ondersteunt oceanografisch onderzoek aan boord van de FS METEOR
Onderzoeksvaartuigen vervullen uiteenlopende taken op de wereldzeeën. Ze zijn wetenschappelijke laboratoria op volle zee en onmisbare instrumenten als het gaat om het begrijpen van het aardsysteem. Er wordt onderzoek gedaan naar een hele reeks mariene onderzoeksgebieden op het gebied van biologie, geologie, geofysica, glaciologie, geochemie, oceanografie en meteorologie.
De FS METEOR is een wereldwijd opererend, multidisciplinair onderzoeksschip dat eigendom is van de Bondsrepubliek Duitsland, geëxploiteerd en gecoördineerd door de LEITSTELLE DEUTSCHE FORSCHUNGSSCHIFFE / de Universiteit van Hamburg en wordt geëxploiteerd door BRIESE SCHIFFAHRTS GmbH & Co. KG / afdeling FORSCHUNGSSCHIFFFAHRT. De missies van de METEOR vallen onder het Federale Ministerie van Onderwijs en Onderzoek en de Duitse Onderzoeksgemeenschap, namens wie het de zeeën en oceanen van onze aarde onderzoekt.
In dit kader vervult de FS METEOR onder andere twee concrete taken: Ten eerste meet het met behulp van een zogenaamd thermosalinograafsysteem typische oceanografische parameters zoals geleidbaarheid, zoutgehalte, temperatuur en dichtheid van het oppervlaktewater (tot een diepte van ca. 6 m) en stelt het de verkregen resultaten ter beschikking aan wetenschappelijke databases en analysesystemen aan land. Onderzoeksinstellingen en -groepen die actief zijn in het marien onderzoek kunnen later gebruikmaken van deze gegevens. Zo geven bijvoorbeeld in een delta gemeten temperatuurveranderingen inzicht in hoe de toevoer van zoet water naar het zeewater varieert. Dit maakt het mogelijk om conclusies te trekken over veranderingen in het klimaat en de zeestromingen en leidt uiteindelijk tot een nauwkeurig beeld van de huidige oceaancirculatie.
De tweede taak van de METEOR bestaat er anderzijds in om de geluidssnelheid aan het oceaanoppervlak, die varieert tussen 1400 m/s en 1800 m/s als gevolg van de schommelende oceanografische parameters, continu te meten, zodat akoestische echoloodsystemen met een gecorrigeerde geluidssnelheid kunnen worden gekalibreerd en de zeebodem vervolgens nauwkeurig kan worden gemeten en in kaart gebracht. Verkeerd berekende geluidssnelheden leiden tot fouten in de echoloodkalibratie en uiteindelijk tot een onnauwkeurige oceaankaart.
De exploitant stelde verschillende eisen aan het debietmeetsysteem. Het belangrijkste kenmerk voor het onderzoek was daarbij een contactloze debietmeting van het zeewater, dat wil zeggen het vermijden van contact met invasieve meetsondes, metalen of kunststoffen, om het zeewater chemisch niet te beïnvloeden en daardoor de analyseresultaten niet te vertekenen. Ook moesten de processensoren zo compact mogelijk zijn uitgevoerd, om korte leidingtrajecten te kunnen ontwerpen, vrij van geometrieën die de stroming beïnvloeden. Aangezien meerdere bovenliggende systemen via interfaces moeten worden voorzien van meetresultaten uit het proces, was het van belang apparatuur te vinden die een ruime keuze en flexibiliteit aan interfaces biedt.
De rederij vond hier bij Katronic wat ze zocht en schafte dankzij het advies dat in de loop van het proces werd gegeven een geschikte debietmeter aan. Vervolgens werden twee niet-invasieve clamp-on ultrasone debietmeters van het type KATflow 100 geïnstalleerd op PVDF-leidingen met een nominale diameter van DN 25 ... 40 mm aan boord van de METEOR.
Oceanografische parameters die essentieel zijn voor het nauwkeurig bepalen van de geluidssnelheid, zoals geleidbaarheid, zoutgehalte, temperatuur en dichtheid van het medium zeewater, worden tijdens de vaart van de METEOR continu gemeten en geregistreerd. Hiervoor wordt het 8-18 °C koude zeewater in doorstroomsystemen continu door meetcontainers gepompt. Voor de besturing en bewaking van de installatietechniek zijn de procesparameters debiet en druk van fundamenteel belang; deze worden eveneens bewaakt en geregistreerd voor de latere validatie van de gegevens. Zonder geldige procesparameters zijn er geen geldige meetresultaten. Daarnaast vereisen de optische meetmethoden die tijdens het bedrijf worden gebruikt een continue doorstroming om wervelingen voor de optische onderdelen van de sensoren te voorkomen. Voor de regeling van deze meetinrichtingen zijn constante, driftvrije en temperatuurstabiele debietmetingen een absolute voorwaarde. Zoals de rederij zelf aangeeft: „Terwijl de uiterst nauwkeurige en exotische wetenschappelijke sensoren tijdens het bedrijf zich vaak als diva’s gedragen, moeten de procestechnische sensoren juist het tegenovergestelde zijn. Stabiliteit, betrouwbaarheid en robuustheid zijn hier vereist.”
In het algemeen leveren de meetresultaten van de continue debietmetingen op de METEOR informatie op over de toestand van het systeem met betrekking tot organische aangroei en sedimentatie in de leidingsystemen en op sensoren, en natuurlijk of de pomp- en klepbesturingen correct zijn ingesteld. „De debietmeter speelt over het geheel genomen een centrale rol. Zonder debietmeting is eigenlijk alles wat we in deze systemen meten zinloos”, aldus de heer Wolf, een van de verantwoordelijke technische inspecteurs van de rederij.
„BRIESE SCHIFFAHRTS GmbH & Co. KG heeft met de debietmeetsystemen van Katronic een betrouwbare partner voor dit doel gevonden. Sinds 2014 kunnen de wetenschappers hiermee storingsvrij een betrouwbare validatie en classificatie van de verzamelde gegevens uitvoeren.” Tot op de dag van vandaag meet het systeem debieten in wetenschappelijke analysesystemen voor zuiver meerwater en archiveert deze als bewijsmateriaal voor het onderzoek.
Fotocredits: LEITSTELLE DEUTSCHE FORSCHUNGSSCHIFFE / Universiteit van Hamburg
