Die Bilanz verbessern

Genaues Erfassen von Dampf und Druckluft mit dem Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät Optiswirl 4070 C

Pharma
Food
Kosmetik
Chemie
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

04.09.2009 Während der Produktionsprozess in aller Regel bis ins Detail optimiert ist, werden Hilfsprozesse, wie die Druckluft- oder Dampfversorgung, häufig stiefmütterlich behandelt. Dabei lohnt es sich, das Augenmerk auf diese Prozesse zu richten. Mithilfe einer zuverlässigen Messtechnik lassen sich Kostentreiber schnell in die Schranken weisen, wie das Beispiel einer namhaften Brauerei zeigt.

Anzeige

Hilfsprozesse sind lebensnotwendig für das Aufrechterhalten eines reibungslosen Brauprozesses. Bestes Beispiel ist Heiß- oder Sattdampf, mit dem Anlagen und Behälter gereinigt und sterilisiert werden. Die meisten Anwender wissen auch eine flächendeckende Druckluftversorgung zu schätzen, deren Anschlüsse im gesamten Betrieb gut erreichbar sind. Beiden Medien gemein ist, dass die Kosten für die Bereitstellung sehr hoch sind und die Netze selten an die tatsächlichen Verbrauchsmengen angepasst sind. Schlimmer noch – meist wird deren Verbrauch noch nicht einmal richtig überwacht. Dabei bieten beide Energieformen erhebliches Potenzial, die laufenden Betriebskosten zu senken.

Im Druckluftnetz ist es beispielsweise relativ unkompliziert, die Kompressoren verbrauchsabhängig zu steuern. Selbst bei einem Strompreis von unter 10Cent/kWh lohnt sich ein Überwachen des Druckluftsystems, da die durch Leckagen oder nicht abgerufene Leistung entstehenden Kosten über ein Jahr gesehen schnell fünfstellig werden können. Zusätzlich können Tages- bzw. Verbrauchsprofile des gesamten Systems oder einzelner Komponenten erstellt werden, um großen Verbrauchern auf die Spur zu kommen. Bevor jedoch weiterreichende Maßnahmen, wie der Austausch von Anschlüssen, veränderte Wartungszyklen oder neue Konzepte zur Druckluftverteilung gestartet werden, sollte zunächst der Verbrauch kontinuierlich gemessen und überprüft werden. Ähnliches gilt für das Bereitstellen des energieintensiven Dampfs, dessen Kessel meist mit fossilen flüssigen Brennstoffen oder Erdgas befeuert werden. Eine genaue Messung der produzierten Mengen führt zu einer optimierten Steuerung der Brenner und letztlich zum wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Betrieb der Anlage.

Energieverschwendern auf der Spur

Die Krombacher Brauerei Gruppe aus Kreuztal-Krombach, die mit einem Ausstoß von rund 6,4Mio. hl im Jahr 2008 eine der größten deutschen Privatbrauereien ist, setzte an zwei Stellen an, um aktiv gegen Energieverschwendung vorzugehen.

Im ersten Projekt sollte an verschiedenen Punkten im Druckluftsystem die Durchflussmenge in Normkubikmetern pro Stunde gemessen werden. Der Druck im System beträgt 7 bis 8bar bei Umgebungstemperatur, angenommen wird 20°C ± 10°C. Als Messgerät sollte ein Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät eingesetzt werden. Für die Auswahl führte die Krombacher Brauerei einen internen Test durch, bei dem die Geräte verschiedener Hersteller gegen ein Thermische-Masse-Durchflussmessgerät als Referenz getestet wurden. Die Entscheidung fiel auf Optiswirl 4070 C mit der geringsten Abweichung gegenüber dem Referenzgerät hervor.

Schwankende Stoffströme sichererfasst

Der Grund liegt in der integrierten Temperatur- und Druckkompensation. Der Test zeigte eindeutig, dass selbst die relativ kleinen Druckschwankungen im Druckluftnetz gravierende Auswirkungen auf die Genauigkeit haben und eine Druckkompensation notwendig ist. Vortex-Durchflussmessgeräte messen in erster Linie den Volumenstrom, können allerdings bei der Eingabe von Dichte auch Massenströme oder Normvolumenströme anzeigen. Das Problem hierbei ist, dass bei diesen Berechnungen von konstanten Druck- bzw. Temperaturverhältnissen ausgegangen wird. In der Regeleine fatale Fehleinschätzung: In den allermeisten Prozessen schwanken Druck und die Temperatur, so dass dies zu erheblichen Messfehlern führen kann. Für eine präzise Messung müssen die im Netz auftretenden Druck- und Temperaturänderungen bei der Messung berücksichtigt bzw. kompensiert werden, weil sich dadurch zum Besipiel die Dichte des Mediums ändert.

Der Optiswirl 4070 C, seit langem in der Lebensmittelindustrie bewährt, ermittelt zuverlässig den Betriebs-, Normvolumen- und Massedurchfluss von leit- und nicht leitfähigen Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen. In das Gerät wurden bereits die Temperatur- sowie die Druckmessung und der Korrekturrechner integriert. Es erfasst somit Druck- und Temperatur sowie den Volumendurchfluss und ermittelt daraus den genauen Messwert. So ist die Messgenauigkeit bei der Dampfmessung mit 1% bei Messung Volumendurchfluss und 1,5% bei Messung des Massedurchflusses – jeweils bezogen auf den Messwert – sehr gering. Dank der integrierten Druck- und Temperaturmessung entfällt darüber hinaus der Installations- und Verkabelungsaufwand für zusätzliche Sensoren oder Korrekturrechner. Für die Überwachung des Druckluftnetzes und der angeschlossenen Verbraucher in der Brauerei wurden acht Opti-swirl 4070 C mit verschiedenen Nennweiten auf die Normbedingungen kalibriert und eingesetzt. Mit der Messtechniklösung kann die Krombacher Brauerei ihr Druckluftnetz optimal überwachen und steuern, in dem sie beispielsweise für das gesamte Netz oder einzelne überwachte Komponenten Verbrauchsprofile erstellt und die Kompressorleistung entsprechend anpasst.

Angepasst an den tatsächlichenVerbrauch

Auch beim Sattdampfverbrauch sah das Unternehmen Potenzial für Einsparungen. Ziel des zweiten Projektes war die Ermittlung des Einzel- und Gesamtbedarfs an Sattdampf, die dann als Kosten den einzelnen Abnehmern zugewiesen werden können. Bislang wurden für die Wärmebilanzierung keine Messungen eingesetzt.

Dafür sollte an den drei Dampfkesseln die jeweils produzierte Menge an Sattdampf als Massedurchfluss gemessen werden. Das Medium hat eine Temperatur von bis zu 180°C bei 5 bis 10bar. Auch hier waren es wieder die erheblichen Druck- und Temperaturschwankungen, die eine besondere Herausforderung für die Messung darstellten. Um die produzierte Dampfmenge dennoch zuverlässig und genau zu messen, entschied sich das Unternehmen auch bei dieser Anwendung für Optiswirl 4070 C in den Nennweiten DN 150 und DN 200. Damit können nun Verbräuche und Kosten betriebsintern den einzelnen Teilbereichen oder Segmenten zugeordnet werden. Zudem lässt sich der Sattdampf-Gesamtbedarf der Anlage ermitteln, und es lassen sich Verbrauchsprofile für die einzelnen Komponenten erstellen. Dadurch kann die produzierte Menge an Sattdampf je nach Bedarf gesteuert werden. Die Messdaten ermöglichen auch die Detektion von Wärme- und Durchflussmengen-Verlusten im Kreislauf, da die Geräte sowohl die Wärmemenge als auch den Massedurchfluss direkt als Messwerte ausgeben. Ein separater Energierechner ist nicht erforderlich.

Präzise und stabile Messungen

Der Optiswirl überzeugt Anwender in der Lebensmittelbranche außerdem wegen seiner verschleißfreien Edelstahlkonstruktion; dadurch verfügt er über eine hohe Druck-, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit. Darüber hinaus ist der Wirbelkörper fest verschweißt. Da der Sensor im turbulenten Bereich des Störkörpers angebracht ist, besteht weder die Gefahr von Ablagerungen noch der Beschädigung durch Feststoffpartikel.

Des Weiteren sorgt eine intelligente Signalanalyse mit ISP (Intelligent Signal Processing) für eine genaue Messwertauswertung, die die äußeren Störeinflüsse eliminiert. Bei der ISP-Technologie handelt es sich um ein intelligentes Filtersystem, das zuerst das Messsignal analysiert und aus dem gesamten Spektrum das Vortex Signal sucht. Nun folgt dieser Filter dem Vortexsignal ähnlich wie ein Servosystem und blendet dabei Störsignale aus. Das Ergebnis ist eine präzise und stabile Messung.

Das Gerät wird bereits ab Werk parametriert, so dass der Einbau in die Rohrleitung denkbar einfach ist. Entsprechend dem Plug-and-play-Prinzip führt das Messgerät nach Inbetriebnahme einen automatischen Selbsttest durch und ist dann sofort betriebsbereit. Das Durchflussmessgerät verfügt über ein Human Machine Interface, dessen einfaches Bedienkonzept durch eine intuitive Benutzerführung geprägt wird. Das kontrastreiche Display gewährleistet sehr gute Lesbarkeit und ist über Magnetstifte zu bedienen.

Ob Dampf oder Druckluft: Hilfsprozesse bieten eine ganze Reihe von Ansätzen, um aktiv den Kostenhebel in Bewegung zu setzen
Die Durchflussmesstechnik ist ein Instrument, um Energieverluste aufzuzeigen und weiterführende Maßnahmen zu planen

Heftausgabe: September 2009
Michael Möller , Produktmanager Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte Krohne Messtechnik

Über den Autor

Michael Möller , Produktmanager Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte Krohne Messtechnik

Michael Möller , Produktmanager Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte Krohne Messtechnik

Loader-Icon