Deckblätter 5

APPLIKATIONS-BEISPIELE
Messtechnische Lösungen für Abwasseranwendungen
•MessungvonAbwassermengenausStadtbezirken
•SteuerungeinesSchaumabzugsineinerKläranlage
•GleichzeitigeMessungvonDurchflussundelektrischerLeitfähigkeit
•DurchflussüberwachungimteilgefülltenAblaufeinesRegenrückhaltebeckens
•ÜberprüfungderEnergieproduktioneinesKlärwerks
•Biogas-MessungfürdieVersorgungeinesBlockheizkraftwerks
•FüllstandmessungineinemSchlammtank
•ÜberlaufschutzvonAbwassersammelgrubeneinesKraftwerks
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APPLIKATIONS-BERICHT
Wasser & Abwasser
Messung von Abwassermengen aus Stadtbezirken
• Durchflussmessung in teilgefüllten Rohrleitungen
• Medienberührte Elektroden verhindern Korrosion durch Schwefelwasserstoff
• Messung in geschlossenem Rohrleitungssystem gewährleistet sichere und saubere Arbeitsumgebung
1. Hintergrund
Die Käppala Association wurde 1957 zwecks Aufbereitung des Abwassers aus Gemeinden im Norden
und Osten von Stockholm gegründet. Eine erweiterte und modernisierte Kläranlage wurde vom
schwedischen König im April 2000 eingeweiht. Diese Anlage bedient heute 11 Gemeinden und gilt als
eine der umweltfreundlichsten und fortschrittlichsten Wasseraufbereitungsanlagen weltweit. Standort
der Anlage ist Käppala auf Lidingö, einer Insel im Osten von Stockholm inmitten des berühmten
Stockholmer Archipels. Hier fließt das Abwasser von 11 Gemeinden mit circa 550.000 Einwohnern,
Krankenhäusern, Büro- und Gewerbegebäuden über ein 60 Kilometer langes System aus Tunneln und
drei Pumpstationen in der Kläranlage zusammen, die es nur 24 Stunden später als Reinwasser wieder
verlässt.
2. Konkrete Messaufgabe
Der ausgedehnte Bezirk Stockholm ist in 24 Unterbezirke unterteilt, aus denen das Abwasser
gesammelt wird. Die aus diesen Unterbezirken zufließenden Abwassermengen müssen sehr sorgfältig
gemessen werden. Die Anforderung des Kunden war daher eine Genauigkeit von besser als 1% des
Messbereichsendwerts in einer teilgefüllten Rohrleitung. Der Durchfluss variiert tagsüber sehr stark.
Der Füllgrad kann bis auf 10% der Rohrleitungsgröße sinken. Im Winter kann das Abwasser niedrige
Temperaturen erreichen und da sich bei niedrigen Durchflussmengen leicht Fett ablagert, können
Störungen der Strömung die Folge sein, die wiederum eine geringere Genauigkeit bedeuten. Die Tunnel,
durch die das Abwasser geleitet wird, sind aus Naturstein. Aufgrund des sich bildenden H2S forderte
der Kunde darüber hinaus, dass die Messung in einem geschlossenen System erfolgt, um eine sichere
und saubere Arbeitsumgebung für die Wartungstechniker zu gewährleisten. Ein offenes Gerinne als
Messlösung war aus diesem Grund ausgeschlossen.
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APPLIKATIONS-BERICHT
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4
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Abwasser-Tunnelsystem
TIDALFLUX Durchflussmessgerät
Bypass
Einlauf
Sauberer und sicherer Wartungsbereich
Ablauf
3. Realisierung der Messung
Die Wahl fiel auf das TIDALFLUX Durchflussmessgerät
von KROHNE, da dieses Gerät allen Anforderungen des
Kunden gerecht wird. Insgesamt wurden 24 TIDALFLUX
Durchflussmessgeräte mit verschiedenen Nennweiten
von DN 600 bis DN 1000 installiert. Die Geräte der Reihe
TIDALFLUX wurden speziell für die Durchflussmessung in
teilgefüllten Rohrleitungen entwickelt und sind mit einer
abrasionsfesten Auskleidung und Elektroden in einer Höhe
von 10% oberhalb des Rohrleitungsbodens ausgestattet. In
der vorliegenden Applikation war dies der entscheidende
Grund für die Auswahl des TIDALFLUX. Die Bildung des
Auslauf in Abwasser-Tunnelsystem
stark korrosiven Schwefelwasserstoffs ist problematisch
für alle Elektroden, die nicht vom Abwasser bedeckt sind. Bei einem Wettbewerbsgerät mit mehreren
Elektroden kam es innerhalb kurzer Zeit zu Funktionsstörungen und zum Ausfall des Geräts.
© KROHNE 05/2014 -225- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
4. Nutzenbetrachtung
Mit dem TIDALFLUX Durchflussmessgerät wird der Füllstand berührungslos mithilfe von kapazitiven
Platten und Hochfrequenzelektronik gemessen. Die integrierten Füllstand-Messwertaufnehmer
hinter der Auskleidung kommen nicht mit der Flüssigkeit in Berührung und sind daher unempfindlich
gegenüber auf der Oberfläche schwimmendem Fett und Öl. Um zu verhindern, dass sich beim Übergang
von der Rohrleitung des Kunden zum Messgerät Fett ablagert, wird ein dünnwandiges Reduzierstück
eingebaut, um einen glatten Durchlauf zu gewährleisten. TIDALFLUX ist auf die zuverlässige
Messung von Durchflüssen zwischen 10% und 100% des Rohrleitungsquerschnitts ausgelegt.
Durch die Ausführung als geschlossenes Rohrleitungssystem ist eine sichere Arbeitsumgebung für
Wartungsarbeiten gewährleistet.
5. Verwendetes Produkt
TIDALFLUX 2300 F
• Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
für voll- und teilgefüllte Rohrleitungen
• Lieferbar in Nennweiten DN 200 bis DN 1600
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
Wasser & Abwasser
Steuerung eines Schaumabzugs in einer Kläranlage
• Vollständig automatisierte Schaumerkennung und Auslösung des Schaumabzugs
• Messung des Reflektionsfaktors der Wasseroberfläche durch ein Füllstandmessgerät
• Keine Gefahr des Überschäumens
1. Hintergrund
Ein Hersteller von Naturprodukten aus Bierhefe betreibt eine kleine Anlage zur Klärung der eigenen
Abwässer. In einem runden Absetzbecken von ca. 6 m Durchmesser wird das Abwasser in der Mitte
eingesprudelt. Bedingt durch die im Wasser enthaltenen Heferückstände kommt es zur Schaumbildung
an der Wasseroberfläche. Der Schaum wird durch den Strudel an den Beckenrand gedrückt und
wächst dann in Richtung Mitte zusammen. Wird der Schaum nicht abgeräumt, besteht die Gefahr des
Überschäumens.
2. Konkrete Messaufgabe
Um den vorhandenen Räumer mit Schaumabzug nur im Bedarfsfall einzusetzen, suchte der Betreiber
nach einer Lösung, mit der sich die Schaumbildung zuverlässig erkennen lässt. Dazu wurde ein
Messpunkt in der Nähe der Beckenmitte bestimmt: Wenn der Schaum an diesem Punkt anlangt, muss
der Räumer zum Einsatz kommen.
3. Realisierung der Messung
Diese Messaufgabe kann durch ein Messgerät gelöst werden, das die Beschaffenheit der
Produktoberfläche erkennen kann. Als Testgerät wurde ein berührungslos messendes OPTIWAVE 7300
Radar-Füllstandmessgerät mit einer Tropfenantenne DN 80 eingesetzt. Das Messgerät wurde auf
einer radialen Schiene über dem Becken aufgesetzt und über dem genannten Messpunkt fixiert. Der
Reflektivitätswert bzw. die Stärke des reflektierten Signals wurde auf den Signalausgang gelegt und der
OPTIWAVE wurde mit der vorhandenen SPS verbunden, die den Räumer steuert.
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
4. Nutzenbetrachtung
Mit dieser ungewöhnlichen Lösung kann der Betreiber den Schaumabzug vollautomatisch
und bedarfsgerecht einsetzen. Das Radar-Füllstandmessgerät OPTIWAVE 7300 wurde für
Flüssigkeitsanwendungen entwickelt und verfügt über eine integrierte Messung des Reflektionsfaktors
der Mediumsoberfläche. Die Wasseroberfläche weist eine hohe Reflektivität auf, Schaum dämpft
hingegen die Reflektion. So kann das Gerät zuverlässig erkennen ob Wasser oder Schaum vorliegt. Die
vollständig gekapselte tropfenförmige Antenne aus Polypropylen ist anhaftungsneutral und kann nicht
korrodieren; Antenne und Messgerät sind vollständig wartungsfrei.
Der OPTIWAVE 7300 erfasst die Reflektivität der Produktoberfläche
Bei Schaumbildung unter dem Messgerät wird der Schaumabzug
ausgelöst
5. Verwendetes Produkt
© KROHNE 05/2014 -242- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
OPTIWAVE 7300 C
•
•
•
•
•
Radar-Füllstandmessgerät für Flüssigkeitsanwendungen
2-Leiter FMCW 24…26 GHz Radar
Kontinuierliche berührungslose Füllstandmessung
Integrierte Reflektivitätsmessung der Produktoberfläche
Optional mit Edelstahl-Hornantenne erhältlich
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
Wasser & Abwasser
Gleichzeitige Messung von Durchfluss
und elektrischer Leitfähigkeit
• Analyse der Wasser- und Abwasser-Beschaffenheit
• Indikationsmessung der elektrischen Leitfähigkeit
• Zusätzliche Kosten für eine analytische Leitfähigkeitsmessung entfallen
1. Hintergrund
Die elektrische Leitfähigkeit ist eine der Messgrößen, die Informationen über die Beschaffenheit von
Wasser und Abwasser liefern. So hat das Abwasser eines indirekten Einleiters oder eines kommunalen
Einzugsgebietes in der Regel eine bekannte durchschnittliche elektrische Leitfähigkeit. Weicht die
gemessene elektrische Leitfähigkeit stark von dem Durchschnittswert ab, besteht Grund zu der
Annahme, dass eine unzulässige Einleitung vorliegt. Dieser Zustand lässt weitere Kontrollen folgen.
2. Konkrete Messaufgabe
Betreiber von Kläranlagen und Kanalnetzen setzen induktive Sonden zur Messung der elektrischen
Leitfähigkeit ein. Dies bedeutet einen erheblichen Kostenaufwand. Neben den Investitionskosten für das
analytische Leitfähigkeitsmessgerät fallen Installations- und Verdrahtungskosten sowie Wartungskosten
an. Die Einsatzorte für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit sind in der Regel Pumpstationen,
Messschächte und Zuläufe zu den Kläranlagen. An diesen Orten sind meist auch Durchflussmessgeräte
installiert, die diese Aufgabe mit übernehmen können.
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
3. Realisierung der Messung
Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät
(MID) OPTIFLUX 2300 C bietet eine gleichzeitige
Messung von Volumen-Durchfluss und
elektrischer Leitfähigkeit. Die integrierte
Messung der elektrischen Leitfähigkeit wurde
in der Praxis bei verschiedenen Klärwerken
gegen ein induktives Leitfähigkeitsmessgerät
OPTISENS 1050 W als Referenz getestet.
4. Nutzenbetrachtung
Versuchsaufbau auf einer
Kläranlage
Nachgeschaltetes
Leitfähigkeitsmessgerät
als Referenz
© KROHNE 05/2014 -245- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
Die Versuche zeigten, dass die MID-Messung
von der Genauigkeit her nicht an die
Präzision des Leitfähigkeitsmessgerätes
heranreicht. Dies ist aber auch nicht nötig,
da eine Leitfähigkeitsmessung für Betreiber
von Kläranlagen und Kanalnetzen nicht
als Regelgröße dient. Die Ansprechzeit der
Messung ist vergleichbar mit der Referenz
(siehe Grafik) und die Wiederholbarkeit
der Messergebnisse wurde von den
Betreibern als ausreichend eingestuft. Als
Indikationsmessung ist sie in der Praxis völlig
Vergleich der Leitfähigkeitsmessungen:
ausreichend. Mit einem optionalen zusätzlichen grün = OPTIFLUX 2300 C, rot = Referenzmessgerät
Stromausgang am MID kann der Wert der
Leitfähigkeit in der Leitwarte kontinuierlich überwacht und kontrolliert werden.
Durch den Einsatz der Durchflussmessgeräte mit standardmäßig integrierter induktiver
Leitfähigkeitsmessung stehen den Betreibern von Klärwerken und Kanalnetzen weitere
Leitfähigkeits-Messstellen ohne Mehraufwand zur Verfügung. Bei Einstellung von Min.- und Max.Grenzwerten lassen sich Abweichungen automatisch signalisieren und umgehend Gegenmaßnahmen
einleiten.
5. Verwendetes Produkt
OPTIFLUX 2300 C
• Entwickelt für die Wasser- und Abwasserindustrie
• Alle relevanten Zulassungen für Trinkwasser
(z. B. KTW, DVGW, WRc, KIWA, ACS)
• Freier Strömungsquerschnitt, keine Einbauten
• Optional auch Dauerbetrieb im Wasser oder im Erdreich (Schutzart IP68)
• Messrohr-Auskleidung: Polypropylen und Hartgummi
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
Wasser & Abwasser
Durchflussüberwachung im teilgefüllten Ablauf eines
Regenrückhaltebeckens
•RegelungvonWassereinleitungenineineMischwasserkanalisation
•Magnetisch-induktiveDurchflussmessungvonAbwasserfrachtenineinerEx one
•AutomatisierteAblaufsteuerungübereinAbschlagbauwerk
1. Hintergrund
EinStadtentwässerungsbetriebinSüddeutschlandbetreibteineMischwasserkanalisation,überdie
sowohlAbwasserfrachtenausHaushaltenalsauchRegenwasserübereinenMischwassersammler
einerstädtischenAufbereitungsanlagezugeführtwerden Der ulaufzudieserKläranlagemuss
insbesonderebeimAuftretengro erRegenfrachtenkontrolliertundentsprechendgesteuertwerden,
daeineÜberflutungderAnlageinderPeripheriezueinerstarken mweltbelastungdurchdie
Abwässerführenkann DamitüberschüssigeNiederschlagsfrachtengegebenenfallskontrolliert
abgeschlagenwerdenkönnen,nutztderstädtischeBetreibermehrereRegenrückhaltebecken RRB als wischenspeicher meinehydraulischeÜberlastungdesKlärwerkszuverhindern,verlangtdas
zuständigeWasserwirtschaftsamt,dassderAblaufvomRegenbeckenindasMischwassersystemeinen
festgelegtenDurchfluss m h nichtüberschreitet NurdurcheinenNachweisdesAblaufskannzugleich
dieSpeicherkapazitätdesRRBdokumentiertwerden 2. Konkrete Messaufgabe
mdieindenMischwasserkanalabgegebenenNiederschlagsmengenpräzisekontrollierenzukönnen,
benötigtederBetreiberfürdenAblaufeinesseinerRRBeinneuesDurchflussmessgerät Damitsowohl
derRegen-alsauchderTrockenwetterablaufeineObergrenzevon l snichtüberschreiten,mussdie
abgegebeneMengeüberSchiebergeregeltwerden DaessichbeidemRegenbeckenablaufumeine
druckloseFreispiegelleitung DN
handelt,konntenureinMessgeräteingesetztwerden,dasauch
inteilgefülltenRohrleitungeneinsetzbarist DazudemdurchGärprozessebrennbaresMethan CH undleichtentzündlichesSchwefelwasserstoff H S imAbwasserentstehenkönnen,musstesowohlder
MesswertaufnehmeralsauchderMessumformerfürdenEinsatzinEx- one nachATE zugelassensein
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
3. Realisierung der Messung
AufgrundderhohenAnforderungandieMessungund
denExplosionsschutzkamfürdieseApplikationnurder
TIDALFL
FalsMessgerätinFrage DasmagnetischinduktiveDurchflussmessgerätwurdemitFlanschanschlussindie
AblaufleitungdesRRBinstalliert DasMessinstrumentverfügtübereinpatentiertes
Füllstandmesssystem EsistdaherinderLage,auchineiner
teilgefülltenRohrleitungabeinerFüllhöhevon Prozentden
TIDALFLUX 2300 F im Ablauf zur
Durchflusszuverlässigzumessen DiekapazitivenFüllstandMischwasserkanalisation
MesswertaufnehmersinddabeisoindieAuskleidungdes
Messgerätsintegriert,dasssiemitdemAbwassernichtinBerührungkommen DieMessungist
daherunempfindlichgegenüberaufderOberflächeschwimmendemFettund l usätzlichbewahrt
diePolyurethan-AuskleidungdesTIDALFL dasInstrumentvorAbrasionundChemikalien Alle
BestandteiledesMessgerätssindfürdenEinsatzinderEx- one gemä ATE zugelassen 4. Nutzenbetrachtung
MitdemTIDALFL FgelingtdemBetreiberdieEinhaltungdermaximalenObergrenzefürden
Trocken-undRegenwetterablaufindieMischwasserkanalisation DieMessergebnissewerdendabei eweils
aneinenSchieberbzw E-SchieberimAbschlagbauwerkübertragen,wodurchderKundedenDurchfluss
automatisiertvorundhinterdemMessgerätsteuernkann DabeiprofitiertervoneinemMessinstrument,
daszuverlässiginteilgefülltenRohrleitungenmessenkannunddabeialsbishereinzigesGerätaufdem
MarktsowohlhinsichtlichdesMesswertaufnehmersalsauchdesMesswertumformersdieAnforderungen
andenEinsatzinEx- one erfüllt KROHNE
-
- nderungenohnevorherigeAnkündigungenbleibenvorbehalten
usätzlichkannderStadtentwässerungsbetriebdankdesTIDALFL dasSpeichervolumenseinesRRB
überprüfenunddamitauchdieEffizienzgegenüberdemWasserwirtschaftsamtnachweisen Dennim
GegensatzzueinemRegenüberlaufbeckenhatdasRRBkeinenÜberlaufineinGewässerundmuss
beiRegenereignissendengesamtenNiederschlagzwischenspeichernkönnen DieInvestitioninden
TIDALFL zahltsichdaherauchdeshalbfürdenKundenaus,weilermitHilfederDurchflussmessung
regelmä ignachweisenkann,dassdasBeckenausreichendbemessenundeineteurebauliche
ErweiterungodergarderBaueinesweiterenRRBnichtnotwendigist
5. Verwendetes Produkt
TIDALFLUX 2300 F
• Magnetisch-induktivesDurchflussmessgerätmitintegrierter,
kapazitiverFüllstandmessung
• GeeignetfürWasser-undAbwasser-ApplikationenmitteilgefülltenRohren
ab
Füllhöhe • Gro erNennweitenbereichbisDN
• HoheWiderstandsfähigkeitgegenüberAbrasionundChemikalien
• WerkseitigeKalibrierung KeineKalibrierungvorOrterforderlich
• ATE IECex one zugelassen
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APPLIKATIONS-BERICHT
Wasser & Abwasser
Überprüfung der Energieproduktion eines Klärwerks
• Messung des Energietransports von Faulturm in Biogasanlage
• Wirbelfrequenz-Durchflussmessung von Methan bei 7 bis 8 mbar Druck
• Hohe Messwertstabilität trotz fallender Leitung und schwankenden Parametern
1. Hintergrund
Die Stadtwerke Burghausen betreiben ein Kanalwerk mit Kläranlage und
angeschlossenem Blockheizkraftwerk, das mit Faulgas (Methan) befeuert wird.
Zu diesem Zweck wird der Klärschlamm aus der Kläranlage in den Faulturm
gefahren, wo die Restfeststoffe durch Mikroorganismen teilweise abgebaut
werden. Das hierbei freigesetzte Methan wird der Biogasanlage anschließend als
Energieträger zugeführt.
2. Konkrete Messaufgabe
Um genaue Informationen über die Energieproduktion des Klärwerks zu erhalten,
benötigt der Betreiber kontinuierliche Messwerte über den Volumen- bzw.
Energiedurchfluss des vom Faulturm zum Blockheizkraftwerk transportierten
Methans. Das Abgas ist trotz zwei installierter Wasserabscheider in der
Rohrleitung sehr feucht. Der Druck des Gases war ursprünglich mit 65 mbar
sehr gering und sank durch den Einbau einer Niederdruckanlage im Laufe der
Zeit auf 20, dann sogar auf durchschnittlich nur noch 7 bis 8 mbar ab. Trotz
der Isolierung des Faulturms ist das Gas äußeren Einflüssen wie jahreszeitlich
bedingten Temperaturschwankungen ausgesetzt, die sich auf die Gasdichte
(0,7177 kg/Nm³) auswirken. Der Kläranlagen-Betreiber hatte bereits den Einsatz
eines Druckdifferenzgeräts geprüft, aber wegen fehlerhafter Messwerte wieder
eingestellt. Aufgrund dieser Erfahrung war er sehr skeptisch, ob sich ein
Messprinzip für die vorliegenden Parameter finden würde.
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Gaseingang mit erstem
Wasserabscheider
Durchflussmessung von
Methangas bei 7 mbar
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APPLIKATIONS-BERICHT
3. Realisierung der Messung
KROHNE stellte das Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät
OPTISWIRL 4070 C – zunächst als Testgerät – in der empfohlenen
Nennweite DN 25 zur Verfügung. Dazu musste die Rohrleitung von
ursprünglichen DN 50 auf DN 25 eingezogen werden. Die Installation
erfolgte auf Wunsch des Kunden mit Flanschanschluss in eine fallende
Rohrleitung. Dabei wurden die notwendigen Ein- und Auslaufstrecken
berücksichtigt.
Das Vortex-Gerät misst den Betriebsdruck, die Temperatur und den
Volumendurchfluss und errechnet auf dieser Basis automatisch den
Masse- und Energiedurchfluss des Methangases. Da das Instrument
zusätzlich auch mit einer Absperrarmatur ausgeliefert wurde, kann
sein Drucksensor gegebenenfalls auch bei laufendem Betrieb und ohne
Prozesseingriff ausgewechselt werden.
4. Nutzenbetrachtung
OPTISWIRL 4070 C in fallender Leitung
Mit dem OPTISWIRL kann der Betreiber des Kanalwerks Burghausen die Leistungsfähigkeit und
Energieproduktion seiner Kläranlage genau überprüfen und nachweisen. Er profitiert dabei von der großen
Messpanne des OPTISWIRL. Denn obwohl der Anlagendruck nach den Umbauarbeiten auf 7 mbar oder
sogar darunter absinkt und das Gas eine hohe Feuchtigkeit aufweist, misst das Gerät kontinuierlich und
liefert fehlerfreie Messergebnisse.
Angesichts der Messparameter war der Kunde von der Messleistung des OPTISWIRL überrascht und
entschied sich für die Anschaffung des Instruments. Inzwischen läuft der OPTISWIRL seit über drei Jahren
unterbrechungsfrei und ohne jeglichen Wartungsaufwand. Bis heute hat das Vortex-Gerät im Kanalwerk
über 620.000 m³ Faulgas gemessen.
5. Verwendete Produkte
© KROHNE 05/2014 -356- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
OPTISWIRL 4070 Wirbelfrequenz-Durchflussmessgerät
• 2-Leiter-Gerät mit integrierter Druck- und Temperaturkompensation
und Umrechnung in Energie
• Verschleißfreie, vollverschweißte Edelstahlkonstruktion
• Für feuchte Gase geeignet
• Mit hoher Korrosions-, Druck- und Temperaturbeständigkeit
• Hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität
• Sofortige Betriebsbereitschaft durch plug & play
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APPLIKATIONS-BERICHT
Wasser & Abwasser
Biogas-Messung für die Versorgung eines Blockheizkraftwerks
• Methangas-Produktion in Abwasseranlage der ara region bern ag
• Ultraschall-Durchflussmessung von feuchtem Faulgas mit hohem CO2-Anteil
• Druckverlustfreie Bestimmung des Energietransports von Faulturm zu Gasometer
1. Hintergrund
Die ara region bern ag (arabern) betreibt in Herrenschwanden, Schweiz, eine
Abwasserreinigungsanlage, die zusätzlich für die Erzeugung von erneuerbarer
Energie genutzt wird. Aus biogenen Abfällen und Klärschlamm gewinnt das
Unternehmen CO2 neutrales Biogas (Methan). Mit Hilfe eines Blockheizkraftwerks
(BHKW) ist der Betreiber in der Lage, einen Teil dieses Biogases direkt in
Faultüme der arabern
elektrische Energie umzusetzen und damit 24% seines Strombedarfs aus
eigener Produktion zu decken. Die dabei freigesetzte Wärmeenergie wird für die
Erzeugung thermischer Energie genutzt. Zudem wird ein Teil des Biogases in einer Aufbereitungsanlage
zu Biomethan mit Erdgasqualität umgewandelt, um es anschließend in das öffentliche Gasnetz
einzuspeisen.
2. Konkrete Messaufgabe
Für die Faulgas-Produktion fördert die arabern den anfallenden Schlamm aus der Vorklärung und
der biologischen Reinigungsstufe in Faultürme, wo er rund 25 Tage umgewälzt und auf 35 °C erwärmt
wird. Das dabei freigesetzte Biogasgemisch besteht zu 65 Vol.-% aus Methan. Weitere Bestandteile
sind Kohlenstoffdioxide (> 25 Vol.-%) sowie Wasser (5-7 Vol.-%). Unmittelbar nach der Produktion
durchläuft das Biogas verschiedene Filter und wird dann über ein Rohrleitungssystem bei 24 °C in einen
Gasspeicher (Gasometer) transportiert, über den der Gasmotor des BHKW mit Energie versorgt wird.
Für die Produktionsmessung des Biogas-Durchflusses vom Faulturm zum Gasometer benötigt die
arabern eine technische Lösung, die trotz der hohen Feuchtigkeit im Gasstrom und eines sehr niedrigen
Drucks von rund 35 mbar zuverlässige und sehr genaue Messdaten über die Biogasmenge
(0...2000 Nm³/h) liefert. Die Applikation erlaubt nahezu keinen Druckverlust und erfordert
außerdem eine Zulassung nach Explosionsschutz-Richtlinie ATEX (Zone 1).
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APPLIKATIONS-BERICHT
3. Realisierung der Messung
Für die Biogas-Messung lieferte KROHNE den OPTISONIC 7300 F.
Bei der Installation des Ultraschall-Durchflussmessgeräts wurde die
Edelstahl-Rohrleitung von DN 200 auf DN 150 eingezogen, um die
Durchflussgeschwindigkeit des Biogasgemisches zu erhöhen. Durch das
freie Messrohr entsteht kein Druckverlust. Das Messinstrument wurde in
Ex-Ausführung nach ATEX bereitgestellt.
Biogas-Messung mit dem
Der OPTISONIC 7300 ermittelt den Biogas-Durchfluss mittels
OPTISONIC 7300
des Laufzeitdifferenz-Messverfahrens. Damit wird zugleich die
Schallgeschwindigkeit des Gases gemessen. Der Messumformer errechnet auf dieser Basis und unter
Eingabe von Gastemperatur, adiabatischem Index und molarer Gaskonstante auch die molare Masse, mit
der sich der Methangehalt auf 2 % genau bestimmen lässt.
Der OPTISONIC 7300 ergänzt ein seit Jahren genutztes KROHNE Ultraschall-Gerät GFM 700, das auch
weiterhin für eine Bypass-Messung eingesetzt wird. Ein weiteres GFM 700 ist vor der Fackel installiert, wo
es den Durchfluss des Methangases misst, das bei Abschalten des BHKW verbrannt wird.
4. Nutzenbetrachtung
Mit dem OPTISONIC 7300 verfügt arabern über eine präzise
Durchflussmessung des vor Ort produzierten Biogases. Durch die
integrierte Berechnung des Methangehaltes im Biogas kann der
Betreiber die Energie-Produktion seiner Abwasseranlage genau
ermitteln. Daneben ist diese Information für den Kunden wichtig,
weil der Motor des BHKW nur ab einem Mindestgehalt an Methan
problemlos betrieben werden kann.
Bypass-Messung mit dem KROHNE GFM 700
© KROHNE 05/2014 -357- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
arabern profitiert insbesondere von der Flexibilität des Ultraschall-Geräts, das sowohl in einer
drucksensiblen Umgebung als auch unabhängig von der Gas-Zusammensetzung für zuverlässige
Messwerte sorgt. Während mechanische Messgeräte aufgrund des niedrigen Drucks in dieser Applikation
nicht eingesetzt werden können und andere Ultraschall-Geräte durch das feuchte Gas und den hohen
CO2-Gehalt in ihrer Messwertstabilität stark beeinträchtigt sind, sorgt der OPTISONIC 7300 mit Hilfe seiner
Titan-Sensoren für eine gute Signalstärke und damit eine hohe Messgenauigkeit. Das Messinstrument
lässt sich wartungsfrei betreiben und ist langzeitstabil einsetzbar.
5. Verwendetes Produkt
OPTISONIC 7300
• Ultraschall-Durchflussmessgerät für Gase
• Integrierte Berechnung von Normvolumen und Methangehalt
• Auch lieferbar als Biogas-Version mit integrierter Temperaturund Druckmessung
• Zertifizierung für explosionsgefährdete Bereiche nach ATEX
• Nennweite DN 50...DN 600
• Kein Druckverlust
• Niedrige Investitions- und Betriebskosten
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
Wasser & Abwasser
Füllstandmessung in einem Schlammtank
• Sammlung von Klärgruben-Schlamm in einer Abwasseranlage
• Messstoff mit bewegter Oberfläche in einem 3,65 m tiefen Erdtank
• Steuerung von Pumpen für den Schlammtransport in die weitergehende Aufbereitung
1. Hintergrund
In den USA sind auch heute noch viele Wohnhäuser in Vorstädten und auf dem Land mit
Klärtanksystemen ausgestattet.
So findet die Entsorgung und Behandlung der Haushaltsabwässer größtenteils vor Ort statt.
Die verbleibenden Reststoffe müssen allerdings in regelmäßigen Abständen von speziellen
Reinigungsunternehmen (so genannten Honey Dippers) entfernt und zu Kläranlagen befördert werden.
Ein amerikanischer Kläranlagenbetreiber am Stadtrand von Philadelphia, Bundestaat
Pennsylvania, sammelt die Reststoffe in einem Schlammtank. Von dort wird der Schlamm über die
Hauptzuflussleitung der Anlage zwecks aerobem Abbau, Entwässerung, Kalkstabilisierung, thermischer
Trocknung oder Verbrennung zu verschiedenen Schlammaufbereitungsanlagen weitergeleitet.
2. Konkrete Messaufgabe
Der Schlamm des 3,65 m tiefen und 1,8 m breiten Erdtanks wird abgepumpt und über Rohre zu den
verschiedenen Aufbereitungssystemen der Anlage befördert. Der Füllstand des Schlamms muss
kontinuierlich gemessen werden, um die Pumpen zu steuern und somit ein Austrocknen oder Überfüllen
des Tanks zu vermeiden. Der Kunde hatte bisher einen tauchfesten Druckmessumformer verwendet, um
einen korrekten Start oder Stopp der Pumpe sicherzustellen. Das Gerät lieferte aufgrund des ständig
bewegten Messstoffs jedoch keine stabilen Messergebnisse. Daher prüfte der Kunde den Einsatz einer
zuverlässigeren Technologie.
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
3. Realisierung der Messung
KROHNE empfahl die Installation eines OPTIFLEX 1100 C mit flexibler
Monosonde (Ø2 mm) und ¾ NPT-Prozessanschluss an der Oberseite des
Tanks. Die Servicetechniker der Aufbereitungsanlage konnten die Sonde des
OPTIFLEX 1100 C problemlos selbst montieren, am Gewindeanschluss befestigen
und direkt an der Metallplatte anschrauben, die den Schlammtank abdeckt.
Sie führten eine Schnellkonfiguration über die lokale Anzeige durch. Der
Messwertaufnehmer wurde auf eine Höhe von 3,65 m eingestellt.
Das Füllstandmessgerät arbeitet mit der TDR-Technologie (Time Domain
Reflectometry). Dieses Gerät überträgt schwache elektromagnetische
Impulse entlang des Leiters in der flexiblen Sonde. Wenn die Impulse
die Schlammoberfläche erreichen, wird ein Teil der Impulsenergie zum
Messumformer zurückreflektiert. Das Gerät misst die Zeit ab dem Moment, in
dem der Impuls übertragen wird, bis zu dem Moment, in dem er empfangen
wird. Der Zeitwert wird anschließend in ein analoges 4...20 mA Ausgangssignal
umgewandelt, das dem Füllstand entspricht. Dieses Signal wird an die
anlagenseitige SPS zwecks Prozesssteuerung und Überwachung gesendet.
Messprinzip des TDRFüllstandmessgeräts
mit geführtem Radar
OPTIFLEX 1100
4. Nutzenbetrachtung
Da die Messung weder von dem bewegten Messstoff noch von Änderungen der physikalischen
Eigenschaften wie zum Beispiel der Dichte beeinflusst wird, ist der OPTIFLEX 1100 C die ideale
Alternative zu einem Druckmessumformer. Das Gerät ist eine kostengünstige Lösung für diese
Anwendung, die nicht unbedingt eine extrem hohe Genauigkeit erfordert. Der Vorteil für den Kunden liegt
in der kontinuierlichen und zuverlässigen Messung des Schlamms.
Dank des Füllstandmessgeräts lassen sich die Pumpen nun effizient steuern; darüber hinaus werden
schwere Schäden an den Pumpen durch Austrocknen des Tanks vermieden. Auch wenn eine Leiter oder
andere Metallteile im Tank installiert sind, liefert der OPTIFLEX eine stets stabile Leistung. Darüber
hinaus wurden von Anfang an sonstige Leckageprobleme vermieden, da das Füllstandmessgerät an der
Oberseite des Tanks montiert ist. Ein weiterer Vorteil für den Kunden war die schnelle Installation.
© KROHNE 06/2013 -374- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
5. Verwendetes Produkt
OPTIFLEX 1100 C
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Geführtes Radar (TDR) Füllstandmessgerät für Flüssigkeiten und Feststoffe
Für den universellen Einsatz (in nicht explosionsgefährdeten Bereichen)
Messbereich bis 20 m (Flüssigkeiten) und 10 m (Feststoffe)
Prozesstemperaturen bis 100°C und Drücke bis 16 barg
Messumformer unter Prozessbedingungen drehbar und abnehmbar
Alternative für herkömmliche RF-kapazitive, konduktive und Druckmessgeräte
Hervorragendes Preis-Leistungsverhältnis
Anzeige in 9 Sprachen, darunter Chinesisch, Japanisch und Russisch
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
Energie
Überlaufschutz von Abwassersammelgruben eines Kraftwerks
• Überwachung von Sammelschächten mit bis zu 80 °C heißen Kraftwerksabwässern
• TDR-Füllstandmessung für die automatisierte Grubenentleerung durch Pumpen
• Kostengünstiger Ersatz für defekte Druckmessgeräte
1. Hintergrund
Ein Stahlhersteller betreibt im Ruhrgebiet ein eigenes Kraftwerk mit einer Leistung von mehreren
hundert Megawatt. Dort werden Brenngase aus der Stahlherstellung und Verkoksung als Energieträger
für die Stromerzeugung genutzt. Die hierbei produzierte elektrische Energie wird anschließend einem
nahegelegenen Hüttenwerk und einer Kokerei zur Verfügung gestellt oder in das öffentliche Stromnetz
eingespeist.
In dem Kraftwerk fallen verschiedene Abwässer an, die zentral gesammelt und anschließend einem
Klärwerk zugeführt werden müssen. Dazu verfügt das Kraftwerk über ein Ablaufsystem, mit dem das
Abwasser aus unterschiedlichen Kraftwerksbereichen über Rinnen in 4 Sammelgruben geleitet wird.
2. Konkrete Messaufgabe
Die Abwassersammelgruben sind zwischen 2,5 und 4 m tief. Damit die Gruben nicht überlaufen, müssen
die Schächte in regelmäßigen Abständen abgepumpt werden. Um diesen Prozess automatisiert über
eine SPS steuern zu können und ein Überlaufen der Gruben zu verhindern, ist der Kunde auf eine
kontinuierliche Überwachung des Füllstands angewiesen.
Zuletzt hatte der Kraftwerksbetreiber versucht, den Füllstand mit Hilfe von Druckmessgeräten zu
kontrollieren. Diese stellten sich jedoch für diese Applikation als ungeeignet heraus, da ihre Elektronik in
dem bis zu 80 °C heißen Abwasser schnell zerstört wurde. Daher sah sich der Kraftwerksbetreiber nach
einer alternativen Messtechnologie um, die für diese einfache Applikation möglichst kostengünstig sein
sollte, aber dennoch stabile und verlässliche Messergebnisse ermöglicht.
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APPLIKATIONS-BESCHREIBUNG
3. Realisierung der Messung
Der Kunde entschied sich für den Einsatz von 4 Einheiten des
OPTIFLEX 1100 C. Die geführten Radar (TDR)-Füllstandmessgeräte
wurden jeweils oberhalb der Schächte montiert. Die Installation der
Monosonden (Ø2 mm) erfolgte dabei in vorhandene 2-Zoll Schwallrohre,
die tief in die Gruben hineinreichen. Der G ½ Prozessanschluss
der Messgeräte wurde mit Hilfe einer Muffe auf die Nennweite der
Schwallrohre reduziert.
Der Kunde konnte die 2-Leiter Füllstandmessinstrumente per
Schnellkonfiguration und unter Angabe von 5 Messparametern selbst
in Betrieb nehmen. Die Messwerte jedes OPTIFLEX 1100 werden per
4...20 mA-Analogausgang an eine SPS übertragen. Sobald der Füllstand
einen definierten Bereich überschreitet, werden über die SPS die Pumpen
aktiviert, mit denen das Abwasser aus den Schächten befördert wird.
4. Nutzenbetrachtung
OPTIFLEX 1100 mit reduziertem
Prozessanschluss
© KROHNE 05/2014 -394- Änderungen ohne vorherige Ankündigungen bleiben vorbehalten.
Mit Hilfe des OPTIFLEX 1100 kann der Kraftwerksbetreiber
die Abwasserschächte wieder automatisiert entleeren. Das
Füllstandmessgerät ist eine sehr kostengünstige Lösung für diese
einfache Applikation, bei der andere Messprinzipien zu teuer sind oder
nicht angewendet werden können. Im Vergleich zu den zuvor eingesetzten
Druckmessgeräten misst das Füllstandmessgerät zuverlässig und
hinreichend genau. Da sich die Elektronik des Geräts außerhalb des
Mediums befindet, wird sie nicht durch die Temperatur des Mediums
beeinträchtigt. Auch Druck- und Dichteschwankungen oder variierende
Dielektrizitätszahlen können die Messung nicht beeinflussen.
Die Installation des OPTIFLEX 1100 ließ sich darüber hinaus kostensparend
für den Kunden realisieren, da mit den Schwallrohren vorhandene
Installation im Schwallrohr
Infrastrukturen für die Füllstandmessung genutzt werden konnten. Die
sehr schnelle Inbetriebnahme war ein weiterer Vorteil für den Kunden.
Jedes Gerät ließ sich ganz ohne Schulungsaufwand einfach über das Display per Installationsassistent
einrichten. Im Gegensatz zu anderen Messinstrumenten wie kapazitiven (RF) Füllstandmessgeräten, bei
denen eine Nasskalibrierung notwendig ist, kommt der OPTIFLEX 1100 zudem ohne Kalibrierung aus.
5. Verwendetes Produkt
OPTIFLEX 1100 C
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2-Leiter-Füllstandmessgerät für Flüssigkeiten und Feststoffe
Für universellen Einsatz (in nicht explosionsgefährdeten Bereichen)
Messbereich bis 20 m (Flüssigkeiten) bzw. 10 m (Feststoffe)
Einfache Navigation durch die Menüs ohne Öffnen des Gehäuses
Sonden und Prozessanschlüsse aus Edelstahl
Für Prozesstemperaturen bis 100 °C und Drücke bis 16 barg
Anzeige in 9 Sprachen, darunter Chinesisch, Japanisch und Russisch
Kontakt
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