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APPLIKATIONS-BEISPIELE Messtechnische Lösungen für Abwasseranwendungen •MessungvonAbwassermengenausStadtbezirken •SteuerungeinesSchaumabzugsineinerKläranlage •GleichzeitigeMessungvonDurchflussundelektrischerLeitfähigkeit •DurchflussüberwachungimteilgefülltenAblaufeinesRegenrückhaltebeckens •ÜberprüfungderEnergieproduktioneinesKlärwerks •Biogas-MessungfürdieVersorgungeinesBlockheizkraftwerks •FüllstandmessungineinemSchlammtank •ÜberlaufschutzvonAbwassersammelgrubeneinesKraftwerks FragenoderInteresseanweiterenApplikations-Beispielen? WünschenSieeineBeratungodereinAngebot? [email protected] Deckblätter 5-2014 3.indd 1 27.05.14 14:49 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. Application 225 DE 3.indd 1 20.05.14 17:00 APPLIKATIONS-BERICHT 1 2 3 4 5 6 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 Kontakt Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? KROHNE Messtechnik Wünschen Sie eine Beratung oder ein Angebot? Ludwig-Krohne-Str. 5 [email protected] 47058 Duisburg Deutschland Tel.: +49 (0)203 301 0 Fax: +49 (0)203 301 10 389 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 225 DE 3.indd 2 20.05.14 17:00 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. Application 242 DE 3.indd 1 20.05.14 17:05 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 Kontakt KROHNE Messtechnik Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? Ludwig-Krohne-Str. 5 oder ein Angebot? Wünschen Sie eine Beratung 47058 Duisburg [email protected] Deutschland Tel.: +49 (0)203 301 0 Fax: +49 (0)203 301 10 389 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 242 DE 3.indd 2 20.05.14 17:05 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. Application 245 DE 2.indd 1 20.05.14 17:11 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 Kontakt KROHNE Messtechnik Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? Ludwig-Krohne-Str. 5 oder ein Angebot? Wünschen Sie eine Beratung 47058 Duisburg [email protected] Deutschland Tel.: +49 (0)203 301 0 Fax: +49 (0)203 301 10 389 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 245 DE 2.indd 2 20.05.14 17:11 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 Application 340 DE 2.indd 1 20.05.14 17:15 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 Kontakt KROHNEMesstechnikGmbH Fragen oder Interesse an weiteren Applikations-Beispielen? Ludwig-Krohne-Str Wünschen Sie eine Beratung oder ein Angebot? [email protected] Duisburg Deutschland Tel Fax info krohne de DieaktuelleListeallerKROHNEKontakteundAdressenfindenSieaufunsererInternetseite Application 340 DE 2.indd 2 20.05.14 17:15 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. Application 356 DE 3.indd 1 Gaseingang mit erstem Wasserabscheider Durchflussmessung von Methangas bei 7 mbar 20.05.14 17:18 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 Kontakt KROHNE Messtechnik Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? Ludwig-Krohne-Str. 5 Wünschen Sie eine Beratung oder ein Angebot? [email protected] 47058 Duisburg Deutschland Tel.: +49 203 301 0 Fax: +49 203 301 103 89 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 356 DE 3.indd 2 20.05.14 17:18 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). Application 357 DE 6.indd 1 20.05.14 17:22 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 Kontakt KROHNE Messtechnik Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? Wünschen Sie eine Beratung oder ein Angebot? Ludwig-Krohne-Str. 5 [email protected] 47058 Duisburg Deutschland Tel.: +49 203 301 0 Fax: +49 203 301 103 89 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 357 DE 6.indd 2 20.05.14 17:22 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. Application 374 DE 3.indd 1 04.06.2013 15:18:48 Uhr 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 • • • • • • • • 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 Kontakt KROHNE S.A.S. Fragen oder Interesse an weiteren Applikations-Beispielen? Les Ors – BP 98eine Beratung oder ein Angebot? Wünschen Sie 26103 Romans Cedex [email protected] Frankreich Tel.: +33 475 056 703 Fax: +33 475 050 048 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 374 DE 3.indd 2 04.06.2013 15:18:48 Uhr 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. Application 394 DE 2.indd 1 20.05.14 17:26 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 • • • • • • • 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 KROHNE Messtechnik Fragen oder Interesse GmbH an weiteren Applikations-Beispielen? Ludwig-Krohne-Str. 5 Wünschen Sie eine Beratung oder ein Angebot? 47058 Duisburg [email protected] Deutschland Tel.: +49 203 301 0 Fax: +49 203 301 103 89 [email protected] Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte und Adressen finden Sie auf unserer Internetseite. Application 394 DE 2.indd 2 20.05.14 17:26