Energiemanagement wird einfach

Clamp-on-Flowmeter für Prozessdampf

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04.12.2018 Energiemanagement gewinnt an Bedeutung, denn der nachhaltige Umgang mit Energie schont die Umwelt und den Geldbeutel. Doch auch hier gilt: Es kann nur das geregelt werden, was zuvor gemessen wurde. Im Falle von Prozessdampf erleichtern Clamp-on-Durchflussmessgeräte diese Aufgabe.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Im Rahmen des Aufbaus eines Energiemanagementsystems wird der Status quo der Infrastruktur sowie der Mess- und Prüfmittel dokumentiert.
  • Das Clamp-on-Durchflussmessgerät kann problemlos zur Bilanzierung von Prozessdampfleitungen eingesetzt werden.
  • Weil das Gerät den Ultraschall direkt in der Rohrleitung erzeugt, lassen sich auch Dampfströme mit der eingriffsfreien Messmethode erfassen.

Fig2_Repräsentativer, messtechnischer Aufbau des ROSEN EMAT Flowmeters an einer Prozessdampfrohrleitung

Aufbau des Rosen-Emat-Flowmeters an einer Prozessdampfrohrleitung. Bilder: Rosen

Mit der weltweit gültigen ISO 50.001 gibt die Internationale Organisation für Normung den Unternehmen ein Planungs- und Managementwerkzeug an die Hand, mit welchem sie ein effektives Energiemanagement strukturiert in ihren Aufbau- und Ablauforganisationen implementieren und sich in letzter Konsequenz auch entsprechend zertifizieren lassen können. Eine solche Zertifizierung ist die Grundlage für potenzielle Teilbefreiungen von Steuern, Abgaben und Umlagen.

Der Erfolg etablierter Managementsysteme hängt maßgeblich von der Einbindung der Mitarbeiter im Unternehmen ab. Die individuellen Beauftragten dieser Systeme haben es oft schwer, die notwendigen Informationen in den einzelnen Prozessen zur Verfügung zu stellen und damit verbunden die für eine erfolgreiche Einführung nötige Motivation und Akzeptanz in der Belegschaft zu schaffen.

Somit sind folgende Punkte von großer Bedeutung:

  • den andauernden Verbesserungsprozess kontinuierlich zu verfolgen und seine Prozessleistung der Aufbau- und Ablauforganisation stets auf den Prüfstand zu stellen,
  • die Verbesserung der Prozesse auf jeden Mitarbeiter bzw. auf jeden Prozess herunterzubrechen und individuelle Ziele zu vereinbaren (KPIs),
  • kontinuierliches Informationsmanagement im Unternehmen zu etablieren: Transparenz sorgt für Motivation, Akzeptanz und aktive Mitarbeit,
  • den Schulungsbedarf der Mitarbeiter durch die verantwortlichen Führungskräfte regelmäßig zu erfassen und entsprechend Weiterbildungs-/Informationsangebote anzubieten. Ein effektives und bedarfsorientiertes Management von Verbesserungen hängt nämlich auch stark von der Qualifikation der Mitarbeiter in einem Unternehmen ab.
Fig1_ Übersicht Energiemanagement ISO 50.001

Übersicht Energiemanagement ISO 50.001.

Clamp-on-Messsysteme helfen Energiekosten zu senken und Effizienz zu steigern

Um insbesondere den beiden ersten Punkten Rechnung zu tragen, findet der in vielen Managementsystemen – wie z. B. den Qualitätsmanagementsystemen nach DIN EN ISO 9001 – verankerte Plan-Do-Check-Act-Zyklus (PDCA-Cycle) auch im Energiemanagement nach ISO 50.001 seine Anwendung. Dieses Werkzeug ist die planerische Grundlage des Energiemanagementbeauftragten, in einem kontinuierlichem Verbesserungsprozess (KVP) Verbesserungspotenziale zu erkennen und entsprechende Maßnahmen umzusetzen. Eine initiale Zertifizierung nach der ISO 50.001 ist nämlich keine Garantie für ein dauerhaft optimales Management der Energieträger.

In der Plan-Phase des PDCA-Cycles werden zunächst energietechnische Bewertungen durchgeführt und im Rahmen des Aufbaus eines Energiemanagementsystems der Status quo der Infrastruktur sowie der Mess- und Prüfmittel dokumentiert. Es wird u. a. bewertet, ob die notwendigen Mittel zur Erhebung der Energieleistungskennzahlen, auf deren Basis strategische und operative Ziele für die Energiekostensenkungen verabschiedet werden können, überhaupt zur Verfügung stehen. Genau an der Stelle der technischen Messung und Prüfung, als Teil eines Maßnahmenkataloges zur Energiekostensenkung und Effizienzsteigerung, setzt das Emat-Flowmeter als Clamp-on-Lösung für Prozessdämpfe, Gase und Flüssigkeiten an.

Fig3_Messdatenausschnitt der Volumenstrommessung an einer Dampfleitung

Messdatenausschnitt der Volumenstrommessung an einer Dampfleitung.

In der Do-Phase wurde ein Energiemanagementbeauftragter eines mittelständischen produzierenden Unternehmens darauf aufmerksam und stellte eine Anfrage hinsichtlich eines firmen­internen Pilotprojektes. Als Ziel des Projektes wurde ausgegeben, dass die flexible und prozessunterbrechungsfreie Clamp-on-Ultraschalltechnologie als Vergleichsmessung zu einer bereits eingebauten Messblende dienen und die Messdaten auf das Prozessleitsystem zwecks Messwertvergleichs erfasst werden sollten. Die Motivation des Betreibers bestand darin, Energieströme in den verzweigten Unternehmensbereichen transparent zu machen, um dadurch eine bessere Energiekostenbilanzierung zu erstellen und im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Vollkostenrechnung alle anfallenden Energiekosten auf die individuellen Kostenträger oder Kostenstellen verrechnen zu können. Des Weiteren sollten natürlich auch Verbesserungspotenziale zur Energiekosteneinsparung ermittelt werden, welche nachträglich einen direkten Einfluss auf die wirtschaftlichen Leistungsfähigkeiten der einzelnen Unternehmensbereiche haben.

Die technischen Rahmenbedingungen der beschriebenen messtechnischen Applikation sind wie folgt:

  • Rohrleitung in Nennweite DN80,
  • Medium: überhitzter Prozessdampf (7,7 bar, 170 °C),
  • Durchflussrate: 1.500 bis 2.000 kg/h.

Die anschließende mit dem Betreiber der Anlage gemeinsam durchgeführte Messdatenauswertung in der Check-Phase zeigte, dass qualitativ identische Trendlinien aufgezeichnet wurden. Es konnte sogar ein schon lange vom Betreiber befürchteter Offset-Fehler der verbauten Messblende durch das Clamp-on-Durchflussmessgerät nachgewiesen werden: Die Messblende erfasste permanent 2 bis 3 % weniger Durchflussmenge.

In der Act-Phase, basierend auf der initialen Testkampagne, wird Rosen gemeinsam mit dem Kunden messtechnische Folgemaßnahmen anstoßen und entsprechende Verbesserungsmaßnahmen ableiten. Die Act-Phase wird im Allgemeinen auch als Management-Review bezeichnet. Im Jahreszyklus validiert die Geschäftsleitung eines Unternehmens in ihrer Verantwortung der obersten Leitung gemäß Definition der ISO 9.001 die Leistungsfähigkeit des hauseigenen Energiemanagementsystems anhand u. a. des Energieberichtes und der Ergebnisse interner und externer Audits.

Zur Technik: Dampfmessung per Ultraschall – das Rohr wird zum Sensor

Bei konventionellen Clamp-on-Ultraschalldurchflussmessgeräten durchschallen die Ultraschallpulse nicht nur das Medium, sondern müssen auch noch die Rohrwand (zweimal pro Weg) durchlaufen. Deshalb sind diese üblicherweise nicht für Dampfmessungen geeignet. Bei Dampfleitungen mit geringen Drücken wird die für die Leitung des Ultraschalls notwendige Dichte des Mediums Dampf so gering, dass die Schallleistung der Piezo-Sensoren an ihre Grenzen gelangt und keine ausreichende Signalstärke erzielt wird. Das Emat-Flowmeter (Electro-Magnetic Acoustic Transducer) arbeitet dagegen nicht mit Piezo-Sensoren: Die Rohrwand ist Bestandteil des Sensors, da der Ultraschall kontaktlos direkt in der Rohrleitung erzeugt wird. Außerdem wird der Ultraschall nicht lokal am Rohr erzeugt, sondern der gesamte Umfang des Rohrs wird durchschallt und wirkt als Sensor (Transducer).

Dank seiner Clamp-on-Montagelösung kann das Ultraschall-Durchflussmessgerät ohne Prozessunterbrechung installiert werden. So können auch ältere Leitungen mit moderner Messtechnologie ausgestattet werden. Die Isolation der Rohrleitung kann beidseitig bündig an das Durchflussmessgerät installiert werden. Es bedarf am Sensor selbst keiner zusätzlichen Isolierung, da das Gehäuse eine integrierte Isolierung beinhaltet und somit am Messgerät kein signifikanter Wärmeverlust entsteht.

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Heftausgabe: Dezember/2018
Thomas Middrup,  Sales Flow Metering Solutions,  Rosen Germany

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Thomas Middrup, Sales Flow Metering Solutions, Rosen Germany
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