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Kühlturmautomatisierung mit Hilfe von Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesstechnik

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29.03.2018 Versorgungssicherheit ist in Chemieparks das A und O. Automatisierung kann dazu beitragen, die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Bei der Automatisierung seiner Kühltürme setzt der Standortbetreiber Currenta zur Durchflussmessung auf Messtechnik, die selbst die Anlagenverfügbarkeit nie beeinträchtigt: Clamp-on-Ultraschalltechnik.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Weil die Clamp-on-Ultraschallsensoren einfach außen auf dem Rohr aufgeschnallt werden, muss der Betrieb beim Einrichten der Durchflussmessstelle nicht unterbrochen werden.
  • Die Installation geschieht mit minimalem Aufwand, da kein Auftrennen des Rohrs, keine Schweißarbeiten und kein Hebegerät erforderlich sind.
  • Der Standortbetreiber Currenta nutzt die Technik, um an einem Modellkühlturm im Chempark-Standort Krefeld-Uerdingen die Automatisierung von Kühltürmen zu testen.

Als Chempark-Manager und Betreiber bietet Currenta Dienstleistungen, die den Produktionsalltag der am jeweiligen Standort ansässigen Unternehmen effektiv erleichtern und ihre volle Konzentration auf das Kerngeschäft ermöglichen. Zu den elementaren Aufgaben zählt die Energieversorgung. Der Standortdienstleister beliefert Produktionsbetriebe mit allen erforderlichen Energieformen in der gewünschten Spezifikation, von Strom, Erdgas, Dampf, Druckluft, Kälte und technische Gase über eigene Kraftwerke und Anlagen sowie über Handel an den Energiebörsen. Ein weiterer wichtiger Teil des Leistungsportfolios ist die sichere Versorgung mit Wasser.

Auch wenn in der chemischen Industrie längst nicht nur mit Wasser gekocht wird, ist Wasser gleichwohl eines der wichtigsten Medien. Wasser wird benötigt als Fertigungsmittel, z. B. als Lösemittel, oder als Energieträger in Form von Dampf, Heißwasser bzw. zur Kühlung. Currenta versorgt alle an den Chempark-Standorten ansässigen Firmen zentral mit Wasser in verschiedenen Qualitäten. Das Wasser wird überwiegend in eigenen Anlagen gewonnen, teilweise am Markt beschafft, gegebenenfalls aufbereitet und über ein umfassendes Rohrleitungsnetzwerk verteilt.
Wasser ist wegen seiner hohen spezifischen Wärmekapazität ein hervorragender Wärmeträger. Daher sowie aufgrund seiner allgemeinen Verfügbarkeit ist es das am häufigsten verwendete Kühlmittel. Wird Wasser zur Kühlung eingesetzt, führt es Wärme aus einem Prozess ab. Kühlwasser wird heute zumeist im Kreislauf geführt, d. h., das durch den Prozess erwärmte Wasser muss also wieder heruntergekühlt werden. Dies geschieht in Kühltürmen, wo es verrieselt wird und dabei die aufgenommene Wärme wieder an die Umgebungsluft abgibt.

Pilotprojekt Kühlturmautomatisierung

Um die Verfügbarkeit der Kühltürme zu erhöhen, wurde ein Projekt zu deren Automatisierung initiiert. Ziel des Projektes ist es nicht nur, den Betrieb durch den Einsatz von Mess- und Regeltechnik soweit zu automatisieren, dass der Kühlturm im Normalfall ohne den Einsatz von Bedienpersonal ordnungsgemäß arbeitet. Darüber hinaus soll die Versorgung mit Kühlwasser auch für den Fall des Ausfalls von Sensorik für 24 Stunden sichergestellt sein.

Im Rahmen des Projekts definierten die verantwortlichen Ingenieure zunächst einen Musterkühlturm und statteten dann einen Kühlturm am Standort Krefeld-Uerdingen entsprechend mit Mess- und Regeltechnik aus. Dazu zählen Druckmessungen im Vorlauf zu den Pumpen sowie dahinter, Schwingungsaufnehmer, Temperaturmessungen in den Kühlturmzellen sowie eine Wetterstation, die Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit aufzeichnet. Durchflussmesser sind an Kühltürmen bislang üblicherweise nur zur Messung der an die Abnehmer gelieferten Kühlwassermengen installiert. Diese Abrechnungsmessung erfolgt am Projektkühlturm mittels eines fest installierten magnetisch-induktiven Durchflussmesser (MID). Für den sicheren vollautomatisierten Betrieb müssen jedoch auch die erwärmten Rücklaufmengen erfasst werden, damit auf Störungen, die sich als Abweichungen zwischen Vor- und Rücklaufmengen zeigen, schnell reagiert werden kann.

Eingriffsfreie Durchflussmessung mit Clamp-on-Ultraschalltechnik

Für die Durchflussmessung an der Rücklaufleitung suchten die Projektverantwortlichen gezielt nach einer eingriffsfreien Lösung mit Clamp-on-Ultraschalltechnik: nicht nur wegen der einfachen Nachrüstung, sondern weil die eingriffsfreie Messtechnik die Anlagenverfügbarkeit nicht beeinträchtigt. Zur Auswahl des geeignetsten Messsystems luden sie mehrere Anbieter von Clamp-on-Messtechnik zu einer Demonstrations- und Vergleichsmessung.

Das Fluxus-System von Flexim überzeugte nicht nur durch die hohe Signalstärke, sondern insbesondere auch durch die hohe Messgenauigkeit im Vergleich mit dem fest installierten MID. „Natürlich können wir auch Wasser besonders gut messen“, freut sich Flexim-Mitarbeiter Heinrich Brucks. Als Vertriebsingenieur im Außendienst versorgt er seit bald zwei Jahrzehnten die Chemieregion am Niederrhein mit eingriffsfreier Ultraschallmesstechnik made in Berlin: „Manchmal kann man fast den Eindruck gewinnen, dass uns die Anwender vor allem als erfahrene Problemlöser für die ganz kniffligen Fälle wahrnehmen, etwa Hochtemperaturanwendungen oder Gase bei geringem Druck. Dabei haben wir auch gar nichts gegen Wasser – und gerade Kühlwasser gehört nun wirklich zu den Standardanwendungen.“

Für die Prozessleittechniker ist von besonderem Vorteil, dass das Gerät simultan zur Durchflussmessung auch Diagnosewerte aufnimmt und in das PLS einspeisen kann. Frank Thören, der das Automatisierungsprojekt federführend betreut, legt Wert darauf, dass die Messung nicht nur dann überzeugend funktioniert, wenn Heinrich Brucks daneben steht: „Durch die Ausgabe von Diagnoseparametern können wir die Messgüte durchgängig sicher bewerten. Seit ihrer Inbetriebnahme vor etwa zwei Jahren arbeiten die Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmessungen absolut problemlos und störungsfrei.“ Darüber hinaus erlauben Diagnosewerte wie Schallgeschwindigkeit und Signalverstärkung Rückschlüsse auf eventuelle Veränderungen im Prozess.

Nach Abschluss und Auswertung der Testphase sollen sämtliche Kühltürme an den drei Chempark-Standorten automatisiert werden. Die genaue Auswertung des Betriebsverhaltens in Abhängigkeit von den meteorologischen Bedingungen und den Produktionszyklen der abnehmenden Betriebe erlaubt dann die Entwicklung intelligenter Regelkonzepte, mit denen weiteres Optimierungspotenzial hinsichtlich der Auslegung der Aggregate und ihres wirtschaftlichen und energieeffizienten Betriebs erschlossen werden können.

Weitere CT-Beiträge zum Thema Durchflussmessung.

Ifat 2018  Halle C1 – 313
Achema 2018  Halle 11.1 – A16

Heftausgabe: April/2018

Über den Autor

Jörg Sacher, Flexim
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