Komplettmessstrecke Dampf: einfach und genau instrumentieren

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27.05.2011 Mit steigenden Energiekosten wächst der Bedarf an genauen Methoden zur Erfassung und Abrechnung einzelner Verbraucher. In Chemieunternehmen werden deshalb immer mehr Dampfmessungen eingesetzt. Doch die an sich einfache Messung hat in der Planung und Installation ihre Tücken. Eine elegante Lösung bietet der Einsatz einer Komplettmessstrecke.

Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Dampf ist vom Eichgesetz ausgenommen. Daher werden von den Vertragspartnern möglichst genaue, zuverlässige und langzeitstabile Messungen gefordert.
  • Die Anforderungen an die Messtechnik in Dampfanwendungen ist anspruchsvoll. So muss die Messtechnik neben hohen Temperaturen und Drücken zum Beispiel auch möglichen Wasser-Dampfschlägen standhalten.
  • Eine Dampfmessstelle besteht immer aus mehreren Komponenten. Während die Genauigkeit der Einzelkomponenten bekannt ist, bleibt die Gesamtgenauigkeit des Systems meist im Dunkeln. Sie wird stark von der Abstimmung der Komponenten aufeinander und deren richtiger Parametereinstellung beeinflusst. Das ist zeitintensiv.
  • Die Komplettmessstrecke Dampf hilft, Fehler bei der Planung, Inbetriebnahme und dem Betrieb zu vermeiden. Dadurch sinken der Zeitaufwand und die Kosten über den Lebenszyklus.


Dampfrechner
Dampfmasse auf Knopfdruck Der Dampfrechner Engycal RS33 dient der Erfassung von Dampfmasse und Energiefluss in Systemen mit Sattdampf oder überhitztem Dampf. Die Berechnung basiert auf den gemessenen Prozesswerten Volumendurchfluss, Temperatur und/oder Druck. Die gemessenen und berechneten Werte können über Ethernet, Feldbusse oder als analoges Signal ausgegeben werden. Die Zähler sind einfach zu installieren und abzulesen. Das Gerät zeichnet sich durch seine Präzision und die hohe Langzeitstabilität aus. Zu den Merkmalen gehören:
  • Kompensation der Differenzdruck-Durchflussmessung,
  • schnelle Inbetriebnahme und einfache Bedienung durch Klartext in wählbarer Sprache,
  • Fernauslesung über Ethernet und Feldbusse,
  • Berechnung nach internationalen Wasserdampftafeln.

 

Weltweit wird Dampf in vielen Branchen für den Betrieb von Anlagen, für Heizzwecke usw. rund um die Uhr und für 365 Tage im Jahr benötigt. Ein größeres Unternehmen in der chemischen Industrie hat dabei einen Bedarf von rund 50 Mio. Tonnen Dampf im Jahr. Eine enorme Menge, die zum Teil aus eigener Erzeugung stammt, aber auch von externen Versorgungsdienstleistern zugekauft werden muss. Da die Herstellung von Dampf hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Öl und Erdgas erfolgt, rücken durch deren Preissteigerungen die Kosten pro Tonne Dampf immer mehr in den Fokus der Unternehmen. So müssen aktuell Kosten zwischen 20 und 30 € für eine Tonne Dampf veranschlagt werden. Ein Grund, warum die Erfassung und Abrechnung der einzelnen Verbräuche immer wichtiger wird.

Herausforderung Dampfmessstelle

Bevor an dieser Stelle auf die messtechnischen Lösungen eingegangen wird, sollte zuerst ein Blick auf die Herausforderungen einer Dampfmessstelle geworfen werden. Gerade beim Zukauf von Dampf besteht nicht die Möglichkeit auf geeichte Messungen für die Abrechnung zurückzugreifen. Dampf ist vom Eichgesetz ausgenommen. Daher werden von den Vertragspartnern möglichst genaue, zuverlässige und langzeitstabile Messungen gefordert. Es ist hier besonders wichtig, die technischen Grenzen und die Gesamtgenauigkeit zu kennen, da meist Messungen auf beiden Seiten der Vertragspartner miteinander verglichen werden.

Weiterhin sind die Anforderungen an die Messtechnik selbst in Dampfanwendungen äußerst anspruchsvoll. So muss die Messtechnik neben hohen Temperaturen und Drücken vor allem auch möglichen Wasser-Dampfschlägen standhalten. Selbstverständlich müssen Dampfanwendungen im Dauerbetrieb arbeiten, da Unterbrechungen zeitaufwendig, teuer und verfahrenstechnisch oftmals nicht möglich sind.
Zuletzt kommt hinzu, dass eine Dampfmessstelle immer aus mehreren Komponenten besteht. So setzt sich eine Dampfmessung meist aus einem Durchflussmessgerät mit Betriebsvolumen, einem Druck- und einem Temperatursensor sowie einem Durchflussrechner für die Dampfmasse-Berechnung zusammen. Hierbei ist die Genauigkeit der Einzelkomponenten durch deren Spezifikation bekannt, die Gesamtgenauigkeit des Systems jedoch nicht. Die Gesamtgenauigkeit selbst wird stark von der Abstimmung der Komponenten aufeinander und deren richtiger Parametereinstellung beeinflusst. Aufgrund der vielen am Markt zur Verfügung stehenden Produkte unterschiedlichster Hersteller ist eine sinnvolle Auswahl zeitintensiv und eine Hilfe daher auch sehr willkommen.

Auslegung bereits in der Angebotsphase

Die Komplettmessstrecke für Dampf greift die zuvor genannten Herausforderungen auf und bietet eine praxisnahe Lösung in einem „Rund-um-sorglos-Paket“. Bereits in der Planungsphase wird auf Grundlage der kundenseitigen Messstellenanforderung eine individuelle Auslegung mit einem entsprechenden Angebot angefertigt. Alternativen werden ebenso dargestellt wie auch begründet. Gerade die Kenntnis über die Leistungsmöglichkeit der einzelnen Produkte, sowie deren Zusammenspiel, sind große Vorteile, die der Lieferant hier einbringen kann. Eine Überprüfung der Einhaltung von Grenzen, die durch die Technik gegeben sind, zählt hier ebenfalls dazu.

Bei der eigentlichen Messstrecke stehen mehrere Varianten zur Auswahl, die sich durch ein entsprechendes Preis-/Leistungsmerkmal voneinander unterscheiden. Alle haben eines gemeinsam. Die Messstrecken sind fertig montiert, vollständig auf die kundenspezifische Anwendung eingestellt und auf Funktion geprüft. All dies ist selbstverständlich in der beiliegenden Messstellendokumentation nachvollziehbar hinterlegt. Dabei werden alle notwendigen Normen und Standards, wie z.B. Atex, PED, … erfüllt. Auch AD2000 ist optional möglich. Durch die Vormontage in Rohrstrecken für den Ein- und Auslauf werden typische Montagefehler vermieden und eine Grundlage für die richtige Anströmung der Durchflussmessung gelegt. Durch einen optionalen Strömungsgleichrichter können sehr kompakte Messstrecken für beengte Einbausituationen realisiert werden.
Mit der Voreinstellung aller Komponenten wird deren zuverlässiges und genaues Zusammenspiel abgesichert. Zum Beispiel kann die Verwechslung von Absolutdruck und Relativdruck bei der Berechnung einen zusätzlichen Fehler von bis zu 10 % ausmachen. Bei einer Dampfleitung mit dem Durchmesser DN 100 und einem Druck von 8 bar bei 180°C kann der Fehler beim 24h/7d-Betrieb jährlich um die 50.000 Euro betragen. Dies wird leider oft erst nach der ersten Dampfabrechnung oder nach Jahren festgestellt. Somit ein erheblicher Kostenfaktor.
Das Potenzial für die Aufwandsreduzierung steckt hier einmal in der Zeit und den Kosten für die Planung einer Messung, in der Koordination und Überwachung notwendiger Arbeiten sowie darin, dass kein speziell ausgebildetes Personal ständig vorgehalten werden muss. Im laufenden Betrieb sind es dann Folgekosten eventuell gemachter Fehler. Die Messstrecke ist sofort nach Einbau in die Rohrleitung und elektrischem Anschluss betriebsbereit.

Robuste und bewährte Messtechnik

Für die Durchflussmessung kommt der Proline Prowirl zum Einsatz, ein Messgerät, das nach dem Vortex-Prinzip arbeitet. Dieser Typ gehört bereits lange Jahre in der chemischen Industrie zum Standard und hat sich dort bewährt. Neben seiner hohen Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschocks und Wasser-Dampfschlägen ist das langzeitstabile und driftfreie Sensorsystem seine größte Stärke. Als weitere Highlights für das Zweileiter-Messgerät gibt es optional einen im Sensor integrierten Temperatursensor, einen in der Elektronik integrierten Durchflussrechner und einen Eingang für Druckmesswerte dazu.

Auf der Seite der Druckmessung steht eine Palette an möglichen Sensoren unterschiedlichster Preis- und Leistungsklassen zur Verfügung. Robuste Messzellen mit hoher Überlastfestigkeit und einer Premiumkalibration haben einen entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis. So hat der Druck gegenüber der Temperatur einen größeren Einfluss, in etwa Faktor 3 bis 5, auf die Genauigkeit einer Masseberechnung. Eine nicht zu vernachlässigende Größe! Denn häufig wird zwar der Einfluss der Temperatur berücksichtigt und werden Vortex-Geräte mit eingebauter Temperaturmessung gekauft, aber die viel wichtigere Einflussgröße ist der Druck.
Die Temperaturmessung sowie der Durchflussrechner stammen aus eigener Fertigung und erfüllen alle gängigen Normen und Standards. Darüber hinaus kann eine Lösung bis zur Einbindung in ein Monitoring-System erarbeitet werden, da auch hierfür Komponenten verfügbar sind.

Messstellendokumentation mit Gesamtgenauigkeitsbetrachtung

Ein weiteres Merkmal ist eine vollumfängliche Messstellendokumentation mit einer Genauigkeitsbetrachtung über die ganze Messstrecke. Die Genauigkeitsbetrachtung wird mit Berücksichtigung aller relevanten Einzelfehler zu den gegebenen Prozessbedingungen durchgeführt. Dadurch unterscheidet sie sich zu der bisherigen Betrachtung der Messgeräte zu den spezifizierten Einzelfehlern unter Referenzbedingung. Es können mit der Messstrecke Gesamtgenauigkeiten von besser 1,5 % vom Messwert erreicht werden.

Messstellendokumentation und Gesamtgenauigkeitsbetrachtung erlauben mit einem Griff eine vollständige und transparente Übersicht der Messstelle – eine wichtige Grundlage zur Vermeidung von Diskussionen bei der Dampfabrechnung oder als Nachweis bei Energie-Monitoring-Anwendungen. Nur wer die Grenzen kennt, kann in bestimmten Situationen richtig beurteilen und damit Fehler und Abweichungen vom Soll frühzeitig erkennen sowie geeignete Abhilfemaßnahmen treffen.

Prüfung ohne Prozessunterbrechung

Nach der Auslieferung kann der Anwender ein optionales Dienstleistungspaket zur Komplettmessstrecke in Anspruch nehmen. Es beinhaltet die Prüfung aller Komponenten als auch eine akkreditierte Kalibration nach ISO/IEC 17025 vor Ort. Weil nachweislich in einer Standarddampfanwendung keine Veränderung des Kalibrierfaktors am Prowirl auftritt, kann eine vollständige Geräteprüfung mit dem Prüftool Fieldcheck im eingebauten Zustand und ohne Prozessunterbrechung durchgeführt werden. Alternativ besteht jederzeit die Möglichkeit einer anerkannten und rückführbaren Wasserkalibration vor Ort. Druck- und Temperaturmessung können ebenso unter Betriebsbedingungen für eine Prüfung und Nachkalibration ausgebaut werden. Mit diesem Dienstleistungspaket kann eine dauerhaft nachweisbare Genauigkeit der Messstelle gewährleistet werden.

Fazit: Die Komplettmessstrecke Dampf hilft, Fehler bei der Planung, Inbetriebnahme und dem Betrieb zu vermeiden. Dadurch sinken der Zeitaufwand und die Kosten über den gesamten Lebenszyklus.

 

Das Gerät eignet sich standardmäßig zum Anschluss und zur Versorgung aller gängigen Durchflussgeber, Temperatursensoren und Druckaufnehmer.

Heftausgabe: Juni 2011
Kai Weltin, Produktmanager Durchfluss, Endress+Hauser

Über den Autor

Kai Weltin, Produktmanager Durchfluss, Endress+Hauser

Autor Kai Weltin ist Produktmanager Durchfluss bei Endress+Hauser

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