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Innovative Nassdampfmessung im Wirbelzähler : Ausgabe 14/2014, 06.08.2014

Mehr Sicherheit und Effizienz beim Anlagenbetrieb

Der Prowirl 200 ist die nächste Generation von Wirbelzählern für die Durchflussmessung. Intensiver Entwicklungsarbeit ist es zu verdanken, dass sich in diesem Sensor wieder mehrere spezielle Funktionen integrieren liessen. Einfachere Handhabung bei Montage und Bedienung, mehr Sicherheit und Effizienz im Anlagenbetrieb sowie daraus resultierende Kosteneinsparungen stehen dabei im Fokus.

Autor: Kai Weltin, Produktmanager Durchflussmesstechnik, Weil am Rhein

Seit dreissig Jahren gibt es Wirbelzähler für die Durchflussmessung von Endress+Hauser. Damals als erstes modernes Messprinzip für die Gasmessung eingeführt, wird der Wirbelzähler heute für viele Messaufgaben bei Flüssigkeit, Gas und Dampf eingesetzt. Speziell in den industriellen Hilfskreisläufen zur Medienversorgung der Anlagen ist der Prowirl anzutreffen. Mit weltweit über 300 000 Installationen hat der Prowirl eine für dieses Messprinzip stattliche Anzahl von Anwendungen erreicht. Nach heutiger Sicht kommen etwas über 50 Prozent der Geräte in industriellen Dampfkreisläufen zum Einsatz. Heute haben die Erfassung von Energieströmen und die Minimierung der Energieverbräuche stark an Bedeutung zugenommen. An dem Punkt setzen die Prowirl-Entwickler an und schaffen Lösungen für bis dahin weniger berücksichtigte Einflussgrössen auf eine Durchflussmessung.

Der Dampfqualität auf der Spur

Dampf braucht man in vielen industriellen Branchen für die Produktion, aber auch für Nebenaufgaben wie die Raumbeheizung im Winter. Meist lohnt sich eine zentrale Energieerzeugung und deren Energieübertragung mittels Dampf. Rund 40 Prozent der fossilen Brennstoffe Öl und Erdgas nimmt man heute für die industrielle Dampferzeugung. Das kostet den Betreiber zwischen 40 und 50 Franken je Tonne Dampf. Wegen diesen beachtlichen Energiekosten sind Lösungen gefragt, die etwaige Verluste aufdecken und die Effizienz der Anlage verbessern lassen.

Eine Bewertungsgrösse für das Dampfsystem ist die Dampfqualität. Die Dampfqualität ist auf Masse bezogen und beschreibt den Anteil der Dampfmasse zur Gesamtmasse innerhalb der Rohrleitung. Die Gesamtmasse ist dabei nichts anderes als die Summe der gasförmigen und flüssigen Anteile. In der Praxis wird dieser Zustand auch als Nassdampf bezeichnet. Somit sind bei einer Dampfqualität von 90 Prozent die restlichen 10 Prozent der Masse in flüssiger Form, dem Kondensat, vorhanden. Ein Zustand, der nicht gewollt ist und zu einem erheblichen Energieverlust führt. Letztendlich geht Energie vom Erzeuger zum Verbraucher durch Auskondensieren des Dampfes verloren. Das macht bei einer Dampfleitung Nennweite 100 und einer Durchflussmenge von 4 t/h einen jährlichen Verlust von rund 25 000 Franken aus.

In einer Dampftestanlage untersuchte Endress+Hauser die Auswirkungen von Nassdampf auf den Anlagenbetrieb und die Messtechnik. Diese Erkenntnisse helfen, Dampfsysteme besser zu beurteilen, und erlauben sehr innovative Funktionen für den Prowirl F 200, der Standardvariante mit Flanschanschlüssen.

Sicherheit und Effizienz durch Nassdampfmessung

Beim Prowirl F 200 steht die neue Nassdampfmessung zur Verfügung. Das Messgerät kann anhand der Auswertung seines Wirbelsensorsignals eine zweite flüssige Phase im Dampfstrom messen. Der Anwender kann zwischen zwei Nassdampffunktionen auswählen: einer einfachen Funktion «Nassdampferkennung», die als Grenzwertalarm arbeitet und bei einer Dampfqualität von 80 Prozent eine Meldung auslöst. Die umfangreichere Funktion «Nassdampfmessung» gestattet eine kontinuierliche Messung der Kondensatmasse und der Dampfqualität. Mehr Sicherheit und Effizienz im Anlagenbetrieb sind die Vorteile dieser Nassdampffunktionen. Auf der Seite der Sicherheit steht das rechtzeitige Erkennen von Anlagenzuständen, die zu den gefürchteten Dampfschlägen führen können. Das hilft, eventuelle Schäden im Dampfsystem zu verhindern und Anlagenausfälle zu vermeiden.

Über die Nassdampffunktion lassen sich diese Zustände rechtzeitig erkennen und über die Anlagensteuerung korrigieren. So arbeiten Wärmetauscher mit einem besseren Wirkungsgrad, wenn kein Kondensat vom Dampfsystem in den Wärmetauscher gelangt und den Wärmeübergang darin stark behindert. Zudem lassen sich Störungen anderer Komponenten aufdecken.

Einfache Montage und Bedienung im Betrieb

In der Praxis gibt es immer wieder Diskussionen über zu wenig Platz, um spezifizierte Einlaufstrecken bei Wirbelzählern einzuhalten. Dabei nimmt man beim Einsatz sogar eine schlechtere Messgenauigkeit in Kauf. Ein allfälliger Strömungsgleichrichter zur Verkürzung der Einlaufstrecke führt zu einem etwa doppelt so grossen Druckverlust. Dank der Einlaufstreckenkorrektur beim Prowirl F 200 lassen sich bei ein- und mehrdimensionalen Rohrbögen die Einlaufstrecken auf die zehnfache Nennweite ohne einen Strömungsgleichrichter verkürzen. In der Gerätebedienung stellt man einfach die Form der Rohrleitungsführung ein und die Elektronik kompensiert den Einfluss auf das Strömungsprofil des Mediums. So sind klare Aussagen zur Gesamtgenauigkeit unter den gegebenen Bedingungen möglich. Gleichzeitig reduziert es den Aufwand und die Komplexität bei Planung und Inbetriebnahme.

Die Gerätebedienung ist über alle physikalischen Messprinzipien der Zweileiter-Plattform einheitlich aufgebaut. Die Menüstruktur und Parameterkennzeichnung vereinfacht dem User das Vorgehen bei der Inbetriebnahme, dem Betrieb oder einer Störung wesentlich. Siebzehn verfügbare Sprachen, ein Schnelleinstieg zu den Set-up- oder Diagnoseparametern, das Anzeigen von Hilfetexten sowie Abhilfemassnahmen bei Störmeldungen gestalten die Gerätebedienung schnell und sicher.

Die kompakte multivariable Lösung

Mit dem Prowirl 200 wird eine weitere Variante der Ein-/Ausgangsmodule eingeführt. Dieses Modul besitzt einen zusätzlichen passiven 4- bis 20-mA-Eingang, wodurch der Prowirl zum ersten Wirbelzähler mit Stromeingang wird. Daneben besitzt er weiterhin einen 4- bis 20-mA-Stromausgang und einen umschaltbaren Impuls-/Frequenz-/Statusausgang für die Signalübermittlung an eine Auswerteeinheit oder ein Leitsystem. Mit dem Modul ist die Gerätevariante verbunden, bei der im Wirbelsensor ein Temperaturfühler und in der Elektronik ein Durchflussrechner integriert sind. Man spricht hier auch vom multivariablen Wirbelzähler.

Durch diese Kombinationen ergeben sich vielfältige Anwendungsvarianten mit Gas oder Dampf. Über den Stromeingang lassen sich die Messwerte eines Drucktransmitters einlesen und für eine vollkompensierte Masse- und Normvolumenmessung im Prowirl verwenden. Im Durchflussrechner der Elektronik ist die Funktion des international anerkannten Standards IAPWS-IF 97 (International Asso-ciation for the Properties of Water and Steam = Internationale Vereinigung zur Definition der Eigenschaften von Wasser und Dampf) implementiert und erlaubt die genaueste Masse- und Energieberechnung von Dampf. Mit der weiterhin verfügbaren Datenbasis für Luft und zwanzig Industriegase sind ebenso vollkompensierte Durchflussmessungen, beispielsweise mit Druckluft, Stickstoff oder Erdgas, machbar. Vorteile sind ein kompakter Messstellenaufbau, die Montage eines zusätzlichen Temperaturfühlers entfällt und die kompensierten Messwerte lassen sich direkt am Prowirl anzeigen.

Infoservice


Endress+Hauser Metso AG
Kägenstrasse 2, 4153 Reinach
Tel. 061 715 75 75, Fax 061 715 27 75
info@ch.endress.com, www.ch.endress.com
Halle 3.2, Stand D04

Prowirl F 200 mit Korrektur bei kurzen Einlaufstrecken und spezieller Nassdampffunktion für mehr Sicherheit und Effizienz im Anlagenbetrieb


Das Messgerät in getrennter Ausführung für leichte Handhabung bei schwierigen Umgebungsbedingungen


Innovative Nassdampfmessung für mehr Sicher- heit und Effizienz im Dampfanlagenbetrieb

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Sektion 22: Industrielle Mess- & Regeltechnik