Genaue Überwachung

MESSTECHNIK
Genaue
Überwachung
Sicherere Rauchgaswäsche durch
Ultraschallmessverfahren
Nur eine exakt definierte, kontinuierlich
zugeführte Menge von Kalkmilch sichert
den Wirkungsgrad eines RauchgaswäHalle 9.1 C25-C28
schers. Eine zu geringe Durchflussmenge
kann zur Überhitzung des Wäschers und
damit zu Reparaturen in Millionenhöhe
führen. Die Messung des Volumenstroms ist
nicht einfach, denn die Kalkmilch-Suspension ist in hohem Maße
alkalisch und abrasiv. Keine (dauerhafte) Chance für mechanische Messsysteme, für Sensoren im Flüssigkeitsstrom. Die im
RWE Kraftwerk Frimmersdorf an Rauchgaswäschern erfolgreich
getestete Lösung: Messung mit Ultraschall.
Bild 1: Für unterschiedliche
Rohrleitungen
sind zur Befestigung der
US-Durchflussmessgeräte
verschiedene
Messkopfhalterungen verfügbar
die Installation der Ultraschall-Durchflussmesser war so gut wie kein Aufwand erforderlich, da die Sensoren im Clamp-On-Verfahren, auf die vorhandenen Kalkmilchrohrleitungen aufgespannt werden. Die Installation der Ultraschall-Durchflussmessung dauert nur wenige Minuten und verursacht keinerlei Betriebsunterbrechung.
Der Aufwand für eine Messstelle und damit
auch die Kosten sind unabhängig vom
Rohrdurchmesser, da mit dieser Technologie
derselbe Sensor für verschiedene Durchmesser eingesetzt werden kann. Zusätzlich
zu den Messdaten über den tatsächlichen
Volumenstrom liefert das Messsystem auch
Informationen über die beteiligten Pumpen.
Pumpenredundanz kann
entfallen
Die Feststoffanteile in der Kalkmilchsuspension führen zu Verschleiß an den Pumpen
mit dem Risiko, dass eine Pumpe ausfällt
und damit Störungen im Wäscher auftreten. Deshalb wurden um den Kalkmilchzufluss zu den Düsen auch für diesen Fall zu
gewährleisten sicherheitshalber zusätzliche Pumpenkapazitäten in die Anlage integriert. Mit der Ultraschall-Durchflussmessung lässt sich auch der Wirkungsgrad
und damit der Zustand der Pumpen kontinuierlich überwachen, so dass sich ein etwaiger Pumpenausfall schon im Voraus
langfristig per Messdaten ankündigt. Dank
dieser Informationen lässt sich ein überdimensioniertes Pumpenpotenzial abbauen,
was Kosten in Errichtung und Betrieb derartiger Anlagen einzusparen hilft.
Gerade wegen der großen wirtschaftlichen Vorteile finden Ultraschall-Durchflussmesser immer häufiger auch in Kraftwerken
Verwendung. Mit einem einzigen Gerät
kann beispielsweise der Durchfluss von
Wasser in Fallrohren mit maximal 5 m
Bild 2: Die
Montage der
Messköpfe ist
denkbar
einfach
,
as zur RWE gehörende Braunkohlekraftwerk in Frimmersdorf betreibt insgesamt zwölf Rauchgaswäscher, um Schadstoffe wie Schwefel und dessen aggressive
und umweltschädliche Verbindungen aus
der Abluft zu filtern. Dazu werden die
Rauchgase mit einer Kalkmilchsuspension
bedüst. In dieser dünnen Aufschlämmung
von Kalziumhydroxid, Ca(OH) in Wasser
beträgt der Feststoffanteil zwischen 5 und
15 % je nach Schadstoffanteil im Rauchgas.
Mit Hilfe der Kalkmilch werden die Schwefelverbindungen im Rauchgas zu CaSO"
(Gips) gebunden, der durch die Bauindustrie weiterverarbeitet wird.
Gemessen wird an den Hauptzuleitungen
der Kalkmilch an Rohrnennweiten von 500
bis 800 mm. Die Stahlleitungen haben eine
Innenauskleidung aus Gummi, aber diese
Autor: Stefan Lingnau, Panametrics
%
stört das Ultraschall-Messverfahren keineswegs. Abzweigungen in Ringleitungen führen über 150-mm-Zuleitungen zu den einzelnen Wäschern. Aus acht Einspritzdüsen
wird die Kalksuspension in das Rauchgas
gesprüht. Dank der hohen Auflösung und
Genauigkeit der eingesetzten Durchflussmesser lässt sich ein kritisches Verstopfen
von gleichzeitig zwei oder drei Düsen erkennen, so dass auf die ursprünglich geplante Messung der Durchflussmengen zu
den einzelnen Düsen verzichtet werden
kann.
Nahezu kein Installationsund Wartungsaufwand
Der mehrmonatige Probebetrieb mit Messungen an den Hauptleitungen zweier Wäscher in Frimmersdorf überzeugte den Anlagenbetreiber in mehrfacher Hinsicht: Für
Chemie Technik29. Jahrgang (2000), , Nr. 4
MESSTECHNIK
Bild 3: Mit dem
Stichprobenmessgerät lassen sich Durchflüsse direkt
vor Ort bestimmen, wo immer
es nötig ist...
Durchmesser vor den Turbinen ebenso wie
das Kühlwasser für die Anlage überwacht
werden. Auch an Schmierleitungen von Generatoren mit Durchmessern von nur
noch 12 mm- wird die Ultraschall-Durchflussmessung von außen zunehmend eingesetzt. Selbst die Messung von Wasserdampf
bei Drücken bis 240 bar und Temperaturen
bis zu 600 °C ist mit diesem Messverfahren
sicher zu verwirklichen, ohne dass dabei
Druckverluste in den Leitungen erzeugt
werden. Herkömmliche Durchflussmessungen sind dagegen mit großem Installationsund Wartungsaufwand verbunden. Auf
Dauer gesehen arbeiten daher moderne Ultraschall-Durchflussmesser sehr viel wirtschaftlicher.
Im RWE-Werk Frimmersdorf wurde in der
Testphase das handliche Stichproben-Messgerät PT 868 eingesetzt. Der mobile Ultraschall-Durchflussmesser nutzt für diese
Messungen das patentierte Laufzeit-Korre-
lationsverfahren. Im optional verfügbaren
Transflection-Messmodus kann das Gerät
selbst bei noch höheren Feststoffanteilen
oder bei eventueller Schaumbildung eingesetzt werden. Im Normalbetrieb hat sich jedoch die Laufzeitdifferenzmesstechnik als
ausreichend erwiesen.
Laufzeitmesstechnik mit
Korrelationsverfahren
Das Verfahren zeichnet sich durch hohe
Messsicherheit und -genauigkeit dank digitaler Signalcodierung und automatischer Signalsuche aus. Die Signalcodierung bewirkt
eine eindeutige Erkennung des Nutzsignals
mit Hilfe von Korrelationsfunktionen und
schließt damit Fehlmessungen praktisch
aus. Die automatische Signalsuche platziert
das Empfangssignal optimal im Messfenster, was z.B. bei stärkeren Temperaturänderungen wichtig ist, um die höchstmögliche Genauigkeit zu erreichen.
Das Laufzeit-Differenzverfahren misst die
Differenz der Schalllaufzeit im Wasser. Zwei
Ultraschallmessköpfe senden und empfangen abwechselnd die Ultraschallsignale, die
durch die Rohrwand ins Wasser abgegeben
werden. Ein Messkopf sendet die Impulse in
Strömungsrichtung, der andere gegen die
Strömungsrichtung. Sobald Wasser in der
Leitung strömt, ist die Übertragungszeit des
Signals in Strömungsrichtung kürzer als gegen die Strömungsrichtung. Die Differenz
der Übertragungszeiten ist proportional zur
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
Aus den Rohrdaten und der Laufzeitdifferenz errechnet die Geräteelektronik den Volumenstrom. Das Messgerät erkennt auch
die Strömungsrichtung und lässt sich von
Gasblasen nicht verunsichern.
Einfache Installation
Bild 4: ... doch auch feste Installationen
zur stationären Messung sind mit dem
Transmitter XMT868 möglich
%"
Die Geräteinstallation ist denkbar einfach:
Die Messkopfhalterung wird mit einer Kette
von außen auf die Leitung aufgespannt. Als
Dauer-Koppelmittel zwischen Messkopf
und Rohr dient ein Teflonplättchen. Die
Messköpfe werden nach der für die Messung sinnvollen Arbeitsfrequenz ausgewählt. Diese Arbeitsfrequenz wird im Wesentlichen von der Art der Rohrwand und
Ultraschall-Durchflussmessung bei abrasiven Stoffen
Die Ultraschall-Durchflussmessung erweist sich auch bei abrasiven Medien wie
z.B. Kalkmilch als wirtschaftliches und
zuverlässiges Messverfahren zur Überwachung der Leitungsnetze und zur
Pumpenkontrolle. Die Installation durch
Aufspannen der Messköpfe von außen
auf die Rohrleitungen ist einfach und
schnell. Keine bewegten Teile und die
berührungslose Messung von außen garantieren Wartungsfreiheit und Langlebigkeit. Außerdem ist das Verfahren:
; schnell und kostengünstig an allen
(auch an großen) Rohrdurchmessern
nachzurüsten;
; durch das leichte Gewicht und den Akku unproblematisch vor Ort einzusetzen,
um festinstallierte Messsysteme zu überprüfen;
; dank einer Alarmeinrichtung bzw.
Grenzwertkontakten ein idealer Wächter
z.B. bei Rohrbrüchen bzw. Düsenverstopfungen;
; schnell in der Lage Leckagestellen zu
erkennen.
der Beschaffenheit des zu messenden Mediums bestimmt; im vorliegenden Fall wurden
0,5 MHz-Messköpfe gewählt.
Um die Geräteelektronik auf die Messbedingungen abstimmen zu können, müssen Wanddicke, Rohrmaterial und Durchmesser der Leitung als Parameter in die
Messung einfließen, wobei die Rohrwanddicke sofern nicht ohnehin bekannt mit
Hilfe des verwendeten Stichprobenmessgerätes dank optional verfügbarer Messköpfe schnell und zerstörungsfrei vor Ort
gemessen werden kann. Aus dem Außendurchmesser und der Wanddicke lässt sich
dann der Rohrinnendurchmesser errechnen. Auf diese Weise können alle Metallrohre (Stahl bis 76 mm Wanddicke), fast alle
Kunststoffrohre und auch Rohre mit Innenbeschichtung aus Gummi oder Zement vermessen werden.
Der Messbereich erstreckt sich im Laufzeitdifferenzverfahren von -12,2 bis
+12,2 m/s. Die Messgenauigkeit ist bei einer vorhergehenden Kalibrierung mit
± 0,5 % bis ± 1 % (bei Strömungsgeschwindigkeiten über 0,3 m/s) vom Messwert und mit ± 0,01 % bei Strömungsgeschwindigkeiten unter 0,3 m/s für die alltägliche Messpraxis mehr als ausreichend.
Ohne Kalibrierung erreicht das System mit
den von außen aufspannbaren Messköpfen
immerhin noch eine Genauigkeit von ±2 %.
Für stationäre Messungen, stehen mit
gleichen Leistungsdaten wie das PT868
das DF868 oder der Transmitter XMT868
zur Verfügung. Nach erfolgreichen Testmessungen mit dem PT868 werden die Transmitter auch die übrigen Rauchgaswäscher
in Frimmersdorf künftig vor millionenteueren Überhitzungen schützen.
Weitere Infos
+6 $&
Chemie Technik29. Jahrgang (2000), , Nr. 4

Download Report