Dampf – möglichst heiß und trocken!

TITELTHEMA
Endress+Hauser GmbH + Co. KG
Dampf – möglichst heiß und trocken!
Dampf gehört in der Lebensmittelindustrie zu einer der wichtigsten aber auch teuersten Energieformen im
Anlagenbetrieb. Versorgungssicherheit und Effizienz bei der Erzeugung, dem Transport und der Nutzung von
Dampf stehen bei der Verwendung im Fokus.
Dampf-Testanlage, die gemeinsam von Endress+Hauser und der Fachhochschule Nordwestschweiz in
Windisch betrieben wird
I
m folgenden Artikel werden Möglichkeiten
aufgezeigt, um den Betrieb von Dampfnetzen zu optimieren und Verluste zu vermeiden.
WENIGER ENERGIEVERBRAUCH UND
MEHR SICHERHEIT
Die Kosten für die Dampferzeugung sind
mit typischerweise 30 bis 40 Euro pro Tonne
Dampf sehr hoch! Als Folge wurde in den letzten Jahren vermehrt in den Ausbau der Messtechnik investiert. Zu den typischen Hauptmessungen im Kesselhaus kommen häufiger
Unterverteilungsmessungen bis zu den einzelnen Maschinen zum Einsatz.
Im Dampfnetz gilt es, den Sattdampf effizient
zur jeweiligen Verbrauchsstelle zu transportieren und dort, sowie auf dem Weg dorthin,
den Anfall von Kondensat, also die Entstehung
von Nassdampf, zu vermeiden. Jeder Tropfen
entstehendes Kondensat heißt Energieverlust
und stellt ein Sicherheitsrisiko durch mögliche
Dampfschläge für die Anlage und das Betriebspersonal dar. Verantwortlich für die Entstehung
von Nassdampf sind Wärmeverluste beispielsweise durch fehlende oder schadhafte Isolation
an Teilen der Dampfleitungen. Der entstehende Nassdampf verursacht vielfältige Probleme.
Das in der Dampfleitung entstehende Wasser
kann zu Wasserschlägen und Schwallströmungen führen. Der Wirkungsgrad des Dampfsystems ist reduziert, da Nassdampf weit weniger Energie enthält als trockener Sattdampf.
4
food TECHNOLOGIE
Falls die Bildung von Nassdampf durch das
Überschäumen von Kesselwasser zustande
kommt, kann dies Spannungsrisskorrosion zur
Folge haben. Nassdampf ist aber auch an der
Verbrauchsstelle problematisch. Wenn der Kondensatabscheider am Auslass des Kessels nicht
funktioniert, kann der Wärmetauscher volllaufen, was den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs dramatisch verschlechtert.
Ein weiteres mögliches Problem entsteht, wenn
der Abscheider für die Produktion von trockenem Sattdampf nicht richtig funktioniert, wodurch ebenfalls Nassdampf entstehen und der
Wirkungsgrad entsprechend abfallen kann. Alle
diese Beispiele zeigen: Nassdampf kann überall
im Prozessheiz- und Rohrleitungssystem entstehen – auch wenn davon ausgegangen wird,
dass Heißdampf produziert wird. In den vergangenen Jahren haben immer mehr Kunden ihre
Sorgen zu diesem Problemkreis geäußert. Die
häufigste Frage dabei war, wie man herausfinden könne, ob Nassdampf vorliegt oder nicht.
Gemeinsam mit der Fachhochschule Nordwestschweiz in Windisch wurde deshalb in
eine gemeinsame Dampf-Testanlage investiert, um praxistaugliche Innovationen zur
Nassdampferkennung und -messung zu entwickeln. Auf dieser Testanlage wurde Dampf
mit unterschiedlichem Dampfgehalt hergestellt und die Auswirkungen des Feuchtigkeitsgehalts im Dampf auf den Wirbelzähler Proline Prowirl untersucht. Für die Nennweiten DN 25 (1"), DN 40 (1½"), DN 50 (2"),
DN 80 (3") und DN 100 (4") ließen sich Dampfgehalte zwischen 70 Prozent und 100 Prozent
realisieren. Dabei sind Dampfdrücke bis zu
10 bar rel. möglich. Der Nassdampf wurde auf
verschiedene Arten erzeugt, indem Wasser als
„flüssige Strömung“, „Sprühnebel“ oder mittels eines Kühlrohrs zugeführt wurde. In allen
drei Fällen zeigten die Untersuchungen, dass
zunehmend nasser Dampf in horizontal verlaufenden Leitungen zunächst eine „kanalartige
Strömung“ am Boden der Leitung bildete, die
sich dann in den oberen Bereich der Leitungswände „verschmierte“. Dieses Verhalten war
unabhängig von der Zuführungsart des flüssigen Wassers zu beobachten.
90 Prozent Dampfgehalt bedeutet, dass 10 Prozent (der Masse) des gesamten Wassergehalts
als Wasser vorliegt, das weitaus weniger Energie enthält als gasförmiger Dampf. Daher stehen 10 Prozent weniger Energie zur Verfügung.
INNOVATIVE NASSDAMPFMESSUNG
In umfangreichen Testreihen konnte der Einfluss eines steigenden Wasseranteils im Dampf
auf die Kurtosis, also die Steilheit der Amplitude, im Messsignal des Wirbelzählers ermittelt
werden. Die jetzt neu verfügbare integrierte
Nassdampfmessung im Prowirl200 Wirbelzähler (siehe Kastentext) ermöglicht weitreichen-
Dampf mit unterschiedlichen Dampfgehalten (von links nach rechts: 100%, 95%, 90%)
AUSGABE 5/2015
NOVEMBER
Endress+Hauser GmbH + Co. KG
TITELTHEMA
stellendaten ermöglicht. Dabei werden die Einund Auslaufstrecken sowie die richtige Anordnung der Komponenten wie Temperatur- und
Druckmessung, aber auch die messstellenspezifische Parametrierung und fachgerechte Verdrahtung sichergestellt. Typische Praxisfehler
werden damit von Anfang an vermieden.
NACHWEISBARE DAMPFABRECHNUNG
Eine Komplettmessstrecke ermöglicht Fehlervermeidung durch Vorkonfektionierung
de Optimierungen im Dampfnetz. Der Nassdampfgehalt wird parallel zur Verbrauchsmenge (Energiemenge) „live“ gemessen,
was erstmals eine optimierte Fahrweise des
Dampfnetzes bis zur jeweiligen Entnahmestelle ermöglicht. Das Aufspüren von Nassdampf und die damit mögliche Vermeidung
von Kondensat verhindern Dampfschläge und
sichern weitreichende Energieeinsparungen.
Darüber hinaus garantiert Prowirl durch seine besonders robuste kapazitive DCS-Sensortechnologie eine hohe Genauigkeit und Langzeitstabilität auch in herausfordernden Anwendungen. Die optionale zweifache Nennweitenreduzierung ermöglicht eine geringe
Ansprechschwelle und damit eine hohe Dyna-
Wirbelzähler Prowirl F 200
Seit mehr als 30 Jahren beschäftigt sich Endress+Hauser mit Wirbelzähler-Durchflussmessgeräten für
mik des Wirbelzählers, was eine sichere Messung auch bei stark schwankenden DampfVerbrauchsmengen gewährleistet.
KOMPLETTMESSSTRECKE VERMEIDET
TYPISCHE PRAXISPROBLEME
Die Erfahrung zeigt, dass die häufigsten Fehler bei der Dampfmessung aus einer falschen
Geräteauswahl, Dimensionierung, Parametrierung oder einer falschen Zusammenschaltung
der einzelnen Komponenten resultieren. Hier
empfiehlt es sich, Komplettsysteme wie die
Komplettmessstrecke für Dampf einzusetzen,
die alle möglichen Fehler durch eine Vorkonfektionierung entlang der individuellen Mess-
Kosten Dampferzeugung: 40,– _ /t
Dampfqualität: 80%
–_
Verlust pro Tonne erzeugter Dampf: 8,
Dampfsysteme. Mit der aktuellen
Generation Wirbelzähler Prowirl 200
wird die weltweit einzigartige Funktion der Nassdampfmessung eingeführt. Diese Funktion basiert auf der
Erfahrung und kontinuierlichen Weiterentwicklung der Gerätetechnik bei Dampf. Bisher konnten alle eingesetzten Durchflussmessverfahren nur den gasförmigen Anteil (Dampf) in der Rohrleitung messen. Der Kondensatanteil geht ungesehen an der Messung vorbei. Anhand des Sensorsignals vom Prowirl Wirbelsensor
kann jetzt eine zweite Phase, der Kondensatfluss im Dampf, gemessen werden. Über einen neuen patentierten
Algorithmus, der dieses Messsignal mit den weiteren Prozessdaten wie zum Beispiel Druck, Temperatur usw.
Der Nachweis von Genauigkeiten in der
Dampfverbrauchsmessung stellt sich meist sehr
schwierig dar. Eine Kalibrierung mit Dampf ist
aufgrund der schwierigen Prozessbedingungen
(hoher Druck und hohe Temperatur) und der
Instabilität des Mediums vor Ort nicht machbar.
Die Komplettmessstrecke besteht aus dem
neuen Proline Prowirl 200 und den passenden
Druck- und Temperaturmessgeräten sowie einem Dampfrechner und der komplett montierten Rohrstrecke. Die Messgeräte der Komplettmessstrecke werden vor der Auslieferung auf
akkreditierten Kalibrieranlagen unter Referenzbedingungen kalibriert.
Die optional erhältliche Gesamtgenauigkeitsberechnung berücksichtigt alle prozessrelevanten Einflussfaktoren der jeweiligen Messstelle.
Hierfür werden die vorhandenen Prozessdaten abgefragt und in einem Fehlerbudget zum
max. Gesamtfehler für die vorhandenen Prozessbedingungen verrechnet.
Die Heartbeat Technology im Prowirl 200 ermöglicht zudem eine Vor-Ort-Überprüfung
ohne Ausbau des Wirbelzählers. Dabei wird mit
umfangreichen Diagnosen und Testsignalen im
Gerät die Messelektronik, aber auch das Sensorsystem geprüft. Das Ergebnis dieser Prüfung
wird mit einem Prüfprotokoll und einer eindeutigen Klassifizierung „bestanden“ oder „nicht
bestanden“ ausgewiesen. Die Prüfung kann im
laufenden Betrieb durchgeführt werden und
bietet eine 98 prozentige Diagnoseabdeckung.
verarbeitet, kann der Prowirl F 200 die Kondensatmasse sowie korrigierte Dampfmasse- und Energieströmung
Prowirl 200, mit innovativer Nassdampfmessung und Aufbau als Komplettmessstrecke, ermöglicht eine einfache und sichere Ausrüstung
der Dampfmessstellen sowie den sicheren und
effizienten Betrieb von Dampfnetzen.
als zusätzliche Messgrößen ausgeben.
Die Nassdampffunktionalität ist im Flanschgerät Prowirl F 200
verfügbar. Zwei Ausführungen der Nassdampffunktion bieten
eine Auswahlmöglichkeit für jeden Anwendungsfall. Die
einfache Nassdampferkennung misst das Kondensat und
meldet bei einer kritischen Dampfqualität von 80 Prozent
eine Prozessstörung. Die erweiterte Nassdampfmessung
misst kontinuierlich beide Zustände in der Rohrleitung und
stellt die Ergebnisse als Ausgabewerte zur Verfügung.
Mit den zusätzlichen Informationen aus der Dampfanlage ist
Prowirl 200
Dampf-Mengenzähler mit
innovativer
Nassdampfmessung
eine zeitnahe Reaktion auf Störungen und unerwünschte
Autor:
Christian Rützel, Abteilungsleiter Marketing
Durchflussmesstechnik, Endress+Hauser
SPS IPC DRIVES 2015:
Halle 4A, Stand 135
Anlage durch Dampfschläge wird reduziert und die Effizienz
Weitere Informationen:
www.de.endress.com
der Anlage durch geringeren Energieverlust gesteigert.
Quelle(n) Bild(er): Endress + Hauser
Anlagenzustände möglich. Das Risiko einer Beschädigung der
NOVEMBER
AUSGABE 5/2015
food TECHNOLOGIE
5

Download Report