Prozesstaugliche, preiswerte Brennersteuerung

Durch Steigerung der Brennereffizienz Energieverbrauch und CO2-Ausstoß senken

  • Der Differenzdruck Massenstrom-Durchflussmesser deltaflowC, installiert an einer Brenner-Gasleitung © systec ControlsDer Differenzdruck Massenstrom-Durchflussmesser deltaflowC, installiert an einer Brenner-Gasleitung © systec Controls
  • Der Differenzdruck Massenstrom-Durchflussmesser deltaflowC, installiert an einer Brenner-Gasleitung © systec Controls
  • Einfache Parametrierung mit DIP-Schaltern © systec Controls
  • Screenshot einer Messergebnisdarstellung © systec Controls
  • Druckluftanwendung  © systec Controls
  • Autogenschneiden © MicroStep Europa GmbH

Der Differenzdruck-Durchflussmesser deltaflowC ist der weltweit wohl kleinste und schnellste ­multivariable Messumformer zur Massenstrommessung von Gasen. Er kann einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Brennereffizienz und damit zur Senkung von ­Energieverbrauch und CO2-Ausstoß leisten.

Die Produktion in der chemischen Industrie erfordert einen hohen Energieeinsatz. Das gilt besonders für die Herstellung von chemischen Grundstoffen und Massenprodukten. Besonders energieintensiv sind die Teilbranchen Grundstoffchemie und Chemiefaserherstellung mit einem Energieanteil am Umsatz von 6,8 % bzw. 11,5 %. Die chemisch-pharmazeutische Industrie hatte im Jahr 2017 etwa 20 % Anteil am Gesamtverbrauch der deutschen Industrie mit insgesamt 318,3 Mio. t SKE. 31,7 % des gesamten dt. Erdgasverbrauchs flossen in diese Industriesektoren. Alleine der energetische Erdgaseinsatz umfasste 103,7 Mio. MWh. (VCI). Die größten Emissionen verursacht die Nahrungs- und Futtermittelindustrie. Trocknen, Garen und Kühlen als energieintensive Prozesse fordern zuverlässige, den Energieverbrauch optimierende Messsysteme.
Neben der Erzeugung von Heißwasser und Dampf geht es um Wärme- und Trocknungsaufgaben bis hin zu Aufgaben der Inertisierung. Notwendig ist jeweils die Regelung der meist gasförmigen Betriebsstoffe mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Dafür kommen Massedurchflussregler zum Einsatz. Für diese MSR-Aufgaben prinzipiell nutzbar sind ganz unterschiedliche Verfahren: Thermische Durchflussmesser oder mechanische Zähler wie Turbinen oder Ovalradzähler oder auch Blenden, Venturis und Staudrucksonden. Jedes dieser Messsysteme hat zum Teil erhebliche Nachteile, Nachteile, die die deltaflowC von systec Controls nicht kennt.
Thermische Durchflussmesser haben Drift und kurze Rekalibrierungsintervalle. Die Umstellung auf andere Gase als Luft wie auf das Brenngas Erdgas, Butan, Acetylen etc. ist kompliziert und teuer, weil jeweils neu kalibriert werden muss. Mechanische Zähler wie Turbinen oder Ovalradzähler kennen Verschleiß, haben keine integrierte Druck- und Temperatur-Kompensation und sie sind teuer. Vergleichsweise teuer sind auch Blenden, Venturis sowie Staudrucksonden; sie erfordern außerdem hohen Aufwand hinsichtlich Installation, Verdrahtung und Auswertung.
Der Differenzdruck-Durchflussmesser del­taflowC ist der weltweit wohl kleinste und schnellste multivariable Messumformer zur Massenstrommessung von Gasen.

Er misst sehr präzise (ab < 2 % vom Messwert) Durchfluss, Druck und Temperatur und errechnet daraus den aktuellen Massenstrom. Die Messung ist langzeitstabil und unempfindlich auf übliche Verschmutzungen wie Rohrabrieb, Ölreste vom Kompressor, Staub und normalen Kondensatanfall.

Überwacht auch Druckluft
Auf wenigen cm² sind in dem Messumformer extrem schnelle Sensoren für Differenzdruck, statischen Druck und Temperatur integriert. Die Massenstrommessung erfolgt 2.000 mal in der Sekunde. Die deltaflowC ist z. B. auch für die Steuerung der Druckluft in Lackierrobotern im Einsatz; hier muss 10 bar-Druckluft im Bereich weniger 10 ms gesteuert werden, um perfekte Lackierergebnisse zu erreichen. Auch extrem dynamische Vorgänge wie z. B. pulsierende Strömungen oder schnellste Prozesssteuerungen sind zuverlässig messbar, da die Elektronik keine Radierzierfehler macht: Dieser Fehler tritt auf, wenn bei pulsierenden Strömungen die Wurzel aus einem gedämpften Differenzdruck-Wert gezogen wird, wie dies bei klassischen dp-Messungen wie Blenden oder Venturis der Fall ist. Mathematisch richtig ist es, erst die Wurzel aus den pulsierenden Messwerten zu ziehen um den pulsierenden Massenstrom zu errechnen, und dann den errechneten Massenstrom zu dämpfen. Ansonsten können Fehler bis zu 20 % vom Messwert und mehr durch den Radizierfehler entstehen.
Der Microcontroller des Differenzdruck-­Durchflussmessers verrechnet die Werte zu einem Massenstrom und stellt dem Anwender das Massenstromsignal sowie die Druck- und Temperatursignale zur präzisen Brennersteuerung zur Verfügung. Der breite Messbereich geht bis zu 1:25.
Die Montage ist einfach, weil Druck- und Temperaturkompensation nicht separat eingebaut und verrechnet werden müssen. Bei Rohrdurchmessern bis 1½ “ werden die Venturis einfach über Gewindemuffen in die Rohrleitungen eingeschraubt. Für große Durchmesser sind sie als Eintauch-Staudrucksonde verfügbar. Bei normalem Betrieb ist der Differenzdruck-Durchflussmesser wartungsfrei. Im Regelfall genügt ein Kalibrierintervall von 60 Monaten.

Bis in den Hochtemperatur-Bereich ­einsetzbar
deltaflowC-Geräte messen ultrareine aber auch leicht verschmutze Medien. Die Messbreite reicht von -60 °C bis zu +160 °C optional 210 °C. bei Drücken von 0–14 bar. Für Anwendungen bei höheren Drücken und Temperaturen (bis 600 bar und 1.280 °C bei Gasen, Dampf und Flüssigkeiten und starken Verschmutzungen liefert der Hersteller deltaflow Staudrucksonden mit abgesetzten Transmittern. Diese erfüllen alle notwendigen Atex-Anforderungen und werden nach Druckgeräterichtlinie gefertigt.
Zum Preis eines industriellen dp-Transmitters bietet das Messsystem eine komplette Venturi oder Staudrucksonde mit Differenzdruck-, statischen Druck- und Temperatur-Sensor samt Auswertung. Über die Analogausgänge können die Durchfluss-, Druck- oder auch die Temperaturwerte übertragen werden.
Um all diese Vorteile nutzen zu können kommt es auf die richtige Auswahl und Dimensionierung der Differenzdruck-Durchflussmesseinheit an. Falsch eingebaute und fehlerhaft dimensionierte dp-Messungen führen zu umweltkritischen, in jedem Fall unwirtschaftlichen Verbrennungsprozessen. Erfahrene Projektanten die Messungen von der Auslegung bis zur Inbetriebsetzung begleiten sorgen für optimale Brenner-Regelung. Das Engineering wird mit dem kostenlosen dfc-Selektor sehr einfach. Das Tool berechnet den Einsatzbereich, den Druckverlust, die zu erwartenden Genauigkeiten und zeigt dem User die Einstellungen über das Display oder die DIP-Schalter an. Damit ist eine Inbetriebnahme in wenigen Minuten möglich.
Der Differenzdruck-Durchflussmesser von systec Controls kann einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Brennereffizienz und damit zur Senkung von Energieverbrauch und CO2-Ausstoß leisten. Immerhin lagen im Jahr 2015 die CO2-Emissionen aus der Verbrennung von Brennstoffen laut Umweltbundesamt bei 742 Mio. t CO2 (UBA 2017). Dies entsprach 96 % der CO2-Emissionen bzw. 84 % der gesamten deutschen Treibhausgasemissionen.


Vorteile des Differenzdruck-Messverfahrens
•    dp-Messverfahren kann bei praktisch allen Aggregatszuständen (außer fest) allen Drücken und allen Temperaturen eingesetzt werden
•    richtig ausgelegt sind dp-Messverfahren unempfindlich gegenüber Schmutz, Kondensat und Korrosion
•    dp-Messverfahren sind praktisch verschleißfrei und überstehen ein komplettes Anlagenleben
•    dp-Messverfahren sind einfach rekalibrierbar, die Sensoren (Druck, Temperatur, Differenzdruck) sind preiswert und von höchster Langzeitgenauigkeit
•    dp-Messverfahren liefern –richtig dimensioniert – im weiten Messbereich ausgezeichnete Genauigkeiten


Diesen Beitrag können Sie auch in der ­Wiley Online Library als pdf lesen und ­abspeichern: https://doi.org/10.1002/citp.201901024

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