Steuerungstechnik für Wasseraufbereitungssysteme

Effizienz im Kühlturm

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Die Aufbereitung des Prozesswassers von Kühltürmen wird von vielen unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Dazu zählen veränderliche Umwelt- und Betriebsbedingungen sowie saisonabhängige Veränderungen der Wasserchemie. Die Automatisierung von Prozesswasseraufbereitungssystemen steigert die Produktivität, trägt zur Einsparung von Wasser und Energie bei, verringert das Risiko der Chemikalienunter- oder -überdosierung und vereinfacht die Einhaltung der gesetzlichen Umweltschutzbestimmungen.

Die Wasseraufbereitung für Kühltürme erfordert kontinuierliche Überwachung des Ursprungswassers sowie eine permanente Kontrolle und Analyse des Aufbereitungsprozesses, um die geforderte Wasserqualität zu sichern. Überall dort, wo die Wasser- und Betriebsbedingungen relativ konstant sind, lassen sich die Wasseraufbereitungsanlagen von Kühltürmen noch manuell steuern. Techniker übernehmen dann in regelmäßigen Abständen die Probenahme und Analyse der Prozessbedingungen und aktivieren entsprechend die Frischwasser- oder Chemikalienzufuhr, um wahlweise pH-Wert, ORP, Leitfähigkeit, Gehalt an gelösten Feststoffen, Alkalität, Wasserhärte, Korrosion und andere Faktoren zu justieren. Dies erfordert nicht nur viel Erfahrung, sondern auch Zeit und personelle Ressourcen.

Doch überall dort, wo die Ausgangsbedingungen nicht so trivial sind, das heißt, wo Personal teuer und/oder Wasser rar und damit kostspielig ist, oder wo die Wasserqualität stark schwankt, ist eine manuelle Steuerung nicht ausreichend. Abhilfe schafften hier Multi-Parameter-Transmitter, die, eingesetzt als Signalgeber, analoge Signale an eine SPS sendeten.
Sieben Mal im Kreis
Die Anreicherung der Mineralien durch Verdunstung und Kreislaufführung des Kühlwassers führt zu Problemen in den angeschlossenen Prozessen: Mineralische Ablagerungen in den Rohren des Wärmetauschers beeinträchtigen seine Funktion. Ebenso können eingeschleppte Bakterien organische Ablagerungen verursachen und ebenfalls die Effektivität des Prozesses beeinträchtigen. Die kontinuierliche automatische Messung und Regelung von pH-Wert, ORP, Leitfähigkeit, Gehalt an gelösten Feststoffen, Alkalität, Wasserhärte, Korrosion etc. verhindert diese Störungen. Durch den Einsatz einer automatischen, vernetzbaren Steuerungseinheit wie dem Multi-Channel mxControl 8620 von Bürkert sowie entsprechenden Sensoren, Ventilen und Transmittern kann eine definierte Wassermenge nicht nur zweimal den Kühlkreislauf passieren, bis ein Abführen eines Teils des angereicherten Wassers erforderlich ist, sondern bis zu sieben Mal. Die Steuereinheit regelt dabei auch die Zufuhr von Chemikalien, die Scaling und Fouling verhindern. Sie werden nur über einen bestimmten Zeitraum zugesetzt.
Ein Beispiel für die Einsparungen ist die Reduktion des Chemikalienverbrauchs durch die programmierte pre-bleed-Funktion. Gleichzeitig sorgen eine kontinuierliche Überwachung und effektive Kontrolle der Pestizide für einen besseren Schutz vor schädlichen Bakterien. Dabei werden diese Pestizide gegen Legionellen, Algenwachstum oder andere Bakterien im Regelfall einmal pro Woche über einen Zeitraum von fünf Minuten zugeführt. Eine Auslaufsperre verhindert den Ablass von Wasser, während Chemikalien und Pestizide zugeführt werden. Über die automatische Steuerung kann der Maschinenführer jedoch auch einen pre-bleed setpoint vorgeben. Dann wird vor der Chemikalien- bzw. Pestizidzugabe so viel Wasser wie möglich abgeführt, ohne die Funktion des Systems zu beeinträchtigen.
Ein anderer unerwünschter Kostenfaktor ist die Korrosion in Kühlsystemen. Korrekte pH-Werte und Leitfähigkeit sind keine Garanten für eine korrosionsarme Atmosphäre im System. Um dies zu kontrollieren und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen ergreifen zu können, lässt sich dies über einen mit der Steuerung vernetzten, Korrosionssensor messen. Der Grenzwert liegt dabei bei 3 mm Korrosion pro Jahr. Wird dieser Wert überschritten, sorgt die Steuerung dafür, dass dem Frischwasser automatisch Korrosionshemmer zugesetzt werden. In der Regel ist dies alle 5000 l erforderlich.
Automatisierter Alleskönner
Bürkert, nahm den Trend zur vollständigen Automatisierung und Kosteneinsparung auf und entwickelte mit dem mxControl 8620 einen modularen Multifunktionsregler für die Automatisierung der Steuer- und Regelprozesse in Wasseraufbereitungsanlagen sowie für die nahtlose Integration in zahllose chemische oder Skid-Kontrollanwendungen. Zusammen mit einer PC-Software zur kundenspezifischen Konfiguration und einer Standard-SD-Karte bietet er nahezu unendliche Anwendungsmöglichkeiten.
In der Hardware-Variante kann er mehrere analoge und digitale Eingänge sowie Relais-, Transistor- und Analogausgänge gleichzeitig verarbeiten. Zudem kann der Multifunktionsregler bei den meisten Anwendungen die Regelung der Prozessvariablen übernehmen, ersetzt damit in vielen automatisierten Systemen die ursprünglich für diese Funktionen erforderlichen externen Geräte und reduziert die Verschwendung von Chemikalien durch verfrühte Dosierung oder Wasserentnahmen.
Die flexible Steuerung und einfache Prozessadaptierung des Multifunktionsreglers ist das Ergebnis einer anspruchsvollen Softwarearchitektur. Sie ermöglicht das einfache Laden aller am PC erstellten Konfigurations- und Parameterdateien per SD Card oder USB. Auch die optionale Ethernetschnittstelle kann zur Konfiguration und Parametereingabe genutzt werden. Es lassen sich auch alle Variablen und Werte einfach durch den Bediener über die fünf Soft-Touch-Tasten eingeben. Drei Berechtigungsstufen ermöglichen eine sichere Bedienung des mxControl 8620:
  • Open Access: jeder kann ohne Einschränkungen auf die Steuerung zugreifen
  • Operator Access only: nur eingewiesene Bediener haben Zugriff
  • Specialist Access: ausschließlich Fachleute dürfen Änderungen vornehmen
Der Multifunktionsregler verfügt über einen 32-bit-Mikroprozessor, unterstützt durch einen integrierten 512-kB-Flash-Speicher zur Datenspeicherung und für weitere Sprachen. Zusätzlich dient eine Memory-Card zur erweiterten Datenspeicherung. Damit kann der mxControl bis zu acht aktive Regelkreise mit Abtastraten von 100 ms (50 ms für vier aktive Kreise) betreiben. Dies ermöglicht die simultane Verarbeitung von vier analogen, zwei RTD und acht digitalen Eingängen sowie fünf Relais- und zwei Transistorausgängen und optional zwei weiteren analogen Ausgängen.
Vielfältige Kontrollfunktionen
Die Kontrollfunktionen sind nahezu unbegrenzt. Einige Beispiele sind:
  • Leitfähigkeitsregelung durch Zweipunkt-Regler oder einem PI-Regler zur kontinuierlichen Dosierung durch Impulse und einer automatischen oder manuellen Entnahme
  • Chlor/Redox- und pH-Regelung durch Zweipunkt- oder einem PI-Regler zur kontinuierlichen Dosierung durch Impulse
  • Durchflussregelung und Totalisatorfunktion
  • Timerfunktion: Chemikaliendosierung im zweiwöchigen Turnus mit acht Einzeldosierungen für jeden Kanal und Tag.
Diese Kontrollfunktionen werden vervollständigt durch weitere Eigenschaften wie die Anzeige, Übertragung und Aufzeichnung von Druck, pH, ORP, Leitfähigkeit, Sauerstoff, Chlor, Pegelstand, Temperatur, Frequenzfilter, Passwortschutz, Alarmausgang und einer Invertierfunktion für die An/Aus- und Proportionalsteuerung. Verschlossen ist der Multifunktionsregler nach Schutzart IP 65 gegen das Eindringen von Wasser geschützt. Weitere Schutzmaßnahmen sind robuste Schraubterminals und Kabelverschraubungen sowie eine austauschbare Lithiumbatterie mit einer Lebensdauer von zehn Jahren. Die Steuerungseinheit entspricht den europäischen Standards EN 61000 und EN 55011 sowie der Umweltschutzbestimmung IEC 68 und ist CE-gekennzeichnet. Die UL/CSA-Zulassung ist in Vorbereitung.
Online-Info info.cav.de/0609444
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