Als Standortbetreiber des Industrieparks Höchst erbringt Infraserv Höchst für die dort angesiedelten Betriebe ein breites Spektrum von Dienstleistungen. Eine wichtige Aufgabe ist die kontinuierliche Volumenstromüberwachung der Abgasteilströme in eine thermische Abgasreinigungsanlage, die regelmäßig von der unabhängigen Messstelle der Infraserv Höchst mit einem Referenzverfahren überprüft werden. Die wirtschaftliche Lösung der kontinuierlichen Volumenstromüberwachung erfolgt mit Hilfe von Vortex-Geräten.
Moderne Produktionsanlagen verfahrenstechnischer Betriebe müssen sich schnell auf die Fertigung neuer Produkte umstellen lassen. Dies gilt in ganz besonderer Weise für die Anlagen der Pharmaindustrie. Vor diesem Hintergrund kommt der Behandlung der in wechselnden Zusammensetzungen anfallenden Abgase eine besondere Bedeutung zu. Die thermische Oxidation der mit Kohlenwasserstoffen und mehr oder minder großen Anteilen organischer Stoffe wie N-, Br-, S- und Cl-Verbindungen beladenen Abgase ist sorgfältig zu überwachen und zu dokumentieren. Insbesondere die Staubbeladung machte den früher eingesetzten Differenzdruckmessern große Probleme.
Vortex wirtschaftlicher als Differenzdruck
Als Alternative zu den Differenzdruckmessungen bietet sich das Vortex-Messsystem an. Ein Beispiel hierfür ist die thermische Abgasreinigungsanlage der Aventis Pharma Deutschland GmbH in Höchst, ein Unternehmen der Sanofi-Aventis-Gruppe. Bereits 1998 projektierte Aventis die ein Jahr später eingebauten Vortex-Messstellen in den Abgasleitungen vor der Einspeisung in die thermische Abgasreinigungsanlage (TAR). Die mit den Abgasquellen der Produktion über Rohrleitungen verbundene TAR-Anlage läuft seit 1999 mit diesen Sensoren.
Die Vortex-Sensoren sind sowohl in Stahlrohren als auch in GfK-verstärkten Kunststoffleitungen mit 300 bis 450 mm ID bei ca. 30 hPa statischem Druck eingesetzt. Die Temperatur der Abgasströme liegt bei 30 bis 32 °C. Die Abgase strömen mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 5 m/s. Der Abgasstrom ist nach Ex-Zone 0 eingestuft.
Die Abgasvolumenstrom-Messungen bei Aventis Pharma im Industriepark Hoechst erfolgen aus zwei Gründen:
- Erstens zur Mengenerfassung, um die verursachergerechte Zuordnung der zu reinigenden Abgase zu ermitteln und danach die Kostenverrechnung vorzunehmen.
- Der zweite Grund liegt in der Anlagen-sic herheit. Der Ex-Gefahr ist zuverlässig zu begegnen: Zündfähige Gemische werden im System abgesaugt, um die Zündfähigkeit zu verhindern. Die entsprechenden Mengen sind zu erfassen und zu dokumentieren.
Hohe Messsicherheit
Mit den Vortex-Sensoren von Höntzsch zeigt sich Burkard Maniura, stellvertretender Leiter für Prüfungen gem. §26/28 BImSchV der Infraserv Höchst, mehr als zufrieden: „Die seit 1999 eingebauten Höntzsch-Sensoren arbeiten laut Aussage von Aventis absolut zuverlässig. Es gab keinerlei Reparaturaufwand und die vorbeugende Wartung beschränkt sich auf vierteljährliche Überprüfungen der Sensoren auf eventuelle Staubanbackungen durch den Betreiber. Nach den wartungsintensiven Erfahrungen mit den Differenzdruckmessern wollten wir bei den ungewohnt langen Standzeiten der Vortex-Messysteme sicher sein, die richtigen Messwerte zu liefern. Deshalb überprüften wir nach dem ersten Betriebsjahr die Vortex-Messergebnisse mit einem anderen Messverfahren, den Flügelrad-Sensoren, ebenfalls von Höntzsch. Die Ergebnisse stimmten praktisch überein. Die Messtellen laufen, die Standzeiten sind sehr gut.“
Robuste Sensorik
Letztlich gab die Staubunempfindlichkeit den Ausschlag für die Anwendung der Vortex-Sensoren. Bei Aventis Pharma sind Messköpfe der Baureihe VA 40/20 ZG 6 im Einsatz. Diese Sondenbaureihe mit fester Länge ist zum Eintauchen in Rohrleitungen ab 80 mm Innendurchmesser und für Nennweiten bis zu 3000 mm Innendurchmesser bestimmt. Die Messposition ist durch Rohrinnendurchmesser, Sensorlänge und Flanschstutzenlänge festgelegt. Für Anwendung in Großfeuerungsanlagen gibt es verlängerbare Sonden für nahezu beliebig große Durchmesser. Die Vortex-Strömungssensoren besitzen keine beweglichen Teile. Sie sind TÜV-eignungsgeprüft für die kontinuierliche Abgasvolumenstrommessung genehmigungspflichtiger Verbrennungsanlagen nach TA-Luft, 13. und 17. BImSchV.
Im Rahmen der jeweiligen Sensorspezifikationen erfolgt die Messung unabhängig von Dichte, Druck und Temperatur. Durch Feststoffe verunreinigte Messgase bewirken keine Messwertbeeinflussung, solange es nicht zu Anbackungen oder Abrasion kommt. Die Strömung wird auch bei einer sich über die Zeit verändernden Gaszusammensetzung richtig erfasst. Die Vortex-Sensoren haben unter diesen harten Messbedingungen auch gegenüber Flügelradsystemen deutliche Standzeitenvorteile. Die waagerechte Positionierung der Sensoren erleichtert ein Abtropfen möglicher Kondensate im Messgas, so dass auch Feuchte im Messgas die Messgenauigkeit kaum beeinflussen kann. Für Anwendungen bei ständig starker Kondensatbildung kann Höntzsch ein spezielles Signalaufbereitungsmodul liefern, das Fehlmessungen verhindert. Die Leitungslänge zwischen Sensor und Elektronik kann bis zu 400 m betragen.
Spezielle Sondenführungsteile ermöglichen das problemlose Ein- und Ausfahren der Sonden in Rohrleitungen oder Kanäle ohne Prozessunterbrechung. Der Verschlussmechanismus ist an die jeweiligen Temperatur- und Druckbedingungen der Leitung angepasst.
Bei Vortex-Sensoren liegt die Messunsicherheit bei Geschwindigkeitsmessungen unter 10 m/s bei ±0,15 m/s vom Messwert; über 10 m/s werden ±1,5 % vom Messwert spezifiziert. Dank der besonderen Kalibriertechnik werden die Vortex-Sensoren jedoch so kalibriert, dass die Abweichungen bis zu Strömungsgeschwindigkeit von 40 m/s nicht größer als ±0,15 m/s sind.
Für die Ex-Sicherheit
Die VA 40-Vortex-Sensoren sind gemäß Atex Baumuster prüfbescheinigt und entsprechen der Schutzart EEx ia IIC T6. Das eigensichere Trenn-/Speisegerät LDX1A Atex wandelt das zur Strömungsgeschwindigkeit frequenzproportionale Signal eines Ex-Vortex-Strömungssensors in ein davon galvanisch entkoppeltes Signal für die Umformer bzw. Auswerteeinheit um. Als Messumformer zur Messung von Volumenstrom oder Strömungsgeschwindigkeit setzt Höntzsch mikroprozessorgesteuerte Umformer der U2a-Beureihe ein. Diese Umformer liefern ein 4…20 mA-Analogsignal. Auf Wunsch auch 0 bis 20 mA, 0 bis 4 V oder 0 bis 10 V. Zum Lieferprogramm gehören auch Geräte mit Anzeige und Tastatur, diese können fast beliebig mit allen für den Messtechniker erforderlichen Optionen versehen werden.
Halle 6, Stand D20
cav 464
Das Messverfahren
Das Messprinzip basiert darauf, dass sich hinter einem Wirbelablöseelement (= Steg ) im Vortex-Sensor eine Karmansche Wirbelstraße ausbildet. Die Wirbel modulieren ein Ultraschallfeld, das von einem piezokeramischen Schwingselement erzeugt wird und dessen Ultraschallsignal von einem gegenüber liegenden Piezoelement aufgenommen wird. Da in einem großen Geschwindigkeitsbereich zwischen Wirbelablösefrequenz und Strömungsgeschwindigkeit ein konstantes Verhältnis besteht, kann von dem durch die abgelösten Wirbel modulierten Frequenzsignal auf die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Durchfluss geschlossen werden. Dieses Verfahren gewährleistet selbst bei kleinsten Strömungsgeschwindigkeiten (0,5 m/s) exakte Messungen.
Mehr Informationen zu den Vortex-Geräten
Weitere Applikationen
Marktübersicht Durchflussmessgeräte
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