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Mit Energiemonitoring 50.000 €/Jahr einsparen

01  Ein akkreditierter Kalibrierstand nach ISO/IEC 17025:2005 für thermische Massedurchflussmessgeräte

02  „Proline t-mass“ A 150 – kostengünstige Inline-Version für Luft, Stickstoff, Argon und CO 2

03  Der „Proline t-mass“ A 150 im Argon- und Stickstoffnetz im Vergleich mit Proline Promass M

04  Beim „Proline t-mass“ B 150 handelt es sich um eine kostengünstige Einsteckversion für Luft, Stickstoff, Argon und CO 2

05  Druckluftmessung im Kompressorraum mit ­„Proline t-mass“ B 150, „Proline t-mass“ 65 im Vergleich mit Proline Promass F

Die Umsetzung von Energiemonitoringsystemen stellt viele Firmen vor ähnliche Herausforderungen. So auch die Endress+Hauser Flowtec AG. Das Endress+Hauser-Kompetenzzentrum für Durchflussmesstechnik führte ein Energiemonitoringsystem im eigenen Haus ein.

Das Projekt „Energiemonitoring“ wurde bei der Endress+Hauser Flowtec AG in mehreren Schritten umgesetzt:

  • Messung und Datensammlung: Druckluft-, Dampf- und Erdgas-Durchfluss sowie der elektrische Verbrauch sind mögliche Daten.
  • Datenanalyse, beispielsweise: Wie hoch ist der spezifische Energieverbrauch für die Produktion von 1 Nm³ Druckluft? Wie hoch ist der Kessel-Wirkungsgrad?
  • Reporting (Berichterstellung): Kommunikation der Erkenntnisse aus Messung und Analyse, beispielsweise in Diagrammform.

Das Ziel war es, eventuelle Energieverschwendung und Ineffizienz zu identifizieren und Energieverbräuche zu senken. Neben der technischen Umsetzung wurde ein wichtiger Teil der Ressourcen in die Schulung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter investiert.
Im ersten Step müssen also Investitionen getätigt werden. Um dabei in einem vernünftigen Kostenrahmen zu bleiben, wurde das Projekt auf die wichtigsten Bereiche, nämlich Druckluft, Argon- und Stickstoffversorgung sowie das Heiz- und Kühlsystem in den Hauptgebäuden, begrenzt. Unabhängig davon untersuchten die Spezialisten zusätzlich die Wasserpumpen der Kalibrieranlagen.

Untersuchungen im Druckluft-, Argon- und Stickstoffnetz
Ein wichtiger Schritt zu Projektbeginn war die Identifizierung der optimalen Messtechnik für die Erfassung der Medienströme. Im Fokus der Betrachtung standen die Kriterien Anschaffungskosten, Messgenauigkeit, direkte Ausgabe von Normvolumen, bleibender Druckverlust, geringe Einbauabmessungen sowie der Wartungsbedarf des Messsystems. Zur Bewertung wurden die Messtechnologien Coriolis, Vortex, Blenden- bzw. Differenzdruck und thermisch herangezogen. Messsysteme mit bewegten Bauteilen, wie Verdrängerzähler, fanden aufgrund der kürzeren Wartungsintervalle keine Berücksichtigung. Als Ergebnis wurde das thermische Mess­prinzip als am besten geeignet ermittelt und kam deshalb bevorzugt zum Einsatz.
Bei der Bewertung der Anschaffungskosten war es wichtig, dass diese im Einklang mit den Projektzielen stehen. In diesem Zuge wurden die Hauptmessungen in der Kompressorstation mit hochgenauen Messsystemen vom Typ „Proline t-mass“ 65F ausgestattet. Im Druckluftnetz kam eine Mischinstallation aus „Proline t-mass“ 65F/I und „Proline t-mass“ A/B 150 zum Einsatz.
Der Proline T-Mass 65F/I führt die Segmentierung in der Produktfamilie der thermischen Massedurchfluss-Messsysteme an. Neben der hohen Messgenauigkeit von 1,5 % v. M. und der Eignung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen verfügt das Gerät auch über eine „Gas ­Engine“. Diese bietet die Flexibilität, das Gerät ohne Herstellerunterstützung auf 20 verschiedene Reingase oder Gemische aus diesen Gasen einzustellen und diese zu erfassen. An nächster Stelle in der Segmentierung folgt der „Proline t-mass“ A/B 150 (Bild 2 und 4). Kostenoptimiert für die Anwendungen Luft, Stickstoff, CO 2 und Argon nutzt das Gerät die „kleine Gas Engine“. Mit einer Genauigkeit von 3 % v. M. ist der Einsatzbereich im „Submetering“ eine der Zielanwendungen.
Während der Messstellendefinition im Druckluftnetz hat sich ein Verhältnis von 1:3 bis 1:6 zwischen Hauptmessung und „Submetering“-Messstellen herauskristallisiert. Dieser Wert spiegelt ein typisches Bild vieler Praxisinstallationen wider.
Im Zuge der Messungen im Kompressorraum (Bild 5) ließen sich kurzfristige und langfristige Verbesserungen realisieren. Zu den kurzfristigen Verbesserungen zählt unter anderem der Einbau von Differenzdrucktransmittern vom Typ Deltarbar M mit kontinuierlicher Datenübertragung zur Filter­überwachung. Der Zyklus für den Filterwechsel wurde bis dato in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Der Druckverlust vor dem Wechsel spielte dabei keine Rolle, egal ob der Filter verstopft war oder der Zustand des Filters weitere Betriebsstunden erlaubte. Nach dem Umbau stellt sich die Situation wie folgt dar: Der Differenzdruck der Filter wird ausgewertet und ab einem Differenzdruck von 350 mbar bedarfsgerecht getauscht.
Neben kurzfristigen Verbesserungen wurden anhand der Messergebnisse von „Proline t-mass“ 65F und der Energiezähler der komplette Umbau der Kompressorstation durchgeführt. In der ersten Phase der Messwerterfassung hat sich gezeigt, dass von den vier vorhandenen Kompressoren überraschenderweise die beiden ältesten Kompressoren den besseren Wirkungsgrad erzielten. Einer der Gründe war schnell gefunden: Ein neuerer Kompressor hatte einen kontinuierlichen Ölverlust und setzte den Filtern stark zu, was beinahe zu einem Defekt des Kompressors führte.
Nach dem Umbau der Kompressorstation liefern jetzt fünf Kompressoren die benötigte Druckluft. Hiervon arbeiten zwei im Volllastbetrieb, während zwei weitere, Frequenz­umrichter-gesteuerte, Lastspitzen abfahren. Der fünfte und kleinste Kompressor liefert mit 22 kW den Druckluftbedarf bei Produktionsstillstand. Zusätzlich konnte der Prozessdruck bei Produktionsstillstand um ca. 800 mbar abgesenkt werden. In der Kompressorstation ist es durch diese Maßnahmen gelungen, die Kosten um ca. 15.000 € pro Jahr zu reduzieren.
Im Druckluftnetz zeigte sich ein ähnliches Bild: Um die Energiekosten auf unterschiedliche Kostenstellen aufzuteilen, waren virtuelle Messstellen installiert worden. Die Kosten basierten auf den Verbrauchswerten der angeschlossenen Maschinen. Durch die Installation des preisattraktiven „Proline t-mass“ A/B 150 hat sich ein reales Bild ergeben. Als die Druckluftmenge, die in den Glasperlen-Strahlkabinen verbraucht wird, bekannt wurde, horchte die Produktion auf: 85 % der gesamten Drucklufterzeugung fließen in diesen Produktionsschritt.
Für eine deutlich größere Überraschung sorgten die Mess­ergebnisse von „Proline t-mass“ A 150 im Argon- und Stickstoffnetz (Bild 3). Der Verbrauch von ca. 18 t Flüssig­stickstoff pro Woche wurde vor der Installation von „Proline t-mass“ A 150 zu 80 % der Elektronikfertigung zugeschrieben. Hier sind die Hauptverbraucher die Reflow-Lötöfen. Nach der Messgeräteinstallation zeigte sich eine Verteilung des Verbrauchs von 50/50 auf Elektronik- und Sensorfertigung. Die Hochvakuum-Lötöfen in der Sensorfertigung haben einen deutlich höheren Verbrauch als vorerst angenommen. Die Konsequenz war eine Neuaufteilung der internen Kosten und eine Kostenkontrolle der gesamten Verbrauchsmenge.
Ein weiterer Aspekt liegt in der Geräteentwicklung. Die Kernaufgabe von Endress+Hauser Flowtec in der Endress+Hauser-Gruppe, ist die Entwicklung und Produktion von qualitativ hochwertigen Durchflussmessgeräten. Im Rahmen der Entwicklung werden die Druckluft- und Gasnetze auch für verschiedene Praxistests genutzt. Sie werden durch hochgenaue Promass-Coriolissysteme referenziert und bestätigen die hohen Erwartungen an die Messgenauigkeit von „Proline t-mass“ (Bild 1).

Fazit
Mit einem Investitionsvolumen von 100.000 € konnten Einsparungen in Höhe von 50.000 €/Jahr erzielt werden. Hiervon entfallen 15.000 € pro Jahr auf das Druckluftsystem. Ein wichtiger Baustein für die Erkennung von Einsparpotenzialen ist die Messtechnik. Hierzu liefern „Proline ­t-mass“ neben den Stromzählern die wichtigsten Kenngrößen für die Verbräuche im Druckluft- und Gasnetz der Endress+Hauser Flowtec . (ih)

Das thermische Messprinzip
Bereits ein kleiner Luftzug bringt viele Menschen zum Frieren. Das thermische Messprinzip basiert auf der Tatsache, dass einem beheizten Körper durch das Vorbeiströmen eines Gases Wärme entzogen wird.
Im Innern von thermischen Durchfluss-Messgeräten befinden sich zwei Pt100-Temperatursensoren. Der eine Sensor misst die aktuelle Mediumstemperatur als Referenz. Der zweite Sensor wird beheizt und weist eine konstante Temperaturdifferenz zum ersten Sensor auf. Sobald das Medium im Messrohr zu fließen beginnt, kühlt der beheizte Temperatursensor durch das vorbeiströmende Medium ab – und zwar umso stärker, je höher die Fließgeschwindigkeit ist. Der zur Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz erforderliche Heizstrom ist somit ein direktes Maß für den Massedurchfluss.

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Autor: Sebastian Grahlow ist Produktmanager Durchflussmesstechnik bei der Endress+Hauser Messtechnik GmbH + Co. KG in Weil.