Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Messtechnik: Ausgabe 12/2016, 06.12.2016

Dampf soll möglichst heiss und trocken sein

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 Anwendung im Fokus.

Autor: Christian Rützel Abteilungsleiter Marketing

Bilder: Endress+Hauser (Schweiz) AG

Dampf kommt in der Lebensmittelindustrie in verschiedenen Bereichen zum Einsatz. So zum Beispiel zur Dampfreinigung, für Trocknungsverfahren oder zur Keimreduktion. Doch Dampf ist nicht gleich Dampf, denn jede Anwendung stellt andere Anforderungen an die Dampfqualität. Wie so oft, ist in der Lebensmittelindustrie der Energieeinsatz mit hohen Kosten verbunden, so auch die Dampferzeugung.

Weniger Energieverbrauch und mehr Sicherheit.

Die Kosten für die Dampferzeugung sind mit typischerweise 30 bis 40 Euro pro Tonne Dampf sehr hoch. Als Folge haben Unternehmen 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 potenzielle Dampfschläge für die Anlage und das Betriebspersonal dar. Ursächlich 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.

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 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 Verantwortliche davon ausgehen, dass ihre Anlagen Heissdampf produzieren. In den vergangenen Jahren haben immer mehr Kunden ihre Sorgen zu diesem Problemkreis geäussert.

In Forschung investieren.

Gemeinsam mit der Fachhochschule Nordwestschweiz in Windisch haben Experten von Endress+Hauser deshalb in eine gemeinsame Dampftestanlage investiert, um praxistaugliche Innovationen zur Nassdampferkennung und Messung zu entwickeln. Auf dieser Testanlage haben Fachleute 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 relativ möglich. Den Nassdampf erzeugten die Fachleute auf verschiedene Arten indem sie Wasser als «flüssige Strömung», «Sprühnebel» oder mittels eines Kühlrohrs zuführten. 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. Ein Dampfgehalt von 90 Prozent 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 liess sich der Einfluss eines steigenden Wasseranteils im Dampf auf die Kurtosis, also die Steilheit der Amplitude, im Messsignal des Wirbelzählers ermitteln. Die jetzt neu verfügbare integrierte Nassdampfmessung im Prowirl 200 Wirbelzähler erlaubt weitreichende Optimierungen im Dampfnetz. Der Nassdampfgehalt ist parallel zur Verbrauchsmenge «live» messbar was erstmals eine optimierte Fahrweise des Dampfnetzes bis zur jeweiligen Entnahmestelle gestattet. Das Aufspüren von Nassdampf und die damit mögliche Vermeidung von Kondensat verhindern Dampfschläge und sichern weitreichende Energieeinsparungen.

Komplettmessstrecke vermeidet typ-ische 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 Messstellendaten gestattet. Dabei lassen sich die Ein- und Auslaufstrecken sowie die richtige Anordnung der Komponenten wie Temperatur- und Druckmessung aber auch die messstellenspezifische Parametrierung und fachgerechte Verdrahtung sicherstellen. Typische Praxisfehler sind damit von Anfang an vermeidbar.

Nachweisbare Dampfabrechnung.

Der Nachweis von Genauigkeiten in der Dampfverbrauchsmessung stellt sich meist 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 Proline Prowirl 200 und den passenden Druck- und Temperaturmessgeräten sowie einem Dampfrechner und der komplett montierten Rohrstrecke. Die Messgeräte der Komplettmessstrecke kalibrieren die Fachleute unter Referenzbedingungen vor der Auslieferung auf akkreditierten Kalibrieranlagen. Die optional erhältliche Gesamtgenauigkeitsberechnung berücksichtigt alle prozessrelevanten Einflussfaktoren der jeweiligen Messstelle. Hierfür werden die vorhandenen Prozessdaten abgefragt und in einem Fehlerbudget zum maximalen Gesamtfehler für die vorhandenen Prozessbedingungen verrechnet.



Weitere Informationen:
Endress+Hauser (Schweiz) AG
www.ch.endress.com/de