Mit Energiemonitoring 50 000 €/Jahr einsparen - Endress+Hauser
Mit Energiemonitoring 50 000 €/Jahr einsparen - Endress+Hauser
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Prozess- & Energieautomation<br />
01 Ein akkreditierter Kalibrierstand nach ISO/IEC 17025:2005 für thermische Massedurchflussmessgeräte<br />
<strong>Mit</strong> <strong>Energiemonitoring</strong><br />
<strong>50</strong> <strong>000</strong> <strong>€</strong>/<strong>Jahr</strong> <strong>einsparen</strong><br />
Die Umsetzung von <strong>Energiemonitoring</strong>systemen stellt viele Firmen vor<br />
ähnliche Herausforderungen. So auch die <strong>Endress+Hauser</strong> Flowtec AG. Das<br />
<strong>Endress+Hauser</strong>-Kompetenzzentrum für Durchflussmesstechnik führte ein<br />
<strong>Energiemonitoring</strong>system im eigenen Haus ein.<br />
Text: Sebastian Grahlow<br />
Das Projekt „<strong>Energiemonitoring</strong>“ wurde bei der<br />
<strong>Endress+Hauser</strong> Flowtec AG [1] in mehreren Schritten<br />
umgesetzt:<br />
··<br />
Messung und Datensammlung: Druckluft-, Dampf- und<br />
Erdgas-Durchfluss sowie der elektrische Verbrauch sind<br />
mögliche Daten.<br />
··<br />
Datenanalyse, beispielsweise: Wie hoch ist der spezifische<br />
Energieverbrauch für die Produktion von 1 Nm³ Druckluft?<br />
Wie hoch ist der Kessel-Wirkungsgrad?<br />
··<br />
Reporting (Berichterstellung): Kommunikation der Erkenntnisse<br />
aus Messung und Analyse, beispielsweise in<br />
Diagrammform.<br />
Das Ziel war es, eventuelle Energieverschwendung und Ineffizienz<br />
zu identifizieren und Energieverbräuche zu senken.<br />
Neben der technischen Umsetzung wurde ein wichtiger Teil<br />
der Ressourcen in die Schulung der <strong>Mit</strong>arbeiterinnen und<br />
<strong>Mit</strong>arbeiter investiert.<br />
Im ersten Step müssen also Investitionen getätigt werden.<br />
Um dabei in einem vernünftigen Kostenrahmen zu bleiben,<br />
wurde das Projekt auf die wichtigsten Bereiche, nämlich<br />
Druckluft, Argon- und Stickstoffversorgung sowie das Heizund<br />
Kühlsystem in den Hauptgebäuden, begrenzt. Unabhängig<br />
davon untersuchten die Spezialisten zusätzlich die<br />
Wasserpumpen der Kalibrieranlagen.<br />
Untersuchungen im<br />
Druckluft-, Argon- und Stickstoffnetz<br />
Ein wichtiger Schritt zu Projektbeginn war die Identifizierung<br />
der optimalen Messtechnik für die Erfassung der Medienströme.<br />
Im Fokus der Betrachtung standen die Kriterien<br />
38 www.etz.de 7/2013
Das thermische<br />
Messprinzip<br />
Bereits ein kleiner Luftzug bringt<br />
viele Menschen zum Frieren. Das<br />
thermische Messprinzip basiert<br />
auf der Tatsache, dass einem<br />
beheizten Körper durch das Vorbeiströmen<br />
eines Gases Wärme<br />
entzogen wird.<br />
Bei der Bewertung der Anschaffungskosten<br />
war es wichtig, dass diese<br />
im Einklang mit den Projektzielen stehen.<br />
In diesem Zuge wurden die<br />
Hauptmessungen in der Kompressorstation<br />
mit hochgenauen Messsystemen<br />
vom Typ „Proline t-mass“ 65F ausgestattet.<br />
Im Druckluftnetz kam eine<br />
Mischinstallation aus „Proline t-mass“<br />
65F/I und „Proline t-mass“ A/B 1<strong>50</strong><br />
zum Einsatz.<br />
Der Proline T-Mass 65F/I führt die<br />
Segmentierung in der Produktfamilie<br />
der thermischen Massedurchfluss-<br />
Messsysteme an. Neben der hohen<br />
Messgenauigkeit von 1,5 % v. M. und<br />
der Eignung für den Einsatz in explosionsgefährdeten<br />
Bereichen verfügt das<br />
Gerät auch über eine „Gas Engine“.<br />
Diese bietet die Flexibilität, das Gerät<br />
ohne Herstellerunterstützung auf<br />
20 verschiedene Reingase oder Gemische<br />
aus diesen Gasen einzustellen und<br />
diese zu erfassen. An nächster Stelle<br />
in der Segmentierung folgt der „Proline<br />
t-mass“ A/B 1<strong>50</strong> (Bild 2 und 4).<br />
Kostenoptimiert für die Anwendungen<br />
Luft, Stickstoff, CO 2 und Argon nutzt<br />
das Gerät die „kleine Gas Engine“. <strong>Mit</strong><br />
einer Genauigkeit von 3 % v. M. ist<br />
der Einsatzbereich im „Submetering“<br />
eine der Zielanwendungen.<br />
Während der Messstellendefinition<br />
im Druckluftnetz hat sich ein Verhält-<br />
Im Innern von thermischen Durchfluss-<br />
Messgeräten befinden sich zwei Pt100-<br />
Temperatursensoren. Der eine Sensor<br />
misst die aktuelle Mediumstemperatur<br />
als Referenz. Der zweite Sensor wird<br />
beheizt und weist eine konstante Temperaturdifferenz<br />
zum ersten Sensor<br />
auf. Sobald das Medium im Messrohr<br />
zu fließen beginnt, kühlt der beheizte<br />
Temperatursensor durch das vorbeiströmende<br />
Medium ab – und zwar umso<br />
stärker, je höher die Fließgeschwindigkeit<br />
ist. Der zur Aufrechterhaltung<br />
der Temperaturdifferenz erforderliche<br />
Heizstrom ist somit ein direktes Maß<br />
für den Massedurchfluss.<br />
Anschaffungskosten, Messgenauigkeit,<br />
direkte Ausgabe von Normvolumen,<br />
bleibender Druckverlust, geringe Einbauabmessungen<br />
sowie der Wartungsbedarf<br />
des Messsystems. Zur Bewertung<br />
wurden die Messtechnologien Coriolis,<br />
Vortex, Blenden- bzw. Differenzdruck<br />
und thermisch herangezogen.<br />
Messsysteme mit bewegten Bauteilen,<br />
wie Verdrängerzähler, fanden aufgrund<br />
der kürzeren Wartungsintervalle keine<br />
Berücksichtigung. Als Ergebnis wurde<br />
das thermische Mess prinzip als am<br />
besten geeignet ermittelt und kam deshalb<br />
bevorzugt zum Einsatz.<br />
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39
Prozess- & Energieautomation<br />
02 „Proline t-mass“ A 1<strong>50</strong> – kostengünstige Inline-Version<br />
für Luft, Stickstoff, Argon und CO 2<br />
03 Der „Proline t-mass“ A 1<strong>50</strong> im Argon- und Stickstoffnetz<br />
im Vergleich mit Proline Promass M<br />
nis von 1:3 bis 1:6 zwischen Hauptmessung und<br />
„Submetering“-Messstellen herauskristallisiert. Dieser Wert<br />
spiegelt ein typisches Bild vieler Praxisinstallationen wider.<br />
Im Zuge der Messungen im Kompressorraum (Bild 5)<br />
ließen sich kurzfristige und langfristige Verbesserungen realisieren.<br />
Zu den kurzfristigen Verbesserungen zählt unter<br />
anderem der Einbau von Differenzdrucktransmittern vom<br />
Typ Deltarbar M mit kontinuierlicher Datenübertragung<br />
zur Filter überwachung. Der Zyklus für den Filterwechsel<br />
wurde bis dato in regelmäßigen Abständen durchgeführt.<br />
Der Druckverlust vor dem Wechsel spielte dabei keine Rolle,<br />
egal ob der Filter verstopft war oder der Zustand des<br />
Filters weitere Betriebsstunden erlaubte. Nach dem Umbau<br />
stellt sich die Situation wie folgt dar: Der Differenzdruck der<br />
Filter wird ausgewertet und ab einem Differenzdruck von<br />
3<strong>50</strong> mbar bedarfsgerecht getauscht.<br />
Neben kurzfristigen Verbesserungen wurden anhand der<br />
Messergebnisse von „Proline t-mass“ 65F und der Energiezähler<br />
der komplette Umbau der Kompressorstation durchgeführt.<br />
In der ersten Phase der Messwerterfassung hat sich<br />
gezeigt, dass von den vier vorhandenen Kompressoren überraschenderweise<br />
die beiden ältesten Kompressoren den besseren<br />
Wirkungsgrad erzielten. Einer der Gründe war schnell<br />
gefunden: Ein neuerer Kompressor hatte einen kontinuierlichen<br />
Ölverlust und setzte den Filtern stark zu, was beinahe<br />
zu einem Defekt des Kompressors führte.<br />
Nach dem Umbau der Kompressorstation liefern jetzt<br />
fünf Kompressoren die benötigte Druckluft. Hiervon arbeiten<br />
zwei im Volllastbetrieb, während zwei weitere, Frequenzumrichter-gesteuerte,<br />
Lastspitzen abfahren. Der fünfte und<br />
kleinste Kompressor liefert mit 22 kW den Druckluftbedarf<br />
bei Produktionsstillstand. Zusätzlich konnte der Prozessdruck<br />
bei Produktionsstillstand um ca. 800 mbar abgesenkt<br />
werden. In der Kompressorstation ist es durch diese Maßnahmen<br />
gelungen, die Kosten um ca. 15 <strong>000</strong> <strong>€</strong> pro <strong>Jahr</strong> zu<br />
reduzieren.<br />
Im Druckluftnetz zeigte sich ein ähnliches Bild: Um die<br />
Energiekosten auf unterschiedliche Kostenstellen aufzuteilen,<br />
waren virtuelle Messstellen installiert worden. Die Kosten<br />
basierten auf den Verbrauchswerten der angeschlossenen<br />
Maschinen. Durch die Installation des preisattraktiven „Proline<br />
t-mass“ A/B 1<strong>50</strong> hat sich ein reales Bild ergeben. Als die<br />
Druckluftmenge, die in den Glasperlen-Strahlkabinen verbraucht<br />
wird, bekannt wurde, horchte die Produktion auf:<br />
85 % der gesamten Drucklufterzeugung fließen in diesen<br />
Produktionsschritt.<br />
Für eine deutlich größere Überraschung sorgten die Messergebnisse<br />
von „Proline t-mass“ A 1<strong>50</strong> im Argon- und Stickstoffnetz<br />
(Bild 3). Der Verbrauch von ca. 18 t Flüssig stickstoff<br />
pro Woche wurde vor der Installation von „Proline t-mass“<br />
A 1<strong>50</strong> zu 80 % der Elektronikfertigung zugeschrieben. Hier<br />
sind die Hauptverbraucher die Reflow-Lötöfen. Nach der<br />
Messgeräteinstallation zeigte sich eine Verteilung des Verbrauchs<br />
von <strong>50</strong>/<strong>50</strong> auf Elektronik- und Sensorfertigung. Die<br />
Hochvakuum-Lötöfen in der Sensorfertigung haben einen<br />
deutlich höheren Verbrauch als vorerst angenommen. Die<br />
Konsequenz war eine Neuaufteilung der internen Kosten<br />
und eine Kostenkontrolle der gesamten Verbrauchsmenge.<br />
www.etz.de 7/2013
04 Beim „Proline t-mass“ B 1<strong>50</strong> handelt es sich um eine kostengünstige<br />
Einsteckversion für Luft, Stickstoff, Argon und CO 2<br />
05 Druckluftmessung im Kompressorraum mit „Proline t-mass“<br />
B 1<strong>50</strong>, „Proline t-mass“ 65 im Vergleich mit Proline Promass F<br />
Ein weiterer Aspekt liegt in der Geräteentwicklung. Die<br />
Kernaufgabe von <strong>Endress+Hauser</strong> Flowtec in der<br />
<strong>Endress+Hauser</strong>-Gruppe, ist die Entwicklung und Produktion<br />
von qualitativ hochwertigen Durchflussmessgeräten.<br />
Im Rahmen der Entwicklung werden die Druckluft- und<br />
Gasnetze auch für verschiedene Praxistests genutzt. Sie werden<br />
durch hochgenaue Promass-Coriolissysteme referenziert<br />
und bestätigen die hohen Erwartungen an die Messgenauigkeit<br />
von „Proline t-mass“ (Bild 1).<br />
Fazit<br />
<strong>Mit</strong> einem Investitionsvolumen von 100 <strong>000</strong> <strong>€</strong> konnten<br />
Einsparungen in Höhe von <strong>50</strong> <strong>000</strong> <strong>€</strong>/<strong>Jahr</strong> erzielt werden.<br />
Hiervon entfallen 15 <strong>000</strong> <strong>€</strong> pro <strong>Jahr</strong> auf das Druckluftsystem.<br />
Ein wichtiger Baustein für die Erkennung von Einsparpotenzialen<br />
ist die Messtechnik. Hierzu liefern „Proline<br />
t-mass“ neben den Stromzählern die wichtigsten Kenngrößen<br />
für die Verbräuche im Druckluft- und Gasnetz der<br />
<strong>Endress+Hauser</strong> Flowtec. <br />
(ih)<br />
Literatur<br />
[1] <strong>Endress+Hauser</strong> Flowtec AG, Reinach/Schweiz:<br />
www.flowtec.endress.com<br />
Autor<br />
Sebastian Grahlow ist Produktmanager<br />
Durchflussmesstechnik bei der <strong>Endress+Hauser</strong><br />
Messtechnik GmbH + Co. KG in Weil.<br />
info@de.endress.com<br />
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7/2013 www.etz.de<br />
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Manueller oder automatischer Start<br />
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Lichtschranke.<br />
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