Mit Energiemonitoring 50 000 €/Jahr einsparen - Endress+Hauser

Prozess- & Energieautomation
01 Ein akkreditierter Kalibrierstand nach ISO/IEC 17025:2005 für thermische Massedurchflussmessgeräte
Mit Energiemonitoring
50 000 €/Jahr einsparen
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.
Text: Sebastian Grahlow
Das Projekt „Energiemonitoring“ wurde bei der
Endress+Hauser Flowtec AG [1] in mehreren Schritten
umgesetzt:
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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 Heizund
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
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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.
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 Verhält-
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.
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 Mess prinzip als am
besten geeignet ermittelt und kam deshalb
bevorzugt zum Einsatz.
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Prozess- & Energieautomation
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
nis 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 Filter überwachung. 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 Flüssig stickstoff
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.
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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
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)
Literatur
[1] Endress+Hauser Flowtec AG, Reinach/Schweiz:
www.flowtec.endress.com
Autor
Sebastian Grahlow ist Produktmanager
Durchflussmesstechnik bei der Endress+Hauser
Messtechnik GmbH + Co. KG in Weil.
info@de.endress.com
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