Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesstechnik
Das ist cool – hydraulischer Abgleich am Kühlturm als Effizienzquelle
| Autor / Redakteur: Jörg Sacher / Dr. Jörg Kempf
In der Heizungs- und Klimatechnik gilt der hydraulische Abgleich als Garant für Energieeffizienz. Was an der Heizungsanlage eines Einfamilienhauses funktioniert, lohnt sich erst recht im industriellen Maßstab: Der hydraulische Abgleich eines Kühlturms in einer Chemieanlage bewirkte eine Steigerung der Kühlleistung um fast 50 Prozent.
Der vergangene Sommer hat es auf drastische Weise vor Augen geführt: Für die chemische Industrie mit ihren häufig exothermen Reaktionen ist die Abführung von Prozesswärme ebenso wichtig wie die sichere Versorgung mit anderen Energien wie Strom, Gas oder Dampf. Vielerorts musste wegen mangelnder Kühlleistung die Produktion gedrosselt werden. Umso wichtiger ist es, dass die Kühlanlagen optimal betrieben werden. Voraussetzung hierfür ist ein guter hydraulischer Abgleich.
Als Wärmeträger für die Wärmeabfuhr findet überwiegend die gebräuchlichste Flüssigkeit überhaupt Verwendung: Kühlwasser. Nach Angaben des VCI werden etwa 80 Prozent des von der Chemieindustrie verbrauchten Wassers zur Kühlung eingesetzt.
Wasser ist wegen seiner hohen spezifischen Wärmekapazität ein hervorragender Wärmeträger. Kühlwasser wird heute zumeist im Kreislauf geführt, d.h. das durch den Prozess erwärmte Wasser muss wieder heruntergekühlt werden. Dies geschieht in Kühltürmen, wo es verrieselt wird und dabei die aufgenommene Wärme wieder an die Umgebungsluft abgibt.
In einem Chemiebetrieb erwies sich insbesondere in den warmen Monaten die Kühlleistung des Kühlturms als unzureichend, weswegen wiederholt die Produktion gedrosselt werden musste. Für die verantwortlichen Prozessingenieure war dies der Anlass, den Kühlturm genauer unter die Lupe zu nehmen bzw. die Wärmebildkamera auf ihn zu richten.
Der Kühlturm besteht aus vier Verrieselungszellen identischer Bauart. Das Infrarotbild offenbarte auf den ersten Blick das grundlegende Problem: Während einige Verrieselungszellen das Wasser effektiv kühlten, floss es an anderen durch, ohne eine nennenswerte Abkühlung zu erfahren. Unübersehbar mangelte es dem Kühlturm am hydraulischen Abgleich.
Beim hydraulischen Abgleich kommt es im Wesentlichen darauf an, dass die einzelnen Kühlzellen gleichermaßen vom Wasser durchströmt werden. Doch wie lässt sich dies bewerkstelligen?
Erst messen, dann regeln
Jede der vier Kühlzellen wird von jeweils zwei Zuleitungen gespeist. Wie üblich ist keiner dieser acht Stränge mit einer Messeinrichtung zur Durchflussmessung instrumentiert. Um zu erfahren, wie sich die rückzukühlenden Wassermengen auf die einzelnen Stränge verteilen, wandten sich die Betreiber daher an Flexim und beauftragten eine Messdienstleistung.
Flexim ist bekannt als führender Anbieter von Ultraschallmesssystemen, die den Durchfluss eingriffsfrei mit außen auf dem Rohr angebrachten Clamp-On-Sensoren erfassen. Für den Servicetechniker war die Messaufgabe daher eine Routineangelegenheit. Mit seinem portablen Clamp-On-Ultraschallsystem Fluxus F601 hatte er in kurzer Zeit an allen acht Leitungen den Ist-Zustand erfasst. Die Messungen bestätigten die Annahme eines schlechten hydraulischen Abgleichs: Zwischen 90 m3/h und 450 m3/h variierten die gemessenen Mengen unter den einzelnen Strängen. Nun galt es, die Durchflussmengen durch passende Einstellung von Klappen gleich zu verteilen. Auch diese Aufgabe gelang mithilfe der eingriffsfreien Durchflussmesstechnik mühelos. Dazu erforderte es lediglich der Zusammenarbeit des Servicetechnikers, der abermals an den acht Strängen die Durchflussmengen eingriffsfrei erfasste, mit einem Betriebstechniker, der passend dazu die Klappen einstellte. Sämtliche Arbeiten erfolgten ohne jede Beeinträchtigung des normalen Anlagenbetriebs.
Im Ergebnis wurde durch diese einfache Maßnahme eine enorme Leistungssteigerung erzielt. Statt vorher etwa 11 MW liefert der Kühlturm nun etwa 16 MW Kühlleistung. Entsprechend konnte die Kapazität der vom Kühlturm versorgten Produktionsanlage ausgeweitet werden. Dem Kosten- und Zeitaufwand für eine eintägige Messdienstleistung steht als Ertrag eine Produktionssteigerung von etwa 1000 t/a gegenüber – ein Paradebeispiel dafür, wie sich mit geringstem Einsatz ein erhebliches Effizienzpotenzial erschließen lässt.
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* Der Autor ist Mitarbeiter bei der Flexim GmbH, Berlin.
