Durchflussmessung Shell optimiert Filteranlage mit Clamp-On-Durchflussmessung

Autor / Redakteur: Frank Senteur / Dr. Jörg Kempf

Das Mehrfachfiltersystem im Hycon-Werk von Shell Pernis spielt eine bedeutende Rolle sowohl für die Qualität als auch auf die Effizienz des Prozesses. Ein Clamp-On-Durchflussmesssystem von Flexim liefert die Daten für die Optimierung des Systems.

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Robin Koevermans (links) von Shell und Joost van Parreeren von Flexim zeigen das flexibel einsetzbare Clamp-On-Durchflussmessgerät, mit dem die Trendmessung an den Filterbänken ausgeführt wurde.
Robin Koevermans (links) von Shell und Joost van Parreeren von Flexim zeigen das flexibel einsetzbare Clamp-On-Durchflussmessgerät, mit dem die Trendmessung an den Filterbänken ausgeführt wurde.
( Bild: Flexim )

Die Shell Nederland Raffinaderij B.V. in Pernis und Europoort zählt zu den weltweit größten Raffinerien und ist mit einer Kapazität von 416 000 Fässern Rohöl am Tag die größte in Europa. Das sind 21 Millionen Tonnen jährlich – oder 44 000 Liter pro Minute! In etwa 40 Anlagen wird das Rohöl zu hochwertigen Endprodukten wie Benzin, Diesel, LPG, Kerosin, Naphta und Schmieröl verarbeitet. Die übrigbleibende Schwerölfraktion wird zum Teil für den eigenen Energiebedarf verwendet, zum Teil als Schiffstreibstoff verkauft. Wichtige Prozesse sind Destillieren, Cracken (das Aufbrechen längerer Ölmoleküle) und Entschwefeln.

Hydrocracker cracken den Rest

„Wir haben uns einen raffinierten Prozess ausgedacht, um durch Hydrocracken schwere Restprodukte, also die schwersten Rohölfraktionen, zu nutzbaren Vorprodukten zu verarbeiten“, erzählt Robin Koevermans, Technischer Assistent der Hycon-Abteilung von Shell, über den Hydrocracking-Prozess, der in einem Teil des riesigen Shell-Komplexes auf dem Europoort-Gelände stattfindet. „Wir cracken die schweren Anteile so, dass sie als Rohstoffe für ‚normale‘ Prozesse wiederverwendet werden können, in denen sie zu Endprodukten wie Kerosin, Benzin und Naphta verarbeitet werden.“ In der Hycon-Anlage können viele unterschiedliche Produkte oder Restprodukte verarbeitet werden. Sie alle werden durch einen Mehrfachfilter geführt, um feste Partikel zu entfernen. Diese Partikel würden sonst nicht nur den Prozess stören, sondern auch die Anlage verunreinigen, insbesondere den Katalysator. „Dies möchten wir selbstverständlich auf ein Minimum reduzieren“, so Koevermans.

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Die Mehrfachfilteranlage

„Für die so wichtige Filtrierung verfügen wir über eine Filteranlage mit vier Bänken, die jeweils mit zehn Filterkörben ausgerüstet sind“, führt Koevermans weiter aus. „Damit entfernen wir vor allem Eisenpartikel und harte Koksteilchen aus dem zugeführten Rohstoff. Die optimale Konfiguration der Filteranlage ist bares Geld wert. Von daher widmen wir ihr einige Aufmerksamkeit.“

Die Verschmutzung der Filterbänke A bis D wird durch Differenzdruckmessung verfolgt. Bei einer zu hohen Druckdifferenz über Bank A schalten die Anlagenfahrer diesen Teil ab und reinigen die Filterelemente mit etwa 250 °C heißem Spülöl. Nach der Spülung sollte alles wieder optimal sein. Mit einer einzigen Druckdifferenzmessung ist dies jedoch nicht ausreichend zu beurteilen. Theoretisch könnte man auch die Nutzleistung (den Durchfluss) durch Verwendung anderer Filter erhöhen, beispielsweise von Filtern mit größerer Oberfläche. Dafür bräuchte man jedoch belastbare Daten. „Daher wollten wir unbedingt herausfinden, was wirklich in den Filterbänken vor sich geht“, erklärt Koevermans. „Der Gesamt-Durchfluss der vier Filterbänke war uns bekannt, nicht aber die exakte Verteilung. Im Prinzip müsste es ein Gleichgewicht geben, aber ist dies wirklich der Fall? Wir wollten also für jede Filterbank einzeln den Durchfluss messen, dafür aber nicht vier Durchflussmessgeräte anschaffen. Auch wollten wir für die Messung nicht den Prozess unterbrechen.“

Clamp-On-Durchflussmessung

Wie aber misst man den Durchfluss durch einen Filter, ohne die Leitungen zu trennen? „Dat is natuurlijk simpel“, weiß Joost van Parreeren, Ingenieur und Geschäftsführer von Flexim Benelux: „Die Messung von Prozessparametern wie Druck, Temperatur, Füllstand, Durchfluss und Konzentration kann in vielen Fällen eingriffsfrei von der Außenseite der Leitung, des Behälters oder des Reaktors erfolgen, nämlich im Clamp-On-Verfahren.“ Die Vorteile liegen auf der Hand: Erstens muss die Leitung nicht getrennt werden, also wird der Prozess nicht unterbrochen, und es besteht nicht die Gefahr, dass neue Lecks entstehen. Die Clamp-On-Technik ist außerdem ungefährlich (auch in Atex-Ex-Umgebungen) und verursacht keine Druck- oder Durchflussverluste, da die Leitung völlig intakt bleibt.

„Im Grunde genommen handelt es sich um eine perfekte Messtechnik, die sich in der (petro-)chemischen Industrie allmählich durchsetzt“, konstatiert van Parreeren. „Das Messverfahren ist nicht nur ideal für die Festinstallation, sondern es lässt sich auch flexibel anpassen, weshalb es sich gut für temporäre Messungen eignet. Oft muss der Durchfluss – oder eine andere Größe – nicht ununterbrochen gemessen werden, sondern man möchte wie bei Shell die Messung nur einmal ausführen, im Rahmen inventarisierender Kontrollen oder um bestimmte Trends zu erkennen.“

So funktioniert‘s in der Praxis

Shell hat die Durchflüsse in allen vier Filterbänken mit einem portablen Clamp-On-Ultraschallmesssystem gemessen, dem Fluxus ADM 6725 von Flexim. „Das ging wirklich kinderleicht“, erinnert sich Koevermans: „Einfach ein wenig Isolierung entfernen für den Zugang zur nackten Rohrleitung, Sensoren montieren, am Messgerät anschließen, und schon kann es losgehen. Die Tatsache, dass die Leitung mit einer Innentemperatur von 250 °C sehr heiß ist, bedeutet, dass man selbst mit Vorsicht zur Sache gehen muss. Der Durchflussmesser dagegen hält das aus.“ Weil die Ultraschallsensoren auf der Außenwand der Rohrleitung angebracht werden, sind sie auch keinem mechanischen Verschleiß durch das heiße Öl und die darin befindlichen Festkörper ausgesetzt.

„Natürlich wollten wir auch wissen, ob die Messresultate zuverlässig sein würden“, so Koevermans. „Die Durchflussmessung von unserem schweren Rohöl ist schließlich etwas ganz anderes als die Durchflussmessung an einer Wasserleitung.“ Im Messumformer des Fluxus sind standardmäßig u.a. die Viskositätsdaten von einigen in der (Petro-)Chemie häufig verwendeten Stoffen wie Wasser, Aceton, Glykol, Benzin, Ammoniak, verschiedenen Rohölsorten usw. hinterlegt. „Aber schweres Rohöl ist natürlich etwas Besonderes“, erklärt Koevermans. „Wir kennen dessen Viskosität und Dichte, also haben wir diese Parameter selbst in die Steuerung des Durchflussmessers eingegeben.“

Dies ist einfach: Nach der Anbringung der Ultraschall-Sensoren an einer Filterbank wird über einen längeren Zeitraum das Durchflussverhalten in der Filterbank gemessen. Dabei speichert der Messumformer die Messwerte automatisch in einem internen DataLogger; man muss also nicht daneben stehen bleiben. Nach der Messung kann das Gerät entfernt werden. Die Daten werden über ein serielles Kabel auf die Festplatte eines PCs ausgelesen und in eine Excel-Tabelle übertragen. Hieraus lassen sich grafische Darstellungen und Tabellen erstellen, mit denen das Durchflussverhalten und vor allem die Vorgänge in den Filterbänken visualisiert werden.

„Wir hatten neue Filterkörbe mit größeren Oberflächen montiert, von denen wir uns eine höhere Leistung versprochen hatten. Die Ergebnisse der Durchflussmessung aber zeigten uns, dass die neuen, teureren Filter im Vergleich zu den alten Filtern keine Verbesserungen brachten“, erzählt Koevermans. „Wir sind wieder zu den alten Filtern zurückgekehrt. Schließlich macht es keinen Sinn, mehr Geld für etwas auszugeben, das nicht besser ist. Wir werden nun auch an anderen Stellen Messungen vornehmen und erwarten, dass wir mittels gezielter Sammlung von Daten die Leistung optimieren und von regelmäßiger Wartung auf zustandsbezogene Wartung umsteigen können, wovon wir uns weitere Kostensenkungen versprechen.“

Zuverlässig messen

Die Ultraschall-Clamp-On-Durchflussmesser von Flexim funktionieren nach dem bekannten Prinzip der Laufzeitdifferenzmessung (Transit-Time). Entscheidend für die Zuverlässigkeit des eingriffsfreien akustischen Verfahrens ist die gute Übertragung der Ultraschallsignale in das Rohr und zurück. Üblicherweise sorgt dafür eine feine Schicht Koppelpaste zwischen Rohr und Sensor. Je nach den an der Messstelle herrschenden Bedingungen muss die Koppelpaste jedoch mehr oder minder regelmäßig oft frisch aufgetragen werden. Bei hohen Temperaturen trocknet sie aus, oder sie wird von Wind und Wetter weggewaschen.

Flexim verwendet seit längerem Koppelpads oder auch Koppelfolie, wodurch dieses Problem der Vergangenheit angehört. In Abhängigkeit von der Medientemperatur werden Koppelfolien aus unterschiedlichen Materialien gewählt; in Verbindung mit dem patentierten WaveInjector kann der Temperaturbereich der Messung bis auf +400 °C erweitert werden. Anwendungen mit kryogenen Flüssigkeiten sind ebenfalls möglich. Die Durchflussmesser von Flexim sind vielseitig anwendbar und können praktisch jedes flüssige Medium messen, z.B. Wasser, Abwasser, aber auch VE-Wasser, Glykol, flüssigen Ammoniak (u.a. für Kühlungen), Säure, Lauge, Alkohol, Sirup sowie hydraulische und thermische Öle.

Die eingriffsfreie Ultraschalltechnik kann auch zur Produkterkennung und zur Konzentrationsmessung eingesetzt werden. Auch die simultane Messung von Durchfluss und Konzentration ist möglich. Über die klassische Durchflussmessung von Flüssigkeiten hinaus kommt die Clamp-On-Ultraschalltechnik in jüngster Zeit immer mehr auch zur Messung von Gasen zum Einsatz.

F. Senteur ist freier Autor. Der vorliegende Fachbericht ist die überarbeitete Fassung eines Beitrags für das niederländische Magazin „processcontrol“.

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