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Dampfverrechnungs-Messung mit Venturirohr: Gehen 80 Tonnen Dampf pro Stunde durch die Rohre, ist eine genaue Messung für die Abrechnung wünschenswert. Bild: Metra Energie-Messtechnik
Automatisierungs- & Elektrotechnik

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Wasserdampf-Messung lohnt sich

Text: Manfred König, Metra Energie-Messtechnik; Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee
In Energiewirtschaft und Industrie wird viel Wasserdampf eingesetzt. Bisher hapert es aber daran, den Verbrauch genau zu bestimmen. Ein Messverfahren kommt nun einer geeichten Messeinrichtung sehr nahe. Damit können Verbraucher viel Geld sparen.

Wasserdampf hat speziell in der Energiewirtschaft eine enorme Bedeutung: Schon geringe Volumen können viel Energie transportieren, zum Beispiel als Arbeitsmittel für Dampfturbinen, für Heizzwecke oder als Prozessdampf in den verschiedensten Branchen von der Nahrungsmittel- und Papierindustrie bis hin zu Automobilbau und Verfahrenstechnik. Die Nachfrage nach Lösungen für eine möglichst genaue Abrechnung steigt, da der Erzeuger meist nicht selbst der Verbraucher ist. Allerdings sind die Grundlagen für die Abrechnung oft sehr undurchsichtig, weil Dampfmessungen nicht eichfähig sind. Dies ist eindeutig in der Eichordnung definiert (Mess- und Eichverordnung – Mess EV, Anlage 1). Erfahrungen belegen mittlerweile jedoch, dass Messungen nach dem Wirkdruckprinzip für Abrechnungsmessungen und hochwertige Bilanzierungs- beziehungsweise Kontrollmessungen am besten geeignet sind.

Prinzipiell gibt es nur eine begrenzte Anzahl messtechnischer Verfahren, die sich für Dampfanwendungen eignen. Die wichtigsten sind Wirbelzähler, die Stausondenmessung und die klassische Wirkdruckmessung nach DIN EN ISO 5167. Welche sich am besten eignet, hängt von den Anforderungen der Dampflieferanten und Dampfbezieher ab. Beide haben großes Interesse an einer genauen und vor allem vertrauenswürdigen und nachvollziehbaren Messeinrichtung. Gefragt sind also neben einer hohen Verfügbarkeit eine möglichst große Messgenauigkeit bei großer Messdynamik. Die Qualität der Messwerte sollte sich vor Ort überprüfen lassen, Rechtssicherheit bieten oder sich auf international gültige Regelwerke zurückführen lassen. Die Firma Metra Energie-Messtechnik hat aufgrund ihrer fast dreißigjährigen Erfahrung als Lieferant für Dampfdurchfluss- beziehungsweise Dampfenergiezähler festgestellt, dass die Messung nach dem Wirkdruckprinzip (DIN EN ISO 5167) und einer darauf abgestimmten Gerätetechnik hierfür die besten Voraussetzungen bietet.

Mit geeichter Messeinrichtung vergleichbar

Gründe dafür gibt es gleich mehrere: Zu den wichtigsten gehört die Normung, die bis auf kleine Abweichungen weltweit gültig ist. Das unterscheidet das Wirkdruckprinzip von anderen Messverfahren. Der Einsatz von Stausonden als Messsystem für spätere Abrechnungen funktioniert nur in Ausnahmefällen. Das hat mit der fehlenden Rückführbarkeit auf gültige Regelwerke kombiniert mit der verfahrensbedingt recht geringen Messdynamik und Unsicherheiten bezüglich der erforderlichen Länge der geraden Einlaufstrecken zu tun. Ähnlich ist es beim Einsatz von Wirbelzählern, denn hier liegen für die notwendigen Ein- und Auslaufstrecken nur Herstellerangaben vor. Allgemein anwendbare Untersuchungen oder gar Normen existieren nicht. Um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten, sind daher realitätsnahe Prüfungen auf akkreditierten Prüfständen unerlässlich, was natürlich einen gewissen Aufwand bedeutet.

Die Wirkdruckmessung nach ISO 5167 bietet im Vergleich dazu bessere Voraussetzungen. Kaum eines der anderen Verfahren wurde so ausgiebig untersucht sowie seine Zuverlässigkeit durch zahlreiche Kalibrierungen auf verschiedenen Prüfständen untermauert. Die weitverbreitete Meinung, dass mit der Wirkdruckmesstechnik nur eine sehr geringe Messdynamik bei gleichzeitig hoher Messunsicherheit gefahren werden kann, ist schon lange nicht mehr gültig. Durch Weiterentwicklungen der vergangenen Jahre, erlaubt die heutige Gerätetechnik in der klassischen Wirkdruckmesstechnik Messbereiche von bis zu 50 : 1 bei einer Messunsicherheit von 0,5 Prozent vom Momentanwert bezogen auf den Masse- und Energiedurchfluss.

Um solch große Messbereiche bei gleichzeitiger minimaler Messunsicherheit zu realisieren, werden an die einzelnen Komponenten und an das Prüfverfahren einer Wirkdruckmesskette allerdings hohe Anforderungen gestellt. Dies betrifft die richtige Auswahl des Wirkdruckgebers, der Umformertechnik (Differenzdruck, Absolutdruck, Temperatur) bis hin zum Dampfdurchfluss- oder Dampfenergierechner. Wichtig für eine korrekte Auslegung ist dabei immer, die Ein- und Auslaufsituation sowie den Dampfzustand – Nassdampf, Sattdampf, überhitzter Dampf – richtig einzuschätzen und zu berücksichtigen. Die Ein- und Auslaufsituation wird vom Strömungszustand beim tatsächlichen Einsatz der Dampfmessung bestimmt. Die Kennzahl hierfür ist die Reynoldszahl ReD. Wichtig ist zudem die richtige Auswahl des Kalibrier-Institutes, das über das geeignete Equipment verfügen muss.

Ein entscheidender Vorteil liegt in der einfachen Überprüfbarkeit einer bereits in Betrieb befindlichen Dampfmessung. Bei der richtigen anwendungsorientierten Auswahl des Wirkdruckgebers ist ein Verschleiß der messrelevanten Teile des Gebers auch über Jahre hinweg nicht zu befürchten. Die zugehörige Umformertechnik wie Differenzdruck, Temperatur, Absolutdruck oder Durchfluss- und Energierechner lassen sich mit entsprechenden Normalen vor Ort überprüfen. Wenn alle diese Anforderungen berücksichtigt werden, ist eine vertrauenswürdige und nachvollziehbare Dampfmessung realisierbar, die auch mit einer geeichten Messeinrichtung vergleichbar ist.

Genauigkeit rechnet sich

Eine Beispielrechnung zeigt den finanziellen Nutzen, den Dampflieferant und -bezieher von einer solchen Messung haben können: Ausgehend von einem Dampfmassenstrom von 80 Tonnen pro Stunde bei einem Dampfpreis von 25 Euro pro Tonne und einer Betriebszeit von 7200 Stunden im Jahr, ergeben sich jährliche Kosten von 14,4 Millionen Euro. Jetzt kommen Messunsicherheiten ins Spiel. Bei einer angenommenen Messunsicherheit von +/- 5 Prozent, wie sie in der Praxis oft in Kauf genommen wird, betragen die Kostenschwankungen rund 720 000 Euro pro Jahr bei sonst gleichen Bedingungen. Bei einer Messunsicherheit von +/- 2 Prozent reduzieren sich die Schwankungen auf zirka 288 000 Euro pro Jahr und bei einer Messunsicherheit +/- 0,5 Prozent auf lediglich etwa 72 000 Euro pro Jahr. Messunsicherheiten im einstelligen Prozentbereich können also mehrere Hunderttausend Euro im Jahr kosten. Mit der beschriebenen Gerätetechnik lassen sich unnötige Ausgaben durch falsche Berechnungen bis um den Faktor zehn senken. Für Dampfabrechnungsmessungen ist damit die klassische Wirkdruckmesstechnik nach ISO 5167 ein lohnendes Verfahren, egal ob Dampf als Arbeitsmittel, für Heizzwecke oder als Prozessenergie genutzt wird.

Weitere Informationen zu Metra Energie-Messtechnik finden Sie im Business-Profil auf Seite 31.

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