Service und Automatisierung für Rechtssicherheit bei Durchfluss-, Abfluss- und Überfallmessung

Für Regelorgane sind klare Normen und Gesetze definiert. So bestimmt die DGUV 4 Prüfzyklen, um deren Funktionalität sicherzustellen. Landesspezifische Bestimmungen wie EKVO, SüwV-kom, EÜV etc. überprüfen tatsächliche Durchflussengen. Durch Untersuchungen der Uni Darmstadt wurde ermittelt, dass über 50% der eingesetzten Durchflussmessungen die EKVO Prüfungen nicht bestanden haben. Technologie, Service und Automatisierung sind Lösungen zur Erfüllung hoher gesetzlicher Anforderungen trotz Fachkräftemangels.

Stellen Sie durch Kalibrierung unter Realbedingungen auf dem Prüfstand den genehmigten Messwert sicher!

Die Strömungsbedingungen für Durchflussmessungen in Abwasseranlagen sind häufig nicht ideal. Aus über 40 Jahren Erfahrung HST und 25 Jahren HST-Zangenberg ist bekannt, dass jede Ausgangssituation sowie die Strömungsverhältnisse situativ anders sind. Damit die Anlage auch bei den schwierigsten Strömungsverhältnissen verlässliche Daten liefert, muss jedes Messsystem und jede Drossel unter Realbedingungen anwendungskalibriert werden.

Im HST Kompetenzzentrum für Durchfluss, Abfluss, Überfall in Schliengen ist es möglich, am  eigenen Prüfstand jede Strömungssituation realitätsnah nachzustellen und die Lösung fein zu justieren. So werden Messfehler vermieden! HST-Zangenberg gewährt die Akzeptanzgarantie dafür, dass die Überprüfungen durch Behörden und Sachverständige nach EKVO, SüwVO Abw, EÜV etc. akzeptiert und abgenommen werden.

Was ist der Unterschied zwischen normaler (Ideal-)Kalibrierung und der Anwendungskalibrierung?

Bei einer „normalen“ Kalibrierung wird ein Durchflussmessgerät unter Idealbedingungen geprüft. Es werden keine anwendungsbezogenen Strömungssituationen berücksichtigt. Die Verantwortung und das Risiko, ob die Messung richtig ausgelegt ist, die Einbaubedingungen eingehalten und die erforderlichen Strömungsbedingungen geschaffen wurden, liegt beim Endanwender.

Bei der unter Realbedingungen stattfindenden Anwendungskalibrierung werden alle Störungen vor Ort ermittelt und beim Situationsnachbau berücksichtigt. HST-Zangenberg gewährt die Akzeptanzgarantie dafür, dass die Überprüfungen durch Behörden und Sachverständigen nach EKVO, SüwV-kom, EÜV etc. akzeptiert und abgenommen werden.

Warum reicht die normale Messgerätekalibrierung nicht aus?

Die von den Herstellern angegebenen Ein- und Auslaufstrecken oder Beruhigungsstrecken geben nur eine Empfehlung ab. Es gibt Situationen da reicht 0xD aus, aber häufig können 5xD nicht ausreichen. Schlimmstenfalls gibt es auch Strömungsstörungen, die nicht mit 50xD zu entfernen sind.

Neben den Verwirbelungen gibt es auch Störungen durch Lufteintrag. Diese treten nach einem Absturz oder im Fallrohr auf und können nicht durch Beruhigungsstrecken beseitigt werden. Der gefährliche Lufteintrag und die Strömungsstörungen werden bei der Anwendungskalibrierung durch 1:1 Simulation sichtbar gemacht und durch die Einstellung der richtigen Beruhigungsmaßnahmen eliminiert. Die Anwendungskalibrierung gibt den Beweis und die Sicherheit, dass alle Anwendungsschwierigkeiten beachtet und korrigiert wurden.

Die erste Inbetriebnahme einer individuellen Kundenlösung erfolgt demnach auf dem HST-Zangenberg Prüfstand. Dieser Prüfstand kann wie ein RRB oder Stauraumkanal gefahren werden.

Wenn am vorgegebenen Messpunkt vor Ort hydraulisch schwierige, instationäre oder ungleichförmige Strömungsverhältnisse herrschen, muss diese Situation und die zugehörige Messstelle mit allen Komponenten auf dem Prüfstand nachgebaut werden. Nur auf diese Weise kann ein verifiziertes Messsignal für die weitere Nutzung zur Verfügung gestellt werden.

Abbildung 1 Doppel-Peliqan am Prüfstand
Abbildung 2 Einsatz Doppel-Peliqan am Prüfstand.

Einzelprüfung und Anwendungskalibrierung

Durchflussmessungen müssen in den individuellen, örtlichen Situationen einwandfrei funktionieren. Deshalb müssen die vorhandenen hydraulischen Situationen berücksichtigt werden. Die Hersteller geben je nach Messsystem und Messmethode unterschiedliche Beruhigungsstrecken für eine störungsfreie Messung an. Üblicherweise wird von 5x bis 10xDN Vorlauf- und ca. 3xDN Nachlaufstrecke kalkuliert. In vielen Fällen sind diese Vorgaben allerdings nicht ausreichend. Dies betrifft häufig Fallleitungen, Rohrübergänge, variierende Fließgeschwindigkeiten oder mögliche Lufteinschlüsse. Weiter ist oft nicht genug Platz im bestehenden Bauwerk vorhanden, um die Beruhigungsstrecken einzuhalten. Bei der Einzelprüfung wird jedes System einzeln geprüft und hydraulisch kalibriert. Dabei werden alle Fehler, die durch den Messaufnehmer, die Toleranzen der Verrohrung und durch Rohrübergänge erzeugt werden, miterfasst und auf dem HST-Zangenberg Prüfstand justiert. Der HST-Zangenberg Prüfstand ist der einzige, auf dem reale Situationen nachgebaut und kalibriert werden können.
Es wird die individuelle Messstrecke aufgebaut und einer Einzelprüfung unterzogen.
Durch empirische Ermittlung der Beruhigungsmaßnahmen wird das System genau angepasst. Bei
der folgenden Kalibrierung der Messstrecke werden sämtliche Störfaktoren berücksichtigt und korrigiert.

Auf dem HST Prüfstand werden Strömungsschwierigkeiten 1:1 nachgebaut. Die Messfehler liegen dabei bei weniger als 2%. So kann eine erfolgreiche Durchflussmessung in der Realsituation gewährleistet werden.

Strömungsstörungen bekämpfen

Abbildung 3 Strömungsstörungen bekämpfen mit Verwirbelungen
Abbildung 4 Strömungsstörungen bekämpfen mit Strömungsbeeinflussern
Abbildung 5 Strömungsstörungen bekämpfen ohne (links) und mit (rechts) Strömungsbeeinflussern
Abbildung 6 Strömungsstörungen bekämpfen - Position des MIDs ohne und mit Strömungsbeeinflusser

Erhalten Sie durch IntelliFlow und Selbstkalibrierung kontinuierlich die genehmigten Werte!

Regenbecken dienen zur Speicherung von Abflussspitzen bei Niederschlag. Zu diesem Zweck müssen die, dem Regenbecken zur Erzeugung eines Einstaus aus dem Kanal zufließenden Wassermengen begrenzt werden. Für die Abflussregelung sind bei jeder Planung und Ausrüstung eines Regenbeckens sowohl bei Neubau als auch bei Sanierung folgende wichtige Aspekte und Kriterien zu berücksichtigen:

  1. Drosselwassermenge, Einbaumaße bzw. erforderliche Schachtgröße
  2. Mess- bzw. Regelgenauigkeit
  3. Betrieb und Wartung

Zu Beginn der Ära der Regenbecken wurden zur Begrenzung der Abflussmengen statische Abflussdrosseln eingesetzt. Ein Nachteil: Eine länger andauernde Entleerung des Regenbeckens. Um den Sollwert möglichst konstant abfließen zu lassen, wurden später Abflussregler anstatt Abflussbegrenzer entwickelt. Im Laufe der Zeit wurden diese rein mechanischen Regler zunehmend durch elektromechanische Regler (Abb. 7) ersetzt. Grund für diese Entwicklung war:

  • die zunehmende Elektrifizierung der Regenbecken selbst,
  • der Wunsch nach kontinuierlichen Messungen, einstellbaren Sollwerten sowie
  • die Möglichkeit des Einwirkens bei Verlegung oder Fehlfunktionen vor Ort oder aus der Ferne

Herausgebildet und etabliert haben sich heute eine Auswahl elektromechanischer Abflussregler, welche den Wasserstand und/oder die Geschwindigkeit mittels Sensorik (Ultraschall/Radar/magnetisch-induktiv) kontinuierlich erfassen und automatisiert Absperrorgane je nach Einstauhöhe oder Durchflussmenge in die, für den Soll-Abfluss richtige Stellung fahren.

Zusätzlich sind Upgrades für jedes Regenbecken auf 4.0-Ausrüstung durch Erweiterungen mit SCADA.web und IntelliFlow empfehlenswert. Die Erweiterung SCADA.web alarmiert bei Störungen, zeigt den aktuellen Prozesszustand an und stellt alle Prozessdaten zur Auswertung bereit.  Weiter ermöglicht IntelliNet die vollständige Automatisierung und Einbindung in die 4.0 Netzbewirtschaftung.

Abbildung 7 Dashboard SCADA.web
Abbildung 8 Dashboard Intelli.net

Um die Mess- und Regelgenauigkeit beizubehalten, ohne die Maschinen und Anlagen alle fünf Jahre neu kalibrieren zu müssen, bietet HST die Erweiterung IntelliFlow als Lösung an. IntelliFlow dient der effizienten selbstüberwachenden Abflussteuerung und -regelung. Es ermittelt in Ergänzung zur Messung gleichzeitig Durchflussdaten, vergleicht und plausibilisiert diese. Ferner ermöglicht es bei entsprechenden baulichen Rahmenbedingungen sogar eine automatische volumetrische Kalibrierung.

Wesentliche Anforderungen an die Automation ist neben der geforderten hohen Betriebssicherheit, ein automatisch optimierter Betrieb der Abflusssteuerung. Des Weiteren muss die Möglichkeit bestehen, den Volumenstrom auf eine frei einstellbare Sollwertvorgabe zu regeln oder zu begrenzen. Im Störfall schaltet IntelliFlow den Querschnitt automatisch frei und erkennt Verlegungen. Außerdem können Verfahrensgeschwindigkeiten (Grund-, Mittel- und Spitzengeschwindigkeiten) durch frei einstellbare Parameter festgelegt werden. IntelliFlow bietet nicht nur eine freie Vorauswahlmöglichkeit der Betriebsweise, sondern auch einen möglichen Austausch von Prozessdaten mit übergeordneten Strukturen unter Berücksichtigung des aktuellen IT-Sicherheitsgesetzes zum Schutz besonders gefährdeter Infrastrukturen.

Aufgrund der kontinuierlichen Überwachung des Betriebspunktes wird möglicher Verschleiß frühzeitig erkannt. Die Erweiterung IntelliFlow zeichnet vor allem die Selbstkalibrierungsfunktion und Plausibilitätskontrolle aus. In vielen Situationen kann auf Neubaumaßnahmen durch IntelliSysteme wie IntelliFlow verzichtet werden.

Abbildung 9 Grafische Darstellung elektromechanischer Abflussregler

Aktualisieren sie Ihre IT, Maschinen und Anlagen durch Upgrades und zustandsorientierte Services!

Upgrades, Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen dienen dazu, den Wert und die Funktionalität von Maschinen und Anlagen zu erhalten und sie ggf. auf den Stand der Technik zu bringen.Wussten Sie? – Gemäß DGUV V4 ist eine regelmäßige elektrotechnische Prüfung, Wartung und ggf. Instandhaltung von Regelorganen erforderlich. Im Rahmen der HST-Services wird der aktuelle Status einer Maschine inspiziert und geprüft. Wartung und ggf. Instandhaltungsmaßnahmen werden vorsorglich im Vorfeld mit angeboten. Ferner wird geprüft, ob von einer zyklischen auf eine zustandsorientierte Wartung umgestellt und damit Kosten reduziert werden können.

Abbildung 10 Vergleich unterschiedlicher Wartungszyklen

Anlässlich einer Bestandskontrolle für diese Installationen informiert HST über gesetzlich vorgesehenen und regulär anstehenden Leistungen im vorgesehenen Hersteller-Prüfzyklus. Im Rahmen des Prüfverfahrens wird der aktuelle Status hinsichtlich des Zustands u.a. von Werkstoff, Verschleiß, Dichtigkeit und Funktionssicherheit festgestellt und in einen Bericht für die Eigenüberwachung zusammengefasst.

Folgende Leistungen umfasst die DGUV-konforme Hersteller-Prüfung von HST:

  • Datenbeschaffung, Einsatzvorbereitung, Termin- und Abwicklungsorganisation, Durchführung vor Ort
  • Instandsetzung durch Reparatur oder Austausch von Dichtungen
  • Intensiv-Sichtprüfung mechanische Beschädigungen Staubereich-Wehr/Klappe im Oberwasser
  • falls erforderlich, Instandhaltungsleistungen und Kleinreparaturen im Rahmen der

Bestandsaufnahme

  • falls erforderlich, Kostenanschlag für Instandhaltungsleistungen und Reparaturen
  • falls erforderlich, Durchführung der Instandhaltungsleistungen und Reparaturen, gegebenenfalls mit Ausbau der Anlagen und Reparatur im Werk
  • Überprüfen / Tauschen der Klappendichtung
  • Tausch der Kolbendichtung am Kompressor
  • Reinigung Messinstrumente (Druckmessung – MID Messung)
  • Überprüfen und Einstellen der Klappenfedern
  • Transparenter Leistungsnachweis und Abrechnung
  • Kontroll- und Prüfbericht mit Dokumentation der baulichen und hydraulischen Gegebenheiten

Abschlussbericht mit Vorsorgemaßnahmen und Lebenszyklus

Anwendungsbeispiel – Erftverband Bergheim

Vor einem Schneckenhebewerk sollte eine Klappe ersetzt werden. Auf extrem engem Raum wurde eine verlässliche Regelung gesucht, die im Betrieb auch unter Wasser funktioniert.

Da das System am Zulauf eingesetzt werden sollte, waren eine automatische Selbstreinigung sowie eine einfache Reinigungsmöglichkeit Voraussetzungen für eine funktionierende Alltagslösung.

Der kurze Alligator direkt vor dem Schneckenhebewerk verbindet kürzeste Baulänge mit sicherer Regelleistung. Durch selbstständige Verlegungserkennung, den automatischen Spülstoßes, sowie das schnelle Hochklappen des Gesamtsystems ist der Alligator optimal auf die Anforderungen des stark verschmutzten Abwassers eingestellt. 

Abbildung 11 Logo des Erft Verbandes

Anwendungsbeispiel – Anaconda DN 150 in Rheinland-Pfalz

In diesem runden Drosselschacht (Bild anfügen) in Rheinland-Pfalz ist die nass aufgestellte Anaconda DN150 aufgebaut. Sie ist mit einem Knick in der Rohrleitung zwischen Quetschventil und MID versehen, um einen Ausgleich des Höhenunterschiedes zwischen Zulauf und Ablauf im Bauwerk zu schaffen. Die Rohrleitung der Anaconda kann durch Knickung an beliebig viele Situationen im Baubestand angepasst werden. Mit ihrem Quetschventil erzeugt sie eine permanente Vollfüllung im MID, die durch die Drucksonde im Rohrzwischenstück überwacht wird. Aufgrund der Klappvorrichtung direkt hinter dem Schieber können Wartungs- und Reinigungsarbeiten ohne viel Aufwand durchgeführt werden.

Abbildung 12 Nass aufgestellte Anaconda in rundem Drosselschacht

Musterprojekt Anfordern

Bitte geben sie bei Sanierungen die bestehende Schwellenlänge ein und bei Neubauprojekten eine geplante Schwellenlänge ein. Im konkreten Dimensionierungsfall wenden sie sich bitte an die Kolleginnen und Kollegen im Planerservice

Planerservice

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Bei der Dimensionierung und Konfiguration von Rechen und Sieben/Abflussregelungen/Reinigungseinrichtungen gibt es zahlreiche weitere Aspekte und Erfahrungen zu berücksichtigen. Einige können wir über unsere Checkliste erfahren, am leichtesten und sicher ist es jedoch im Gespräch mit unseren Fachingenieuren im Planerservice die Rahmenbedingungen und Anwendung im Dialog abzustimmen. Dort können Fragen zur hydraulischen sicheren Bemessung und Auslegung, zur Anordnung, zur Einbringung in das Bauwerk, zur Schaltanlage, zu Anschlüssen und Kabelwegen, zur Prozessüberwachung und Wartung individuell erörtert werden. Mit den gewonnenen Informationen können wir Ihnen dann einen passgenauen und zukunftssicheren Vorschlag ausarbeiten!

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