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7/8 | 2013

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TITELTHEMA

TITELTHEMA Klärgasmessung: viele Anforderungen –ein Gerät Die Komplexität von Biogasanlagen stellt Anlagenbetreiber vor große Herausforderungen im Bereich der Messtechnik. Feuchtigkeit, Kondensatbildung, Schmutz, niedrige und schwankende Prozessdrücke, variable Gaszusammensetzung und eine hohe Messdynamik erfordern robuste und leistungsfähige Messgeräte, die typische Störgrößen kompensieren können. Dies gilt insbesondere für die Durchflussmesstechnik. Endress+Hauser hat speziell hierfür eine Lösung entwickelt, die es ermöglicht, all diese Anforderungen mit nur einem Messgerät abzudecken. Peter Dietrich Das Durchflussmessgerät Prosonic Flow B200 wurde speziell für Anwendungen in Klärgas, Biogas oder Deponiegas entwickelt. Das Ultraschall Messprinzip basiert auf dem Laufzeitdifferenzverfahren: Die Zeitdifferenz zwischen Ultraschallsignalen, die mit und gegen den Durchfluss laufen, ist direkt proportional zur Fließgeschwindigkeit und somit zum Volumendurchfluss. DieVorteile: 7 kein Druckverlust, 7 keine bewegtenTeile;wartungsfrei, 7 hohe Messdynamik (30:1); Messung auch bei geringstenDurchflüsse, 7 hohe Genauigkeit (1,5 Prozent vom Messwertfür Geschwindigkeitengrößer 1m/s), 7 keine Beeinflussung der Messung durchkondensierende Feuchtigkeit, 7 bidirektionale Messung; dadurch können Rückflüsse erkannt und erfasst werden sowie 7 Messungenbei niedrigstenDrücken Einfache Normvolumenberechnung Damit Gasmessungen absolut vergleichbar werden, müssen Volumenstrommessungen in Normkubikmeter umgerechnet werden. Hierfür braucht es zusätzliche Messgrößen, um die Dichte und die Gaszusammensetzung desBiogases zu ermitteln. Geht man bei der Bestimmung des Normvolumens von einer konstanten Gasdichte aus, würden folgende Einflussfaktoren die Messabweichung erhöhen: 7 Schwankung des atmosphärischen Druckes (Luftdruck) um ±20mbar; zusätzlicherMessfehlerknapp 2Prozent 7 Schwankung der Prozesstemperatur um ± 3°C; zusätzlicher Messfehler knapp 2Prozent Bei der Umrechnung auf Normvolumen muss ebenfalls der temperaturund druckabhängige Feuchtigkeitsgehalt desGases berücksichtigt werden. Unter typischen Betriebsbedingungen enthält Biogas zwischen 5und 7Volumenprozent Wasser. Dieser Anteil muss 12 UmweltMagazin Juli -August2013

ei der Ableitung des Normvolumens berücksichtigt werden, um einen zusätzlichen Messfehler ingleicher prozentualer Höhe (5 –7Prozent) zu vermeiden. Der Prosonic Flow B200 berücksichtigt all diese Einflussfaktoren bei der Bestimmung des Normvolumens. Eine Temperaturmessung ist bereits im Durchflussmessgerät integriert, derAbsolutdruck lässt sichvon einerexternen Messstelle digital einlesen und der Feuchtigkeitsgehalt des Gases wird anhand dieser Größen von dem im Messgerät integrierten Durchflussrechner berücksichtigt. Durch diese Eigenschaften ist der Prosonic Flow B200 ideal für die Mengenmessung von Biogasdirekt am Auslass desFermenters. Kläranlage Kloten/Opfikon [ft/s] 1600 1450 1300 1150 1000 850 700 [m/s] 500 450 400 350 300 250 200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 [%] Direkte Bestimmung des Methan-Gehalts Beider Produktion vonKlärgasist die Gaszusammensetzung stark abhängig davon, wie derFaulturmbetrieben wird. Mit einer Durchflussmessung hat man zwar Informationen über die Menge, aber noch keine über die Qualität des Gases. Wenn zumBeispiel langsameine saure Gärung eintritt, bleibt die Menge des produzierten Gases gleich oder erhöht sich sogar, aber der Anteil an Methan geht drastisch zurück. Mit der Information über die Höhe des Methan- Anteils kann die Qualität des Betriebes stark verbessert werden. Der Prosonic Flow B200 kann neben demDurchfluss auch den Methan-Gehalt von Biogas kontinuierlich bestimmen, was eine schnelle Reaktion auf Prozessstörungen ermöglicht. Die Funktionsweise ist dabei einfach. Ultraschallmessgeräte wie der Prosonic Flow B200 können eine weitere Messgröße zur Verfügung stellen: die Schallgeschwindigkeit. Biogas besteht in der Hauptsache aus zwei Komponenten: Methan, mit hoher Schallgeschwindigkeit und Kohlenstoffdioxid, mit niedriger Schallgeschwindigkeit. Aus diesem Grunde lässt sich aus der Messung (siehe Grafik) der Schallgeschwindigkeit (in Abhängigkeit von der Temperatur) die Zusammensetzung desBiogases bestimmen. Mit dieser Form der Messung lässtsichder Methangehalt mit einer Genauigkeit von zwei Prozent bestimmen. Praxiserfahrungen mit dem Prosonic Flow B200 Seit der Markteinführung im Januar 2012 wurden mit dem Prosonic Flow B 200 bislang mehr als 1000 Messstellen weltweitund davonmehrals 300Messstellen inDeutschland, Österreich und der Schweiz installiert. Als ein Beispiel davonsind hierdie Erfahrungen in derKläranlageKloten/Opfikon (Schweiz), die auch die Abwässer des internationalen Flughafens Zürich- Die heutige Kläranlage Kloten/Opfikon ist seit 1993 in Betrieb und entsorgt das Abwasser aus dem Gebiet der Städte Kloten und Opfikon sowie dem internationalen Flughafen Zürich. Die Ausbaugröße beträgt 54000 Einwohnerwerte. Die aktuelle Belastung liegt bei 80000 EW (bezogen auf den chemischen Sauerstoffbedarf CSB). Die Kläranlage Kloten/Opfikon erhielt als eine der ersten Anlagen inder Schweiz die international anerkannten Zertifikate für Qualitäts-Management und Qualitäts-Sicherung (ISO 9001) sowie für das Umwelt-Management (ISO 14001). Zusammenhang zwischen Methangehalt und der Schallgeschwindigkeit in Biogas in Abhängigkeit von der Gastemperatur. Kloten aufbereitet, genannt. Die Messergebnisse konnten im Vergleich zueinem vorher eingesetzten thermischen Massemessers wesentlich verbessert werden.Besonders im Winterzeigte dieserankälterenTagenstarkeAusreißer in derMessung,die durch kondensierende Feuchte erklärbarsind. Solche Ausreißer gehören mit dem neu eingesetzten Messgerät derVergangenheit an. Außerdem zeigte auch der Methanausgang plausible und stabile Messwerte an. „Die Messergebnissekonnten im Vergleich zu einem vorher eingesetzten thermischen Massemesser wesentlich verbessert werden“, erklärtMichael Kasper, Geschäftsführer derKläranlageKloten/Opfikon in Glattbrugg zum eingesetztenProsonicFlowB200. Fazit Der Prosonic Flow B200 hat in dieser typischen Anwendung bewiesen, dass er eine genaue und zuverlässige Biogasmessung auch bei geringstem Prozessdruck, Feuchtigkeit mit Kondensat, Schmutz und wechselnden Prozessbedingungen ermöglicht. Die integrierte kontinuierliche Methan-Messung ermöglicht eine Optimierung in der Prozessführung von Fermentern oder Faultürmen und sichert den Betrieb von Gasmotoren durch Erkennung derMethanuntergrenze. T Bild und Grafik: Endress+Hauser Peter Dietrich, Endress+Hauser, Weil am Rhein, info@de.endress.com UmweltMagazin Juli -August2013 13

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