Messen mit Luft

Für solche Anwendungen bietet die Messer Group maßgeschneiderte Brenner und Regelstrecken mit Nennleistungen von 10 Kilowatt bis 20 Megawatt an. Jeder Oxipyr-Brenner wird exakt auf die Kundenanforderungen abgestimmt. Deshalb sind Brenner der Serie „Oxipyr-Air“ und „Oxipyr-Flex“ mit einem verstellbaren Konus ausgestattet. Damit lässt sich das Impulsverhältnis der austretenden Gase während des Betriebs kontinuierlich anpassen. Für jeden Betriebszustand kann so die Flammenlänge an die Prozessanforderungen adaptiert werden. Vor allem für Drehtrommelöfen ist dies besonders interessant. Verschiebbare Koni lassen sich nicht nur zur Verbrennung von Reinsauerstoff verwenden, sondern auch für den angereicherten Mischbetrieb mit Brenngas, Sauerstoff und Luft. In der Aluminiumindustrie eignet sich ein solcher Mischbrenner für den Einsatz in Herdöfen.

Um eine optimale Verbrennung zu erreichen, ist ein definiertes Verhältnis zwischen Brennstoff (meist Erdgas) und Sauerstoff erforderlich. Wird zu wenig Sauerstoff zugeführt, können Ruß und giftiges Kohlenmonoxid entstehen und dadurch die Verbrennungseffizienz verschlechtern. Wird zu viel Sauerstoff zugeführt, lässt die Effizienz der Verbrennung ebenfalls nach und Sauerstoff wird unwirksam vergeudet. Darum müssen sowohl der Brennstoff, als auch der Sauerstoff mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Deshalb rüstet die Messer Group ihre neuen Regelstrecken zusätzlich mit einer diversitär redundanten Durchflussüberwachung aus. Ende 2010 hielt die Messer Group Ausschau nach einem Partner für die Durchflussmessung von Sauerstoff und Brenngasen. Die Wahl fiel schließlich auf Endress + Hauser Flowtec (CH), einem der führenden Hersteller von Durchfluss-Messgeräten. Das Unternehmen verfügt über vier Messtechnologien, mit denen sich Sauerstoff zuverlässig erfassen lässt. Traditionell werden dazu Messblenden eingesetzt, die aber einen relativ hohen Druckverlust und eine geringe Messdynamik aufweisen. In mehreren Stahlwerken werden zudem Coriolis-Durchfluss-Messgeräte des Typs Promass des Messtechnik-Spezialisten verwendet. Deren Druckverlust ist vergleichbar mit Messblenden; deren Genauigkeit jedoch ist „unschlagbar“ und weist Messunsicherheiten von nur ±0,35% vom Messwert auf. Wirbelzähler setzt man ebenfalls zu Tausenden in Sauerstoffanwendungen ein. Sie besitzen mit ihrer Kalibration „auf Lebenszeit“ eine hohe Langzeitstabilität. Allerdings benötigen Wirbelzähler wegen des volumetrischen Messprinzips eine Druck- und Temperaturkompensation, um genau zu messen.

In den letzten zehn Jahren haben thermische Massedurchfluss-Messgeräte für die Erfassung von Sauerstoff an Bedeutung gewonnen. Diese Messtechnologie kommt ohne externe Druck- oder Temperaturkompensation aus und weist eine Messunsicherheit von bis zu ±1,5% auf. Die thermische Durchflussmessung arbeitet praktisch druckverlustfrei und wird wegen ihres guten Preis-Leistungsverhältnisses sehr geschätzt. Messgeräte dieses Typs lassen sich auch mit einem direkt auf den Flansch montierten Strömungsgleichrichter bestellen, sodass sich die Einlaufstrecke auf 2 DN reduzieren lässt. Für Sauerstoffanwendungen werden solche Messgeräte gemäß BS IEC 60877 gereinigt, auf einen Restfettgehalt kleiner 100 mg/m² geprüft, danach verpackt und schließlich gekennzeichnet. Alle von den Schweizern angebotenen Durchfluss-Messgeräte können sowohl in vertikale als auch in horizontale Rohrleitungen eingebaut werden. Im Vergleich zur Schwebekörper-Durchflussmessung reduziert dies die Installationskosten beträchtlich.

Für die Messung von Brenngasen und Sauerstoff mit Oxijet und Oxial-Lanzen sowie Oxipyr-Brennern kamen aus verschiedenen Gründen nur thermische Massezähler in Frage. Ausschlaggebend waren unter anderem die große Messdynamik sowie die Genauigkeit dieses Messprinzips – sowohl für Gase mit geringer Dichte als auch für höher komprimierte Gase. Der T-Mass 65 von Endress + Hauser lässt sich zudem bei unterschiedlicher Gaszusammensetzung flexibel einsetzen. Auch dessen hoher Messbereich erweist sich als sehr vorteilhaft bei der Messung von sauberen Gasen.

Um das Masse-Durchfluss-Messgerät für Sauerstoffanwendungen zu qualifizieren, erfolgten verschiedene Testmessungen auf dem Versuchsstand der Messer Group in Gumpoldskirchen (AT). Jede Regelstrecke wurde vor der Auslieferung mit Echtgasen geprüft, ebenso der Durchfluss. Denn auch hier galt die Devise: „Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser“. Solche Testmessungen sind derzeit nur bei der Messer Group möglich, die als einziger Anlagenbauer über einen Echtgasmessstand für Erdgas und Sauerstoff bis 3 Megawatt verfügt. Durch solche vorgängig durchgeführten Kompletttests können die Inbetriebnahmezeiten beim Kunden deutlich reduziert werden. Die Testmessungen zeigten unter bestimmten Bedingungen zunächst einen „Versatz“ zwischen dem Masse-Durchfluss-Messgerät der Schweizer und den verwendeten Master-Geräten. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Messer Group und dem Messtechnik-Spezialisten konnten die Ursachen dafür aber rasch ermittelt und behoben werden – sicherlich das Ergebnis einer konstruktiven und verlässlichen Teamarbeit. Für die Durchflussmessung von Brenngasen als besonders vorteilhaft erwies sich die Möglichkeit, T-Mass 65 auch im Nachhinein für unterschiedliche Gasgemische (mit bis zu acht Komponenten) umprogrammieren zu können – beispielsweise bei falsch angegebenen oder geänderten Brennstoffzusammensetzungen.

Seit diesen Tests konnte die Messer Group innerhalb von 24 Monaten bereits neun Drehtrommelöfen für das Recycling von Buntmetallen – hauptsächlich Aluminium und Kupfer – mit Brennersystemen der Oxipyr-Serie ausrüsten und zwar in der Türkei (4), in Österreich (2), Polen (2) und Deutschland (1). Jedes dieser Brennersysteme basiert auf der thermischen Durchflussmessung mit dem Masse-Durchfluss-Messgerät der Schweizer. Sechs Systeme wurden für verschiedene, renommierte Ofenbauer hergestellt, die mit dem Produkt sehr zufrieden sind. Die Nachfrage nach solchen Brennersystemen nimmt stetig zu; weitere wurden bereits bestellt. jg