Venturi ersetzen ohne Neubau

Endress+Hauser und die Firma Axel Zangenberg finden gemeinsam eine Lösung

Auslaufmengenmessung über 30.000 € günstiger duch unkonventionelle Bauweise

1. Aufgabenbeschreibung

2. Daten & Fakten

3. Aufgabenstellung

4. Schwierigkeiten

5. Aufwand - Ortsbesichtigung und Auswertung der Pläne

6. Ideensuche

7. Bedenken des Kunden

8. Konstruktion 3D

9. Realisierung des Systems

10. Beweis auf dem Prüfstand

11. Montage

11. Kostenvergleich der Alternativen

Aufgabe:

Die bisherige Durchflussmessung mit einem Venturi Kanal und Ultraschallsensor misst falsch.
Sie sollte mit dem geringst möglichen Aufwand repariert bzw. ersetzt werden.

Fakten:
Kunde:	Kläranlage 37656 Höxter Herr Pollmann über E+H Hannover Herr Hörcher
Name der Messtelle:	Auslauf Kläranlage Höxter
Anlagengrösse:	40.000 EW
Abwasserart:	aufbereitetes Brauchwasser
Messen und/oder Regeln:	Messen
Mobile- oder stationäre Messung	Stationär
Schachtgröße (BxLxH), DN-Zulauf-Auslauf:	DN500, Gerinne 800mm Breit
Q max:	500 l/s
Maximaler Rückstau, OK Schwelle:	Max. Wsp 92.01 Venturi Sohle 91,33
Wann wurde Projekt realisiert?	Jan 2009

Örtliche Situation:

Eine Umrüstung des vorhandenen Venturi Kanals mit neuer Ultrschallmessung
ist nicht möglich, da die Q/h Kurve fehlt. Der Venturi ist höher gelegt.
Die Beruhigungsstrecken sind zu kurz.
Bei 1m Venturibreite sind nur 2,5m Beruhigungsstrecke vorhanden.
Richtig wären 10m. Durch den Zulauf von unten kommt
das Wasser ab 100l/s so stark in Schwankung,
dass eine Beruhigung vor dem Venturi unmöglich ist.

Aufgabenstellung:

Bei einer SÜV-KA Überprüfung wurde die Auslaufmengenmessung
als nicht mehr zulässig befunden.
Die Fehler der Venturi-Messung im Vergleich zur Zulaufmenge
muss beseitigt werden. Bei Maximaldurchfluss werden bis zu 100l/s falsch gemessen.
Das Betreiberpersonal möchte zuverlässige Daten,
damit keine Verunsicherung bei der richtigen Anlagensteuerung entsteht.
Um die Einleitererlaubnis zu halten, wurde ein schnellstmöglicher Umbau gewünscht.

Aus Zeitgründen muss auf aufwändige Neuplanung und AUsschreibung verzichtet werden.
Der Umbau müsste während des Anlagebetriebs erfolgen.
Es gibt wenig Platz für eine Gerinneverlängerung, da Gasbehälter im Weg ist.
Es ist kein Geld für einen Umbau vorhanden.
Durch die Höherlegung des Venturi besteht bei einer Änderung der Hydraulik
die Gefahr des Rückstaus in die Nachklärung.

Schwierigkeiten:

Beruhigungsstrecken vor dem Venturi viel zu kurz. Normal ist 10x Kanalbreite.
Bei einer Gerinnebreite von 1m ergibt das 10m Beruhigungsstrecke.
In diesem Fall sind 2,5m vorhanden

Aufwand - Ortsbesichtigung, Pläne ausgewertet:

Über E+H kam die Meldung, dass der Venturi neu kalibiriert werden muss,
da keine Q/h Kurve merh existiert.
Wir haben uns die Baupläne angesehen und festgestellt, dass es sich gar nicht lohnt,
für diesen Venturi eine neue Q/h Kurve zu erstellen.
Die Verwirblungen durch die zu kurzen Beruhigunsstrecken können
keine stabilen Messwerte ergeben.
Bei einer Ortsbesichtigung haben wir nach geeigneten Lösungen gesucht.

Ein Fitmachen des Venturi war wegen dem hohen Bauaufwand unwirtschaftlich.

Es war zu wenig Platz vorhanden.
Alleine der Umbau des Gerinnes wäre auf über 50.000 € gekommen.

Ideensuche - Strömungsversuche, Kalibrieraufwand, Risiko-Abschätzung:

Aus den Erfahrungen eines hydraulisch ähnlich schwierigen Falles
in einem Chemieunternehmen entwickelten wir den Vorschlag,
die Messung in dem steigenden Rechteckschacht vor dem Venturi unterzubringen.
Nach klassischen Methoden kann hier keine Messung eingebaut werden.
Nach der Aqua-Stereo-Metrischen Methode können wir
modifizierte Magnetisch-Induktive Messaufnehmer einsetzen.
Die hydraulischen Fehler werden mit einer Gesamt-Messstellen-Kalibrierung justiert.

Bedenken des Kunden - Angst vor Schwimmschlammbetrieb:

Unser erster Vorschlag hätte einen zu hohen Rückstau
in das Nachklärbecken verursacht. Mit diesen Systemlängen
ist der Auslauf des Messsystems so hoch, dass die Schwimmschlammräumer
des Nachklärbeckens überflutet werden.
Die einzige Lösung wäre ein noch kürzeres System.
Das allerdings so gut wie keine Beruhigungstrecken mehr hat.
Da musste erst Versuche durchgeführt werden
um die richtigen Beruhigungsmassnahmen einzustellen.

Beweise - "Reichen die Beruhigungsstrecken auch wirklich aus?"

Aus den Erfahrungen eines hydraulisch ähnlich
schwierigen Falles in einem Chemieunternehmen entwickelten wir den Vorschlag,
die Messung in dem steigenden Rechteckschacht vor dem Venturi unterzubringen.
Nach klassischen Methoden kann hier keine Messung eingebaut werden.
Nach der Aqua-Stereo-Metrischen Methode können
wir modifizierte Magnetisch-Induktive Messaufnehmer einsetzen.
Die hydraulischen Fehler werden mit einer Gesamt-Messstellen-Kalibrierung justiert.

Es standen 5x kürzere Beruhigungsstrecken zur Verfügung.
In Technikumsversuchen haben wir die minimale Baugrösse getestet
und den kleinsten erreichbaren Messfehler ermittelt.

Konstruktion:

Nach der Auftragserteilung haben wir an Hand von Plänen und Vorort ermittelter Maße das System fertig konstruiert. Das Gerinne mit dem Zulaufschacht wird als 3D Zeichnung erstellt.
Der Einbau eines stark verkürzten Systems mit DN500 MID im aufsteigenden Schacht (800x1000mm, 1,5m hoch) vor dem Venturi. Das Messsystem wurde in einen Rahmen gehängt und abgedichtet. Damit muss alles Wasser durch den Messaufnehmer.

Realisierung:

Wir bauen Systeme so einfach wie möglich.
Komplizierte Systeme bedeuten mehr Wartung und Fehlergefahr.
Ein einfacher Aufbau funktioniert zuverlässig.
Die Arbeit steckt dabei im vorbereitenden Engineering,
in den Technikumsversuchen und im Anpassen an die örtliche Situation.

Das Sytem besteht aus dem unteren Zulaufrohr, dem MID und der oberen Abdichtplatte.
Der Messaufnehmer ist ausgeschlossen und mit einer Schutzlackierung versehen,
damit er dauerhaft Unterwasser (IP68) arbeiten kann.

Beweis - auf werkseigenem Prüfstand:

Für die Kalibrierung der fertig gebauten Messeinrichtung haben wir einen Prüfschacht
so umgebaut, dass die örtliche Anströmsituation mit diesen kurzen Beruhigungsstrecken
nachgebildet wurde. Dazu musste auch die Statik des Prüfstand Gitterrostes nachgerechnet
werden. Der Prüfbehälter wog bei Maximalfüllung ca. 7t.
Zusätzliche Stützen zur Verstärkung waren notwendig. Ziel war einen Messfehler < 2%
zu erreichen. Die Kalibration ergab einen Summen Messfehler für diesen besonderen
Messaufbau von < 0,6%.
Der maximale Messfehler war 1,05% v.MW.
Unten ist der Auslauf des Prüfschachtes sichtbar bei ca. 350l/s.

Hier sehen Sie das Video dazu.

Montage - dauerte weniger als 6 Stunden:

Einbaurahmen mit Auslauföffnung des Messaufnehmers. Das System muss zur Reinigung der Sillhaut nicht ausgebaut werden. Die Reinigung kann direkt von oben - wie eine Schornsteinreinigung - erfolgen
In Betrieb. Leider sieht man vom System nichts mehr, da es dauernd unter Wasser ist.

Kostenvergleich

Die gesamten Kosten für einen neuen Venturi inkl. Umbau
hätten über 60.000 € betragen.

Ein neues Dükerbauwerk für MID mit Bypass und
Schieber hätte etwa 70-80.000 € betragen.

Kostenanteile DN 500		Dükermeßbauwek	Venturi	Zangenberg Lösung
Bauwerkskosten	Beton	45.000 €	48.750 €	- €
Meß- und Regeltechnik	Messtechnik	6.000 €	7.500 €	26.000 €
Anlagenbau	Rohre+Schieber	12.500 €		- €
Bypass	Rohre+Schieber	7.500 €
Montage		2.500 €	3.000 €
Planungskosten		8.000 €	6.000 €	- €
Betriebskosten	Entwässerungs- pump, Pflege, Reinigung, Wartung	1.000 €	1.500 €	150€
Gesamtkosten		82.500 €	66.750 €	26.150 €
		Bauwerk 6m Lang, 2m Breit, 3m Hoch	Bauwerk 13m Lang, 1m Breit, 3m Hoch