Niveauregeling voor watertoevoer naar verhoogde tanks

Een gemeentelijke nutsbedrijf in het oosten van Duitsland exploiteert twee verhoogde tanks om drinkwater te leveren aan naburige gemeenschappen. Het opgeslagen water is afkomstig van verschillende waterzuiveringsinstallaties. Het water voldoet aan de hoge kwaliteitseisen voor drinkwater in Duitsland, maar heeft een hoge hardheid van ongeveer 47°dH, als gevolg van een hoog kalkgehalte. Beide verhoogde reservoirs moeten daarom via een langeafstandspijpleiding worden voorzien van drinkwater, uit een afgelegen waterreservoir.

De langeafstandspijpleiding (DN300) wordt gebruikt bij een druk van 10...13 bar. De operator moet de toevoer naar de verhoogde tanks regelen volgens het gewenste setpoint. Het vulniveau in de verhoogde tank dient als referentievariabele voor de regeling. De druk aan de inlaat moet nauwkeurig worden gecontroleerd zodat er, door te grote drukverschillen, geen schade aan de componenten ontstaat.

Schade aan de infrastructuur in dergelijke toepassingen is tot nu toe voorkomen door het gecombineerde gebruik van regelkleppen (zuigerafsluiters), flow- en niveaumetingen en procesautomatisering. Een risicofactor is het ontstaan van gasbellen (cavitatie). Het imploderen daarvan kan leiden tot plaatselijke drukpieken, die aanzienlijke schade kunnen veroorzaken.

De klant was op zoek naar een eenvoudige en kosteneffectieve oplossing, die ook in noodsituaties op een veel energie-efficiëntere manier kon worden gebruikt. Het in stand houden van noodstroomcapaciteiten is een behoorlijke kostenfactor in de waterindustrie. Een oplossing met een elektrische klepactuator was daarom geen optie. De klant gaf de voorkeur aan een pneumatisch regelventiel met een maximaal stroomverbruik van 15 W, boven het gebruik van een conventioneel elektrisch regelventiel met 3-4 kW.

De waterleverancier koos voor de FOCUS-1 intelligente meetklep. De module combineert sensoren, actuatoren en regelkleppen. Alle ingestelde waarden voor regeltaken zoals druk, flow of externe regelvariabelen kunnen nauwkeurig en betrouwbaar worden bereikt. In deze toepassing regelt de FOCUS-1 betrouwbaar het vulniveau als externe controlevariabele, volgens de gewenste instelwaarde.

In tegenstelling tot elektrische klepactuators werkt de actuator van de FOCUS-1 met een pneumatische aandrijving. Dit werkt energiebesparend en vereist alleen een constante toevoer van perslucht. Voorzien van een geïntegreerde persluchtvoorbereiding, werken deze pneumatische actuators al vele jaren onderhouds- en lekvrij in de waterindustrie. Het PID-gedrag van de regelaar kan individueel of automatisch worden ingesteld door de operator.

Met behulp van een berekening op basis van de minimale en maximale flow en het drukverschil, kan de klep zo worden ontworpen dat de regelklep en de inlaat zich te allen tijde buiten het cavitatiebereik bevinden. Dankzij het geavanceerde algoritme kan de intelligente meetklep ook een “digitale tweeling” creëren, zodat de werking van het apparaat behouden blijft, zelfs in het onwaarschijnlijke geval dat er een sensorstoring optreedt. De klant reproduceert alle gegevens van de meetklep in zijn besturingssysteem. Door de overdracht van alle relevante procesgegevens via PROFINET is conditie-afhankelijk onderhoud mogelijk. Alle sensoren kunnen indien nodig worden vervangen.

De natte onderdelen van het meetventiel zijn voornamelijk gemaakt van roestvrij staal en veilig voor gebruik met drinkwater. De afdichting voor de druk- en temperatuursensor is gemaakt van EPDM en is goedgekeurd voor drinkwatertoepassingen.

De FOCUS-1 maakt intelligent, efficiënt beheer van verhoogde tanks mogelijk. Dankzij de computergestuurde communicatie van de interne componenten voor klepregeling, flow en druk en de interne PID-regelaar kan het tankniveau, dat in de FOCUS-1 als extern meetsignaal wordt aangeboden, betrouwbaar en nauwkeurig worden geregeld. Cavitatiegerelateerde stress op de klep en het leidingwerk kan ook in een vroeg stadium worden herkend. De geïntegreerde cavitatie- en apparaatdiagnostiek kan een ongeplande systeemuitschakeling effectief voorkomen. Dankzij de redundante flowmeting kan de FOCUS-1 ook slijtage van klepzittingen en dus lekken detecteren.

Het gebruik van de FOCUS-1 vormt de basis voor aanzienlijke besparingen in bedrijfskosten. Dankzij de pneumatische aandrijving kan de FOCUS-1 op een veel energiezuinigere manier worden gebruikt, vooral tijdens stroomstoringen of shutdowns. Het is namelijk veel goedkoper om een drukcompressor twee dagen te laten werken, dan om elektriciteit op te slaan voor dezelfde periode. Besparingsmogelijkheden in de orde van vijf cijfers zijn absoluut realistisch. De werking van FOCUS-1 vereist weinig stroom en wordt daarom afgeschreven zodra deze in gebruik wordt genomen.