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Kommunale Wasseraufbereitung & -verteilung

Badger Meter optimiert Abwasserbetrieb in wachsender Gemeinde

Abwassebetrieb

Genaue Durchflussmessungen zur Optimierung von Pumpwerken erforderlich

Dynasonics® Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgeräte verbessern die Leistung, Zuverlässigkeit und die Gesamtbetriebskosten von Pumpwerken

Abwasseraufbereitungsverfahren sind für Städte und Gemeinden jeder Größe wichtig. Diese Verfahren sind komplex und umfassen ein breites Spektrum von Durchflussmessanwendungen. Sie erfordern höchste Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Durchflussmessgeräte sowie Langzeitstabilität und niedrige Betriebskosten.

Pumpstationen sind ein integraler Bestandteil jedes kommunalen Wasser- und Abwasseraufbereitungsnetzes. Die Durchflussmessung an solchen Stationen ist eine kritische Komponente für eine optimale Leistung. Die Betreiber benötigen detaillierte Informationen von Durchflussmessgeräten für Zufluss- und Infiltrationsstudien, Durchflussuntersuchungen und Leistungsanalysen von Pumpwerken sowie zur Bestimmung der Abwassermenge, die von bestimmten Becken in der Stadt zu Kläranlagen geleitet wird.

 

Typische betriebliche Herausforderungen

Da Abwassernetze und Kläranlagen nach mehr Effizienz und Kostensenkung streben, ist es unerlässlich, dass sie den Betrieb genauer überwachen und steuern. Bei starken Regenfällen oder anderen anormalen Ereignissen können die Abwassermengen im Sammelsystem und in den Nassschächten schnell kritische Werte erreichen. Daher sind genaue Informationen von den Durchflussmessgeräten erforderlich, um entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.

Wie andere Gemeinden ist auch das Dorf Lombard in Illinois auf sanitäre Pumpwerke angewiesen, um Abwasser aus niedrigeren in höhere Lagen zu pumpen, insbesondere dort, wo die Höhe der Quelle nicht für die Schwerkraftströmung ausreicht oder wenn der Einsatz der Schwerkraftförderung kostspielige Aushubtiefen und hohe Kanalbaukosten nach sich zieht.

Zu den Schlüsselelementen von Pumpwerken gehören ein Abwasserauffangbecken, das nasse Abwässer aufnimmt und manchmal mit einem Sieb oder einer Zerkleinerungsvorrichtung zur Entfernung grober Materialien ausgestattet ist; Pumpen und Rohrleitungen mit zugehörigen Ventilen; Motoren; ein Stromversorgungssystem; ein Ausrüstungskontroll- und Alarmsystem; Geruchskontroll- und Belüftungssysteme; und ein Notstromgenerator für eine Notstromversorgung.

Die Kommunen haben einen erheblichen finanziellen Anteil an der Leistungsfähigkeit der Pumpwerke. Wenn Grundwasser und Regenwasser in städtischen Sammelsysteme gelangen, werden die Behandlungsprozesse weniger effizient und die sanitären Abwassersysteme werden überlastet. Die Pumpen der Pumpwerke laufen nach einem Regenereignis länger und haben eine größere Anzahl von Starts und Stopps – ein Hinweis darauf, dass Regenwasser in die Sanitärkanalisation gelangt ist und auf dem Weg zur Behandlung ist. Dieses zusätzliche Regenwasser kostet die Kommunen Geld, da der Pumpenbetrieb und die Abwasserbehandlungen erhöht werden.

Ein zuverlässiger Betrieb ohne Prozessunterbrechung ist eine wesentliche Komponente für Abwasseranlagen. Gemeinden mit großen Wohn- und Gewerbekomplexen, die zu einer einzigen Station entladen, können sich längere Ausfallzeiten für Wartung, Reparaturen oder die Installation neuer Geräte nicht leisten.

Laut Luke Sharp, Supervisor für Wasseraufbereitung und Abwasserpumpen im Dorf Lombard, verfügt das Dorf über 14 bestehende sanitäre Pumpwerke, die rund um die Uhr überwacht werden müssen. Darüber hinaus ist die Menge des Abwassers, das in die lokale Kläranlage gelangt und dort behandelt wird, eine wichtige Kennzahl.

“Wir hatten keine Ahnung von der tatsächlichen Fördermenge, die wir mit den verschiedenen Pumpwerken befördern, ob es sich um Trockenwetter oder Nasswetter handelt. Wir wussten, dass unsere Stationen aufgrund von Studien- und Sumpfpumpenanschlüssen viel mehr liefern und wir mussten dieses Problem schnell lösen, damit wir bessere Durchflussdaten generieren konnten“, erklärt Sharp.

In den letzten Jahren hat das Dorf Lombard mehrere sanitäre Kanalisationsüberläufe und Kelleraufstauungen infolge heftiger Regenfälle im Frühling und Herbst erlebt, aber auch, wenn die warmen Temperaturen im Winter den Schnee schnell schmelzen lassen. Diese Ereignisse würden das Abwassersammelsystem überfordern.

 

Bedeutung der Durchflussmessung

Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Durchflussmessung ein wertvolles Instrument zur Optimierung des Betriebs von Pumpwerken ist. Genaue Durchflussdaten helfen den Betreibern zu verstehen, ob die Systeme effizient arbeiten. Die Überwachung des Durchflusses in Pumpwerken bietet wichtige Bezugspunkte für allgemeine Abrechnungsprozesse, die Bewertung der Pumpeneffizienz, die Analyse der Auswirkungen von Studien und die Planung von Wartungsprogrammen.

Das Dorf Lombard setzte früher Ultraschall-Doppler-Durchflussmessgeräte an seinen sanitären Pumpwerken ein, aber diese kostengünstigen Geräte boten keine ausreichende Messgenauigkeit. Darüber hinaus hatten die Zähler eine Reihe von Ausfällen erlitten und waren in schlechtem Betriebszustand und nie angemessen repariert worden. Die für die Reparatur der vorhandenen Zähler erforderlichen Investitionen waren kostenmäßig unerschwinglich.

Die Durchflussüberwachung ist der erste Schritt bei der Identifizierung von Zufluss und Infiltration, um festzustellen, wo Probleme auftreten, um Becken mit den schlechtesten Eigenschaften zu isolieren. Die Abteilung der Wasser- und Abwasseraufbereitung des Dorfes Lombard entschied, dass eine Modernisierung der Anlagen notwendig sei:

  • Behebung chronischer Überläufe der Sanitärkanalisation bei größeren und kleineren Niederschlagsereignissen
  • Behebung chronischer Kellerüberflutungen während größerer und kleinerer Niederschlagsereignissen
  • Verhinderung potenzieller risikoreicher Ausfälle innerhalb des Sammelsystems
  • Bessere Analyse der Abflussinformationen von jedem Pumpwerk
  • Reduzierung der Kosten für die Abwasseraufbereitung
  • Bereitstellung von Analysen zur Bewertung der Kapazität für zukünftige große Entwicklungsprojekte

Das Dorf evaluierte mehrere gängige Durchflussmesstechnologien auf der Grundlage bekannter Einschränkungen, wie z.B. die Unfähigkeit, den Stationsbetrieb aufgrund der hohen Nachfrage abzuschalten sowie die Schwierigkeiten, Inline-Durchflussmessgeräte in bestehende Rohrleitungen zu installieren.

Obwohl herkömmliche Inline-Geräte, wie magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte, eine hohe Messgenauigkeit bieten, benötigen sie für ihren Betrieb auch Strom, einschließlich wasserdichter Verbindungen. Diese Kosten, zusammen mit den damit verbundenen Arbeiten, hätten den Projektumfang und den Installationspreis in die Höhe getrieben.

 

Auswahl des richtigen Messgeräts

Nach sorgfältiger Prüfung der Durchflussmesslösungen verschiedener Hersteller stellte das Dorf Lombard fest, dass Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgeräte die beste Lösung für seine Pumpwerke sind. Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgeräte ermöglichen eine verbesserte Diagnose, um den Durchfluss genau zu messen, potenzielle Pumpenausfälle zu erkennen und geeignete vorbeugende Wartungsprogramme für die Ausstattung in den Stationen einzuleiten und so die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern.

Die Clamp-On-Technologie macht das Messgerät berührungslos – ein Design, das Vorteile wie reduzierte Installationskosten, Betrieb ohne Prozessunterbrechung, Installationsflexibilität über einen großen Bereich von Rohrgrößen, keinen Druckverlust, keinen Kontakt mit interner Flüssigkeit und keine beweglichen Teile zur Wartung bietet. Dieser Ansatz ermöglicht routinemäßige Wartungsaktivitäten während der gesamten Lebensdauer des Zählers, ohne die Rohrleitungen aufschneiden zu müssen.

Das Dorf Lombard war bereits Kunde von Badger Meter und entschied sich für den Einsatz des Dynasonics® TFX-5000.

“Aufgrund unserer früheren Erfahrungen in der Zusammenarbeit mit Badger Meter wussten wir, dass sie gute Produkte und einen guten Kundensupport haben,” sagte Sharp. “Unser Ziel war es, funktionierende, zuverlässige Durchflussmessgeräte an jedem unserer Pumpwerke auf die wirtschaftlichste Art und Weise zu installieren, und ihr Team war großartig in der Zusammenarbeit.”

Das Ultraschall-Clamp-On-Durchflussmessgeräte ist die neueste Lösung zur Messung von Volumendurchflussmengen, die sowohl saubere Flüssigkeiten als auch Flüssigkeiten mit geringen Mengen an Schwebstoffen wie Oberflächenwasser oder Rohabwasser enthalten. Das Messgerät ist in einer Vielzahl von Konfigurationen erhältlich, um bestimmten Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Es ist einfach zu bedienen und verfügt über hilfreiche Diagnosefunktionen, die das Rätselraten aus der Programmierung herausnehmen. Abhängig von der Programmierung und Integration in die speicherprogrammbierbare Steuerung (SPS) können Benutzer bei nicht spezifikationsgemäßen Durchflussbedingungen alarmiert werden und auf eine Historie mit den neuesten Alarmen, Fehler- und Ereigniscodes zugreifen. Darüber hinaus verfügt das Durchflussmessgerät über einen Encoder-Ausgang zur Verwendung mit der Software-Suite AquaCUE® oder BEACON® Advanced Metering Analytics (AMA). Diese Software sammelt die 15-Minuten-Intervallen Messungen, die in regelmäßigen Abständen (bis zu zweimal pro Tag) in die Cloud hochgeladen werden, um bei der Verfolgung und Analyse von Wasser- und Abwasserinformationen zu helfen.

Das Durchflussmessgerät TFX-5000 verfügt über ein großes, leicht ablesbares grafisches Display und bietet Modbus RTU, Modbus TCP/IP, BACnet MS/TP- und BACnet/IP- Konnektivitätsoptionen. Konfiguration und Fehlerbehebung erfolgen über ein optionales Tastenfeld oder über ein USB-Kabel (Universal Serial Bus) mit Hilfe der SoloCUE® Flow Device Manager-Software. Das Durchflussmessgerät verwendet ein vierstufiges Passwort-Sicherheitssystem für Anwendungen, die eine Gerätesperre erfordern.

Für Installationen im Freien unterhalb der Wasserlinie, wie z.B. in Gruben oder Schächten, empfiehlt Badger Meter den Einsatz der Sensoren der Dynasonics® DTTN-Serie in Schutzart IP68.

Innerhalb des Abwasserreinigungssystems des Dorfes Lombard wird die Überwachung der Pumpwerke durch ein SCADA-System durchgeführt. Alle Informationen werden an eine zentrale Stelle zurückgeschickt, wo die Betreiber jede Station überwachen und warten. Die Daten des SCADA-Systems werden kontinuierlich überwacht, um ein höchstmögliches Maß an Effizienz zu gewährleisten.

Dynasonics® Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgeräte bieten einen 4-20 mA Analogausgang, der an einen PLC-Eingang angeschlossen wird. Die Informationen über die Durchflussrate und alle Metriken des Pumpwerks werden über ein SCADA-Kommunikationsnetzwerk zurück an die SCADA-Maschine übertragen. Alle Daten werden dann auf dem SCADA-Hauptserver ausgewertet und an der zentralen Überwachungsstelle zur Verfügung gestellt, wo die Betreiber die Durchflussraten, Pumpenlaufzeiten und andere Betriebsparameter für die Pumpwerke genau im Auge behalten. Tägliche Durchflussraten, Pumpenlaufzeiten und Zyklen werden zu einem Programm im SCADA-System hinzugefügt, so dass monatliche Berichte erstellt werden können.

Das vierköpfige Bedienerteam von Sharp installierte die Ultraschall-Clamp-On-Durchflussmessgeräte unter Verwendung vorhandener Leitungen in den Schächten der Pumpwerke. Für die Durchführung der Arbeiten war für jeden Standort ein Zugang erforderlich. Die Monteure zogen dann die Sensorkabel, montierten die Sensoren an den Rohren, installierten die Haupteinheit im SCADA-Schrank und verdrahteten die Einheiten mit der SPS. Vertreter von Badger Meter halfen bei der Inbetriebnahme, indem sie jeden Standort mit einem tragbaren Ultraschall-Durchflussmessgerät aufsuchten, um die tatsächlichen Durchflussmesswerte zu überprüfen und die installierten Durchflussmessgeräte zu kalibrieren. Das gesamte Projekt dauerte nur zwei Tage.

„Die Dynasonics® Ultraschall-Durchflussmessgeräte liefern uns, sowohl bei trockenem als auch bei nassem Wetter, Durchflussmessungen direkt von der Station aus, so dass wir relevante Informationen extrapolieren und die Bedingungen im Zusammenhang mit Sumpfpumpen, undichten Leitungen oder Kanalisationsnetzen analysieren können. Dies ermöglicht uns, zukünftige Reparaturarbeiten in den Becken anhand der Daten, die wir von den Messgeräten sehen, in Fokus zu halten“, sagte Sharp. „Gleichzeitig ermöglicht der Zugang zu detaillierten Durchflussdaten unserer Abteilung die Berechnung der vorhandenen Kapazität von Pumpwerken zur Unterstützung neuer Gewerbe- oder Wohngebiete in der Gegend.“

Im Dorf Lombard haben sich routinemäßige Wartungsprogramme auf der Grundlage kontinuierlicher Überwachungstätigkeiten als wirksam erwiesen, um die Effizienz der Pumpwerke zu steigern. Mit genauen Durchflussdaten sind die Betreiber in der Lage, schnell auf Pumpen zu reagieren, die einen Leistungsabfall aufweisen. Die Betreiber inspizieren und beheben Probleme, bevor sie zu kritischen Problemen werden.

 

Vorteile für Abwassernutzer

Wie im Dorf Lombard demonstriert wurde, sind berührungslose Durchflussmessgeräte wie das Ultraschall-Clamp-On-Durchflussmessgerät Dynasonics® TFX-5000 eine ideale Lösung, wenn Nutzer ihren Abwasserbetrieb nicht stilllegen können, um ein herkömmliches Durchflussmessgerät zu installieren. Da das Ultraschall-Durchflussmessgerät von der Rohraußenwand aus misst, gibt es keinen Verschleiß am Gerät, so dass es praktisch wartungsfrei ist. Das gesamte Durchflussmesssystem, bestehend aus Ultraschallsensoren und einem Messumformer, kann leicht zum Einsatzort gebracht und von einer kleinen Mannschaft installiert werden. Es besteht keine Notwendigkeit, an der Abflussleitung zu arbeiten, neue Ventile einzufügen, Ausgrabungen durchzuführen oder die Schächte elektrisch zu versorgen.

Dank des Einsatzes der Clamp-On-Technologie ermöglicht das Durchflussmessgerät TFX-5000 einen sehr einfachen und kostengünstigen Einsatz von Durchflussmesspunkten innerhalb eines bestehenden Pumpwerks, auch wenn die Bedingungen aufgrund fehlender gerader Einlaufstrecken und der Nähe zu Pumpen oft nicht einfach sind.
Laut Sharp hat der Einsatz der Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgeräte eine erhebliche Kapitalrendite (ROI) für die Abwasserpumpvorgänge seiner Abteilung erbracht.

„Die Ultraschall-Clamp-On-Durchflussmessgeräte waren einfach zu installieren, was unsere Gesamtprojektkosten senkte“, sagte Sharp. „Wir können die genauen Durchflussdaten nutzen, um Kapitalverbesserungsprojekte im Zusammenhang mit der I&I besser zu planen und die Kosten der Kläranlage zu überprüfen, um unsere Budgets zu priorisieren“.

Er fügte hinzu: „Badger Meter ist für seine Qualitätsprodukte bekannt. Dies ist einer der Hauptgründe, warum wir uns bei der Wahl ihrer Durchflussmessgeräte wohl fühlten.“

 

Zusammenfassung

Anspruchsvolle Anwendungen von Pumpwerken in der Wasser- und Abwasserindustrie erfordern eine zuverlässige, genaue und kontaktlose Lösung zur Durchflussmessung. Entscheidend ist, dass die Durchflussmessgeräte einfach an einem Pumpwerk aufgestellt werden können, ohne dass der normale Betrieb abgeschaltet werden muss.

Die Verantwortlichen der Wasser- und Abwasseraufbereitung des Dorfs Lombard evaluierten verschiedene Hersteller von Durchflussmessgeräten, holten Angebote ein und sahen sich Produktdemos an. Letztendlich entschied man sich für das Dynasonics® Ultraschall-Laufzeit-Durchflussmessgerät von Badger Meter, als Lösung für die Optimierung der Leistung, der Zuverlässigkeit und der Gesamtbetriebskosten der sanitären Pumpwerke.

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