Füllstandmessung in der Wasserbehandlung: Praxisleitfaden

Füllstandmessung in der Wasser- und Abwasserbehandlung: Vier Aufgaben, vier Sensoren

In Wasser- und Abwasseranlagen werden unterschiedliche Messgrößen benötigt: der Füllstand im Pumpenschacht, die Stauhöhe im offenen Gerinne, der Flüssigkeitsstand im Faulbehälter und die Lage des Schlammspiegels. Ein für eine Aufgabe ausgewählter Sensor erfasst möglicherweise nicht die für eine andere Aufgabe benötigte Größe. Definieren Sie die Messaufgabe und ihre Auswirkungen auf die Steuerung, bevor Sie Radar, Ultraschall, Hydrostatik oder ein Gerät zur Trennschichtmessung auswählen.

Vier Messaufgaben mit unterschiedlichen Akzeptanzkriterien

Radar kann sinnvoll sein, wenn ein eingetauchter Sensor schwer zugänglich wäre. Ein hydrostatisches Gerät kann geeignet sein, wenn die Flüssigkeitsdichte vorhersehbar ist und sich eine medienbeständige Membran warten lässt. Das Messverhalten von Ultraschall hängt vom Schallweg und den Gasbedingungen ab. Keines dieser Messprinzipien ersetzt eine Bewertung der Bedingungen vor Ort.

Pumpensteuerung im Pumpensumpf: Störung und hohen Wasserstand unterscheiden

Die Ein- und Ausschaltfüllstände der Pumpen hängen von Speichervolumen, Zufluss, Förderleistung, zulässiger Schalthäufigkeit, Mindestüberdeckung und den Betriebsgrenzen des Pumpenherstellers ab. Ein fester Prozentsatz der Schachttiefe ist keine Auslegungsregel. Wählen Sie eine ausreichende Schaltdifferenz, um zu häufiges Ein- und Ausschalten zu vermeiden, ohne die erforderliche Reservekapazität zu verlieren.

Eine Störung des Messumformers muss von einem gültigen Messwert für hohen Füllstand unterscheidbar sein. Ein Störstrom oberhalb des Messbereichs darf nicht automatisch als Anforderung zum Pumpenbetrieb interpretiert werden. Umgekehrt kann das Abschalten aller Pumpen bei Signalverlust eine Überflutungsgefahr verursachen. Die Reaktion muss in der Risikobewertung und der Ursache-Wirkungs-Logik der Anlage festgelegt sein.

Prüfen Sie Mindestfüllstand- und Trockenlaufschutz, Hochfüllstandalarme, die Umschaltung zwischen Betriebs- und Reservepumpe, den Wiederanlauf nach Spannungsausfall und den Kommunikationsausfall. Sehen Sie unabhängige Schutzeinrichtungen vor, wo die Risikobewertung sie verlangt. Die Fernüberwachungsverbindung sollte nicht der einzige Übertragungsweg für eine kritische örtliche Schutzfunktion sein.

Durchflussmessung im offenen Gerinne erfordert einen hydraulischen Bezug

Ein Radar misst den Abstand zur Wasseroberfläche und nicht unmittelbar den Durchfluss. Bei einer Messrinne oder einem Messwehr wird die gemessene Stauhöhe anhand der freigegebenen Wasserstand-Durchfluss-Kennlinie und der festgelegten Pegelmessstelle in den Durchfluss umgerechnet. Prüfen Sie vor Eingabe einer Umrechnungskurve die Bauwerksabmessungen, den Höhenbezug an Wehrkrone oder Engstelle, die Anströmbedingungen und den zulässigen Rückstaueinfluss.

Bei einer Wasserstand-Durchfluss-Beziehung nach dem Potenzgesetz Q = C h^n trägt eine kleine Unsicherheit der Stauhöhe ungefähr das n-Fache ihrer relativen Unsicherheit zur relativen Unsicherheit des Durchflussergebnisses bei. Als mathematisches Beispiel ergeben n = 1,5 und eine Stauhöhenunsicherheit von 5 mm bei h = 0,30 m einen Beitrag von etwa 2,5 % zur relativen Durchflussunsicherheit, noch ohne weitere Fehler. Diese angenommenen Werte sind keine Kalibrierung für eine bestimmte Messrinne.

Rückstau, Sediment, ein falscher Nullpunkt oder eine Messung an der falschen Stelle können den Messfehler bestimmen. Ein fachgerecht ausgelegter, hydraulisch verbundener Beruhigungsschacht kann geeignet sein; er ist nicht grundsätzlich ausgeschlossen. Prüfen Sie, ob der Wasserstand am Sensor der Stauhöhe entspricht, auf der die Kalibrierung des Messbauwerks beruht.

Faulgas, Schaum und chemische Beständigkeit

Abgedeckte Faulbehälter können entzündbare oder korrosive Gase enthalten. Spezifizieren Sie das gesamte Gerät und den Einbau anhand der Ex-Bereichseinstufung am Standort. Eigensicherheit und druckfeste Kapselung sind unterschiedliche Zündschutzarten mit jeweils eigenen Anforderungen. Zertifikat, gegebenenfalls erforderliche Barrieren, Kabeleinführungen und Temperaturgrenzen müssen zur Auslegung passen.

Kondensation und Schaum können die Nachführung des Radarmesswerts beeinträchtigen. Halten Sie fest, ob die Steuerung den Flüssigkeitsstand unter dem Schaum, die Schaumoberfläche oder beides erfassen muss. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein gewöhnliches Oberflächenradar den Schlammspiegel unter einer Wasserschicht misst.

Ermitteln Sie bei Dosier- und Chemikalientanks die tatsächliche Konzentration und Temperatur der Chemikalien. Edelstahl oder ein bestimmtes Polymer können nicht für alle Säuren, Laugen oder Oxidationsmittel als geeignet erklärt werden. Beziehen Sie Membran-, Kabel-, Dichtungs- und Verbindungsmaterialien in die Kompatibilitätsprüfung mit ein.

Montage und Inbetriebnahme

Montieren Sie den Sensor abseits des Zulaufstrahls und starker Turbulenzen. Prüfen Sie den Strahlkegel beim niedrigsten Betriebsfüllstand, bei dem die Ausleuchtfläche normalerweise am größten ist, und an der oberen Füllstandgrenze nahe der Antenne. Berücksichtigen Sie Sprossen, Halterungen, Pumpenketten und Kabel, die konkurrierende Echos erzeugen können.

Verlegen Sie die Kabel und schließen Sie die Schirme gemäß der freigegebenen Geräteplanung und der Planung zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC) an. Legen Sie das Wartungsintervall anhand der beobachteten Ablagerungsrate und der Folgen eines Ausfalls fest, statt pauschal eine vierteljährliche Wartung vorzusehen.

Senden Sie METRAVON die Schacht- oder Gerinnezeichnung, den Messbereich, die Steuerungsanforderungen, die chemische Belastung und die elektrische Bereichseinstufung. Geben Sie für Durchflussmessaufgaben auch die Art des hydraulischen Messbauwerks und dessen Kalibrierdaten an.

FAQ

Ist Radar im Abwasser immer besser als Ultraschall?

Nein. Bei Radar entfallen die Einflüsse der akustischen Schallgeschwindigkeit, doch Schaum, Ablagerungen und Geometrie können die Messung weiterhin einschränken. Vergleichen Sie beide Technologien anhand der tatsächlichen Betriebsbedingungen und der Zugänglichkeit für die Wartung.

Sollen Pumpen starten, wenn der Füllstandsgeber ausfällt?

Eine allgemeingültige Antwort gibt es nicht. Bei der Anlagenplanung müssen Überflutungs- und Trockenlaufrisiken gegeneinander abgewogen, Störungen von gültigen Messwerten unterschieden und die erforderlichen unabhängigen Schutzeinrichtungen vorgesehen werden.

Kann ein Radar den Durchfluss in einem Kanal messen?

Es kann den Wasserstand für die Umrechnung anhand einer freigegebenen Kennlinie einer Messrinne oder eines Messwehrs liefern. Für die Durchflussberechnung sind die richtige Stauhöhenmessstelle, der korrekte Höhenbezug und die passenden hydraulischen Bedingungen entscheidend.

Erkennt Oberflächenradar den Schlammspiegel?

Ein gewöhnliches Oberflächenradar misst im Allgemeinen die oberste Flüssigkeits- oder Schaumoberfläche. Eine unter Wasser liegende Feststoff-Flüssigkeits-Grenzfläche erfordert ein dafür vorgesehenes Messverfahren und einen entsprechenden Einbau.

Benötigt ein Faulbehälter immer denselben Explosionsschutz?

Nein. Die Bereichseinstufung am Standort und die geltenden rechtlichen Vorschriften bestimmen die erforderliche Schutzart, Gasgruppe, Temperaturgrenzen und Einbaubedingungen.

Wie sollte ein Ersatzsensor abgenommen werden?

Prüfen Sie den baulichen Höhenbezug, den gesamten Betriebsbereich, die Systemskalierung, die Pumpenschaltfolge, die Alarmfunktionen und das Verhalten bei Störungen. Bewahren Sie die Einstellungen und Referenzmesswerte als Ausgangsdokumentation der Inbetriebnahme auf.

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