Komprimiertes Erdgas (CNG) zählt zu den weltweit verbreitetsten alternativen Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge. Genau wie bei den Zapfsäulen für klassische Kraftstoffe ist auch hier die genaue Messung der getankten Menge für die Abrechnung entscheidend. Das Herzstück solcher Systeme bilden daher Durchflussmessgeräte, die auch unter Einfluss hohen Drucks und stark schwankender Durchflussgeschwindigkeiten rund um die Uhr verlässlich und genau messen. 40 Erdgas-Tanksäulen pro Jahr: das ist die Bilanz der schwedischen Firma Nordic Petrol Systems (NPS) Service, einem der größten Tankstellenzulieferer auf dem europäischen Markt. Im deutschen Verkehrssektor soll der Erdgas-Anteil bis 2020 auf vier Prozent gesteigert werden.
Denn komprimiertes Erdgas ist eine kostensparende, umweltfreundliche und sichere Alternative zu anderen Mineralölerzeugnissen wie Benzin und Diesel. Nicht nur sind die Kosten pro Kilogramm CNG niedriger, auch die Kraftstoffeffizienz ist höher. Mit der wachsenden Popularität von Erdgas-Fahrzeugen, wächst auch die Nachfrage nach CNG-Tanksäulen. Während der Erdgas-Fahrer hierzulande mancherorts noch nach entsprechenden Tanksäulen sucht, sucht die Tanksäulen-Industrie nach präzisen Messlösungen für die Betankung der Fahrzeuge. Denn wenn ein gasförmiges Produkt wie Erdgas von einer Tanksäule in ein Fahrzeug getankt wird, muss der Durchfluss möglichst genau gemessen werden. Dies dient der korrekten Abrechnung für den Tankstellenbetreiber und den Kunden. Präzises Messen ist ein Schlüsselfaktor für die Sicherheit von Mensch und Umwelt.
Exakt messendes Durchflussmesssystem
Tanksäule ist nicht gleich Tanksäule und Erdgas verhält sich anders als Mineralölerzeugnisse. NPS Service stellt robuste ein- und doppelseitige CNG-Tanksäulen mit ein oder zwei Füllkupplungen her. Die Tanksäulen befördern das Gas von einem Kompressor oder einer Speicheranlage mit einem Druck von etwa 250 bar zum Fahrzeug. Mit Durchflussraten von 700 bis 1000 kg/h benötigt jede Tanksäule Messtechnik, die den Durchfluss auch bei stark schwankenden Durchflussgeschwindigkeiten zuverlässig misst.
Der Massendurchflusssensor Sitrans FCS200 von Siemens ist hierfür geeignet, denn der Sensor ist in der Lage, den Massendurchfluss bis zu einem Druck von 350 bar mit einer Genauigkeit von 0,5 Prozent zu messen, auch bei Durchflussraten von über 1000 kg/h. Der Massendurchflusssensor wird ergänzt durch den Messumformer Siflow FC070 Ex CT, der eine Multiparameter-Durchflussmessung erlaubt. In Kombination bilden die beiden Geräte ein Durchflussmesssystem, das für den eichpflichtigen Verkehr nach OIML R139 – Messsysteme für komprimierte gasförmige Kraftstoffe für Fahrzeuge – zugelassen ist. Eine korrekte Abrechnung der getankten Erdgasmenge war bisher kaum möglich. Die Messung basierte auf Geräten mit analoger 4…20mA-Technik. Eine präzise und transparente Überwachung und Steuerung des Prozesses war aufgrund der fehlenden Automatisierung nicht möglich. Vielmehr glichen die Systeme einer Black Box, die die Anforderungen der Branche nur unzureichend erfüllte. Da der FC070 als einziger Durchflussmessumformer direkt in ein Simatic-Automatisierungssystem integrierbar ist, kann NPS den Methangasdurchfluss in CNG-Tankanlagen für Automobil- und Nutzfahrzeuge messen und steuern. Der Messumformer wird über ein Kabel mit dem Messaufnehmer verbunden und ist sofort betriebsbereit. Der Messumformer kann ferner über einen Rückwandbus, Modbus oder Profibus DP und Profinet über eine ET200 an jedes PLC-System angebunden werden.
Für die CNG-Tankanlagen braucht NPS Service jedoch mehr als nur die Durchflussmessung. Wichtig ist die Kenntnis des Tankdrucks im Fahrzeug für die schnelle Betankung und das Abschalten der Befüllung, sobald der maximale Druck erreicht ist. Daher stattet NPS seine Tankanlagen mit dem Druckmessumformer Sitrans P DS III für die Messung des Auslassdrucks im Fahrzeug aus. Auch die Temperaturmessung ist von Bedeutung, um die erforderlichen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten sowie den Enddruck der Tankfüllung ermitteln zu können; dieser beträgt 200 bar bei 15 °C. Bei abweichenden Umgebungstemperaturen muss der Enddruck im Tank entsprechend angepasst werden. Das Automatisierungssystem Simatic S7-1200 erfasst Druck, Temperatur und Durchflusssignale für die Steuerung von Schnelltankanlagen sowie für die langsame Betankung (Übernacht-/Rampenfüllung). Die digitalen Eingänge werden für Drucktasten, Endschalter und andere Signale benutzt, die Ausgänge dienen zur Ansteuerung von Magnetventilen. „Da wir mit der S7-1200 sehr zufrieden sind, nutzen wir das System auch für die Datenaufzeichnung während der Betankung und für die Kommunikation mit dem Messumformer Siflow FC070 über das RS484-Kommunikationsmodul“, sagt Magnus Svensson, Einkäufer und Produktionsleiter bei NPS Service. „Durch die Webschnittstelle der S7-1200 sind wir in der Lage, schneller auf Kundendienstanfragen einzugehen.“ Außerdem verwendet NPS das KTP400 Basic Panel als HMI, das den Servicetechnikern den Zugriff auf alle wichtigen Durchflussmessdaten oder die Durchführung eines automatischen Nullpunktabgleichs ermöglicht. „Aus unserer Werkstatt heraus können wir uns sogar über ein Smartphone mit dem System verbinden. Diese Lösung erleichtert uns die Inbetriebsetzung und Überwachung,“ sagt Svensson.
Kontrollierter Erdgasdurchfluss
Genauigkeit, Kompaktheit und die Zulassung für den eichpflichtigen Verkehr zählen zu den wichtigsten Anforderungen an CNG-Systeme. Mit dem Sitrans FCS200 und Siflow FC070 Ex CT sind diese Bedingungen erfüllt. Durch die Einbindung in eine Steuerung kann der Erdgasdurchfluss gesteuert und während der Betankung erfasst werden - und das auch von der Ferne. Durchflussmessung, Druck und Temperatur sowie die Ansteuerung von Magnetventilen sind so geregelt.
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