Das Bürkert-Systemhaus baute unter Verwendung von Bürkert-Komponenten eine Umkehrosmose-Anlage zur Entsalzung von industriellen Prozesswässern oder Trinkwasser. Anhand der Anlage sollten die Fähigkeiten des Unternehmens in Bezug auf individuelle Systemlösungen und Automatisierungskonzepte auf Basis eigener Produkte gezeigt werden. Auf der Wasser- und Abwassermesse Ifat, die Ende Mai in München stattfand, konnte das transportable Gerät in Aktion bewundert werden. „Wir planen jetzt natürlich nicht, Umkehrosmose-Skids in unser Produktprogramm aufzunehmen“, erläutert Cyrus Ardjomandi, Segment Manager Water bei Bürkert. „Es geht vielmehr um eine Schauanlage, die unsere Möglichkeiten und das Spektrum der vielen Einzellösungen für die Wasserbehandlung anschaulich im praktischen Einsatz zeigt.“
Grundsätzlicher Anlagenaufbau
Die Schauanlage besteht aus einem Kreislaufsystem zur Entsalzung enthärteten Wassers. Für die Demonstration werden Permeat und Konzentrat in einen gemeinsamen Sammelbehälter gefördert und von dort wieder als Rohwasser entnommen. Das Wasser passiert zunächst einen 20-Zoll-Feinfilter mit einer 5 µm-Filterkerze und wird dann in drei Membranmodulen entsalzt. Eine Kreiselpumpe mit Frequenzumrichter arbeitet als Hochdruckpumpe, eine energieeffiziente Umwälzpumpe mit Frequenzumrichter sorgt für den Kreislauf des Wassers. Ein sehr leiser Kompressor stellt die Prozess-Steuerluft für die pneumatischen Ventile zur Verfügung.
Für die anschauliche lokale Anzeige der einzelnen Volumenströme hat Bürkert auf Schwebekörperdurchflussmesser zurückgegriffen, die in der Wasseraufbereitung meist eingesetzt werden. Zusätzliche Flügelradsensoren – die sich besonders zur Messung nicht leitfähiger Medien eignen – erfassen ebenfalls die Durchflüsse und leiten diese an die Steuerung weiter. Druckschalter übernehmen die Überwachung des Eingangs- und Systemdrucks. Die Permeatleistung der Anlage beträgt 300 l/h bei einer Entsalzungsrate von bis zu 97 Prozent und einer Ausbeute von 75 Prozent. Der Betriebsdruck erreicht etwa 9 bar.
Mehrere aufeinander abgestimmte Armaturen steuern die Flüssigkeitsströme: Ein besonders wartungsarmes und kompaktes Eingangsmagnetventil vom Typ 6213, das leise, energie- und kostensparend arbeitet, gibt den Zufluss zur Anlage frei. Drei Prozessventile mit Steuerkopf sind für die Konzentratregelung, die Konzentratumgehung und die Rezirkulation vorgesehen und auf einem geschweißten, multifunktionellen Ventilblock kombiniert. So können sie bei Bedarf einfach ausgetauscht und optimal an die Druckluftversorgung angeschlossen werden. Die Sitzventile können als Regelventile (Typ 2301) oder als Schaltventile (Typ 2101) eingesetzt werden. Dabei regelt das Konzentratregelventil das Verhältnis von Permeat zu Konzentrat auf 3:1, was einer Ausbeute von 75 Prozent entspricht.
Die Konzentratumgehung öffnet zum Anfahren und bei der Spülung. Die Rezirkulation ist in diesem Fall fest eingestellt auf einen Wert von 700 l/h. Die Regelung der Volumenströme für die drei Ventile übernimmt der auf der Permeatseite eingebaute Durchfluss-Controller Typ 8611. Er beherrscht stetige, 2-Punkt, 3-Punkt und Ein-/Aus-Regelung sowie die Verhältnisregelung.
Für die Steuerung von Sensoren ist der Multifunktionstransmitter Typ 8619 Multicell verantwortlich. Er ist als Panel in die Vorderseite eines Edelstahl-Schaltschranks eingebaut und bietet das Monitoring sämtlicher Messwerte in Echtzeit auf seinem Display. Der Typ 8619 lässt sich auch einzeln in der Anlage oder direkt an der Rohrleitung montieren. Multicell ist modular aufgebaut und nimmt bis zu sechs Signalein- und -ausgänge auf, zum Beispiel Druck, Durchfluss, pH-Wert, Leitwert, Redox-Potenzial oder freies Chlor. Hinzu kommen mathematische Funktionen, Regelungsfunktionen und Daten-Logging. Er kann kundenspezifisch auf die jeweilige Anwendung vorkonfiguriert werden und zeigt alle gemessenen Parameter in Echtzeit an.
Außerdem gibt er dank seiner mathematischen Funktion die Rückhaltung, Ausbeute und den Differenzdruck der Membranen an, sodass der Anlagenbediener einen kompletten Überblick über die kritischsten Werte einer Umkehrosmoseanlage vor Ort erhält. Bei Grenzwertüberschreitung überträgt das Gerät digitale Signale an die Steuerung.
Online-Monitoring für Wasseranwendungen
Mit dem Online-Analyse-System Typ 8905 hat Bürkert auch ein kompaktes, modular auf bis zu 30 Analyse-Sensoren (Cubes) erweiterbares einzigartiges Komplettsystem für die Wasseranalytik im Programm. Fünf Sensoren direkt an der Schauanlage werden mit dem Typ 8905 über einen angepassten Feldbus verbunden: Beim Rohwasser werden pH-Wert, Redox-Potenzial und Leitfähigkeit gemessen, im Reinwasser pH-Wert und Redox-Potenzial. Dadurch wird die Ablesung der Messwerte in Echtzeit möglich. Typ 8905 eröffnet vor allem Wasserwerken neue Optionen der Prozesskontrolle und Qualitätssicherung. Da diese Cubes mit einem am anderen Ende des Standes stehenden kompletten Messsystem Typ 8905 verbunden sind, kann man deren Messwerte dort direkt oder eine App für Handy und Tablet abrufen.
Schaltschrankkonfiguration vom Profi
Auch die SPS nebst 10-Zoll-Display zur Steuerung der Anlage ist in den Schaltschrank integriert. Angezeigt wird das Fließbild der Anlage mit den animierten Steuerungskomponenten. Die gesamte Konzeption und Bestückung des Schaltschranks wurde im Bürkert-Systemhaus in Menden unter Berücksichtigung der einschlägigen VDE-Normen erstellt. Mit seinem Schaltschrankbau bietet Bürkert die komplette Automation aus einer Hand.
Bei der Umkehrosmose-Anlage laufen nur die elektrischen Komponenten über den Schaltschrank, die pneumatische Ansteuerung erfolgt direkt an den Ventilblöcken in der Anlage. Zusätzlich lassen sich die Ventilinseln von Bürkert in ein und derselben Schaltschrankinstallation integrieren. Einzigartig ist die direkte Schnittstelle zur Siemens-S7-Steuerung.
Spektrum der Messwertverarbeitung
Um eine Anlage zu steuern und Durchflüsse zu regeln bedarf es präziser und zuverlässiger Sensoren. Eine besondere Bedeutung – auch unter Sicherheitsaspekten – kommt den Drucksensoren zu. Bürkert entschied sich für zwei platzsparende Drucktransmitter und -schalter Typ 8311, die den Druck vor und nach der Hochdruckpumpe messen. Außerdem dienen sie dem Trockenlaufschutz der Pumpe und der Überdrucksicherung des Systems.
Weitere Drucksensoren mit keramischer Messzelle vom besonders widerstandsfähigen Typ 8316 sind nach den Druckrohren angeordnet. Mit ihrer Hilfe wird der Differenzdruck der Membranmodule jeweils vor und hinter den Membranen überwacht. Steigender Differenzdruck kann ein Indikator für Scaling oder Fouling der Membran sein.
Mehrere Flügelradsensoren des Typs 8030 liefern Durchflusswerte für die Anlagensteuerung. Sie lassen sich bei geringem Druckverlust sehr wirtschaftlich und platzsparend in Rohrsysteme integrieren und können direkt an die SPS angeschlossen werden. Das Rohwasser und das Permeat werden durch je einen Leitfähigkeitssensor Typ 8220 überwacht, dessen Signal über den Multicell-Transmitter verarbeitet wird. Der Füllstand im Sammelbehälter schließlich wird berührungslos mit einem Radarsensor vom Typ 8136 überwacht. Dieser Kompakttransmitter eignet sich zur Füllstandmessung kleiner und großer Behälter.
Auch wenn das auf der Messe gezeigte Umkehrosmose-Skid von Bürkert mit der umfassenden Ausstattung im Detail nicht realen Betriebsbedingungen entspricht, soll die Anlage das umfassende Know-how des Unternehmens in diesem Bereich dokumentieren. „Die Anlage wird es in dieser Form in der Realität zwar nicht geben. Dennoch zeigt sie alle Möglichkeiten und Funktionsbaugruppen, die Bürkert seinen Kunden in diesem Industriezweig anbieten kann“, erläutert Cyrus Ardjomandi.
