ISV Umwelt – Separarea curată realizată
Raportul aplicației
Stația municipală de tratare a apelor uzate din Diepholz este unul dintre clienții ISV-Umwelt.
Instalație compactă pentru deshidratarea biomasei
Nămolul de canalizare este pregătit pentru procesarea termică cu ajutorul unei centrifugi. Un set cuprinzător de senzori permite monitorizarea cu precizie a instalației, atât la fața locului, cât și de la distanță. În plus, datorită IO-Link, procesele de instalare, punere în funcțiune și service sunt extrem de eficiente.
În aproximativ 10.000 de stații de tratare a apelor uzate din Germania sunt produse aproape 2 milioane de tone de nămol de canalizare. În timp ce majoritatea nămolului de canalizare a fost utilizat anterior ca fertilizator în agricultură, tot mai mult nămol este reciclat termic în prezent din motive de mediu. Conform cerințelor legale din Germania, întregul nămol de canalizare trebuie folosit pentru recuperarea fosforului în instalații de monoincinerare, cel târziu până în anul 2029.
Cu toate acestea, înainte ca nămolul de canalizare să poată fi folosit ca și carburant în primul rând, conținuturile solide din acesta trebuie separate de conținutul ridicat de apă - care reprezintă peste 97 de procente din masă.
Aici intervine compania ISV-Umwelt din Langelsheim, Saxonia Inferioară. Fondatorul și directorul executiv Sven Penkwitt ne explică: „Noi construim stații mobile de deshidratare a biomasei și le închiriem clienților noștri pe bază temporară sau permanentă.
Unul dintre acești clienți este stația municipală de tratare a apelor uzate din Diepholz unde ISV-Umwelt își instalează una dintre stații timp de câte o săptămână, de patru ori pe an. „În această perioadă, aproximativ 72 de tone de materie uscată, care poate fi utilizată ulterior pentru reciclare termică, este separată de pe aproximativ 2.400 de metri cubi de nămol digerat, care se acumulează în bazine mari pe o perioadă de trei luni.”
Nămolul de canalizare (stânga) este separat în apă (centru) și substratul uscat (pe tava din dreapta).
Separarea cu centrifugă
Stația de separare este un sistem auto-suficient și încastrat într-un container mobil cu lungimea de 12 metri. Piesa centrală este o centrifugă de decantare. Tamburul acesteia se rotește cu 3.200 de rotații pe minut, generând forțe centrifuge echivalente cu 3.000 de ori accelerația gravitațională. La alimentarea nămolului din bazinele de colectare cu o pompă și un furtun, particulele solide grele sunt presate spre exterior. De acolo, acestea sunt deplasate spre exterior cu ajutorul unor transportoare cu melc, în timp ce apa mai ușoară rămâne în centrul tamburului și se scurge. Un transportor cu bandă le preia apoi într-un container de colectare pentru transportul către instalația CHP. Este adăugat un floculant pentru optimizarea separării. Tipul și dozarea acestuia sunt ajustate la compoziția respectivă a nămolului de canalizare.
Pentru atingerea unui rezultat optim de deshidratare, trebuie să fie posibilă adaptarea procesului în diferite puncte, iar aici se implică ifm: Fiind un specialist în automatizare, ifm oferă o gamă largă de senzori și soluții de automatizare, care pot fi folosite pentru ajustarea cu precizie și vizualizarea transparentă a analizării operațiunilor de proces până la cel mai mic detaliu.
Monitorizarea centrifugii
Cei doi rulmenți principali ai centrifugii sunt supuși unor forțe extreme atunci când tamburul greu rotește uneori nămol de canalizare neomogen la turații enorme. De aceea, cei doi senzori de vibrație VVB au fost înșurubați în fiecare rulment. Aceștia monitorizează permanent comportamentul la vibrații.
Un model de vibrații, care diferă de cel standard, permite detectarea rapidă dacă masa nu poate fi procesată, de ex. separată corect deoarece, de ex. consistența sau vâscozitatea nu sunt corecte sau bulgări grosieri ajung în centrifugă. Apoi, personalul de service poate să intervină și, spre exemplu, să reducă turația centrifugii pentru prevenirea deteriorării.
Uzura rulmenților tamburului este detectată de asemenea într-o etapă timpurie prin amplitudinea în creștere a vibrațiilor și este raportată ca un semnal de întreținere. În plus, senzorul de vibrații are un senzor de temperatură integrat. Creșterea valorilor de temperatură indică o creștere a frecării din cauza uzurii.
Imaginea 1: Această centrifugă de decantare, care separă apa și materiile uscate la 3.000 de ori accelerația gravitațională, este componenta centrală a instalației. Imaginea 2: Un senzor de vibrații asigură faptul că nu apar vibrații critice.
Anual, în Diepholz sunt produse și utilizate termic aproape 300 t de substrat uscat.
Grupul hidraulic
Un transportor cu melc de cuplu ridicat, acționat hidraulic, care compactează materiile solide și le descarcă în exterior, este amplasat pe axa centrală a centrifugii. Presiunea este generată de o unitate hidraulică acționată electric. Un presostat PV8 cu un interval de măsurare cuprins între 0 și 250 bar măsoară presiunea hidraulică pentru a controla motorul pompei electrice prin intermediul unui convertor de frecvență. Astfel, presiunea este folosită pentru a controla acționarea elicoidală și, implicit, eliminarea substanțelor solide din stație.
Pe agregate există și un senzor de nivel din seria LI5. Acesta detectează nivelul uleiului și temperatura uleiului și emite o avertizare la depășirea sau neatingerea valorilor admise.
Monitorizarea agregatelor hidraulice referitor la presiune, nivelul uleiului și temperatură.
Unitatea hidraulică acționată electric pentru transportorul cu melc din centrifugă.
Monitorizarea debitului de alimentare
Debitul contorizat cu precizie al nămolului de canalizare în centrifugă este esențial pentru un proces de separare eficient. În acest scop, se instalează un senzor de debit magnetic inductiv la admisie. Acest senzor detectează fiabil debitul pentru o gamă variată de lichide și agenți vâscoși; în cazul acesta, cantitatea de biomasă sau nămol de canalizare care este adăugată și este cuprinsă între 15 și maxim 56 de metri cubi pe oră. Această valoare măsurată este combinată atât cu pompa de alimentare, cât și cu comanda centrifugii din regulatorul stației. Senzorul operează pe principiul de măsurare magnetic-inductiv. Acesta oferă următoarele avantaje: secțiunea de măsurare este liberă de orice element de măsurare sau de alte componente pe care s-ar putea lipi componentele solide ale nămolului de canalizare, blocând astfel conducta.
Suplimentar, senzorul măsoară de asemenea temperatura nămolului de canalizare transportat. Vâscozitatea acestui nămol este mai mare în sezoanele reci - un factor decisiv care trebuie luat în considerare la alimentarea centrifugii.
Totul ține de amestec
Pentru atingerea separării optime a fazelor (acesta este termenul folosit de către specialiști pentru separarea lichidelor și solidelor) se adaugă un floculant la nămolul de canalizare. Floculantul este adaptat individual la tipul nămolului de canalizare, adică rețeta variază în funcție de stația de tratare a apelor uzate. Floculantul este compus din apă și un concentrat polimeric. Ambii sunt pregătiți individual asigurând un raport de amestec exact. În scopul acesta este folosit un senzor Vortex de debit. Acesta măsoară cu precizie apa alimentată în rezervorul de tratare și reglează astfel rețeta de floculant.
Rezervorul de pregătire în sine este monitorizat cu senzorul de nivel LR7000, care are o sondă cu microunde ghidate pentru măsurarea nivelului. Acest principiu de măsurare oferă avantajul să nu fie afectat de spuma floculantului. Suplimentar, tija poate fi scurtată cu ușurință și adaptată astfel la înălțimea rezervorului.
Floculantul gata pregătit este alimentat în centrifugă împreună cu nămolul de canalizare. Un debitmetru SM8020 care funcționează pe principiul de măsurare magnetic-inductiv monitorizează cu precizie cantitatea furnizată. Spre deosebire de senzorul de vortex, acest debitmetru nu poate detecta cu precizie doar apa, ci și orice agent lichid, inclusiv floculantul polimeric de înaltă vâscozitate.
Imaginea 1: Senzorul de nivel LR7000 folosește unde radar ghidate pentru detectarea nivelului din rezervorul de tratare a floculantului. Imaginea 2: Diferiți senzori de debit ajută cu dozarea floculantului.
Măsurarea în rezervorul de stocare
Rezervorul de stocare cu concentrat de polimer este monitorizat cu ajutorul senzorului de nivel KQ1000. Acest senzor este montat în partea exterioară a rezervorului și detectează nivelul de umplere prin peretele rezervorului. Trei semnale de comutare cu diferite priorități vă amintesc să reumpleți rezervorul. Sven Penkwitt a găsit aici o soluție pragmatică specială: „În funcție de timpul de livrare și de cantitatea de produs necesară, poziția de instalare a senzorului pe rezervorul de alimentare poate să fie mai ridicată sau coborâtă, ceea ce ne oferă flexibilitate în timpul de livrare al comenzii.”
Senzorul capacitiv detectează nivelul concentratului de polimer prin peretele containerului și semnalează dacă trebuie comandate consumabile.
Valoare măsurată central: Un senzor de debit magnetic-inductiv monitorizează cantitatea nămolului de canalizare care pătrunde în centrifugă.
Simplu și ușor cu IO-Link
Toți senzorii din această stație folosesc protocolul de comunicare IO-Link. Sven Penkwitt explică avantajele pentru compania sa: „IO-Link reduce efortul de cablare și permite o punere în funcțiune mult mai simplă. Cablajul structurat este compus în esență de la conectoare filetate și până la senzori și module. Sunt eliminate sursele de eroare, cum ar fi cablurile conectate incorect. Primele noastre stații au fost cablate convențional și aveam nevoie de aproximativ 2 ½ zile pentru aceasta. În prezent, cu IO-Link, aceasta este realizată în 2 ore.”
Corespunzător Penkwitt, se utilizează un avantaj relevant al IO-Link: „Nu mai am nevoie de un electrician pentru înlocuirea unui senzor defect; cu ajutorul conexiunii M12 simple, oricine poate să înlocuiască senzorul.” După introducerea noului senzor, acesta își recepționează automat parametrii de la master-ul IO-Link: valorile limită sau citirile contorului sunt transferate astfel de la vechiul senzor, spre cel nou. „În felul acesta puteți spune că IO-Link minimizează timpul de nefuncționare al echipamentului la sediul clientului.”
În timp ce senzorii convenționali posedă doar ieșiri de comutare sau analogice, senzorii IO-Link oferă de asemenea dreptul de comunicare cu senzorul. Spre exemplu, parametrizarea completă a senzorului poate fi realizată de la distanță - manual de către operator prin software sau automat prin controller, spre exemplu la schimbarea unei rețete. Aceasta ușurează optimizarea procesului de la distanță; chiar și până la nivelul senzorului.
Suplimentar, senzorii IO-Link oferă funcții de diagnosticare suplimentare peste valoarea măsurată actual, de ex. contorul orelor de funcționare, memoria cu valoarea min. și max. sau valorile privind calitatea semnalului măsurat.
„Toate activitățile de control și de monitorizare din stațiile noastre pot fi realizate de la distanță. În acest domeniu este utilizat IO-Link deoarece ne oferă o transparență maximă până la senzor. Aceasta ne permite să adaptăm optim procesul și să localizăm rapid sursa erorii, la apariția acesteia”, ne spune Sven Penkwitt.
Imaginea 1: Întreaga stație poate fi controlată și vizualizată de la distanță. Nu în ultimul rând, IO-Link asigură o transparență maximă. Imaginea 2: Mulțumită IO-Link, utilizatorul poate citi valorile măsurate, poate modifica parametrii și poate vizualiza valorile min/max și datele de diagnoză pentru fiecare senzor prin intermediul unui tablou de comandă.
Concluzie
Portofoliul larg de produse face posibilă: cu ajutorul tehnologiei senzorilor de la ifm și cu toate avantajele IO-Link, chiar și o stație complexă cu numeroase variabile, care au fost luate în considerare pentru eficiență maximă, pot fi complet automate. Cu toate acestea, nu doar „hardware-ul” face diferența, ci și service-ul. Iar Sven Penkwitt însumează totul în felul următor: „Angajații ifm înțeleg care este miza. Aceștia vă înțeleg și vă asistă prin telefon sau la fața locului. Disponibilitatea este de asemenea excelentă: Apelez la ora 3 pm și îmi primesc senzorul în ziua următoare. Aceasta are o importanță majoră pentru noi în întreținere și service, deoarece responsabilitatea mea finală este față de clienții mei. Nu cunosc niciun alt furnizor din sectorul electrotehnic care să se apropie de această performanță. Din acest motiv ne bazăm pe ifm oricând este posibil. Deoarece obținem de la aceștia tot ceea ce avem nevoie: competență, fiabilitate și viteză.”
Racorduri filetate simple în locul cablării greoaie: Toți senzorii sunt conectați la Master-ul IO-Link, care transmite semnalele via ProfiNet către controller stației.
