PARTI-MAG II. Hinweise zum Einbau bei teilund vollgefüllten Rohrleitungen. Technische Information D184A007U01 Rev. 01

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1 Hinweise zum Einbau bei teilund vollgefüllten Rohrleitungen Technische Information Rev. 01

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3 Inhalt 1 Allgemeine Beschreibung Messbereiche Abflusshöhen (Teilfüllung) und Strömungsgeschwindigkeit Hydraulik und Einbaubeispiele Gerade Rohrleitung, gleiches Gefälle Gefällewechsel vor dem PARTI-MAG II (Wechselsprung) und nach dem PARTI-MAG II Absturz vor dem PARTI-MAG II Seitliche Zuläufe vor der Messstrecke Rohrleitungsreduzierung und Kanalübergänge vor der PARTI-MAG II Messstrecke Rohrerweiterungen und Gefällewechsel hinter der Messstrecke Durchflussregelung/Abflussdrosselung hinter Becken (RRB/RÜB) und Stauraumkanälen Anwendungen

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5 1 Allgemeine Beschreibung In dieser Anleitung sind die Einsatzmöglichkeiten des PARTI-MAG II, im Nennweitenbereich DN DN 2000, praxisnah dargestellt. Die Kriterien, die für eine problemlose und einwandfreie Durchflussmessung mit dem PARTI-MAG II zu erfüllen sind, werden anhand von Beispielen erläutert. Hierbei wird auf die Hydraulik der teilgefüllten Rohrleitungen soweit eingegangen, wie es das Verständnis zum Einbau des PARTI-MAG II erfordert. Der PARTI-MAG II ist ein Magnetisch-Induktiver Durchflussmesser für partiell (teil-) und vollgefüllte Rohrleitungen. Er besitzt keine mechanisch beweglichen Einbauteile, die Verschleiß oder Korrosion unterliegen, und ist daher weitestgehend wartungsfrei bei mit der Rohrleitung gleichem Querschnitt. Messprinzip ist das Faraday sche Induktionsgesetz: U ind ~ V Q= vda Q = Volumenstrom Durchfluss v = Strömungsgeschwindigkeit A = durchströmte Fläche Das Messsignal ist linear-proportional zum Durchfluss. Der Einsatz des PARTI-MAG II ist immer gegeben, wenn die physikalisch-technischen Vorraussetzungen siehe auch Gerätespezifikation erfüllt werden. Diese Anleitung soll dem Planer und Anwender eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten für den korrekten Einbau geben. Hierbei sind weitestgehend die Kriterien erfasst, die eine problemlose und einwandfreie Durchflussmessung garantieren. Grundsätzlich sind bei der partiellen (Freispiegel-) Messung stehende Wirbel, Wirbelzöpfe, Wander- und überschlagende Wellen (z.b. nach einem Wechselsprung oder seitlichem Zulauf über Kanten) sowie Drallströmungen auszuschließen. Allgemein werden diese ungünstigsten, hydraulischen Verhältnisse bei der Planung verhindert. Liegen aus konstruktiven Gründen Strömungsabrisse vor, so sind Beruhigungsstrecken erforderlich, damit diese nicht bis in die Messstrecke (PARTI-MAG II) hineinragen. In der Regel gelten: Gefälle J 5%, Beruhigungsstrecke 5 x DN bei gleicher Rohrleitungsnennweite und gleichem Gefälle vor dem PARTI-MAG II Durchflussmesser. In Strömungsrichtung hinter dem PARTI-MAG II Durchflussmesser wird nur eine Nachlaufstrecke von 3 x DN benötigt; damit sind Absenkkurven und evtl. rückreichende Wirbel (Regelschieber) unwirksam. 2 Messbereiche Die Messbereiche und die Messgenauigkeiten sind in der Spezifikation und dem Auswahlprogramm von ABB aufgeführt. Der Messbereichsendwert kann kontinuierlich entsprechend den Fließgeschwindigkeiten zwischen 0,5 m/s und 10 m/s eingestellt werden. Das gilt sowohl für Teilfüllungen als auch für Vollfüllungen. Der unterste messbare Grenzwert der Durchflussmessung liegt bei einer Abflusshöhe von 0,1 x DN. Noch kleinere Abflüsse liegen in der Regel unter dem geringsten Trockenwetterabfluss und sind in der Praxis unbedeutend, zumal die Strömungsgeschwindigkeiten so minimal sind, dass die Gefahr bleibender Ablagerungen besteht. 3 Abflusshöhen (Teilfüllung) und Strömungsgeschwindigkeit! Abflusshöhen und Fließgeschwindigkeit ergeben sich durch das vorgegebene Rohrprofilgefälle, und die Betriebsrauheit der Rohrleitungen. Sie können mit dem ABB Auswahlprogramm für Kreisrohre bestimmt werden. Nach ATV 110 besteht bei Rohabwasser die Gefahr bleibender Ablagerungen bei Fließgeschwindigkeiten (gefälle-abhängig) < 0,5 m/s bei Rohrleitungen DN 150 DN 300 und < 0,6 m/s bei Rohrleitungen DN 350 DN 600. Achtung! Bei Teilfüllhöhen etwa ab 0,8 DN schlägt die Leitung voll. Um Pulsation zu vermeiden sollte bei Normalabfluss (2 Q TW ) unabhängig von Q max und Q min die Nennweite so gewählt werden, dass die Abflusshöhe nicht über 0,83 x DN liegt. Sich natürlich ergebende Ablagerungen haben keinen Einfluss auf das Messergebnis 5

6 4 Hydraulik und Einbaubeispiele 4.1 Gerade Rohrleitung, gleiches Gefälle Gefälle J 5% Beruhigungsstrecken: vor dem PARTI-MAG II vorhanden, L N nach dem PARTI-MAG II vorhanden. Gefälle J 5% 5 x DN L N 3 x DN 5xDN 3xDN L N! 4.2 Gefällewechsel vor dem PARTI-MAG II (Wechselsprung) und nach dem PARTI-MAG II Gefälle J 2 < J 1 1,2 J 2 10 x DN Achtung! Gefällewechsel können zu hydraulischen Wechselsprüngen führen; diese dürfen nicht bis in den PARTI-MAG II hineinragen. Bei Gefällewechsel nach dem PARTI-MAG II (bis zum freien Absturz) genügt ein L N von 3 x DN! Korrekte Durchflussmessung auch bei Rückstau! J 1 J 2 10xDN L N 3xDN 6

7 4.3 Absturz vor dem PARTI-MAG II Bei senkrechtem Absturz bestehen für den teilgefüllten Ablauf keine Bedenken. Absturz A 2 x DN A 5 xdn Bei schrägem Absturz oder bei Gefällewechsel J 1 > 1,5 J 2 muss die hydraulische Energie abgebaut werden z.b. durch Tosbecken oder Prallwand. Bei voller Messstrecke können Luftblasen mit hineingerissen werden. Eine Freispiegelstrecke von 10 x DN genügt in der Regel, um bei Wasser die Luftblasen weitestgehend aufsteigen zu lassen. 2 5xDN 1 10 x DN 7

8 4.4 Seitliche Zuläufe vor der Messstrecke. Durch Kanten, Bögen und unterschiedliche Zuflüsse entstehen ungleichmäßige Strömungsprofile und an der Oberfläche Wellen, die bis zum Überschlag führen; die Ausbildung dieser ist abhängig von Strömungsgeschwindigkeit (Gefälle) und evtl. Abrisskanten. Um zu verhindern, dass die Störungen bis in die Messstrecke (PARTI-MAG II) gelangen, sind Beruhigungsstrecken erforderlich. 2 DN 10xDN 10xDN 5xDN 2xDN abgerundet δ 5xDN δ δ xDN 10xDN 4.5 Rohrleitungsreduzierung und Kanalübergänge vor der PARTI-MAG II Messstrecke Die Rohrreduzierungen und Kanalübergänge sind abrisskantenfrei auszuführen. Bei sohlegleicher Anpassung mit gleichem Gefälle J 5 % gilt grundsätzlich 5 x DN. Kanalprofile mit sohlegleicher Messstreckenanpassung: Durch die kleinere Messstrecke wird die Abflusshöhe und Fließgeschwindigkeit im Hauptkanal bestimmt. Für Rohrabwasser besteht bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten nach ATV A110 die Gefahr bleibender Ablagerungen. Richtwerte: DN 150 DN 250 DN 300 DN 500 DN 600 DN 1000 v > 0,5 m/s v > 0,6 m/s v > 0,7 m/s Kreisprofil Abwasserkanal Ei-Profil Trapez Rechteck mit Trockenwetterrinne reduzierte Messstrecken 8

9 Beispiele: Übergang Rechteckkanal Messstrecke (Messschacht). Im Kanal ist die Reduzierung auf die Messstrecke als Halbschale, tangential auf die Nennweite hochgezogen, ausgebildet. Dadurch ergeben sich kürzeste Beruhigungsstrecken. 1 5 x 2 3 x DN} bei Gefälle bis 1 % Gleiches gilt für Abwasserkanäle und Becken mit Trockenwetterrinnen. 2 1 PARTI-MAG II Messschacht hinter Zusammenflussbauwerk Seitlicher Zulauf, teilgefüllt, oder Pumpendruckleitung und Trockenrinne im Schacht vor der Messstrecke. Kürzeste Einbaubedingungen x 2 3 x DN} bei Gefälle bis 1 % Halbschalen und Trockenwetterrinnen können bei gleicher Nennweite in die erforderlichen Beruhigungsstrecken einbezogen werden. abgerundet 2 LV1 9

10 Abflussmessung nach Entlastungsbauwerk Seitlicher Überfall in Halbschale > DN Messstrecke 1 10 x 2 5 x DN} bei Gefälle bis 1 % Bei DN Halbschale = DN Messstrecke (siehe Beispiel b) 2 1 Weitere Zulaufkanäle Kreis/ Ei / Rechteck / Trapez und die strömungsbedingten Beruhigungsstrecken bei reduzierten Nennweiten. Die gelten für Gefälle 0 1 %. 10 DN α 5 DN α DN α α 30 5 DN 10 DN α α 30 5 DN Beckenauslauf und Beckenüberlauf 2 DN 10 DN 5 DN 10

11 4.6 Rohrerweiterungen und Gefällewechsel hinter der Messstrecke Bei Rohrerweiterungen und Gefälleänderungen bis zum freien Auslauf (Absturz) reicht eine Nachlaufstrecke mit gleicher Nennweite L N 3 x DN in allen Fällen aus. In den 3 x DN sind die hydraulische Absenkkurve und evtl. rückstehende Wirbel, z.b. vor einer Abrisskante, bei Richtungsänderungen und vor einem Drosselschieber berücksichtigt. Dies gilt für mittlere Strömungsgeschwindigkeiten bis 5 m/s unabhängig, ob im Freispiegel (teilgefüllt) oder in einer Druckleitung (vollgefüllt) gefördert wird. Der PARTI-MAG II besitzt keine zusätzliche kapazitive oder Ultraschall-Messung zur Ermittlung der Wasserspiegelhöhe. Dadurch keine Messabweichungen durch Schichtablagerungen und Schaumbildung. Wartungsfreie Durchflussmessung. 4.7 Durchflussregelung/Abflussdrosselung hinter Becken (RRB/RÜB) und Stauraumkanälen Für die Messstrecken gelten die unter vorgenannten Punkten dargestellten Einlaufbedingungen. Regelschieber sollten grundsätzlich in Fließrichtung hinter dem PARTI-MAG II eingebaut werden. Unabhängig ob die Messstrecke als Freispiegel-Leitung (teilgefüllt) oder Druckleitung (voll gefüllt) betrieben wird, genügt ein Abstand 2 x DN. Muss der Regelschieber aus bautechnischen Gründen vor dem PARTI-MAG II installiert werden, so muss eine von 20 x DN. Für die Auslegung der Mess- und Drosselstrecke sind die max. zulässigen Abflüsse (gedrosselter Durchfluss) zugrundezulegen. Der Niedrigsttrockenwetterabfluss sollte einen Wasserspiegel von 10% nicht unterschreiten: Q TW 0,1 x DN. Siehe hierzu ABB Projektierungshilfe PARTI-MAG II. Absperrschieber (Auf Zu) vor dem PARTI-MAG II haben keine Einfluss, wenn bei Betrieb der volle Rohrquerschnitt frei ist. L N 2 DN Bild 4-1: siehe Punkt

12 Bei Stauraumkanälen oder RRB/RÜB-Durchlauf sollten Trockenwetterrinnen verwendet werden, da andernfalls die Gefahr bleibender Ablagerungen besteht. Kleinere Mess- und Drosselstrecken dahinter bedingen eine Rückstau auch bei Trockenwetter bis zur Fließhöhe in der Messstrecke und damit geringere Strömungsgeschwindigkeiten. Zur Verhinderung werden die reduzierten Abläufe tiefer gelegt. Trockenwetterrinne 2 3 DN 2 5 DN L N 2 DN Bild 4-2: Becken oder Staukanal mit Trockenwetterrinne Die Drosselschieber sollten als Blendenschieber mit Elektro-Regelantrieb ausgeführt sein und bei DN DN 300 Stellzeiten > 60 s DN 600 >120 s DN 800 >180 s besitzen: Stellzeit = Laufzeit von geschlossenem bis voll geöffnetem Schieber. Mit dem PARTI-MAG II werden auch die Niedrig-Trockenwetterabflüsse genau gemessen. Zusätzliche Niveaumessungen zur systembedingten Schaltung des Durchflussmessers sind nicht erforderlich. Dükerleitung bzw. Zwangsstau zur Vollfüllung entfallen. 10 DN L N 2 DN Bild 4-3: Becken oder Staukanal ohne Trockenwetterrinne, siehe auch 4.2 (Gefällewechsel) 12

13 5 Anwendungen Der Magnetisch Induktive Durchflussmesser PARTI-MAG II ist in einer Vielzahl von Anwendungen zur genauen und wartungsfreien Durchflussmessung bei partiell (teil-) und vollgefüllten Rohrleitungen eingesetzt: a) Abflussbegrenzung und Durchflussmessung bei RRB/RÜB-Becken, Stauraumkanälen und Hochwasserrückhaltebecken, b) Zuläufe und Abflüsse von Abwasserbehandlungsanlagen (Klärwerke), c) Ablaufmessung an Entlastungsbauwerken und Überlaufbecken, d) Übergabemessungen zwischen Kommunen, Verbänden und Klärwerksbetreibern, e) Leckverlustkontrolle und Kanalüberwachung, f) Mindestwasserhaltung in Bächen und Flüssen nach Stauwerken und Talsperren, g) Quellschüttungen und frei abfließende Wasserleitungen, h) Sickerwassermessung und Regenwasserablauf an Deponien. 13

14 ABB Automation Products GmbH Dransfelder Straße 2 D Göttingen Tel. +49(0) Fax +49(0) Technische Änderungen vorbehalten Printed in the Fed. Rep. of Germany Rev. 01 Ausgabe 05.01