Mit Volldampf vorangehen: Fluidsensorik bei Byworth Boilers

Von der ersten bis zur vierten industriellen Revolution wurden die größten Inspirationen durch bereitwilliges Überschreiten der Grenzen hin zum Unkonventionellen vorangetrieben. Durch die Partnerschaft zwischen Byworth Boilers, einem der ältesten und bekanntesten Kesselhersteller im Vereinigten Königreich, und SICK konnten Steuerungen für Kesselhäuser feiner abgestimmt und die Brennstoffrechnungen von Kunden um bis zu 7 % verringert werden.

Heroisch und historisch – die Inspiration von Dampf 

Er ist nach wie vor eines der effektivsten und effizientesten Mittel zum Transport und zur Bereitstellung von Wärme für moderne Industrieprozesse. Sein Herzstück ist der Industriekessel – ein prozesskritisches Arbeitspferd, das immer absolut zuverlässig sein muss. Mit Marken wie Yorkshireman, Dalesman und Fellsman zeichnen die Kessel von Byworth ein nostalgisches Bild einer mehr als 50 Jahre währenden Geschichte als Familienunternehmen. Dennoch hat das Unternehmen in diesen 50 Jahren stets einen unersättlichen Innovationshunger bewiesen. Mit seiner hohen Agilität bei der Problemlösung und der konsequenten Umsetzung von kontinuierlichen Verbesserungen konnte das Unternehmen seinen Wettbewerbsvorsprung stets verteidigen. So hat sich der Brennstoffverbrauch der Kunden stets verringert, der Kesselwirkungsgrad ist immer weiter gestiegen und Ausfallzeiten wurden auf ein Minimum reduziert.

Anfang 2020 hat Byworth Boilers einen 2,2 Millionen Euro teuren Erweiterungsbau an seinem Fertigungshauptsitz in Keighley, West Yorkshire, eröffnet. Von kleinen Kesseln für die aus dem Boden sprießenden Mikrobrennereien bis hin zu den Giganten für Krankenhäuser und Tierfutterfabriken – das Geschäft von Byworth Boilers basiert auf langfristigen Kundenpartnerschaften.

Industriekessel brauchen viel Energie

Durch Messen und Regeln werden Druck, Füllstand und Temperatur stets im perfekten Gleichgewicht gehalten, um nach Möglichkeit auch den kleinsten Tropfen Brennstoff einzusparen. Die Forschung und Entwicklung von Byworth konzentriert sich auf einen voll funktionsfähigen Kesselraum am Standort Keighley im Vereinigten Königreich, wo die neueste verfügbare Messtechnik sorgfältig untersucht wird, bevor sie in Kundenanlagen eingesetzt wird.
Die Beziehung zwischen Byworth und SICK hat sich von den ersten Forschungs- und Entwicklungsversuchen an einem einfachen Druckschalter dahingehend entwickelt, dass Byworth mittlerweile in seinem Kesselportfolio für verschiedene Prozesse standardmäßig Messgeräte von SICK einsetzt. Der Druckmessumformer PBS, der auf geführten Radarwellen basierende Füllstandsensor LFP, der Temperaturschalter TBS und der Ultraschall-Durchflusssensor DOSIC werden sowohl für neue Anlagen als auch für die Nachrüstung in bestehenden Anlagen verwendet. Erst kürzlich hat der kalorimetrische Durchflussschalter FTS die Tests im Forschungs- und Entwicklungszentrum erfolgreich absolviert.

Jason Atkinson, Leiter der Technologie- und Produktentwicklung, betont, dass zwar die Performance der Technologie eine bedeutende Rolle spielt, die Beziehungen in der Lieferkette jedoch am kritischsten sind. „Aus der Sicht der Kunden ist es der Kessel von Byworth Boilers, der die Arbeit leistet, und nicht eines der integrierten Messgeräte oder Steuersysteme. Unsere Lieferanten müssen also langfristige Partner sein. SICK hat von Anfang an zuverlässig abgeliefert. Sie haben ihre Technologie angepasst, Schulungen und Support für uns und unsere Kunden angeboten, und sie haben sich sehr gut in unseren Prozess hineingedacht.“

Standardisierung der Messtechnik

„Die Standardisierung der Messtechnik ist ein kontinuierlicher Prozess über das gesamte Kesselportfolio von Byworth hinweg“, erklärt Atkinson. Dies kommt nicht nur den Kunden zugute, sondern optimiert auch die eigene Betriebseffizienz des Unternehmens.

„Die Kesselbranche ist recht konservativ, sodass wir den Einsatz der besten Technologien manchmal ein wenig forcieren müssen. Wir haben die Zusammenarbeit mit traditionellen Lieferanten von Messtechnik für Kessel beendet, um in unseren Anlagen Sensoren von SICK zu verbauen. Wir verwenden die Drucksensoren PBS von SICK zur Regelung des Füllstands im Heißwassertank sowie der Dampfdruckleistung des Kessels. Der PBS ist ein Messumformer mit zwei Schaltpunkten. So konnten wir anstatt von 3 oder 4 verschiedenen Messgeräten ein einziges Messgerät an zwei verschiedenen Kesselkonstruktionen verwenden. Dies half uns auch bei der Umstellung von 230 V und 110 V auf eine standardmäßige 24-VDC-Steuerungsarchitektur. Das spart nicht nur Energie, Platz und Verdrahtungsaufwand. Die Druckmessumformer PBS von SICK basieren alle auf M12-Steckverbindern, wodurch unseren Servicetechnikern die Arbeit deutlich erleichtert wird. So geht Plug-and-Play“.

Dank der Anzeige am PBS konnte Byworth die Druckanzeige der Warmwasserversorgung gut zugänglich in Augenhöhe positionieren statt an der Oberseite des Tanks. Für viele Kunden hat sich auch der zusätzliche Analogausgang des PBS als Vorteil erwiesen, wodurch wieder ein weiterer separater Sensor eliminiert werden konnte.

Geführte Radarwellen zur Erfassung des Wasserfüllstands im Kessel

Der vielleicht größte Technologiesprung kam, als SICK eine neue Technologie mit geführten Radarwellen eingeführt hat, wobei Atkinson sofort erkannt hat, dass sie zur Erfassung des Wasserfüllstands im Kessel eingesetzt werden kann. Bis zur Einführung des Sensors LFP Inox von SICK hatte Byworth entweder einen kapazitiven Sensor oder ein Schwimmersystem zur kontinuierlichen Messung des Wasserfüllstands im Kessel eingesetzt. Die kapazitive Sensortechnologie erwies sich als anfällig bei Schaumentwicklung, und das Schwimmersystem war empfindlich gegenüber Verwirbelungen im Kessel.

Der LFP Inox von SICK meisterte diese beiden Herausforderungen, da er weder von der Schaumbildung auf dem Wasser beim Einfüllen in den Kessel noch von Verwirbelungen beeinträchtigt wird.

„Der auf geführten Radarwellen basierende Füllstandsensor LFP liefert uns einen wesentlich zuverlässigeren und genaueren Füllstand, sodass wir unser Speisewassersystem viel präziser betreiben können“, sagt Atkinson. „Der Wasserstand schwankt nun deutlich weniger. Denn je stärker der Wasserstand schwankt, desto weniger wärmeeffizient ist die Anlage.“ SICK entwickelte eine Firmware-Anpassung für den LFP, um die kombinierten Anforderungen eines Sensors zu erfüllen, der unempfindlich gegenüber Schaumbildung und Verwirbelungen ist und gleichzeitig ein für Kesselbediener oder Servicetechniker leicht zugängliches Display bietet. Dies bedeutete nicht nur, dass die LFPs für Byworth auf eine Sondenlänge von 1,3 m standardisiert werden konnten, sondern das Verstärkersystem des LFP bot auch eine Lösung zur Trennung der Sonde von der Elektronik, um Bedienern einen leichteren Zugang zum Display zu ermöglichen. So ist die Tanksonde des LFP über ein flexibles bis zu 3,3 m langes Koaxialkabel mit dem separat installierten Sensor und Sender verbunden.

Erfolgreiche Versuche mit DOSIC Ultraschall-Durchflusssensor bestätigen Wettbewerbsfähigkeit und Genauigkeit

Bei der erfolgreichen Erprobung des DOSIC Ultraschall-Durchflusssensors von SICK durch Byworth wurde dessen Wettbewerbsfähigkeit und Genauigkeit nachgewiesen, sodass er für die Speisetankmessung im Bereich der kleineren Kessel eingeführt wurde. Da Speisewasser oft einen Umkehrosmoseprozess durchlaufen hat, kann es eine sehr geringe Leitfähigkeit aufweisen, sodass ein magnetischer Durchflussmesser nicht verwendet werden konnte. Der DOSIC hat sich auch bei der Heizölmessung bewährt. Erst kürzlich wurden Versuche abgeschlossen, bei denen der neue kalorimetrische Durchflussschalter FTS von SICK zur Überwachung des Durchflusses in den Abläufen der Enthärtungsanlage eingesetzt wurde. Die Standardisierung und Zusammenlegung zu einer zentralen Steuerung war das Konzept hinter dem bahnbrechenden digitalen Regelsystem „Unity“ von Byworth, das 2016 mit dem „Queen's Award for Enterprise in Innovation“ ausgezeichnet wurde. Traditionell wurden Kessel mit individuellen Steuerungen für verschiedene Teile des Kessels entwickelt.

„An den Unity-Systemen haben wir Studien durchgeführt, bei denen Brennstoffeinsparungen von 7 Prozent jährlich nachgewiesen werden konnten. Das übersteigt sogar die Einsparungen, die man mit der Installation einer neuen Anlage erreichen kann. Dabei regeln wir alles von einer Einheit im Kesselhaus aus und nicht in getrennten, individuellen Prozessen. Dabei geht es darum, wie wir die Kessel in Reihe schalten, wie wir sie modulieren und wie wir sie im Netz zuschalten“, sagt Atkinson. „Die Standardisierung der eingesetzten Sensoren hilft uns dabei, die aus verschiedenen Teilen des Kesselhauses kommenden Daten viel feiner abzustimmen. Natürlich streben wir auch nach Präzision, Zuverlässigkeit und Wiederholgenauigkeit der Messungen. Messgeräte wie das Radar mit geführten Wellen waren für uns anfangs schwer zu verkaufen, und wir mussten erklären, warum wir auf Lieferanten zurückgreifen, die bisher nicht mit der Kesselbranche in Verbindung gebracht wurden. Mittlerweile werden diese Technologien von Kunden nachgefragt und für neue Kessel spezifiziert. Wir mussten diesen Wandel durchsetzen.

Unsere Beziehung zu SICK ist eine für beide Seiten vorteilhafte Partnerschaft, bei der beide Unternehmen am Ende ein besseres Produkt erhalten haben.“

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