Met volle kracht vooruit: vloeistofsensoren bij Byworth Boilers

Van de eerste tot de vierde industriële revolutie werden de grootste inspiraties gedreven door bereidwillig grenzen te verleggen naar het onconventionele. Door de samenwerking tussen Byworth Boilers, een van de oudste en bekendste ketelfabrikanten in het Verenigd Koninkrijk, en SICK, zijn de besturingen voor ketelhuizen verfijnd en is de brandstofrekening van de klanten met wel 7% gedaald.

Heldhaftig en historisch - de inspiratie van stoom 

Het blijft een van de meest effectieve en efficiënte middelen om warmte te transporteren en te leveren voor moderne industriële processen. Het hart ervan is de industriële ketel - een proceskritisch werkpaard dat altijd absoluut betrouwbaar moet zijn. Met merken als Yorkshireman, Dalesman en Fellsman geven de ketels van Byworth een nostalgisch beeld van een geschiedenis van meer dan 50 jaar als familiebedrijf. Toch heeft de onderneming in deze 50 jaar altijd een onverzadigbare dorst naar innovatie getoond. Met zijn hoge wendbaarheid in het oplossen van problemen en de consequente implementatie van continue verbeteringen is de onderneming altijd in staat geweest om zijn concurrentievoordeel te verdedigen. Als gevolg daarvan is het brandstofverbruik van de klanten altijd verlaagd, is het rendement van de ketel voortdurend toegenomen en zijn de stilstandtijden tot een minimum beperkt.

Begin 2020 opende Byworth Boilers een 2,2 miljoen euro dure uitbreidingsbouw van de hoofdvestiging van de productie in Keighley, West Yorkshire. Van kleine ketels voor microdistilleerderijen die uit de grond komen tot reuzen voor ziekenhuizen en dierenvoederfabrieken, de onderneming van Byworth Boilers is gebaseerd op langdurige klantrelaties.

Industriële ketels hebben veel energie nodig

Door te meten en te controleren worden druk, niveau en temperatuur altijd in perfecte balans gehouden om zo mogelijk zelfs de kleinste druppel brandstof te besparen. Het onderzoek en de ontwikkeling van Byworth is gericht op een volledig operationele stookruimte op de vestiging Keighley in het Verenigd Koninkrijk, waar de nieuwste beschikbare meettechnologie zorgvuldig wordt geëvalueerd voordat deze wordt gebruikt in fabrieken van klanten.
De relatie tussen Byworth en SICK is voortgekomen uit de aanvankelijke onderzoeks- en ontwikkelingstests op een eenvoudige drukschakelaar, zodat Byworth nu standaard SICK-meetapparatuur gebruikt in zijn ketelassortiment voor verschillende processen. De druktransmitter PBS, de op geleide radargolven gebaseerde niveausensor LFP, de temperatuurschakelaar TBS en de ultrasone flowmeter DOSIC worden zowel gebruikt voor nieuwe installaties als voor de uitbreiding achteraf in bestaande installaties. Pas recentelijk heeft de calorimetrische FTS flowschakelaar de tests in het onderzoeks- en ontwikkelingscentrum met succes doorstaan.

Jason Atkinson, hoofd technologie en productontwikkeling, benadrukt dat de performance van de technologie weliswaar een belangrijke rol spelen, maar dat de relaties in de toeleveringsketen het meest kritisch zijn. „Vanuit het perspectief van de klant is het de ketel van Byworth Boilers die het werk doet, niet één van de geïntegreerde meters of regelsystemen. Onze leveranciers moeten dus partners voor de lange termijn zijn. SICK heeft vanaf het begin betrouwbaar geleverd. Ze hebben hun technologie aangepast, training en ondersteuning gegeven aan ons en onze klanten, en ze hebben ons proces zeer goed begrepen.“

Standaardisatie van de meettechniek

‘Standaardisatie van de meettechniek is een continu proces in het gehele ketelassortiment van Byworth’, legt Atkinson uit. Dit komt niet alleen de klanten ten goede, maar optimaliseert ook de eigen operationele efficiëntie van de onderneming.

‘De ketelindustrie is vrij conservatief, dus we moeten het gebruik van de beste technologieën soms een beetje stimuleren. We hebben onze samenwerking met traditionele leveranciers van meettechniek voor ketels stopgezet, om sensoren van SICK in onze fabrieken te installeren. We gebruiken de PBS-druksensoren van SICK om het niveau in de warmwatertank en de stoomdruk van de ketel te regelen. De PBS is een zender met twee schakelpunten. Hierdoor konden we één enkel meetinstrument gebruiken op twee verschillende ketelconstructies in plaats van 3 of 4 verschillende meetinstrumenten. Dit heeft ons ook geholpen om over te schakelen van 230 V en 110 V naar een standaard 24 VDC-besturingsarchitectuur. Dit bespaart niet alleen energie, ruimte en bedrading. De PBS-druktransmitters van SICK zijn allemaal gebaseerd op M12-connectoren, wat het werk van onze servicemonteurs veel gemakkelijker maakt. Dat is hoe plug-and-play’ werkt.

Dankzij het display op de PBS kon Byworth de manometer voor de warmwatervoorziening op ooghoogte plaatsen voor een gemakkelijke toegang in plaats van aan de bovenkant van de tank. Voor veel klanten is de extra analoge output van de PBS ook een voordeel gebleken, waardoor een andere aparte sensor niet meer nodig is.

Geleide radargolven voor de registratie van het waterniveau in de ketel

Misschien wel de grootste technologische sprong voorwaarts kwam toen SICK een nieuwe geleide radargolftechnologie introduceerde en Atkinson zich onmiddellijk realiseerde dat deze gebruikt kon worden om het waterniveau in de ketel te detecteren. Tot de introductie van de Sensor LFP Inox van SICK, had Byworth een capacitieve sensor of een vlottersysteem gebruikt om continu het waterniveau in de ketel te meten. De capacitieve sensortechnologie bleek gevoelig voor schuimvorming en het vlottersysteem was gevoelig voor turbulentie in de ketel.

De LFP Inox van SICK beheerst deze beide uitdagingen, aangezien hij niet wordt beïnvloed door schuimvorming op het water tijdens het vullen van de ketel, noch door turbulentie.

„De LFP-niveausensor, die is gebaseerd op geleide radargolven, geeft ons een veel betrouwbaarder en nauwkeuriger niveau, waardoor we ons voedingswatersysteem veel nauwkeuriger kunnen bedienen“, zegt Atkinson. „Het waterniveau schommelt nu veel minder. Hoe meer het waterniveau schommelt, hoe minder warmte-efficiënt het systeem is.“ SICK ontwikkelde een firmware-aanpassing voor de LFP om te voldoen aan de gecombineerde eisen van een sensor die ongevoelig is voor schuim en turbulentie en tegelijkertijd een display biedt dat gemakkelijk toegankelijk is voor keteloperators of servicemonteurs. Dit betekende niet alleen dat de LFP's voor Byworth konden worden gestandaardiseerd op een sondelengte van 1,3 m, maar het versterkersysteem van de LFP bood ook een oplossing om de sonde van de elektronica te scheiden, zodat operators gemakkelijker toegang hadden tot het display. De tanksonde van de LFP is bijvoorbeeld via een flexibele coaxkabel tot 3,3 m lang verbonden met de afzonderlijk geïnstalleerde sensor en de zender.

Succesvolle tests met de DOSIC ultrasone flowmeter bevestigen de concurrentiepositie en de meetnauwkeurigheid

Byworths succesvolle tests van SICK's DOSIC ultrasone flowmeter hebben zijn concurrentiekracht en meetnauwkeurigheid bewezen, dus werd hij geïntroduceerd voor de meting van voedingstanks op het gebied van kleinere ketels. Aangezien voedingswater vaak een omgekeerd osmoseproces heeft ondergaan, kan het een zeer lage geleidbaarheid hebben, zodat een magnetische flowmeter niet kon worden gebruikt. De DOSIC heeft zich ook bewezen in het meten van stookolie. Onlangs nog werden er tests uitgevoerd waarbij de nieuwe calorimetrische flowschakelaar FTS van SICK werd gebruikt om de flow in de afvoerkanalen van de wateronthardingsinstallatie te controleren. Standaardisatie en consolidatie in een centraal besturingssysteem was het concept achter Byworths baanbrekende digitale besturingssysteem ‘Unity’, dat in 2016 werd bekroond met de ‘Queen's Award for Enterprise in Innovation’. Traditioneel werden ketels ontwikkeld met individuele regelingen voor verschillende onderdelen van de ketel.

„We hebben studies uitgevoerd naar de Unity-systemen die een brandstofbesparing van 7 procent per jaar hebben aangetoond. Dit overtreft zelfs de besparing die kan worden bereikt door het installeren van een nieuw systeem. Wij regelen alles vanuit één unit in het ketelhuis en niet in afzonderlijke, individuele processen. Het gaat erom hoe we de ketels in serie schakelen, hoe we ze moduleren en hoe we ze op het net aansluiten“, zegt Atkinson. „De standaardisatie van de gebruikte sensoren helpt ons om de gegevens afkomstig van verschillende delen van het ketelhuis te verfijnen. Natuurlijk streven we ook naar precisie, betrouwbaarheid en herhaalnauwkeurigheid van de metingen. Meetinstrumenten zoals de geleide golfradar waren voor ons in het begin moeilijk te verkopen en we moesten uitleggen waarom we gebruik maakten van leveranciers die niet eerder geassocieerd waren met de ketelindustrie. Intussen zijn deze technologieën in trek bij de klanten en worden ze gespecificeerd voor nieuwe ketels. We moesten deze verandering doorzetten.

Onze relatie met SICK is een wederzijds voordelige samenwerking waarbij beide ondernemingen een beter product hebben gekregen.“

Verdere bijdragen

Ultrasone flowmeting voor stoom: Slimme keuze

Smart Fluid Power: Eenvoudige integratie in de hydrauliek en pneumatiek

DOSIC - een compacte roestvrijstalen sensor voor flexibele flowmeting

Niveau- en temperatuurbewaking in transformatorstations