Für alle Fälle totraumfrei

Ralph Lindemann

Die Probenahme ist ein nicht mehr wegzudenkender Verfahrensschritt im Bereich der Kontrolle und Steuerung chemischer Reaktionen und verfahrenstechnischer Prozesse sowie zur Überprüfung von Identitäten und Qualitäten von Produkten. Dabei stellen sich mehrere Aufgaben, die erfüllt werden müssen. So ist beispielsweise die Gefährdung des Bedienpersonals während der Probenahme zu minimieren. Gleichzeitig muss eine totraumfreie und repräsentative Entnahme einer Probe ohne Vorlauf gewährleistet sein. Darüber hinaus ist das Probenahmesystem an die vorhandene Anlage anzupassen. Hierzu ist eine entsprechende Auswahl der zu verwendenden Werkstoffe für Ventilkörper und Dichtungen zu treffen. Ebenso gilt es die Druck- und Temperaturparameter sowie die Einbausituation zu berücksichtigen. Weitere wichtige Punkte beim Einbau eines Probenahmesystems sind die Bedienbarkeit, die zu entnehmende Probemenge, die Anpassung an das jeweilige Produkt (Beheizung oder Kühlung) sowie eine geschlossene Probenahme mit sicherer Transportmöglichkeit in das Labor.

Für die optimale Auswahl einer Probenahmearmatur müssen zunächst die Gefahren des Entnahmeproduktes exakt analysiert werden. Nur so lässt sich die für den Bediener resultierende Gefährdung minimieren. Darunter fällt insbesondere die Wirkung des entsprechenden Stoffes bei der Entspannung in den drucklosen Zustand sowie das Verhalten an der Atmosphäre. Hierzu zählen unter anderem Ausgasungen, Verdampfungen, Explosionsfähigkeit, hygroskopisches Verhalten, Neigung zur Kristallisierung oder Verkleben, Brennbarkeit und gesundheitsschädigende Wirkungen. Erst nach Klärung dieser Fragen kann der zweite Schritt der Auswahl erfolgen. Wichtig hierbei ist, das Ventil soweit wie möglich totraumfrei auszuführen, um repräsentative Proben zu erhalten. Jeder Vorlauf verfälscht die entnommene Probe und kann durch fehlerhafte Analysen zu großen Schäden führen. Häufig resultiert eine Überreaktion in der Anlage, wodurch Produktverluste oder Schäden an der Anlage entstehen. Aber auch die Beimengung von nicht spezifikationsgerechten Anlieferungen oder die Auslieferung von Produkten, die nicht der Kundenspezifikation entsprechen, können auftreten. Standardarmaturen gewährleisten oftmals keine Totraumfreiheit, dies gilt insbesondere bei der Probenahme aus Behältern. Eine fachmännische Anpassung mit erfahrenen Spezialisten und eine Begehung vor Ort zur Aufnahme der Problematik ist daher sehr wichtig. Zuerst erfolgt die Auswahl des richtigen Materials, da dieses auch unmittelbar mit den Auslegungsparametern Druck und Temperatur der Anlage zusammenhängt.

Unter extremen Bedingungen wie hohen Betriebsdrücken oder Vakuum ist auf jeden Fall ein Schleusensystem notwendig, um gefahrlos, d.h. drucklos, die Probe zu entnehmen (Abb. 1). Die Funktion liegt hierbei in der Aufnahme einer bestimmten Produktmenge in eine definierte Kammer. Diese Kammer wird nach der Befüllung mit einem Bedienorgan – in diesem Falle ein Handrad – zur Anlage verschlossen. Der durch die Befüllung entstandene Betriebsüberdruck in der Schleuse wird über einen speziellen Anschluss entspannt. Danach kann die Probemenge gefahrlos über den unten angebrachten Hahn entnommen werden. Eine Überfüllung des Probenahmegefäßes ist aufgrund des definierten Volumens der Schleuse nicht möglich. Die Schleusen sind mit einem Spülanschluss versehen, so dass nach jeder Probenahme das Ventil von innen gereinigt werden kann und somit auch die nächsten Proben repräsentativ sind. Diese Ventile sind an Behälter sowie an waagerechte und senkrechte Rohrleitungen totraumfrei anbaubar (Abb. 2).

Für Medien, die leicht verdampfen oder ausgasen, lässt sich die Schleuse mit einem Kühlmantel ausführen. Das Produkt bleibt solange in der Schleuse, bis die gewünschte Entnahmetemperatur erreicht und eine gefahrlose Entleerung möglich ist. Bei einem Druckbereich bis ca. 30 bar sind auch noch Bedienelemente verwendbar, die mit Hilfe einer Feder beim Loslassen des Bedieners automatisch schließen. Dies ist eine zusätzliche Sicherheit, immer ein geschlossenes System vorzufinden.

Bei verklebenden und aushärtenden Produkten lässt sich die Schleuse mit Hilfe eines Doppelmantels beheizen (Abb. 3). Manometer und Thermometer überprüfen in der Schleuse die vorgegebenen Werte. Ist die Armatur im Niederdruckbereich installiert, kann die Probe gegebenenfalls direkt aus einer Rohrleitung entnommen werden. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für Produkte mit einem niedrigen Stockpunkt. Die Dichtungen und der Entnahmedurchmesser der Armatur werden dabei auf die Viskosität des Produktes abgestimmt. Auch ein Ventil zum Einbau in Rohrleitungen kann, um Kaltstellen in der Anlage zu vermeiden, mit einem Heizmantel ausgeführt werden. Es stehen Baulängen nach DIN 3202-F1 bis F19 oder eine Kurzbauform (100 mm) zur Verfügung.

Für die Probenahme an beheizten Ventilen ist ein Probenahmebehälter mit einem Schutzköcher erforderlich (Abb. 4). Dieser verfügt über einen Tragegriff und wird mit einem robusten, gegen Verunreinigungen unempfindlichen Bajonettverschluss am Ventilauslauf befestigt. Der Köcher besitzt zwei gegenüberliegende Sichtschlitze, die dem Bediener eine einfache Füllstandkontrolle ermöglichen. Das Probenahmegefäß selbst ist in einem Innenköcher gelagert, der für eine gute Isolierung nach außen sorgt und das Gefäß zusätzlich vor Beschädigungen schützt. Nach dem Abkoppeln vom Ventil verbleibt das Probegefäß im Köcher und wird dort mit einer Kappe verschlossen. Ein Einschrauben des Probenahmegefäßes in den Schutzköcher bietet sich meistens nicht an, da ein Gewinde durch Verschmutzungen und schwieriges Handling Gefahren für den Bediener birgt.

Bei sehr giftigen oder toxischen Substanzen oder Produkten mit starker Geruchsbildung eignen sich Probenahmesysteme mit einem zusätzlichen Schutzschrank. Alle Bedienelemente sind bei geschlossenem Schrank zu betätigen. Während und nach der Probenahme wird mit Hilfe einer Absaugung ein ständiger Luftaustausch erzeugt. Bei Produktaustritt lässt sich der Schrank von außen spülen und reinigen. Eine Gefährdung des Bedieners ist somit nahezu ausgeschlossen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, alle Armaturen mit pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Antriebselementen auszurüsten und mit einer Steuerung die Probenahme vollständig zu automatisieren. Je nach Anforderung lassen sich die Steuerungen einfach oder als komplette Lösung realisieren.

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