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Druckmittler schützen wirkungsvoll

Störungsfreier Einsatz von Messgeräten in schwieriger Prozessumgebung
Druckmittler schützen wirkungsvoll

In vielen Anwendungen müssen Messgeräte für Druck oder Füllstand vom Prozess isoliert werden, sei es aus hygienischen Gründen, weil das Messmedium aggressiv oder gefährlich oder weil die Prozesstemperatur zu hoch ist. Dazu setzt man Druckmittler ein. Der Sensorhersteller Baumer bietet eine große Auswahl dieser Geräte mit den unterschiedlichsten Prozessanschlüssen an.

Ein Druckmittler besteht aus einer elastischen Membran, die mit dem Druckmittleroberteil hermetisch dicht verschweißt ist. Der Raum zwischen der Membran und dem Druckmessgerät ist mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt, die den Prozessdruck auf das Messgerät überträgt. Druckmittler können mittels Kapillarleitung, mittels einer Kühlstrecke oder direkt an das Druckmessgerät angebaut sein.

Druckmittler oder robuster Drucksensor
Für extreme Umgebungsbedingungen sind zwar bereits sehr robuste Druckmessumformer erhältlich. In vielen Fällen ist jedoch der Schutz des Druckmessgerätes über einen Druckmittler notwendig, etwa im Fall von sehr hohen oder sehr niedrigen Prozesstemperaturen (über 150 bzw. unter 20 °C) oder bei aggressiven Messstoffen, von denen das Druckmessgerät isoliert werden muss. Zähflüssige oder pastöse Flüssigkeiten wie Klebstoff, Zahnpasta, Abwasser oder Erdöl können das Messinstrument beeinträchtigen. Ein Druckmittler, der an einen Flansch mit geeigneter Einlauföffnung montiert ist, oder ein Druckmittler mit frontbündiger Membran verhindern dies. Bei Prozessflüssigkeiten, die bei Raumtemperatur erstarren, wie Honig, Zucker, Gummi oder Teer, lässt sich mit einem Druckmittler das Verstopfen der Rohrleitung vermeiden. Er kann in der Isolierung installiert werden, sodass die Flüssigkeit selbst auf Prozesstemperatur gehalten wird oder außerhalb der Isolierung, wo ihn ein Heizsystem) auf Prozesstemperatur hält.
In Prozessen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie geht es vor allem darum, Toträume so weit wie möglich zu vermeiden, da diese für eine prozessseitige Reinigung unzugänglich sind und diese Stellen schnell den Nährboden für Bakterien und Pilze bilden können. Dies ist entweder durch Verwendung von Druckmittlern mit einem lebensmittelgerechten Anschluss möglich oder mit passgenauen Rohrdruckmittlern, die eine Reinigung und Sterilisierung vor Ort (CIP, SIP) ermöglichen. Als Material kommt in einem solchen Fall hochwertiger Edelstahl mit einer Oberflächenrauheit von Ra #0.8 µm zum Einsatz.
Im Vergleich zu besonders robusten Druckmessumformern bieten Druckmittler grundsätzlich mehr Flexibilität auf der Prozessseite. Zum einen ist ein Druckmessgerät mit integriertem Druckmittler oder Trennmembrane immer fest, mit entsprechendem Platzbedarf, eingebaut; beim Einsatz mit einem Druckmittler kann das Druckmessgerät jedoch über eine Kapillarleitung verbunden werden und ist damit an einem idealen Platz einbaubar. Dies ermöglicht die Entkopplung von hohen Messorttemperaturen und auch von Vibrationen oder Schocks. Ein weiterer Vorteil bei Druckmittlern ist die große Anzahl von verfügbaren Prozessanschlüssen. Druckmessumformer sind meist nur mit drei bis vier verschiedenen Anschlussarten erhältlich, Druckmittler hingegen gibt es für fast alle bekannten Anschlussarten. Bei Druckmittlern ist auch die Auswahl an prozessseitig einsetzbaren Werkstoffen größer.
Zudem können für Druckmittler die unterschiedlichsten Druckübertragungsflüssigkeiten verwendet werden. Bei Druckmessumformern ist die Wahl eingeschränkt, da die Übertragungsflüssigkeiten meist direkt mit der elektrisch leitenden Sensorik in Kontakt kommen und deshalb selbst nicht leitend oder aggressiv sein dürfen. Eine mit dem Messmedium kompatible Druckübertragungsflüssigkeit ist in vielen Prozessen jedoch unabdingbar.
Besonderheiten beim Einsatz eines Druckmittlers
Die Eignung eines Druckmittlers für ein Messinstrument muss unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren berechnet werden. Diese sind der zu messende Druck, das vom Messinstrument absorbierte Volumen, das Totvolumen des Messinstruments, die Leitungslänge zwischen Druckmittler und Messinstrument sowie die maximalen und minimalen Umgebungs- und Medientemperaturen. Baumer bietet für alle seine Produkte entsprechende Kompatibilitätstabellen an, die diese Faktoren für die häufigsten Anwendungen berücksichtigen.
Die Steifigkeit der Membran und die Kompressibilität der Füllflüssigkeit sind Effekte, die die Funktion des Druckmittlers beeinflussen. Diese Effekte werden bereits bei der Auswahl der Geräte ermittelt und während der Montage und der Kalibrierung kompensiert. Eine Temperaturerhöhung bewirkt einen Zusatzdruck durch die thermische Ausdehnung der Füllflüssigkeit. Wird die Temperatur abgesenkt, entsteht durch die thermische Schrumpfung der Füllflüssigkeit ein Unterdruck innerhalb des Druckmesssystems. Durch die hausseitige Justierung der Messeinrichtung kann ein solcher Fehler größtenteils eliminiert werden.
Ein komplettes System – bestehend aus Druckmittler und Druckmessgerät, das je nach Bedarf durch eine Kapillarleitung bzw. Kühlstrecke erweitert werden kann – funktioniert nur dann, wenn das Arbeitsvolumen des Druckmittlers größer ist als das benötigte Steuervolumen des Druckmessgerätes unter Berücksichtigung der Volumenänderungen durch Temperatureffekte und der Volumenänderungen durch Kompressionseffekte.
Die Druckmittler sind in verschiedenen Bauformen verfügbar:
  • Membrandruckmittler werden auf ein vorhandenes Anschlussstück oder Flansche montiert.
  • Rohrdruckmittler werden direkt in die Rohrleitung eingespannt.
  • Zungendruckmittler baut man mittels eines Einschraubzapfens oder einer Überwurfmutter ein.
Mit den Baureihen D820, D824 und D825 bietet Baumer individuell anpassbare Membrandruckmittler mit integriertem Flansch für Prozesstemperaturen von -60 bis zu 400 °C an. Die Membran ist in den Werkstoffen Edelstahl, Uran, Hastelloy, Tantal, Titan und Monel erhältlich und kann zusätzlich mit einer Beschichtung aus PTFE, Halar oder Gold versehen werden.
Die Druckmittler der Baureihe D900 wurden insbesondere für die chemische und petrochemische Industrie entwickelt. Sie eignen sich ebenfalls für hohe Prozesstemperaturen bis zu 400 °C und sind für einen Druckbereich von 10 mbar (Relativ-, Differenzdruck) bzw. 50 mbar (Absolutdruck) bis maximal 250 bar ausgelegt. Für Kälteanwendungen oder um die Auswirkungen von Umgebungstemperaturschwankungen zu vermeiden sind die Druckmittler mit isolierten Kapillarleitungen erhältlich, die aus Edelstahl gefertigt und mit einer Ummantelung aus weißem Polyethylen geschützt sind. Sie sind mit einer Vielzahl unterschiedlicher, nach DIN, ISO oder ANSI genormter Flansche und mit unterschiedlichen Dichtflächen und Oberflächenbeschaffenheiten erhältlich.
Anwendungsspezifische Herausforderungen
Je nach Anwendung und Prozessmedium sind bestimmte Einschränkungen in der Ausführung und Installation des Druckmittlers zu beachten. Für Anwendungen mit Sauerstoff oder Chlor darf als Druckübertragungsflüssigkeit nur Fluorkohlenwasserstoff (LRS4) verwendet werden, der weder mit Sauerstoff noch mit Chlor reagiert. So ist die Sicherheit des Messgeräts auch im Falle eines unvorhergesehenen Versagens der Membrane gewährleistet.
Wenn Druckmittler mit Kapillarleitungen eingesetzt werden, beeinflusst dies die Eigenschaften der Druckübertragung. Die Reaktionszeit ist verzögert; dies hängt von der Länge und dem Innendurchmesser der Kapillarleitung sowie von der Druckübertragungsflüssigkeit, der Prozess- und Umgebungstemperatur, dem Druckbereich und dem verdrängten Volumen ab. Während des Einsatzes ist die Kapillarleitung vor Erschütterungen zu schützen. Auch darf sie keine engen Biegungen aufweisen. Um bei einer Differenzdruckmessung die Temperaturauswirkungen so gering wie möglich zu halten, sind die beiden Kapillarleitungen so zu montieren, dass sie die gleiche Länge ausweisen und in gleicher Weise durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden.
In manchen Anwendungen ist das Messgerät vor Überdrücken zu schützen. So kann sich zum Beispiel durch einen Ventilschluss die Prozessflüssigkeit anstauen und nach Freigabe dann plötzlich weiterfließen, wobei Druckspitzen entstehen können. In diesem Fall ist ein Druckbegrenzer zwischen Druckmittler und Messinstrument empfehlenswert. Auch beim Abprüfen von Leitungen in Raffinerien kann es zu einem bewussten Überdruck kommen. Erfolgt beispielsweise die Füllstandsmessung in einem Behälter im Normalfall bei einem niedrigen Druck zwischen 0 und 1 bar (entspricht 0 bis 10 m), muss die Installation für einen entsprechenden Prüfdruck von 10 bar ausgelegt sein. Auch in einem solchen Fall kann ein Druckbegrenzer das Messsystem schützen. Baumer bietet eine Reihe unterschiedlicher Überdruckschutzvorrichtungen für Niederdruck- und Hochdruckbereiche an. Um den Anforderungen der FDA, EHEDG, 3A und allgemein geltenden Standards für Anwendungen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu entsprechen, bietet Baumer ein breites Spektrum an hygienegerechten Druckmittlern an. Die Druckmittler erfüllen zudem die Atex 94/9/CE-Anforderungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen sowie die Forderungen der Druckgeräterichtlinie 97/23/CE.
Online-Info www.cav.de/0510402
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