Kalibrieren leicht gemacht

Dietmar Saecker

Die regelmäßige Überprüfung von SIL-relevanten Temperaturmesssystemen ist in vielen Wartungsplänen vorgeschrieben und deren Notwendigkeit lässt sich auch aus der Festlegung der Einsatzzeit bei der Berechnung des PFD-Wertes ablesen. Besonders durch die hohe Sicherheit moderner Temperaturtransmitter dominieren die sicherheitsrelevanten Kennwerte des Temperaturfühlers im Vergleich mit den vergleichsweise kleinen Werten des Transmitters. Je nach Art der Sensorik und Schwierigkeitsgrad der Anwendung ist die Fehlerwahrscheinlichkeit des Temperaturfühlers sogar um Zehnerpotenzen höher.

Dies kann leicht mit den Einsatzbedingungen erklärt werden. Während der Transmitter in einem Gehäuse außerhalb des Prozesses bei moderaten klimatischen Bedingungen in einem dafür vorgesehenen Gehäuse eingebaut ist, befindet sich der Temperatursensor innerhalb des Prozesses in der Regel dort, wo es am heißesten ist und Vibrationen auftreten. Die Sensorik ist somit einem Verschleiß unterworfen, der überwacht werden muss.

Im Rahmen der regelmäßigen Prüfungen sollten daher nicht nur die Sicherheitsfunktionen des Transmitters (z. B. Verhalten bei Sensorbruch, Kurzschluss oder Störungen der Energieversorgung) getestet, sondern auch der Temperaturfühler überprüft werden. Neben einer Sichtprüfung sollte dies auch eine Kalibrierung beinhalten.

Die SIL-konforme Berechnung des PFD-Wertes setzt die Angabe einer geplanten Einsatzzeit voraus. Da man besonders kritische Fehler wie einen Sensordrift nur durch eine Kalibrierung des Temperaturfühlers feststellen kann, ist die Einsatzzeit mit dem Kalibrierintervall des Thermometers gleichzusetzen.

Dieser Kalibrierrhythmus kann errechnet werden, wenn man bestimmt, wie lange die Einsatzzeit maximal werden kann, um immer noch die vorgeschriebene Grenze der SIL 2 Klassifikation zu erreichen:

Dies gelingt durch Umformen der Formel für PFD in:

TCal = 2·PFDGrenz/ λdu

Für SIL 2 ist PFDGrenz = 9,9 x 10-3. Daraus lassen sich die in der Tabelle aufgeführten Werte berechnen.

Hochbelastete Widerstandsthermometer in 2-Leiterschaltung eignen sich eigentlich nicht für SIL 2-Anwendungen und sie sollten, genauso wie Thermoelemente, mindestens jährlich kalibriert werden. Bei Kabelfühlern kann dieser Wert sogar noch unterschritten werden, was halbjährliche Intervalle nahelegt. Bei Widerstandsthermometern in 4-Leiterschaltung und vorkonfektionierten Messstellen mit Qualitätssicherungsnachweis für die 3-Leiterschaltung ergeben sich rechnerisch längere Intervalle, sodass es ausreicht, diese Thermometer während der regelmäßigen Stillstandszeiten einer prozesstechnischen Anlage (alle 2 bis 3 Jahre) zu kalibrieren. In diesem Zusammenhang sollten auch die Schutzrohre auf mögliche Schäden durch Korrosion und Abrasion untersucht werden.

Zur einfachen Durchführung der regelmäßigen Wiederholungsprüfung des Thermometers sowie zur Steigerung der Sicherheit haben sich Schutzrohre überall durchgesetzt. Sind Thermometer mit Transmitter im Anschlusskopf in ein Schutzrohr eingebaut, ist es einfach möglich, die messtechnisch relevanten Teile aus dem Prozess zu entfernen, ohne den Prozess öffnen zu müssen. Kritische Medien können nicht austreten, Drücke bleiben innerhalb der vorgesehenen Behälter erhalten. Damit wird es auch möglich, das Thermometer während des laufenden Betriebes auszubauen und zu kalibrieren.

Bereits bei der Planung von sicherheitskritischen Applikationen sollte eine Schutzrohrberechnung durchgeführt werden. Hierbei wird systematisch überprüft, ob das zunächst vorgesehene Design den statischen und dynamischen Belastungen gewachsen ist. Dabei wird auch ermittelt, ob es zu einer strömungsinduzierten Resonanz des Schutzrohres kommen kann. Gegebenenfalls werden dabei Vorschläge errechnet, wie das Schutzrohr noch sicherer gemacht werden kann.

Der gefährliche Fehler Sensordrift ( λdu) kann ausschließlich durch eine externe Kalibrierung entdeckt werden. Es kann aber vorkommen, dass sich dieser Drift auf den gesamten Messbereich des Thermometers ungleichmäßig auswirkt, z. B. bei +100 °C ist es noch genau, aber bei +450 °C liegt es schon außerhalb der Klassengenauigkeit. Die Kalibrierung des ausgebauten Thermometermesseinsatzes sollte daher bei ähnlichen Temperaturen wie denen, die im Prozess vorherrschen, durchgeführt werden. Die Darstellung prozessnaher Referenztemperaturen erfordert allerdings hochwertige Kalibratoren. Diese müssen einstellbare Temperaturen mit guter Stabilität zur Verfügung stellen. Falls diese Referenznormale vor Ort nicht vorhanden sind, so ist zu prüfen, ob ein Kalibrierdienst hinzugezogen werden sollte. Zum Teil können die Kalibrierdienste mobile Kalibratoren an die Anlage bringen, und sie können bei extremen Anforderungen bezüglich Temperatur oder Genauigkeit, auf ein angeschlossenes stationäres DKD-Labor zurückgreifen.

Ifat: Halle A4, Stand 121

Online-Info www.cav.de/0910483