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Schließt Lücke in der Armaturenüberwachung

Torsionsmessung in der Kupplung
Schließt Lücke in der Armaturenüberwachung

Für einen sicheren Betrieb von Prozessanlagen sorgen eine Reihe von Normen und Sicherheitsstandards sowie Risikobewertungen wie Lopa, SIS oder SIL. Um diese Sicherheit zu gewährleisten, ist es Stand der Technik, dass ausreichend Messtechnik für die Zustandsüberwachung einzelner Komponenten wie Kompressoren oder Pumpen zum Einsatz kommt. Welche Rolle spielen dabei die Armaturen und wie lassen sich diese überwachen?

Armaturen müssen im Produktionsprozess zuverlässig arbeiten; Dichtigkeit und Funktion sind im Betrieb unerlässlich. Antrieb und Armatur haben in der Einheit hohe sicherheitstechnische Anforderungen zu erfüllen. Bei Störungen und in Notfällen muss gewährleistet sein, dass sie in ihre vorgesehene Sicherheitsstellung fahren und ihre dortige Funktionsweise erfüllen können. Eine Messung oder Überwachung über die Zuverlässigkeit gibt es bei der Armaturen-Antrieb-Einheit bisher aber nicht. Eine Auf- oder Zu-Meldung zeigt zwar an, wo sich der Antrieb befindet, doch in welchem Zustand sich die Armatur befindet, bleibt unklar. Mit der von Wesa-Control entwickelten Torsionsmesskupplung (TMK) und dem zugehörigen Auswertesystem ist es nun möglich, eine gleichwertige Überwachung wie bei allen anderen Aggregaten anzuwenden. Die Torsionsmesskupplung ersetzt die herkömmlich verwendeten Kupplungen und wird zwischen Antrieb und Armatur eingebaut. Sie überträgt nicht nur die Kräfte des Antriebs, sondern erfasst auch das zugehörige Drehmoment. Der Fortschritt, den qualitativen Zustand der Armaturen während des Betriebs zu überwachen, erhöht die Zuverlässigkeit, somit die Sicherheit für den Betreiber von Armaturen. SIL bekommt durch diese Messmethode einen neuen Stellenwert bei Armaturen.

Vergleich der Drehmomente

Das Messverfahren beruht darauf, dass das Drehmoment im Neuzustand einer Armatur aufgezeichnet wird und dann mit dem Betriebszustand laufend verglichen wird. So lassen sich Trends erkennen. Überschreiten die Betriebsmesswerte bestimmte Toleranzen, im Vergleich zur Basiskurve, gibt die Auswertungssoftware einen Alarm aus. Mit den Messwerten aus der TMK werden die Anpresskräfte der Sitzringe ermittelt, die ein Maß für die Dichtigkeit darstellen. Die Presskräfte der Stopfbuchsen oder sonstiger Abdichtungen und die Lagerreibung werden ebenfalls ermittelt. Die bleibende Verdrehung, die Steilheit der Drehmomentkurve und das Losreißmoment im Messvorgang stellen die wichtigen Grundlagen zur Bewertung des Qualitätszustandes dar. Alle Abweichungen zur Ursprungsmessung innerhalb bestimmter Toleranzen weisen auf Fehlverhalten der Armatur hin. Treten kleinere Drehmomente als die ursprünglichen auf, so können nachlassende Kräfte an den Sitzringen oder Stopfbuchsen Undichtigkeiten signalisieren. Kleinere Drehmomente als die ursprünglichen signalisieren auch eine gebrochene Welle oder den Ausfall der Luftversorgung durch das Magnetventil.

Statisches Drehmoment

Die bleibende Verdrehung oder das statische Drehmoment ergibt sich aus den vorhandenen Reibungskräften in der Armatur. Genau diese Reibungskräfte sind mitverantwortlich für die Dichtigkeit einer Armatur und werden von der bleibenden Verdrehung auch in jedem Ruhezustand angezeigt. Dies sind auch die Vorteile einer TMK-Messung gegenüber einer Druck-/Laufzeitmessung oder einer Messung über die Stromaufnahme. Bei Stillstand der Armatur liefern die Druck- und Laufzeitmessung oder die Messung über die Stromaufnahme keine Messergebnisse mehr. Mit der Torsionsmesskupplung wird auch das statische Drehmoment gemessen. Wenn die bleibende Verdrehung gegen Null laufen würde, wäre ein gravierender Fehler in der Armatur vorhanden.

Auswertung der Messwerte

Alle am Kugelhahn gemessenen Drehmomente vergleicht man mit der Basiskurve, um festzustellen, ob sich Veränderungen im Betriebseinsatz ergeben haben. Die Basiskurve wird als Referenz aufgezeichnet, entweder beim Hersteller, im Reparaturbetrieb oder beim ersten Einsatz im Betrieb mit den Betriebsparametern. Die Grafik zeigt ein Beispiel einer Basiskurve und einer Betriebskurve. Zwischen den roten Balken ist die Kugelhahncharakteristik der Armatur abgebildet und gleichzeitig ist der Weg 0° bis 90° gut zu erkennen und umgekehrt 90° bis 0°. Eine Wegaufzeichnung entfällt hier. So lassen sich anhand der Charakteristik, die bei jedem Armaturentyp unterschiedlich ist, die Abweichungen zuordnen. Bei jedem Drehwinkel ist eine Abweichung gut zu erkennen. Die bleibende Verdrehung liegt in diesem Beispiel in der Aufstellung bei ca. 50 Nm, im geschlossenen Zustand bei ca. 42 Nm.

In der Auf-Fahrbewegung zeigt die die rote Betriebskurve keine Abweichung zur blauen Basiskurve. Im Schließvorgang, kurz bevor die Endlage erreicht wird oder die Endlage erreicht ist, entsteht ein erhöhtes Drehmoment. Die bleibende Verdrehung ist bei Blau von ca. 42 Nm auf ca. 78 Nm bei Rot angestiegen. Solche Abweichungen zeigen, dass sich an den Sitzringen Ablagerungen gebildet haben und so verhindern, dass die ursprünglichen Werte der Basiskurve erreicht werden. Werden Toleranzgrenzen überschritten, so würde ein Alarm auflaufen. Nicht alle Messverfahren könnten solche empfindlichen Messergebnisse liefern. Alle Unsicherheiten bei SIL, SIS, im Zusammenhang mit Armaturen, können mit dem Messverfahren der TMK ausgeräumt werden.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0118wesacontrol


Autor: Franz Saal

Geschäftsführer,

Wesa-Control

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