Harte Schale für sensiblen Kern

Helmut Becker

Für eine sichere pH-Messstelle ist zunächst die Auswahl des optimalen Sensors, in Bezug auf Membranglas, Diaphragma und Art des Elektrolyts (flüssig oder verfestigt) wichtig. Mindestens ebenso bedeutend für die Betriebs- und Messsicherheit ist auch die richtige Platzierung der Messstelle im Prozess sowie die Auswahl der optimalen Armatur. Hierbei gibt es von einer statischen Einbauarmatur bis hin zu einer automatischen Wechselarmatur, die den Sensor regelmäßig und automatisch reinigt eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gerade die automatisierte Variante eröffnet die Perspektive, den manuellen Wartungs- und Kalibrieraufwand besonders bei schwierigsten Anwendungen zu minimieren. Aber auch dabei liegt der Teufel im Detail, denn wählt man eine ungeeignete oder schlecht kons-truierte Armatur aus, muss man häufig die bei dem Sensor eingesparte Wartungskapazität für die Armatur und das Reinigungssystem einsetzen und hat somit letztlich keinen wirklichen Vorteil.

Es stellt sich also folgende Frage: Wie muss eine moderne Wechselarmatur aufgebaut sein, damit die Wartungsintensität schwieriger Messstellen auch real sinkt und zuverlässige Messungen und die Sicherheit des Betriebes garantiert werden können?

Zunächst muss eine Wechselarmatur ihre Hauptaufgabe sicher erfüllen. Sie muss den Sensor optimal spülen und somit von allen Belägen und Verschmutzungen, die sich während der Messung am Sensor bilden, befreien. Die Spülwirkung ist in den am Markt vorhandenen Armaturen bereits konstruktionsbedingt sehr unterschiedlich und leider oftmals nur ungenügend. Die Spülwirkung am Sensor wird erheblich minimiert, wenn sich Spülein- und -ausgänge gegenüber liegen und von einem Steg des Sensorschutzkorbs verdeckt werden. Dies ist bei Schutzkörben mit drei Stegen immer der Fall.

Die beste Spülwirkung am Sensor wird erreicht, wenn man die Spülflüssigkeit mit mehreren Düsen direkt auf den Sensor leitet. Diese Erkenntnis wurde für die Spülkammer der Wechselarmaturenfamilie Chemtrac so umgesetzt, dass diese bereits ohne den Einsatz von Chemikalien eine sehr überzeugende Reinigungswirkung erbringt. Mindestens ebenso wichtig für eine gut funktionierende Wechselarmatur ist, dass alle mit der Prozessflüssigkeit in Kontakt kommenden, beweglichen Armaturenteile mitgespült werden. Auch hier wird der Grundstein der Spülwirkung bereits in der Konstruktion der Armatur gelegt. Zum Beispiel können Teile, die zwischen einer doppelten Dichtung liegen, nicht gespült werden. Dadurch werden Beläge nicht entfernt und die Dichtungen schnell zerstört. Somit wird der vordergründige Vorteil doppelter Prozessdichtungen schnell zum Nachteil und Hauptursache häufiger Dichtungswechsel und Wartungseinsätze. Die Spülkammer der Chemtrac ist daher so konstruiert, dass alle zu spülenden Teile gut erreichbar und innerhalb der Spülkammer liegen.

Kein Sensor bringt zuverlässige Messergebnisse, wenn er nicht optimal im Prozess positioniert ist. In der Praxis bedeutet das, dass beim Einbau in Rohrleitungen wie auch in Prozessbehälter die Eintauchtiefe des Sensors entscheidend ist. Diese ist nicht gleich bedeutend mit der Länge der Armatur. Im Gegenteil: Lange Verschlusszapfen sind beim Einbau in Rohrleitungen eher von Nachteil.

Wichtig ist auch, dass sich wie bei der Chemtrac der Schutzkorb einer Wechselarmatur zur Strömungsrichtung ausrichten lässt, damit der Schutz des Sensors auch wirklich gewährleistet ist und nicht vom zufälligen Einbau abhängt.

Ein Schutzkorb mit zwei Stegen bietet je nach Ausrichtung entweder optimale Anströmung des Sensors oder bestmöglichen Schutz des Sensors vor Feststoffen. Die Chemtracs zeigen daher nicht nur außen mittels einer mitdrehenden Markierung die Position der zwei Stege an, sondern sie erlauben sogar die ideale Ausrichtung des Sensors.

Hat man den Sensor mithilfe der Wechselarmatur richtig im Prozess positioniert und wird er auch noch durch gute Spülwirkung sicher von Belägen und Verschmutzungen befreit, so verringert sich der Wartungsaufwand am Sensor auf ein Minimum. Dann ist es wichtig, dass auch die Armatur mit einem Minimum an Wartung auskommt. Bei richtiger Materialauswahl unterliegen nur die Dichtelemente sowie die beweglichen Teile einer Armatur einem Verschleiß. Viele Wechselarmaturen sind auf den Einsatz von möglichst kurzen Sensoren (120 mm) hin konstruiert. Bei den Chemtracs wird sehr viel Wert gelegt auf die fachgerechte Lagerung der bewegten Teile. Es wurde auch auf den Einsatz von O-Ring-Dichtungen für dynamische Prozessabdichtungen oder gar als Kolbendichtung verzichtet. Denn bei solchen Konstruktionen ist der schnelle Verschleiß gleich mit eingebaut und eine sichere Messung über längere Zeiträume fast unmöglich. Bei den Wechselarmaturen von SI Analytics sind alle beweglichen Teile in PTFE-Führungsringen gelagert, die Antriebseinheit robust mit Kolbendichtungen ausgelegt und daher wartungsfrei. Der Prozess wird mit vorgespannten PTFE-Dichtungen sicher von der Spülkammer und der Umwelt getrennt. Noch wichtiger ist allerdings, dass man die Dichtungselemente möglichst gering dynamisch beansprucht.

Das bedeutet, je geringer der Verfahrweg einer Wechselarmatur ist, desto weniger werden alle Dichtelemente und beweglichen Teile beansprucht. Die Chemtracs sind hier vorbildlich und haben erstmals unabhängig von der Eintauchtiefe des Sensors einen Verfahrweg von nur 36 mm. Dies ist nur durch die intelligente Verlagerung der Spülkammer möglich. Speziell bei großen Eintauchtiefen wurde bisher versucht, die Eintauchtiefe immer über längere Verfahrwege zu realisieren. Dadurch wird die Beanspruchung und der Verschleiß der Dichtelemente drastisch erhöht. Der Verschleiß und der Wartungsaufwand wird dadurch weiter gesteigert, dass die beweglichen Teile bei langen Verfahrwegen nicht in die Spülkammern passen und damit nicht gespült werden. Die Chemtracs besitzen daher bei längeren Eintauchtiefen eine verlängerte Spülkammer und können so den Verfahrweg bei 36 mm belassen und den Wartungsaufwand auf ein Minimum reduzieren. Durch eine strikte Trennung von Antrieb und Nassteil, wird bei den Chemtracs außerdem eine Verschleppung von Prozess- oder Spülmedium in den Antriebs- und Steuerungsteil sicher verhindert.

Hat man eine Wechselarmatur, die den Sensor gut reinigt, optimal in den Prozess einbringt und selbst nahezu wartungsfrei ist, muss der Bediener letztlich höchst selten manuell eingreifen. Dann ist es umso wichtiger, dass die Bedienung einfach, intuitiv und sicher ist. Dabei darf es nicht möglich sein, den Sensor in der Position Messen auszubauen und ebenso muss ein Einfahren der Armatur ohne eingebauten Sensor zwingend verhindert werden. Diese Sicherungssysteme müssen automatisch funktionieren und nicht erst manuell aktiviert werden. Denn diese manuellen Eingriffe werden oft vergessen, wodurch ein hohes Gefährdungspotenzial für den Benutzer entsteht. Die Armaturenfamilie Chemtrac verfügt über einen sicheren, mechanischen Einfahrschutz, der das Verfahren der Armatur in die Messposition wirksam verhindert, wenn der Sensor nicht oder nur ungenügend in die Armatur eingebaut ist. Ebenso ist ein Ausbau des Sensors in der Messposition unmöglich.

Zur Sicherheit gehört aber auch, dass eine Wechselarmatur einfach und intuitiv anzuschließen ist. Dabei muss man nicht gleich auf ein proprietäres System setzen, dass einen wiederum an einen bestimmten Hersteller bindet. Ein offenes aber dennoch smartes Anschlusssystem mit größen- und farbkodierten Anschlüssen, wie bei der Chemtrac, bietet eine durchdachte Lösung und stellt den Anwender in den Mittelpunkt. Der kann ganz nach seinen Wünschen die Armatur mit einer Steuerung seiner Wahl kombinieren.

Bereits bei Wahl der Armatur ist es von großem Vorteil, wenn das Produktprogramm wie bei den Chemtracs eine große Tiefe bei den Materialien der Armatur selbst und der Dichtungen, den Prozessanschlüssen, der Eintauchtiefe bis hin zu den unterschiedlichen Reinigungsverbindungen bietet. Auch wenn man bestehende Prozessanlagen aufrüsten will. Denn neben der eigentlichen Armatur gibt es auch ein umfangreiches Zubehörprogramm von der passenden Steuerung der Armatur, Ventile für Reinigungslösungen und Anschlussschläuche bis hin zu Durchflussgefäßen. Damit entsteht ein abgestimmtes, funktionssicheres Gesamtmesssystem.

Achema: Halle 10.1, Stand H20

Online-Info www.cav.de/0409497