Gute Instrumentierung zahlt sich aus

Die Instrumentierung in Form von Mess-, Stell- und Analysegeräten stellt in einer Produktionsanlage nicht nur einen großen Teil der Investitionssumme und der Betriebsausgaben dar, ohne diese Geräte ist ein Produktionsprozess heute kaum noch denkbar. Waren allerdings in der Vergangenheit die Feldgeräte meist ohne eigene Intelligenz, hat sich dies seit einigen Jahren sehr geändert. Messumformer mit integrierten Mikroprozessoren erkennen nicht nur ihren eigenen Zustand und melden Fehler oder ihren Wartungsbedarf an übergeordnete Systeme, sie erkennen auch, wenn sich die Bedingungen im Prozess – durch Belagbildung an einem Sensor, durch Korrosion in einer Rohrleitung oder durch Kavitation in einem Ventilgehäuse – verschlechtert haben und eine optimale Produktion nicht mehr gewährleistet ist. Grundsätzlich beginnt Best Practise bereits bei der Planung und Installation und nicht erst, wenn ein Feldgerät in Betrieb genommen ist.

Einige Beispiele für Best-Practise-Instrumentierung sollen zeigen, was intelligente Mess-, Stell- und Analysegeräte heute leisten können.

Druckmessung nach dem Wirkdruckverfahren ist mit etwa 40 % die am häufigsten in Produktionsanlagen eingebaute Technologie für Druck, Füllstand und Durchfluss. Messblenden gehören also auch heute noch zu den am häufigsten genutzten Primärelementen, denn sie liefern nicht nur zuverlässige und genaue Messwerte in Anwendungen für Flüssigkeiten, Gase und Dampf, sie sind auch unkompliziert und günstig in der Anschaffung. Traditionelle Messblenden benötigen allerdings Einlaufstrecken, die nach ISO 5167 bis zum 60-fachen des inneren Rohrdurchmessers (60 D), und Auslaufstrecken, die bis zu 7 D betragen müssen, um exakte Messungen zu gewährleisten. In vielen Anlagen steht dieser Platz – selbst bei kleinen Rohrdurchmessern – nicht mehr zur Verfügung.

Dies ist weniger ein Problem bei der Messung von Drücken oder Füllständen, für Durchflussmessungen nach dem Wirkdruckverfahren, allerdings stehen in vielen Fällen keine genügenden Ein- oder Auslaufstrecken zur Verfügung. Strömungsgleichrichter können zwar Abhilfe schaffen, sind aber mit hohen Kosten, aufwändiger Installation und ständiger Wartung verbunden. Trotzdem halten viele Anwender am Wirkdruckverfahren fest. Daher begrüßen viele Planer und Betreiber die 4-Loch-Blende von Emerson Process Management als eine Möglichkeit, Messblenden auch in kurzen Rohrstücken einzusetzen. Bei Ein- und Auslaufstrecken ab 2 D können Volumen- oder Massedurchfluss exakt gemessen werden. Damit steht kostengünstige, vertraute Technik mit der geforderten Genauigkeit zur Verfügung. Für den Einbau kurz hinter Krümmern oder Schiebern eignen sich besonders kompakte Messsysteme, wie der 3051SFCC für Volumen- und der 3095MFCC für Massedurchflüsse. Planer und Betreiber sind jetzt wesentlich flexibler bei der Wahl des Einbauortes, ohne bei der Messgenauigkeit Kompromisse eingehen zu müssen.

Viele Tanks sind zur Erstellung eines Temperaturprofils mit mehreren Temperatur-messpunkten ausgerüstet. Umfangreiche Überwachungsinstallationen mit einigen hundert Sensoren sind entsprechend kostenintensiv und können durch den Einsatz des Messumformers 848T mit Multi-Sensorüberwachung bereits bei der Investition deutlich günstiger werden. Jeder Messumformer überwacht bis zu acht Widerstandsthermometer oder Thermoelemente. Darüber hinaus ist er kompatibel zur digitalen PlantWeb-Anlagenarchitektur von Emerson Process Management und zum Foundation Fieldbus, wobei ein Foundation-Fieldbus-Segment bis zu sechzehn 848T enthalten kann.

Dadurch lassen sich mit einem einzigen Kabel von der Anlage zur Leittechnik bis zu 128 Temperaturmesspunkte überwachen. Der Messumformer 848T reduziert so auch die Investitionskosten für die Verdrahtung mit der Leittechnik. Ein deutlich kostensenkender Faktor sind die acht Eingänge des 848T, so dass er acht konventionelle Temperaturmessumformer ersetzen kann. Hieraus resultieren Kosteneinsparungen von bis zu 30 % im Vergleich zu konventionellen Installationen. Außerdem verkürzt sich die SIP-Zykluszeit um etwa 20%. Diese Verbesserung wird durch die Kompatibilität des 848T zur digitalen PlantWeb-Anlagenarchitektur von Emerson Process Management sowie zum Foundation Fieldbus erreicht. Allein diese Technologie kann die Investitionskosten von SIP-Kontrollinstallationen um 20 bis 30 % reduzieren.

Inzwischen gehen Anlagenbetreiber dazu über, besonders kritische Messpunkte redundant auszulegen. So schreibt die FDA ein lückenloses Temperaturprofil des Herstellungsprozesses vor, ähnliche Auflagen gelten für den Emissionsschutz oder in der Lebensmittelindustrie. Der Ausfall der Temperaturmessung beispielsweise an einem Bioreaktor, in dem ein wochenlanger Prozess abläuft, kann eine wertvolle Charge zum Ausschuss werden lassen.

Daher setzen viele Betreiber an kritischen Messpunkten einen Hot-Backup ein, einen Messumformer und einen Sensor mit zwei Elementen. Denn obwohl auf beide Elemente des Doppelsensors die gleichen Einflüsse einwirken, fallen in den seltensten Fällen beide Elemente gleichzeitig aus. Fällt ein Element aus, erkennt der Messumformer das sofort und schaltet stoßfrei auf das Backup-Element um. Mit dem Messumformer Modell Rosemount 3144P und einem Doppelsensor reduziert sich das Ausfallrisiko im Vergleich zum Einfachsensor um die Hälfte. Dabei ist der Doppelsensor nur unbedeutend teurer in der Anschaffung als ein Einfachsensor.

Rein- und Reinstwasser wird in vielen Branchen genutzt, etwa in der pharmazeutischen Industrie zur Herstellung von Medikamenten und Injektionslösungen (WfI) sowie in der medizinischen Forschung, der chemischen Industrie für Analysezwecke, zur Herstellung von Computerchips und hochwertigen Fenstern sowie in Kraftwerken als Speisewasser für Dampferzeuger. Während Stadtwasser eine Leitfähigkeit von etwa 200 µS/cm besitzt, liegt der Wert bei destilliertem Wasser zwischen 0,5 und 5 µS/cm, bei Speisewasser in Kraftwerken bei maximal 0,2 µS/cm und bei Wasser für analytische Zwecke nach ISO 3696 in der Qualität 1 bei maximal 0,1 µS/cm. Allerdings besitzt dieses hochreine Wasser aufgrund seiner geringen Leitfähigkeit Eigenschaften, die sich negativ auf eine genaue pH-Messung auswirken und zwar je reiner das Wasser, desto stärker. Zu den Bereichen, die am meisten von diesen Eigenschaften beeinflusst werden, gehören die Stabilität der Bezugselektrode, die Ansprechempfindlichkeit der Glaselektrode, elektrisches Rauschen sowie spezielle Temperaturkontrollanforderungen. Mit dem pH-Sensor Modell 3200 HP mit pHaser-Diaphragma für Reinstwasseranwendungen steht ein pH-Messsystem zur Verfügung, das schnell auf Temperaturänderungen reagiert und eine sehr kurze Ansprechzeit sowie eine hohe Stabilität der pHaser-Bezugselektrode besitzt. Darüber hinaus ist es sehr einfach zu kalibrieren und zu warten. Das System enthält einen Pt100-Temperatursensor nahe der pH-Glaselektrode aus AccuGlass und ist so in der Lage, eine schnelle Temperaturkompensation durchzuführen.

Viele der hier beschriebenen messtechnischen Probleme lassen sich nicht nur mit fest verdrahteten Messgeräten lösen. Vor allem in abgelegenen Bereichen einer Anlage sind häufig Messwerte zu erfassen, deren Übertragung mit konventioneller Verdrahtung und selbst mit LWL-Kabeln in der Vergangenheit nicht zu lösen waren. Mit der drahtlosen Datenübertragung von Emerson Process Management können diese Bereiche in die PlantWeb-Architektur eingebunden, messtechnisch erfasst und in das Wartungs- und Qualitätsmanagement einbezogen werden. Denn alle Funktionen, die mit verkabelten Geräten problemlos funktionieren, sind natürlich auch in der Smart-Wireless-Version der entsprechenden Geräte verfügbar.

cav 402

Emerson Prozessautomatisierung

pH-Sensor Modell 3200 HP für Reinstwasseranwendungen