Druckmesstechnik im Einsatz bei der Füllstandmessung an Tanks und Behältern

Das Lot hat ausgedient

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Der Füllstand in Tanks und Behältern lässt sich mit vielen unterschiedlichen Methoden messen. Von Messlatte und Lot bis zum modernen Hightech-Instrument ist dabei alles vertreten. Ein Klassiker zur Füllstandmessung ist die Druckmesstechnik. Sie stellt eine zuverlässige und genaue Methode dar. Für die speziellen Betriebsbedingungen der Chemie- und Pharmaindustrie hat ABB den Druckmessumformer 261 aus der Reihe 2600T entwickelt.

Günther Denecke

Füllstandmessungen an flüssigkeitsgefüllten Behältern können mithilfe eines Differenzdruck- oder Überdruckmessumformers vorgenommen werden. Die Flüssigkeit im Behälter erzeugt einen zur Füllhöhe proportionalen, hydrostatischen Druck, den der angeschlossene Messumformer misst und in ein zur Füllhöhe proportionales elektrisches Ausgangssignal umwandelt. Der Messumformer misst den Druck auf der Höhe des aktuellen oder unterhalb des minimal zu erfassenden Füllstandes und muss entsprechend montiert werden. Abhängig von der jeweiligen Flüssigkeit im Behälter wird die Anschlusstechnik des Messumformers festgelegt. Wenn die Prozessbedingungen es zulassen, kann der Messumformer über Impulsleitungen an den Behälter angeschlossen werden. Das Messmedium wird dann in den Messumformer eingeleitet.
Bei hohen Prozesstemperaturen sowie hochviskosen oder korrosiven Medien werden Druckfühler verwendet, damit kein Messmedium in die Messkammern des Messumformers eingeleitet werden muss. Diese Druckfühler trennen über eine vorgelagerte Metallmembran den Messstoff vom Messumformer und verfügen gleichzeitig über einen Flansch zur einfachen Montage am Behälter.
Hat der Behälter eine Verbindung zur Atmosphäre, ist er offen und damit nicht mit Druck beaufschlagt, wie es bei Lagerbehältern üblicherweise der Fall ist, dann kann die Füllstandmessung einfach mit einem Überdruckmessumformer durchgeführt werden.
Bei Applikationen mit einem offenen Behälter wirkt sich jede Änderung des Luftdrucks auf den Druck der Prozessflüssigkeit innerhalb des Behälters aus. Bei dieser Art der Füllstandmessung misst die Referenzseite des Sensors den Luftdruck und gleicht damit die Auswirkungen des Luftdrucks auf den Flüssigkeitsstand im Behälter aus. Die Belüftungsöffnung für die Referenzseite muss einen Druckausgleich ermöglichen und gleichzeitig gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit geschützt werden. Dafür werden hochwertige Filterelemente eingesetzt, die auch in kritischen Atmosphären ihre Aufgabe sicher erfüllen. Die Plusseite des Messumformers ist an den Behälter angeschlossen und misst so die tatsächliche Höhe der Flüssigkeit im Behälter.
Für die Auslegung eines Messumformers müssen die Prozess- und Umgebungsbedingungen bekannt sein, bei denen das Gerät eingesetzt werden soll. Das sind:
  • der Prozessdruck, mögliche Überlastungen
  • Werkstoffverträglichkeit
  • Korrosionsbeständigkeit von Materialien, die mit dem Messstoff in Berührung kommen
  • Umgebungs- und Prozesstemperatur
  • Anforderungen an die Gerätesicherheit, in der chemischen Industrie besonders der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen
  • erforderliche Bauartzulassungen
Die wichtigsten Kriterien für die Auslegung eines Druckmessumformers sind neben der Messgenauigkeit die zu verwendenden messstoffberührten Werkstoffe und die möglichen Umgebungs- und Prozesstemperaturen.
Werkstoffauswahl und Beständigkeit
Korrosion ist die allmähliche Zerstörung eines Metalls durch chemische oder elektrochemische Mittel. Sie wird durch die Konzentration der korrosiven Bestandteile im Messstoff und durch die Temperatur beeinflusst. Die messstoffberührten Membransysteme sind daher ein Schlüsselbestandteil des Messsystems. Diese Bauteile versagen aufgrund der Materialstärke sehr schnell bei Korrosionsangriffen. Bei den Prozessanschlüssen von Absolutdruck- und Überdruckmessumformern kann wegen der hohen Wandstärken häufig eine geringe Korrosion zugelassen werden, ohne die Lebensdauer des Messumformers zu sehr einzuschränken.
Anwendungen mit sogenanntem Sauergas im Öl & Gas-Bereich sind ein Sonderfall der Korrosion. Dabei handelt es sich um Messstoffe mit einem Anteil von Schwefelwasserstoff (H2S). CrNi-Stahl wird von Schwefelwasserstoff nicht im Sinne von abtragender Korrosion angegriffen. Es kann aber abhängig von Materialgefüge, Materialhärte und Legierungsbestandteilen zu Spannungsrisskorrosion kommen, die dann zu einem Versagen der Bauteile unter Druckbeanspruchung führt.
Im internationalen Standard NACE MR0175 sind die Werkstoffe und Werkstoffeigenschaften beschrieben, bei denen diese Art der Korrosion ausgeschlossen werden kann. Bei Anwendungen mit Schwefelwasserstoff ist deshalb darauf zu achten, dass für die drucktragenden Bauteile eines Messumformers Werkstoffe eingesetzt werden, die diesem Standard entsprechen.
Bei der Überprüfung der notwendigen und zulässigen Temperatureinsatzbereiche wird zwischen Umgebungstemperatur und Prozesstemperatur unterschieden. Während die Umgebungstemperatur mit angemessenem Aufwand nur in geringem Umfang zu beeinflussen ist, kann auf die Prozesstemperatur oft mit relativ einfachen Maßnahmen eingewirkt werden, sodass der Messumformer keinen Schaden nimmt.
Zum Schutz gegen zu hohe Umgebungstemperaturen wird der Messumformer beispielsweise in einem Schutzkasten oder unter einem Schutzdach montiert, um direkte Hitzeeinwirkung zu verringern. Zum Schutz vor sehr tiefen Temperaturen kann der Messumformer durch eine zusätzliche Heizung erwärmt werden. Gegen hohe oder sehr niedrige Prozesstemperaturen kann der Messumformer durch angepasste Montageanordnungen geschützt werden. Als erstes sind die Impulsleitungen zu nennen, die die Verbindung zum Prozess herstellen. Durch ihre Länge kann auch eine hohe Prozesstemperatur auf zulässige Werte herabgesetzt beziehungsweise eine zu niedrige Temperatur heraufgesetzt werden. Wenn Impulsleitungen wegen Verstopfungsgefahr oder aus anderen Gründen nicht zulässig sind, kann der Messumformer mit vorgeschalteten Trennmembransystemen (sogenannte Druckfühler) ausgerüstet werden, die wesentlich größere Temperatureinsatzbereiche erlauben als der Messumformer, beispielsweise +180 °C bei direkt angebauten Druckfühlern oder bis zu +375 °C bei Druckfühlern mit Kapillarrohr.
Füllstandmessung in rauen Umgebungen
Der kompakte Druckmessumformer 261 von ABB mit seinem robusten CrNi-Stahl-gehäuse ist für eine zuverlässige Füllstandmessung auch bei rauen Betriebsbedingungen geeignet. Gegebenenfalls kann das Gerät durch Anbau eines Druckfühlers erweitert werden.
Die Druckmessumformer der Reihe 261 sind bei der Auslieferung gemäß Kundenwunsch eingestellt. Zusätzlich kann der Messumformer mit standardisierten Programmen und Software (DTM, EDD), Handheld-Terminals oder mit dem wahlweise lieferbaren Anzeiger komplett konfiguriert und so an jeden Prozess vor Ort optimal angepasst werden.
Der kompakte Druckmessumformer 261 wurde innerhalb der Messumformer-Familie 2600T speziell für die besonderen Anforderungen der Chemie, Petrochemie, Pharmazie und die Nahrungs- und Genussmittelindustrie entwickelt. Die besonderen Produktanforderungen dieser Branchen werden hervorragend durch das Gerät abgedeckt.
Die wartungsfreie Sensorik hat sich in vielen Applikationen der unterschiedlichsten Industrien bewährt. Schon während der Entwicklungsphase wurden Elektronik und Sensor von einem unabhängigen Sachverständigen bezüglich Zuverlässigkeit und Diagnosefunktionen geprüft und die Einstufung SIL 2 erteilt. Der 261 ist gemäß Atex Ex ia und Druckgeräterichtlinie zertifiziert und erfüllt dadurch auch die besonderen Anforderungen der chemischen Industrie.
Das kontrastreiche Grafikdisplay stellt die Prozessgrößen übersichtlich dar und bietet eine intuitiv bedienbare Benutzerführung. Das Gerät verfügt über das einheitliche, produktlinienübergreifende ABB-Bedienkonzept. Parameter können über Tasten komfortabel und individuell eingestellt werden. Auch eine Korrektur beziehungsweise Konfiguration des Nullpunktes und der Spanne ist ohne Druckvorgabe möglich.
Online-Info www.cav.de/0809402
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