Chemikalien sind überall – meistens jedoch dort, wo wir sie nicht sehen: von den Möbeln, die uns abends entspannen, bis in die Verpackung unseres Lieblingssushis. Gemeinsam ist unseren Alltagsbegleitern, dass sie früher oder später nicht mehr gebraucht werden. Zu unserem Haushaltsmüll gesellen sich die Reststoffe aus deren Produktionsprozessen. Die lange Liste reicht von Bodenschlämmen aus Tanks, ölhaltigen Gemischen, Lösemitteln über Farb- und Lackentferner oder aber chlorierten Emulsionen. Solche Stofffraktionen erfordern spezialisierte, durchdachte Entsorgungslösungen, entsprechend den geltenden Normen und mit ökologischer Verantwortung.
Je nach Belastungsgrad kann eine Verbrennung der Materialien die nachhaltigste Option sein; in der EU-Abfallrichtlinie rangiert diese Beseitigungsmethode unter Verwertung. Sie verfolgt zwei Hauptziele: die Reduzierung des Abfallvolumens und die Zerstörung potenziell gefährlicher Substanzen. An die Entsorgungsunternehmen stellt sie beträchtliche Herausforderungen: vom Massenumschlag der eingehenden Abfallströme bis hin zur Überwachung und Kontrolle der Substanzen, die in die Umwelt gelangen. Es sind wiederum Chemikalien, die hier Prozessströme und Reststoffe reinigen, optimieren und neutralisieren. Gelagert werden sie in großen Vorratsbehältern an strategischen Punkten in den jeweiligen Verbrennungsanlagen.
Zuverlässige Messung macht den Unterschied
Das britische Belvedere, nahe London, ist Standort einer solchen Müllverbrennungsanlage. Vor Ort befinden sich vier Polypropylentanks mit Natriumhydroxid (Natronlauge 32 % und Salzsäure 32 %). Jedes Medium wird hier in einem großen Behälter zur Bevorratung und in einem kleineren Tagesbehälter gelagert, der für die prozesskritische Dosierung und Neutralisation verwendet wird. Alle Tanks wurden ursprünglich über eine kostengünstige Einperlung zur Füllstandmessung geliefert, die aufgrund von Korrosion und Anhaftungen versagte. Dämpfe und Gase entwichen durch die Gehäuse. Darüber hinaus waren die Systeme unzuverlässig, ungenau und sehr unsicher.
Um eine dauerhafte Funktion sicherzustellen, muss der Sensor aus den richtigen Materialien hergestellt sein, d. h. oft aus teuren Legierungen und mit speziellen Elastomerdichtungen. Bei der Montage und Demontage benötigt die Belegschaft eine umfangreiche Schutzausrüstung gemäß COSSH-Vorschriften (Control of Substances Hazardous to Health). Bei Ein- oder Ausbau von Ausrüstung am Behälter muss der jeweilige Anlagenbereich geschlossen werden. Diese Maßnahmen sind notwendig und verursachen hohe Kosten. Zudem stellen sie ein Sicherheitsrisiko dar.
Bei der Lagerung von Chemikalien, insbesondere solchen, die stark sauer oder alkalisch sind, handelt es sich meist um hochgiftige, korrosive Stoffe, die Rückstände hinterlassen und leicht ausgasen können. Jeder Kontakt mit solchen Stoffen oder deren Freisetzung in die Atmosphäre kann für das Personal sehr schnell gefährlich werden. Bei der Anlage in Belvedere unterliegen diese chemischen Substanzen einer sorgfältigen Überwachung. Eine genaue Füllstandmessung dient zur Vermeidung einer Überfüllung und stellt sicher, dass ausreichend Rohstoffe für den Prozess vorhanden sind. Das Füllstandmesssystem, mit dem die Anlage bisher arbeitete, bereitete dabei Probleme. Vega schlug vor, berührungslose Radarmesstechnik zu verwenden; sprich Sensoren, die auf den Behältern angebracht sind und durch die Behälterdecken hindurchschauen, um den Füllstand im Inneren zu messen.
Die Vorteile der berührungslosen Füllstandmessung
Wenn es um Füllstandmessung von flüssigen Chemikalien geht, benötigt ein Sensor generell einen Prozessanschluss am Behälter, um dessen Sensorteil – ob Stab, Seil oder Membran – in Kontakt mit dem Prozess zu bringen, auch bei Verwendung eines oben angebrachten berührungslosen Gerätes. Wenn man jedoch die Möglichkeit hat, jede Prozessvariable komplett berührungslos zu messen, bietet das enorme Vorteile: Langlebigkeit der Anlage, Schutz vor Chemikalien und dem Prozess sowie eine erhöhte Sicherheit durch die Reduzierung oder vollständige Vermeidung der Exposition gegenüber Schadstoffen. Radar hat die Fähigkeit, den Füllstand einer Flüssigkeit von außen zu messen, z. B. durch die vollständig undurchsichtige Decke eines Plastikbehälters oder durch ein in einem Stutzen angebrachtes Schauglas.
Aufgrund von neuen Werkstoffen und Fertigungstechniken verwenden immer mehr Unternehmen Kunststoffbehälter und -tanks für die Chemikalien- und Flüssigkeitsmassenlagerung. Diese lassen sich schneller herstellen, sind in der Regel kostengünstiger, haben eine gute chemische Beständigkeit und sind während der Installation einfacher zu bewegen. Sie haben eine längere Lebensdauer und sind weniger wartungsaufwendig als äquivalente Stahlbehälter, die zum Beispiel lackiert, ausgekleidet oder beschichtet sind. Viele werden sogar mit einer doppelten Tankwand als Sicherheitsbehälter geliefert. Kunststoff-IBCs sind auch die häufigsten Behälter für den Transport mittelgroßer Flüssigkeitsmengen. Radartechnologie kann eingesetzt werden, um den Füllstand von Flüssigkeiten durch die Behälterdecke zu messen.
Wie kann Radar durch Plastikbehälter blicken?
Radar basiert auf Mikrowellentechnik. Wir sehen jeden Tag, wie ein Mikrowellenherd funktioniert: Mikrowellen durchdringen Behältnisse aus Kunststoff und anderen nicht metallischen, nicht leitfähigen Materialien und erwärmen nur die leitfähigen, nassen, wasserbasierten Nahrungsmittel im Inneren. Deshalb kann man Trockenpulver in einem Mikrowellenherd nicht erwärmen. Ein Radarsensor hat die gleiche Fähigkeit. Er kann Signale durch Plastik und andere nicht leitfähige Materialien wie Glas und Keramik senden, die von der darin befindlichen Flüssigkeit erneut reflektiert werden. Und mit einem guten Dynamikbereich (Empfindlichkeit) sind selbst Kondensat oder Ablagerungen auf der Behälterdeckeninnenseite kein Problem.
Die Verwendung von 80 GHz bietet mehrere Vorteile: Erstens wird durch die bessere Fokussierung eine gute Durchdringung der Plastikbehälterdecke erzielt, es gibt verschiedene Einbaumöglichkeiten (d. h. Einbauposition näher an der Behälterwand oder dem Stutzen) und die Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschte Störsignale empfangen werden, ist geringer. Es wird auch ein sehr großer Messbereich von sehr kleinen bis sehr hohen Behältern bis 30 m abgedeckt. Ein weiterer Vorteil ist die hohe dynamische Empfindlichkeit. So können sogar Kohlenwasserstoffe mit geringem Reflexionsvermögen in einigen dieser Anwendungen gemessen werden.
Die Installation des Radarsensors über dem Tank an einer geeigneten Halterung senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche ist eine ideale Methode und ermöglicht eine kleine Lücke zwischen dem Sensor und der Behälterdecke. Eine leicht schräge Decke eignet sich für einen Mikrowellensensor bestens zum Hindurchschauen, da jedes unerwünschte, vom Dach reflektierte Signal von der Radarantenne abgelenkt wird. Wenn dies nicht möglich und die Decke flach ist wie ein IBC oder kleinere Tagesbehälter, ist das kein Problem, weil entstehende Störungen ausgeblendet werden können. Bei einem Tank im Freien sollte eine Abdeckung angebracht werden, um zu verhindern, dass beispielsweise Schnee direkt unter dem Sensor liegen bleibt. Des Weiteren sollte eine Position gewählt werden, die die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Wasserpfützen direkt darunter verringert. Denn ein Radarsensor kann nicht durch Wasser schauen. Der Niederschlag auf einem draußen stehenden Schrägdachtank hingegen beeinträchtigt die Sensorleistung nicht.
Sicherere Messung und Kontrolle
Bei der Müllverbrennungsanlage in Belvedere misst der erste Radarsensor erfolgreich durch die Decke eines Chemikalientanks. Er ist auf einem einfachen Rahmen mit einem von Vega gelieferten Halter montiert. Die Geräte benötigten nur eine Grundeinstellung für die minimalen und maximalen Füllstände. Die Vegapuls-64-Sensorsoftware und die große Empfindlichkeit des Sensors machen den Rest. Die Geräte lassen sich einfach bedienen und die Bluetooth-Kommunikation für die Einrichtung über die Vega-Tools-App oder mit einem PC/Tablet und Pactware macht es für den Anwender viel einfacher.
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Autor : Jürgen Skowaisa
Produktmanager Radar,
Vega Grieshaber
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