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Pumpenmonitoring in toxischen Medien

Keramische Druckmesszelle mit Second Line of Defense
Pumpenmonitoring in toxischen Medien

Schleichende Veränderungen im Prozess lassen sich mittlerweile mit intelligenten Monitoringsystemen erkennen. In einem Chemiepark registrieren kontinuierliche Druckmessungen an Pumpen kleinste Abweichungen, die auf eine mögliche Störung im Pumpenbetrieb hinweisen. Da das Produkt hoch-toxisch ist, mussten jedoch zunächst einige Modifikationen am Transmitter vorgenommen werden.

Messgeräte von Vega sind seit einigen Jahrzehnten im Leverkusener Chempark zuhause. Man schätzt die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messgeräte, aber auch die Bereitschaft des Vega-Teams, gemeinsam neue Lösungen zu finden. So geschehen bei einem Einsatz von Druckmessgeräten in einem Anlagenteil, der selbst an ein Chemieunternehmen noch einmal besondere Ansprüche stellt.

Am Herstellungsprozess sind u. a. toxische Stoffe beteiligt, die bei unzureichender Beständigkeit der medienberührten Materialien korrosiv sein können. Zum Schutz von Mensch und Umwelt sind besonders hochwertige und zuverlässige Abdichtungssysteme gefordert. In diesem Anlagenblock gelten daher ganz besondere Sicherheitsmaßnahmen wie zusätzliche Schulungen für Mitarbeiter. Produktberührte PLT-Ausrüstungsteile müssen vor dem ersten Einsatz in den Verfahrensabschnitten mit kritischen Medien einen technischen Freigabeprozess durchlaufen und im Rahmen der Fertigung zusätzliche Qualitätsprüfungen über sich ergehen lassen.
Verschleiß frühzeitig erkennen
Treiber für die Umrüstung war die Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit durch eine bessere Zustandsüberwachung der verbauten Komponenten. Seit längerem standen in diesem Anlagenteil die Pumpen im Visier, weil ungeplante Anlagenstillstände mit sehr hohen Kosten verbunden sind. Das Ziel war, den Verschleiß der Pumpen durch Aufzeichnung und Auswertung physikalischer Messgrößen zu erkennen und im Bedarfsfall eine proaktive Instandhaltung einzuleiten, um ungeplante Anlagenausfälle zu vermeiden. Der Schlüssel lag in der Diagnosetiefe, um die sich anbahnenden prozessbedingten Störungen frühzeitig zu erkennen.
Verfolgt man kontinuierlich den Druck nach der Pumpe, lässt sich der Zustand der Pumpe gut beurteilen. Kavitation oder eine Unruhe des Laufrads werden frühzeitig sichtbar. Aus diesem Grund waren bereits viele Pumpen in diesem Bereich mit einem klassischen Rohrfedermanometer (Bourdon-Feder) ausgestattet. Einmal pro Woche war jedoch ein Rundgang nötig, um die Werte der Manometer abzulesen. Erschwerend kam hinzu, dass die üblichen Buntmetalle in den Manometern nicht ausreichend chemisch resistent sind. Daher wurden hier Trennvorlagen mit Tantalmembran eingesetzt – und damit waren die Messanordnungen ein hoher Kostenfaktor. Denn es kam immer wieder vor, dass die Manometer aufgrund der ständigen Vibrationen nicht zuverlässig arbeiteten. Ein unbeabsichtigter Schlag auf die Zeigerwerke etwa durch eine Gerüststange oder der Verlust der Ölfüllung führte ebenfalls zu Problemen. Aufgrund des kritischen Mediums besteht zudem die Problematik, dass der Prozessanschlussstutzen inklusive der zugehörigen Rohrleitung der Messstelle vor dem Austausch gezielt entsorgt werden muss.
Sichere Prozessabdichtung
Herr Michael Olbertz, ehemaliger Bereichsingenieur in diesem Betrieb, Fachreferent für Druckmessungen und Mitglied im Namur-Arbeitskreis 3.11 „Druck und Temperatur“ kennt und schätzt die Vorteile der keramischen Messzelle des Vegabar 82 gegenüber ölgefüllten Systemen. Die Vorteile des keramischen Werkstoffs liegen in der trockenen Messung, der Robustheit und der Langzeitstabilität. Zudem ist Vega das einzige Unternehmen, das den frontbündigen Druckmessumformer mit keramischer Membran in Nennweite 25 mit Second Line of Defense, also einer zweiten Ebene der Prozessabdichtung, herstellt. Der große Vorteil ist, dass dadurch der Austausch der mechanischen Messgeräte unkompliziert ist, da die Anschlüsse nicht geändert werden mussten. Gerade bei kritischen Medien sind Planer und Instandhalter sehr bemüht, zusätzliche Rohr- und Passstücke zu vermeiden.
Dennoch konnten bei diesem Medium nicht einfach die Messumformer bestellt und eingebaut werden, sondern es waren noch weitere Anpassungen nötig. „Zum einen war eine Modifikation der Schweißnähte nötig. Zum anderen wurde der untere Teil des Transmitters, also der Flanschgrundkörper, aus dem Vollen gedreht, um noch eine Schweißnaht einzusparen“, erklärt Michael Olbertz. „Wir haben sehr intensiv mit Vega-Konstrukteuren zusammengearbeitet“, stellt Herr Olbertz fest, der vor allem die Schnelligkeit betont: „Vom ersten Meeting in Schiltach bis zur fertigen Zeichnung inklusive Prüfungen vergingen vier Wochen. Nicht nur technologisch verlief alles reibungslos, sondern auch die Abwicklung und die Abläufe waren sehr kundenorientiert.“ Denn auch bei den Qualitätsprüfungen wurden die Maßstäbe hoch gesetzt – Helium-Leckage-Test, Farbeindringtest und Röntgenprüfungen sind für diesen speziellen Einsatz für die Vegabar-Geräte obligatorisch.
Verantwortungsbewusste Betreiber gehen immer von einem möglichen Schadensfall aus, bei dem Medium hinter die Messzelle geraten kann. Daher ist der Vegabar 82 mit einer Doppeldichtung und einer Second Line of Defense ausgestattet. Ein weiteres technisches Feature ist, dass der Messumformer eine Absolutdruckmesszelle zum Prozess beinhaltet. „Wir wollten eine Zelle haben, die keine Referenz-Bohrung oder Öffnung zur Atmosphäre hat. Reißt nun die Membran tatsächlich, kann kein Medium über die Referenzdrucköffnung nach außen austreten“, so Michael Olbertz. Zudem bietet der Druckmessumformer die Zusatzoption eines weiteren internen Drucksensors, der sich außerhalb der Second-Line-of-Defense-Dichtung befindet. Dieser ermöglicht eine elektronische Differenzdruckberechnung zur Ermittlung des Relativdruckes.
Weitere Einsatzgebiete im Blick
Mittlerweile wurden knapp 90 Messgeräte des Vegabar 82 geliefert, die nach und nach installiert werden. Es ist erklärtes Ziel, bei allen Pumpen, die mit einem kritischen Medium in Berührung kommen, die klassischen Manometer auszutauschen. Die gemessenen Daten werden ins Leitsystem übertragen und dort in einem speziell entwickelten Pumpen-Monitoring-System ausgewertet. Zwar wird der Vegabar 82 hauptsächlich im Pumpenmonitoring eingesetzt, das Messgerät kommt aber auch inzwischen als Rückstromsicherung zum Einsatz. Auf der Upstream- und Downstreamseite der Blockventile im Prozess ermitteln die Drucksensoren den Prozessdruck, den sie an das Leitsystem zurückmelden. Überschreitet die Differenz einen bestimmten Wert, schließen die Ventile. Die Bilanz der installierten Messgeräte ist nach einem Jahr Betrieb mehr als positiv. Es gab weder Reparaturen noch sonstige Auffälligkeiten, wie eine Drift. Sollte sich das Gerät weiterhin bewähren, empfiehlt sich der Vegabar 82 auch für andere Prozesse, in denen die Latte der Sicherheitsanforderungen ganz oben aufgehängt wird.

Florian Burgert
Produktmanagement Druckmesstechnik, Vega Grieshaber
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