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Wenn sonst nichts geht

Keramische Sensorschleuse für widrigste Bedingungen
Wenn sonst nichts geht

Ob hochviskose oder breiige Messmedien, hohe Feststoffanteile, extreme Neigung zu Ablagerungen oder schlicht und einfach chemisch aggressiv und korrodierend: Es gibt Messaufgaben, die erscheinen für die Sensoren und ihre Wechselarmatur nahezu unlösbar. Nicht jedoch für die Ceramat: Die keramisch dichtende Wechselschleuse hält auch in der besonders langen Version CeraLong härtesten Anwendungen stand.

Der Autor: Dr. Dirk Steinmüller Leiter Marketing und Vertrieb, Knick

Erstmalig im Jahre 2004 führte Knick eine keramisch abdichtende Wechselschleuse für Sensoren ein – die Ceramat WA 150. Diese Armatur erlaubt das automatische Ein-/Ausfahren des Sensors verbunden mit einer automatischen Reinigung und Kalibrierung des Sensors. Nur dadurch kann in extremen Prozessmedien auch höchste Verfügbarkeit der Messstelle garantiert werden. Das Innenleben aus reiner Aluminiumoxidkeramik (Saphir) ist fast so hart wie Diamant und chemisch überaus resistent. Mit dieser Abdichtung sind die Sensorschleusen der Reihe Ceramat prädestiniert für den Einsatz in Heavy-duty-Prozessen, in denen konventionelle Schubstangenarmaturen oder Kugelhähne versagen.
Die keramische Wechselarmatur wurde stetig weiterentwickelt und mittlerweile zu einer kompletten Familie ausgebaut. Jüngstes Kind ist eine Version mit besonders langer Eintauchtiefe, die CeraLong. Nachteilig bei der bisherigen Ceramat war nämlich die begrenzte Eintauchtiefe. Es gibt jedoch viele Anforderungen für Messungen in Gerinnen, in dickwandigen thermisch isolierten Reaktoren, in groß dimensionierten Behältern, in denen die Messung nicht nahe an der Außenwand, sondern eher in der Mitte eines Behälters erfolgen soll. Hierzu wurden die Varianten CeraLong WA 154 und WA 160 entwickelt.
Auch die thermische und mechanische Festigkeit der Schleuse konnte weiter erhöht werden. CeraLong wurde ausgelegt für einen Sicherheitsdruck bis zu 40 bar bei +140 °C. Als prozessberührte Gehäusematerialien stehen nun auch Edelstahl, Hastelloy und Titan zur Verfügung. Alle weiteren Features der kurzen Ceramat konnten beibehalten werden, wie zum Beispiel die integrierte innere Spülung für sensible Prozesse mit hohem Sicherheitsbedarf. Alle relevanten Dichtungen und die Spülkammer sind ohne Spezialwerkzeug zugänglich. Die Ceramat erlaubt es, bei laufendem Prozess die Antriebseinheit zu tauschen. Ein Sicherheitsgesichtspunkt, den die Anwender sehr schätzen. Eine Ceramat, wie übrigens alle Wechselarmaturen von Knick, schottet den Prozess daher immer sicher ab, auch während des Ein-/Ausfahrens des Sensors. Es sei daran erinnert, dass ein vermeintlich sicherer Kugelhahn dies nicht tut. Ein spülbarer Sensor, der mittels Kugelhahn in den Prozess eingeführt wird, steht in 90 % der Fälle ja in Messstellung, ist also offen. Damit steht der Prozessdruck direkt an der Spülkammer an. Der Kugelhahn hat in dieser Stellung keine schließende Funktion.
Ebenfalls neu ist eine Variante mit Verdrehschutz für fiberoptische Sonden, zum Beispiel zur Ankopplung eines Raman-Spektrometers. Wichtig für optische Sonden ist die Möglichkeit der völlig freien Sicht des Sensors in den Prozess hinein, was bei konventionellen Schubstangenarmaturen prinzipbedingt so nicht möglich ist.
Zahlreiche Anwendungsbeispiele
Ein typische Applikation für den Einsatz einer Ceramat-Wechselarmatur findet sich in Rauchgasentschwefelungsanlagen. Hier wird an drei Messstellen mit durchschnittlichen pH-Werten zwischen 2 und 10 die Abwasseraufbereitung überwacht. Die in diesem pH-Bereich auftretenden Ablagerungen (Gips, CaSO4) beanspruchen die Messstellen enorm und bedingen aufwendige und regelmäßige Wartung. An der Messstelle Vorwäscher ist das Medium schwefelsauer bei ca. pH 1 und +50 °C und enthält gleichzeitig hohe Konzentrationen an Chlorid und Fluorid. Eine Automatisierung scheiterte zuvor an geeigneten (mechanisch und chemisch beständigen) Armaturen. Der Feststoffanteil liegt bei ungefähr 2 bis 15 % und die basische Waschlösung begünstigt Belagbildung. Gleichzeitig verkürzt die aggressive Waschlösung die Standzeiten der Elektroden. Wegen der starken Belagbildung müssen die pH-Sensoren oft gereinigt werden. Eine automatisierte Messeinrichtung stellt aus diesen Gründen eine große Erleichterung dar.
Die besondere Herausforderung bei der Chlorproduktion mithilfe der Membranelektrolyse ist die hohe Temperatur in Verbindung mit freiem Chlor. Weder Kunststoff noch konventionelle Metallarmaturen zeigten hier die nötige Beständigkeit. Die Ceramat hat diese Messaufgabe gemeistert.
Ein weiteres Beispiel sind Raffinerieabwässer bzw. die Destillierkolonnen der Naphthafraktionen. Hier erfordern öl- und teerhaltige Ablagerungen aggressive organische Reinigungsmittel. Auch diese Aufgabe konnte die Wechselarmatur mehrfach lösen.
Höchste Anforderungen an die Mechanik gibt es beispielsweise in der Düngemittelproduktion und Erzgewinnung durch breiige Medien mit hohen und abrasiven Feststoffanteilen. So werden aufgeschlämmte Erzsedimente in großen Flotationsbehältern pH-abhängig gefällt. Die aggressive Reinigung durch Salzsäure ist regelmäßig erforderlich. Eine klassische Anwendung für die Ceramat mit langer Eintauchtiefe.
Einsatz in der Farbstoffsynthese
Bei der Farbstoffsynthese sind praktisch alle wesentlichen Reaktionsschritte pH-abhängig, sodass die Ausbeuteoptimierung der Produkte von einer zuverlässig arbeitenden und wenig wartungsintensiven pH-Messung abhängt. Die Diazotierung ist stark salzsauer und entsprechend korrosiv. Die Reaktoren sind zum Schutz mit Email ausgekleidet, die Kupplungsreaktoren auch gummiert. Die Extrembedingungen für die Messstelle sind pH 1 bei +90 °C und einem Druck von 6 bar. Die Ceramat macht einen Einsatz der empfindlichen Sensoren möglich, auch wenn die Lebensdauer der Elektroden lediglich zwischen 8 h und einigen Wochen beträgt.
Auch vollautomatische Sicherheitsmessungen ohne Personal mit höchster Verfügbarkeit sind eine Anwendung für die Wechselarmatur. Ein Messmedium beispielsweise enthält zeitweise Phosgen und organische Lösemittel und ist dadurch extrem aggressiv und giftig. Weder Verschiebe-sonden aus Hastelloy noch aus Kunststoff konnten sich hier bewähren. Neben hochtoxischen Prozessen sind auch Anlagen zur Überwachung von Abwässern fernab der Zivilisation mit hoher Verfügbarkeit eine Domäne der CeraLong.
Als Komplettsystem lieferbar
Ceramat wird als komplettes System von Knick angeboten, eine robuste Systemlösung für die pH-Messung, die neben der regelmäßigen Reinigung auch die Kalibrierung automatisiert. Das pH-Mess- und Analysensystem besteht aus der Wechselarmatur Ceramat, dem modularen Prozessanalysenmessgerät Protos 3400 und dem automatischen Reinigungs- (Uniclean 900) bzw. Reinigungs- und Kalibriersystem Unical 9000. Das System ist für eine Anbindung an die Prozessleittechnik mit Profibus-PA- oder FF-Schnittstellen, auch für den Ex-Bereich, ausgerüstet.
Die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit im laufenden Betrieb, Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung und Eignung für problematische Medien erhöhen die Prozesssicherheit und erschließen bestimmte Anwendungen überhaupt erst für die Automatisierung.
prozesstechnik-online.de/cav0513426
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