Kapazitiver Grenzstandmesser in flüssigem Naphthalin

Simone Hadraschek
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Präzision & Prozesskompatibilität durch anpassungsfähige Grenzstanddetektion

Eine Grenzstandmessung zur Vermeidung von Überfüllung oder Leerlauf wird heutzutage in fast allen Prozessbehältern gefordert. Insbesondere in der Chemiebranche ist die Sensorik dabei meist aggressiven, adhäsiven oder ätzenden Materien ausgesetzt. Hohe Temperaturen, variierende DK Werte und Viskosität gilt es von der Messtechnik schnell und zuverlässig zu bewältigen. Um diesen Bedingungen in der Praxis mit einer cleveren Lösung zu begegnen, setzen Anlagenplaner vermehrt die kapazitiven Stabsonden ein. Im Folgenden wird der Einsatz des kapazitiven RFnivo® in flüssigem Naphthalin einer Anlage in Indien näher erläutert. Von der Messtechnik aus dem Allgäu seit Jahren überzeugt, stand für den Projektplaner eine UWT Lösung außer Frage.

Präzision & Prozesskompatibilität durch anpassungsfähige Grenzstanddetektion

Seit 1987 verarbeitet der Chemiehersteller als eines der weltweit vollständig integrierten Spezialkohlenstoffunternehmen in Kalkutta neben Carbon, Kohle, Teer, Pech und Spezialölen hauptsächlich Naphthalin Derivate. Im Laufe der Jahre hat sich das Unternehmen als eine der weltweit umfangreichsten Wertschöpfungsketten im Carbon-Segment etabliert und ist Indiens führendes Konglomerat für Spezialchemikalien. Neben dem Hauptsitz in Kalkutta gibt es mehrere Produktionsstätten in Indien sowie eine Produktionseinheit in China. Da in Indien die Verwendung von Paradichlorbenzol als Pestizid verboten ist, werden die dort sehr beliebten Mottenkugeln oft noch aus Naphthalin gefertigt. Die kleinen- bis mittelgroßen Bälle enthalten den Geruch eines Deodorants und werden zur Aufbewahrung von Kleidung und Gegenständen verwendet, die durch Schimmel oder Mottenlarven beschädigt werden können. Außerdem ist Naphthalin in Indien immer noch ein gängiges Repellent, um Mäuse, Schlangen oder sonstige Schädlinge fernzuhalten. Das farblose Material wird in erster Linie durch Aufarbeitung der Erdölfraktionen gewonnen. Als Verbrennungsprodukt organischer Materialien tritt Naphthalin in geringen Konzentrationen nahezu überall in der Umwelt auf und kann als Kontaminante, z. B. in Rußen, die zum Schwarzfärben verwendet werden, und in Mineralölen, die als Weichmacher eingesetzt werden, enthalten sein. Eine weitere Anwendung findet sich bei der Herstellung von Lösungsmitteln, Kunststoffen, Kraftstoffzusätzen sowie Insektiziden.

Naphthalin ist im flüssigen Zustand eine aggressive Substanz, die gewöhnliche Materialien schnell korrodieren lässt. Wird sie durch Abkühlung fester, neigt sie zu starken Anhaftungen. Für die einzelnen Tanks mit flüssigem Naphthalin benötigte der Anlagenbetreiber daher eine zuverlässige und gleichzeitig robuste Füllstandüberwachung, die sich flexibel auf die schwankenden Umgebungsbedingungen anpasst. Durchgeführte Tests von Sumit Majumder, Managing Director der UWT India und seinem Team mit unterschiedlichen Sensoren machten schnell klar, dass die Tanks mithilfe des kapazitiven Messprinzips der widerstandsfähigen RFnivo® Sonde konstant überwacht werden können. Entscheidend für die zuverlässigen Messergebnisse und einen sicheren Überfüllschutz war bei dieser Installation, dass der Sensor über eine entsprechende Ansatzkompensation verfügt. Bei den RFnivo® Serien handelt es sich um anpassungsfähige Stabsonden, welche konstruktiv bedingt keine temperatureinschränkenden Bauteile zur Medienerkennung benötigen und so reibungslos in Prozessen bis zu 500°C eingesetzt werden können. Sie arbeiten mit dem kapazitiven Messprinzip, wobei die Kapazität unabhängig von der Länge des Sensors des zwischen Sondenspitze und der Behälterwand vorhandenen Mediums erfasst wird.

Der Chemiehersteller hat mehrere Lagertanks, die elektrisch beheizt werden, um den Schmelzpunkt des Naphtalin zu halten. Dabei herrscht ein Prozessdruck von ca. 0,8bar (11,6psi). Der DK Wert schwankt zwischen 1,6 und 2,0.

Jeder Tank wurde mit einer seitlich verbauten RFnivo® Sonde zur Vollmeldung ausgestattet, um einen zuverlässigen Schutz vor Überfüllung der Behälter zu gewährleisten. Während der Materialentnahme entstehen durch die Temperatursenkung sehr schnell Anbackungen am Sensorausleger. Im Messbereich von 1700mm arbeiten die installierten RF Sonden innerhalb der Einzelkammern aus Stahl somit unter stetig wechselnden Prozesstemperaturen (max. bis zu 80°C (176°F)). Die in der RF Sonde serienmäßig integrierte „Active Shield“ Technologie stellt sicher, dass das Messergebnis auch langfristig durch die auftretenden Anhaftungen am Ausleger nicht beeinflusst wird. Die Lagertanks konnten somit mit einer zuverlässigen Inhaltsüberwachung versehen werden, die sich konstruktionsbedingt optimal auf die schwankenden Umgebungsbedingungen anpassen kann, was die optimale Unterstützung eines reibungslosen und wartungsfreien Herstellungsprozesses für den Anlagenbetreiber bedeutete. Außerdem wurde dem Aspekt der Verfahrenssicherheit in Chemiewerken besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Eine zertifizierte Bauweise gemäß internationaler Zulassungen mit ATEX, IEC-Ex, FM, FMc, etc. qualifiziert den RFnivo® für die Sicherheitsstandards dieser anspruchsvollen Branche.

Was ist für den Bediener wichtig?

Der RFnivo® kalibrierte sich nach der Montage und Verdrahtung im Behälter und nach dem Anlegen der Spannungsversorgung von selbst. Der Bediener musste nichts weiter tun als den Signalausgang im Qickstart Menü nach seiner Anwendung einzustellen. Wird ein RFnivo® in einer Anwendung eingesetzt, an den bereits schon einmal die Versorgungsspannung angelegt wurde, muss nach dem Einbau im Behälter nur die Kalibriertaste gedrückt werden. Die Sonde stellt sich automatisch auf die neue Anwendung ein. Somit ist auch die Kalibrierung des RFnivo® einfach gelöst. Für „eingefleischte“ RF-Sonden Betreiber gibt es ebenfalls eine leistungsfähige manuelle und menügeführte Kalibrierung. Diese führt letztendlich zum gleichen Ergebnis wie die automatische Kalibrierung.

Die Allspannungselektronik ist übersichtlich mit einem Display und 3 Bedientasten ausgestattet und bietet für die Signalauswertung einen DPDT-Signalausgang. Während des Betriebes wird im Display immer die im Moment gemessene Kapazität angezeigt. Parameter wie FSH (fail save high) und FSL (fail save low) sowie Reaktionszeit des Signalausganges sind in einem Quickstart Menü übersichtlich einstellbar. Eine Test-Taste ermöglicht den manuellen Start einer Selbstdiagnose des Sensors. Bei Bedarf kann eine automatische Selbstdiagnose eingestellt werden, welche dann regelmäßig die einwandfreie Funktion des RFnivo® überprüft und im Fehlerfall den Failsafe aktiviert. Diese Selbstdiagnose läuft im Hintergrund ab, ohne die Funktion der Sonde in der Anwendung zu beeinflussen. So wurde ein einfaches Bediensystem in den kapazitiven Grenzschalter integriert, welches sich spielerisch handhaben lässt.

Erweiterung der kapazitiven Serie zur Grenzstandmessung in Flüssigkeiten, Pasten & Schäumen

Nachdem UWT viele wertvolle Erfahrungen im Bereich der Flüssigkeitsanwendungen sammeln konnte, wurde das Geräteportfolio entsprechend um kompatible Lösungen für sämtliche Flüssigkeiten, Pasten und Schäume erweitert. In die RFnivo® Grenzschalterserie wurde der RFnivo® 8000 inkludiert, welcher sich speziell für die Erfassung pastöser, adhäsiver und korrodierender Flüssigkeiten sowie für die Schaumdetektion eignet. Er kann ebenfalls zur Trennschichtmessung unterschiedlicher Flüssigkeiten oder Schlämme herangezogen werden und ist mit WHG sowie gem. Lloyd's Register zertifiziert. Die Druckfestigkeit beträgt bei dieser RF Stabversion sogar bis zu 35bar. Durch die optional erhältliche PFA Beschichtung ist zudem eine verbesserte chemische Beständigkeit gegeben. Die Geräte sind mit einer vergossenen Elektronik ausgestattet und arbeiten mit der innovativen „Inverse Frequency Shift“ Technologie, welche eine sehr präzise Empfindlichkeitseinstellung auf das Medium zulässt. Durch die Variation an Ausführungen mit Stab- und Rohrverlängerungen lassen sich die Sensoren einfach auf die jeweilige Behältergegebenheit und Einbausituation einstellen.

UWT-Lösung in Naphthalin
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