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SensorenKomplette Lösungen für smarte Anwendungen

Rutronik auf der Sensor+Test

Auf der Sensor + Test 2017 präsentiert die Rutronik Elektronische Bauelemente unter Rutronik Smart komplette Lösungen für smarte Anwendungen innerhalb des Internet of Things. 

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DrucktransmitterExplosion im Rohr

Präzise Messungen in explosiver Umgebung gehören für die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung zum täglichen Brot. Beispielsweise wenn es um autonome Schutzsystemen in Rohren geht, die ein Übergreifen der Flammen in eine Anlage verhindern sollen. Welchen Anforderungen müssen die Messgeräte in diesem Umfeld genügen?

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Drucktransmitter: Explosion  im Rohr

Die BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung) ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Hier werden mit modernsten und hochempfindlichen Messinstrumenten für Prüfung und Forschung Daten gesammelt und ausgewertet. „Die Kompetenzbereiche sind in verschiedene Abteilungen gegliedert“, erklärt Rainer Grätz, Leiter der Arbeitsgruppe Anlagensicherheit. „Unsere zentrale Aufgabe ist die Bearbeitung sicherheitstechnischer Fragen im Zusammenhang mit brennbaren und chemisch instabilen Gasen sowie Sauerstoff und anderen brandfördernden Gasen“. Beispielsweise die Prüfung von Flammendurchschlag-Sicherungen. Das sind autonome Schutzsysteme, die in explosionsgefährdeten Bereichen zur Verhinderung der Übertragung von Explosionen eingesetzt werden. Die Applikationen sind brachenübergreifend. Dazu Detlef Arndt, zuständiger Ingenieur Anlagensicherheit: „Denken Sie an Biogasanlagen, chemische bzw. petrochemische Betriebe oder Tankstellen. Hier werden brennbare Gase bzw. Flüssigkeiten gelagert oder in Rohrleitungen gefördert“. Um bei einer eventuellen Entzündung des Mediums ein Übergreifen der Flammen in andere Anlagenteile zu verhindern, werden sogenannte Flammendurchschlag-Sicherungen in die Rohrleitung eingesetzt. Bei deren Konstruktion stützt man sich auf das bewährte Prinzip von Flammen löschenden Spalten - speziell angeordnete Bleche bilden zahlreiche kleine Durchlässe, die eine Flammenausbreitung verhindern. Durch den Einbau dieser Schutzvorrichtung wird Schaden am Menschen und die Zerstörung von Anlagenteilen vorgebeugt bzw. verhindert. Die Hersteller können ihre Baumuster durch die BAM auf die Konformität der entsprechenden Normen prüfen lassen und erhalten bei bestandener Prüfung ein CE- Zeichen, bzw. eine BAM- Baumusterprüfbescheinigung.

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Prüflinge unter Druck

Um diese Prüfbescheinigung für Flammendurchschlag-Sperren zu erhalten, müssen die Prüflinge eine harte Tortur über sich ergehen lassen. Für den Test werden diese Sperren in eine Rohrleitung eingebaut und praxisnah durch brennende oder gar explodierende Gase beaufschlagt. Hierzu wird die Rohrleitung je nach Testgerät fünf bis sechs Mal mit explosivem Gas befüllt und zur Zündung gebracht. Eine Flammenfront trifft, je nach Rohrleitungsdurchmesser, mit einer Geschwindigkeit zwischen 2 und 2.000 m/s auf den Prüfling. Der Druck steigt schlagartig bis auf 100 bar an. Vor und nach dieser Feuertaufe wird der Prüfling mit Luft auf seine Durchlässigkeit geprüft. Der gemessene Luftdurchsatz und der Differenzdruck über der Flammensperre ergeben einen sicheren Aufschluss auf die Praxistauglichkeit. Ist die Durchlässigkeit nicht mehr gegeben, wird der Druck in der Leitung beeinflusst. Die Leitung kann nicht mehr für das Medium genutzt werden und kann auch nicht mehr gespült werden, was eine große Sicherheitsgefährdung darstellt. Auch muss die Flammensicherung die Sicherheit der Anlage nach mehrmaligem Brand einwandfrei gewährleisten.

Bei der Durchlässigkeitsprüfung wird Luft über ein starkes Gebläse in die Rohrleitung und den Prüfling gedrückt. Zur Bestimmung der exakten Luftmenge wird auf eine Venturidüse in Verbindung mit dem Differenzdruck-Messumformer Deltabar S PMD 75 zurückgegriffen. Eine Venturidüse ist ein Drosselgerät, bestehend aus einem sich verengenden Einlauf und einem Auslaufkonus. Diese empfiehlt sich besonders auf Grund des geringen Druckverlustes mit den damit verbundenen geringen Energieeinbußen. Die sich durch die Verengung ändernden Drücke werden präzise durch den Differenzdruck-Transmitter Deltabar S erfasst und zu einem Durchflusssignal umgerechnet. Um auf den Durchfluss unter Normbedingungen zu schließen, müssen zusätzlich der statische Druck und die Temperatur in der Rohrleitung erfasst und über einen Durchflussrechner RMC621 umgerechnet werden. Hier kommen der genaue Drucksensor Cerabar S PMC71 und der Widerstandsthermometer Omnigrad T TR24 mit schneller Ansprechzeit zum Einsatz. Um Fehler durch den sich ändernde Wert des Luftdruckes auszuschließen, werden Absolutdruck-Transmitter mit robuster und ölfreier Keramikmesszelle verwendet. Selbst bei hohen Temperaturen bis 150 °C und absolutem Hochvakuum misst der Cerabar PMC71 sehr präzise.

Präzise Messtechnik zur Datensicherung

Über den universellen Energiemanager RMC621 - es können nicht nur Gase, sondern auch Flüssigkeiten und Dampf berechnet werden - wird die Luftmenge in Abhängigkeit der Prozesstemperatur und des Prozessdrucks berechnet. Er gibt die Durchflussmenge exakt nach den Berechnungsgrundlagen der Wirkdruckverfahren nach ISO 5167 auf die Anzeige. Die gemessene Luftmenge muss, ausgenommen einer kleinen Toleranz von circa zehn Prozent, nach dem Explosionstest ohne erwähnenswerten Druckverlust erneut durch den Prüfling strömen. Der Druckverlust über der Flammendurchschlagsicherung wird ebenfalls mit einem Differenzdruck-Messumformer PMD75 gemessen. Die Druck- und Differenzdruck-Messumformer des Unternehmens sind für die hohen Sicherheitsanforderungen dieser Anlage prädestiniert. Auf der einen Seite werden die Geräte während der explosiven Phase durch Absperrarmaturen gesichert, andererseits besitzen die Geräte eine zweite Prozessbarriere, die verhindert, daß giftige oder heiße Gase in das Elektronikgehäuse eindringen und größeren Schaden anrichten. Dazu werden Messzelle und Elektronikgehäuse über eine gasdichte Verschweißung voneinander getrennt.

Sicherheit ist bei diesen Druck- und Differenzdruck-Messumformern oberstes Gebot. Deshalb sind die Geräte mit einer sensiblen Funktionsüberwachung von der Messzelle bis zur Elektronik ausgestattet. Ein eventuell auftretender Fehler wird sofort erkannt und selbständig durch einen vom Betreiber definierbaren Wert des Stromausgangs angezeigt. Auch werden die Fehler für jeden verständlich über ein Klartextmenü aufgezeigt und im Datenspeicher aufgezeichnet. Zusätzlich können kundenspezifische Voralarme definiert werden, wodurch dem Anlagenbetreiber die Möglichkeit gegeben ist, die Fehlerursache zu beseitigen, noch bevor größerer Schaden entsteht. Genannt seien zu hohe oder zu niedrige Temperaturen oder Drücke. Selbstverständlich lassen sich die Geräte einfach über Tasten am Gerät vor Ort oder aus der Ferne über ausgeklügelte Software bedienen.

Für jede Applikation steht die benötigte Messzelle zur Verfügung, egal ob vakuumfeste ölfreie Keramikmesszelle, Metallmesszelle für Drücke bis 700 bar oder Differenzdruckmesszellen für kleinste Messbereiche ab 1 mbar bei statischen Drücken bis 420 bar.

Hohe Flexibilität

Selbst der Aufbau der Sensoren entspringt einem ausgeklügelten Konzept: Über den modularen Aufbau sind nicht nur die Prozessanschlüsse austauschbar, sonder darüber hinaus sind die verschiedenen Gehäusevarianten, Sensormodule und eine einfache einheitliche Bedienung für Druck- und Differenzdruckmessgeräte gleichermaßen verwendbar. Das modulare Konzept spart Kosten und optimiert den Zeitaufwand bei Wartung, Instandhaltung, Schulung und Lagerhaltung.
Roland Keser, Endress+Hauser Messtechnik /st

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