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01.01.1970

Radiometrische Füllstandmessung mit Störstrahlunterdrückung

Wenn nichts mehr geht, geht Gamma. Auch für diese in der Füllstandmessung allgemein gültige Feststellung gibt es Einschränkungen: Die empfindlichen Detektoren reagieren auf Störstrahlen, beispielsweise bei Schweißnahtprüfungen in der weiteren Umgebung oder beim Vorhandensein von Strahlungsquellen. Aber für dieses Problem gibt es inzwischen Abhilfe, wie der folgende Beitrag zeigt.

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Radiometrische Messungen für Füllstand, Dichte, Grenzstand oder Trennschicht arbeiten bekannterweise sehr zuverlässig. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Verfügbarkeit aus. DieGeräte werden hauptsächlich dann eingesetzt, wenn konventionelle Messsysteme physikalisch nicht mehr funktionieren – in der Regel unter kritischen Prozessbedingungen. Eine letzte Störgröße ist die sogenannte Störstrahlung, die zum Ausfall der radiometrischen Messung führen kann. Ursache dafür sind starke Strahlungsquellen, die eine sehr hohe Umgebungsstrahlung erzeugen, durch die das Messsignal beeinträchtigt wird. Um dies zu vermeiden, wurde ein spezieller Modulator entwickelt, der die Störstrahlung unterdrückt und für eine zuverlässige Messung sorgt.

Die Störstrahlung entsteht in erster Linie bei der zerstörungsfreien Materialprüfung, beispielsweise bei Schweißnahtprüfungen. Dabei werden Schweißnähte mittels Gammastrahlen durchstrahlt, um volumenhafte Fehler, z.B. Poren oder Schlacken, aufzufinden. Hierzu werden fast einhundert Isotopengeräte unterschiedlichster Bauart genutzt.
Die am häufigsten verwendeten Isotope sind Cs 137, Yb 169, Se 75 und Ir 192. Die Aktivitäten reichen bis zu 7,4T Bq. Somit haben diese Störstrahlungen eine sehr große Reichweite. Diese hohen Aktivitäten können Messungen auch noch in einem Abstand bis 1000 m beeinflussen. Bei einer Schweißnahtprüfung, beispielsweise in einem Chemiepark oder einer Raffinerie, kann es dementsprechend leicht passieren, dass Messungen gestört werden. Mögliche Störungen sind aber auch radioaktive Partikel im zu messenden Medium, z. B. in Filterstäuben oder bei Dichtemessungen im Minenbereich (Erze). Zu einer Störung der ausgereiften, aber auch empfindlichen Detektoren kam es aber auch bereits durch Personen, die mit radioaktivem Jod therapiert wurden. Hier reicht schon die Restaktivität aus, wenn sich die betroffene Person in der Anlage bzw. in der Nähe der Messungen aufhält.
In der Regel wird werksintern über derartige Prüfungen informiert. Dann werden die Messungen auf Handbetrieb genommen, um Abschaltungen zu verhindern und Alarme zu unterdrücken. In den meisten Detektoren gibt es aktuell bereits eine sogenannte Gammagraphie-Erkennung. Diese kann über bestimmte Parameter Störstrahlung erkennen. Allerdings wird meist der letzte Messwert für eine definierte Zeit festgehalten und nicht weiter gemessen. In dieser Zeit, die durchaus auch ein bis zwei Stunden dauern kann, wird der Prozess „blind“ gefahren.
Eine umfangreiche Bleiabschirmung in Richtung der zu erwartenden Störstrahlung ist eine praktikable Lösung. Diese Maßnahme ist aber sehr aufwendig und kostenintensiv, bedingt durch die entsprechende Konstruktion (Gewicht) und den Platzbedarf in der Anlage. Außerdem besteht hier ein Restrisiko, da die Abschirmung in Richtung des Nutzstrahls der eigentlichen Messung offen bleiben muss. Aus Sicherheits- und auch aus Qualitätsgründen wird hier schon lange nach einer automatisierten Lösung gesucht, mit der während der Zeit, in der Störstrahlung vorliegt, zuverlässig weiter gemessen werden kann.

Nutzstrahlung wird von rotierender Schlitzblende eindeutig kodiert

Mit dem Gamma-Modulator FHG65 und dem Gammapilot M FMG60 wird dieses Problem der Störstrahlunterdrückung zuverlässig gelöst. Mit dem Modulator wird die Nutzstrahlung direkt am Strahlenschutzbehälter permanent ein- und ausgeschaltet (moduliert). Dadurch lässt sich die modulierte Nutzstrahlung von der unmodulierten Fremdstrahlung unterscheiden. Der Nutzen für den Anwender liegt darin, dass mit modulierter Strahlung auch dann ungestört und fehlerfrei weiter gemessen werden kann, wenn die Störstrahlung um ein Vielfaches höher als die Nutzstrahlung ist. Darüber hinaus ist diese technische Lösung unabhängig vom verwendeten Isotop.

Der Gamma-Modulator wird vor den Strahlenaustrittskanal des Strahlenschutzbehälters des Gammapilot M FMG60 montiert. Er besteht aus einer langen, geschlitzten Welle, die sich kontinuierlich dreht und den Gammastrahl mit einer Frequenz von 1 Hz wechselweise abschirmt bzw. durchlässt. Durch diese Frequenz unterscheidet sich der Nutzstrahl von der schwankenden Umgebungsstrahlung sowie von der sporadisch auftretenden Störstrahlung. Durch ein Frequenzfilter kann das Messgerät das Nutzsignal von der Störstrahlung trennen. Der Detektor und der Modulator müssen dazu nicht elektrisch miteinander verbunden werden. Beim Abgleich des Detektors muss lediglich die Funktionsart für „modulierte Strahlung“ eingestellt werden.
Bei Messstellen mit mehreren Strahlenquellen, z.B. größere Messbereiche, muss an jedem Strahler bzw. Strahlenschutzbehälter ein Modulator vorgesehen werden. Die einzelnen Modulatoren sind dann über einen Synchronisator untereinander auf Gleichlauf zu synchronisieren. Eine radiometrische Messstelle mit Gamma-Modulator besteht somit aus folgenden Komponenten:

  • Gamma-Modulator FHG65
  • Strahlenschutzbehälter mit Isotop (Cs 137 oder Co 60)
  • Detektor Gammapilot M FMG60
  • wenn erforderlich Synchronisator FHG66 (mehrere Quellen)

Der Modulator kann auch an vorhandenen Messstellen nachgerüstet werden. An Messstellen mit anderen Detektoren als dem FMG 60 müssen diese ausgetauscht und der Modulator nachträglich zwischen dem Strahlenschutzbehälter und der Behälterwand oder ähnlich montiert werden.

Effektive Unterdrückung von Störstrahlung hat natürlich den größten Nutzen an entsprechend kritischen Messungen. Hier hat Sicherheit erste Priorität. Dementsprechend beeinflusst die Kombination aus Detektor und Modulator nicht die funktionale Sicherheit gemäß SIL 2/3. Seine Funktion hat der Modulator bei Labor- und Feldtests unter Beweis gestellt. Aufgrund der Tatsache, dass am Modulator keine Wartung erforderlich und eine einfache Integration in bestehende Systeme möglich ist, ist er eine sichere Lösung zur Störstrahlerkennung, unabhängig von der auftretenden Strahlungsart.

Entscheider-Facts
Für Anwender
  • Radiometrische Geräte werden zur berührungslosen Füllstand-, Grenzstand-, Dichte- oder Trennschichtmessung eingesetzt.
  • In der Praxis kann Umgebungsstrahlung aus Schweißnahtprüfungen oder Produkten die Messung stören.
  • Der Modulator FHG65 wird zur Unterdrückung des Einflusses von Fremdstrahlung eingesetzt.


Für Planer

  • Die Störstrahlunterdrückung kann auch an bereits installierten Strahlenschutzbehältern nachgerüstet werden.
  • Der Modulator ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet.
  • Das System arbeitet unabhängig vom verwendeten Isotop.


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