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Wechselarmaturen für pH-Messstellen

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15.02.2017 Wechselarmaturen sind keine neue Entwicklung. Dennoch sind vielen Betreibern die Vorteile nicht bekannt, die solche Armaturen in der Praxis ermöglichen. Der Beitrag räumt damit auf und zeigt, wo die Einsparpotenziale liegen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Eine gut konzipierte, automatische Spülsteuerung in Kombination mit der richtigen Wechselarmatur verbessert die Verfügbarkeit, Standzeit und Genauigkeit einer pH-Messstelle in rauen Prozessen. Gleichzeitig verringert sich der Wartungsaufwand.
  • In der Folge profitieren Betreiber von einer erhöhten Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Messsignals.
  • In den meisten Einsatzfällen erfolgt ein „Return of Invest“ innerhalb weniger Monate.

Bei kritischen Medien kann der Anwender den Sensor ein- und ausfahren. So hat die empfindliche Messtechnik nur Kontakt mit dem Medium, wenn tatsächlich gemessen wird. Bild: Andrei Merkulov – Fotolia, Exner

Bei kritischen Medien kann der Anwender den Sensor ein- und ausfahren. So hat die empfindliche Messtechnik nur Kontakt mit dem Medium, wenn tatsächlich gemessen wird. Bild: Andrei Merkulov – Fotolia, Exner

Die Armaturen-Baureihe basiert auf einem Baukastensystem. Für den Anwender heißt das: individuelle Lösungen mit durchgängigem Bedien- und Wartungskonzept. Bild: Exner

Die Armaturen-Baureihe basiert auf einem Baukastensystem. Für den Anwender heißt das: individuelle Lösungen mit durchgängigem Bedien- und Wartungskonzept. Bild: Exner

Selbst in sehr modernen chemischen Produktionsprozessen finden sich noch immer viele pH-Wert-Messstellen, die im Bypass installiert sind oder gar auf der Basis manueller Probenahme erfolgen. Die Nachteile werden schnell klar: Will ein Betreiber seinen Prozess auf einen bestimmten pH-Wert einstellen, bedeutet das Ermitteln des aktuellen Wertes mittels Probenahme und Vermessung im Labor eine erhebliche Verlängerung der Prozesszeit. In dem Zeitraum, in der eine Probe vom Prozess genommen und in einem Labor analysiert wird, ruht der eigentliche Prozess so lange, bis es möglich ist, auf den ermittelten pH-Wert zu reagieren und die Probenahme und Analyse nach erfolgter Justierung erneut erfolgt. Selbst bei einer Messung im Bypass ist die Zeit, bis zu der ein reeller Messwert vorliegt, signifikant höher als bei einer Messung direkt im Prozessbehälter. Findet in einem großvolumigen Reaktionsbehälter eine chemische Reaktion statt, die über den pH-Wert geregelt wird, so herrscht in einem Bypass immer eine verzögerte Messwertanzeige. Diese Verzögerung ist abhängig von dem Volumen pro Zeiteinheit, das durch den Bypass fließt, und der Reaktionszeit des Mediums – das kann bis zu mehreren Minuten dauern. Oftmals gerät zudem außer Acht, dass eine Verstopfung des Bypasses zu eklatanten Fehlmessungen führen und somit eine komplette Produktionscharge gefährden kann.

Einfaches und durchgängiges Konzept

Um Prozesszeiten zu optimieren und verlässliche Messwerte zu erhalten, sollten die Daten schnell und zuverlässig verfügbar sein. Dies gilt insbesondere für die Ermittlung des pH-Wertes, da dieser meist zu den kritischen Prozessparametern zählt. Möchte ein Anwender den pH-Wert direkt im Reaktionsbehälter online ermitteln und die Möglichkeit bewahren, zu jeder Zeit für Wartungs- oder Kontrollzwecke an den Sensor heranzukommen, kann er dies unkompliziert durch den Einsatz von sogenannten Wechselarmaturen erreichen. Wechselarmaturen funktionieren wie ein Schleusensystem. Sie ermöglichen dem Anwender, einen pH-Sensor in den Produktionsprozess einzuführen und wieder zu entnehmen, ohne den Prozess zu unterbrechen. Dabei kann das Personal eine solche Armatur unter vollen Prozessbedingungen, also bei vollem Druck und voller Temperatur, bedienen. Damit dies unter allen Einsatzbedingungen sicher erfolgen kann, muss der Hersteller solche Wechselarmaturen stets individuell auf den jeweiligen Prozess abstimmen. Exner Process Equipment setzt hier auf ein strukturiertes Baukastensystem: die Extract 8XX Armaturenfamilie. Mit dieser ist es möglich, eine Armatur sehr einfach auf alle Prozessbedingungen anzupassen. Werkstoffe, Dichtungsmaterialien, Eintauchtiefe und Prozessanschlüsse sind frei wählbar. Für den Anwender heißt das, dass er unabhängig von der individuellen Zusammenstellung seiner Armatur immer ein einfaches und durchgängiges Bedien- und Wartungskonzept hat.

Auch manuell sicher in Prozess und Bedienung

In einfachen Prozessen, in denen die Belastungen für den pH-Sensor nicht sehr groß und nur leichte Verschmutzungen zu erwarten sind, reicht der Einsatz einer manuellen Wechselarmatur, um direkt im Reaktionsbehälter zu messen. Mit einer solchen Wechselarmatur kann der Anwender den pH-Sensor jederzeit aus dem Prozess entnehmen, reinigen, überprüfen oder austauschen. Wieder in den Prozess eingefahren, liefert der Sensor unmittelbar und zuverlässig Messsignale. Durch die integrierten Sicherheitsfeatures der Armaturenfamilie ist eine Fehlbedienung oder gar eine Gefährdung des Bedieners ausgeschlossen. Undurchsichtige oder komplexe Absperrventilstellungen, wie sie bei vielen Bypass-Messungen oftmals zu finden sind, entfallen völlig und reduzieren somit die Wahrscheinlichkeit einer Fehlbedienung im Betriebsalltag.

Vorteile automatisierter Reinigung

Bilden sich prozessbedingt nach kurzer Einsatzzeit bereits starke Beläge, Ablagerungen oder Verkrustungen am pH-Sensor, setzt dies die Zuverlässigkeit des Messwertes stark herab und das Personal muss den Sensor zur Wiedererlangung seiner vollen Performance reinigen. Dies kann mittels einer automatischen Wechselarmatur automatisiert erfolgen und somit in kurzen Intervallen und hoher Regelmäßigkeit stattfinden. Die automatisierte Reinigung bietet den Vorteil, dass durch die hohe Regelmäßigkeit bereits leichte Beläge am Sensor einfach zu beseitigen sind und es somit nicht mehr zu starken Verkrustungen kommt, die nur noch mit hohem Aufwand zu lösen sind. Damit steigen Zuverlässigkeit, Standzeiten und Messgenauigkeit gegenüber einer Bypass-Messung signifikant. Gleichzeitig reduziert sich der manuelle Wartungsaufwand.

Schwierige Bedingungen: kein Problem

Eine moderne, automatische Wechselarmatur ist mit einem pneumatische Antrieb ausgestattet, der den pH-Sensor von der Messposition in die Serviceposition verfährt. Integrierte Rückmelder liefern die jeweilige Position an ein übergeordnetes Prozessleitsystem, damit der Anwender immer über die Signalverfügbarkeit informiert ist. In der Serviceposition verweilt der Sensor in einer Spülkammer, die eigens für die Reinigung des pH-Sensors optimiert wurde. Hier wird der Sensor gereinigt oder bei Prozessunterbrechungen sicher aufbewahrt und gewässert. Die Abdichtung zum Prozess erfolgt über betriebsbewährte, robuste Spezialdichtungen aus PTFE. Auch schwierigste Applikationen lassen sich so sicher automatisieren. Durch die integrierten, mechanischen Sicherheitsfunktionen ist eine Fehlbedienung der automatischen Armatur ausgeschlossen. Ein Einfahren der Armatur in den Prozess ohne installierten Sensor ist genauso unmöglich, wie ein Ausbau des Sensors in der Messposition. Sicherheit für den Bediener und eine einfache, intuitive Bedienung sind so gegeben. Will der Betreiber den pH-Wert in Medien messen, die den pH-Sensor zerstören, beispielsweise bei einem  hohen Flusssäure-Anteil, hilft eine automatisierte Wechselarmatur die Standzeit eines pH-Sensors und damit die Messwertverfügbarkeit zu erhöhen: Verbleibt der Sensor die überwiegende Zeit geschützt in der Spülkammer der Wechselarmatur und verfährt nur für kurze Messintervalle in den Prozess, so reduziert sich die Einwirkzeit des Prozessmediums signifikant und erhöht dadurch die Standzeit um ein Vielfaches. Der Anwender kann selbst bestimmen, in welchen Prozessabschnitten er einen Messwert zur Prozessführung benötigt. Und nur dann kommt der Sensor mit dem Medium in Kontakt.

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Heftausgabe: Januar/Februar 2017
Detlef Exner,  Geschäftsführer, Exner Process Equipment

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Detlef Exner, Geschäftsführer, Exner Process Equipment
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