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Erst Applikationswissen führt in der Radar-Füllstandmessung zum Erfolg

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09.04.2010 Die Radarfüllstandmessung hat den Ruf eines nicht ganz einfachen Messverfahrens. Dies liegt jedoch weniger an der Technik als am mangelnden Applikationswissen. Mit dem entsprechenden Know-how und dem intensiven Kontakt zum Anlagenbetreiber bietet die Radarfüllstandmesstechnik ungeahnte Möglichkeiten und ist oft eine Lösung für besonders schwierige Anwendungen - wie die Beispiele in diesem Beitrag zeigen.

Entscheider-Facts Für Betreiber und Planer

  • Für eine zuverlässige Radarmessstelle - insbesondere für die Füllstandmessung von Schüttgütern - müssen Anwender und Anbieter ihr Wissen zusammentragen.
  • Bei optimaler Auswahl und Einstellung lassen sich selbst solche Anwendungsprobleme lösen, für die eine Füllstandmessung bisher nicht möglich war:
  • Messung unter hoher Staubentwicklung (Gips, PVC-Pulver)
  • Messung schäumender Medien
  • Messung von Flüssiggasen

Die Radarmesstechnik nimmt heutzutage bei Füllstandmessaufgaben, insbesondere im Schüttgutmarkt, eine führende Stellung ein. Zu Recht, denn sie vereint viele Vorteile und arbeitet zuverlässig in einer Vielzahl von Applikationen, teilweise unter widrigsten Bedingungen. Der Anwender profitiert von einer großen Anzahl von Radarfüllstandmessgeräten, die wiederum mit einer Vielzahl von Antennen und Antennenoptionen mit unterschiedlichen Messfrequenzen kombiniert werden können. Die Technik der angebotenen Geräte ist also inzwischen sehr gut. Dennoch klagen hin und wieder Anwender über schlecht funktionierende Messstellen oder zu hohe Kosten. Das Problem liegt dabei aber weniger in der Radarmesstechnik, vielmehr mangelt es häufig am Applikationswissen.

Für eine zuverlässige, genaue und langlebige Messstelle müssen beide Seiten ihr Wissen zusammentragen: Beim Anwender bedarf es einer ausreichend guten Kenntnis der Applikation und der Anforderungen an die Messung. Der Anbieter ergänzt diese mit einer entsprechenden Erfahrung und Beratung. Dabei ist die Beratungsqualität entscheidend: Wenn im Vorfeld die richtigen Fragen gestellt werden, lassen sich die meisten der typischen Applikationsprobleme lösen. Der Mehraufwand vor der Installation lohnt sich. Bei einem richtig ausgelegten, installierten und vom Lieferanten vorparametrierten Radargerät muss der Kunde bei der Inbetriebnahme in der Regel nur noch wenige Parameter vor Ort eingeben.

PVC: Stabile Messung trotz Staub

Wie die Radarfüllstandmessung selbst bei schwierigen Messstoffen sogar ohne Spülsysteme einwandfrei funktioniert, zeigt das Beispiel in einem PVC-produzierenden Unternehmen. In mehreren über 20 Meter hohen schlanken Silos lagern verschiedene PVC-Formen, aus denen die eigene und fremde Produktion versorgt wird. Dort herrscht eine extrem staubige Atmosphäre, und der aufgewirbelte PVC-Staub ist stark anhaftend. Bislang wurde der Füllstand mit Ultraschall gemessen, die Messung setzte jedoch bedingt durch die hohe Staubentwicklung häufig aus. Erschwerend kam hinzu, dass auf den Behältern kein Druckluftanschluss zur Antennenspülung installiert war. Die Betreiber wollten dennoch eine berührungslos messende Lösung.

Im direkten Vergleichstest lieferten die Radar-Füllstandmessgeräte Optiwave 6300 die zuverlässigsten und stabilsten Messwerte bei allen PVC-Formen, insbesondere bei niedrigen Behälterfüllständen. Bei der Messung von Granulat konnten die Geräte aufgrund der hohen Signaldynamik und der stärkeren Fokussierung der emittierten Signale ohne Schwenkvorrichtungen zur Antennenausrichtung eingesetzt werden. Obwohl der feine PVC-Staub dauerhaft an der Antenne anhaftet, verhindert die geschlossene Konstruktion, dass die Messung beeinflusst wird. Aufgrund der großen Abstrahlfläche der Antenne und dem geringen DK-Wert des anhaftenden Produktes kann die Radarwelle hindurch messen. Das Spülen oder ein spezieller Staubschutz ist nicht erforderlich, die Antennen sind somit wartungsfrei.

Die Geräte wurden vorparametriert geliefert; bei der Inbetriebnahme vor Ort wurden je Gerät nur wenige Parameter wie Silohöhe, Blockdistanz und Schüttkegelform eingegeben. In Summe ergab sich damit für den Betreiber ein deutlicher Kostenvorteil hinsichtlich des Installations- und Wartungsaufwands. Mit dieser Lösung überwacht das Unternehmen kontinuierlich den Füllstand in den Silos. Ein Leerlauf und damit eine Gefährdung des Produktionsablaufs durch Fehlmessungen in den Behältern ist ausgeschlossen.

Gips: Staub und geringer dk-Wert

Ähnliche Produktvoraussetzungen lagen in einem großen Recycling- und Kreislaufwirtschaftsunternehmen vor. Zur Produktionssteuerung und Versorgungssicherung sollte der Füllstand von Gips in einem über 20 Meter hohen Silo kontinuierlich gemessen werden. Die Reflektivität des Gipspulvers ist sehr gering (Dielektrizitätszahl ca. 1,8-1,9), zudem herrscht in dem Silo eine extrem staubige Atmosphäre. Auch hier wurde der Füllstand bislang mit einem Ultraschall-Messverfahren ermittelt, dieses setzte jedoch bedingt durch die staubige Atmosphäre häufig aus und sollte deshalb ersetzt werden. Ein Druckluftanschluss zur Antennenspülung war nicht vorhanden, daher fiel in dieser Anwendung die Entscheidung ebenfalls auf den Optiwave 6300, der direkt auf die im Silodach vorhandene Öffnung aufgesetzt wurde.

Mit dieser Lösung hat der Betreiber den Füllstand im Gipssilo jederzeit im Blick. Staubablagerungen auf der Antenne werden dank der ellipsoidalen und komplett gekapselten Form und der Oberfläche aus nicht-anhaftendem Polypropylen minimiert. Die gering reflektierende Oberfläche des Messstoffs wird durch die hohe Signaldynamik des Gerätes zuverlässig erfasst. Die FMCW-Technologie ist nicht durch den Abstrahlwinkel beeinflusst, daher muss die Antenne nicht aufwendig ausgerichtet werden.

Messung bei schäumenden Medien

Die Radarmesstechnik wird heute bei Messproblemen eingesetzt, für die es früher schlicht keine Lösung gab. Daher ist es nicht ungewöhnlich, dass die Radarmesstechnik auch in solchen Anwendungen misst, die man auf den ersten Blick nicht im Fokus hatte, wie das Beispiel einer Steuerung eines Schaumabzugs in einer Kläranlage zeigt. Hier kam es bedingt durch die im Abwasser enthaltenen Produktionsrückstände zur Schaumbildung an der Wasseroberfläche. Der Schaum wurde durch einen Strudel an den Beckenrand gedrückt und wuchs dann in Richtung Mitte zusammen. Um den vorhandenen Räumer mit Schaumabzug nur bei Bedarf einzusetzen, suchte der Betreiber nach einer zuverlässigen Erkennung für das Phänomen Schaumbildung.

Als Testgerät wurde ein berührungslos messendes Optiwave 7300 Radar-Füllstandmessgerät mit einer Tropfenantenne DN 80 eingesetzt. Das Gerät wurde für Flüssigkeitsanwendungen entwickelt und verfügt über eine integrierte Messung des Reflektionsfaktors der Mediumsoberfläche. Die Wasseroberfläche weist eine hohe Reflektivität auf, Schaum dämpft hingegen die Reflektion. So kann das Gerät zuverlässig erkennen ob Wasser oder Schaum vorliegt. Das Messgerät wurde auf einer radialen Schiene über dem Becken aufgesetzt und über dem genannten Messpunkt fixiert. Der Reflektivitätswert bzw. die Stärke des reflektierten Signals wurde auf den Signalausgang gelegt und das Radarmessgerät mit der vorhandenen SPS verbunden, die den Räumer steuert. Mit dieser ungewöhnlichen Lösung kann der Betreiber den Schaumabzug vollautomatisch und bedarfsgerecht einsetzen.

Ausblick: Radargeräte bieten deutliche Vorteile gegenüber den etablierten Verfahren im Hinblick auf ihre Wartungsfreiheit sowie die Möglichkeit, kontinuierlich und berührungslos zu messen. So wurde die Radar-Füllstandmesstechnik in den vergangenen Jahren erheblich weiterentwickelt und wird mittlerweile selbst bei anspruchsvollen Feststoffanwendungen mit staubigen Atmosphären und schlecht reflektierenden Stoffen eingesetzt. Voraussetzung ist jedoch, dass die entscheidenden Fragen über die Applikation vor der Installation geklärt werden. Anwender sollten sich also nicht scheuen, im Vorfeld Kontakt mit den Radargeräteherstellern aufzunehmen und ihre Messaufgabe zu diskutieren. Dann steht einer zuverlässigen und langlebigen Messlösung, die den hohen Erwartungen gerecht wird, nichts mehr im Weg.

Interkama 2010 Halle 7, Stand C13

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Radar ersetzt Waage
Auf dem Weg zum Leichtgewicht
Die Radarmesstechnik ist aber bei Weitem nicht das einzige Messverfahren, mit dem ungewöhnliche Lösungen gefunden werden können. In diesem Beispiel ersetzte das Verfahren der geführten Mikrowelle kein Füllstandmessgerät, sondern eine Waage. Zur Messung des Füllstands in Kohlendioxidtanks setzte der Gashersteller Air Liquide bisher Wägesysteme ein. Dabei wird CO2 bei einer Temperatur von -20 °C und mit einem Druck von 20 bar abgefüllt, um zu verhindern, dass das Produkt in den Schläuchen gefriert. Die bisher verwendeten Wägesysteme waren teuer und erhöhten das Gesamtgewicht des gesamten Behälters beachtlich. Aufgrund der kryogenen Flüssigkeit (CO2) bildete sich Eis, was zusätzlich zu unsicheren Messwerten führte. Kapazitive Sonden, Drucktransmitter und Schwimmersysteme wurden als Alternative zu den verwendeten Wiegesystemen getestet – mit mäßigem Erfolg. Daher fiel die Wahl auf ein mit einer Koaxialsonde ausgestattetes Füllstandmessgerät Optiflex 1300 C, das nach dem Prinzip der geführten Mikrowelle (TDR -Time Domain Reflectometry) arbeitet.

Dies kann dank seiner großen Dynamik auch die sehr schwachen Oberflächenreflexionen der CO2-Oberfläche zuverlässig verfolgen. Damit ist das Gerät eine ideale Lösung für das Produkt mit seiner niedrigen Dielektrizitätszahl. Im äußeren Rohrmantel der verwendeten Koaxialsonde befinden sich in einem Abstand von jeweils 2?cm Löcher über die gesamte Länge verteilt, die den Produktaustausch zwischen Sonde und Behälter sicherstellen. Damit misst das Gerät auch dann den korrekten Füllstand, wenn sich Schichten bilden. Die Inbetriebnahme wird durch den Installationsassistenten vereinfacht – das Gerät ist nach ein paar Sekunden einsatzbereit. Unmittelbar nach dem Öffnen des Ventils und dem Start der Befüllung erfasst das Gerät den Füllstand und folgt ihm kontinuierlich selbst bei siedender Messstoffoberfläche. Der Messwert bleibt stabil und linear. Weiterer Pluspunkt: Mit dem Ersetzen der Wägesysteme wurde das Gesamtgewicht des Behälters halbiert, was vor allem dessen Transport spürbar erleichtert.

Heftausgabe: April 2010

Über den Autor

Jörg Holtmann, PR-Manager
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