Füllstandsensoren für die Messung von LNG und LPG

„Unsere Produkte stehen unter Druck, sind tiefkalt, brennbar und explosiv, und wir haben mit den Rahmenbedingungen umzugehen, die auf dem Meer herrschen“, beschreibt Karl-Heinz Arzdorf, Leiter der Abteilung für Elektrik und Instrumentierung bei der TGE Marine Gas Engineering, Bonn, den Alltag der Messgeräte, die mit den Flüssiggasen in Berührung kommen. Dazu kommen im Einsatz auf LNG-Tankern Klassenvorschriften, internationale maritime Regelwerke und länderspezifische Vorgaben, die sich technologisch durchaus auch einmal widersprechen können. Jedes Messgerät muss den Vorgaben entsprechen. Das Bonner Unternehmen konzentriert sich auf den Bau und die Ausrüstung von Flüssiggas-Tankern und die dazugehörigen Verflüssigungsanlagen. Beispielsweise stammen etwa 55 % aller Ethylen-Tanker und rund ein Drittel der in den letzten Jahren gebauten kleinen LNG-Carrier aus der Hand des Planungsunternehmens. Neben technischen Gasen werden vor allem LNG (Liquefied Natural Gas) und LPG (Liquefied Petroleum Gas) auf den Tankern transportiert.

Füllstände von Flüssiggasen sind schwierig zu messen
Der Markt für Flüssiggasanwendungen ist ausgesprochen dynamisch. Nicht nur wegen der verknappenden Rohstoffe wächst das Interesse an LNG, auch Veränderungen in der Weltpolitik oder der Preisverfall dank Fracking in den USA tragen dazu bei, dass mehr LNG über die Meere transportiert wird. Im Einsatz auf See und bei der Regasifizierung sind es nicht nur die extremen Temperaturen, die den Messgeräten zu schaffen machen oder schwierig zu messende Produkte, die sich durch die Bank durch kleine Dielektrizitätskonstanten (DK-Werte) auszeichnen. Je kleiner der DK-Wert, desto schwieriger wird die Mikrowellenmessung. Auch Vibrationen und der Kontakt mit Salzwasser erfordern eine besondere Robustheit. Sensoren mit Schiffzulassung sind für solche Einsätze zwingend vorgeschrieben oder erforderlich.
TGE setzt bei der Füllstandmessung Messgeräte wie den Vegaflex 86 zur kontinuierlichen Messung von Füllstanden in den Decktanks und verschiedenen Prozessstufen der Verflüssigungsanlage ein. Der Füllstand wird über diese Messgeräte geregelt, und dies muss bei hohen Drücken (16 bis 18 bar), tiefen Medientemperaturen (-163 °C) und schwerer See zuverlässig funktionieren. Die Verflüssigungsanlagen sind relativ komplex und laufen über mehrere Stufen, in jeder ist der Füllstand eine wichtige Regelgröße, etwa um den Kompressor zu schützen. Der widerstandsfähige, geführte Radar-Sensor ist ideal für diese Aufgaben, weil er unabhängig von den Medieneigenschaften wie Dichte oder Dielektrizitätszahl misst. Sein robuster, mechanischer Aufbau und eine zweite Prozessabdichtung, die sogenannte Second Line of Defense, schützen den Sensor. Pro Schiff befinden sich – je nach Bauweise – zehn solcher Messgeräte an den unterschiedlichsten Orten, etwa am Kompressor oder in den Kältekreisläufen am Receiver im Einsatz. Dazu kommen noch einmal Füllstandmessgeräte an den Decktanks. Auch hier variieren die Ausstattung und die Anzahl der Tanks. In der Regel sind zwei Geräte pro Tank installiert.
Der Vegapuls 62 wird häufig als Zweitmessung auf den Cargo-Tanks in den LNG-Carrieren eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen universell einsetzbaren Radarsensor zur kontinuierlichen Füllstandmessung von Flüssigkeiten. Er wird wegen seiner Genauigkeit unabhängig von Druck, Temperatur, Gas und Dampf geschätzt. Die berührungslose Messung eignet sich selbst bei schwierigen Prozessbedingungen. Die mechanischen Belastungen in den Tanks sind nicht zu unterschätzen. Insbesondere bei schwerer See stellen die gewaltigen Produktmassen, die in den Tanks dann in Bewegung geraten, hohe Anforderungen an die Robustheit der Messgeräte. Daher wird das Radargerät auch eingesetzt, um den Füllstand an den Tauchpumpen in den Cargo- und Deck-Tanks zu messen, um diese vor Trockenlauf und Überhitzung zu schützen.
Überdies kommt noch der Vibrationsgrenzschalter Vegaswing 61 zum Einsatz. „Das Gerät nutzen wir eigentlich überall, wo wir sonst noch gewisse Grenzstände auf dem Schiff wissen müssen, etwa wenn noch ein Trockenlaufschutz benötigt wird, aber die Bedingungen nicht ganz so hart sind“, so Karl-Heinz Arzdorf.

Induktiver Schwinggabel-Antrieb für extreme Temperaturen
Großes Interesse hat man an dem im vergangenen Jahr auf den Markt gebrachten Vegaswing 66. Dieser Vibrationsgrenzschalter besitzt einen induktiven Antrieb, der es mühelos schafft, die Schwinggabel auch unter extremen Temperaturbedingungen anzuregen. Da der Sensor unabhängig von der Dichte, also auch bei unterschiedlichsten Produkten sicher misst, eignet er sich besonders für High- und High-high-Alarme auf den Cargo-Tanks und als Kompressorschutz in der Verflüssigungsanlage.
 „Die Qualität einer Partnerschaft zeigt sich erst in der Not“, ist Arzdorf überzeugt und nennt als Beispiel die Messung des Kältemittels R404. Trotz genauester Vorbereitung lieferte ein Freistrahlradar Vegapuls 62 nach dem Einbau kein Signal. Das Problem wurde mit dem Einbau eines Vegaflex 86, das mit geführten Mikrowellen arbeitet, gelöst. Allerdings war damals dieser Typ relativ neu auf Markt, und es gab zu dem Zeitpunkt wenig Erfahrung mit diesem Gerät. Zeit, um Erfahrungen zu sammeln, hatte man nicht. Die Zeit bis zur Auslieferung des Schiffes war – wie immer – knapp, und das Schiff musste noch von Korea nach China überführt werden. Daher wurde zum einen die nötige Zulassung von Vega mit Priorität angegangen. Zum anderen gingen ein Service-Techniker des Geräteherstellers und der zuständige TGE-Mitarbeiter an Bord und testeten das Gerät während der Überfahrt. Seitdem läuft die Messung zuverlässig.
Das Problem bestand darin dass die frei abgestrahlten Mikrowellen vom Medium absorbiert wurden. „Man kennt dieses Phänomen von Ammoniak, aber im Prinzip gibt es nur ganz wenige Produkte, bei denen dies noch der Fall ist. Jetzt sind wir natürlich schlauer“, erinnert sich Arzdorf.

Powtech 2014 Halle 6 – 209