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Verfahrenstechnik 4/2015

Verfahrenstechnik 4/2015

Sicherer Betrieb

Sicherer Betrieb Vorteile von thermischen Massedurchfluss-Grenzschaltern für den Pumpenschutz Tom Kemme Thermische Massedurchfluss-Grenzschalter können sowohl hohe als auch niedrige Durchflüsse ermitteln. Im folgenden Artikel geht es um den Einsatz dieser Technologie zum Schutz von Pumpen. Für den Pumpenschutz kann eine Vielzahl von Technologien eingesetzt werden, wie beispielsweise Durchflussmesser. Eine kontinuierliche Durchflussmessung ist jedoch nicht immer erforderlich, und Durchflussmesser sind in der Regel teurer als Durchfluss-Grenzschalter. Mechanische Durchfluss-Grenzschalter arbeiten mechanisch, um ein Relais zu steuern. In der Regel befindet sich ein Padbei Bedarf eine automatische Befüllung bzw. Entleerung durchführt. Thermische Massedurchfluss-Grenzschalter bieten dem Anwender die robustesten Merkmale und höchste Flexibilitäten. Werden Pumpen in trockenem Zustand betrieben, können dadurch Teile beschädigt werden, und in Zentrifugalpumpen kommt es im schlimmsten Fall zur Kavitation. Bei den darauf folgenden Kosten für die Beschaffung teurer Ersatzteile sind jedoch der ineffiziente Pumpenbetrieb oder Ausfallzeiten, die die Produktion oder den Betrieb beeinträchtigen, nicht enthalten. Technologien zur Auswahl Autor: Tom Kemme, Product Manager, Magnetrol International B.V., Zele, Belgien del im Durchflussstrom, das mit der Strömung schwingt. Bewegt sich das Paddel über eine bestimmte Distanz, zieht ein mag netischer Anziehungskörper den Magneten an, sodass der Grenzschalter betätigt wird. Bewegliche Teile können verschleißen, sodass sie im Laufe der Zeit immer häufiger gewartet werden müssen. Bei viskosen Flüssigkeiten oder Ansatzbildung kann dadurch die Zuverlässigkeit des Schalters nachlassen. Ein mechanischer Durchfluss-Grenzschalter kann vorteilhaft sein, wenn die Stromversorgung vor Ort begrenzt ist. Jedoch können Paddelschalter nur in horizontal verlegten Rohrleitungen installiert werden. Schwinggabel- und Ultraschallgrenzschalter sind weitere Technologien, die zum Pumpenschutz eingesetzt werden. Bei diesen Technologien muss die Gabel oder der Spalt umspült bzw. trocken sein, damit der Füllstand ermittelt werden kann. Zu- oder abnehmende Fließgeschwindigkeiten, können diese Geräte jedoch nicht detektieren. Daher sollten sie nur zur Füllstandsüberwachung eingesetzt werden. Du ale Ultraschall-Grenzschalter verfügen über Modi zur Pumpensteuerung, bei denen das Gerät Sondentypen Bei den Sondenausführungen, die die Hersteller von thermischen Massedurchfluss- Grenzschaltern anbieten, handelt es sich in der Regel um Standardsensoren. Der Standardsensor besteht aus einem Rohr, an dessen Ende zwei Sensoren angeschweißt sind und die sich in der Prozessflüssigkeit befinden. Standardsonden sind für einen sehr hohen Nenndruck ausgelegt und in zahlreichen unterschiedlichen Werkstoffen erhältlich. Dieser Sondentyp eignet sich zwar auch für Flüssigkeitsanwendungen, wird in der Regel jedoch für Gasanwendungen empfohlen – es sei denn, die Spezifikationen schreiben den Einsatz dieser Ausführung vor. Eine einzigartige Ausführung, die bei Flüssigkeitsanwendungen bevorzugt wird, ist der CIP-Sensor. Da die Stifte am Sondenende fehlen, kommt es bei viskosen Anwendungen nicht zum Verstopfen. Zudem ermöglicht die dünne Wand ein schnelleres Ansprechen auf die Prozessflüssigkeit. Bei einem Nenndruck von bis zu 41 bar und Edelstahl 316 als Werkstoff eignet sich diese Ausführung für die meisten Pumpenanwendungen. 28 VERFAHRENSTECHNIK 4/2015

Elektronik Die Elektronik der Sonde wird in einer Kompakt- bzw. Getrenntausführung angeboten und ist in einem explosionsgeschützten Gehäuse untergebracht. Die Verdrahtung ist durch die gute Zugänglichkeit der Anschlussklemmen sehr einfach. Neben der einfachen Installation zeichnet sich das Gerät dank der mikroprozessorgestützten Elektronik durch zahlreiche Diagnosefunktionen aus. Eine nützliche Diagnosefunktion der Elektronik ist der Stromausgang. Hierbei handelt es sich nicht um einen linearen Ausgang mit 4–20 mA, ähnlich einem Durchfluss-Messumformer, sondern der Strom fungiert als aktives Signal, das entsprechend der Wärmeübertragung des Mediums variiert. Bei einem niedrigen Durchfluss kann der Strom z. B. 8 mA betragen, bei einem normalen Durchfluss dagegen 12 mA. Der Strom ist für einen bestimmten Schaltpunkt bei niedrigem Durchfluss wiederholbar. Gibt es Turbulenzen in der Leitung, weil bei noch laufender Pumpe ein Ventil geschlossen ist, sieht der Sensor diese Turbulenzen als Durchflussrate, die höher ist als die tatsächliche Rate. Ist dieses Signal bekannt, kann der Anwender überwachen, was der Sensor innerhalb der Leitung ermittelt. Pumpeninstallationen Verschiedene Modelle des Massedurchfluss- Grenzschalters mit Standardsonde (links), CIP-Sonde (mitte) und Low-Flow-Kompaktsensor (rechts) MESS- UND AUTOMATISIERUNGSTECHNIK I TOP-THEMA Sowohl Verdrängungs- als auch Zentrifugalpumpen weisen Leistungskurven für maximale Effizienz auf. Es gibt eine ideale Kombination aus Flüssigkeitspegel-Differenz und Durchflussrate, mit der sich die besten Ergebnisse erzielen lassen. Wird die Flüssigkeitspegel-Differenz überwacht, kann ein thermischer Massedurchfluss- Grenzschalter installiert werden, um die Pumpe abzuschalten, wenn sie unterhalb der idealen Durchflussraten arbeitet. Für den schlimmsten Fall wird der thermische Massedurchfluss-Grenzschalter installiert, um sicherzustellen, dass ein Flüssigkeitsdurchfluss vorhanden ist, um Verschleiß, den möglichen Austausch von Teilen und Ausfallzeiten zu verhindern. Der thermische Massedurchfluss-Grenzschalter kann in der Ansaug- oder Ablaufleitung eingebaut werden. Er muss an einer Position installiert werden, an der er die Bewegung der Flüssigkeit erkennen kann (bei einer teilweise befüllten Leitung). Wird der thermische Massedurchfluss-Grenzschalter vor Ort kalibriert – was hier der häufigste Fall ist – ist eine Installation in der Mittellinie der Leitung nicht erforderlich. Solange die Sonde weit genug in die Leitung hineinragt, sodass sie die Flüssigkeitsbewegung erkennen kann, ermöglicht dies die Wiederholbarkeit zur festgelegten Durchflussrate. Der Sensor sollte zwischen 10 und 50 % des Rohrdurchmessers in die Rohrleitung hineinragen. Die Installation des Schalters sollte in einem Abstand zur Pumpe erfolgen, um Einflüsse durch Turbulzenzen, die die Pumpe erzeugt, zu vermeiden. Durch Turbulenzen ermittelt der Schalter möglicherweise Durchflussraten, die höher sind als die tatsächlichen in der Leitung vorhandenen Durchflussraten. Die durch die Turbulenzen verursachte Bewegung der Flüssigkeit kann theoretisch eine so starke Wärmeübertragung hervorrufen wie der Flüssigkeitsdurchfluss selbst. Der oben beschriebene Stromausgang ist eine nützliche Diagnosefunktion für schwierigere Installationen. Zusammenfassung Thermische Massedurchfluss-Grenzschalter werden in Anwendungen zum Schutz von Pumpen eingesetzt, die von herkömmlichen Einsätzen in Wasser bis hin zu hochviskosen Flüssigkeiten reichen. Es gibt spezielle Sensorausführungen für jede einzelne Anwendung, so etwa die beliebten CIP- Sonden, Low-Flow-Kompaktsensoren und Hochtemperatur-/Hochdrucksonden. Die Vielfalt der Sonden in Kombination mit der fortschrittlichen Elektronik macht aus thermischen Massedurchfluss-Grenzschaltern die kostengünstigste Technologie, die zum Schutz von Pumpen auf dem Markt erhältlich ist. Hannover Messe: Halle 15, Stand G43 Fotos: Fotolia, Magnetrol www.magnetrol.com Ω / T – die Königsklasse. Chemieschläuche nach EN 12115 Besuchen Sie uns: Frankfurt 15. - 19. Juni Halle 8.0 / Stand L 93 Die Europäische Norm EN 12115:2011 unterteilt Chemie- und Universalschläuche nach ihrer elektrischen Leitfähigkeit in vier Klassen : Ω/T, Ω, M/T und M. Ω/T-Schläuche sind dabei die Königsklasse. Diese leiten elektrostatische Aufladungen auch von innen nach außen durch die Schlauchwand ab und können damit auch sicher beim möglichen Auftreten von Streuströmen eingesetzt werden. Damit sind sie optimal geeignet für brennbare Flüssigkeiten und Gase und den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.

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