Mrz 29 2015

Neue Prozesswechselarmatur macht pH-Messung sicherer

Gastbeitrag

Die Konstruktion, Produktion und Auswahl geeigneter Prozesswechselarmaturen für die pH-Messung erfordern viel Know-how und Erfahrung. Im Fokus der Neuentwicklung der Wechselarmatur Cleanfit CPA871 von Endress+Hauser standen Sicherheit und Zuverlässigkeit im täglichen Gebrauch – und das bei unterschiedlichsten Prozessbedingungen. Lesen Sie, was sich die findigen Tüftler alles haben einfallen lassen.

Bei der Regelung vieler Prozesse der industriellen Verfahrenstechnik ist der pH-Wert die entscheidende Größe, genauso bei der Überwachung der Produktqualität. Entsprechend ist die sichere Erfassung des pH-Wertes äußerst wichtig – auch unter rauen Prozessbedingungen. Damit zuverlässige Messungen möglich sind, müssen pH-Elektroden regelmäßig gewartet und die gesamte Messstelle überprüft werden. Eingesetzt werden dafür manuelle und pneumatisch bediente Prozesswechselarmaturen.

Auf der diesjährigen Hannover Messe stellte Endress+Hauser eine ganz neue Generation der Prozesswechselarmaturen vor: den Beginn machte die Cleanfit CPA875 für hygienische Anwendungen. Nun folgt das zweite Familienmitglied, die Cleanfit CPA871 für die Prozessindustrie. Sicherheit und Zuverlässigkeit in jeder Hinsicht standen im Fokus der Entwicklung, insbesondere Sicherheit beim täglichen Umgang unter unterschiedlichsten Bedingungen.

Vorteile der neuen Cleanfit CPA871

  • Kein Verfahren der Armatur, wenn der Sensor nicht eingebaut ist
  • Kein Ausbau des Sensors in der „Messposition“ der Armatur
  • Kein unbeabsichtigtes Verfahren aus der Messposition
  • Integrierte Reinigung durch eine Sperrwasserfunktion
  • Wahl des geeigneten Werkstoffs für jede Kundenapplikation
  • Eignung für Anwendungen in explosionsgefährdeter Umgebung
  • Einfache und klare Inbetriebnahme und Wartung
  • Einsetzbar für manuelle sowie automatisierte Messstellen
  • Einfahrsicherung und Schutzhaube

Wenn Wechselarmaturen von der Service- in die Messposition verfahren werden, ohne dass der Sensor eingebaut wurde, besteht die Gefahr, dass Messmedium austritt. Dies kann Mensch und Umwelt erheblich gefährden. Aus diesem Grund wurden die Armaturen mit einem Sicherheitsmechanismus versehen, der das Einfahren der Armatur ohne den Sensor verhindert.
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Allround-Armatur für so gut wie alle Prozesse in der chemischen Industrie und der Wasser- und Abwasserbehandlung Fot: Endress+Hauser

CPA871 Allround-Armatur für so gut wie alle Prozesse in der chemischen Industrie und der Wasser- und Abwasserbehandlung
Fot: Endress+Hauser

Die schwarze Schutzhaube der Armatur bietet gleich mehrere Funktionen: Sie sorgt für den mechanischen Schutz des eingebauten Sensors und verhindert gleichzeitig den Ausbau des Sensors, wenn sich die Armatur in der Messposition befindet. Der untere Rand der Haube wird in diesem Moment vom Armaturenkörper fest eingeschlossen und kann so nicht entfernt werden.

Die Schutzhaube gewährleistet außerdem, dass das Signalkabel nicht in der Armatur abgeknickt wird. Das Gleiche gilt für den Schlauch bei flüssig gefüllten Elektroden, bei denen KCl nachgeführt wird. Markierungen auf der Sensorführung kennzeichnen darüber hinaus die Serviceposition, in welcher der Sensor zugänglich ist.

Die manuell bedienbaren Varianten der Cleanfit CPA871 verfügen über einen Spindelantrieb, der es erlaubt, die Armatur per Hand bis gegen acht Bar zu verfahren – in und aus dem Prozess. Durch Drehen des Antriebs im Uhrzeigersinn wird die Armatur in die Messposition verfahren, entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt sich die Armatur in die Serviceposition. Eine Gravur am Armaturenkörper zeigt an, in welche Richtung die Armatur bei welcher Drehrichtung verfährt. Die Konzeption des Spindelantriebs macht es unmöglich, dass der anliegende Prozessdruck die Armatur ungewollt verfährt. Zusätzlich sichert ein mechanischer Rastbolzen die Armatur in der Messposition.

Die pneumatisch bedienten Varianten der CPA871 verfügen über eine Endlagenpositionssicherung bei Druckluftausfall. Fällt die Druckluft aus, bleibt die Armatur in der vorher angewählten Stellung. Sie kann nicht durch den Prozessdruck aus der Mess- in eine Zwischenposition gedrückt werden. Eine weitere Gravur am Hubrohr symbolisiert zusätzlich die Position der Armatur. Nur, wenn das Dreieck vollständig erkannt werden kann, befindet sich die Armatur korrekt in der Serviceposition.

Sowohl die handbedienten als auch die pneumatisch bedienten Armaturen können mit einer induktiven Endlagenmeldung ausgerüstet werden: Sie signalisiert dem Betreiber den aktuellen Zustand. Auf diese Weise wird ebenfalls eine hohe Sicherheit gewährleistet.

Sperrwasserfunktion und Verdrehsicherung
Um die besten Messwerte unter den gegebenen Bedingungen zu erhalten, müssen in einigen Prozessen die Sensoren in bestimmten Orientierungen zur Strömung hin ausgerichtet werden. Diese Einstellung darf sich natürlich beim Verfahren der Armatur nicht verändern. Aus diesem Grund verfügen die neuen Cleanfit-Armaturen über eine Verdrehsicherung, welche die einmal gewählte Orientierung durchgängig gewährleistet. Die Orientierung der Sensorführung kann zusätzlich so eingestellt werden, dass auch während der Reinigung in der Servicekammer eine optimale Anströmung erreicht wird.

Prozesse, die zur Ansatzbildung am Messequipment neigen, bergen die Gefahr, beim Verfahren der Armatur die O-Ring-Dichtungen auf Dauer zu zerstören und die Spülkammer zu verschmutzen. Die Sperrwasserfunktion der neuen Cleanfit-Armatur verhindert das. Dabei wird die Spülkammer über den Kammereinlauf mit Reinigungsmedium gefüllt. So kann Messmedium beim Verfahren der Armatur nicht verschleppt werden oder sich anlagern.

Materialvielfalt und konstruktiver Aufbau
Die Anforderungen an Wechselarmaturen in den verschiedenen Industrien sind sehr unterschiedlich. Die Applikationsbedingungen beim Kunden entscheiden deshalb die Auswahl des besten geeigneten Materials für die mediumsberührenden Teile der Armaturen. So macht es beispielsweise wenig Sinn, in einem salzsäurehaltigen Medium bei niedrigen pH-Werten eine Edelstahlarmatur auszuwählen. Um möglichst viele Applikationen mit einem standardisierten Armaturentyp bedienen zu können, ist die Cleanfit CPA871 in den folgenden Standard-Werkstoffen erhältlich: 1.4404, PEEK, PVDF, PVDF leitfähig, Hastelloy C22 und Titan. Armaturen aus anderen Werkstoffen können auf Anfrage geliefert werden.

Besonders interessant an der Konstruktion ist, dass die Funktionen chemische Stabilität und mechanische Stabilität bei den neuen Armaturen getrennt sind. Über durchgehende metallische Verbindungen gewährleistet die Armatur mechanische Stabilität. Die Servicekammer besteht außen aus einem metallischen Stützgehäuse, die eigentliche Servicekammer im Inneren ist mit dem jeweils gewählten Werkstoff ausgekleidet. Damit kann selbst für Polymerwerkstoffe eine hohe Stabilität bei intensiven Prozessbedingungen erreicht werden. Dieser Innenkörper wiederum ist dann mit einem zum Werkstoff passenden Prozessanschluss verbunden. Im Falle von Flanschen bedeutet dies, dass der Flansch selbst aus stabilem Metall ist, während die Dichtscheibe als medienberührendes Teil aus dem jeweils geeigneten Werkstoff hergestellt wird.

Wartung und Dichtungswechsel
Alle medienberührenden Dichtungen sind durch je vier Schrauben zugänglich und ohne Spezialwerkzeug tauschbar: durch Lösen des Prozessanschlusses von der Servicekammer bzw. Lösen der Servicekammer vom Antrieb. Nach der Wartung werden die Dichtungen einfach auf Druckhaltigkeit des Systems überprüft.
Die Armaturen sind so konstruiert, dass sowohl mit Gel als auch mit flüssigem KCl gefüllte pH-Elektroden verwendet werden können. Ein Umbau der Armatur ist beim Wechsel von einem auf den anderen Sensortyp nicht notwendig.

Automatisierung
pH-Messungen unter Prozessbedingungen sind in vielen Fällen sehr wartungsintensiv. Dabei ist in erster Linie nicht die Kalibrierung/Justierung des pH-Sensors gemeint sondern die Reinigung. Erst eine in angemessenen Intervallen stattfindende Reinigung führt zu verlässlichen Messwerten, da ein verschmutzter Sensor selbst bei häufiger Rekalibrierung keine zuverlässige Messung liefert. Die Automatisierung dieser Vorgänge erfordert immer Wechselarmaturen wie die neuen Cleanfit-Armaturen. Nur mit solchen Lösungen sind Unternehmen unabhängig von der aktuellen Verfügbarkeit und Belastungen ihrer Mitarbeiter. In Kombination mit vollautomatischen Systemen wie Topcal CPC310, Topclean CPC30, der Reinigungseinheit Cleanfit Control und den Messumformern Liquiline CM444 erfüllen die Armaturen der neuen Cleanfit-Familie diese Aufgaben zuverlässig.

Dr. Hermann Straub, Produktmanager Armaturen, Endress+Hauser Conducta GmbH+Co.KG, Gerlingen

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