Dezentrale Füllstandüberwachung mit Digitaltechnik

Eine rein analoge Messung von flüssigen, gas- und dampfförmigen Medien wird immer mehr zu einer Technik, die den Anforderungen der heutigen Zeit nicht gerecht wird. Die digitalisierte Füllstandüberwachung bietet hingegen die Möglichkeit, Tankanlagen in Echtzeit zu überwachen – egal, wo diese gerade stehen. Dabei geht es um automatisierte Datenerfassung, Datenübermittlung sowie Datenvisualisierung und -analyse, was letztlich dazu dient Betriebskosten zu senken und die Abwicklung zwischen industriellen Verbrauchern und Anbietern zu optimieren.

Die Hardware zur Datenerfassung der Tanküberwachung des Herstellers besteht weiterhin aus bewährten Messgeräten für Differenzdruck und Durchfluss. Die angedockte mikroprozessorgesteuerte Digitaleinheit erfasst durch eine Differenzdruckmessung den Füllstand sowie den absoluten Betriebsdruck an stationären oder auf Transportfahrzeugen angebrachten (Druck-)Behältern.

Auch zusätzliche Funktionen zur Dichtebestimmung von Gasen und Flüssigkeiten im Tank, sowie Volumen- und Massemessungen für beliebige Behälterformen werden hierdurch möglich und können sogar per Fernwartung an- und abgeschaltet, also bedarfsgerecht eingesetzt werden. Die Datenübermittlung erfolgt dabei über Mobilfunk. Dieser ist normalerweise unabhängig vom Mobilfunkanbieter, was für eine nahezu vollständige, länderübergreifende Funkabdeckung sorgt.

Wirtschaftliche Vorteile durch digitale Füllstandüberwachung

Bei der Belieferung geografisch weit verteilter Abnehmer industrieller Gase und Flüssigkeiten sind insbesondere die Informationen zum Füllstand und das Verbrauchsverhalten ein entscheidendes Merkmal für eine optimierte Routenplanung der Lieferanten, schreiben Christian Brockschnieder (Product Manager Digital Solutions) und Matthias Gast (Sales Manager Sam Tank Management, Samson) in der Ausgabe Oktober 2020 der Fachzeitschrift „Chemie Technik“.

Auf diese Weise lässt sich beispielsweise auch ein Verbrauchstrend ablesen, der dem Anbieter den Tag der nächsten Befüllung anhand des historischen Entnahme-Schemas durch den Verbraucher genau vorhersagt. Zudem ist der Verbrauchstrend ein Indikator für die passende Tankgröße. Zeigt dieser die Notwendigkeit für kurze Betankungsintervalle, bietet es sich an, einen Tank neu zu dimensionieren, um die Betankungsintervalle und damit die zu fahrenden Kilometer zu reduzieren.

Ein weiterer großer Vorteil der digitalen, dezentralen Messtechnik ist, dass kontinuierlich aktualisiert wird und man somit umgehend auf ungeplante Ereignisse reagieren kann. So lassen sich etwa auch individuelle Alarme generieren, die anschlagen, sobald ein zuvor definierter Grenzwert erreicht wird. Damit können Lieferanten deutlich erhöhte Versorgungssicherheit garantieren und erzielen unter Umständen so einen weiteren wirtschaftlichen Vorteil.

 

Sensoren der Zukunft: Quanten-Technologie in der industriellen Fertigung

Mit Quantensystemen können physikalische Größen wie Temperatur, Geschwindigkeit, elektrische und magnetische Felder oder Positionen mit einer wesentlich höheren Präzision gemessen werden als mit anderen bisher existierenden Sensoren. Ein für eine Serienfertigung nutzbarer Quantenoptik-Sensor wäre daher schon ein echter Sprung in die Zukunft der Fertigung einer ganzen Reihe von Produkten. „Quanten-Technologie ist die nächste Stufe für die Sensorik, denn sie verschiebt bisher fest verankerte technische Grenzen", bestätigt denn auch Dr. Robert Bauer, Vorstandsvorsitzender von Sick, dem süddeutschen Sensoren-Spezialisten.

Bisherige Sensoren nutzen hauptsächlich die Methoden der klassischen Physik – und wenn dabei bislang keine spezifischen Signale mehr messbar waren, waren damit auch die Möglichkeiten ausgereizt. Nun lassen sich mittels Quanteneffekten aus dem Signalrauschen heraus zusätzliche Details wahrnehmbar machen. Man ist versucht zu sagen, dass mit dieser neuen Genauigkeit ein „Quantensprung“ in der Entwicklung erreicht wird. Tatsächlich können Quantensensoren im Vergleich zu herkömmlicher Technik bei Magnet- oder Gravitationsfeldmessungen bis zu einer Million Mal genauer messen. Solche hochpräzisen Messungen und Erkenntnisse können zu völlig neuen Anwendungen in der Industrie führen.

Blitzschnelle Messung – vielseitige Anwendungsmöglichkeiten

Die Quantensensoren sollen die ultraschnelle Messung der Bewegung und Größenverteilung von Partikeln ermöglichen. Doch wie funktionieren sie? Mit Laserlicht wird ein Polarisations-Superpositionsmuster erzeugt das bereits bekannt ist. Die verschiedenen Polarisationszustände sind überlagert, was ermöglicht -– im Vergleich zu der Messung mit einem einfachen Laserstrahl – gleich drei Informationen über ein Partikel im Messstrahl auszulesen. Und das alles simultan. Es handelt sich dabei um die Größe des Partikels, seine Geschwindigkeit sowie die Richtung der Bewegung.

Dank Digitalisierung und Algorithmen entsteht „ein deutlich größeres Leistungsversprechen hinsichtlich der Prozess-Steuerung in der Industrie zu ermöglichen“, so die Entwickler in der Ausgabe Februar 2021 der Fachzeitung „Produktion“. Der Quantensensor soll dann in der Lage sein, Partikel zu vermessen, die ein fünftel Mikrometer klein sind. Damit können Partikelkontaminations-Quellen innerhalb des Herstellungsprozesses analysiert werden, was wiederum Produktions-Stillstände vermeiden hilft. Außerdem ist eine kontinuierliche Echtzeitmessung auch kleinster Partikel etwa in der Pulverherstellung möglich – wobei die Daten jederzeit online zur Qualitätssicherung abgerufen werden können.

Die Bandbreite reicht beim angeführten Beispiel Pulver von der Pharmaindustrie bis zur Zementherstellung und deutet nur knapp an, welche Bandbreite an möglichen Anwendungen im Raum stehen. Mit der Industrialisierung dieser Verfahren dürfte der Markt für Quanten-Sensorik zweifellos sehr schnell wachsen.

Leckagen in Druckluftsystemen kosten Unternehmen viel Geld

Ein absolut dichtes Druckluftnetz ist eher ein Mythos denn Realität, selbst bei größter Anstrengung. Auch wenn ein bisschen entweichende Luft erst einmal nicht dramatisch wirkt, auf lange Sicht gerechnet, kann das schnell teuer werden. Der Punkt ist: Druckluft ist nicht gratis.

Wie viel Leckage möchte ein Betrieb zulassen und was ist beim regelmäßigen Aufwand zum Abdichten verhältnismäßig, um eine kontinuierliche Einsparung zu realisieren, wird daher zur entscheidenden Frage. Bei größeren Druckluft-Netzen geht man davon aus, dass fünf bis fünfzehn Prozent noch akzeptabel sind, alles darüber sollte dringend näher angesehen und erneuert oder deutlich verbessert werden. Bei Kompressoren mit schlechter Energiebilanz, umfangreicher Aufbereitungstechnologie für die erzeugte Druckluft – und Berücksichtigung von Wartungskosten – ist ein Preis von 3 bis 4 Cent und mehr pro Kubikmeter Druckluft nicht ungewöhnlich.

Natürlich wissen etliche Betreiber von Druckluftanlagen Bescheid und sind für das Thema sensibilisiert, wissen durchaus um die Kosten – und schalten die Kompressoren einfach abends oder am Wochenende ab. Problem: Die Druckluftbehälter verlieren dabei die teuer erzeugte Druckluft bis zum atmosphärischen Druck und werden täglich wieder auf Betriebsdruck gefüllt. Eine Lösung, zum Beispiel mit dafür mit installierten Druckhalteventilen, wäre relativ einfach und zudem meist preisgünstig zu realisieren, schreibt Dirk Gros von Flex-Air in der Fachzeitschrift „MM MaschinenMarkt“.

Bewusstsein für Kosten ist der wichtigste Schritt

Auch wenn es vielleicht trivial klingt, direkt hörbare Leckage sofort zu beheben, verspricht dies oft das größte Einsparpotenzial. Ist der Betreiber im Sinne des Druckluftbedarfs kein Großverbraucher, wo sich eine permanente Suche nach Leckage finanziell lohnt, kapitulieren mittelständische Unternehmen allerdings schnell. Schließlich muss die tägliche Arbeit erledigt werden, ohne den ganzen Tag nach Leckage zu suchen, so Gros in seinem Artikel.

Im Betrieb muss sich daher ganz grundsätzlich ein Verständnis dafür entwickeln, dass Druckluft teuer, eben nicht umsonst, ist. Genauso wie die Stromkosten im eigenen Zuhause den meisten Mitarbeitern ja auch bewusst sind. Mitarbeitermotivation, Kommunikation und viele Aspekte mehr sind daher mit der Behebung von Leckage verbunden.

Dazu kommt, dass es in Zeiten von Klimawandel und Energiewende nicht nur darum gehen kann, eine möglichst preisgünstige Maschine einzukaufen, sondern eine Maschine, die beispielsweise ein Volumenstrom-Messgerät für Druckluft verbaut hat und einen somit ungewöhnlich hohen Verbrauch meldet.

Deutlich wird damit, dass jeder Betrieb zunächst individuell die Kosten seiner Leckage feststellen muss. Der zweite Schritt wäre dann, die eigene zulässige Leckage-Rate und den tolerierbaren Arbeitsaufwand zur Beseitigung zu definieren. Ist das geschafft, ist der Weg Energie und Geld zu sparen nicht mehr weit.

Optimierte Filtration für mehr Produktivität und Sicherheit bei Kraftstoff-Entschwefelung

Etablierte Anlagen zur Entschwefelung von Kraftstoffen durch Filtration mit Amin sind leider oft veraltet und werden vernachlässigt, jedoch lässt sich die Filtration heutzutage viel effizienter umsetzen. Filtrationstechnologien spielen tatsächlich eine wichtige Rolle für die Leistung von Aminanlagen und haben sich seit der Entwicklung und ihrer Einführung in die Produktion erheblich weiterentwickelt. Diese Verbesserungen wirken sich sowohl auf die Wartung als auch auf die Zuverlässigkeit aus. Aber noch wichtiger ist, dass sie einen kostengünstigen Weg zur Arbeits-Sicherheit des Bedienpersonals aufzeigen und gleichzeitig die Umweltbelastung erheblich verringern können.

All dies und eine stetig steigende Zahl von Prozessen macht Aminanlagen zu einem immer wichtigeren Element bei der Kraftstoffproduktion und der damit verbundenen Produktion von Sauergas. „Angesichts ihrer Bedeutung wäre es logisch, wenn Aminanlagen ganz oben auf jeder Liste der technischen Upgrades stehen würden, aber davon sind wir heute weit entfernt. Die Wahrheit ist, dass die meisten derzeit betriebenen Anlagen älter und häufig vernachlässigt sind, mit veralteten Technologien und mäßiger Effizienz“, schreibt Cyril Coutures (Eaton Corporation) in der Oktober-Ausgabe der Fachzeitschrift „Chemie Technik“.

Eine ungenügende Filtration ist die naheliegende Ursache für viele Wartungsprobleme. Das vielleicht häufigste Symptom ist die Verblockung des Aktivkohlefilters, was sich in der Regel durch einen Anstieg des Differenzdrucks im Filter aufgrund übermäßiger Verunreinigungen zeigt. In fast allen Fällen ist die Ursache in einer schlechten Leistung des vorgeschalteten Filters zu finden. Um die Laufzeiten zu verlängern und Wartungskosten sowie damit verbundene Ausfallzeiten zu reduzieren, werden Filtermedien mit geringer Effizienz eingesetzt, so die Analyse von Cyril Coutures.

Verbesserung der Effizienz durch moderne Technik

Die Auswirkungen einer ungeeigneten Filtrationstechnologie, die wahrscheinlich am ehesten übersehen werden, betreffen den Wärme-Übertrager. Da die Leitung, die reiches Amin transportiert, häufig vollständig ungeschützt ist, sammeln sich Verunreinigungen im Gehäuse und den Rohren des Wärme-Übertragers – was ungeplante Wartung zur Reinigung dieser Elemente nach sich zieht.

Mit heutigen Technologien können solche Probleme vollständig vermieden werden. Die typische, in praktisch jeder Anlage eingesetzte Konfiguration bietet einige Verbesserungsmöglichkeiten im Hinblick auf Effizienz, Umweltauswirkungen und, noch wichtiger, die Bedienersicherheit. Durch den Einsatz einer Filtrationstechnologie in Form eines Rückspülfilters mit automatischer Selbstreinigung werden die beschrieben Punkte deutlich optimiert.

Während des Betriebs lagern sich Verunreinigungen an der Außenseite des Filtermediums an und bilden so einen Partikelkuchen, der den Differenzdruck im Filter allmählich erhöht. Sobald der Differenzdruck einen voreingestellten Wert erreicht hat, wird der Durchfluss durch den Filter umgekehrt, um den Schmutzpartikelkuchen zu entfernen und auszuspülen. Der Vorteil für die Bedienersicherheit ist offensichtlich. Wenn ein Filter nicht geöffnet werden muss, müssen sich die Bediener nicht in einer gefährlichen Umgebung aufhalten, und die Wahrscheinlichkeit von Unfällen ist minimal.

Der zweite Vorteil eines selbstreinigenden Rückspülfilters ist wirtschaftlicher Art. Es sind keine Filterkerzen oder Filterbeutel zu ersetzen und zu entsorgen, und alle damit verbundenen Kosten entfallen. Das Gleiche gilt für die Kosten für damit verbundene Ausfallzeiten und die Arbeit, die beim Wechsel anfällt.

Auf diese Weise lassen sich daher nicht nur die Betriebskosten senken und die Umweltauswirkungen minimieren, sondern lässt sich auch die Betriebszeit der Aminanlage verlängern.

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