Geführte Radartechnologie zur beständigen Füllstandmessung in Mazerierungsprozessen

Intelligenter TDR mit hilfreichen Diagnosemöglichkeiten

 

Für die Zelluloseherstellung eines in Südamerika produzierenden Holzverarbeiters wurde das geführte Radar in mehrere Wassertankkonstruktionen innerhalb der Mazerierungsprozesse implementiert. Die moderne, hochwertige TDR Technologie gewährleistet einen kontinuierlichen Herstellungsablauf der Anlage. Unbeeinflusst von sich ändernden Prozessbedingungen, messen die TDR Sensoren zuverlässig und präzise  den Füllstand und bieten damit die optimale Unterstützung für einen reibungslosen Verarbeitungsablauf.

 

 +/-2 mm Messgenauigkeit & Dampfkompensation

Ein Holzverarbeiter der seit nunmehr 100 Jahren in den Bereichen Forstwirtschaft, Zellstoff und Papier tätig ist, war im Zuge der stärkeren strategischen Ausrichtung auf Nachhaltigkeit auf der Suche nach einer innovativen und langlebigen Lösung für die Modernisierung der Füllstandmessung innerhalb seiner Anlagenprozesse. Das Unternehmen ist aktiv in Chile, Argentinien, Brasilien, Peru, Kolumbien, Mexico, Ecuador und Uruguay und gilt als der fünftgrößte Zellstoffproduzent weltweit. Hauptexportgebiete sind Asien, USA und Europa. Bei der Ausstattung des Stammwerks nahe Santiago de Chile stellten die Trocknungssysteme inbegriffen der Mazeration spezielle Ansprüche an die Robustheit der zu verbauenden Messtechnik. Beim Mazerieren wird das Holz im Rohzustand einige Zeit der Einwirkung von Wasser ausgesetzt, welches als Lösemittel für bestimmte Inhaltsstoffe dient. Dieser Prozess wird durch Wärmezufuhr unterstützt. Im Prozessbehälter herrschen Temperaturen von bis zu 80°C (176°F) sowie ein Prozessdruck von ca. 0,8bar (11,6psi). Die atmosphärischen Bedingungen stellen vor allem mit dem hohen Gehalt an Dampf und Feuchtigkeit starke Ansprüche an den zu verbauenden Sensor.

 

In der kontinuierlichen Messung wurden die Lösungen der UWT GmbH ergänzend zu Lotsystem und berührungsloser Radartechnologie vor einiger Zeit um eine TDR Produktlinie erweitert. Neben dem NivoGuide® NG 8000 der eine klassische Radarlösung in flüssigen Medien sowie zur Trennschichtmessung ist, wurde eine zweite Serie mit dem NivoGuide® NG 3000 für Feststoffanwendungen umgesetzt. Die Geräteausführungen sind je mit individuell auf die Applikation anpassbaren Auslegern durch Stab- und Seilverlängerung ausgestattet. So kann der Füllstandmesstechnikhersteller aus Deutschland für Anlagen je nach Prozessbedingung und zu messendem Medium die passende Sensorik aus einem umfangreichen Repertoire konfigurieren. Es kommt auf Funktionalität, einfache Handhabung und lange Lebensdauer der Geräte, in Übereinstimmung mit den hohen Anforderungen und Standards dieser Industrie an. Innovative Technologien kombiniert mit jahrelangem Branchenwissen ermöglichten der UWT GmbH gemeinsam mit dem lokalen Partnerunternehmen VESET y Cia. Ltda. eine maßgeschneiderte Lösung mit der geführten Radarsensorik des NivoGuide® NG 8000 bereitzustellen. Bei dieser Technologie werden Mikrowellenpulse auf ein Seil oder einen Stab gekoppelt und entlang der Sonde geführt. Der ausgesendete Impuls wird von der Produktoberfläche reflektiert. Die Zeitdifferenz zwischen dem gesendeten und reflektierten Impuls wird in einen Füllstand umgerechnet. Die niederfrequenten Mikrowellen werden selbst bei hohem Feuchtigkeitsgehalt kaum gedämpft, wodurch ein größtmöglicher Energieanteil für die eigentliche Füllstandbestimmung zur Verfügung steht. Eine verlässliche Füllstandbestimmung für einen störungsfreien Prozessablauf ist damit jederzeit garantiert. Zur zuverlässigen Füllstandbestimmung des Wassers aus dem  Erhitzen der Stämme im Trocknersystem während des Mazerierens wird der Füllstand über ein Rohr mit 100 mm Durchmesser und 600 mm Höhe gesteuert. Die geringe Durchmessergröße des Rohres sorgt dabei für eine das Messsignal verstärkende Signalbündelung, was die Messsicherheit zusätzlich erhöht. Selbst unter diesen anspruchsvollen Prozessbedingungen misst der NivoGuide® mit seiner 4…20 mA/HART-Zweileiterelektronik präzise auf +/-2 mm genau. Aufgrund der geringen Reaktionszeit können auch sich schneller ändernde Füllstände zuverlässig erfasst werden. Prozessdruck- oder DK Werteschwankungen haben keinen Einfluss auf die Genauigkeit des Messergebnisses, da weder ein Abgleich auf sich verändernde Prozessbedingungen noch eine Kalibrierung auf das zu messende Medium erfolgen muss.

 

Intelligenter TDR mit hilfreichen Diagnosemöglichkeiten

Einer der mitentscheidenden Kaufgründe für den Anlagenbauer war neben der hohen Präzision die einfache und intuitive Bedienung dieser Geräte. Die Unempfindlichkeit gegenüber verschiedensten Prozessbedingungen macht die Technologie zum Multitalent und erleichtert dadurch die Inbetriebnahme. In nur fünf Schritten wird der Sensor kalibriert und liefert ein zuverlässiges Füllstandsignal, unabhängig davon, ob er in wasser-/ ölbasierenden Medien, Pasten, Schäumen oder Schlämmen eingesetzt wird.

Die intelligente Software der geführten Radarsensorik ermöglicht eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Intelligente Software-Algorithmen können zwischen dynamischen und statischen Signalen unterscheiden. So können Einbauten innerhalb der Behälter als solche identifiziert und bei der Echoanalyse ausgeschlossen werden. Fehlerhafte Füllstandmessungen ausgelöst durch derartige Einbauten sind damit ausgeschlossen, wodurch der Einsatz von Servicetechnikern minimiert und die Anlagenverfügbarkeit maximiert wird.

Da sich Störungen jedoch nicht hundertprozentig ausschließen lassen, werden Echokurven automatisch aufgezeichnet und gespeichert. Mithilfe dieser Daten wird die Fehleranalyse beschleunigt und die Stillstandzeit gering gehalten. Das Programmierelement mit einem aufsteckbaren Anzeige- und Bedienmodul sowie einem Deckel mit Sichtfester ermöglicht ein sehr nutzerfreundliches Bedienen des NivoGuide®. Umfangreiche Diagnosefunktionen sorgen für ein rasches und sicheres Handling. Es werden beispielsweise aktuelle Messwerte sowie Inbetriebnahme Parameter angezeigt. Die Daten können gespeichert und auf andere geführte Radargeräte übertragen werden, was eine erhebliche Zeitersparnis des Installationsvorgangs zur Folge hat.

Während des Mazerierungsprozesses kommt es zu Oberflächenbewegungen, die starke Kräfte auf die Sonde des Sensors ausüben. Aus diesem Grund entschied man sich dafür, den Sensor in einem Rohr außerhalb des Behälters zu installieren, in welchem die Oberflächenbewegungen deutlich reduziert werden. Diese Installationsart in Kombination mit der robusten Bauweise der Stabausführung des NivoGuide® 8000 war die für den Kunden eine optimale und langlebige Lösung. Die Stabausführung aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 8 mm ist dabei selbst schon so konstruiert, dass auch bei starker Krafteinwirkung keinerlei Beschädigungen auftreten. Die Aufnahme des Stabauslegers ist bei Flüssigkeitsgeräten von einem konischen Dichtungselement, dem sog. Kondensatkonus, umgeben. Dieser verhindert Fehlmessungen durch sich an der Einkopplung bildendes Kondensat und erleichtert aufgrund seiner speziellen Form das Abtropfen. Das verwendete Material ist dabei äußerst beständig.

 

Transparenz und Planungssicherheit durch Visualisierung

Anwender mit einer Reihe an gestreut platzierten Lagersilos und Tankbehältern erachten es außerdem für ihre Anlagen als immer notwendiger, diese zusätzlich zur kontinuierlichen Messung der Füllstände, bevorzugt mit einer automatisierten Visualisierung und Überwachung der Daten auszustatten. Detektierte Messergebnisse der Sensoren werden schnell und einfach mit einer Software dargestellt und sind jederzeit bequem vom Bildschirm aus abrufbar. Durch effektive Silologistik erhöht sich dann auch Transparenz und Planungssicherheit für den Anlagenbetreiber. Die TDR Reihe des NivoGuide® wurde daher mit einer entsprechenden Ausstattung versehen, die ein analoges 4-20mA Signal sowie eine Modbus RTU oder Profibus DP Schnittstelle für die Auswertesysteme beinhaltet.

Die Datenvisualisierung NivoTec® liefert dem Anlagenbetreiber für einen transparenten Herstellungsprozess Füllstände in Höhe, Prozent, Gewicht oder Volumen. Es werden Trends gespeichert, E-Mails über Füllstände oder Silovollmeldungen können aktiviert werden, sogar die einzelnen Füllstandsensoren lassen sich parametrieren. Saubere Routenplanung und gezielte Bevorratung für die Kostenoptimierung in der Materialauslieferung können so erleichtert werden.