Trennschichterfassung bei der Messung von Steinrückgewinnungsschlämmen

Hoher Feststoffpegel & bewegte Oberfläche

 

Bei der präzisen Trennschichtmessung von verschiedenen Feststoffen in Flüssigkeiten gibt es beliebte Projektierungsmöglichkeiten für die kontinuierliche Füllstandüberwachung mit Lot Systemen und die Grenzstanderfassung mit Vibrationsgabeln. Ein Unternehmen in England, das Steingewinnungsanlagen für die Steinbruchindustrie herstellt, setzt das elektromechanische Lot NivoBob® zur Erfassung von Trennschichtfüllständen mit dem richtigen Feingefühl für die Trennschicht ein. Der Betreiber war auf der Suche nach einem Prinzip, das sensibel und einfach ist.

 

Hoher Feststoffpegel & bewegte Oberfläche
Es gibt verschiedene Industrien, die eine Detektion von Schlammpegeln oder die Erfassung von Feststoffen in Flüssigkeiten erfordern, z. B. in Sedimentbehältern oder -becken, Filtern oder Schrägklärern in der Metallindustrie, in chemischen Anlagen, Kalk- oder Kieswerken und in der Abwasserindustrie. Hier ist die Messgenauigkeit und Langlebigkeit der Sensoren von besonderer Bedeutung, da Verschmutzungen, Chemikalien und Gase die Messgenauigkeit oft beeinträchtigen können. UWT bietet verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten zur Trennschichtdetektion von Feststoffen in Flüssigkeiten sowie Flüssigkeitsschichten zur kontinuierlichen Messung und zur Grenzstandmessung in diesen Industrien.

Ein Hersteller von Steinrückgewinnungsanlagen, der sich auf Verarbeitungslösungen für die Steinbruch-, Zuschlagstoffrecycling- und Förderindustrie konzentriert, suchte nach konsistenten Messgeräten, um seine Steinrückgewinnungsprozesse zu verbessern. Er bietet in England und Wales Waschanlagen und Aggregatwaschgeräte an. Die Steine werden in einen mit Wasser gefüllten Behälter gegeben, der langsam umgerührt wird. Der gesamte Schmutz wird von den Steinen entfernt. Die Steine werden dann wieder als Baumaterial verkauft. Der Schmutz im Wasser setzt sich als Schlamm am Boden des Behälters ab, wo die Anwendung die Messung des Schlammspiegels erfordert. Ab einer bestimmten Höhe wird der Schlamm abgepumpt. Der Anlagenbetreiber hatte bereits ein Radar- und ein Ultraschallsystem ausprobiert, aber beide waren aufgrund des hohen Feststoffgehalts im Wasser und der Bewegung der Wasseroberfläche erfolglos. Mehrere Tests, die Graeme Hughes, Geschäftsführer von UWT (UK) Ltd. mit verschiedenen Sensoren durchführte, machten schnell klar, dass die Trennschichtmessung mit dem elektromechanischen Messprinzip des kompakten und bewährten NivoBob® Lot optimal realisiert werden kann. Die elektromechanischen Geräte sind auch aufgrund des einfachen Messprinzips robust und sehr zuverlässig. Die multifunktionalen Technologien der NivoBob® Lotsysteme NB 3300 (Seilversion) und NB 3400 (Bandversion) wurden speziell für die Trennschichtmessung modifiziert. Sie sind ideale Partner für den Einsatz zur kontinuierlichen Messung von Schlamm- oder Salzständen in kontaminierten Wasserbehältern oder Asbestsilos. Die Beständigkeit der Geräte gegenüber korrosiven Materialien ist von entscheidender Bedeutung, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Alle prozessberührenden Sensorteile sind daher speziell beschichtet oder aus korrosionsbeständigen Materialien gefertigt. Die Edelstahl-Drahtseilversion kann mit einer schützenden PA-Kunststoffummantelung angeboten werden und ist sehr beständig gegen aggressive Medien im Abwasser, wie sie in Absetzbecken vorkommen. Die Kalibrierung des Sensors ist einfach und der Gewichtsabgleich kann mechanisch erfolgen.

Für die Installationen in England wurde der NivoBob® NB 3300 mit Seilverlängerung eingesetzt und erwies sich als geeignetes Messsystem für diese Schnittstellenanwendung. Das an einem Seil befestigte Fühlgewicht aus einem geeigneten Material wird elektromechanisch von oben in den Behälter abgesenkt. Sobald das Fühlgewicht auf dem Material aufliegt, ändert sich die Wickelrichtung des Motors und das Fühlgewicht wird in die obere Endlage zurückgespult. Für Trennschichtmessungen kann das Fühlgewicht entsprechend der Dichte des Sediments eingestellt werden. Der Abstand wird elektronisch gemessen und zusammen mit den programmierten Informationen zur Behältergeometrie wandeln die Mikroprozessoren diesen Abstand in ein volumetrisches Ausgangssignal um. Das Lot erzeugt ein analoges 4-20mA Signal und eine Modbus RTU- oder Profibus DP-Schnittstelle für die Auswertesysteme. Da das System immun gegen Dielektrizität, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit und Anbackungen ist, liefert der Bob kontinuierlich ein zuverlässiges Füllstandsignal. Das Fühlgewicht wird durch die Wasserbewegung nicht beeinflusst. Es bewegt sich durch die Wasseroberfläche zur Schlammschicht und detektiert schnell und präzise die Trennschicht. Das Fühlgewicht des Sensors kann zusätzlich an die Viskosität des Schlamms angepasst werden. Die Anlage überzeugte durch das zuverlässige und einfach zu bedienende System zur Messung des Schlammspiegels im Waschbecken.

 

Lotmessung ohne Verheddern
Eine der am häufigsten gestellten Fragen zu dieser Technologie war, wie verhindert werden kann, dass sich die Kabel oder Seile des Lotsystems verheddern, z.B. durch ständiges Auf- und Abwickeln oder durch hochgezogenes Material, das Störungen verursacht. UWT hat sich dieses Problems angenommen und eine Konstruktion vorgestellt, die mit nur einer oder zwei Spulen auskommt. Außerdem wurde er mit einem Bürstenreinigungssystem und einem federgespannten Band ausgestattet, das mit einem Abstreifmechanismus versehen ist, der das Material vom Seil entfernt, wenn es in das Gehäuse eingezogen wird. Zusätzlich sind die NivoBob® Lot Systeme mit Schwerlastseilen ausgestattet, die verhindern, dass sich die Fühlgewichte lösen und mögliche Schäden verursachen.


Mehr Transparenz durch Füllstandsvisualisierung
Der Anlagenbetreiber wünschte sich darüber hinaus eine wirtschaftliche und praktische Lösung in Form einer zentralen Füllstandsfernanzeige. Hintergrund war, die Prozessführung durch kontinuierliche Füllstandskontrolle und Feinplanung transparenter und effizienter zu gestalten. Dazu wurde ein Füllstandvisualisierungssystem angeschlossen.
Die elektromechanischen Lotsystem-Geräte kommunizieren direkt mit SPS-Steuerungen über ein analoges 4...20mA-Signal oder auch über ein MODBUS RTU- oder Profibus-Digitalprotokoll. Damit waren die Lotsysteme direkt mit allen gängigen Steuerungssystemen kompatibel. Durch die große Auswahl an unterschiedlichen Füllstandsregelungen innerhalb der UWT NivoTec® Serie konnte für die Anlage ein passendes wirtschaftliches Modell gefunden werden. Die Füllstandsignale der installierten NivoBob® an jedem Behälter wurden von der Visualisierungssoftware in Kombination mit einem Wago WebController gebündelt. Die empfangenen Informationen wurden über eine Ethernet-Verbindung über eine geroutete IP-Adresse an das Internet weitergegeben. Die Anlage konnte diese Informationen (passwortgeschützt) über einen beliebigen Internet-Browser zu jeder Tageszeit über eine vordefinierte IP-Adresse sicher abrufen. Es ist möglich, beliebig viele weitere Container in das Visualisierungssystem einzubinden - ohne zusätzliche Hardware oder Kosten.

Optional: Soll die Installation an der Anlage möglichst gering gehalten werden, kann ein GSM-Modem für den Fernzugriff auf die Daten eingesetzt werden. In diesem Fall wird für die Datenübertragung keine Ethernet-Verbindung benötigt, sondern nur eine SIM-Karte im WAGO, über die das Modem läuft. Dieses Modem sammelt alle Pegelsignale und sendet sie in einem verschlüsselten Protokoll per Mobiltelefon über das Internet an die entsprechende Steuerung.

Die Installation des Systems war unkompliziert und konnte von den werkseigenen Servicetechnikern durchgeführt werden. Die Schaltschränke mussten nur einmal eingerichtet werden, danach war keine weitere IT-Unterstützung mehr nötig. Das System kann an einem Standort demontiert und an einem anderen ohne neue Kosten wieder installiert werden.

 

Überfüllsicherung & Leerlaufschutz mittels Vibrationsgabeln
Zur Grenzstandmessung von Schlamm und Feststoffen in Flüssigkeiten können Schwinggabeln der Vibranivo® Serie VN 1000 oder VN 5000 sehr unkompliziert installiert werden. Die medienberührenden Teile sind aus langlebigem Edelstahl gefertigt. International geforderte Zulassungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Gas und Staub) sind Standard. Elektronisch angeregte Piezos versetzen die Gabel in Schwingung. Sobald der Sensor mit Material bedeckt ist, wird die Schwingung gedämpft und die daraus resultierende elektrische Stromänderung bewirkt ein Schalten des Ausgangssignals. Sobald der Materialpegel unter den Sensor fällt, ist dieser wieder frei zum Schwingen und das Ausgangssignal wird zurückgesetzt. Die Vibrationssonde setzt den Schaltpunkt dort, wo die Anwendung ihn braucht.

Die Typen haben einen flexibel konfigurierbaren Bereich und sind mit Verlängerungsrohren oder als sehr kurze Version erhältlich. Mit der Serie VN 1030 oder VN 5030 sind sogar Tiefen von ca. 4 Metern in einem Tank oder einem Becken möglich, solange die Einbaulage von oben ist. Die Gabel Vibranivo® VN 1020 und VN 5020 mit kurzem Sondenarm gewährleisten eine hohe Robustheit für Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen. Die VN 5000-Serie bietet durch das größere Gehäuse mehr Platz für die Verkabelung und zusätzlich eine druckfeste Ausführung. Die für die jeweilige Feststoffdetektion erforderliche hohe Empfindlichkeit kann an der Elektronik einfach eingestellt werden. Die Grenzstandschaltergabel ist robust, einfach zu bedienen und kann über ihr Baureihenprogramm exakt für die jeweilige Anwendung konfiguriert werden.