pH-Teststreifen. Wenn genauer, kontinuierlich, aber fast genauso einfach gemessen werden soll, eignen sich Smartsens-pH-Sensoren.

Bild: Deyan Georgiev

Prozessautomation & Messtechnik Analysesensoren kompakt

20.08.2014

Eine geeignete pH-Wert-Messung für die Überwachung des Prozesswassers – so lauteten die Anforderungen eines chinesischen Chemiebetriebs. Nach einer Testphase und einem Vergleich der verschiedenen Möglichkeiten setzte das Unternehmen auf Analysesensoren mit Kompaktelektronik. Die Kosten für einen zusätzlichen, externen Transmitter entfallen somit.

Der pH-Wert ist der am häufigsten gemessene analytische Parameter in der Chemieindustrie. Die Anforderungen an die eingesetzten Sensoren sind sehr unterschiedlich – je nachdem welches Medium im Prozess gemessen wird. Als Krohne im April 2013 erstmals die Smartsens-Familie von Analysesensoren mit Kompaktelektronik vorgestellt hat, war die Resonanz positiv: Die Idee, Analysesensoren als gewöhnliche Zweileiter-Geräte wie beispielsweise Drucksensoren oder Thermometer zu handhaben und die Bedienung zu vereinfachen, stieß auf großes Interesse.

Zu den Testern der Smartsens-Sensoren gehörte unter anderem Liuguo Chemical, einer der größten Produzenten von Titandioxid in China. An mehreren Messstellen wird der pH-Wert ermittelt, der die signifikante Messgröße in der gesamten Prozesssteuerung darstellt. Für die Überwachung des Prozesswassers, das mit aggressiven, abrasiven Schlammanteilen (pH 7.5…9.5, Temperatur 30…50 °C, Druck < 2 bar) versetzt ist, suchte das Unternehmen nach einer geeigneten pH-Messung. Krohne und zwei weitere Hersteller wurden gebeten, die Applikation auszurüsten und an einem Vergleichstest über den Zeitraum von einem Monat teilzunehmen. Die beteiligten Firmen lieferten jeweils eine komplette Messstelle aus Prozessarmatur, Sensor und Transmitter. Krohne stellte eine
Prozessarmatur, zwei Smartsens-pH-Sensoren (PH 8150) sowie eine stromschleifengespeiste Anzeige. Mit diesem Aufbau war Krohne schon auf der Kostenseite vorne: Der gelieferte Smartsens-Sensor ist bereits mit einer Kompaktelektronik ausgestattet. Somit entfielen Anschaffungs- und Installationskosten für einen zusätzlichen externen Transmitter.

Der pH-Sensor wird direkt an das Leitsystem angeschlossen und kommuniziert über das 4…20 mA/Hart-Signal. Zur schnellen Sichtkontrolle des pH-Werts reicht ein einfaches stromschleifengespeistes Display aus. Dieser Aufbau war deutlich günstiger als der klassische Aufbau der beiden Vergleichssysteme, jeweils ausgerüstet mit Sensor, Sensorkabel und Transmitter. Auch bei der Armatur konnte die Smartsens-Lösung punkten, denn Krohne hatte eine passende Einbauarmatur im Portfolio, die einfach auf das vorhandene T-Stück aufgesetzt werden konnte.

Ausschlaggebend für den Zuschlag war neben dem Kostenvorteil die einfache Handhabung der Smartsens-Sensoren. Einflüsse wie beispielsweise von Medium, Temperatur, Feuchtigkeit sowie Umgebungsbedingungen und Verschmutzungen lassen elektrochemische Sensoren schnell altern. Das hier überwachte Prozesswasser enthielt nicht nur aggressive und abrasive Schlammanteile, die den Sensoren mechanisch zusetzen, sondern ist es auch noch stark anhaftend. Daher muss der Sensor im 24-Stunden-Rhythmus entnommen, gesäubert, regeneriert und rekalibriert werden. Krohne unterbreitete daher den Vorschlag, ein Sensorpärchen einzusetzen und lieferte zwei Sensoren des gleichen Typs: Während der eine offline gesäubert, regeneriert und kalibriert wird, misst der andere im Prozess. Der Titandioxid-Hersteller entschied sich nach einem Monat, die Teststellung zu kaufen sowie weitere Messstellen mit Smartsens-Sensoren auszurüsten.

Abläufe wie beispielsweise die Entscheidung für Kalibrierung vor Ort oder im Labor können mit der neuen Sensorengeneration beibehalten werden. Entscheidet sich ein Betrieb nur im Labor zu kalibrieren, muss lediglich die Arbeitsanweisung angepasst werden, denn Smartsens-Sensoren können offline wie auch online kalibriert werden. Gleichzeitig ist es erstmals möglich, die Analysesensoren über ein 4…20-mA/Hart-Signal direkt per standardisiertem Feldbus mit dem Prozessleitsystem zu verbinden (Multidrop oder Punkt-zu-Punkt). Neben PACTware sind die Sensoren mit gängigen Asset-Management-Systemen lauffähig. In vorhandenen Messstellen können die Smartsens-Sensoren überall einfach eingesetzt werden, vor allem wenn bereits ein Kabel mit V(ario)-P(in)-Anschluss vorhanden ist. Im Feld bedient man mit den heute üblichen Hart-Handheld-Geräten, auf welche die Hart-Device-Descriptions (DD) heruntergeladen werden können. Damit ist die Handhabung der Smartsens-Sensoren praktisch identisch mit einem normalen Zweileiter-Prozessmessgerät.

Komplette Analysenmessstelle in Zone 0 möglich

Die integrierte Kompaktelektronik im Sensor wirkt sich auf weitere Sicherheitsaspekte aus, die die Analysenmesstechnik bisher eingeschränkt haben: Die Technik ermöglicht erstmals eine komplette Analysenmessstelle in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 0. Musste bislang berücksichtigt werden, dass ein externer Transmitter nur bis Zone 1 eingesetzt werden kann, so wird nun der gesamte Aufbau vereinfacht. Für die Bedienung in den Ex-Bereichen sind Zubehör wie Verteilerdose (Junction Box) oder ein lokales Display zur Messwertanzeige auch mit Zulassung bis Zone 1 verfügbar.

Bildergalerie

  • pH-Messung mit Smartsens-Analysesensor bei Liuguo Chemical

    Bild: Krohne

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