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MSR/AUTOMATISIERUNG
26 PROCESS 1-2017
MANAGEMENT BETRIEB INSTANDHALT.PLANUNG
ÖL/GAS WASSER/ABWASSER
CHEMIE LEBENS-MITTEL
PHARMA/BIOTECH
Die Herstellung von Harnstoffals Folgeprodukt von Am-moniak ist ein Prozess, der
die einzusetzende Druckmesstech-nik vor einige Herausforderungenstellt. Die chemische Reaktion z.B.vollzieht sich unter kontinuierli-cher Hochtemperatur bei gleichzei-
tig hohem Druck. Brennbare undexplosive Prozessmedien sindebenso charakteristisch für dasProduktionsverfahren, einige vonihnen wirken zudem korrosiv und/oder können leicht kristallisieren.Die messtechnische Instrumentie-rung muss daher nicht nur die nö-tige Genauigkeit liefern, sondernauch in hohemMaß belastbar sein.Lange Laufzeiten sind für dieWirt-schaftlichkeit des Anlagenbetriebsunerlässlich. Zu häufiges Herun-terfahren der Anlage wegen In-
standhaltungsarbeiten an derMess- und Regeltechnik oder un-geplantes Abschalten wegenplötzlichen Geräteausfalls beein-trächtigen die Produktivität oderverursachen gar wirtschaftlicheVerluste.In einer solchen Umgebung die-
nen Flanschdruckmittler dazu, dieDruckmessgeräte zu deren Schutzsicher von den Prozessmedien zutrennen und auf dieseWeise selbstan schwierigste Bedingungen an-zupassen. Ein Druckmittlersystem
* J. Breunig ist MarktsegmentmanagerinChemie und Petrochemie, T. Hench istProduktmanager Druckmittler, Wika AlexanderWiegand SE & Co. KG, Klingenberg.Kontakt: Tel. +49-9372-1320
Zertifikats-Erstellung bei Wikaunter Labor-Bedingungen
Bilder:W
ika
J E N N I F E R B R E U N I G U N D T O B I A S H E N C H *
SCHUTZ GEGEN JEDE
Wie Druckmittler die Produktion von Harnstoff-Dünger absichern – DieHarnstoff-Produktion stellt die Prozessinstrumentierung vor große Herausforderungen.Druckmessgeräte z.B. wären ohne Kombination mit Flanschdruckmittlern in kürzesterFrist zerstört. Doch selbst die hochlegierten Edelstähle der Druckmittler-Membranbieten nur einen begrenztenWiderstand, häufiger Geräteaustausch und Prozessunter-brechungen sind die Folge. Das muss nicht sein!
AGGRESSION
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besteht aus einem Messgerät mitangebautem Druckmittler. BeideKomponenten sind direkt, über eine Kapillarleitung oder ein Kühlelement, verbunden. Das komplette Messsystem ist mit einer Flüssigkeit (z.B. Silikonöl) gefüllt, überdie der Prozessdruck von der Membran des Druckmittlers hydraulischan dasMessgerät übertragen wird.In der UreaHerstellung werden
mechanische Druckmessgeräte,Druckschalter und Transmitter zurKontrolle des Prozessdrucks eingesetzt. Differenzdruckmessumformer sind darüber hinaus bei derFüllstandsmessung in Harnstoffverdampfer, Stripper oder Reinigungsturm gebräuchlich.Das gesamte Instrumentarium
wird zum größten Teil von Druckmittlern mit frontbündiger Membran zuverlässig vor Zerstörungdurch aggressive Prozessmediengeschützt. Die Membran desDruckmittlers ist dabei den Medienkräften am stärksten ausgesetzt.Das elastische Glied wird standardmäßig aus korrosionsbeständigem CrNiStahl 316L (1.4404/1.4435) gefertigt. Im Fall vonMesssystemen für die UreaProduktionverwenden Hersteller wie Wikadaher die Stahllegierung 1.4466Urea Grade, die speziell für dieHarnstoffsynthese entwickelt wurde.
Tantal und Zirkonium – einstarkes Duo
Die Medienaggression bei derDüngerHerstellung ändert sichjedoch während des Prozessverlaufs. Je höher z.B. die UreaKonzentration ausfällt, desto korrosiver wirkt das Medium. SelbstMembranen aus Edelstahl in UreaGradeQualität halten diesem Einfluss nur über einen vergleichsweise kleinen Zeitraum stand. FürDruckmittler an derart kritischenMessstellen werden daher Membranen aus Sonderwerkstoffenhergestellt, im Fall von Urea vorallem Tantal und Zirkonium. BeideMaterialien sind extrem korrosionsbeständig. Tantal ist in dieserEigenschaft mit Glas oder Platinvergleichbar, bedingt durch eineauf der Oberfläche fest haftendenDeckschicht aus Tantalpentoxid.Nickelverbindungenwie Hastelloy
C eignen sich wegen der hohenProzesstemperaturen nicht. Tantalund Zirkonium sind nicht nur hitzeunempfindlich, Membranen ausdiesen Materialien halten auchhohen Drücken stand.Die Widerstandsfähigkeit eines
Druckmittlers z.B. mit einer TantalMembran hat jedoch eine kritische Stelle: die Verbindung derMembran mit der Dichtfläche desGrundkörpers. Wird das elastischeBauteil an einen Grundkörper aus316LStahl geschweißt, ruft daszwei Ursachen für eine möglicheUnzuverlässigkeit des Messsystems hervor:• Bei UnterdruckAnwendungenbilden sich oftmals Knitterfaltenauf der Dichtfläche. Diese können in Folge zu einem Membranbruch führen.
• Beim Anschweißen der Membran mittels Laserstrahl entstehtein Mischgefüge aus zwei unterschiedlichen Materialien. DieseNahtstelle ist korrosionsanfällig.Ein Ausweg wäre es, die Mem
bran mit einem Kleber gleichflächig aufzubringen. Eine solcheVerbindung hält allerdings nur biszu einer Temperatur bis 150°C.Dieser Wert wird bei der HarnstoffProduktion jedoch oft überschritten. Die Alternative, die diegenannten Nachteile ausschließt,ist das von Wika entwickelte undpatentierte metallische Kontaktieren. Bei diesem Verfahren wird dieMembran mit der Dichtleiste über
deren gesamte Fläche porenfreiverbunden. Damit bleibt die Materialreinheit gewahrt.Das metallische Kontaktieren
wird auch bei Druckmittlern mitvorgelagerter Membran angewendet. Bei diesen TubusDruckmittlern bestehen alle messstoffberührten Bauteile – die Membran,der in den Prozess hineinragendeZylinder und die Dichtleiste – ausTantal oder Zirkonium, um denbestmöglichen Schutz zu erzielen.Je nach Anforderung wird die
Qualität der verwendeten Sonderwerkstoffe über zerstörungsfreiePrüfungen belegt. Wika z.B. kanndie Materialgüte gemäß Anwenderwunsch über eine Dichtheitsprüfung (HeliumLecktest), eineEindringprüfung zur RissErkennung (Liquid Penetration Test),einen PMITest (Positive MaterialIdentification) und einenMaterialhärtetest untermauern. DieseTests werden in einem 3.1Zertifikat bestätigt.Fazit: Bei der Herstellung von
UreaDünger ist eine stabile Messung des Prozessdrucks ohneDruckmittlersysteme nahezu ausgeschlossen. Ein durchgängigerEinsatz von Druckmittlern in StandardAusführung bringt angesichts der unterschiedlich aggressiven Medien keine gleichmäßigeWiderstandsfähigkeit über dengesamten Prozess. Demzufolgesollten die Messstellen individuellbewertet und bei Bedarf mit Druckmittlern ausgestattet werden, deren messstoffberührte Bauteile ausSonderwerkstoff gefertigt sind.Dies trägt zu einem wirtschaftlichen Anlagenbetrieb mit langenProzesslaufzeiten bei und amortisiert damit langfristig die höhereGeräteinvestition.
• Weitere aktuelleInformationen von Wikafinden Sie auch in unsererFirmen-Datenbankauf process.de.
PROCESS-Tipp
Dieser Druckmittler (Typ 990.29) mitvorgezogener frontbündiger Membraneignet sich besonders für dicke oderisolierte Rohrleitungen. Die medienbe-rührten Bauteile sind aus Tantal.
Differenztransmittermit Flanschdruck-mittler (Typ 990.27)mit frontbündigerMembran (medien-berührte Bauteileaus 316L)
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