An zahlreichen, oft schwierigen Einbausituationen der LNG-/LPG-Prozesskette ist eine kontinuierliche robuste Füllstandmessung erforderlich. Hier bewährt sich Vegapuls 64.

Bis LNG/LPG als Energieträger verbraucht werden kann oder zur Weiterverarbeitung in der chemischen oder petrochemischen Industrie zur Verfügung steht, ist eine ganze Reihe von Prozessschritten erforderlich. Für den reibungslosen Ablauf ist eine sichere und zuverlässige Füllstandmessung entscheidend. Dabei stehen sowohl die Einbausituation und die Prozessbedingungen, als auch das Medium selbst einer zuverlässigen Messung häufig entgegen.

Anspruchsvolles Medium
LNG hat eine geringe Dichte und eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante. Oft ändern sich auch diese physikalischen Eigenschaften je nach Medium, Lieferant oder Herkunft des LNG / LPG. Dadurch ist es für viele Messprinzipien nicht möglich, eine zuverlässige und präzise Messung sicherzustellen. Dazu kommen noch die sehr tiefen Temperaturen, so dass die Auswahl an Messprinzipien immer kleiner wird. Mechanische Messverfahren sind bspw. häufig störungsanfällig und wartungsintensiv. Daher sind Sensoren, die auf der Radartechnologie beruhen, das ganz klar bevorzugte Messverfahren.

Tückische Einbauten
Seit dem vergangenen Jahr gibt es mit dem Vegapuls 64 eine Lösung, die vor allem Füllstandmessungen in schwierigen Einbausituationen noch besser bewältigt. Entscheidender Unterschied zu bisherigen Radarfüllstandmessgeräten ist die verwendete Signalfrequenz von 80 GHz statt den bisher üblichen 26 GHz. Dadurch ist eine mehr als dreifach bessere Fokussierung des Radarstrahls möglich, was einige positive Auswirkungen auf die Messung hat. Der offensichtlichste Vorteil: An Einbauten geht der schmale Messstrahl einfach vorbei. Bisher wurde in Lager- und Kugeltanks oft ein Stand­rohr eingebaut. Dies hat mehrere Nachteile. Zum einen verschlechtert sich die Messgenauigkeit und zum anderen ist die Installation extrem aufwendig und teuer. Es wurde jedoch benötigt, um die Radarenergie zu führen und so auch bei Medien mit sehr schlechten Reflexionseigenschaften ein ausreichendes Mess­signal zu erhalten. Mit dem 80 GHz-Radar­sensor Vegapuls 64 ist dank der sehr guten Fokussierung/Signalbündelung jetzt eine direkte Montage ohne Standrohr möglich. Dies macht die Messung zuverlässiger und genauer und die Messstelle bei der Planung und Auslegung günstiger.
Darüber hinaus ist der Vegapuls 64 für schlecht reflektierende Medien, also Flüssigkeiten mit kleinen Dielektrizitätswerten, wie sie in dieser Branche üblich sind, bestens geeignet. Der Radarsensor verfügt über einen außergewöhnlich großen Dynamikbereich, so dass das Einsatzspektrum der Sensoren und die Messsicherheit sehr hoch sind. Es gibt ihn mit unterschiedlichen Antennensystemen in verschiedenen Größen. Im Augenblick stehen die Gewindegrößen ¾“ (Öffnungswinkel 14°), 1½“ (7°), DN50 (6°) und DN80 (3°) zur Verfügung.

Problem: Kugelhahn
Für die Industrie typisch ist die strikte Vorgabe, dass generell jeder Sensor über eine Armatur vom Prozess getrennt werden kann, ohne dabei den Prozess zu unterbrechen, sprich ohne die Anlage oder einen Teil der Anlage herunterzufahren. Gerade auf Flüssiggastanks an Land ist diese Anforderung Pflicht.
Für einen Radarfüllstandsensor bedeutet das, dass er auf einem Kugelhahn montiert werden muss. So soll sichergestellt werden, dass der Sensor auch im laufenden Betrieb vom Prozess getrennt werden kann. Der Wunsch, die Verfügbarkeit auf diese Weise zu erhöhen, hatte bisher oft das Gegenteil bewirkt. Zwar wurden die Anlagen wartungsfreundlicher, dafür aber auch weniger zuverlässig. Die Installation auf einem Kugelhahn war für Radarsensoren bis jetzt nicht empfehlenswert, weil der Kugelhahn selbst große Stör­reflexionen im Nahbereich verursacht. Durch Reflexionen an Dicht- und Verbindungsstellen im Kugelhahn und deren Mehrfachausbreitungen im Kugelhahn, wurden die Störsignale auch in den Messbereich des Sensors gespiegelt.
Gerade bei Flüssigkeiten mit niedrigen Dielektrizitätswerten war eine zuverlässige Messung dann oft nicht möglich. Vor allem im oberen Bereich des Tanks, wo der Sensor auch zur Erkennung einer Überfüllung eingesetzt wurde, konnten die relativ kleinen Signale des Mediums durch das starke Rauschen im Nahbereich nicht optimal erfasst werden.
Beim Vegapuls 64 ist der Einfluss durch den Kugelhahn deutlich geringer, da der Sensor über eine erheblich bessere Signalbündelung verfügt und der Kugelhahn so keine Störreflexionen verursacht. Somit gibt es keine Störsignale im Nahbereich und die zuverlässige Messung ist sichergestellt. Weiterer Pluspunkt für den Anwender: Der Sensor lässt sich auf vorhandenen Absperreinrichtungen installieren und die Umbaukosten werden auf ein Minimum reduziert. In kritischen Anwendungen, in denen die bisherige Technologie problematisch war, kann nun einfach auf die 80 GHz-Technologie umgerüstet werden, um die Messsicherheit und dadurch auch die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen und den Wartungsbedarf zu reduzieren.
Vergleicht man die Echokurven eines 26 GHz-Sensors mit denen eines Vegapuls 64 in ein- und derselben Anwendung, sind selbst Experten äußerst beeindruckt. Es ist die gleiche Messstelle, aber das Messergebnis unterscheidet sich wie Tag und Nacht. Hier zeigt der Vegapuls 64 seine ganze Stärke und ermöglicht eine sichere und zuverlässige Messung.
Bei den kleineren, liegenden LPG-Tanks ergibt sich ein weiterer Vorteil: Für die Rundtanks werden häufig Bypässe verwendet. Mit dem Vegapuls 64 ist es möglich, den Sensor direkt auf dem Tank zu installieren und den Bypass einzusparen. So ist es jetzt auch möglich bei der Anforderung nach Redundanz zwei unterschiedliche Messverfahren und -anordnungen zu wählen und eine höhere Sicherheit zu erhalten.

Bessere Ausnutzung des Tankvolumens
Die 80 GHz wirken sich zudem bei der Messung von Flüssigkeiten mit niedrigen Dielektrizitätszahlen am Behälterboden positiv aus. Prinzipiell werden die Radarsignale an der Oberfläche des Mediums reflektiert. Bei Medien mit kleinen Dielektrizitätszahlen durchdringt jedoch ein Teil der Signale das Medium und wird ebenfalls von dem darunterliegenden Behälterboden reflektiert. Somit erhält man zwei Signale: Den eigentlichen Füllstand und den Behälterboden. Die Signale des Bodens sind dabei umso größer, je geringer die Dielektrizitätszahl des Mediums und je geringer der Füllstand. Bei den bisherigen 26 GHz-Sensoren haben sich gerade bei niedrigen Füllständen (mit nur wenigen Zentimetern Füllhöhe) die beiden Signale überlagert und vermischt. Das kleinere Füllstandsignal ging im größeren Bodensignal unter.
Für den Radarsensor war das Füllstandsignal dann nicht mehr sichtbar. Durch die deutlich kürzere Wellenlänge der 80 GHz-Signale des Vegapuls 64 gehen die Signale durch das Medium hindurch und werden im Medium erheblich stärker gedämpft als bei 26 GHz-Sensoren. Dadurch ist die Reflexionsstärke am Behälterboden deutlich geringer. Selbst bei niedrigen Füllständen ist das Füllstandsignal dann größer als das Bodensignal. Das hat zur Folge, dass selbst niedrigste Füllstände (mit wenigen Millimetern) noch sicher und exakt gemessen werden. Somit können Prozesse weiter optimiert und der Füllstand bei großvolumigen Tanks selbst am Behälterboden noch sicher gemessen werden. Sprich das Tankvolumen wird noch besser ausgenutzt.

Fazit
Ohne die Druck- und Füllstandmessung, sprich die kontinuierliche Messung oder Erfassung des Grenzstands, funktioniert kaum ein Prozess in der LNG- / LPG-Industrie. Dies gilt sowohl an Land als auch auf See. So hat sich der Vegaswing 66 für extreme tiefe Sensoren ebenso bewährt wie der Vegaflex 86 in komplexen Prozesseinheiten bei der Verflüssigung. Zudem sind auch viele Drucksensoren von Vega bei den LPG- / LNG-Prozessen gefragt. Dabei haben die Sensoren einen entscheidenden Vorteil: Ihre Bedienoberfläche ist dank plics-Konzept bei jedem Messgerät, unabhängig vom Messverfahren, gleich. Anwender, selbst wenn sie wenig Erfahrung in der Instrumentierung haben, finden sich also schnell zurecht. Noch komfortabler wird die Parametrierung der Sensoren durch die Kombination aus Plicscom und Bluetooth. Die drahtlose Bluetooth-Kommunikation ist insbesondere für schwer zugängliche Stellen, raue Industrie­umgebungen und Ex-Bereiche interessant. Das modulare plics-Konzept, das Vega vor über 14 Jahren eingeführt hat, zeigt hier seine ganze Stärke. Denn das Modul ist abwärtskompatibel und lässt sich für die gesamte installierte Basis der plics-Sensoren nutzen – in Druck- und Füllstandanwendungen, mit 70 verschiedenen Gerätetypen, ohne Softwareupdate und mit der bewährten Bedienstruktur. Damit kann der Anwender seine plics-Sensoren aus sicherer Entfernung mit dem Smartphone