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Füllstandmessung für Produktionsoptimierung

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Silogruppe, die mit Levelflex-Füllstandmessgeräten ausgerüstet ist. (Foto: Endress + Hauser) In den 1860 gegründeten „Johann Schaefer Kalkwerken“ erkannte man früh, dass Tradition und Fortschritt sich nicht ausschließen. Dies gilt nicht zuletzt auch für die Mess- und Automatisierungstechnik.

Für die vielfältigen Anforderungen der Kunden werden Stückkalk und Feinkalk in unterschiedlichen Körnungen hergestellt. Weißfeinkalk und Weißkalkhydrat mit 95 % > 0,1 mm und genau eingestellten Reaktionswerten sowie gebrauchsfertige, sedimentationsstabile Kalkmilch runden die Produktpalette ab. Neben der Qualität ist die Liefersicherheit ein Kriterium von sehr hohem Stellenwert. Die Mahlka-pazitäten von fast 200.000 t und die Hydratkapazitäten von über 300.000 t pro Jahr schaffen diese Sicherheit. Unterstützt wird dies durch die Lagerkapazität von mehr als 10.000 t in mehreren großen Silos. Um den hohen Qualitätsstandard dauerhaft sicherzustellen und die Produktion und Logistik möglichst effizient auszulasten, ist ein hoher Automatisierungsgrad erforderlich. Dieser setzt betriebssichere Messdaten voraus. Die klassische Instrumentierung für Schüttgüter stieß dabei oft an ihre Grenzen. So musste die kapazitive Füllstandmessung wegen ihrer Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstanten des Produktes – z. B. bei Produktwechsel oder sich ändernder Produktfeuchte – nachkalibriert werden. Aber auch die modernen Ultraschall-Laufzeitmessungen erreichten aufgrund von Einbauten, ungünstigen Silogeometrien und staubiger Atmosphäre ihre physikalischen Grenzen.
Im Produktionsbetrieb Hahnstätten stand die Modernisierung der kontinuierlichen Füllstandmessung der verschiedenen Kalkprodukte an. Eingesetzt waren bislang Ultraschall-Messgeräte und kapazitive Messeinrichtungen. Ziel der Modernisierung war es, die vorhandenen Ressourcen optimal einzusetzen. Deshalb war es die wichtigste Anforderung an eine neue Instrumentierung, die Messwerte zuverlässig, langzeitstabil und ohne hohen personellen Aufwand (z. B. durch Abgleichen) zu generieren. Dabei war man bei Schaefer Kalk auf ein neues Messverfahren aufmerksam geworden: die Laufzeitmessung mit geführten Mikroimpulsen. Da ein völlig neues Messverfahren für den Anwender in der Regel „ein unbeschriebenes Blatt“ darstellt, wollte man sich zuerst von der Funktionalität überzeugen. Hierzu wählte man die aus Kundensicht schwierigste Messaufgabe: Gebrannter Kalk wird nach der Mahlanlage über Sichter fraktioniert. Brechkalk mit einer Korngröße von 0-3mm und sehr hohem Staubanteil wird über ein Becherwerk, dessen Förderleistung bei 15 t/h liegt, in ein Stahlsilo mit einer Höhe von 12 m und einem Durchmesser von 4,5 m gefördert. Es dient als Vorhaltesilo zur Loseverladung. Prozessbedingt wird teilweise während der Befüllung des Silos auch bereits Material für die Loseverladung entnommen. Die Anforderung an das neue Messverfahren war, auch unter diesen dynamischen Bedingungen stabile und zuverlässige Messwerte zu liefern. Bisher war hier eine Ultraschallmessung eingesetzt, die im statischen Zustand (ruhender Siloinhalt) sehr gut funktionierte, jedoch bei dynamischen Verhältnissen zeitweise unsichere Messwerte aufgrund der hohen Staubentwicklung lieferte.
Das neu eingesetzte Messgerät Levelflex arbeitet mit der Mikroimpuls-Technologie. Ein sehr kurzer elektromagnetischer Impuls im Nanosekundenbereich wird dabei über eine auf diesen Impuls abgestimmte Antennen-Konstruktion auf das bis zu 20 m lange Sondenseil (Edelstahl 4 mm bzw. 8 mm) induziert. Die dadurch entstehenden Energiepakete mit einem Durchmesser von 30 cm laufen annähernd mit Lichtgeschwindigkeit der Sonde entlang. Trifft der Impuls auf die Schüttgutoberfläche, verändert sich der Wellenwiderstand. Dadurch wird ein Teil des Sendeimpulses reflektiert. Nach dem Empfang über eine Weiche wird der reflektierte Impuls von einem HF-Sampler abgetastet. Die Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen des reflektierten Impulses ist das Maß für die Distanz zwischen Prozesseinkopplung und der Schüttgutoberfläche. Das auf Messlänge bestellbare Levelflex-Gerät wird vorabgeglichen ausgeliefert. Wenn der Einbau in eine 11/2"-Muffe erfolgt, ist es ohne weitere Einstellungen sofort messbereit.
Nach einem erfolgreich verlaufenen mehrwöchigen Probebetrieb wurden daraufhin insgesamt neun weitere Silos (Kalkhydrat, Brechkalk, Weißfeinkalk) mit Levelflex-Geräten zur kontinuierlichen Füllstandmessung ausgerüstet.

Füllstandsmessgerät für pulverige bis feinkörnige Schüttgüter.	(Foto: Endress + Hauser)Installation eines Levelflex-Gerätes (unten rechts) auf einem Silo. (Foto: Endress + Hauser)





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