Eigenschaften der Temperaturmesssysteme

Der Prallstab ist die klassische Schutzmaßnahme für Temperatursensoren. Der Stab besteht aus Eisen und wird in Strömungsrichtung vor dem Temperatursensor montiert. Der Vorteil dieses Aufbaus liegt in der einfachen Austauschbarkeit des Prallstabes und dem Einsatz eines kostengünstigen Standard-Temperaturelementes. Allerdings gibt es keinerlei Kontrolle über den Zustand der Schutzeinrichtung sowie über den Sensor – bis zu dessen Ausfall.

Denn sobald der Prallstab abgenutzt ist, wird der Sensor den vorbeiströmenden Staubpartikeln ausgesetzt und in kurzer Zeit ebenfalls zerstört. Selbst bei einem intakten Prallstab halten die Temperaturfühler höchstens zwölf Monate, da sie auch im „Windschatten“ des Prallstabes einem Verschleiß unterliegen. Somit muss diese Messstelle regelmäßig auf Basis von Erfahrungswerten des Betriebs gewartet werden. 

Dreifach redundante Niveaumessung mit Trennmittler, Kapillarleitung und Differenz- druckmessumformer.

Die Messung mit Einträufelung ins Kondensatgefäß ist ein bewährtes hydrostatisches Messsystem mit Differenzdruck-Messumformer. Die Messung verlangt einen hohen mechanischen Aufwand, da auch die Ventile vakuumfest sein müssen. Zudem ist eine Einträufelung von Flüssigkeit ins Kondensatgefäß nötig, da die vor dem Messumformer und im Kondensatgefäß stehende notwendige Wassersäule bedingt durch das Vakuum ausdampft. Dieser Wasserverlust muss ausgeglichen werden. Die Einleitung der Flüssigkeit direkt ins Kondensatgefäß verursacht jedoch Pulsationen. Die Ursache ist das schlagartige Verdampfen des eingeträufelten Wassers. Für eine korrekte Messung ist daher ein permanenter Zufluss sicherzustellen. An der Entnahmestelle muss vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) zur Verfügung stehen, dessen Zulauf überwacht werden sollte. Ansonsten würde der Messwert bei ausgefallener Einträufelung langsam wegdriften.

Im Unterschied zur Einträufelung ins Kondensatgefäß wird bei der Variante mit T-Stück die Einträufelung nicht ins Kondensatgefäß, sondern mittels T-Stück in die Impulsleitung unterhalb des Kondensatgefäßes vorgenommen. Dies verhindert die bei direkter Einträufelung auftretenden Pulsationsprobleme. Ansonsten sind die Eigenschaften identisch.

Messung mit vakuumfesten Trennmittlern: Bei Druck- und Differenzdruck-Messungen von aggressiven Medien werden zum Schutz der Messzelle spezielle Trenn-Membranen vorgeschaltet, deren Membran-Material auf die zu überwachenden Medien abgestimmt sind. Die Kopplung mit der Messzelle des Differenzdruck-Messumformers erfolgt hier über fest montierte Kapillarleitungen mit Silikonölfüllung. Mit solchen Trennmittlern lässt sich auch ein stabiles hydrostatisches Messsystem im Vakuumbereich realisieren. Der Vorteil davon ist: Die komplette Mechanik und Überwachung der vorher beschriebenen Messsysteme entfällt; dafür besteht bei diesem Aufbau eine Temperaturabhängigkeit der Kapillarleitung zwischen Messumformer und Trennmittler. Deshalb dürfen keine großen Umgebungstemperatur-Schwankungen – beispielsweise durch Sonneneinstrahlung verursacht – auftreten. Weiterhin braucht es vakuumfeste Sonderausführungen der Trenn-Membranen. Der Instrumentierungsaufwand als solcher ist gering. Auf der Behälterseite müssen lediglich große Flansche (Standard: DN80) zur Verfügung gestellt werden.

Vergleich Füllstandserfassung bei Vakuum

Alle drei hydrostatischen Messungen haben einen Nachteil: Sie erfassen den Druck der Wassersäule über dem Messgerät, der in Bezug zum realen Füllstand jedoch von der Dichte des Mediums abhängt. Dieser prinzipbedingte Messfehler wird üblicherweise im Leitsystem mittels Korrekturbaustein ausgeglichen.

Die Messung mit geführtem Radar ist ein sehr genaues Messsystem: Die Radarsonde erfasst den realen Behälterfüllstand in einem Bypassrohr parallel zum Behälter. Der ausgesendete Impuls wandert an einem Metallstab bis zur Medium-Oberfläche und wird dort refektiert. Die Impuls-Laufzeit ist ein Maß für den Füllstand. Im Gegensatz zu den hydrostatischen Messverfahren muss keine Korrektur des Messwertes vorgenommen werden. Daher ist eine Vor-Ort-Anzeige des realen Behälterfüllstands möglich. Als einziger Nachteil gilt das zusätzlich zu installierende Standrohr. Bei dreifach redundanten Messstellen sind natürlich drei Standrohre notwendig.

Trennmittler oder Radar?

Füllstandmessungen mit Einträufelung ins Kondensatgefäß wurden über viele Jahre als Standardlösung installiert und sind noch in vielen Altanlagen verbreitet. Bei Modernisierungen rüstet ABB in der Regel auf vakuumfeste Trennmittler um. Radarsonden kommen erst in jüngster Zeit zum Einsatz, beispielsweise bei der Modernisierung des Kraftwerks Frankfurt Mitte (Mainova) sowie den Neuanlagen Kraftwerk Walsum Block 10 und Kraftwerk Datteln Block 4. Insgesamt schneidet das geführte Radar im Standrohr in den Kategorien Genauigkeit, Montage-Aufwand, Investitionskosten und Betriebskosten am besten ab.

Autor

Frank Odenwälder ist im Bereich Stromerzeugung bei ABB in Mannheim für Kalkulation, Planung und Abwicklung der Instrumentierung zuständig.