03.03.2020

Füllstandüberwachung in Meerwassertanks

Salz und Wasser

Im südostasiatischen Malaysia war ein Anlagenbetreiber im Bereich Energieerzeugung auf der Suche nach einer smarten Lösung für die kontinuierliche Füllstandüberwachung seiner Meerwassertanks. Um den Herausforderungen der beengten Platzverhältnisse sowie der salzhaltigen Atmosphäre innerhalb der Behälter mit einer robusten und zugleich präzisen Inhaltsdetektion zu begegnen, wurde ein freistrahlender Radarsensor mit robustem Edelstahlgehäuse eingesetzt.


Bild: UWT GmbH

Der Energieerzeuger in Malaysia ist Teil eines Energieentwicklungsunternehmens, das die Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Elektrizität für den größten Bundesstaat auf der Insel Borneo im Nordwesten Malaysias organisiert. Aufgrund des reichlichen Vorkommens der einheimischen Ressourcen Wasser, Kohle und Gas erfolgt die Stromversorgung für mehr als 2 Millionen Einwohner in einem Gebiet von 124.451km² aus einem Zusammenspiel aus Wasserkraft, Wärmeenergie und alternativer Energie. Das Unternehmen nutzt die vorhandenen natürlichen Ressourcen, um vorwiegend erneuerbare Wasserkraft zu erzeugen, ergänzt durch Wärme aus Gas und Kohle. In der Energiewirtschaft stehen Sicherheit und Effizienz an erster Stelle. Für das implementierte Kohlekraftwerk, das mit einer Gesamtleistung von 270 Megawatt ein wichtiger Stromlieferant für die südlichen und zentralen Regionen Borneos darstellt, war der Anlagenbetreiber auf der Suche nach einer robusten und zuverlässigen Lösung zur Füllstandüberwachung in seinen Kühlbehältern mit Meerwasser innerhalb des Seewasserpumpenhauses. Aufgrund der geografisch günstigen Lage in Reichweite des Südchinesischen Meeres, kann das Meerwasser in das Kühlsystem gespeist und zur effektiven Temperaturkontrolle der Kessel-Turbinen verwendet werden. Die Tanks fassen mit 15m Höhe 86.000m³ Wasser. Der Pegelstand ändert sich teilweise sehr rasch und muss zuverlässig in einer Voll- sowie Leermeldung erfasst werden. Der durchschnittliche Salzgehalt des Meerwassers dort beträgt um die 3,3%, was einem Salzanteil von 33g/kg Meerwasser entspricht und damit leicht unter dem allgemeinen Durchschnittswert von 3,5% liegt. Dennoch liegt ein ausreichend großer Salzanteil vor, um eine korrodierende Wirkung auf Sensortechnologie auszuüben, die mit dem Meerwasser dauerhaft in Kontakt kommt. Gemeinsam mit einem lokalen Partner konnte UWT vor Ort jedoch eine Lösung zur kontinuierlichen Füllstandsmessung entwickeln.

Berührungslos hohe Sensibilität

Mit dem berührungslosen Sensor NivoRadar NR 3000 von UWT wurde ein passender Lösungsansatz für die Applikation gefunden. Radarsensoren werden neben den elektromechanischen Loten häufig zur kontinuierlichen Füllstandmessung in Lagerprozessen eingesetzt. Sie messen Distanzen bis zu 100m und können durch ihre hohe Sensibilität nicht nur in sehr feinen Schüttgütern sondern auch in unterschiedlichen Flüssigkeiten und Pasten eingesetzt werden. Der Radarsensor arbeitet mit einem frequenzmodulierten 78GHz Signal, welches mit einer sehr engen Strahlkeule von nur 4° ausgesendet, vom Meerwasser reflektiert und wieder vom Sensor empfangen wird. Die Frequenzdifferenz, welche direkt proportional zum Abstand ist, wird dann weiter verarbeitet und als Füllstandsignal ausgegeben.

Positionierung mit Schutzgehäuse

Das vorherrschende tropische Regenwaldklima ist feucht und warm mit konstanten Temperaturen von etwa 25°C das ganze Jahr über. Die Sonne steht mittags hoch am Himmel, wodurch sie eine enorme Verdunstungskraft entwickelt. Je nach Grad der Anhaftung an Messsensoren kann das Messergebnis verfälscht werden. Das wiederum kann sich auf den gesamten Weiterverarbeitungsprozess auswirken, wenn es zu Überfüllung oder zum Leerlauf kommt. Entscheidend ist eine konstant gewährleistete Kühlung durch das Meerwasser. Von Vorteil ist hier der Einsatz berührungsloser Technik. Außerdem war aufgrund des integrierten Luftspülanschlusses für die Reinigung der Linsenantenne die Anwendung hier völlig problemlos möglich. Auch bei Kondensatbildung oder Salzablagerungen sorgt der Spülanschluss für eine funktionssichere Messung. Das Gerät arbeitet mit einer Zweileiter-Technik und wird über ein lokales Programmiergerät mit Display und einem Schnellstartassistent einfach in Betrieb genommen. Der freistrahlende Radarsensor ist durch seine gekapselte Gehäusekonstruktion innerhalb der anspruchsvollen Umgebungsbedingungen geschützt und liefert zuverlässige Messergebnisse bei Prozesstemperaturen bis zu +200°C. Um den Radar innerhalb der Meerwassertanks richtig zu positionieren, so dass eine präzise Füllstandüberwachung gewährleitet wird, wurde eine spezielle Halterung zur Antennenausrichtung entworfen, in welcher das Gerät installiert wurde. Diese Vorrichtung fungiert wie ein Verstellflansch mittels dem der Radarsensor gemäß den Behältergegebenheiten ausgerichtet und die Strahlkeule auf den gewünschten Punkt fixiert werden konnte. Das gesamte Installationskit wurde komplett aus robustem Edelstahl gefertigt, um den Sensor zusätzlich vor Hitze, hoher Luftfeuchtigkeit sowie Korrosion durch den hohen Salzgehalt zu schützen und konnte darüber hinaus platzsparend innerhalb der Tankbehälter verbaut werden. UWT hat den Radar weiter mit einer extra schmalen Strahlkeule ausgestattet, welche den Einsatz in engen Tanks und Behältern ermöglicht und den Einbau sowie die Platzierung des Sensors erleichtert.

Die Inhalte der Tanks immer im Blick

Der NivoRadar lässt sich dabei ohne weiteres mit dem Visualisierungssystem Nivotec verbinden und bietet eine gute Kombiniermöglichkeit als Element zur Füllstandbestimmung. Die Datenvisualisierung liefert die detektierten Füllstände in Höhe, Prozent, Gewicht oder Volumen. Es werden Trends gespeichert, E-Mails über Füllstände oder Silovollmeldungen können aktiviert werden. Die Fernabfrage der gewonnenen Daten kann auch über ein GSM-Modem erfolgen. Dort können die aktuellen Messwerte über die Nivotec Visualisierungssoftware an jedem Ethernet-PC per Internetbrowser abgerufen werden. Der Datenzugriff erfolgt besonders zeitnah, weil die Visualisierungs-Controller direkt im Firmen-Ethernet eingebunden sind. Die Systeminstallation ist unkompliziert und kann durch eigene Servicekräfte erfolgen. Dadurch dass sämtliche detektierte Füllstände jederzeit aktuell verfügbar sind, ist ein gewisser Grad an Planungssicherheit für den Anlagenbetreiber gewährleistet.

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