Füllstandmessung Füllstandsensoren für Schüttgüter – so wählen Sie das richtige Gerät

Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Rauchholz / Dr. Jörg Kempf

Achtung Ex-Gefahr! Ohne geeignete Schutzvorkehrungen dürfen Sensoren für die Füllstandmessung in vielen Schüttgutanwendungen nicht eingesetzt werden. Nur Geräte mit den erforderlichen Explosionsschutz-Zulassungen garantieren einen sicheren Betrieb. Doch was ist zu beachten? Der Beitrag gibt Tipps für die Gerätewahl.

Firmen zum Thema

Ein Feuerball mit über 15 m im Durchmesser entsteht, wenn nur 1,5 kg Braunkohlestaub explodieren
Ein Feuerball mit über 15 m im Durchmesser entsteht, wenn nur 1,5 kg Braunkohlestaub explodieren
(Bild: Mollet)

Füllstandmessung in explosionsgefährdeten Bereichen stellt besondere Anforderungen. So müssen im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung die möglichen Explosionsrisiken ermittelt werden. Dazu gehört z.B. die Beurteilung, ob eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist. Diese entsteht erst, wenn Luftsauerstoff in ausreichender Menge, eine wirksame Zündquelle und Brennstoff am selben Ort vorkommen.

Als Brennstoff kommen brennbare Stäube, Gase und hybride Gemische in Frage. Brennbare Stäube sind alle Stäube, Fasern oder Schwebstoffe, die in Luft brennen oder glimmen und bei atmosphärischen Bedingungen explodieren können. Wegen ihrer großen spezifischen Oberfläche haben sie eine gesteigerte Reaktionsfähigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit. Dazu gehören Kohlenstaub, Aluminiumpulver, Puderzucker, Weizenmehl oder Staub aus Getreide.

Bildergalerie

Überall wo Schüttgüter transportiert, umgefüllt und entleert werden, entstehen diese Stäube und verteilen sich häufig über das gesamte Firmengelände. Besonders explosiv sind hybride Gemische, in denen brennbare Stäube und Gase gleichzeitig vorhanden sind. Diese Gemische explodieren noch brisanter und entzünden schneller als die einzelnen Stoffe für sich alleine.

Je nach Häufigkeit des Vorkommens einer explosionsfähigen Atmosphäre werden die Betriebsteile in Gefahrenzonen eingeteilt:

  • Zone 20 und Zone 0 treten häufig im Inneren von Behältern oder Apparaturen, bei staubenden Gütern auch in Mühlen, Trocknern, Mischern und Förderleitungen auf.
  • Zone 21 und Zone 1 findet man im Wesentlichen in der näheren Umgebung von Befüll- und Entleerungsöffnungen oder Abfüllstellen, bei denen bereits im Normalbetrieb abgelagerter Staub gelegentlich aufgewirbelt wird, sowie in der näheren Umgebung von Zone 0- und Zone 20-Bereichen.
  • Zone 22 und Zone 2 sind Bereiche, in denen bei Normalbetrieb eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre normalerweise nicht oder aber beispielsweise bei Störungen nur kurzfristig auftritt. Dazu gehören Bereiche, welche die Zone 0 oder 1 umgeben, und Bereiche, in denen Staubablagerungen zu erwarten sind, die aber regelmäßig beseitigt werden.

(Tabelle: PROCESS)
In diesen explosionsgefährdeten Bereichen verwendete Geräte müssen zertifiziert sein und die geltenden Normen, Vorschriften und Richtlinien erfüllen. Für Planer und Betriebsleiter ist das eine Aufgabenstellung, die viel Wissen und vor allem Zeit zur richtigen Auswahl der Geräte erfordert. Mollet Füllstandtechnik bietet die passenden Füllstandmessgeräte mit den dafür erforderlichen Explosionsschutz-Zulassungen.

Gemäß der Zoneneinteilung ist die Auswahl zu treffen, welche Füllstandmessgeräte mit möglichen elektrischen oder mechanischen Zündquellen eingesetzt werden können.

  • In Zone 0 bzw. 20 dürfen nur Geräte mit der Gerätekategorie 1G bzw. 1D eingesetzt werden. Wobei „G“ für Gase und „D“ für Stäube steht.
  • Für Zone 1 bzw. 21 genügen Geräte mit der Kategorie 2G bzw. 2D.
  • In Zone 2 bzw. 22 sind Geräte mit der Kategorie 3G bzw. 3D ausreichend.

Eine Kernkompetenz von Mollet ist der Explosionsschutz nach Atex. Mehr auf der nächsten Seite.

Ex-Schutz nach Atex: Zonen streng getrennt

Eine Kernkompetenz von Mollet ist der Explosionsschutz nach Atex. Alle Geräte besitzen ein umfassendes Spektrum an Zulassungen für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Sensoren eignen sich auch in der für Gase höchsten Gefahrenzone 0 und aufgrund der zugelassenen Gerätegruppe IIC, sogar für Anwendungen mit sehr gefährlichen Gasen wie Wasserstoff, Acetylen oder Schwefelkohlenstoff sowie hybriden Gemischen. Das speziell für diese Anwendungen entwickelte Zonentrennelement – als Zubehör für die Molosroto-Füllstandanzeiger erhältlich – entkoppelt den Messflügel vom Steuerkopf, sodass kein Gasaustausch zwischen den verschiedenen Zonen stattfinden kann.

Bildergalerie

Die Gerätekategorie 2G für den Einsatz in der Gefahrenzone 1 wird bei den Molosroto-Füllstandmessgeräten über die Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ mit einem dafür geeigneten Gehäuse erreicht. Bei anderen Baureihen, wie den Molosmembran-Füllstandanzeigern, wird die Zündschutzart der Eigensicherheit verwendet.

Neben den Füllstandanzeigern von Mollet besitzen auch alle Geräte für die kontinuierliche Füllstandmessung der Molosbob- und Moloswave-Baureihe die erforderlichen Zulassungen für den Einsatz in staubexplosionsgefährdeten Bereichen in der Zone 20/21. Ob Lot-System, geführte Mikrowelle oder Drehflügelmelder, alle Technologien erreichen den gewünschten Explosionsschutz durch die Zündschutzart „t“.

Bei dieser Zündschutzart beruht die Funktionsweise auf dem Einsatz staubgeschützter und staubdichter Gehäuse, zusammen mit der Begrenzung der Oberflächentemperatur des Geräts unter die Glimmtemperatur des auftretenden Staubes. Die Geräte müssen u.a. so konstruiert sein, dass sie den verschärften mechanischen Prüfungen (z.B. Schlagfestigkeit, Temperaturbeständigkeit) entsprechend IEC/EN 60079-0 standhalten können.

Spezialfall Verladeüberwachung

Verladeüberwachungen bei großen Systemen zur Schüttgutverladung auf Schiffe haben besondere Anforderungen. Mit einer Verladeleistung bis 2000 m3/h und bei Höhenunterschieden bis 50 m benötigen diese Systeme zur Steuerung in jedem Auslaufkopf drei Füllstandanzeiger, die jeweils um 120° versetzt am Auslauftrichter montiert werden.

Die riesigen Staubschürzen am unteren Ende des Auslaufkopfs setzen auf das Verladegut auf und bilden somit quasi ein geschlossenes System. Das Verladegut strömt durch den Auslauftrichter, und der dabei entstehende Staub wird durch leistungsstarke Entstaubungsfilter abgesaugt. Sobald das aufgestaute Schüttgut den Drehflügel-Füllstandanzeiger erreicht und den Messflügel bedeckt, wird die Rotation gestoppt. Das dadurch entstehende Drehmoment schaltet zunächst ein Ausgangssignal und stoppt danach den Motor. Durch dieses Ausgangssignal wird die Verladegarnitur dazu veranlasst, ein Stück weiter nach oben zu fahren. Somit wird sichergestellt, dass der kontinuierliche Füllstrom nicht beeinträchtigt wird.

Das Anheben des Auslaufkopfs befreit den Messflügel wieder vom Schüttgut, und eine Feder zieht den Motor des Drehflügel-Füll-standanzeigers zurück in die Ausgangsposition. Der Motor läuft an, und das Ausgangssignal wird zurückgesetzt. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die gewünschte Ladehöhe erreicht ist und die Verladegarnitur eine neue Verladeposition anfährt.

Die kurzen Schaltintervalle sind eine Herausforderung für die eingesetzten Füllstandanzeiger. Die zuverlässigen und robusten Geräte der Molosroto-Serie DF21 sind bestens dafür geeignet. Hochwertige Bauelemente, gekapselte Kugellager, große Auswahl an Wellenabdichtungen und verschiedene Selbstdiagnosefunktionen sind nur einige Eigenschaften, die dafür sprechen.

Hervorzuheben ist die besondere Atex-Zulassung für staubexplosionsgefährdete Bereiche in Zone 20, die für diese Applikation erforderlich ist. Der Steuerkopf des Drehflügelmelders befindet sich in dem Bereich, in dem der Staub über die Filteranlagen abgesaugt wird. Deshalb herrscht auch in diesem Anlagenteil Zone 20. Somit muss das Messgerät so ausgelegt sein, dass es den Anforderungen für eine Atex-Zulassung für Zone 20 entspricht. Ein zusätzlich integrierter Thermoschalter verhindert darüber hinaus das Erhitzen der Gehäuseoberfläche über den zulässigen Wert, selbst wenn der Sensor komplett verschüttet werden sollte.

* Der Autor ist Verkaufsmanager bei der Mollet Füllstandtechnik GmbH, Osterburken.

(ID:43244489)