Anlagen- und Prozessüberwachung Wandler gegen Rohrschaden

Autor / Redakteur: Dr. Bernhard Brunner* / Wolfgang Ernhofer

Kontinuierliche Anlagen- und Prozessüberwachung mit Ultraschallsensoren – Revisionen bei großen prozesstechnischen Anlagen und Kraftwerken sind zeitaufwändig und teuer. Zur Überwachung gibt es neu entwickelte Hochtemperatur-Ultraschallwandler, die feinste Schäden an 600 °C heißen Rohrleitungen und Behältern detektieren – damit können die Revisionszeit verkürzt und Kosten gespart werden.

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Auf einem Stahlrohr aufgebrachter Ultraschallwandler zur Zustandsüberwachung an 600 °C heißen Rohrleitungen
Auf einem Stahlrohr aufgebrachter Ultraschallwandler zur Zustandsüberwachung an 600 °C heißen Rohrleitungen
(Bild: Knud Dobberke für Fraunhofer ISC)

Schäden an funktions- und sicherheitsrelevanten Strukturbauteilen verursachen in vielen Industriebereichen hohe Kosten. Um Defekte rechtzeitig zu entdecken und unnötige Stillstandzeiten oder gar Unfälle zu vermeiden, ist in der Regel ein hoher Wartungsaufwand erforderlich. Mithilfe von innovativen Überwachungskonzepten können Betriebszeiten technischer Anlagen verlängert und Wartungskosten erheblich gesenkt werden.

Statt die Lebensdauer eines verschleißanfälligen Bauteils wie bisher auf Basis starrer Wartungsregimes grob abzuschätzen, ermöglichen am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg neu entwickelte Sensorkonzepte die Umstellung auf zustandsabhängige Wartungsmaßnahmen. Bei einem solchen Condition Monitoring System (CMS) wird die Funktion der Bauteile periodisch oder kontinuierlich mithilfe von Sensoren vor Ort überwacht.

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Piezoelektrische Materialien

Um feine Strukturschäden in Glas- oder Kohlefaserkompositen sowie Stahlbauteilen zu entdecken, eignet sich Ultraschall besonders gut. Das Kernstück der Sensorik bilden daher Ultraschallwandler auf Basis piezoelektrischer Materialien, die mechanische Verformung in elektrische Signale umwandeln oder elektrische Spannungsimpulse in Bewegung umsetzen. Ein bereits in der Erprobung befindlicher Einsatz solcher Wandler, ist die kontinuierliche Strukturüberwachung von Rotorblättern z.B. großer Off-Shore-Windkraftanlagen.

Dieses Überwachungsprinzip kann aber auch auf Bauteile mit hohen Betriebstemperaturen übertragen werden. Hierzu entwickelten die Forscher spezielle Hoch-temperaturwandler auf Basis neuartiger Einkristallmaterialien für die permanente Strukturüberwachung in Hochtemperaturumgebung. Damit lassen sich beispielsweise heiße Rohrleitungen von Chemieanlagen und Kraftwerken im Betrieb bei Temperaturen bis zu 600 °C überwachen.

Befestigung mit speziell entwickeltem Glaslot

Die von den Wissenschaftlern des Centers Smart Materials (Cesma) und Industriepartnern eigens für diese Anwendung entwickelten hochtemperaturtauglichen Ultraschallwandler sind geeignet, große Wärmedehnungen, wie sie beim häufigen An- und Abfahren der Anlagen von Raumtemperatur auf 600 ºC vorkommen, standzuhalten.

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