Messtechnik Unterkühltes Arbeitsklima macht Durchflussmessgeräten nichts aus

Redakteur: Sariana Kunze

Eiskalte Helfer wie Stickstoff, Sauerstoff oder Argon sorgen als Schutzgas beim Schweißen und Schneiden für Sicherheit, machen Lebensmittel haltbar oder versorgen Patienten mit Atemluft. Das Abfüllen von reinem Flüssiggas gestaltet sich allerdings schwierig, bei PanGas in der Schweiz erfolgt dies bei Temperaturen um -180 °C. Coriolis-Durchflussmessgeräte von Endress+Hauser schaffen es trotz dieser eisigen Bedingungen präzise zu messen.

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Bei PanGas in Muttenz, Schweiz, kommt es beim Befüllen von Tanklastern immer zu einer kleinen Eiszeit. Die Durschflussmessgeräte müssen hier Temperaturen von -180 °C trotzen.
Bei PanGas in Muttenz, Schweiz, kommt es beim Befüllen von Tanklastern immer zu einer kleinen Eiszeit. Die Durschflussmessgeräte müssen hier Temperaturen von -180 °C trotzen.
(Endress+Hauser)

Ein Anbieter von technischen Gasen in der Schweiz ist PanGas, Tochter der globalen Linde Group. Im 2010 errichteten Werk in Muttenz bei Basel werden die drei Hauptbestandteile der Luft (Stickstoff, Sauerstoff, Argon) in hochreiner Form gewonnen. „Die Anlage ist eigentlich ein riesiger Kühlschrank. Wir saugen die Luft an, komprimieren diese und transportieren Wärme ab, bis die Luft flüssig wird und wir die Gase mittels Destillation trennen können“, erklärt Wolfgang Eichner, Leiter Supply Operations von PanGas. „Vereinfacht gesagt: Wir nehmen Luft, verpacken sie in kleine Einheiten und verkaufen sie weiter.“

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Verlust ist unvermeidbar

Der Rohstoff ist zwar kostenlos. Doch die Abkühlung auf -180 °C in der Luftzerlegungsanlage in Muttenz ist ein physikalischer Kraftakt. Pro Tag werden in Muttenz 500 Tonnen flüssige Gase produziert. Die so genannte Tieftemperatur-Rektifikation erfolgt in fast 40 Meter hohen Trennsäulen, wobei bei der Destillation die unterschiedlichen Siedepunkte der drei Gase ausgenutzt werden. Nach der Trennung werden die frostigen Flüssigkeiten in mächtigen Drucklagertanks gelagert, von denen aus die Tanklastwagen direkt befüllt werden.

Durchhaltevermögen an der Füllstation

Was bei Normaltemperaturen Routine wäre, ist aufgrund der kritischen Kälte des Mediums eine echte Herausforderung. Alle technischen Teile wie Ventile, Gasabscheider, Auslassvorrichtung sind vakuumisoliert. „Besonders schwierig war es, ein Messgerät zu finden, das robust genug ist, dieser Kälte zu widerstehen“, erklärt Beat Bättig, Anlagen-Operator von PanGas in Muttenz. Neben der extremen Beanspruchung des Materials – das eisige Medium lässt Kunststoffe spröde werden – muss das Gerät vor allem auch konstante Druckbedingungen garantieren. „Dehnen sich die Gasmoleküle nur wenig aus, erwärmt sich das Medium und die Flüssigkeit wird wieder zu Gas“, erklärt Patrick Rotzler, Produktmanager Durchfluss von Endress+Hauser. „Ein Gemisch aus gasförmigen und flüssigen Teilen wäre Gift für eine verlässliche Messung.“

Willkommen in der Eiszeit

In einem mehrstufigen Testverfahren mit PanGas entwickelte Endress+Hauser sein Coriolis-Massedurchfluss-Gerät (Promass F)derart weiter, dass es der klirrenden Kälte trotzen und Druckschwankungen verhindern konnte. Ein spezieller Niedertemperaturaufbau brachte die sensible Elektronik auf sichere Distanz zum tiefkalten Medium, und im Sensor selbst wurde statt Stickstoff das Edelgas Helium verwendet, das sich auch bei -180 Grad nicht verflüssigt. Durch weitere, teils unkonventionelle Anpassungen schafften es die Ingenieure, die Messbedingungen so zu kontrollieren, dass der Gasvolumenanteil eine kritische Grenze nicht übersteigt. „Selbst extreme Temperaturschwankungen haben keine Fehlfunktionen zur Folge“, sagt Wolfgang Eichner.

Das Prozessleitsystem wird aus einer Zentrale in Deutschland ferngesteuert. „Wir verlassen uns also ganz auf Automatisierungstechnik“, sagt Wolfgang Eichner. „Vor Ort stellen drei Mitarbeiter die Wartung und Kontrolle sicher.“ Auch bei der Abfüllung wird jeder Schritt registriert. Die leeren Tanklastzüge werden bei der Einfahrt gewogen, sodass der Computer das Ladevolumen berechnen kann. Wird dieser Wert erreicht, wird der Vorgang automatisch beendet. Wenn ein Parameter nicht mehr stimmt, zum Beispiel ein Tank zu voll oder zu starke Vibration registriert wird, geht das System automatisch in einen sicheren Zustand über. „Wir könnten unsere Computer herunterfahren, und die Anlage würde trotzdem sicher weiterlaufen“, erklärt Beat Bättig. Die Messtechnik in der Abfüllanlage hat jedoch noch nie zu einer Abschaltung geführt. „Manchmal machen wir Stichproben, indem wir das beladene Gefährt nochmals wiegen und die Messungen abgleichen“, verrät Beat Bättig. „Doch die Werte waren bisher stets identisch.“

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