Radiometrische Füllstandmessung für extreme Bedingungen

Strahlende Messungen

Die Entwicklungen im Anlagenbau zeigen einen Trend zu immer extremeren Bedingungen, zum Ausreizen physikalischer Grenzen und zum Fahren der Anlagen am Anschlag des technisch Möglichen. Gerade dort, wo Prozessbedingungen aber so extrem sind, dass herkömmliche Technologien versagen, kommen radiometrische Messungen zum Einsatz.
 Bei der Füllstandsmessung von Klinkerkühlern erschweren Betriebstemperaturen von bis zu 1.300°C die Messung 
wichtiger Parameter. Die radiometrische Füllstandmessung bietet hier eine zuverlässige Lösung.
Bei der Füllstandsmessung von Klinkerkühlern erschweren Betriebstemperaturen von bis zu 1.300°C die Messung wichtiger Parameter. Die radiometrische Füllstandmessung bietet hier eine zuverlässige Lösung. Bild: Berthold Technologies GmbH & Co. KG

Der Begriff Radiometrie leitet sich von den Wörtern radius (Strahl) und metiri (messen) ab. Einfach ausgedrückt bedeutet Radiometrie demnach ´messen mit Strahlung´. Typischerweise besteht ein radiometrisches Messsystem aus zwei Komponenten: einer Quelle, die Gammastrahlung emittiert, und einem Detektor, der die einfallende Strahlung detektiert. In den meisten Fällen sind diese zwei Komponenten auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der zu messenden Geometrie, wie z.B. einem Behälter oder einer Rohrleitung, angebracht. Die Strahlenquelle ist dabei aus Strahlenschutzgründen in einer Abschirmung aus Blei untergebracht, welche die Strahlung nur in einem bestimmten Austrittwinkel freigibt. Trifft die Strahlung auf den empfindlichen Detektor, wird diese dort über Lichtblitze in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches weiterverarbeitet wird. Die Gammastrahlung durchdringt den Behälter, sowie dessen Inhalt, und wird anschließend vom gegenüberliegenden Detektor erfasst. In Abhängigkeit von der Menge und der Dichte des zu durchstrahlenden Materials, wird die Strahlung dabei mehr oder weniger stark abgeschwächt – mehr Material und höhere Dichte führen zu mehr Absorption. Die am Detektor ankommende Strahlung ist somit ein Maß für die Abschwächung und mit Hilfe einer entsprechenden Kalibrierung kann der relevante Messwert, wie z.B. Dichte oder Füllstand, ermittelt werden.

Detektoren und Herausforderungen

Um unterschiedlichste Messgeometrien und Anforderungen erfüllen zu können, gibt es nicht die eine, universelle radiometrische Lösung. Erst durch Kombination verschiedener Strahler und Detektoren ist es möglich, die maßgeschneiderte Lösung für jede Messaufgabe zu finden. Je nach Anwendungsbereich können Punkt- oder Stabstrahler zum Einsatz kommen, es kann zwischen verschiedenen Nukliden gewählt werden und die Aktivität der Strahler wird individuell ausgelegt. Auch die notwendige Abschirmung für die Strahler ist dementsprechend angepasst. Neben den Strahlern gibt es auch eine Vielfalt an unterschiedlichen Detektoren. Diese unterscheiden sich nicht nur in ihrer Größe, sondern auch im Material oder den verfügbaren Kommunikationsschnittstellen. Durch das breite Portfolio können viele verschiedene Anwendungsbereiche abgedeckt werden, bei denen z.B. der Füllstand oder die Dichte bestimmt werden soll. Durch die Außenmontage ist die Installation einfach und kann auch an bestehenden Behältern oder Rohrleitungen problemlos nachgerüstet werden. Einer der größten Vorteile der Radiometrie ist deren Wartungsfreiheit und Wegfall von Nachkalibrierungen. Zudem besitzt die Technologie eine hohe Temperatur- und Langzeitstabilität. Viele Anwender setzen ihre radiometrischen Messungen bereits seit mehreren Jahren ohne jegliche Performanceprobleme ein.

Durch die Verwendung radioaktiver Strahler, gibt es durchaus einige Herausforderungen zu meistern. Hierzu zählen beispielsweise der Einfluss von Fremdstrahlung durch Schweißnahtprüfungen oder durch ein selbst radioaktives Messprodukt. Um dennoch zuverlässige Messergebnisse zu liefern, werden verschiedene Features eingesetzt. Alle Berthold-Detektoren sind mit der Fremdstrahlungserkennung XIP (X-Ray Interference Protection) ausgestattet. Der Einfluss durch natürlich vorkommende radioaktive Stoffe (sog. Norm) im Messgut kann durch die Funktion PRC (Product Radiation Compensation) kompensiert werden. Auch Schwankungen der Gasdichte im Prozess können den Messwert verfälschen, welchen jedoch mit dem GPC-Feature (Gas Property Compensation) entgegengewirkt werden kann.

Füllstandsmessung für Klinkerkühler

Der Drehrohrofen und das darauf folgende Klinkerkühlsystem sind ein wesentlicher Bestandteil des Zementherstellungsprozesses. Der effiziente Betrieb dieser beiden Anlagenteile ist ein wichtiges Kriterium, um einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Rentabilität des gesamten Produktionsprozesses zu gewährleisten. Die extremen Betriebstemperaturen von bis zu 1.300°C erschweren die Messung von wichtigen Parametern, wie zum Beispiel der Höhe des Klinkers auf dem Gitterrost. Herkömmliche Messverfahren stoßen aufgrund dieser extremen Messbedingungen schnell an ihre Grenzen. Um eine möglichst effiziente Kühlung zu erzielen, muss der Luftstrom an die momentane Klinkermenge auf dem Gitterrost angepasst werden. Eine präzise Messung des Klinkerfüllstandes ist daher notwendig. Die radiometrische Füllstandmessung bietet hier eine zuverlässige Lösung. Dabei befinden sich alle Komponenten der Messeinrichtung außerhalb des Kühlers und werden nicht von den extremen Temperaturen beeinträchtigt. Nach dem Drehrohrofen gelangt der Klinker zum Kühlen auf einen Gitterrost, durch den kalte Luft strömt. Die Wirksamkeit des Kühlprozesses wird durch die Regulierung der Klinkerzufuhr und des Luftstroms bestimmt. Die Klinkerqualität ist direkt abhängig von diesem Prozess. Mit einer präzisen Messung des Klinkerfüllstands kann die richtige Menge an Klinker auf den Kühlerrosten reguliert werden. Dies führt zu einem optimierten Prozess und somit zu Kosteneinsparungen. Ob in bewährter 2-Leitertechnik mit separater Bedieneinheit oder als kompaktes Feldgerät mit Hart- oder Feldbuskommunikation, die Berthold-Füllstandmesssysteme bieten eine patentierte Technologie, die Temperatur- und Langzeitstabilität gewährleistet. Dadurch wird eine langanhaltende Messwertstabilität erreicht, die selbst starken Umgebungstemperaturänderungen standhält (bis zu 0,002% pro °C)

Berthold Technologies GmbH & Co. KG

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