Optische Stufen-Temperaturmessung für die Prozessindustrie
- Event
- 10. Dresdner Sensor-Symposium 2011
2011-12-05 - 2011-12-07
Dresden - Chapter
- Chemische Verfahrenstechnik I
- Author(s)
- B. Brendel, H. Grieb - Hilsendegen, H. Schorb, S. von Dosky - Karlsruhe
- Pages
- 107 - 112
- DOI
- 10.5162/10dss2011/6.4
- ISBN
- 978-3942710-53-4
- Price
- free
Abstract
Die Zukunft der chemischen Industrie an hochentwickelten, kostenintensiven Standorten ist eng geknüpft an innovative Prozesse und deren Anlagentechnik. Vorgaben hinsichtlich Emissionen und die Energiepreise führen zu einer Spezialisierung der „alten“ Standorte. Neue Prozesse sind oft durch viele Edukte, die einem Reaktor zugeführt werden, spezielle Temperaturstufungen und hohe Gesamtdrücke gekennzeichnet. Die Umsetzungszeit zwischen Labor- und Produktivanlage ist kurz und mitunter entsprechend wenig spezifisches Know-how und Erfahrung im sicheren Betrieb des Prozesses verfügbar. Hier ist es sinnvoll, ortsaufgelöst in den Prozess hinein zu messen. Temperaturstufungen und auch die Entstehung von schädlichen Hot-Spots versucht man typischerweise mit Stufenthermometern zu erfassen. Dies sind mehrere Meter lange Stahlrohre mit eingebauten Thermoelementen. In einer solchen Lanze mit 4 mm Durchmesser lassen sich derzeit ca. acht Thermoelemente montieren. Da dies für einen räumlich ausgedehnten, großen Reaktor zu wenige Messstellen sind, werden viele Lanzen eingesetzt. Die Verkabelung ist aufwändig und beim Reinigen
des Reaktors verschleißen die Lanzen durch Ein- und Ausbau schnell. Außerdem ist diese Art der Temperaturmessung mangels Vielseitigkeit nicht geeignet, neue Anwendungen zu erschließen.
Deshalb wurde untersucht, ob faseroptische Messverfahren „das Zeug“ haben, klassische Temperaturmessverfahren bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft zu substituieren. Dabei sollten die
Eigenschaften der Messwerterfassung (Auflösung, Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Langzeitstabilität etc.) vergleichbar denen klassischer Stufenthermometer sein und dies zu einem attraktiven Preis. Die Anzahl möglicher in Reihe geschalteter Messstellen ist in jedem Fall deutlich höher und damit auch die Attraktivität der faseroptischen Messverfahren. Sämtliche am Markt verfügbaren optischen Temperaturmessverfahren wurden analysiert und teilweise im Labor erprobt. Die Faser-Bragg-Gittermesstechnik (FBG) erscheint derzeit am weitesten entwickelt für die Zielapplikationen.
Im Beitrag wird zunächst ein Vergleich faseroptischer Messverfahren hinsichtlich deren Möglichkeiten zur räumlich aufgelösten Temperaturmessung in verschiedenen Applikationen vorgenommen. Für die gewählte FBG-Messtechnik wird die gängige Faser- und Auslesegerätetechnik [4] an den Forderungen der Temperaturmesstechnik gespiegelt. Eine Variante zur langzeitstabilen Referenzierung der Temperaturskala in Bezug auf das gemessene optische Signal wird erläutert, Querempfindlichkeiten zu anderen physikalischen Phänomenen und deren mögliche Ursachen werden aufgezeigt und schließlich ein vergleichsweise robustes Temperaturmesssystem zum Einsatz in explosionsgeschützten Druckbehältern beschrieben.