Explosionsgeschützte Drucksensoren für Öl- und Gasanwendungen

Eine zuverlässige Druckmessung ist in der Öl- und Gasindustrie unter anderem bei der Förderung, Chemikaliendosierung, Pipelineüberwachung, Flüssigkeitslagerung und dezentralen Prozesssteuerung erforderlich. In explosionsgefährdeten Bereichen reichen Messbereich und Genauigkeit als Auswahlkriterien jedoch nicht aus.

Ingenieure müssen zusätzlich das Explosionsschutzkonzept, die Zoneneinteilung, die medienberührten Werkstoffe, die Druckart, den Prozessanschluss, das Ausgangssignal und die Betriebsbedingungen berücksichtigen.

PRIGNITZ Mikrosystemtechnik bietet Drucksensoren für explosionsgefährdete Bereiche mit unterschiedlichen Schutzkonzepten sowie eigensichere Füllstandssonden für hydrostatische Messaufgaben an. Die Auswahl muss immer anhand der vollständigen Anwendung und der Zertifizierung der konkreten Sensorkonfiguration erfolgen.

Warum Druckmessung in explosionsgefährdeten Bereichen wichtig ist

Das Messsignal eines Drucksensors kann von einer SPS, also einer speicherprogrammierbaren Steuerung, einem Prozessregler, einem Alarmsystem oder einer Sicherheitssteuerung verarbeitet werden.

Druckmessungen können unter anderem folgende Aufgaben unterstützen:

• Überwachung von Pumpen und Dosierleitungen
• Erkennung ungewöhnlicher Druckzustände
• Überwachung des Betriebsdrucks in Pipelines
• Erkennung blockierter oder undichter Prozessleitungen
• Überwachung von Lager- und Prozessbehältern
• Fernüberwachung dezentraler Anlagenkomponenten

Ein Drucksensor verhindert jedoch nicht selbstständig Überdruck, Leckagen oder Dosierfehler. Er wandelt den anliegenden Druck in ein elektrisches Signal um, das anschließend für Regelung, Alarmierung oder Abschaltlogik genutzt werden kann.

Der Sensor muss deshalb für den normalen Betriebsdruck, mögliche Druckspitzen, das Prozessmedium, die Umgebungsbedingungen und den erforderlichen Explosionsschutz ausgewählt werden.

Eigensichere Ex i und druckfest gekapselte Ex d Drucksensoren

Der Begriff explosionsgeschützt umfasst unterschiedliche technische Schutzkonzepte. Eigensichere Ex-i-Drucksensoren und druckfest gekapselte Ex-d-Drucksensoren sind nicht identisch und dürfen nicht ohne technische Prüfung gegeneinander ausgetauscht werden.

Eigensichere Ex-i-Druckmessumformer

Bei der Zündschutzart Ex i wird die im elektrischen Messkreis verfügbare Energie begrenzt. Der Sensor muss als Bestandteil eines fachgerecht ausgelegten eigensicheren Stromkreises mit den erforderlichen zugehörigen Betriebsmitteln eingesetzt werden.

Das Portfolio von PRIGNITZ Mikrosystemtechnik umfasst unter anderem folgende Produktfamilien:

• PMP-S111-Exi und PMP-C111-Exi
• PMP-S122-Exi und PMP-C122-Exi
• PMP-S131-Exi und PMP-C131-Exi

Die Baureihen decken Nieder-, Mittel- und Hochdruckanwendungen ab. Abhängig von Modell, elektrischem Anschluss und vollständiger Konfiguration sind Ausführungen mit ATEX- oder CSA-Zertifizierung verfügbar. ATEX bezeichnet die europäischen Anforderungen an Geräte für explosionsgefährdete Bereiche. CSA steht für Canadian Standards Association und ist insbesondere für den nordamerikanischen Markt relevant.

Druckfest gekapselte Ex-d-Druckmessumformer

Bei der Zündschutzart Ex d ist das Gehäuse so konstruiert, dass sich eine mögliche Zündung im Inneren nicht auf die umgebende explosionsfähige Atmosphäre überträgt.

PRIGNITZ Mikrosystemtechnik bietet dafür die Modelle PMP-S122.04-ExD und PMP-C122.04-ExD an. Die CSA-zertifizierten Druckmessumformer sind für hohe Drücke und anspruchsvolle Medien ausgelegt. Abhängig von der Ausführung sind Druckbereiche bis 1.000 bar verfügbar. Die medienberührten Teile bestehen aus Edelstahl 316L.

Welche Zündschutzart benötigt wird, hängt vom Explosionsschutzkonzept der gesamten Anlage ab und nicht allein vom gewünschten Druckbereich.

Drucksensoren für Chemikalien-Dosiersysteme

In Öl- und Gasanlagen werden Korrosionsinhibitoren, Ablagerungshemmer und andere Prozesschemikalien häufig unter hohem Leitungsdruck dosiert.

Ein Drucksensor kann Informationen über den Betrieb der Dosierpumpe und den Druckzustand in der Leitung liefern. Dadurch lassen sich beispielsweise ein ungewöhnlicher Druckanstieg, eine blockierte Leitung oder ein Druckverlust erkennen. Die Durchflussmenge wird vom Drucksensor jedoch nicht direkt gemessen oder geregelt.

Für eigensichere Anwendungen zwischen 4 und 1.000 bar kommen insbesondere die Baureihen PMP-S122-Exi und PMP-C122-Exi infrage. Sie verwenden Edelstahl 316L und basieren auf der patentierten P2P-Technologie.

Die P2P-Messarchitektur nutzt zwei miteinander verschaltete Vollbrücken, um den Einfluss unerwünschter mechanischer Kräfte auf das Sensorsignal weitgehend zu kompensieren. Dazu gehören beispielsweise mechanische Spannungen oder Drehmomente während des Einbaus.

Drucküberwachung in Pipelines und Prozessanlagen

Je nach Anwendung können in Pipeline- und Prozessanlagen sehr unterschiedliche Druckbereiche erforderlich sein.

Niederdruckmessung

Die Baureihen PMP-S131-Exi und PMP-C131-Exi sind für niedrige Drücke und aggressive Medien ausgelegt.

Der PMP-S131-Exi deckt Druckbereiche von 60 mbar bis 10 bar ab. Der konfigurierbare PMP-C131-Exi beginnt bei 20 mbar und reicht ebenfalls bis 10 bar.

Beide Baureihen basieren auf der PMI-Technologie, einer medienisolierten piezoresistiven Messtechnik. Als Standardwerkstoff für die medienberührten Teile wird Edelstahl 316L verwendet.

Mittel- und Hochdruckmessung

Die Baureihen PMP-S122-Exi und PMP-C122-Exi decken Druckbereiche von 4 bis 1.000 bar ab. Sie eignen sich für hohe Drücke und anspruchsvolle Medien, darunter je nach Konfiguration auch Wasserstoff.

Sehr hohe Drücke und schnelle Temperaturwechsel

Für Druckbereiche von 3 bis 2.000 bar stehen PMP-S111-Exi und PMP-C111-Exi zur Verfügung.

Diese Modelle verwenden die TFT-Technologie, also Dünnschichttechnologie. Sie sind für hohe Drücke, schnelle Temperaturwechsel und anspruchsvolle Prozessmedien ausgelegt.

Hydrostatische Füllstandsmessung in Ex-Bereichen

Bei der hydrostatischen Füllstandsmessung wird die Höhe einer Flüssigkeitssäule anhand des von ihr erzeugten Drucks bestimmt. Für eine dauerhaft eingetauchte Installation ist eine spezielle Füllstandssonde in der Regel geeigneter als ein konventioneller Drucksensor mit Gewindeanschluss.

PRIGNITZ Mikrosystemtechnik bietet folgende eigensichere Füllstandssonden für explosionsgefährdete Bereiche an:

• PML-S111-Exi
• PML-S131-Exi
• PML-C111-Exi
• PML-C131-Exi

Die verfügbaren hydrostatischen Messbereiche reichen je nach Modell von 1 bis 30 mH2O. Die Einheit mH2O bezeichnet Meter Wassersäule.

Die Baureihen PML-S131-Exi und PML-C131-Exi verwenden PMI-Technologie und Edelstahl 316L. Die Modelle PML-S111-Exi und PML-C111-Exi basieren auf TFT-Technologie und verwenden eine Membran aus Edelstahl 17-4PH.

Welche Sensorfamilie passt zur Anwendung?

Für eine erste Orientierung können die Produktfamilien wie folgt eingeordnet werden:

PMP-S131-Exi und PMP-C131-Exi:

Niederdruckmessung von 20 beziehungsweise 60 mbar bis 10 bar.

PMP-S122-Exi und PMP-C122-Exi:

Eigensichere Mittel- und Hochdruckmessung von 4 bis 1.000 bar.

PMP-S111-Exi und PMP-C111-Exi:

Sehr hohe Drücke und schnelle Temperaturänderungen von 3 bis 2.000 bar.

PMP-S122.04-ExD und PMP-C122.04-ExD:

Druckfest gekapselte Hochdruckmessung mit Ex-d-Schutzkonzept.

PML-S111-Exi, PML-S131-Exi, PML-C111-Exi und PML-C131-Exi:

Eingetauchte hydrostatische Füllstandsmessung in explosionsgefährdeten Bereichen.

Diese Einordnung ersetzt nicht die Prüfung des genauen Messbereichs, des Mediums, der Überlastbedingungen, des Ausgangssignals, der Anschlüsse und der Zertifizierung der bestellten Ausführung.

Zertifizierung der vollständigen Konfiguration prüfen

Nicht jede Ex-i-Ausführung ist automatisch für jede Zone und jede Anschlussvariante zugelassen. Die genaue Kennzeichnung kann unter anderem vom elektrischen Anschluss, der Zertifizierung und dem vollständigen Bestellcode abhängen.

Vor der Produktauswahl müssen deshalb folgende Unterlagen geprüft werden:

• Zertifikat der konkreten Ausführung
• Ex-Kennzeichnung
• zulässige Umgebungs- und Medientemperatur
• sicherheitstechnische elektrische Parameter
• Installationsanleitung
• vollständiger Bestellcode

Die allgemeine Bezeichnung einer Produktfamilie reicht für die Freigabe einer Ex-Anwendung nicht aus.

Auswahlkriterien für Drucksensoren in Öl- und Gasanwendungen

1. Explosionsgefährdeter Bereich

Zone, Division, Gasgruppe, Geräteschutzniveau und erforderliches Zertifizierungssystem festlegen.

2. Druckbereich

Minimalen, normalen und maximalen Betriebsdruck bestimmen. Druckspitzen, Pulsationen, Unterdruck und mögliche Fehlerzustände berücksichtigen.

3. Druckart

Prüfen, ob Relativdruck, Absolutdruck oder ein verschlossener Referenzdruck benötigt wird.

4. Prozessmedium

Die chemische Verträglichkeit aller medienberührten Werkstoffe mit dem Gas oder der Flüssigkeit prüfen.

5. Temperatur

Sowohl die Umgebungstemperatur als auch die Temperatur des Prozessmediums berücksichtigen.

6. Ausgangssignal

Festlegen, ob das Steuerungssystem beispielsweise ein 4-bis-20-mA-Signal, ein Spannungssignal oder ein ratiometrisches Signal benötigt.

7. Anschlüsse und Montage

Prozessanschluss, elektrische Verbindung, Dichtungsmethode und mechanische Belastung auf die Einbausituation abstimmen.

8. Vollständige Zertifizierung

Nicht nur die allgemeine Produktfamilie, sondern die Zertifizierung der konkret bestellten Ausführung prüfen.

Häufige Fragen

Sind eigensichere und druckfest gekapselte Drucksensoren dasselbe?

Nein. Ex i begrenzt die elektrische Energie im Messkreis. Ex d verwendet ein Gehäuse, das eine mögliche interne Zündung einschließt. Das geeignete Konzept hängt von der Auslegung der gesamten Anlage ab.

Welche Baureihe eignet sich für Chemikalien-Dosiersysteme?

Für eigensichere Anwendungen von 4 bis 1.000 bar können PMP-S122-Exi und PMP-C122-Exi geprüft werden. Wenn eine druckfeste Kapselung erforderlich ist, kommen PMP-S122.04-ExD und PMP-C122.04-ExD infrage.

Welche Modelle decken Drücke über 1.000 bar ab?

PMP-S111-Exi und PMP-C111-Exi sind in modellabhängigen Druckbereichen bis 2.000 bar verfügbar.

Welche Sensoren eignen sich für die Füllstandsmessung in Tanks?

Für eine eingetauchte hydrostatische Messung stehen die Ex-i-Füllstandssonden der Baureihen PML-S111, PML-S131, PML-C111 und PML-C131 zur Verfügung.

Explosionsgeschützte Sensorlösungen von PRIGNITZ Mikrosystemtechnik

Die Wahl des geeigneten Druck- oder Füllstandsensors hängt von der Zoneneinteilung, dem Betriebsdruck, dem Prozessmedium, der Temperatur, dem Ausgangssignal und den erforderlichen Anschlüssen ab.

Entdecken Sie das vollständige Portfolio der Drucksensoren für explosionsgefährdete Bereiche und weitere industrielle Drucksensoren von PRIGNITZ Mikrosystemtechnik.

Für eine technische Anfrage können Sie den Vertrieb von PRIGNITZ Mikrosystemtechnik kontaktieren, eine E-Mail an info@prignitz-mst.de senden oder unter +49 38 77 5 67 46-0 anrufen.

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