Gründe für das Ersetzen von Drucksensoren

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Gründe für das Ersetzen von Drucksensoren

Wie Systeme von kleineren und einfacher ausgelegten Druckgebern profitieren können

Autor:

Greg Montrose, Marketing Manager, Sensor Solutions

Sinkende Rohölpreise zwingen öl- und gasfördernde Unternehmen, Lieferanten – auch solche von Messgeräten – und ihre Fähigkeit, Kosten einzusparen, zu bewerten. In vielen Fällen schreiben Ausrüstungshersteller eine prozentuale Soll-Kostenreduzierung aus, um den bisherigen Produktionsumfang zu halten. Diese Strategie kann effektiv sein, es gibt aber eine alternative Überlegung: Benötigt das bestehende System tatsächlich eben diese Instrumentierung, um das gewünschte Ziel zu erreichen? Wir stellen vier Gründe vor, aus denen sich Ingenieure gegen den traditionellen Prozess-Messwertgeber und für seinen Austausch entschieden haben.

Viele Systemplaner installieren Differenzdruckgeber an Luft- und Erdgaskompressoren zur Überwachung von Filtern für Wartungszwecke. Da der Druckunterschied vor und nach dem Filter zunimmt, steigt das Ausgangssignal des Gebers, und die SPS fordert den Anwender zum Filterwechsel auf. Obwohl das Prinzip sehr einfach ist, und die beteiligten Flüssigkeiten und Gase, wie Öl und Luft, relativ unkritisch sind, spezifizieren Ingenieure nach wie vor einen Geber, der rund 2.000 US-$ kostet. Zudem können die zur Verbindung des Geräts erforderlichen Ventile und weiteren Elemente extrem teuer sein. Differenzdruck-Messumformer, die ein Ausgangssignal basierend auf dem Druckabfall liefern, sind mit denselben Grundfunktionen für explosionsgefährdete Bereiche für 500 US-$ zu haben – siehe unten.

Bei der Differenzdruckmessung wird die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten in einem System gemessen.
Bei der Differenzdruckmessung wird die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten in einem System gemessen. Im Fall von Filtern sind das der Vorlauf [A] und der Rücklauf [C] hinter dem Filter [B]. Ein Differenzdrucksensor kann in Anwendungen mit Flüssigkeiten und Gasen dazu eingesetzt werden, die Beladung eines Filters zu messen.

Die Größe eines Gebers kann von der vom Hersteller vorgesehenen Funktionalität vorgegeben sein. Bei komplexerer Elektronik und Anzeigefunktionalität muss die Hülle weitere Hardware aufnehmen können. Kompaktere Bauarten, wie im Bild unten gezeigt, können mehr Hardware auf weniger Platz oder den Einsatz von Gebern näher am Prozess zulassen, was mit größeren Bauformen nicht möglich ist. Abgesehen von Beschränkungen bezüglich der Platzierung des Gebers im System kann zusätzliches Gewicht ein logistischer Kostenfaktor sein. Bei ortsfesten Systemen ändert das Gewicht des Gebers nichts an den Transportkosten der Ausrüstung – trotzdem: Die Kosten für den Erhalt des Gebers vom Lieferanten können drei Mal höher sein als bei einem kompakten Geber. Wenn auf die Sendung noch Versicherung kommt und Expresslieferung erforderlich ist, schlagen sich die Nebenkosten des Versands durchaus in den Gesamtkosten nieder.

Ein kleinerer, kompakterer Differenzdruck-Messumformer
Ein kleinerer, kompakterer Differenzdruck-Messumformer (links) erlaubt die Installation der Hardware in kleineren Bauräumen näher am Prozess.

Mechanische und elektrische Funktionalität sind beides starke Argumente zugunsten eines einfacheren Druckgebers. Fünfwegeventile, Membranisolatoren, Reduzierstücke und Einbauhalterungen stehen Prozess-Messwertgebern oft im Weg. Durch Beschränkungen im Sensormaterial kann es aufwendiger werden sicherzustellen, dass die überwachte Flüssigkeit oder das Gas nicht zu Korrosion und Schäden führt. Einfache Geber-„Sticks“ können hier dank ihrer Flexibilität Kosteneinsparungen bieten. Wie in der Abbildung unten gezeigt, handelt es sich um eine Art von Gebern, bei denen die Werkstoffe und Sensortechnologien dazu beitragen, dass die Systeme eine längere Lebensdauer bei niedrigeren Gesamtkosten haben. Die Hardwareanforderungen sind zumeist sehr einfach, zum Beispiel ein 90°-Ventil oder eine T-Verschraubung. Die typischerweise geringe Masse ist an einer Halterung zu montieren. Das Ausgangssignal des Messumformers steht im Verhältnis zu sowohl Kosten als auch Komplexität. Viele Prozess-Druckgeber haben Konstruktionsmerkmale, die das Produkt für eine Reihe von Installationen sehr gut geeignet machen. Digitale Kommunikation, regelbarer Messbereich und Feldkalibrierung sind hervorragende Eigenschaften für bestimmte Anwendungen. Mitunter können allerdings Haftungsfragen entstehen, wenn der Messumformer von nicht-zertifizierten Technikern eingestellt wird. Bei Nichtbenutzung ist die zusätzliche Funktionalität jedenfalls mit unnötigen Kosten verbunden.

Explosionsgeschützte Druckgeber
Bei diesen explosionsgeschützten Druckgebern ermöglicht eine optionale Ausfallmodus-Anzeige dem Anwender, ein Ausgangssignal zu wählen, das während eines Fehlerzustands steigt oder fällt. So ist eine bessere Kontrolle darüber gegeben, wie sich das System im Fall eines Sensorversagens verhalten wird. Wenn zum Beispiel der Sensor bei laufendem System ausfällt, kann das Ausgangssignal 5 % über Maximum oder 5 % unter Minimum gehen, um ein Geberproblem anzuzeigen. Bedingungen wie elektrische Überlast oder extreme Druckänderungen können Druckgeber ausfallen lassen. Der Anwender kann festlegen, wie sein System auf so bedingte Ausfälle reagiert.

Das Vergleichen der Datenblätter von Gebern ist für Ingenieure ein schwieriges Unterfangen. Die zur Leistungsbeschreibung verwendeten Begriffe können sich unterscheiden, verschieden aufbereitet sein und entweder maximale Fehler oder typische Werte ausweisen. Es ist nicht gesagt, dass teure Druckgeber auch extrem genau sind. Bei Anwendungen, in denen der Geber die Ausführung nach API-Standards gewährleisten soll, ist die Genauigkeit von Bedeutung, und ein Geber mit geringerer Genauigkeit kann mehr Geld kosten. Um noch einmal auf die Filteranwendung zurückzukommen: Sie ist ein Beispiel dafür, dass höhere Genauigkeit tatsächlich Einfluss auf den Gesamtkostenpunkt haben kann. Nicht nur ist Elektronik kostengünstiger und leistungsfähiger geworden, auch hat die Entwicklung neuer Sensortechnologien Stick-Druckgeber mit höherer Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität hervorgebracht. Dank großer Fortschritte bei Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) über die vergangenen zehn Jahre haben Entwicklungs-ingenieure heute mehr Flexibilität, die Leistung des Gebers durch das Auftragen von Werten im System zu beeinflussen. Die Technik hat es einfacher gemacht, die Lücke zwischen preiswerten Messumformern mit Industriespezifikationen und teuren Prozess-Messwertgebern zu schließen. Siehe unten.

MEMs Drucksensortechnologie
Gezeigt ist das Schnittmodell eines Druckgebers von American Sensor Technologies mit einem einteiligen Metallgehäuse und ohne Silikonöl, O-Ringe oder Schweißungen. Die MEMs Drucksensortechnologie isoliert die Flüssigkeit oder das Gas komplett von den Prozessanschlüssen und eliminiert so das Kontaminationsrisiko. Der geringe Dehnungsbetrag der Membran (typisch 275 µm/m) resultiert in präzisen, wiederholgenauen Messungen.

Zusammenfassung

Der allgemeine Vorbehalt gegenüber preiswerteren Alternativen wird nie auszuräumen sein. Kosten beziehen sich hingegen nicht immer auf Leistung. Kosten sind nicht nur der für eine Ware oder Leistung gezahlte Preis. Bei all den Alternativen stellen Sie sich am besten diese vier Fragen:

  1. Werde ich alle Funktionen nutzen?
  2. Kann ich das Gesamtdesign vereinfachen, um Kosten zu sparen?
  3. Will oder brauche ich höhere Leistungsfähigkeit?
  4. Kann ich dasselbe mit alternativen Methoden erreichen?