Fortschrittliche Inline-Prozesssensoren für explosionsgefährdete (staubige) Umgebungen
Prozesse optimieren, Sicherheit gewährleisten
1. Prozessoptimierung in anspruchsvollen Umgebungen
In Branchen, in denen brennbare Stoffe wie Stäube, Gase oder Dämpfe vorkommen, ist die Gewährleistung der Betriebssicherheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Prozesseffizienz von höchster Bedeutung. Gefahrenbereiche erfordern Instrumente, die nicht nur präzise und zuverlässige Daten liefern, sondern auch die strengen Anforderungen an den Explosionsschutz erfüllen.
Rheonics Wir haben uns der Bereitstellung modernster Inline-Prozessüberwachungslösungen verschrieben, die es Unternehmen ermöglichen, ihre Abläufe sicher und effizient zu optimieren. Unsere Ex-zertifizierten Sensoren basieren auf dem Prinzip der Eigensicherheit und sind für die nahtlose Integration in Prozesse in explosionsgefährdeten Bereichen konzipiert. Sie tragen dazu bei, Zündquellen zu vermeiden und die allgemeine Anlagensicherheit zu erhöhen.
Dieses Dokument bietet einen Überblick über die Herausforderungen, die von Gefahrenbereichen ausgehen, insbesondere solchen mit Staubexplosionsgefahr, und stellt vor Rheonics' eigensichere Inline-Viskosimeter und Dichtemessgeräte, die für Zuverlässigkeit und Konformität in diesen kritischen Anwendungen entwickelt wurden.
2. Gefahrenstoffe (Staub) verstehen
2.1. Die Natur von Staubexplosionen
Eine Staubexplosion ist die rasche Verbrennung feiner, in der Luft schwebender Partikel in einem geschlossenen oder teilweise geschlossenen Raum. Wenn brennbarer Staub in ausreichender Konzentration verteilt ist und mit einer Zündquelle in Kontakt kommt, kann dies zu einer Explosion führen. Viele organische und synthetische Materialien sowie Metalle können brennbaren Staub bilden.
Damit eine Staubexplosion stattfinden kann, müssen fünf Bedingungen erfüllt sein:
-
Brennbarer Staub: Das Material selbst muss brennbar sein. Bei brennbaren Stäuben mit einer Partikelgröße unter 0.5 mm kann es zu einer Explosion kommen, wenn der Staub in der Luft in einer Konzentration oberhalb der minimalen Explosionskonzentration (MEK) verteilt ist. Die MK ist die niedrigste Konzentration (typischerweise in Gramm pro Kubikmeter gemessen), bei der sich eine Staubwolke entzünden und eine Explosion auslösen kann. Im Gegensatz zu Gasen haben brennbare Stäube im Allgemeinen keine definierte obere Explosionsgrenze (OEG), da Staubwolken bei sehr hohen Konzentrationen dazu neigen, sich zu verflüchtigen und die Sauerstoffverfügbarkeit für eine Verbrennung nicht mehr ausreicht.
| Material | MEC (g/m³) | Klärung |
|---|---|---|
| Getreidestaub | 125 | Hohes Explosionspotenzial, häufig in der Landwirtschaft |
| Kohlenstaub | 30 | Sehr feiner Kohlenstaub kann explosiv sein. |
| Mehl | 60 | Weitgehend bekannte Explosionsgefahr in Mühlen |
| Zucker | 125 | Feiner Puderzucker ist hochexplosiv. |
| Aluminiumstaub | 100 | Hochreaktiver Metallstaub |
| Klärschlamm | 250 | Hängt von Trockenheit und Zusammensetzung ab. |
Tabelle 1. Minimale Explosionskonzentration
Die Tabellenwerte dienen lediglich als Referenz; Endbenutzer müssen den tatsächlichen MEC für ihre Anwendung bestätigen. Explosionsnormen empfehlen mit Messwerte für Ihren spezifischen Staub, nicht nur generische, bei der Entwicklung von Schutzsystemen.
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Dispersion: Staubpartikel müssen in ausreichender Konzentration in der Luft schweben.
-
Sauerstoff: Für die Verbrennung muss Luft (oder ein anderes Oxidationsmittel) vorhanden sein.
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Zündquelle: Ausreichend Energie, um die aufgewirbelte Staubwolke zu entzünden (z. B. Funken, heiße Oberflächen, statische Elektrizität).
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Eindämmung: Ein umschlossener Raum oder begrenzter Raum, in dem sich Druck aufbauen kann.
Die Beseitigung eines dieser Elemente kann eine Staubexplosion verhindern. Geräte, die in diesen Bereichen eingesetzt werden, müssen so konstruiert sein, dass sie keine Zündquelle darstellen können.
2.2. Wo kommt brennbarer Staub vor?
Brennbarer Staub stellt in überraschend vielen Branchen und Prozessen eine Gefahr dar. Jede Tätigkeit, bei der feine, trockene Partikel aus brennbaren Materialien entstehen oder gehandhabt werden, kann ein Risiko bergen.
Branchen mit erhöhtem Staubrisiko:
Häufige Prozesse, die Staub erzeugen:
Arten von brennbaren Stäuben:
2.3. Schlüsselfaktoren, die die Staubexplosivität beeinflussen
Das „Pentagon der Staubexplosion“ beschreibt zwar die notwendigen Bedingungen, doch beeinflussen verschiedene Eigenschaften des Staubs selbst und seiner Umgebung die Wahrscheinlichkeit und Schwere einer Explosion erheblich. Das Verständnis dieser Faktoren ist entscheidend für die Risikobewertung und die Umsetzung wirksamer Sicherheitsmaßnahmen.
| Charakteristisch | Beschreibung & Bedeutung | Auswirkungen auf die Explosivität |
|---|---|---|
| Partikelgröße und -form | Kleinere Partikel (< 500 µm) besitzen eine größere Oberfläche, was die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht. Diese feinen Partikel haben im Verhältnis zu ihrer Masse eine größere Oberfläche, wodurch sie in der Luft reaktiver sind – sie entzünden sich und verbrennen schneller. Auch schuppige oder faserige Formen können das Risiko erhöhen. | Kleinere/feinere Partikel = Höheres Risiko und Schweregrad |
| Feuchtigkeitsgehalt | Trockener Staub verteilt sich leichter und entzündet sich besser. Feuchtigkeit kann Partikel binden und Wärme absorbieren. | Geringere Luftfeuchtigkeit = Höheres Risiko |
| Mindestexplosionskonzentration (MEC) | Die minimale Staubkonzentration in der Luft, die eine Flamme ausbreiten kann. Darunter ist das Gemisch zu mager für eine Explosion. | Niedrigerer MEC-Wert = Höheres Risiko (weniger Staub für eine Explosion erforderlich) |
| Mindestzündenergie (MZE) | Kleinste Energie (in mJ), die benötigt wird, um eine Staubwolke unter optimalen Bedingungen zu entzünden. | Niedrigere MIE = Höheres Risiko (leichter zu entzünden) |
| Kst-Wert (Deflagrationsindex) | Misst die Druckanstiegsrate (bar·m/s) bei einer Testexplosion. Wird zur Klassifizierung von Stäuben (St 0 bis St 3) verwendet. | Höherer Kst-Wert = Heftigere Explosion |
| Pmax (Maximaler Explosionsdruck) | Maximaler Druck, der bei der Explosion eines optimalen Staub-Luft-Gemisches entsteht. Wichtig für die Auslegung von Entlüftungs- und Auffangvorrichtungen. | Höherer Pmax-Wert = Größere Zerstörungskraft |
| Zündtemperatur der Staubwolke (MIT-Wolke) | Niedrigste Temperatur (°C), bei der sich eine Staubwolke beim Kontakt mit einer heißen Oberfläche entzündet. |
2.4. Gefahrenbereichseinstufung für Staubatmosphären
Gefahrenbereiche werden anhand der Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins einer explosionsfähigen Atmosphäre in Zonen eingeteilt. Für brennbare Stäube gelten die üblichen Klassifizierungen (gemäß …). IEC Standards) sind:
| Zone | Beschreibung | Wahrscheinlichkeit einer explosiven Staubatmosphäre |
|---|---|---|
| Zone 20 | Es herrscht eine explosive Staubatmosphäre. ständigZ. lange Zeiträumeden häufig. | Sehr hoch |
| Zone 21 | Explosive Staubatmosphäre ist wahrscheinlich findet statt während Normalbetrieb gelegentlich. | Hoch |
| Zone 22 | Explosive Staubatmosphäre ist unwahrscheinlich im Normalbetrieb auftreten; falls ja, ist es von kurzer Dauer. | Niedrig |
2.5. Geräteschutzstufen (EPL)
Geräte, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind, erhalten eine Schutzart (Equipment Protection Level, EPL), die ihre Eignung für verschiedene Zonen angibt.
| EPL | Geeignete Zone(n) | Schutzniveau |
|---|---|---|
| Da | Zone 20 | Sehr hoch |
| Db | Zone 21 | Hoch |
| Dc | Zone 22 | Verbesserte |
2.6. Grundsätze des Explosionsschutzes
Um die Sicherheit von Anlagen in Gefahrenbereichen zu gewährleisten, werden verschiedene Schutztechniken eingesetzt. Rheonics Sensoren, die primäre Methode ist Eigensicherheit („Ex i“).
Weitere gängige Schutzmethoden sind explosionsgeschützte Gehäuse („Ex d“), erhöhte Sicherheit („Ex e“), Verkapselung („Ex m“) usw., die jeweils spezifische Prinzipien und Anwendungsbereiche aufweisen.
| Schutzmethode | Prinzip | Zoneneignung | Anwendungskontext der Viskosität/Dichte | Typischer Anwendungsfall in staubigen Umgebungen | Wichtigste Vorteile |
|---|---|---|---|---|---|
| Schutz durch Gehäuse (Ex t) | Staubdichtes Gehäuse (IP6X) verhindert das Eindringen von Staub; reguliert die Oberflächentemperatur, um eine Entzündung des Staubs zu vermeiden. | Zone 20 / 21 / 22 | Ideal für die Einhausung von Rheonics Sender in staubigen Umgebungen. Schützt Elektronik beim Verpacken, Mahlen oder bei der Pulverhandhabung. | Wird in der Lebensmittel-, Getreide-, Pharma- und Chemieindustrie eingesetzt, wo Staub in der Luft ständig oder häufig vorkommt. | Einfach, robust, allgemein anerkannt für Staubbelastung. |
| Eigensicherheit (Ex i) | Begrenzt die elektrische und thermische Energie in Stromkreisen und verhindert so eine Zündung – auch im Fehlerfall. | Zone 20 (Ex ia), Zone 21 (Ex ib) | Rheonics Die SRV/SRD-Sensoren nutzen den Ex ia-Schutz und ermöglichen so einen sicheren Einsatz in Reaktoren, Silos oder Rohrleitungen mit feinen Pulvern. | Ideal für die Inline-Viskositäts-/Dichteüberwachung von Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffen oder während der Lösungsmittelverdunstung | Hohe Sicherheit; ermöglicht Wartung im laufenden Betrieb. |
| Druckbeaufschlagung (Ex pD) | Ein leichter Überdruck im Gehäuse verhindert das Eindringen von Staub. Wird üblicherweise vor dem Einschalten entlüftet. | Zone 21 / 22 | Kann Standard aufnehmen Rheonics Transmitter oder Konverter in Schaltschränken. Erfordert einen Spülregler. | Wird in großen Schaltschränken oder Bedienfeldern für Chargenmischsysteme verwendet. | Gestattet die Verwendung von Nicht-Ex-Komponenten. |
| Kapselung (Ex m) | Kritische Elektronikbauteile werden zum Schutz vor der Atmosphäre in einer Masse versiegelt. | Zone 21 / 22 | Kann kleine Schnittstellenmodule oder Signalaufbereiter in staubigen Umgebungen schützen. | Wird in kompakten Sendern oder kundenspezifischer Elektronik in beengten, staubigen Behältern eingesetzt. | Kompakt und schützend. |
| Staubzündgeschützt (DIP) | Das abgedichtete Gehäuse verhindert, dass eine interne Zündung die äußere Staubatmosphäre entzündet. | Klasse II, Div 1/2 (NFPA/NEC) | Vergleichbar mit Ex t. Wird in Nordamerika für Sensorelektronik in NEMA 9-Gehäusen verwendet. | Getreidesilos, Holzstaub, Mehlmühlen. Oft mit integrierten Dichtesensoren in den Silos. | In nordamerikanischen Bauvorschriften anerkannt. |
| Erhöhte Sicherheit (Ex e) | Keine Funkenbildung oder hohe Temperaturen im Normalbetrieb. Nicht für Bauteile geeignet, die Lichtbögen oder Funken verursachen können. | Zone 21 / 22 | Kann für Verteilerdosen oder Klemmenblöcke verwendet werden. Rheonics Sensoren an sicheren, sekundären Standorten. | Am besten geeignet für passive Geräte, bei denen Niederenergieanschlüsse aufrechterhalten werden. | Kostengünstig, einfaches Design. |
| NEMA Typ 9 | Nordamerikanischer Standard für Gehäuse in staubigen Umgebungen. Verhindert, dass sich im Inneren Zündmaterial entzündet und Staub nach außen gelangt. | Klasse II, Abteilung 1 | Gehäusetyp für Sensortransmitter oder Konverter, bei denen ein explosionsgeschütztes Gehäuse erforderlich ist. | Geeignet für staubige Lebensmittel- und Getränkeherstellungsprozesse oder Kunststoffadditivierungsprozesse. | UL/CSA-gelistetes Gehäuse für Staub. |
| Druckfeste Kapselung (Ex d) | Schließt die Explosion im Inneren ein; verhindert die Entzündung von äußerem Staub oder Gasatmosphäre. | Hauptsächlich für Gase (begrenzt für Staub) | Aufgrund von Belüftungs- und Kühlungsproblemen durch Staubansammlungen wird die direkte Verwendung in staubigen Umgebungen nicht empfohlen. | Kann mit staubdichten Gehäusen kombiniert werden, wird aber selten für Viskositäts-/Dichteanwendungen in staubigen Umgebungen eingesetzt. | Starker physischer Schutz, gasgeschützt. |
| NEMA Typ 10 | Schutzgehäuse für die Sicherheit im Bergbau – schließt die Explosion im Inneren ein. | Bergbauspezifisch | Nicht verwendet mit Rheonics Sensoren; eher geeignet für Steuerungen im Schwerlastbereich des Bergbaus. | Konzipiert für den Einsatz im Untertagebau von Kohle oder in Gebieten mit brennbarem Gesteinsstaub. | Bergbauzertifiziert. |
3. Rheonics Lösungen: Eigensichere Inline-Prozessüberwachung
Rheonics ist spezialisiert auf innovative Flüssigkeitssensorik. Unsere Inline-Viskosimeter (SRV) und Dichte- und Viskositätsmessgeräte (SRDSie sind für anspruchsvolle Prozessbedingungen ausgelegt und mit globalen Ex-Zertifizierungen erhältlich, wodurch sie sich ideal für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen verschiedenster Branchen eignen.
Hauptvorteile von Rheonics Ex-zertifizierte Sensoren:
4. Rheonics Portfolio zertifizierter Sensoren
4.1 Rheonics SRV – Inline-Viskosimeter
Die SRV ist ein robustes und zuverlässiges Inline-Prozessviskosimeter, das Viskositäts- und Temperaturmessungen in Echtzeit ermöglicht.
Funktionsprinzip
Nutzt einen patentierten, symmetrisch ausbalancierten Torsionsresonator. Der viskose Widerstand des Fluids am Resonanzelement wird gemessen, woraus die dynamische Viskosität berechnet wird. Ein eingebetteter Pt1000 Der Sensor liefert genaue Temperaturmesswerte.
Hauptmerkmale
- Kontinuierliche Viskositätsmessung in Echtzeit.
- Integrierte hochpräzise Temperaturmessung (Pt1000).
- Keine beweglichen Teile, Dichtungen oder Lager – praktisch wartungsfrei.
- Unempfindlich gegenüber Durchflussrate, Turbulenzen und Vibrationen.
- Breiter Viskositätsbereich.
- Kompakt und einfach zu installieren.
- Verschiedene Prozessanschlüsse verfügbar.
| Parameter | Wertebereich | Einheit |
|---|---|---|
| Viskositätsbereich | z. B. 0.1 – 50,000+ (Bitte das jeweilige Modell beachten) | cP |
| Temperaturbereich | z. B. -40 bis +300 (Bitte beachten Sie das jeweilige Modell) | ° C |
| Druckbereich | z. B. bis zu 500 (Bitte beachten Sie das jeweilige Modell) | Bar |
| Benetzte Materialien | Edelstahl 316L, Hastelloy C22 (optional) | - |
| Verbindungen verarbeiten | NPT, Flansch Tri-Clampusw. (Optionen) | - |
| Ex-Zertifizierungen | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga oder II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx: Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga oder Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
- JPEG: Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga oder Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da (Japan Ex-Zertifizierung)
- KCs: Ex ia IIIC T200 85 °C…435 °C Da (Korea-Zertifizierung für Explosionsschutz)
- Zoneneignung:
- Zone 0, 1, 2 (Gase, Dämpfe)
- Zone 20, 21, 22 (Staub)
Lebensmittelverarbeitung
Überwachung der Viskosität von Teigen, der Überzüge von Süßwaren und der Konsistenz von Milchprodukten, bei denen Pulver (Mehl, Zucker, Milchpulver) verarbeitet werden.
Medizin
Granulierung, Beschichtungsverfahren, API-Herstellung mit pulverförmigen Substanzen.
Chemikalien
Polymerisation, Harzherstellung, Handhabung von pulverförmigen Katalysatoren oder Additiven.
Farben & Beschichtungen
Überwachung der Viskosität in Misch- und Applikationsphasen, in denen Pigmente und Füllstoffe vorhanden sind.
Bergbau & Mineralien
Viskositätskontrolle von Suspensionen, bei denen feine Mineralstäube entstehen.
Zellstoff & Papier
Küchenbeschichtung, Stärkezubereitung.
4.2 Rheonics SRD – Inline-Dichte- und Viskositätsmessgerät
Die SRD erweitert die Möglichkeiten des SRV durch die gleichzeitige Inline-Messung von Dichte, Viskosität und Temperatur.
Funktionsprinzip
Ähnlich wie bei der SRV, hat das SRD Es verwendet einen patentierten, symmetrischen Torsionsresonator. Fortschrittliche Algorithmen analysieren das Verhalten des Resonators in der Flüssigkeit, um Dichte und Viskosität sowie die Temperatur mithilfe eines integrierten Sensors unabhängig zu bestimmen. Pt1000.
Hauptmerkmale
- Gleichzeitige Echtzeitmessung von Dichte, Viskosität (dynamisch und kinematisch) und Temperatur.
- Alle Vorteile des SRV (Robustheit, keine beweglichen Teile, Genauigkeit usw.). Einziger Unterschied: der Viskositätsbereich.
- Liefert wichtige Daten für Konzentrationsmessungen, Qualitätskontrolle und Phasenerkennung.
- Breiter Betriebsbereich für Dichte und Viskosität.
| Parameter | Wertebereich | Einheit |
|---|---|---|
| Dichtebereich | z. B. 0 – 4 (Bitte das jeweilige Modell beachten) | g / cc |
| Viskositätsbereich | z. B. 0.1 – 10,000+ (Bitte das jeweilige Modell beachten) | cP |
| Temperaturbereich | z. B. -40 bis +300 (Bitte das jeweilige Modell beachten) | ° C |
| Druckbereich | z. B. bis zu 500 (Bitte beachten Sie das jeweilige Modell) | Bar |
| Benetzte Materialien | Edelstahl 316L, Hastelloy C22 (optional) | - |
| Verbindungen verarbeiten | NPT, Flansch Tri-Clampusw. (Optionen) | - |
| Ex-Zertifizierungen | ATEX, IECEx (Ex ia) | - |
ATEx
ATEX: II 1 G Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga oder II 1 D Ex ia IIIC T200 85°C … 435°C Da
IECEx
IECEx: Ex ia IIC/IIB/IIA T6 … T1 Ga oder Ex ia IIIC T 200 85°C … 435°C Da
Zoneneignung:
- Zone 0, 1, 2 (Gase, Dämpfe)
- Zone 20, 21, 22 (Staub)
Lebensmittelverarbeitung
Rekonstitution von Milchpulver, Auflösung von Zucker, Mischen von Zutaten, wobei die Dichte die Konzentration angibt.
Chemikalien
Überwachung der Konzentration von Lösungen, der Reaktionsendpunkte und der Produktqualität bei Verwendung pulverförmiger Rohstoffe.
Bergbau & Mineralien
Die Dichte und Viskosität der Suspension werden zur Optimierung von Transport und Verarbeitung genutzt.
Baustoffe
Konsistenz von Zementschlämmen, Zusatzstoffe in der Betonherstellung.
Landwirtschaft
Überwachung der Futtermittelzusammensetzung und der Düngemittelproduktion.
5. Gewährleistung der Sicherheit: Konstruktion, Qualität und Konformität
Rheonics ist den höchsten Sicherheits- und Qualitätsstandards seiner Produkte verpflichtet.
6. Installation und Wartung in explosionsgefährdeten Bereichen
Eine fachgerechte Installation ist entscheidend für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Ex-zertifizierten Geräten.
7. Service und Support
Rheonics Wir bieten unseren Kunden umfassende Unterstützung, von der Erstberatung über die Sensorauswahl und Installationsanleitung bis hin zum Kundendienst. Unser Expertenteam steht Ihnen bei Anwendungsfragen zur Verfügung und gewährleistet die optimale Leistung unserer Sensoren in Ihrer spezifischen Prozessumgebung.
8. Über Rheonics
Rheonics Wir sind ein weltweit führender Entwickler und Hersteller innovativer Inline-Viskosimeter und Dichtemessgeräte. Unsere Mission ist es, Unternehmen mit zuverlässigen und präzisen Lösungen zur Flüssigkeitsmessung auszustatten, die Effizienz, Qualität und Sicherheit steigern. Mit Fokus auf Forschung und Entwicklung streben wir kontinuierlich danach, Spitzentechnologie zu liefern, die den sich wandelnden Bedürfnissen unserer Kunden weltweit gerecht wird.
9. Kontakt Rheonics
Für weitere Informationen über Rheonics Für Ex-zertifizierte Sensoren und Lösungen für explosionsgefährdete Bereiche kontaktieren Sie uns bitte:
Rheonics GmbH
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Rheonics Inc.
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Haftungsausschluss
Dieses Dokument dient ausschließlich Informationszwecken. Beachten Sie stets die offiziellen Angaben. Rheonics Vor der Installation oder Verwendung eines Produkts lesen Sie bitte die Produktdokumentation, Zertifikate und Installationshandbücher, um spezifische technische Details, Sicherheitshinweise und zugelassene Betriebsbedingungen zu erfahren. Rheonics Das Produkt wird in einer Gefahrenumgebung eingesetzt. Die Einhaltung aller geltenden lokalen und nationalen Sicherheitsvorschriften liegt in der Verantwortung des Anwenders.