-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung eines Sauerstoffgehaltes in einer Prozesseinrichtung, bei welcher ein erster Sauerstoffsensor in der Prozesseinrichtung positioniert ist und mit einer Überwachungsschaltung verbunden ist, welche einen ersten Schwellwert mit einem ersten Ausgangsignal des ersten Sauerstoffsensors vergleicht.
-
Bei der Überwachung von Prozessen, welche Unterzuhilfenahme von flüssigen oder gasförmigen Medien ablaufen und bei welchen Explosionsgefahr besteht, wird zur Verhinderung der Explosionsgefahr Stickstoff in die entsprechende Prozesseinrichtung eingeleitet. Um festzustellen, ob eine Explosionsgefahr besteht, wird eine Sauerstoffmessung mittels eines Sauerstoffsensors vorgenommen. Dabei wird das von dem Sauerstoffsensor abgegebene Ausgangssignal dahingehend überwacht, ob ein Schwellwert überschritten wird oder nicht. Wird ein solcher Schwellwert überschritten, wird auf einen zu hohen Sauerstoffgehalt geschlossen und Maßnahmen bei der Prozessführung eingeleitet, um ein Explosionsrisiko auszuschalten.
-
Aus der
DE 102 33 562 A1 ist ein Anlagenteil mit Sauerstoff-Messeinrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung des Sauerstoffgehaltes bekannt. Das Anlagenteil ist dabei mit einer Kalibrier- und Konditionierkammer ausgerüstet, die einen Sauerstoffsensor einer Sauerstoff-Messeinrichtung aufweist. Mittels einer Transportvorrichtung wird der Sauerstoffsensor in eine erste Position bewegt, in welcher dieser mit dem Inhalt des Anlagenteils in Kontakt tritt und sich somit in einer Messposition befindet. In einer zweiten Position, in welche der Sauerstoffsensor durch die Transporteinheit befördert werden kann, befindet sich der Sauerstoffsensor im Inneren der Kalibrier- und Konditionierkammer und ist somit getrennt vom Inneren des Anlagenteils angeordnet. Dieses Anlagenteil erfüllt zwar die Aufgaben der Überwachung der Anlage auf ein Explosionsrisiko und einer Neukalibrierung und Konditionierung des Sauerstoffsensors, hat aber den Nachteil, dass es aufgrund der Vielzahl von bewegten Teilen an der Messstelle zu Verunreinigungen kommen kann, was die Messergebnisse verfälscht. Eine solche Verfälschung ist insbesondere bei solchen sicherheitskritischen Überwachungen wie bei Explosionsschutzanlagen nicht hinnehmbar und stellt ein Sicherheitsrisiko dar.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Überwachung eines Sauerstoffgehaltes in einer Prozesseinrichtung anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist, aber trotzdem eine hohe Sicherheit bei der Überwachung des Sauerstoffgehaltes in einer explosionsgefährdeten Umgebung ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein zweiter Sauerstoffsensor in der Prozesseinrichtung angeordnet ist, der zur Überwachung eines zweiten Ausgangssignals des zweiten Sauerstoffsensors mit einem zweiten Schwellwert auf die Überwachungseinrichtung führt, wobei die Überwachungseinrichtung bei Überschreitung mindestens eines der beiden Schwellwerte auf einen zu hohen Sauerstoffgehalt schließt. Dies hat den Vorteil einer redundanten Überwachung, da beide Sauerstoffsensoren, wenn sie nach dem gleichen Funktionsprinzip arbeiten, immer das gleiche Ergebnis liefern, wodurch die Ausfallsicherheit der Sauerstoffmessung erhöht wird. Durch die Verwendung von zwei Sensoren ist ein Messergebnis immer auch dann vorhanden, wenn nur ein Sensor ein Ausgangssignal liefert. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass eine hochgenaue Sauerstoffüberwachung erfolgt, da beide Sauerstoffsensoren ein Ausgangssignal abgeben, welches derselben Messumgebung entspricht. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf bewegbare Teile verzichtet wird und die Messstelle immer in der zu prüfenden Prozessumgebung verharrt, werden Verunreinigungen der Prozesseinrichtung unterbunden und die Zuverlässigkeit des Messergebnisses erhöht. Dadurch wird die Explosionsgefahr gesenkt.
-
Vorteilhafterweise arbeiten der erste und der zweite Sauerstoffsensor mit verschiedenen Messprinzipien. Da Sauerstoffsensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien verwendet werden, d. h. die Sensoren zwar das gleiche Ergebnis liefern, nämlich die Sauerstoffkonzentration, aber aufgrund ihres verschiedenen Messprinzips unterschiedlich aufgebaut sind, sind diese unterschiedlich aufgebauten Sauerstoffsensoren gegen unterschiedliche Störungen empfindlich und fallen daher nicht gleichzeitig aus. Aufgrund der Verwendung von unterschiedlichen Messprinzipien wird nicht nur eine zuverlässige Sauerstoffmessung durch die Sauerstoffsensoren erreicht, sondern es wird auch sichergestellt, dass die Sensoren sich gegenseitig überwachen. Durch die funktionelle Redundanz ist das sicherheitskritische System mehrfach parallel ausgelegt, damit beim Ausfall einer Komponente die andere den Dienst weiter gewährleistet. Sollte der Fall auftreten, dass einer der beiden Sauerstoffsensoren ein nicht erwartetes Ausgangssignal liefert, welche auf einen anderen Sauerstoffgehalt in der Messumgebung schließen lässt, als das von dem anderen Sauerstoffsensor gelieferten Ausgangssignal, kann daraus abgeleitet werden, dass entweder einer der beiden Sauerstoffsensoren nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet und neu kalibriert werden muss oder dass der Sauerstoffgehalt in der Messumgebung zu hoch ist und somit eine Explosionsgefahr besteht. Als Konsequenz werden Maßnahmen in der Prozessführung ergriffen, um den Sauerstoffgehalt zu erniedrigen. Solche Maßnahmen bestehen beispielsweise in einer erhöhten Zufuhr von Stickstoff oder aber in der Abschaltung der Anlage.
-
In einer Ausgestaltung arbeitet der erste Sauerstoffsensor nach einem amperometrischen Messprinzip, während der zweite Sauerstoffsensor einem optischen Messprinzip folgt. Da das amperometrische Messprinzip auf der Grundlage einer Strommessung erfolgt, während das optische Messprinzip ein Fluoreszenzverhalten infolge unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen beobachtet, wird sichergestellt, dass aufgrund der Verwendung der sehr differenzierten Messprinzipien eine zuverlässige Aussage über die Menge des Sauerstoffs in der Prozesseinrichtung gewährleistet wird. Nur wenn beide Sauerstoffsensoren je ein Ausgangssignal liefern, welches demselben Wert von Sauerstoff in der Prozesseinrichtung entspricht, kann davon ausgegangen werden, dass das Sicherheitsrisiko für eine Explosionsgefahr richtig eingeschätzt werden kann.
-
In einer Variante sind der erste und der zweite Sauerstoffsensor in der Prozesseinrichtung nebeneinander angeordnet. Damit wird gewährleistet, dass beide Sauerstoffsensoren wirklich in derselben Prozessumgebung messen und somit die Ausgangssignale der beiden Sauerstoffsensoren auch wirklich hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes vergleichbar sind.
-
In einer Weiterbildung ist mindestens einer der beiden Sauerstoffsensoren unbeweglich in der Prozesseinrichtung fixiert. Somit kann auf bewegte Teile verzichtet werden, was eine Vereinfachung des Messaufbaus der Anordnung zur Überwachung des Sauerstoffgehaltes ermöglicht und Herstellungs- und Wartungskosten reduziert. Darüber hinaus werden Undichtigkeiten in der Prozesseinrichtung unterbunden, da keinerlei Bewegungen durch die Sauerstoffsensoren ausgeführt werden und somit eine zuverlässige Abdichtung der Prozesseinrichtung gegenüber der Umgebung gewährleistet wird. Eine Kontaminierung der Prozesseinrichtung bzw. des Messmediums wird aufgrund der Unterbindung der Undichtigkeiten zuverlässig verhindert.
-
In einer Variante ist der erste Sauerstoffsensor mit einem ersten Messumformer verbunden und der zweite Sauerstoffsensor führt auf einen zweiten Messumformer, wobei jeder Messumformer ein Standardsignal an eine Sicherheitsschaltung ausgibt. Die Messumformer haben dabei die Aufgabe, die Messsignale, welche aufgrund unterschiedlicher Messprinzipien zustande kommen, in elektrische Signale umzuwandeln, wobei die elektrischen Signale derartig standardisiert werden, dass sie anschließend hinsichtlich des gemessenen Sauerstoffgehaltes vergleichbar sind.
-
In einer Ausgestaltung sind die beiden Messumformer zur Ausgabe des Standardsignals exakt gleich aufgebaut. Dies hat den Vorteil, dass die von den Messumformern gewonnenen elektrischen Signale normiert sind, so dass die von dem Messumformer ausgegebenen normierten Standardsignale auch wirklich dem tatsächlich gemessenen Sauerstoffgehalt entsprechen und vergleichbar sind.
-
Vorteilhafterweise weist die Überwachungseinrichtung zum Vergleich der, von den Messumformern ausgegebenen beiden Standardsignale mit dem jeweiligen Schwellwert eine Sicherheitsschaltung auf, welche mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei die Sicherheitsschaltung bei der Feststellung einer Überschreitung mindestens eines der beiden Schwellwerte durch ein zugehörigen Standardsignal eine Information an die Steuereinheit weitergibt, welche eine Alarmeinrichtung aktiviert. Da bei Auftreten eines Fehlsignals sofort Leitstellenpersonal informiert wird, wird die Sicherheit beim Einsatz der Einrichtung in einer explosionsgefährdeten Umgebung erhöht.
-
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
-
1: ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung zur Überwachung eines Sauerstoffgehaltes in einer Prozesseinrichtung
-
2: Prinzipdarstellung einer, zwei Sauerstoffsensoren enthaltenden Sauerstoffmesseinrichtung.
-
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
-
In 1 ist ein Beispiel für eine Prozesseinrichtung 1 angegeben, welche beispielsweise als Hochgeschwindigkeitszentrifuge in der Pharmaindustrie ausgebildet ist. Eine solche Hochgeschwindigkeitszentrifuge wird mit 20.000 Umdrehungen pro Minute betrieben und wird mit Stickstoff geflutet, um eine Explosionsgefahr durch entstehende Gase innerhalb der Hochgeschwindigkeitszentrifuge zu unterbinden. Die Erfindung ist aber nicht auf Hochgeschwindigkeitszentrifugen beschränkt, sondern ist beispielsweise überall in der chemischen Industrie anwendbar, wo organische Lösungsmittel in Rohrleitungen transportiert werden bzw. wo chemische Reaktionen mit organischen Lösungsmitteln wie beispielsweise Ethanol, Aceton, Toluol, Xylol oder ähnliches durchgeführt werden.
-
Die Prozesseinrichtung 1 umfasst eine Sauerstoffmesseinrichtung 2, die im Inneren der Prozesseinrichtung 1 unbeweglich fest positioniert ist. Die Sauerstoffmesseinrichtung 2 weist zwei Sauerstoffsensoren 3, 4 auf, welche im direkten Kontakt mit dem, sich in der Prozesseinrichtung 1 befindenden Medium, wie einem Gas oder einer Flüssigkeit, stehen. Die Sauerstoffsensoren 3, 4 sind in der Sauerstoffmesseinrichtung 2 dicht nebeneinander angeordnet, um sicherzustellen, dass sie auch in einer vergleichbaren Messumgebung den Sauerstoffgehalt messen. Nach außen ist die Sauerstoffmesseinrichtung 2 mit einer entfernt angeordneten Prozessüberwachungseinrichtung 5, beispielsweise einer Prozessleitzentrale, verbunden, wobei die Verbindung über die Leitung 6 erfolgt. Bei der Leitung 6 kann es sich um ein elektrisches Kabel handeln. Es ist aber auch eine drahtlose Verbindung denkbar, bei welcher die Messergebnisse der Sauerstoffmesseinrichtung 2 beispielsweise über Funk an die Prozessüberwachungseinrichtung 5 übermittelt werden.
-
In der 2 sind eine Prinzipdarstellung der Sauerstoffmesseinrichtung 2 und deren elektrischer Aufbau dargestellt. Diese Sauerstoffmesseinrichtung 2 kann zur Sauerstoffmessung. insbesondere bei einer Inertisierungsüberwachung der Hochgeschwindigkeitszentrifuge, bei welcher die Hochgeschwindigkeitszentrifuge mit Stickstoff geflutet wird, eingesetzt werden. Die beiden Sauerstoffsensoren 3 und 4 arbeiten nach unterschiedlichen Messprinzipien. Der Sauerstoffsensor 3 arbeitet nach einem amperometrischen Funktionsbetrieb, während der Sauerstoffsensor 4 nach einem optischen Prinzip arbeitet. Der amperometrische Sauerstoffsensor 3 ist beispielsweise als Clark-Zelle ausgebildet, die einen Gassensor darstellt, der die Sauerstoffkonzentration von Flüssigkeiten und Gasgemischen erfasst und in ein proportionales Stromsignal umwandelt. Als Sauerstoffsensor 4, welcher nach einem optischen Funktionsprinzip arbeitet, wird ein Fluoreszenzsensor genutzt, welcher eine Fluoreszenzschicht aufweist, in dem sich der Sauerstoff anlagert. Diese Fluoreszenzschicht wird von Licht angestrahlt, wobei sich je nach Sauerstoffkonzentration die Fluoreszenzeigenschaften der Fluoreszenzschicht ändern.
-
Die Ausgangssignale der Sauerstoffsensoren 3, 4, welche in elektrischer Form vorliegen, werden an die Messumformer 7, 8 weitergeleitet, wobei jeder Sauerstoffsensor 3, 4 mit nur einem Messumformer 7 bzw. 8 verbunden ist. Die Messumformer 7, 8 sind identisch aufgebaut und normieren die Ausgangssignale der beiden Sauerstoffsensoren 3, 4. Die so normierten Signale, welche im Weiteren als Standardsignale bezeichnet werden, werden von dem jeweiligen Messumformer 7, 8 an eine Sicherheitsschaltung 9 weitergeleitet. In dieser Sicherheitsschaltung 9 wird jedes Standardsignal des Messumformers 7 bzw. 8 mit je einem Schwellwert verglichen, wobei dieser Schwellwert der Sauerstoffkonzentration in der Messumgebung der Prozesseinrichtung 1 entspricht. Übersteigt ein Standardsignal diesen Schwellwert, so muss davon ausgegangen werden, dass ein zu hoher Sauerstoffgehalt in der Umgebung vorhanden ist und Explosionsgefahr besteht. Überschreitet mindestens ein Standardsignal einen Schwellwert, gibt die Sicherheitsschaltung 9 eine Information an eine Steuereinrichtung 10. Diese Steuereinrichtung 10 ist mikroprozessorgesteuert und löst einen Voralarm aus. Der Voralarm wird dabei durch eine Alarmvorrichtung aktiviert, welche beispielsweise als Lampe oder als Signalton ausgegeben werden kann. Aufgrund eines solchen Voralarms wird Bedienpersonal der Prozessüberwachungseinrichtung 5 darauf aufmerksam, dass an der Messstelle eine kritische Situation vorhanden ist. Das Bedienpersonal wird dann prüfen, ob ein Sauerstoffsensor 3, 4 defekt ist oder ob tatsächlich eine Explosionsgefahr besteht. Ist dies der Fall, so wird die Anlage durch das Bedienpersonal sofort abgeschaltet.
-
Die von den Messumformern 7 und 8 ausgegebenen Standardsignale können in der Sicherheitsschaltung 9 mehrfach überprüft werden. Sie werden somit nicht nur einzeln mit dem Schwellwert verglichen, welcher signalisiert, ob eine Explosionsgefahr in der Prozesseinrichtung 1 besteht, sondern es werden auch die Standardsignale untereinander verglichen. Aus diesem Vergleich der Standardsignale untereinander kann festgestellt werden, ob die Sensoren 3, 4 ordnungsgemäß arbeiten. Unterscheiden sich die von den Sauerstoffsensoren 3, 4 ausgegebenen Ausgangssignale grundsätzlich, so muss davon ausgegangen werden, dass ein Sauerstoffsensor 3, 4 nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet bzw. einer Störung unterliegt. Somit kann außer der Überwachung des Sauerstoffgehaltes der Prozesseinrichtung 1 gleichzeitig auch eine Überwachung der Betriebsfähigkeit der Sauerstoffsensoren 3, 4 erfolgen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
