Der faseroptische Sensor messen, was bisher unmöglich war. siemens.de/sitransto500

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1 SITRANS TO500 Der faseroptische Sensor messen, was bisher unmöglich war. siemens.de/sitransto500

2 SITRANS TO500 Das extrem schlanke Mehrpunkt-Temperaturmesssystem Messwertübertragung findet in der extrem dünnen Sensormesslanze statt. Der Durchmesser der Sensor messlanze ist unabhängig von der Anzahl der Messpunkte. Zur Optimierung von Produktivität, Standzeit und Ausbeute Die Erkennung von Temperaturprofilen und das Detailverständnis des Prozes ses stellen Anlagenbetreiber vor eine große Herausforderung. Mithilfe des glasfaserbasierten Mehrpunkt-Messsystems SITRANS TO500 können Sie ent lang einer einzigen Sensorfaser eine Vielzahl von Temperaturmesspunkten ermitteln und in Sekundenschnelle ein Temperaturprofil auslesen. So können Sie z. B. lokale Überhitzungen schnell und positionsgenau erkennen, um Schäden rechtzeitig entgegenzuwirken bzw. sie zu vermeiden. Typische Einsatzgebiete des SITRANS TO500 sind z. B. Temperaturmessungen in: Rohr- und Rohrbündelreaktoren Kapillar- oder Mikroreaktoren Destillationen Rektifikationen So funktioniert der SITRANS TO500 Sie wollen eine sehr große Anzahl Messpunkte auf kleinstem Raum und mit geringer thermischer Masse installieren? Mit der nur wenige Gramm schweren Glasfaser (Durchmesser < 2 mm) können mit dem SITRANS TO500 Messungen in sehr schmalen Schutzrohren durchgeführt werden, da aufgrund des größeren Querschnitts mehr Volumen für die Reaktion im Reaktor zur Verfügung steht. Zudem verringern sich die Ansprechzeiten der Sensoren, da die thermische Masse der Glasfaser klein ist. Das Mehrpunkt-Messsystem SITRANS TO500 besteht aus zwei Komponenten: Transmitter (Ausleseeinheit) Sensormesslanzen (mit bis zu 48 Temperaturmesspunkten) Im SITRANS TO500 Transmitter wird mittels eines kontinuierlich stimmba ren Lasers Licht in der Wellenlänge von nm erzeugt und in die Sensormesslanzen ausgekoppelt. Der reflektierende Lichtanteil wird vom Transmitter ausgewertet. Auf den Sensormesslanzen sind an definierten Stellen Faser-Bragg-Gitter (FBG) eingeschrieben, die eine definierte Wellenlänge reflektieren. Die vom Gitter reflektierte Wellenlänge verändert sich temperaturabhängig und gibt so die Temperatur an der jeweiligen Messstelle an. Eine Gaszelle mit fixer Absorptionslinie dient im SITRANS TO500 als Referenz so wird die Wellenlängenbestimmung kontinuierlich abgeglichen. Der Messumformer stellt die ermittelten Werte über eine Profibus-DP-Schnittstelle für die Auswertung in Leitsystemen bereit.

3 Einfache Installation und kostengünstiger Transport dank gerollter Messlanze Technische Daten Eingang FBG-(Faser-Bragg-Gitter-)Temperatur-Messlanzen 4 Kanäle Messgröße Temperatur Eingangstyp FBG-Sensoren (max. 48 je Kanal) Kennlinien Temperaturlinear Auflösung 0,1 K Messgenauigkeit < 0,5 K Wiederholbarkeit < 0,5 K Messzyklus < 1 s Messbereich C, abhängig von der Messlanze Einheit C Ausgang Ausgangssignal Profibus DP Stromversorgung 24 V DC + 20 % Messrate 1 Hz unabhängig von der Sensorzahl Optische Leistung 1 mw je Kanal Laserschutzklasse Klasse 1 Einsatzbedingungen Umgebungsbedingungen Umgebungstemperatur C Relative Luftfeuchte < 80 %, nicht kondensierend bei 50 C Schutzart nach EN Gehäuse IP20 Konstruktiver Aufbau Gewicht Abmessungen 2,4 kg mm Anzeigen und Taster LEDs Taster Zertifikate ATEX/IECEx (gemäß den Richtlinien nach IEC/EN ) Power on (Dauerlicht) Status (im Anlauf blinkend, sonst Dauerlicht) Reset (Systemneustart oder Adressen-Reset) II (1) G [Ex op ist IIC T6 Ga] II (1) D [Ex op ist IIIC Da] I (M1) [Ex op ist I Ma]

4 Bis zu 192 Messpunkte ermöglichen die Ermittlung lückenloser Temperaturprofile auf kleinstem Raum. Die Technologie dahinter: Aufbau und Funktionsweise der Faser-Bragg-Gitter (FBG) Die Technologie des SITRANS TO500 basiert auf in Lichtwellenleiter eingeschriebenen, optischen, periodischen Strukturen, sogenannten Faser-Bragg-Gittern (FBG), die auf den Sensormesslanzen angebracht sind. Anzahl und Abstand der FBG können individuell abhängig von der jewei ligen Applikation bestimmt werden. Es wird nur eine bestimmte Wellenlänge des einfallenden Lichts reflektiert. Wird ein Lichtstrahl mit einem breiten Spektrum durch ein FBG geschickt, wirken sich die Reflexionen jedes Abschnitts des sich ändernden Brechungsindexes nur auf eine spezielle Wellenlänge des Lichts aus. Diese wird Bragg-Wellenlänge genannt und wie folgt berechnet: λ b = 2nΛ Mit λ b = Bragg-Wellenlänge n = effektiver Brechungsindex des Faserkerns Λ = der Abstand zwischen den Gittern, auch als Gitterperiode bezeichnet Die Bragg-Wellenlänge hängt vom Abstand der Reflektoren innerhalb der Gitter ab (Λ), daher können mehrere Gitter auf einer Faser eingebracht werden. Längenänderungen der Faser durch Kraft- oder Temperatureinwirkung verformen das Gitter und führen zu einer Verschiebung der reflektierten Wellenlänge. Hierfür ist hauptsächlich die Änderung des Brechungsindexes des Quarzglases durch den thermooptischen Effekt maßgeblich. Berechnung der Verschiebung der Wellenlänge in Abhängigkeit von Längenänderung und Temperatur: Δλ λ o = (1 p e ) ε + (α Λ + α n ) ΔT Mit Δλ = Änderung der Wellenlänge λ o = ursprünglich eingefallene Wellenlänge p e = photoelastischer Koeffizient ε = Dehnung des Gitter α Λ = Wärmeausdehnungskoeffizient α n = thermooptischer Koeffizient (Temperaturabhängigkeit des Brechungsindexes) Der erste Teil des Ausdrucks beschreibt die Auswirkung der Dehnung auf die Änderung der Wellenlänge, der zweite bezieht sich auf die Auswirkung der Temperatur auf die Änderung der Wellenlänge. Breitbandiges Licht Faser-Bragg-Gitter (FBG) Faserkern Reflektierte λ 1/2 -Bragg-Wellenlänge λ 1 λ 2 Glasfaser

5 Erfolgreich im Einsatz mit dem SITRANS TO500: Hintergrundinformation Die zuverlässige Ermittlung des Temperaturprofiles innerhalb der Katalysatorschüttung ist bei der katalytischen Umsetzung von Gasen in Rohr-/Rohrbündelreaktoren von weitreichender Bedeutung. Sie beeinflusst maßgeblich: den Reaktionsverlauf die Qualität der Stoffumsetzung den Alterungsprozess des Katalysators Dabei spielt das Erkennen von Hotspots Bereiche mit überhöhten Temperaturen, die in der Schüttung wandern eine wichtige Rolle. In der Anwendung bei Evonik in Marl Siemens entwickelte hierzu das Mehrpunkt-Messsystem SITRANS TO500, das bei Evonik in Marl erfolgreich eingesetzt wird. Aufgrund des geringen Durchmessers der Reaktorröhren, der geforderten Anzahl der Messstellen und der Anforderungen an die Geschwindigkeit der Messwerterfassung war der Einsatz konventioneller Messtechnik nur ein geschränkt möglich. Gemeinsam mit Siemens setzte Evonik daher auf den Einsatz einer faseroptischen Temperaturerfassung: Mit der detaillierten Erfassung und Darstellung des gesamten Temperaturprofiles im Reaktor kann unser Anlagenpersonal die Entwicklung von Hotspots oder auch die Wirksamkeit des Katalysators rechtzeitig erkennen. Diese Information nutzen wir, um beispielsweise im ersten Fall Maßnahmen zur Temperaturreduktion einzuleiten. Im zweiten Fall können wir Wartungsprozeduren wie z. B. Katalysatorwechsel genau dann durchführen, wenn dies aufgrund der Alterung notwendig ist. Die Anwendungsfälle von Messverfahren mit Glasfasersensoren stellen eine neue Messmethode für die chemische Indus trie dar. SITRANS TO500 Sensor in Edelstahlkanüle Lichtwellenleiter Messpunkt Die Vorteile des neuen Systems auf einen Blick: unempfindlich gegen elektromagnetische Einflüsse chemisch resistent Kopplungsstellen zum Kabel direkt am Reaktionsbehälter Koppler kann im Wartungsfall einfach aufgetrennt werden Messlanze kann einfach gezogen und aufgerollt werden

6 Siemens AG Process Industries and Drives Östliche Rheinbrückenstr Karlsruhe Artikel-Nr. PDPA-B Dispo Gedruckt in Deutschland Siemens AG 2016 Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. Alle Erzeugnisbezeichnungen können Marken oder Erzeugnisnamen der Siemens AG sein. Alle anderen Bezeichnungen in diesem Dokument können Marken sein, deren Verwendung durch Dritte für ihre eigenen Zwecke die Rechte des Eigentümers verletzen kann.