ATEX-ready Plug & Play Lösung für die Prozessanalysetechnik (PAT)

Prozessanalyse mit verlegefähigem, optischen Spezialkabel für die industrielle Spektroskopie in rauer Industrieumgebung & explosionsfähigen Atmosphären (ATEX)

Unsere mit und für Endanwender der Prozessanalye in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie entwickelte Kabellösung spart den Aufwand, vor Ort in zusätzliche Schutzschläuche einziehen zu müssen. Sie können direkt mit der Installation starten und verringern die Downtime Ihrer Anlage durch Vermeidung von Faserbrüchen und Beschädigungen an Steckern. Die ATEX Eignung erzeugt ferner Planungssicherheit für die künftige ATEX Qualifizierung der Anlage.

In vielen Industriebereichen werden heute höchste Anforderungen an die Einhaltung der Prozessparameter gestellt, die nur durch ein online-Analysesystem realisiert werden können. Beispiele hierfür sind die Erfassung der relevanten Parameter wie z.B. Reinheit der Stoffe und Konzentrationen in der chemischen Industrie, der Lebensmittelindustrie oder Pharmaindustrie. Während man früher dem Prozess einzelne Proben entnommen hat, die dann im Labor analysiert wurden, setzt man heute auf eine zeitnahe, kontinuierliche Messerfassung des Produktionsprozesses.

Bei der Prozessanalyse hat sich insbesondere die optische Spektroskopie durchgesetzt, da hiermit eine Vielzahl von relevanten Parametern schnell, exakt und berührungslos erfasst werden können. Bei diesem Verfahren wird die Probe durchleuchtet (Flüssigkeiten) oder beleuchtet (Fest-Stoffe wie z.B. Pulver), das Spektrum des transmittierten bzw. rückgestreuten Lichts wird in einem Spektrometer analysiert und gibt dann Informationen über Inhaltsstoffe und ihre Konzentrationen. Eine online-Messung erlaubt eine schnelle Regelung des Herstellprozesses.

Die Anwendung der Prozessanalyse ist ursprünglich in der chemischen Industrie gestartet, umfasst aber inzwischen auch Bereiche wie Pharmaindustrie, Lebensmittelindustrie und die Agrarindustrie.

Bei vielen Analysesystemen befindet sich das empfindliche Spektrometer an einem geschützten Ort und das Lichtsignal wird mit Lichtleitkabeln in oft rauer Umgebung zu den Mess-Stellen geführt. An ein Spektrometer können mehrere Faserkabel angeschlossen werden, die verschiedene Prozesse überwachen. Die Faserstrecken werden am Spektrometer-Signaleingang mit optischen Schaltern entsprechend zugeschaltet.

Eine besonders raue Umgebung findet man in den Großanlagen der Chemie- und Pharma-Industrie. Leoni hat für diese Industrien ein besonders robustes Kabel entwickelt, das inzwischen in verschiedenen Projekten erfolgreich eingesetzt wird und sogar bei einigen Großkunden den Standard setzt. Dies liegt daran, dass dieses Kabel in enger Zusammenarbeit mit den Endanwendern entwickelt worden ist.

Einen besonderen Stellenwert hat dabei die Robustheit des Kabels während des Verlege-Prozesses. Dieser Schritt ist aufwendig und erfordert oft eine Stilllegung des Produktionsprozesses in einem möglichst kleinen Zeitfenster. In der Vergangenheit ist es mit konventionellen Lösungen oft vorgekommen, dass Faserkabel beim Verlegen an den empfindlichen Fasersteckern beschädigt worden sind. Weiterhin kam es zu Faserbrüchen beim Ziehen der bis zu 100m langen Kabel. Beides hatte zur Folge, dass die Kabel ausgetauscht werden mussten und der Zeitplan für die Anlagen-Aufrüstung nicht zu halten war.

Unser optisches Kabel für die industrielle Spektroskopie ist mit einem Easy-Pull System ausgerüstet, das die Stecker während des Verlege-Prozesses schützt und außerdem eine Zugschlaufe beinhaltet, an der das Kabel während des Verlegens befestigt werden kann. Die empfindlichen Faserstecker sind dabei während der Installation mechanisch geschützt. Nach dem Einziehen lässt sich die Einziehhilfe leicht entfernen und die Stecker können am Zielort wie üblich mit den Kupplungen verbunden werden. Die Kunden haben das Produkt inzwischen ausgiebig im Feld getestet und sind hoch zufrieden über die Tatsache, dass bisher keine Beschädigungen während des Einziehens registriert wurden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil unseres optischen Kabels für die industrielle Spektroskopie besteht darin, dass das Kabel direkt verlegbar ist und auch im Außenbereich keines weiteren Schutzes bedarf. Es muss nicht, wie bei bisherigen Lösungen, zuvor in Wellschutz-Schläuche eingezogen werden. Somit sparen unsere Kunden durch die reduzierten Installationskosten bis zu ein Drittel der Gesamtkosten ein. Ermöglicht wird dies durch den äußerst robusten, elektrisch ableitenden Polyurethan (PUR) -Außenmantel mit hoher Trittsicherheit, UV-Beständigkeit sowie Beständigkeit gegen Öle und aggressive Flüssigkeiten. 

In der chemischen Industrie gelten oft hohe Standards bezüglich des Einsatzes der Kabel in explosionsfähigen Atmosphären (ATEX). Weiterhin wird eine Längsdichtigkeit gefordert, um das Risiko der Zonenverschleppung zu vermeiden. Zonenverschleppung bedeutet, dass beispielsweise durch Undichtigkeiten explosive Gemische in Bereiche wandern, in denen der Betreiber nicht mit diesen Gemischen rechnet.

Auch in Bereichen, in denen zum jetzigen Zeitpunkt keine ATEX Qualifizierung notwendig ist, lässt sich mit unserem optischen Kabel für die industrielle Spektroskopie Planungssicherheit für eine spätere ATEX Qualifizierung der Anlage herstellen. Aus diesem Grund bietet es sich an, bestehende Kabelsätze im Rahmen einer Anlagen-Instandhaltung mit unserer Lösung auszutauschen, um bestens für die Zukunft gerüstet zu sein.

Anwendungshinweis für den besonderen Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären (ATEX)

LEONI Fiber Optics hat speziell für die Anwendung in der Prozessanalytik ein Lichtleiterkabel mit einer Quarzglasfaser 600µm entwickelt, das in rauer Industrieumgebung und in explosionsfähigen Atmosphären eingesetzt werden kann. Dieser Anwendungshinweis soll eine Übersicht geben über die relevanten Vorgaben aus der ATEX-Richtlinie 2014/34/EU, die bei der Entwicklung des Kabels zugrunde gelegt wurde.

Umgesetzt wurde diese Richtlinie in Deutschland in der Explosionsschutzproduktverordnung (11. ProdSV).

Kabel sind per Richtlinie als „Komponenten“ einzustufen. Da nur aktive Bauteile, also „Geräte“ im Sinne der Richtlinie, zertifizierungspflichtig sind, entfällt dies für Kabel. Somit kann bzw. darf keine CE- oder ATEX- Kennzeichnung am Kabel oder den Begleitpapieren erfolgen.

Die technischen Vorgaben zur Einhaltung der Richtlinie und Gesetze sind in der IEC 60079-0 ff. und IEC 80079-36 ff. beschrieben. Grundsätzlich muss man hierbei zwischen Kabel unterscheiden, welche stromführend sind und Lichtwellenleiter- (LWL) Kabel, die dies nicht sind. LWL-Kabel fallen unter die Betrachtung der IEC 60079-28. Aus dieser geht hervor, dass ein solches Kabel grundsätzlich sicher nach der Zündschutzart „op pr“ für die EPLs Gc, Dc ist, jedoch für die Anforderungen bestimmter EPL (Equipment Protection Level) müssen ggf. gesonderte Prüfungen erfolgen. Allerdings sind Lichtwellenleiterkabel, welche nicht Bestandteil von Geräten mit LWL sind, von der Norm ausgenommen wenn sie mit relevanten Industrienormen übereinstimmen.

Darüber hinaus bietet unser neues Kabel-Design Schutz vor elektrostatischer Aufladung gemäß IEC 60079-32. Gewährleistet wird dies mit einem speziellen Compound aus Polyurethan, welches den Kabelmantel ableitend im Sinne der Norm macht. Die Grenzwerte für ableitende Materialien liegen zwischen 104 Ohm und 109 Ohm bei 50% ± 5% rel. Luftfeuchte bzw. bei 1011 Ohm bei 30% ± 5% rel. Luftfeuchte.

Ebenso wurde die Gefahr der Zonenverschleppung berücksichtigt. Der Begriff der Zonenverschleppung beschreibt das Risiko, dass beispielsweise durch Undichtigkeiten explosive Gemische aus der Pumpe nach außen dringen können. Dadurch wird die innere Explosionszone nach außen verschleppt, wo der Betreiber der Anlage in der Regel nicht mit explosiven Gemischen rechnet. Entsprechend erhöht ist daher das Gefahrenpotenzial. Um eine solche Zonenverschleppung über das Kabel zu vermeiden, wurde bei der Konstruktion darauf geachtet, dass das Kabel längsdicht ist und den zugehörigen Test nach IEC 60079-14 Anhang E1 besteht. Hierbei wird das Kabel unter konstanten Temperaturbedingungen in ein abgedichtetes Gehäuse von 5l ± 0,2l eingebaut (Das eine Kabelende befindet sich im Inneren das Andere ist außen). Das Kabel gilt als zulässig, wenn die Zeitspanne, die erforderlich ist, um einen inneren Überdruck von mindestens 0,3 kPa (30mm Wassersäule) auf 0,15 kPa (15 mm Wassersäule) fallen zu lassen, nicht weniger als 5s beträgt. Das Kabel ist somit in den Zonen 0-2 und 20-22 einsetzbar.

Wie oben bereits erwähnt, findet die Norm für ein LWL-Kabel als solches keine Anwendung. Das ändert sich wenn man das System als Ganzes betrachtet. Daher legt LEONI als Kabelspeziallist größten Wert auf die Zusammenarbeit mit unseren Kunden, damit die Systemvoraussetzungen für eine erfolgreiche Qualifizierung nach der ATEX-Richtlinie erfüllt werden.

Unsere Expertise in der optischen Messtechnik im Bereich der Lichtübertragung konnten wir durch praktische Erfahrungen in High-End-Anwendungen der optischen Messtechnik wie z.B. das Cold Atom Lab auf der Internationalen Raumstation ISS, die NASA Mission New Horizons zu Jupiter und Pluto und der Gravitationswellen-Detektion im LIGO unter Beweis stellen. Profitieren Sie von den dabei gemachten Erkenntnissen in Ihrer anspruchsvollen Messumgebung.

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