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ATEX Archives - STS Deutschland
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Verlässliche Füllstandsüberwachung im Kohlebergbau

Verlässliche Füllstandsüberwachung im Kohlebergbau

Bergwerke und Tagebaue sind für ihre rauen Arbeitsbedingungen bekannt. Das trifft auch auf die eingesetzte Technik zu. Darum braucht es widerstandsfähige und zuverlässige Messinstrumente zur Überwachung des Grundwassers.

In Australien liegen zehn Prozent des weltweiten Kohlevorkommens. Als führender Kohle-Exporteur ist der Kohlebergbau einer der wichtigsten Wirtschaftsfaktoren des Kontinents. Die Förderung des Rohstoffs ist jedoch nicht ohne Tücken. Die Betreiber eines australischen Kohletagebaus kamen auf STS zu, da sie nach einem Drucktransmitter zur Füllstandsüberwachung in bis zu 400 Meter Tiefe suchten.

Minenarbeiten haben einen starken Einfluss auf das Grundwasser. Die den Kohlebergbau umgebenden Grundwasserleiter werden entwässert, was zum Absinken des Absenkungstrichters führt. Dieses Absinken verändert die natürlichen unterirdischen hydrologischen Bedingungen, indem Wege geringeren Widerstands geschaffen werden. Das führt dazu, dass Wasser in die offene Grube und die unterirdischen Arbeiten eindringt. Daher muss das stetig nachfliessende Wasser kontinuierlich aus dem Tagebau gepumpt werden, um eine reibungslose und sichere Förderung des Rohstoffs zu gewährleisten.

Um den Grundwasserstand und die zur Entwässerung eingesetzten Pumpen zu überwachen, brauchten die Betreiber des Koheltagebaus einen Drucktransmitter zur Überwachung des Füllstands, der ihren Anforderungen entspricht. Gefordert waren ein Druckmessbereich von 0 bis 40 bar (400 mH2O) Umgebungsdruck sowie eine Kabellänge von 400 Metern. Die bis dahin von STS angebotene Lösung, der ATM.ECO/N/EX, kam allerdings nur auf 25 bar und eine Kabellänge von 250 Metern.

Da STS aber auf kundenspezifische Druckmesslösungen spezialisiert ist, stellte diese Herausforderung keine grosse Hürde dar. Kurzerhand wurde der eigensichere Drucktransmitter für Füllstand ATM.1ST/N/Ex entwickelt, der den Druckanforderung genau entspricht und mit einem 400 Meter langen Teflonkabel ausgestattet ist. Auch die Präzision weiss mit 0,1 Prozent zu überzeugen. STS entschied sich bei der Entwicklung des neuen Drucktransmitters für ein Teflonkabel, eine versiegelte Kabelverschraubung und ein offenes Entlüftungsrohr (PUR ist dafür zu weich). Darüber hinaus gibt es ein verschraubbares Ballastgewicht, um eine gerade und stabile Messposition sicherzustellen. Die ebenfalls aufschraubbare Zugentlastung aus Edelstahl hilft dabei, die Spannung auf dem elektrischen Kabel zu entlasten. Wie es die Gerätebezeichnung bereits verrät, verfügt es über die EX-Zertifizierung für den Einsatz in explosionsgefährteten Bereichen.

ATM.1ST/N/Ex mit  Zugentlastung (links) und Ballastgewicht (rechts), jeweils verschraubbar.

Als Experte für kundenspezifische Drucktransmitter konnte STS den ATM.1ST/N/Ex in weniger als drei Wochen liefern.

Die Eigenschaften des ATM.1ST/N/Ex im Überblick:

  • Druckmessbereich: 1…250 mH2O
  • Kennlinie: ≤ ± 0.1 % FS
  • Gesamtfehler: ≤ ± 0.30 %FS (-5…50 °C)
  • Betriebstemperatur: -5…80 °C
  • Mediumtemperatur: -5…80 °C
  • Ausgangssignal: 4…20 mA
  • Materialien: Edelstahl, Titan
  • Elektronische Kompensation
  • Beliebige Prozessanschlüsse erhältlich
Altlasten: Grundwasserdekontamination braucht robuste Pegelsonden

Altlasten: Grundwasserdekontamination braucht robuste Pegelsonden

Ob alte Mülldeponien, Kohlehalden, ehemalige Militärplätze oder Raffinerien: Übrig bleibt kontaminierter Boden, der eine Gefahr für Mensch und Umwelt ist. Bei der Sanierung dieser Orte braucht es ob der oft aggressiven Gefahrenstoffe widerstandsfähige Pegelsonden.

Altlasten sind nicht nur durch gesundheits- oder umweltschädliche Veränderungen des Bodens gekennzeichnet. Bei fehlenden Sicherungsmassnahmen (wie bei alten Mülldeponien) und je nach Bodenbeschaffenheit werden die gefährlichen Stoffe durch Regen bis ins Grundwasser gespült. Je nach Nutzungsart können eine Reihe unterschiedlicher Gefahrenstoffe angetroffen werden, darunter u.a.:

  • Schwermetallverbindungen: Kupfer, Blei, Chrom, Nickel, Zink und Arsen (Halbmetall)
  • Organische Stoffe: Phenole, Mineralöl, Benzole, chlorierte Kohlenwasserstoffe (LCKW), aromatische Kohlenwasserstoffen (PAK)
  • Salze: Chloride, Sulfate, Karbonate

Dekontamination der Grundwasserversorgung

Bei der Sanierung von Altlasten ist neben der Säuberung des Bodens auch die Kontrolle und Reinigung des Grundwassers von grosser Bedeutung. Ohne zuverlässige Pegelsonden, die den widrigen Bedingungen standhalten können, ist dies nicht möglich.

Üblicherweise läuft das Dekontaminationsverfahren wie folgt ab: Das kontaminierte Grundwasser wird an die Oberfläche gepumpt und aufbereitet. Als gefiltertes Spülwasser wird es dann wieder in den Kontaminationsherd gebracht. Damit das Spülwasser nicht zu einer dem Kontiminationsherd abgewandten Seite fliesst, werden aktive hydraulische Verfahren zur Schutzinfiltration eingesetzt. Wasser wird über mehrere Brunnen um das eigentliche Dekontaminationsverfahren herum in den Boden gegeben. Die dadurch hergestellten Druckverhältnisse bilden gewissermassen eine Sperrwand und bewirken, dass das Spülwasser zum Kontaminationsherd fliesst. Um diesen Prozess zu steuern und zu überwachen, braucht es Pegelsonden.

Abbildung 1: Ablauf eines Dekontaminationsverfahrens

Pegelsonden werden natürlich auch im Nachgang der Sanierungsarbeiten eingesetzt. So werden die betreffenden Stellen noch lange Zeit nach Abschluss der Arbeiten überwacht, um zu prüfen, ob es auffällige Änderungen des Wasserspiegels oder der Fliessrichtung gibt.

Natürlich werden Pegelsonden auch bei aktivem Betrieb potenziell umweltschädigender Anwendungen eingesetzt. Neuere Mülldeponien sind wie ein undurchlässiges Becken aufgebaut. Der Grundwasserspiegel unter der Deponie wird abgesenkt, so dass im Falle einer Leckage kein Wasser in angrenzende Gebiete fliessen kann. Auch hier sind die jeweiligen Wasserstände durch Pegelsonden zu überwachen.


Pegelsonden in kontaminierten Gewässern: Hohe Anforderungen

Anwender im Bereich Dekontamination von Altlasten sollten bei der Wahl geeigneter Pegelsonden sehr sorgfältig vorgehen. Aufgrund der Vielzahl von Stoffe, die im Wasser gelöst sein können, gibt es nicht die eine Lösung, die für jeden Fall verlässlich arbeitet. Dabei sind verschiedene Aspekte zu beachten, die wir im Folgenden kurz darstellen:

Materialien

Gehäuse

In den meisten Anwendungen ist ein hochwertiger Edelstahl, wie ihn STS verwendet, ausreichend, um die Messzelle vor aggressiven Stoffen zu schützen. Kommt es zu Kontakt mit Salzwasser, ist ein Titangehäuse zu wählen. Wenn mit galvanischen Effekten zu rechnen ist, sollte eine Pegelsonde aus PVDF gewählt werden.

Abbildung 2: ATM/NC chemisch beständige Pegelsonde mit PVDF Gehäuse

Sondenkabel

Weitaus kritischer als die Wahl eines geeigneten Gehäuses ist unserer Erfahrung nach die Wahl des Sondenkabels. Aufgrund von schleichenden Diffusionsprozessen ist der Prozess der Zerstörung nicht sofort ersichtlich. Oftmals ist er auch bei entstandenem Schaden nicht von aussen zu erkennen. Daher ist besondere Vorsicht bei der Konsultation von Beständigkeitstabellen geboten: Denn diese sagen in der Regel wenig über den Sonderfall Sondenkabel aus. In der Mitte eines Sondenkabels befindet sich ein Luftröhrchen, das dem Relativdruckausgleich dient. Wenn das Material des Kabels nicht zu hundert Prozent beständig ist, können Grundstoffe durch den Kabelmantel diffundieren und über das Luftröhrchen in den Sensorchip wandern.

Je nach den zu erwartenden Stoffen können Anwender bei STS auf PE-, PUR oder FEP-Kabel zurückgreifen. Letzteres kann auch bei sehr hohen Temperaturen von bis zu 110 °C eingesetzt werden.

Montage

Kabelverlegung

Alte Deponien oder Industriestandorte sind raue Umgebungen. Nicht nur die Gefahrenstoffe können die Funktionalität der eingesetzte Pegelsonden beeinträchtigen. Es ist darauf zu achten, dass der Kabelmantel nicht durch mechanische Belastungen (z.B. Schutt) beschädigt wird. Auch Scheuer- und Knickstellen sind zu vermeiden. Es empfiehlt sich daher, bei der Kabelverlegung spezielle Schutzschläuche, wie sie auch von STS angeboten werden, zu verwenden.

Zugentlastung

Die Druckfestigkeit von Pegelsonden variiert von Hersteller zu Hersteller. Bei STS sind alle Pegelsonden standardmässig bis zu 250 Meter druckfest und das Kabel ist bis zu dieser Tiefe auch für normale Zugbelastungen ausgelegt. Dennoch sollten Anwender bei schwierigen Montagebedingungen über die Verwendung einer Zugentlastung nachdenken.

Befestigung

Wird die Sonde bei fliessenden Gewässern oder Tanks mit Rührwerken eingesetzt, kann diese entweder mit einem G ½ Gewinde am Kabelaustritt (Rohrbefestigung) oder mit einer Klemmringverschraubung (15 mm) geliefert werden.

Explosionsschutz

In Anwendungen, bei denen mit einer Reihe gefährlicher Stoffe zu rechnen ist, muss unbedingt auch auf einen Explosionsschutz geachtet werden. Auskunft darüber gibt die internationalen Standards entsprechende ATEX-Zulassung.

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