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In Hochtemperatur- und Hochdruck-Anwendungen wirken viele schädliche Einflüsse auf die Thermoelemente ein, denn die Betriebstemperaturen liegen im Durchschnitt etwa bei 1.350 °C und die Betriebsdrücke bei 55 bar und höher. Darüber hinaus kontaminieren Wasserstoff und Kohlenstoff sowie Staub die Thermoelemente. Diffusionsvorgänge im Prozess führen zu einer Veränderung der Materialzusammensetzung. Der Schmelzpunkt des Platins wird durch eindringende Elemente wie Wasserstoff, Eisen, Silizium oder Phosphor herabgesetzt, wodurch die Thermodrähte vergiftet werden. Außerdem wird die Lebensdauer der Thermodrähte nicht nur durch mechanischen Stress, beispielsweise durch Verbiegen oder Zerbrechen beim Einbau oder Vibrationen im Betrieb, sondern zusätzlich auch durch Thermoschocks verkürzt.
Für Anlagenbetreiber, die mit derart aggressiven Prozessbedingungen konfrontiert sind, stellt speziell die genaue Temperaturmessung immer wieder eine Herausforderung dar, denn die Messungen haben einen direkten Einfluss auf ihren Produktionsprozess und die Effizienz der Anlage. In Vergasungsreaktoren werden nach industriellem Standard entweder Pyrometer oder keramische Temperatursensoren eingesetzt. Pyrometer messen jedoch nicht genau genug, und die konventionell eingesetzten Sensoren mit DIN A Aluminiumkopf und keramischem Schutzrohren halten den schnellen Temperaturänderungen in solchen Prozessen oft nur kurzzeitig stand. Es bilden sich feine Risse in den keramischen Materialien; die aggressiven Prozessgase vergiften die Thermoelemente, was zu Sensorausfällen führt. Ein Austausch der Sensoren kann meist nur bei heruntergefahrener Anlage erfolgen, wodurch sich die Anlagenstandzeit erheblich verkürzen kann.
Das von Emerson Process Management GmbH & Co. OHG entwickelte Hochtemperatur-Thermoelement ist mit einem gasdichten Saphir Schutzrohr ausgeführt. Dies schützt das Thermoelement vor Vergiftung durch die aggressive Atmosphäre im Vergasungsreaktor und verlängert die Standzeit um den Faktor bis zu drei im Vergleich zu herkömmlichen Thermoelementen.
Neben dem wirtschaftlichen Aspekt ist dabei auch der Sicherheitsaspekt von Bedeutung. Hermetisch dichte Verbindungen bieten eine hohe Sicherheit. Wird das äußere Schutzrohr oder das innere Saphir-Rohr beschädigt, verhindert ein mehrfaches Dichtungssystem, dass toxische Gase aus dem Reaktor entweichen können. Das Anschlussgehäuse besteht aus geschmiedetem Stahl, wodurch das Entweichen wasserstoffhaltiger Gase aus dem Reaktor vermieden wird.
Eine Überprüfung des Messsystems kann unter Zuhilfenahme eines Temperaturmessumformers mit Diagnosefunktionen (z.B. Emerson Temperaturmessumformer 3144P mit fest vorgegebenen Diagnosefunktionen oder 644 mit vom Kunden frei wählbaren Diagnosefunktionen) erfolgen. Der Messumformer überwacht kontinuierlich den Widerstand sowohl im Thermoelement als auch in den Kabelverbindungen. Als Referenzwert wird der Widerstand bei Erstinstallation des Gerätes erfasst und im Messumformer gespeichert. Der Anwender kann einen zulässigen Grenzwert für die Widerstandsänderung eingeben, bei dessen Überschreitung ein Warnhinweis oder auch ein Alarm ausgegeben wird. Die Veränderung des Widerstandes im Thermoelement ist ein eindeutiges Zeichen für einen in Kürze bevorstehenden Ausfall des Thermoelementes. In Abhängigkeit von den Prozessbedingungen besitzt das Thermoelement eine Lebensdauer von 6.000 bis 18.000 Stunden. Der notwendige Austausch eines Thermoelements kann im Rahmen einer vorbeugenden Wartung durch die Diagnosefunktionen des Messumformers rechtzeitig kostenoptimiert eingeplant werden.
Diese Thermoelement-Ausführung ist das Ergebnis einer jahrelangen Entwicklung. Viele verschiedene Schutzrohr-Werkstoffe wurden jahrelang getestet, die Ausführung mit dem Saphir-Schutzrohr bietet die besten Ergebnisse für lange Standzeit und höchste Prozesssicherheit. Durch den Einsatz dieser innovativen Technologie werden weniger Thermoelemente verbraucht, und Abschaltungen wegen des Ausfalls eines Thermoelements kommen seltener vor als mit konventionellen Sensoren.
