Druckmessung in Tanks auf Schiffen

Drucküberwachung in Schiffstanks

Auf Schiffen werden Flüssigkeiten in unterschiedlichen Tanks gelagert und während des Betriebs aufgenommen, umgepumpt oder entnommen. Dazu gehören beispielsweise Kraftstoffe, Betriebsstoffe und Ballastwasser. Eine zuverlässige Druckmessung liefert wichtige Informationen über den Zustand und Inhalt dieser Tanks und kann direkt in die Steuerungs- und Überwachungssysteme des Schiffes integriert werden.

Je nach Anwendung können dabei unterschiedliche Messaufgaben im Mittelpunkt stehen: Der Drucksensor kann den Druck innerhalb eines Tanks direkt überwachen oder den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule erfassen, um daraus den aktuellen Füllstand zu bestimmen. Kontinuierliche Messwerte ermöglichen es, Veränderungen frühzeitig zu erkennen und Füll-, Entleerungs- oder Ballastvorgänge gezielt zu überwachen.

Füllstandsmessung über hydrostatischen Druck

Eine häufige Anwendung von Drucksensoren in Tanks ist die hydrostatische Füllstandsmessung. Dabei wird der Druck gemessen, den die Flüssigkeitssäule oberhalb des Sensors erzeugt. Je höher der Flüssigkeitsstand, desto größer ist der hydrostatische Druck.

Der gemessene Druck kann dadurch in einen entsprechenden Füllstand umgerechnet werden. Dieses Messprinzip eignet sich beispielsweise für:

• Kraftstofftanks
• Ballasttanks
• Lagertanks für Flüssigkeiten
• Betriebs- und Vorratstanks

Der Drucksensor kann dafür am unteren Bereich des Tanks montiert oder – abhängig von der Anwendung – als tauchfähiger Druckaufnehmer direkt in das Medium eingebracht werden. Bei der Umrechnung des Drucks in einen Füllstand müssen neben der Tankgeometrie insbesondere die Dichte des Mediums und gegebenenfalls deren temperaturbedingte Veränderungen berücksichtigt werden.

Absolut-, Relativ- oder Differenzdruck?

Welches Druckmessprinzip geeignet ist, hängt von der Bauart des Tanks und der eigentlichen Messaufgabe ab.

Relativdrucksensoren messen den Druck bezogen auf den Umgebungsdruck. Sie eignen sich unter anderem für Anwendungen, bei denen ein belüfteter Tank hydrostatisch überwacht wird.

Absolutdrucksensoren beziehen die Messung auf ein internes Vakuum und können sinnvoll sein, wenn der absolute Tankdruck erfasst werden soll.

Bei geschlossenen oder druckbeaufschlagten Tanks muss zusätzlich der Druck oberhalb der Flüssigkeit berücksichtigt werden. Je nach Anwendung kann dafür eine Differenzdruckmessung oder eine rechnerische Kompensation erforderlich sein.

Die Auswahl des richtigen Referenzdrucks ist entscheidend, damit aus dem Sensorsignal ein zuverlässiger Druck- beziehungsweise Füllstandswert entsteht.

Zuverlässige Messwerte für Steuerung und Überwachung

Die kontinuierliche Druckmessung ermöglicht eine direkte Einbindung in die Schiffsautomation. Standardisierte Ausgangssignale wie 4–20 mA oder Spannungssignale können von Steuerungen, Anzeigen oder Datenerfassungssystemen verarbeitet werden. Dadurch lassen sich beispielsweise:

• Tankfüllstände kontinuierlich überwachen,
• Füll- und Entleerungsvorgänge kontrollieren,
• kritische Grenzwerte erkennen,
• Ballastvorgänge überwachen und
• Messwerte für Dokumentation und Betriebsüberwachung erfassen.

Eine hohe Langzeitstabilität ist dabei besonders wichtig, da Drucksensoren häufig dauerhaft installiert werden und über lange Betriebszeiten zuverlässige Messwerte liefern müssen.

Worauf ist bei der Auswahl des Drucksensors zu achten?

Für eine zuverlässige Druckmessung muss der Sensor auf Tank, Medium und Betriebsbedingungen abgestimmt werden. Besonders wichtig sind:

• Messaufgabe: Soll der Tankdruck direkt gemessen oder über den hydrostatischen Druck der Füllstand bestimmt werden?
• Druckart: Absolut-, Relativ- oder Differenzdruck müssen zur Tankkonstruktion und Messaufgabe passen.
• Messbereich: Der Sensor sollte für den zu erwartenden Betriebsdruck und mögliche Druckspitzen ausgelegt sein.
• Mediumverträglichkeit: Membran, Dichtungen und alle medienberührten Werkstoffe müssen mit Kraftstoff, Wasser oder anderen gelagerten Flüssigkeiten kompatibel sein.
• Genauigkeit und Langzeitstabilität: Besonders bei kontinuierlicher Füllstandsmessung sind stabile Messwerte über lange Betriebszeiten wichtig.
• Temperatur: Temperaturänderungen können sowohl das Sensorsignal als auch die Dichte des Mediums beeinflussen.
• Mechanischer Anschluss: Druckanschluss, Einbauposition und verfügbarer Bauraum müssen zum Tank passen.
• Ausgangssignal: Das Signal muss mit der vorhandenen Steuerung, Anzeige oder Datenerfassung kompatibel sein.
• Explosionsschutz: Bei Kraftstoffen und anderen brennbaren Medien kann eine ATEX- oder IECEx-zertifizierte Ausführung erforderlich sein.
• Maritime Umgebungsbedingungen: Feuchtigkeit, Vibrationen und Schiffsbewegungen müssen bei der Sensor- und Systemauslegung berücksichtigt werden.

Gerade bei der hydrostatischen Füllstandsmessung sollten Sensor, Einbauposition, Medium und Tankgeometrie gemeinsam betrachtet werden.