Automation

CT-Produktfokus: Geräte zur Gasanalyse, -detektion und Emissionsüberwachung

31.03.2017 Ob Gasanalyse, -detektion oder Emissionsüberwachung – die Bandbreite an Messprinzipien und Geräten ist riesig. In den vergangenen Monaten sind zudem zahlreiche Neuentwicklungen auf den Markt gekommen, die wir Ihnen an dieser Stelle vorstellen.

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Durchstimmbare Diodenlaser (TDL) bieten in chemischen und petrochemischen Prozessen eine zuverlässige, wartungsarme und kontaktfreie Gasanalyse ohne bewegliche Teile. Daher sind sie oft zuverlässiger und prozesstoleranter als alternative Technologien, bei denen Proben entnommen und aufbereitet werden müssen.

1, 2: TDL-QCL-Kombinationen für Rack- und Stand-alone-Installation

Der Mess- und Automatisierungsspezialist Emerson Process Management hat unter seiner Marke Rosemount im vergangenen Jahr gleich zwei neue Gasanalysatoren vorgestellt:  Den rack-montierten Gasanalysator Rosemount CT5400, der für kontinuierliche Gasanalyse in der Prozessanalyse eingesetzt wird und der bis zu zwölf Gase gleichzeitig erfasst, sowie das Stand-alone-Messsystem Rosemount CT5100.

Beide sind leicht zu bedienen, die Rack-Variante zeichnet sich zudem durch eine kostengünstige Prozessgasanalyse und Emissionsüberwachung aus. Die Geräte kombinieren abstimmbare Diodenlaser (Tunable Diode Laser, TDL) und Quantenkaskadenlaser (Quantum Cascade Laser, QCL). Die „Laser-Chirp“-Technik erlaubt eine nahezu unmittelbare, hochauflösende Spektroskopie zur Messung zahlreicher Moleküle, sowohl im nahen als auch im mittleren Infrarot-Bereich – von unter ppm bis hin zum Prozentbereich.

Im Gegensatz zu traditionellen Prozessgasanalysatoren, die ständig Kalibrierung und Überprüfung benötigen, und herkömmlichen laserbasierten Systemen, die lediglich ein oder zwei Komponenten erfassen können, kann das modulare Design des 5400 bis zu sechs hochauflösende Lasermodule aufnehmen und somit bis zu zwölf kritische Komponenten gleichzeitig messen. Mehrere Analysatoren mit den entsprechenden Probeentnahmesystemen werden daher nicht mehr benötigt. Der Analysator wurde für Prozessanwendungen, DeNOx/SCR (Rauchgasentstickung/selektive katalytische Reduktion), Ammoniumnitrat-Vorstufen, kontinuierliche Emissionsüberwachungssysteme (CEMS) und kontinuierliche Umgebungsüberwachungssysteme (CAMS) entwickelt. Das Modell CT5400 ist die kostengünstige Alternative zum CT5100 und für den Schrankeinbau außerhalb der Ex-Zone konzipiert.

Der ebenfalls kontinuierlich messende Gasanalysator Rosemount CT5100 erfasst eine Reihe von Bestandteilen unter ppm-Niveau. Der Gasmesser arbeitet ohne Verbrauchsstoffe und mit langen Kalibrierintervallen. Ein vereinfachtes Probennahmesystem macht das Aufbereiten der Gase und Entfernen der Feuchtigkeit obsolet. Der Analysator ist geeignet für die Prozessgasanalyse, kontinuierliche Emissionsüberwachung und Prozesse mit Ammoniakschlupf.

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3: TDL-Gasanalysatoren kommen ohne Strahlausrichtung aus

Mettler Toledo hat bereits im Sommer 2016 fünf Erweiterungen seines wachsenden Angebots an durchstimmbaren Diodenlaser-Spektrometern (TDL) angekündigt. Die Gasanalysatoren der Baureihe Gpro 500 erhalten neue Messmöglichkeiten: Bislang waren für die  Gasanalysatoren der Serie Sauerstoff-, Kohlenmonoxid- und Feuchtemessungen erhältlich. Hinzu kommen nun Analysatoren für Sauerstoff und Temperatur, CO2, für eine Kombination von CO2 und CO, für HCl sowie H2S. Sie eignen sich damit für viele Raffinerieprozesse und Abgasanlagen, bei denen normalerweise paramagnetische und extraktive NDIR-Analysatoren zum Einsatz kommen. Zu diesen Anwendungen zählen auch die Regeneration des Katalysators in Fließbett-Cracking-Anlagen sowie die Herstellung von Ethylenoxid und reiner Terephthalsäure.

Im Gegensatz zu den Cross-Stack-TDL-Systemen verwendet die GPro500-Serie einen TDL im Sensor-Design. Ein Corner-Cube-Modul am Sensorende reflektiert den Laserstrahl zurück zum Detektor. Laserdiode und Empfänger befinden sich dabei in einer Einheit. Diese Konstruktion vereinfacht die Installation, und es ist keine Strahlausrichtung notwendig, die bei Cross-Stack-TDLs zu Problemen führen kann.

Für Prozesse, bei denen genaue extraktive Messungen in einem niedrigen Messbereich erforderlich sind, hat der Herrsteller eine White-Zelle angekündigt, die eine effektive Weglänge von 10 m bietet und die Messgenauigkeit um einen Faktor von 10 erhöht.

4 NDIR-Gas-Sensoren erfassen viele verschiedene Gase

Eine große Bandbreite messbarer Gase und ein Fokus auf kleine Messbereiche sind Kennzeichen der Evo-Serien nichtdispersiver Infrarot-Sensoren. Sie sind eine Weiterentwicklung der Smartmodul-Sensoren zur Gasdetektion. Die Serien Evo-Premium und Evo-Flow von Smartgas sind speziell für die Anforderungen der Gasanalyse, Prozess-Messtechnik und der Qualitätsmessung von Gasen konzipiert. Sie eignen sich beispielsweise für die SF6-Lecksuche in gasisolierten Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen und -Kabeln sowie für die SF6-Qualitätsmessung.

Überdies ermöglichen sie in der Emissionsmessung präzise Lösungen für die Detektion von CO, CO2, CH4, NO, NO2 sowie SO2 im ppm- und Vol.-%-Bereich. Verbrennungsanlagen lassen sich damit für effizienten Betrieb gezielt steuern. Die IR-Gas-Sensoren der Evo-Serien Connect und Basic sind ausgelegt auf den Einsatz in Gaswarngeräten zur Raumluftüberwachung. Sie detektieren zuverlässig SF6 und halogenierte Kohlenwasserstoffe.

Die kompakten und langlebigen Gas-Sensoren aller Serien sind abwärts kompatibel zu ihren Vorgängern. Sie arbeiten mit geringer Drift und kurzer Response-Zeit über einen großen Temperaturbereich. Dabei messen sie selektiv und nahezu unbeeinflusst von anderen Umweltgrößen oder Gasen. Optimierte optische Komponenten und eine angepasste Software steigern die Langzeitstabilität und Leistungsfähigkeit. Einfacheres Plug&Play-Interfacing erleichtert zudem das Anbinden an die kundenseitige Hardware. Die Sensoren verfügen über selbstjustierende Modbus-ASCII- und RTU-Schnittstellen. Ihre Baud-Rate liegt bei 38.400 Baud.

5 Gaswarn­gerät für SIL2

Der Statox 560 von Compur Monitors ist eine stationäre Gaswarneinrichtung für toxische Gase, die sich regelmäßig selbst überprüft. Unter den Anforderungen der funktionalen Sicherheit erreicht das Gerät SIL2 nach EN 50402. Das Messgerät warnt vor kritischen Konzentrationen von Chlor, Phosgen, Schwefelwasserstoff, Blausäure oder Schwefeldioxid. Beim Selbsttest aktiviert der Messkopf in regelmäßigen, zu konfigurierenden Zeitabständen einen Gasgenerator. Dieser erzeugt elektrochemisch eine geringe Menge des zu messenden Gases. Eine Pumpe transportiert dieses in die Messzelle. Gibt diese in einer vorgegebenen Zeit ein bestimmtes Mindestsignal aus, so wird die Zelle wieder freigespült und der Messkopf geht zurück in den Messmodus. Erreicht der Sensor den Sollwert nicht, signalisiert das Gerät „Systemfehler“ oder „Wartungsbedarf“.

Der Selbsttest startet nicht, wenn die Zelle bereits Gas in der Umgebung detektiert oder andere Parameter außerhalb der Spezifikationen liegen. Die Elektronik ist zusammen mit der Anzeige und den Bedienelementen in einem Ex-D-Gehäuse mit Fenster untergebracht. Die Bedienung erfolgt mit einem magnetischen Pin durch das Fenster oder über die RS485-Schnittstelle. Unterhalb des Gehäuses ist der eigensichere Teil mit dem Sensormodul angeschlossen. Dieser enthält einen Sensor der Statox-505-Reihe, die Generatorzelle sowie eine Mikropumpe für den Selbsttest. Kalibrierung vor Ort ist möglich, aber aufgrund der Plug-and-play-Technologie nicht erforderlich. Der Messwert sowie die Betriebszustände werden über ein 4–20-mA-Analogsignal oder eine RS485-Schnittstelle an die Zentrale übertragen. Das Gaswarngerät ist für den direkten Anschluss an eine Alarmzentrale oder ein Prozessleitsystem vorgesehen, funktioniert aber auch als Stand-alone-Gasdetektor.

6 Zwei Gase mit einem Gerät messen

Der stationäre Gasdetektor Itrans 2 von Tyco Gas & Flame Detection ermöglicht es, zwei Gase mit nur einem Gerät zu erfassen. Der Gasdetektor kann durch Kombinieren mehrerer Messprinzipien (elektrochemisch, katalytisch oder Infrarot) verschiedene Gaskombinationen überwachen. Das Gerät verfügt über vielfältige  Sicherheitsfunktionen wie die automatische Sensorerkennung, den geschützten Zugriff oder auch den Schutz vor Kalibrierfehlern. Sein Split-Screen-LED-Display für einen oder zwei Kanäle ist auch in dunklen Bereichen gut sichtbar. Der Benutzer kann über einen Magnetstift auf das Gerät zugreifen. Das Atex-zertifizierte Gerät ist in einem Aluminium- oder Edelstahlgehäuse untergebracht und kann auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden. Weitere Optionen beinhalten Hart-Kommunikation, RS485-Modbus, programmierbare Relays und remote Sensoren.

7 Zertifiziertes Analysensystem zur Emissionsüberwachung

Damit Emissionsüberwachung in der EU nach einheitlichen Maßstäben geschieht, werden Überwachungssysteme nach den Zulassungskriterien der EN 15267 überprüft und zugelassen. Das bedeutet, dass die Gesamtfunktion des kompletten Analysensystems einer einheitlichen Prüfung und Zulassung unterworfen ist. Bühler Technologies ist nun in der Lage, für den Geltungsbereich der Richtlinie 2010/75/EU zertifizierte Emissionsüberwachungssysteme zu liefern. Sie entsprechen den Anforderungen nach EN 14181 QAL-1 (geprüft nach DIN EN ISO 14956) und sind nach EN 15267-3 zertifiziert. Dabei handelt es sich um sogenannte extraktive Systeme. Diese bestehen aus einer ebenfalls zertifizierten Gasentnahmesonde, mit der das Messgas aus dem Abgas oder dem Prozessgasstrom entnommen und über eine beheizte Messgasleitung dem Analysensystem zugeführt wird. Dieses umfasst die notwendigen Aufbereitungskomponenten, den Analysator und die Steuerungskomponenten. Die Verwendung des Systems ist für sichere Bereiche zertifiziert. Das Analysensystem ist in einem Stahlblechschrank mit transparenter Fronttür untergebracht und entspricht der Schutzart IP 54 nach EN 60529.

8 Mobile Emissionsüberwachung

Die mobilen Gasanalysatoren von Bühler Technologies werden in der Emissionsüberwachung, aber auch in der Prozessanalytik zur Funktionsprüfung stationärer Analysensysteme eingesetzt; außerdem auch an nicht überwachungspflichtigen Abgasanlagen sowie für Stichprobenmessungen an Prozessen. Um Prüfingenieuren die Arbeit an den teilweise nur schwer zugänglichen Einsatzorten zu erleichtern, hat der Hersteller tragbare Versionen der Serien Base und Smart entwickelt. Sie bestehen aus einer Reihe von aufeinander abgestimmten Entnahme- und Aufbereitungsgeräten mit geringem Gewicht und kompakten Abmessungen.

PCS.base und Baseline erfüllen die Mindestansprüche an Überwachungsaufgaben, die ohne beheiztes Entnahmebesteck auskommen. Das in einer flexiblen Tragetasche untergebrachte PCS.base-Aufbereitungssystem umfasst einen Gaskühler mit Partikelfilter am Ausgang. Das tragbare PCS.smart-System deckt hingegen die anspruchsvolleren Messaufgaben ab. Es beherbergt in einem stabilen Leichtbaugehäuse alle notwendigen Aufbereitungskomponenten übersichtlich und leicht zugänglich. Das PCS-smart+-System erfüllt mit seiner speziellen Kühlerausstattung auch die Anforderungen der Anwendungen, die nur geringe Auswascheffekte gemäß EN 15267 Teil 4 tolerieren können. Auf der Ausgangsseite sind optional zwei Analysatoren anschließbar. Eingangsseitig ist unter anderem der Anschluss der beheizbaren Entnahmesonde Smartline möglich. Für diese kann in der Systemsteuerung auch ein entsprechender Regler vorgesehen werden. Die Sonde enthält serienmäßig einen Partikelfilter und kann mit verschiedenen Entnahmerohren auf die jeweilige Aufgabe abgestimmt werden.

9 Vakuum-Ansaugsystem für die Gasanalyse im Rucksack

Das mobile Vakuum-Ansaugsystem VSS15 detektiert aus unterirdischen Leitungen austretendes Gas anhand von Proben aus dem Boden. Da sich Gas im Erdreich ansammelt, liegen hier deutlich höhere Konzentrationen vor als bei der klassischen Messung an der Erdoberfläche, wo es sich rasch verflüchtigt. Dieses konzentrierte Gas im Boden saugt das Spürgerät von Esders gezielt ab, um auch in schwierigen Messsituationen aussagekräftige Anzeigen zu ermöglichen, etwa bei wenig diffusionsoffenen Böden wie Lehm, Mergel, nassem Erdreich oder versiegelten Oberflächen. Das Gerät nutzt dazu eine Vakuumpumpe, kombiniert mit einem Ansaugsystem. Dieses führt einen kleinen Teilstrom der angesaugten Gasprobe dem Gasspürgerät zur Analyse zu. Es schließt eine unerwünschte Verdünnung aus und ermöglicht das Messen von Gasen auch in niedrigen Konzentrationen in kurzer Zeit. Das Vakuum-Sonden-System umfasst ein betriebsbereites Paket aus Tragesystem mit Vakuumtechnik und einen Sondensatz für alle Oberflächen, etwa eine Glockensonde mit Schwammgummi-Dichtung für unebene Böden oder eine Bohrlochsonde mit konischer Gummidichtung für Probelöcher. Beide Sonden sind in Edelstahl ausgeführt und verfügen über Grobfilter und eine integrierte Wassersperre. Herzstück des mobilen Vakuum-Ansaugsystems ist der Rucksack mit Vakuumpumpe, Filter, Wechselakku und Elektronik-Box.

10 Lecksucher für Vakuumsysteme

Der Lecksucher ASI 35 von Pfeiffer Vacuum analysiert zwar keine Gase, ermöglicht es aber, Lecks in Vakuumsystemen aufzuspüren. Sein modularer Aufbau erlaubt die Integration auch unter beengten Platzverhältnissen. Das Gerät eignet sich mit Helium oder Wasserstoff als Prüfgas für integrale und lokalisierende Prüfverfahren oder auch eine Kombination beider Verfahren. Verschiedene Betriebsmodi für Vakuumtests oder Schnüffelprüfungen sind möglich. Zykluszeiten von 1 s erleichtern auch die Schnüffellecksuche an mehreren Punkten. Der Lecksucher ist ausgelegt auf Umgebungstemperaturen bis 45 °C. Neben einer wartungsarmen Turbopumpe für hohes Helium-Saugvermögen verfügt der Lecksucher über duale und unabhängig ausgelegte, langlebige Heizfäden sowie eine moderne Elektronik.

Die Luft ist rein – CT-Produktfokus Gasmesstechnik aus CT August 2015

Aussteller Hannover Messe:

Emerson Halle 15 – G43,(07) und Halle 11 – D44
Mettler Toledo Halle 8 – D20
Bühler Technologies Halle 23 – A02
Pfeiffer Vacuum Halle 26 – D16

Heftausgabe: April 2017
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