Probennahme und Analyse sind nicht mehr unzertrennlich

Repräsentative Gasprobennahme zur Bestimmung von Gaskennwerten

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11.06.2019 Um die Gasqualität im Gasnetz zu analysieren, kommen bislang direkt an der Messstelle Prozess-Gaschromatographen (PGC) zum Einsatz. Durch einen mobilen Gas-Probennehmer lassen sich Probennahme und -analyse entkoppeln. Das reduziertAnschaffungskosten von Analyseequipment.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Um die Gasqualität im Gasnetz zu analysieren, kommen bislang direkt an der Messstelle Prozess-Gaschromatographen zum Einsatz. Diese sind damit für den gesamten Zeitraum der Bestimmung vor Ort gebunden.
  • Ein mobiler Gasprobennehmer sorgt für eine repräsentative Probennahme und erlaubt es, die Probenanalyse davon entkoppelt im Labor durchzuführen.
  • Dies spart Anschaffungskosten beim Analyseequipment.

Chain breaking

Bild: Matthias Haas – AdobeStock

Ist eine permanente Messung des Brennwertes erforderlich, so sind fest installierte PGC-Systeme mit integrierter Messtechnik die beste Wahl. Sind die Brennwerte allerdings an verschiedenen Messpunkten nur in Intervallen von einigen Monaten zu bestimmen, kommen mobile Systeme zum Einsatz. Hierfür sind mobile PGCs verfügbar, bei denen das komplette Messsystem für die Dauer der Probenanalyse vor Ort steht. Die Dauer der Probenanalyse beträgt bei der Brennwertbestimmung typischerweise zwischen vier und sieben Tage. Somit ist der teure Gaschromatograph für die komplette Zeit der Brennwertbestimmung vor Ort blockiert und lässt sich nicht für andere Messungen nutzen.

Repräsentative Probennahme

Im mobilen Gas-Probennehmer Gaspro von EP Ehrler Prüftechnik lassen sich dem Gasnetz in einen Probenzylinder eine definierte Anzahl an Einzelproben entnehmen. Durch einen optimierten Probennahmeprozess haben alle Einzelproben dieselbe Masse bzw. dasselbe Normvolumen. Dies stellen eine automatische Ventilsteuerung und eine hochgenaue Differenzdruck-Messung sicher. Die Gasmischung im Probenzylinder spiegelt somit die durchschnittliche Gasqualität des Gases im Gasnetz während des kompletten Entnahmezeitraums wider. Der Probenzylinder enthält also eine repräsentative Gasmischung, die sich im Anschluss an die Probennahme in einem Labor untersuchen lässt. Die teure Messtechnik für dieProbenanalyse kann im Labor verbleiben.

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Der mobile Probennehmer besteht aus zwei Funktions- und Gehäuseteilen. Bild: Ehrler Prüftechnik

Der mobile Probennehmer besteht aus zwei Funktions- und Gehäuseteilen. Die gastechnischen Bauteile sind im oberen Bereich angeordnet, der auch Atex-konform ist. Die Steuerungstechnik befindet sich im unteren Gehäuseteil. Hier ist außerdem Platz für eine optionale Batterie. Die Aufbaumöglichkeit im Freien und die autarke Stromversorgung gestatten eine mobile und flexible Nutzung des Probennehmers an den meisten Standorten. Inbetriebnahme und Bedienung des Gerätes sind einfach und benutzerfreundlich. Die Dauer der Probennahme und die Zykluszeit ist entsprechend der Kundenanwendung frei parametrierbar. Eine typische Probennahme erfolgt über vier Tage mit einer Zykluszeit von 15 min.

Abweichungen im Promillebereich

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig hat den Gasprobennehmer in Laborversuchen eingehend getestet. Dort wurden die Flaschengase Methan und Stickstoff mit unterschiedlichen Probennahmeparametern im Probennehmer gesammelt und anschließend chromatographisch analysiert. Dabei lagen die Abweichungen bei der Brennwertbestimmung inklusive Analyse im Vergleich zum Sollwert unter 0,05 kWh/m³. Zusätzlich wurden mehrere Feldversuche bewertet. Hier wurden an verschiedenen Standorten in Deutschland Gaskennwerte mit mobilen und stationären PGCs bestimmt. Im Vergleich dazu erfolgte eine parallele Probennahme mit dem mobilen Gasprobenehmer vor Ort und eine anschließende Analyse der Gasproben mittels Chromatograph im Labor. Der Vergleich der Ergebnisse zeigte Abweichungen unterhalb des Promillebereichs.

Die Fehlergrenze des Gas-Probensammlers einschließlich der Bestimmung der Zusammensetzung der Sammelprobe muss die Fehlergrenzen für ein entsprechendes Messgerät einhalten. Beim Brennwert liegt diese Fehlergrenze für typische Erdgase bei HS = 0,112 kWh/m³. Mit den Versuchen der PTB ist auch experimentell gezeigt, dass sich mit dem Gerät eine repräsentative Probe aus dem Gasnetz entnehmen lässt, deren Analyse ortsunabhängig zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden kann. Ein Gutachten der PTB hat die Eignung des mobilen Probennehmers zur Validierung von Systemen zur Gasbeschaffenheits-Verfolgung kürzlich bescheinigt.

Verschiedene Anwendungsmöglichkeiten

Der Gas-Probennehmer wurde in Zusammenarbeit mit Smartsim aus Essen für die Validierung von deren System zur Gasbeschaffenheits-Verfolgung entwickelt. Mit diesem Verfahren lässt sich rechnerisch mittels Simulation ein individueller Brennwert bestimmen, der dem Endkunden zugeordnet werden kann. Durch diese Digitalisierung entfallen aufwendige und teure Brennwertangleichungen, etwa durch die Flüssiggas-Konditionierung. Dies erlaubt dem Gasnetzbetreiber eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Einspeisung aus verschiedenen Gasquellen, inklusive energieeffizienter, regenerativ erzeugter Gase. Das Verfahren wurde seit 2015 bereits in diversen Gasnetzen erfolgreich implementiert.

Um das Verfahren zu validieren, müssen die Brennwerte an statistisch relevanten Knotenpunkten im Gasnetz regelmäßig mit eichamtlichen Messmethoden verifiziert werden. Bei dieser routinemäßigen, messtechnischen Prüfung kommt der mobile Gas-Probennehmer zum Einsatz. Dieser eignet sich hier aufgrund seiner vergleichsweise geringen Anschaffungskosten, dem mobilen Einsatz auch im Freien sowie eine einfache und parametrierbare Gasprobennahme für diese Anwendung besonders. Die simulierten Gaskennwerte werden regelmäßig mit den tatsächlichen Analysewerten aus dem Probennehmer verglichen.

Darüber hinaus bieten sich für den mobilen Probennehmer noch eine ganze Reihe weiterer Anwendungsmöglichkeiten. Wann immer eine Bestimmung von Gaskennwerten erforderlich ist, kann das Gerät zum Einsatz kommen, um die Probennahme und Probenanalyse zu trennen. Ein Beispiel ist die Bestimmung der Erdgasqualität in Bezug auf die Einhaltung des DVGW-Regelwerks, etwa an Netzkopplungspunkten oder in Versorgungsgebieten mit Einspeisung unterschiedlicher Gasbeschaffenheiten. Aber auch für die Bestimmung von Gaskennwerten bei Biogasanalagen oder für die Bestimmung der Wasserstoffreinheit und -konzentration bei Power-to-Gas-Anlagen kann sich der mobile Probennehmer lohnen.

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Heftausgabe: Juni/2019
Kerstin Bauereiß, Produktmanagement, EP Ehrler Prüftechnik

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