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Das richtige Messverfahren für den jeweiligen Anwendungsfall

Benzol vor Ort messen
Das richtige Messverfahren für den jeweiligen Anwendungsfall

Das richtige Messverfahren für den jeweiligen Anwendungsfall
CMS ? selektives Benzol-Messsystem mit optoelektronischer Auswertung und Datenspeicher. Zehn miniaturisierte Röhrchen sind bruchsicher in einem klaren Kunststoffchip untergebracht.
An Messsysteme zur Überwachung von Benzolkonzentrationen in Chemieanlagen werden hohe Anforderungen gestellt. Das System sollte einfach zu bedienen sein und muss auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse liefern. Um eine hohe Sicherheit zu gewährleisten, sollte das Messergebnis möglichst binnen weniger Minuten vorliegen. Im Folgenden werden drei Messsysteme gegenübergestellt.

Aufgrund seines schnellen Ansprechverhaltens eignet sich ein PID hervorragend zur Leckagesuche

Dräger-Röhrchen stellen ein manuelles, selektives Benzol-Messsystem dar, das keiner Kalibrierung bedarf
CMS ? selektives Benzol-Messsystem mit optoelektronischer Auswertung und Datenspeicher. Zehn miniaturisierte Röhrchen sind bruchsicher in einem klaren Kunststoffchip untergebracht.
An Messsysteme zur Überwachung von Benzolkonzentrationen in Chemieanlagen werden hohe Anforderungen gestellt. Das System sollte einfach zu bedienen sein und muss auch bei rauen Umgebungsbedingungen genaue Ergebnisse liefern. Um eine hohe Sicherheit zu gewährleisten, sollte das Messergebnis möglichst binnen weniger Minuten vorliegen. Im Folgenden werden drei Messsysteme gegenübergestellt.
Benzol hat eine karzinogene Wirkung auf den menschlichen Organismus. Die langfristige Exposition kann Leukämie hervorrufen und beeinflusst Knochenmark und Blutproduktion. Werden Benzoldämpfe inhaliert, ist davon auszugehen, dass etwa 50 % im Körper retiniert werden. Der in Deutschland gültige TRK-Wert (Technische Richt-Konzentration) für Benzol liegt daher bei 1 ppm (3,25 mg/m³). Die vorangehend beschriebene physiologische Wirkung macht das Messen von Benzol an verschiedenen Arbeitsplätzen erforderlich. Beispielsweise bei dem für Inspektionsarbeiten erforderlichen Herunterfahren von Raffinerien, dem Shutdown oder Turnaround, ist Benzol eine der wichtigsten zu messenden Substanzen. Typischerweise müssen hier Messungen vor dem Begehen enger Räume, also Confined-Space-Messungen, durchgeführt werden.
An das Messverfahren werden hohe Anforderungen gestellt: Das Messsystem muss empfindlich und genau genug sein, um auch Konzentrationen im Bereich unterhalb des TRK-Werts, also unterhalb 1 ppm, sicher erfassen zu können. Das Messergebnis muss möglichst kurzfristig ? typischerweise binnen weniger Minuten ? vorliegen. Weiterhin sollte das Messsystem im Wesentlichen frei von Querempfindlichkeiten sein. Das heißt, dass andere im Arbeitsbereich vorkommende Substanzen wie Kohlenwasserstoffe oder Aromaten das Messergebnis nicht beeinflussen dürfen. Im Folgenden sollen die drei Messsysteme Photoionisationsdetektoren (PID), direktanzeigende Prüfröhrchen und Chip-Mess-Systeme (CMS) hinsichtlich der oben genannten Kriterien betrachtet werden.
Ionisationsverfahren
Das Messprinzip eines Photoionisationsdetektors (PID) beruht auf der Ionisation der in der Messkammer befindlichen Analyten. Üblicherweise liegt die Nachweisgrenze eines PID im Bereich von 0,5 ppm und darunter. Mithin erreicht ein PID die erforderliche Empfindlichkeit zum Nachweis niedriger Benzolkonzentrationen. Mit Pumpe ausgestattete PID-Geräte zeigen ein kurzes Ansprechverhalten, und das Messergebnis liegt binnen einiger Sekunden vor. Aus diesem Grunde können PIDs auch optimal zur Quellen- oder Leckagesuche eingesetzt werden. Konzentrationsänderungen des Analyten lassen sich schnell nachweisen. Bei vielen PID-Geräten ist das Einstellen von Alarm-Grenzwerten möglich, so dass das Messgerät beim Überschreiten einer bestimmten Konzentration den Nutzer durch einen optischen und akustischen Alarm warnt. Darüber hinaus ermöglichen viele PID-Geräte Datenmanagement. So kann beispielsweise beim Dräger-Multi PID 2 zwischen verschiedenen Speicherintervallen gewählt werden. Durch das Abspeichern von bis zu 15 000 Datenpunkten lassen sich über den Messzeitraum innerhalb eines Intervalls die Minimal-, Maximal- und Durchschnittskonzentration bestimmen und speichern. Mit Hilfe der Software GasVision ist eine einfache Auswertung der Daten in grafischer oder tabellarischer Form möglich.
Beim Einsatz eines PID ist zu bedenken, dass normalerweise eine tägliche Kalibrierung erforderlich ist. Grund hierfür ist die mögliche Verschmutzung der UV-Lampe. Der Multi PID 2 hat einen speziellen Softkey für die Kalibrierung, mit dessen Hilfe die gesamte Kalibrierung, also Nullpunkt- und Konzentrationseinstellung, über sehr wenige Schritte möglich ist. Außerdem ist beim Einsatz eines PID zu berücksichtigen, dass aufgrund des Ionisationsprinzips keinerlei Selektivität besteht. Das bedeutet, dass organische Substanzen als Summe erfasst werden. Zum Umgehen dieses Mankos bieten einige Hersteller inzwischen spezielle Vorröhrchen an, die Benzol selektiv durchlassen, andere Aromaten und Aliphaten jedoch adsorbieren sollen. Hierdurch geht jedoch der Vorteil des schnellen Ansprechens verloren und bei einer Überladung des Vorröhrchens brechen die anderen Substanzen durch.
Direkt anzeigende Prüfröhrchen
Dräger bietet eine Palette von mehr als 250 verschiedenen Röhrchen an. Beim Einsatz dieser Methode kann neben Benzol eine Reihe weiterer Substanzen gemessen werden. Das Prinzip beruht auf dem Durchsaugen der zu untersuchenden Luftprobe durch ein im Röhrchen befindliches Reagenzsystem. Die Länge der Verfärbung gibt direkt Auskunft über die Konzentration des Analyten und kann an der dem Röhrchen aufgedruckten Skala direkt abgelesen werden. Für die Messung von Benzol werden verschiedene Röhrchen angeboten, die selektiv sind, d.h., dass Konzentrationen von aromatischen und anderen Kohlenwasserstoffen selbst im Bereich von einigen hundert ppm nicht stören. Es kann zwischen manuellem und automatischem Pumpenbetrieb gewählt werden. Viele Anwender sehen den Vorteil der manuellen Handpumpe (Dräger accuro) darin, dass keine Energiequelle erforderlich ist. Auch in Bezug auf Explosionsschutz ist ein ohne Energieversorgung betriebenes System unproblematischer.
Die Anzeigenlänge der Röhrchen wird mit dem bloßen Auge ausgewertet. Hierbei sind subjektive Ablesefehler nicht hundertprozentig auszuschließen. Dies gilt insbesondere bei schlechten Lichtbedingungen oder Umgebungseinflüssen, wie Regen etc. Nachteilig kann auch sein, dass bei jeder Messung ein gebrauchtes Röhrchen anfällt. Die Messdauer für niedrige Benzolkonzentrationen liegt außerdem im Bereich einiger Minuten.
Miniaturisiertes System
Beim Chip-Mess-System (CMS) handelt es sich um die logische Weiterentwicklung der Dräger-Röhrchen-Technologie. Hierbei wurde aufbauend auf den Erfahrungen in der Entwicklung chemischer Reagenzsysteme ein miniaturisiertes Röhrchensystem entwickelt. Zehn miniaturisierte Röhrchen bzw. Messkanäle sind bruchsicher in einem klaren Kunststoffchip untergebracht. Ein Chip ermöglicht zehn Messungen einer Substanz, kann also mit einer Packung der klassischen Dräger-Röhrchen verglichen werden. Die Beaufschlagung des im Chip befindlichen Reagenzsystems erfolgt über den Einsatz des CMS-Analyzers. Der Chip wird in den CMS-Analyzer geschoben, über einen Schiebeschalter erfolgt die Aktivierung eines Messkanals im Chip, und die zu untersuchende Luftprobe wird durch diesen Messkanal gesaugt. Je nach Konzentration des Analyten verfärbt sich das im Messkanal befindliche Reagenzsystem mehr oder weniger schnell. Ein auf Diodentechnologie beruhendes optoelektronisches System wertet die Geschwindigkeit dieser Farbveränderung aus und berechnet die Konzentration des Analyten, die als Zahlenwert auf dem Display angegeben wird. Die Zeitdauer bis zur Ausgabe des Messergebnisses ist abhängig von der Konzentration. Hohe Konzentrationen führen zu einer schnellen Durchfärbung des Messkanals und damit zu einer schnellen Ausgabe des Messergebnisses. Für die Benzolmessung bedeutet dies, dass bei Konzentrationen von 10 ppm das Messergebnis binnen 30 s Sekunden vorliegt, bei Konzentrationen von 0,2 ppm liegt das Messergebnis in 5 min vor. Somit wird der Anwender bei hohen Konzentrationen früher gewarnt. Der Analyzer speichert bis zu 50 Messergebnisse mit Datum, Uhrzeit und Orts-Codierung ab. Für das CMS gelten die bei den Röhrchen genannten Vorteile: Es handelt sich um ein kostengünstiges System, der Preis für einen Chip liegt in gleicher Größenordnung wie der Preis einer Packung Röhrchen, der Analyzer liegt in ähnlicher preislicher Größenordnung wie eine automatische Pumpe. Die Bedienung des Systems ist erheblich einfacher als die Bedienung von Prüfröhrchen: Ein Brechen von Glasspitzen ist nicht erforderlich, das Zählen von Hüben oder Auswerten einer Farblänge entfällt. Auch beim CMS handelt es sich um ein diskontinuierliches Messsystem. Das Messergebnis liegt jedoch schneller vor als das Röhrchenmessergebnis. Bei den Messungen fällt erheblich weniger Verbrauchsmaterial an als bei der Messung mit Röhrchen. Mittlerweile werden 55 verschiedene Chips angeboten. Damit ist noch nicht die Anzahl mit Prüfröhrchen messbarer Substanzen erreicht.
Der Anwender entscheidet
Letztlich bleibt es dem Anwender überlassen, welches Messsystem am besten seinen Wünschen entspricht. Ein Unterschied zwischen PID auf der einen Seite und direktanzeigenden Prüfröhrchen bzw. CMS auf der anderen Seite liegt im deutlich niedrigen Anschaffungspreis der beiden letztgenannten Messsysteme. Auch die Tatsache, dass keine Kalibrierung erforderlich ist und dass insbesondere CMS extrem leicht zu bedienen ist, dürfte als deutlicher Vorteil der beiden diskontinuierlichen Messsysteme gewertet werden. In Selektivität und Flexibilität sind Röhrchen und CMS dem PID ebenfalls überlegen. Für die Erfassung von Summenparametern ist der PID das System der Wahl. Auch für die Leckagesuche ist der PID aufgrund seiner höheren Ansprechgeschwindigkeit besser geeignet als Röhrchen oder CMS.
cav 428
Oliver Schirk
Ohne Titel
Weitere Details zu den Messystemen
Informationen zu TRK-Wert von Benzol
VDI-Richtlinie 3482 Blatt 1 „Messen gasförmiger Immissionen“
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