Viele Prozesse in der chemischen, petrochemischen oder einer anderen Industrie haben einen „Sweet Spot“, an dem Produktausbeute, laufende Kosten und garantierte Sicherheit in einem idealen Verhältnis zueinanderstehen. Um dieses ideale Verhältnis zu erreichen und während des gesamten Prozesses aufrechtzuerhalten, ist es häufig erforderlich, die Konzentration eines oder mehrerer Gase mit kontinuierlichen Gasanalysatoren zu überwachen. Dies kann je nach Art des Prozesses und der beteiligten Gase mit großen Schwierigkeiten verbunden sein. Korrosive Gase, z. B. Chlor, können reguläre Gasanalysatoren beschädigen und bei einer Leckage können toxische Gase, wie z. B. Kohlenmonoxid (CO), freigesetzt werden. Der Gasweg des Analysators kann nicht beheizt werden oder der Messbereich ist
für die Anwendung ungeeignet. Ist neben dem überwachten Gas ein weiteres Gas vorhanden, kann es beim Nachweis zu Quereinflüssen kommen. Dies gilt z. B. für CO2 bei der Messung von CO. Auch Feuchte in der Gasmatrix kann zu Querempfindlichkeiten führen.
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In der Regel lassen sich jedoch Lösungen für solche Herausforderungen finden. Dazu bedarf es einer anpassungsfähigen Instrumentierung und eines Lieferanten, der über die Expertise, Erfahrung und Ressourcen verfügt, um mit Gasanalyselösungen die Wertschöpfung von Industriekunden zu unterstützen.
Modulares Konzept
Siemens verwendet als Plattform für individuelle Anwendungen in der industriellen Verarbeitung den kontinuierlichen Gasanalysator Siprocess GA700. Die Plattform bietet Raum für zwei unterschiedliche Module und eignet sich daher für Anwendungen, die kombinierte Gasmessungen erforderlich machen, wie z. B. in Elektrolyseanlagen. In Elektrolyseanlagen wird Wasserstoff aus Wasser hergestellt und vom gleichzeitig gewonnenen Sauerstoff getrennt. Mit dem ersten Modul des GA700 kann der O2-Gehalt im H2 und mit dem zweiten Modul der H2-Gehalt im O2 gemessen werden, wobei beide Module kostensparend in demselben Analysator untergebracht werden. Ein weiteres Merkmal des Siprocess GA700 verstärkt die Flexibilität noch: Die Module sind schnell und problemlos austauschbar, sodass der Analysator für verschiedene Prozesse mit unterschiedlichen Anforderungen an die Gasanalyse eingesetzt werden kann. Für einen einfachen Austausch sorgt das Plug-and-measure-Prinzip, das eine Neukonfiguration überflüssig macht. Die Konfigurationsdaten werden sowohl auf dem Modul als auch auf dem Grundgerät gespeichert. Daher können die Daten nach Bedarf auf das Grundgerät und zurück auf das Modul gespielt werden.
Maßgeschneiderte Varianten
Die Flexibilität des Siprocess GA700 zeigt sich nicht nur in der Möglichkeit zum Einsatz austauschbarer Module, sondern noch in weiterer Hinsicht: Siemens kann die Komponenten des Analysators individuell anpassen, um den Einsatz über die Standardanwendungen hinaus zu ermöglichen. Dazu bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten an: Dort, wo die Gefahr einer Beschädigung durch aggressive Gase besteht, können Teile aus beständigem Material integriert werden. Durch den Einbau optischer Filter lassen sich Querempfindlichkeiten zwischen Gasen minimieren. Auch die Einstellungen in der Analysatorsoftware, z. B. die Zeitkonstante oder andere Parameter, können geändert werden, um die Messkurve zu ändern oder den Analysator auf andere Weise für neue Einsatzzwecke anzupassen. Solche Änderungen der Software lassen sich in der Regel einfacher durchführen als Anpassungen der Hardware.
Beispiele für Teile aus speziellen Materialien sind z. B. Messkammern und Rohre aus Hastelloy C22 oder Edelstahl sowie Dichtungen aus Perfluorelastomeren (FFKM, Kalrez). Im Rahmen des Kundenservice können Siemens-Ingenieure den Nutzen weiterer Materialien für eine Anwendung prüfen. Dazu müssen sie allerdings die Zusammensetzung der Gasmatrix des Kunden kennen. Diese Matrix lässt sich in einem speziellen Siemens-Labor, z. B. mithilfe von Mischpumpen, simulieren. Das hergestellte Gasgemisch kann für Testzwecke oder zur richtigen Justierung des Analysators verwendet werden. Für die Arbeit mit toxischen oder aggressiven Gasen verfügt Siemens über entsprechend ausgestattete und besetzte Labore in Deutschland und Frankreich, die für alle Gase zugelassen sind. Dort wurden z. B. Lösungen für Vinylchlorid, Ethylenoxid, Stickstoffmonoxid (3 %), Chlorwasserstoff und andere brennbare, explosive oder gefährliche Gase entwickelt.
Industriekunden, die eine maßgeschneiderte Lösung brauchen, füllen zunächst ein Onlineformular mit den relevanten Daten, Spezifikationen und Anwendungsanforderungen aus. Anschließend erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Kunden und meist in mehreren Feedback-Schleifen die Ausarbeitung einer maßgeschneiderten Lösung, die Diskussion der Machbarkeit, die Durchführung von Tests (falls erforderlich) sowie die Herstellung und Auslieferung des passgenauen Gasanalysators in einem vorgegebenen Zeitrahmen.
Austauschbare Module
Der kontinuierliche Gasanalysator Siprocess GA700 kann mit zwei der drei Module Ultramat 7, Oxymat 7 und Calomat 7 bestückt werden. Für den Einbau kann man je nach Anforderungen ein Gehäuse zur Wandmontage oder ein 19“-Einschubgehäuse mit drei Höheneinheiten wählen. Die Software ist mehrsprachig und für einen weltweiten Markt gedacht.
Das Modul Ultramat 7 ist der Spezialist für komplexe Gasgemische und misst Gase, deren Absorptionsbanden im infraroten Wellenlängenbereich liegen (z. B. CO, CO2, SO2, NO, CH4, C2H4, N2O, NH3). Eine integrierte Korrekturfunktion für Störgase ist optional verfügbar. Die Wartungskosten sind niedrig, da die Analyseküvetten bei Bedarf einfach vor Ort gereinigt werden können. Das Modul Oxymat 7 ist eine paramagnetische Sauerstoffmesseinheit, die für kleine Messbereiche geeignet ist (0 bis 0,5 % O2). Die Erschütterungskompensation und die Möglichkeit der physikalischen Nullpunktunterdrückung (99,5 bis 100 % O2) führen zu sehr zuverlässigen und präzisen Messungen. Mögliche Anwendungen sind Qualitätsüberwachung, Reinheitsüberwachung und sicherheitsrelevante Sauerstoffmessungen. Das Modul Calomat 7 führt auf Basis der gemessenen Wärmeleitfähigkeit eine quantitative Bestimmung von z. B. H2, He, Ar, CO2 oder CH4 in binären oder quasibinären Gasgemischen durch. Mit seiner hohen Messbereichsdynamik ist der Calomat 7 die ideale Lösung für unterschiedliche Einsatzbereiche, wie z. B. Sicherheitsüberwachung, Schutzgasüberwachung und Hydro-ArgonGaskontrolle. Außerdem eignet sich der Calomat 7 sehr gut für die wachsende weltweite wasserstofferzeugende Industrie.
Neben den flexiblen Modulen wird eine Siprocess-GA700-Variante mit speziellem Gehäuse angeboten: ein Feldbediengerät mit Ex-d-Gehäuse und ein Ex-d-Feldmodul, zwischen denen eine Kabelverbindung besteht. Das druckfest gekapselte Gehäuse des Feldmoduls enthält ein Oxymat-Modul mit erweitertem Temperaturbereich bis 50 °C und Schutzklasse IP 65. Die ermöglicht den Einsatz an explosionsgefährdeten Standorten. Die Lösung ist äußerst flexibel, da Feldbediengerät und Feldmodul separat montiert werden können.
Siemens AG, Nürnberg
Autor: Michael Meyer
Produktmanager Kontinuierliche Gasanalyse,
Siemens
