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Bernd Rist

Der Einzelbetrieb mit gleich bleibenden Einsatzstoffen, End- und Nebenprodukten ist das Standardbeispiel für den sicheren und kostengünstigen Einsatz von Wärmetönungssensoren.

Diese Sensoren verbrennen katalytisch die zu messende Substanz und erhöhen dadurch ihre Temperatur. Diese Temperaturerhöhung führt zu einer Erhöhung des inneren elektrischen Widerstandes des Sensors. Der Widerstand ist eine einfach zu messende elektrische Größe. Die Sensoren sind dementsprechend einfach aufgebaut und daher preisgünstig.

Wärmetönungssensoren detektieren alle brennbaren Substanzen – jedoch nicht mit gleicher Empfindlichkeit: Eine Gaswarnanlage muss also auf die zu messende Substanz justiert werden. Wertvolle Hinweise zum Betrieb von Gaswarneinrichtungen gibt das Merkblatt BGI 518 der BG Chemie.

Die hier beschriebene Gaswarneinrichtung stellt eine messtechnisch saubere Problemlösung dar, die bei regelmäßiger Wartung zuverlässige und genaue Messergebnisse liefert. Es ist allerdings darauf zu achten, dass die Betriebsbedingungen gleich bleiben. Wechseln z. B. die Einsatzstoffe, ist zu prüfen, ob diese ebenfalls ausreichend genau angezeigt werden. Im Zweifelsfall ist eine neue Justage erforderlich.

Darüber hinaus ist zu prüfen, ob nicht etwa Substanzen vorkommen, die den Katalysator vergiften können, ob über einen längeren Zeitraum hohe Konzentrationen anstehen können oder ob Sauerstoffmangel auftreten kann. Ist dies der Fall, muss in kürzeren Intervallen kalibriert oder sogar auf alternative Messtechnik umgerüstet werden.

Ein typisches Beispiel für ein Gaswarnsystem mit Wärmetönungssensoren ist der Compur Statox 501 HRC. Der Controller des Statox 501 kann per Tastendruck auf verschiedene Brückenspannungen programmiert werden, so dass für jede Applikation der optimale Sensor ausgewählt werden kann. Wenn Flüssigkeiten detektiert werden sollen, bietet der Hersteller eine Bestimmung des Referenzfaktors Flüssigkeit/Standard-Kalibriergas an.

Im Falle eines Chemiestandortes mit vielen unterschiedlichen Betrieben und einer zentralen Betreuung sieht sich der Instrumentierer und Betreuer mit zahlreichen verschiedenen Anwendungsfällen und unterschiedlichen Messgasen konfrontiert. Da liegt es nahe, sich ein Messsystem zu suchen, das möglichst alle Problemstellungen bewältigen kann. Ein solches System ist, wenn auch mit einigen Einschränkungen, der Wärmetöner. Er zeigt zwar alles an, was explodieren könnte, aber leider mit unterschiedlicher Empfindlichkeit. Wenn man aber seine Ansprüche an die messtechnischen Eigenschaften nicht zu hoch schraubt, kann man mit dieser Technologie sehr weit kommen. Zunächst sind vier Prämissen zu beachten:

Vor diesem Hintergrund gilt es nun, eine Standardjustage zu finden, die zwar in manchen Fällen viel zu früh Alarm auslöst, niemals aber zu spät. Eine Möglichkeit ist z. B. die Kalibrierung nahezu aller Messköpfe am Standort auf eine Referenzsubstanz. Gebräuchlich ist hier Nonan. Nonan hat als Einsatzstoff keine Bedeutung, wird aber, da Wärmetöner wegen der sehr niedrigen UEG (Untere Explosionsgrenze) vergleichsweise unempfindlich darauf reagieren, gerne als Referenz herangezogen. Eine Nonanjustierung nennt man daher häufig auch Sicherheitskalibrierung. Allerdings ist Nonan eine Flüssigkeit. Um eine Feldkalibrierung mit vertretbarem Aufwand zu gewährleisten, sollte man für jeden Sensor den Referenzfaktor zu einem Gas ermitteln oder vom Hersteller ermitteln lassen.

Gebräuchlich an einigen Chemiestandorten ist auch die Einstellung auf 0 – 10 % UEG Ethylen.

Zwar macht man bei der generellen Kalibrierung auf eine Referenzsubstanz erhebliche Kompromisse bei der Messgenauigkeit, kann aber die Kosten für Wartung, Ersatzteilhaltung und die Bereitstellung von Kalibriergas erheblich reduzieren.

Eine solche generelle Problemlösung ist aber nur dann empfehlenswert, wenn die Betriebsbedingungen sehr genau analysiert wurden. Vor allem muss sichergestellt sein, dass keine Katalysatorgifte auftreten können. Außerdem sollte gewährleistet sein, dass das eingesetzte Gaswarnsystem bei der Justierung alle potenziell vorhandenen Gase empfindlich genug anzeigt..

Ein typischer Vertreter dieser Kategorie ist der Compur Statox 501 ARE. Er ist auf die möglichst empfindliche Anzeige aller Arten von Treibstoffen und Lösemittel optimiert. Seine Standardkalibrierung ist aber eine Referenzkalibrierung auf 0 – 10 % UEG Ethylen.

Bei einem Chemiestandort mit unterschiedlich autarken Betrieben kennt der einzelne Betrieb seine Einsatzstoffe, Neben- und Endprodukte natürlich selbst am allerbesten. Handelt es sich dabei um Kohlenwasserstoffe, bietet sich eine Messung nach dem Prinzip der Infrarotabsorption an. Infrarotsensoren haben den Nachteil, nur bestimmte Stoffgruppen detektieren zu können. Im Falle einer Ex-Messung handelt es sich dabei fast immer um Substanzen mit einer C-H-Bindung, die Licht von 3,4 mm bzw. 3,3 mm bei ungesättigten KW absorbiert.

Kann also sichergestellt werden, dass Explosionsgefahr nur durch Kohlenwasserstoffe entstehen kann und nicht etwa durch andere Substanzen wie Wasserstoff oder Ammoniak, sollte man die Vorteile dieses Messprinzips nutzen. Der wichtigste Vorteil ist die Resistenz gegen Katalysatorgifte und hohe Konzentrationen. Außerdem kann IR-Messtechnik auch bei Sauerstoffmangel betrieben werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Ausfall wichtiger Komponenten wie z.B.. der Lampe oder des Detektors als Totalasorption detektiert wird und zu einem Alarm führt. Die meisten Infrarotsensoren sind so genannte Zweistrahler, d. h. ein Referenzstrahl mit einer anderen Wellenlänge kompensiert Einflüsse durch Instabilität der Lampe, Schmutz und Korrosion. Bei der Kalibrierung wird letztlich nur noch geprüft, ob das Messgas ungehindert zum Sensor gelangt. Eine Justierung wird in den seltensten Fällen erforderlich sein. Selbstredend kann man bei dieser Technologie längere Wartungsintervalle rechtfertigen. Das bereits oben zitierte Merkblatt lässt z. B. für Systeme mit Selbstdiagnoseverfahren doppelt so lange maximale Kalibrierintervalle zu.

Die Anwendbarkeit dieser Technik beschränkt sich nicht auf den Messbereich 0 – 100 % UEG. Substanzen mit zahlreichen C-H-Bindungen, wie Treibstoffe und Lösemittel, absorbieren IR-Licht in sehr starkem Maße. Sie können daher bereits im ppm-Bereich detektiert werden.

Das Ausgangssignal des optischen Detektors ist temperaturabhängig und nicht linear. Um das Signal in ein verwertbares Standardformat zu bringen, muss es linearisiert und auf Temperatureinflüsse kompensiert werden. Im Detektor wird also schon einige Elektronik benötigt. Ein Infrarot-Gaswarnsystem ist dementsprechend teuer in der Anschaffung, aber es ist auch komfortabler in der Bedienung und benötigt weniger Wartungsaufwand. Diese Technologie ist daher erste Wahl für einen Betrieb, der möglichst wenig Kapazität zur Betreuung seiner Messtechnik bereitstellen kann oder will.

Ein typisches High-End-Gerät ist der Compur-Statox 501 IR. Sein Edelstahlgehäuse mit integrierter Anschlussdose ist nahezu unzerstörbar und trotzt mit der Schutzart IP 67 jedem Wetter. Als Vertreter dieser Kategorie bietet der Statox 501 IR allen Komfort für den Betreiber: Ein-Mann-Kalibrierung, ohne extra Programmiereinheit, Menüführung bei der Parametrierung, galvanische Trennung und vieles mehr.

Mit dem Statox 501 IR-LC bietet Compur Monitors eine preisgünstige Lösung an. Dieser Messkopf besteht aus einem Anschlussgehäuse in EEx-e-Ausführung und einem Sensor mit integrierter Elektronik. Der IR-Sensor lässt sich mit der gleichen Spannung betreiben wie ein Wärmetöner und sein Ausgangssignal entspricht ebenfalls dem eines Wärmetönungssensors.

Die wichtigsten Vorteile eines Infrarot-Gaswarnsystems sind nun fast zum gleichen Preis erhältlich wie ein Wärmetöner. Außerdem können existierende Gaswarnanlagen auf Infrarot aufgerüstet werden, ohne die gesamte Hardware zu ersetzen.

Natürlich kann der Minichip dieses Sensors nicht die gleiche aufwändige Signalaufbereitung liefern wie die Elektronik eines Infrarot-Messsystems. Wer aber damit zufrieden ist, wenn seine Gaswarnanlage am Alarmpunkt vernünftige Messwerte liefert, und damit leben kann, dass das Signal bei Extremtemperaturen einige Prozent abweicht, für den mag diese Technologie eine kostengünstige Alternative sein.

Bedienerkomfort wie Ein-Mann-Kalibrierung, Anzeige vor Ort, Menüführung Stand-alone-Fähigkeit etc. ist natürlich zu diesem Preis nicht zu haben. Die Vergiftungssicherheit kombiniert mit längeren Wartungsintervallen mag trotzdem so manchen Anwender überzeugen.

Der Statox 501 IR LC bietet die entscheidenden Vorteile eines Infrarotsystems, nicht aber den Bedienungskomfort und die messtechnische Genauigkeit eines High-End-Gerätes. Die vom Sensor benötigte Betriebsspannung entspricht der der gängigen Wärmtönungssysteme. Daher eignet er sich ideal zum Nachrüsten von Systemen, die mit Wärmetönungssensoren nicht optimal arbeiten.

Halle 4.1, Stand O15

cav 491

BG Chemie

Europäische Agentur für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz

Gaswarngeräte bei „Wer liefert was?“