Ohne bewegliche Teile

In vielen Industriebereichen sind brennbare Gase Bestandteile zahlreicher Prozesse und Verarbeitungsstufen. Aus verschiedenen Gründen, prozess- oder auch förderstättenbedingt bei Erdgas, kann Sauerstoff als Verunreinigung auftreten und zu brennbaren oder im ungünstigen Fall auch zu explosiven Gasgemischen führen. Daher ist eine verlässliche Sauerstoffüberwachung ein wichtiger Sicherheitsaspekt. Die häufig verwendeten zirkoniumoxidbasierten Sauerstoffsensoren könnten aufgrund ihrer hohen Arbeitstemperaturen (typisch +600 °C) selbst zu Zündquellen werden und eignen sich nicht für Gefahrenbereiche. Daher werden in Ex-Bereichen paramagnetische Sauerstoffsensoren in eigensicherer Ausführung verwendet.

Klassische paramagnetische Sensoren arbeiten mit einer drehbaren Hantel. Es sind feinmechanische Systeme, die unter rauen Einsatzbedingungen bei vielen Prozessen mit hohen Vibrations- oder Stoßbelastungen schnell an ihre Grenzen stoßen. Die feinmechanisch aufgebauten Sensoren zeichnen sich weiter durch einen sehr komplexen Aufbau aus und nutzen eine große Anzahl verschiedener Materialien und Klebstoffe, wodurch der Einsatz in korrosiven Gasen wie Chlor, aber auch im Umfeld von Wasserstoff eingeschränkt wird. Diese Nachteile werden mit der neuen Sensorgeneration, die völlig auf bewegte Teile verzichtet, ausgeräumt. Somit erschließen sich bisher ungeahnte Einsatzmöglichkeiten für diese Technologie.

In der Mitte der Messkammer wirkt ein Magnetfeld, an den Seiten des Magnetfeldes befinden sich zwei hoch stabile, glasbeschichtete Thermistoren, die bei konstanter Temperatur gehalten werden. Ein Thermistor ist weiter innerhalb des Magnetfelds angeordnet (blau), der andere außerhalb (rot). Gelangt nun ein paramagnetisches Gas wie Sauerstoff in das Magnetfeld, wird es von diesem angezogen. Hierdurch entsteht im Zentrum des Magnetfelds ein höherer Gasdruck. Gleichzeitig, bedingt durch die bei den Thermistoren herrschenden hohen Temperaturen, verringert sich der Druck in diesem Bereich. So entsteht ein Druckgradient, der einen Gasfluss verursacht. Dieser Gasfluss wird auch als magnetischer Wind bezeichnet. Durch diesen magnetischen Wind wird der innere Thermistor besser gekühlt als der äußere, wodurch sich eine Temperaturdifferenz ergibt. Eine stärkere Sauerstoffkonzentration führt zu einem stärkeren magnetischen Wind und ein stärkerer Wind bedeutet eine höhere Temperaturdifferenz zwischen den Thermistoren. Durch diese Temperaturdifferenz wird dann die Sauerstoffkonzentration bestimmt.

Basierend auf diesem Messprinzip hat Michell Instruments den Sauerstoffanalysator XTP600 zur Serienreife entwickelt. Der Analysator ist das geeignete System zur Sauerstoffüberwachung auf Öltankern, bei der Erd- und Biogasgewinnung, aber auch zur Überwachung von Prozessen in der Stahlindustrie. Das System ist besonders auch für die Wasserstoffüberwachung prädestiniert, denn viele andere Sauerstoffsensoren neigen gerade bei der Überwachung von Wasserstoff zu einem starken Driftverhalten, nicht so der XTP600. Die in der thermo-paramagnetischen Sensorzelle zum Einsatz kommende Technologie ist praktisch immun gegen Wasserstoff und arbeitet daher auch bei hohen Wasserstoffkonzentrationen zuverlässig, stabil und driftfrei. Sein Messbereich umfasst Sauerstoffkonzentrationen zwischen 0,01 und 100 %. Durch die sehr kompakte Bauweise und das praxisorientierte Design sowie die hohe Robustheit lässt sich der XTP600 ohne aufwendige Rohrleitungen direkt am Ort des Geschehens installieren. Kurze Wartungsintervalle und häufige Kalibrierzyklen sind obsolet. Trotzdem ist das Kalibrieren einfach und kann mit einfachsten Mitteln direkt vor Ort erfolgen. Beim XTP600 ist alles Notwendige integriert, es werden keine aufwendigen Kalibriergeräte oder sonstiges Sonderzubehör benötigt, lediglich ein Kalibriergas. Als Kalibriergas reicht in den meisten Fällen entweder normale Luft oder Stickstoff aus. Optional und je nach Einsatzfeld können aber auch andere Kalibriergase benutzt werden.

Der XTP600 wird in einem bereits werksseitig fertig konfigurierten, flammsicheren Gehäuse angeboten, das sich auch für die härtesten Einsatzorte mit zusätzlicher Ex-Gefährdung eignet. Dies gilt auch für besonders feuergefährliche Einsatzorte, an denen aus Sicherheitsgründen schnelle und zuverlässige Sauerstoffmessungen gefordert werden.

Der Sensor ermöglicht dabei die zuverlässige Überwachung des Sauerstoffgehalts mit einer Genauigkeit von kleiner 1 % des Anzeigewertes. Auch seine weiteren Funktionsmerkmale sind gut durchdacht: die unproblematische Energieversorgung (24 V(DC)), die integrierte Anzeige, zwei lineare Stromausgänge (0/4…20 mA), zwei zur Kompensation nutzbare Eingänge. Alles zusammen macht den XTP600 zu einem kosteneffizienten Sauerstoffmessgerät, das sich optimal in eine Vielzahl von Prozessen in den verschiedenen Industriebereichen einbinden lässt.

Für den XTP600 stehen gleich mehrere passende Probenahmesysteme für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung. Das Dusty-Gassystem OS600A ist für relativ saubere Anwendungen mit leichter Staub (Dust)-Kontamination geeignet.

Das Misty-Gassystem OS600B dient der Probenvorbereitung von Gasen, die eine nebelartige (Mist) Schmutzlast tragen oder kleine Tröpfchen von Flüssigkeiten und/oder Staubpartikel enthalten.

Das Heavy-Gassystem OS600C dient der Probenvorbereitung von stark belasteten (Heavy Loaded) Gasen, die mit Lösemitteln gesättigt sind und/oder eine hohe Luftfeuchtigkeit, hohe Temperatur bzw. einen hohen Taupunkt besitzen.

Besonders eignet sich der XTP600 Sauerstofftransmitter für Anwendungsfälle, bei denen ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Genauigkeit essenziell für die Anlagensicherheit sind. Die Ansprechzeit für eine schrittweise Änderung von max. 63 % (bei einer Genauigkeit von ±1 %) bleibt im Gesamten Messbereich bei unter 16 s, wobei das optional aktivierbare, prädiktive trendberücksichtigende Messverfahren noch deutlich schnellere Ansprechzeiten bietet.

Ein weiterer Vorteil des thermo-paramagnetischen Sensors ist auch, dass er ohne jegliche Verbrauchsmaterialien auskommt, das sorgt für niedrige Betriebs- und Instandhaltungskosten. Das abgerundete Design des Sauerstoff-Transmitters sorgt letztendlich für eine sehr einfache Handhabung.

Online-Info www.cav.de/0910485

Eine kleine hohle Hantel aus Glas, Edelstahl oder Platin wird drehbar gelagert und in einem inhomogenen Magnetfeld aufgehängt. Die Hantel neigt dazu – da sie nicht magnetisch ist und mit einem nicht paramagnetischen Gas befüllt wurde –, sich aus dem Magnetfeld herauszudrehen. Im Gegensatz dazu werden Sauerstoffmoleküle aufgrund des Paramagnetismus in das Magnetfeld hineingezogen und verdrängen die Hantel aus dem Magnetfeld. Gemessen wird die Verdrängung bzw. Drehung der Hantel, die proportional zur Sauerstoffkonzentration des gemessenen Gases ist.