Nah ran an den Prozess. Ex-Schutz für TOC-Messtechnik - prozesstechnik online

Ex-Schutz für TOC-Messtechnik

Nah ran an den Prozess

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TOC-Messsysteme bestimmen den gesamten organischen Kohlenstoffgehalt in vielen Wasserarten in der Prozessindustrie. Die Installation der Analysatoren erfolgt häufig so nah wie möglich am Prozess. In einigen Anlagen können am Einsatzort explosive Gase, Dämpfe, Nebel oder auch Stäube auftreten. Aus diesem Grund müssen besondere Vorkehrungsmaßnahmen getroffen werden.

Autor Dr. Werner Arts Vorstand, LAR Process Analysers

Die Anforderungen an die Beschaffenheit explosionsgeschützter Geräte und Schutzsysteme sowie den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen werden in den Atex-Richtlinien 94/9/EG (Atex 95) und 99/92/EG (Atex 137) definiert. Ferner werden Maßnahmen zur Sicherheit der dort Beschäftigten festgelegt. Es wird zwischen drei Maßnahmen zum Ex-Schutz unterschieden. Der primäre Ex-Schutz gilt der Vermeidung von explosionsfähiger Atmosphäre. Der sekundäre Schutz muss getroffen werden, wenn primäre Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von explosiven Atmosphären gar nicht oder nur unvollständig umgesetzt werden können. In diesem Fall müssen Zündquellen, die eine Explosion auslösen könnten, vermieden werden. Der tertiäre (konstruktive) Schutz findet Einsatz, wenn das Auftreten explosionsfähiger Atmosphäre nicht sicher vermieden und auch deren Zündung nicht ausgeschlossen werden kann. In diesem Fall müssen Maßnahmen getroffen werden, die die Auswirkungen einer Explosion auf ein unbedenkliches Maß beschränken, z. B. durch explosionsdruckfeste Bauweisen (Ex d) sowie eine Überdruckkapselung (Ex p), Flammensperren oder Explosionsunterdrückungssysteme wie Lösch- oder Schnellschlusseinrichtungen.
Ex-geschützte TOC-Analysatoren
In der Praxis werden TOC-Geräte (engl. Total Organic Carbon) so nah wie möglich am Prozess installiert. Ziel ist es, Probetransportwege und daraus resultierende Messzeitzyklen zu minimieren. Aufgrund explosiver Atmosphären werden die Geräte häufig in einem explosionsgeschützten, zertifizierten Container installiert, der den Ansprüchen des jeweils benötigten Ex-Schutzes entspricht. Der Bau eines solchen Containers ist kostenintensiv und der Zugang ist meist beschränkt, da ein Zutritt ohne besondere Sicherheitsvorkehrungen nicht möglich ist. Stand-alone-Analysatoren, die direkt mit zertifizierten Schutzgehäusen geliefert werden, schaffen Abhilfe. Ein solches kann zum doppelten Schutz jedoch auch in einen Container verbaut werden, um den Zugang zu diesem zu erleichtern.
Verschiedene Zündschutzarten können die Entzündung eines explosionsfähigen Stoffes verhindern. So fasst die Norm DIN EN 60079- 0:2014-06 alle zu verallgemeinernden Forderungen, die an Betriebsmittel gestellt werden, zusammen. Spezielle Zündschutzartnormen können die Forderungen ergänzen oder ausheben. LAR setzt bei ihren Online-Messgeräten eine Überdruckkapselung (Ex p) gemäß der Norm DIN EN 60079-2:2010-11 ein. Ziel der Norm ist es, die Bildung von explosionsfähigen Atmosphären durch einen Überdruck im Ge-räteinneren zu verhindern. Ebenfalls soll die Bildung von explosionsfähigen Gemischen durch die Zufuhr von Zündschutzgasen vermieden werden.
Bevor die Geräte der LAR in Betrieb gehen, wird ein automatischer Spülvorgang mit Druckluft durchgeführt. So wird das Gerät von eventuell explosiven Gasen gereinigt und ein Überdruck von 7 bis 10 mbar erzeugt. Nach Abschluss der Spülung wird der Druck auf 2 bis 3 mbar reduziert. Ein Eindringen von explosiven Mischungen ist unmöglich – das Messsystem ist nun einsatzbereit. Für die Sicherstellung des Überdrucks ist eine separate Versorgung mit komprimierter Luft notwendig. Der Druck sollte 2 bis 4 bar betragen. Die Lufteinspeisung in das Gerät erfolgt über ein Ventil, das während des Spülvorgangs geöffnet ist. In der Betriebsphase ist dieses geschlossen, lediglich ein geringer Luftstrom gelangt über einen Bypass in das Geräteinnere. Totvolumen im Geräteinneren werden vermieden, indem z. B. Pumpen und Motoren über Löcher für Luftein- und -ausgang verfügen. Bei LAR-Analysatoren, die mittels der Ultra-Hochtemperatur-Methode die Proben oxidieren, wird der Ofen durch eine separate Leitung gespült. Das Trägergas, das für den Probentransport verwendet wird, kann aus derselben Luftquelle stammen, wie die Luft zur Spülung des Messsystems. Je nach Applikation ist eine Aufbereitung des Trägergases mit Filtern (Aktivkohle und Natronkalk) notwendig und möglich.
Im Falle einer Störung oder Nachlassen des Drucks, z. B. durch einen Stromausfall, schaltet das Gerät automatisch ab und wird mit einem extra Back-up-Spülsystem gekühlt. Die Oberflächentemperaturen werden so reduziert und die Gefahr einer Zündung minimiert. Die Luft hierfür stammt aus einer eigenen Luftquelle und gelangt über ein separates Ventil in das Gerät. Bevor ein Gerät wieder in Betrieb gehen kann, müssen die wichtigsten Gerätefunktionen vom Betreiber manuell geprüft werden. Ein solcher Test beinhaltet die Überprüfung der Ofentemperatur, die Primärfunktionen der Gasdetektoren, des Injektionssystems, des Trägergasstroms sowie des Gaskühlers.
Der Betrieb und Service eines LAR-Ex-p-Messsystems ist mit Nutzung von Ex-Steuerungselementen wie Maus und Tastatur leicht durchzuführen. Der Betreiber hat so jederzeit vollen Zugriff auf das Gerät.
Applikationsspezifische Messtechnik
Je nach Anforderung bietet LAR spezifische Messgeräte zur Bestimmung des TOC an. Für anspruchsvolle Wassermatrizen eignet sich die Ultra-Serie optimal. Das Injektionssystem der Serie ahmt den Laborbetrieb nach und injiziert über eine horizontal und vertikal bewegliche Nadel die ungefilterte Rohwasserprobe – inkl. Partikel – in den Ofen. Für Reinstwasserapplikationen eignet sich die Loop-Serie, die mittels einer Probenschleife definierte Mengen in den Ofen injiziert. Eine Kontamination durch die Umgebung ist so ausgeschlossen. Die genannten Serien oxidieren mittels der Ultra-Hochtemperatur-Methode bei +1200 °C die Proben vollständig und benötigen daher keine Katalysatoren, die mit der Zeit inaktiv werden. Das entstandene CO2 wird einem NDIR-Detektor zugeführt, der CO2-Gehalt quantitativ bestimmt und so der TOC detektiert. Der QuickTOCuv eignet sich für Applikationen mit geringer Partikeldichte. Das Messsystem bestimmt den TOC mittels UV-Persulfatmethode, bei der die Probe mittels UV-Licht und einem Aufschlussreagenz oxidiert wird. Anschließend wird das entstandene CO2 mit einem NDIR-Detektor gemessen.
LAR bietet für seine Analysatoren eine Vielzahl von maßgeschneiderten Schutzgehäusen, gemäß internationaler Richtlinien und Normen (DIN EN 60079-2:2010-11 und IEC 60079-2), an. Die Gehäuse entsprechen den Anforderungen für Atex Zone 1 und 2 in den Temperaturklassen T3 und T4. Die Online-Messgeräte können als Stand-alone-Messgeräte installiert werden und bestimmen die wichtigsten Parameter wie TOC, CSB und TNb. Mit den explosionsgeschützten Gehäusen gewährleisten die Geräte einen sicheren Betrieb, ohne ein extra Containerschutzhaus einzusetzen. Sie finden Einsatz in Chemieanlagen, Petrochemieanlagen sowie in Raffinerien.
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