In einer Wasserstoffanlage soll die Restfeuchte kontrolliert werden. Das H₂ steht in der Prozessleitung beispielsweise unter 350 bar. Für die Taupunktmessung wird eine kleine Gasprobe entnommen und über einen Druckregler auf 10 bar reduziert. Der Taupunktsensor zeigt anschließend einen sehr niedrigen Wert an. Entspricht dieser Wert automatisch dem Taupunkt des Wasserstoffs in der 350-bar-Leitung?
Nein. Ein Taupunktwert ist immer mit den Druckbedingungen der Gasprobe verknüpft. Wird derselbe Wasserstoff von hohem Druck auf einen niedrigeren Druck entspannt, kann der molare Feuchteanteil bei einer idealen, verlustfreien Probenahme weitgehend unverändert bleiben. Der Partialdruck des Wasserdampfes verändert sich jedoch mit dem Gesamtdruck.
Da der Taupunkt genau von diesem Wasserdampfpartialdruck abhängt, besitzt dieselbe Gaszusammensetzung bei 350 bar einen anderen Drucktaupunkt als nach der Entspannung auf 10 bar oder auf Atmosphärendruck.
Bei einer Taupunktmessung in Hochdruck-Wasserstoff muss deshalb immer dokumentiert werden, bei welchem Druck tatsächlich gemessen wurde. Drucktaupunkt, atmosphärischer Taupunkt und Feuchteanteil in ppmV sind unterschiedliche Darstellungen derselben Feuchtesituation und dürfen nicht ohne Berücksichtigung des Drucks miteinander verglichen werden.
Was beschreibt der Taupunkt eines Gases?
Der Taupunkt ist die Temperatur, auf die ein Gas bei den betrachteten Druckbedingungen abgekühlt werden müsste, damit der darin enthaltene Wasserdampf gerade zu kondensieren beginnt.
Je trockener das Gas ist, desto niedriger liegt der Taupunkt.
Bei sehr trockenem Wasserstoff können deshalb beispielsweise Taupunktwerte weit unter:
0 °C
auftreten.
Der Taupunkt ist jedoch keine vom Druck unabhängige Stoffkonzentration.
Entscheidend für die Kondensation ist der Partialdruck des Wasserdampfes.
Vereinfacht gilt:
pH₂O = xH₂O × pgesamt
Dabei bedeuten:
pH₂O= Partialdruck des Wasserdampfes,xH₂O= molarer beziehungsweise volumetrischer Wasseranteil,pgesamt= Gesamtdruck des Gasgemisches.
Der Taupunkt ist diejenige Temperatur, bei der der Sättigungsdampfdruck von Wasser diesem Wasserdampfpartialdruck entspricht.
Was ist ein Drucktaupunkt?
Als Drucktaupunkt wird der Taupunkt bezeichnet, der sich bei dem tatsächlich anliegenden Gasdruck ergibt.
Beispielsweise kann ein Sensor direkt in einer unter Druck stehenden Messstrecke den:
Drucktaupunkt bei 10 bar
bestimmen.
Dieser Wert darf nicht ohne Weiteres mit einem Taupunkt verglichen werden, der bei:
1 bar abs.
beziehungsweise annähernd atmosphärischem Druck bestimmt wurde.
Für die Dokumentation sollte deshalb nicht lediglich angegeben werden:
Taupunkt = -60 °C
sondern beispielsweise:
Drucktaupunkt = -60 °C bei 10 bar
sofern genau unter diesen Bedingungen gemessen wurde.
Warum hängt der Taupunkt vom Gesamtdruck ab?
Angenommen, eine Wasserstoffprobe besitzt einen konstanten molaren Wasseranteil.
Wird der Gesamtdruck erhöht, steigt bei unveränderter Zusammensetzung auch der Partialdruck des Wasserdampfes.
Vereinfacht:
gleiche ppmV + höherer Gesamtdruck → höherer H₂O-Partialdruck
Ein höherer Wasserdampfpartialdruck bedeutet wiederum, dass Kondensation bereits bei einer höheren Temperatur einsetzen kann.
Daher gilt grundsätzlich:
Dieselbe Feuchtekonzentration besitzt bei höherem Gasdruck einen höheren Drucktaupunkt.
Umgekehrt sinkt der Taupunkt, wenn dasselbe Gas ohne Feuchteverlust auf einen niedrigeren Gesamtdruck entspannt wird.
Was passiert bei der Entspannung einer H₂-Probe?
Eine typische Hochdruck-Gasprobenahme kann vereinfacht so aufgebaut sein:
H₂-Prozess → Probenahmeventil → Druckregler → Messkammer → Taupunktsensor → sichere Ableitung
Wird die Gasprobe beispielsweise von einem hohen Prozessdruck auf einen deutlich niedrigeren Messdruck reduziert, verändert sich zunächst der Gesamtdruck.
Bei einer idealen Probenahme ohne Kondensation, Leckage, Adsorption oder andere Stoffübertragung bleibt der molare Wasseranteil näherungsweise erhalten.
Der Wasserdampfpartialdruck sinkt jedoch mit dem Gesamtdruck.
Dadurch sinkt auch der gemessene Drucktaupunkt.
Ein Wert nach der Druckreduzierung beschreibt deshalb die Feuchtesituation:
am Taupunktsensor bei dessen Messdruck
und nicht automatisch direkt den Drucktaupunkt in der Hochdruckleitung.
Warum ist ppmV eine hilfreiche Vergleichsgröße?
Bei trockenen Gasen wird die Feuchte häufig auch als Volumenanteil beziehungsweise Molenbruch angegeben.
Eine typische Einheit ist:
ppmV
also Parts per Million by Volume.
Unter idealisierten Bedingungen beschreibt ppmV den relativen Anteil der Wassermoleküle am Gasgemisch.
Wird ein Gas lediglich entspannt und dabei weder Wasser hinzugefügt noch entfernt, bleibt dieser Anteil näherungsweise erhalten.
Das macht ppmV für den Vergleich von Messungen bei unterschiedlichen Drücken häufig besonders hilfreich.
Es muss jedoch sichergestellt werden, dass:
- keine Feuchte aus der Umgebung eindringt,
- kein Wasser kondensiert,
- keine relevante Adsorption oder Desorption auftritt,
- die Umrechnung den tatsächlichen Druck berücksichtigt.
Ein Taupunktwert kann deshalb nicht ausschließlich über eine feste Tabelle in ppmV umgerechnet werden, ohne den Bezugsdruck zu kennen.
Direkt unter Prozessdruck oder nach Druckreduzierung messen?
Grundsätzlich bestehen zwei mögliche Messkonzepte.
1. Messung unter hohem Prozessdruck
Der Taupunktsensor beziehungsweise die Messkammer wird mit annähernd dem tatsächlichen Prozessdruck betrieben.
Vorteil:
- der gemessene Drucktaupunkt entspricht unmittelbar den Druckbedingungen der Prozessleitung.
Voraussetzung ist jedoch, dass:
- Sensor für den Druck zugelassen ist,
- Messkammer für den Druck ausgelegt ist,
- Armaturen H₂-tauglich sind,
- Probenleitung den Druck sicher beherrscht,
- gesamter Aufbau für die Anwendung freigegeben ist.
2. Messung nach Druckreduzierung
Die Probe wird zunächst auf einen definierten niedrigeren Druck gebracht.
Vorteile können sein:
- einfachere Probenahmetechnik,
- geringere mechanische Belastung nachgeschalteter Komponenten,
- geringerer Gasverbrauch,
- einfacherer Einsatz bestimmter Messgeräte.
Der angezeigte Drucktaupunkt gilt dann jedoch für den reduzierten Messdruck.
Für einen Vergleich mit Prozesswerten muss deshalb gegebenenfalls auf eine definierte Bezugsgröße umgerechnet werden.
Was muss der Druckregler leisten?
Bei einer Hochdruck-H₂-Probenahme ist der Druckregler ein kritischer Bestandteil der Messkette.
Er muss nicht nur den erforderlichen Eingangsdruck beherrschen.
Zu berücksichtigen sind auch:
- Eignung für Wasserstoff,
- Werkstoffe,
- Dichtungen,
- zulässiger Eingangs- und Ausgangsdruck,
- Leckagerate,
- Reinheit der gasberührten Oberflächen,
- erforderlicher Probengasstrom.
Ein Regler, der für normale Druckluftanwendungen geeignet ist, ist deshalb nicht automatisch für hochreinen Hochdruck-Wasserstoff geeignet.
Bei sehr niedrigen Feuchtewerten kommt zusätzlich hinzu, dass die internen Oberflächen des Reglers selbst Wassermoleküle adsorbieren beziehungsweise später wieder abgeben können.
Warum ist die Probenleitung bei sehr trockenem H₂ kritisch?
Bei sehr trockenen Gasen enthält die Probe nur äußerst geringe Mengen Wasser.
Dadurch kann bereits die Probenleitung einen messbaren Einfluss besitzen.
Problematisch sind beispielsweise:
- lange Leitungen,
- große Innenoberflächen,
- ungeeignete Kunststoffe,
- Elastomere,
- verschmutzte Leitungen,
- Restfeuchte nach Montage beziehungsweise Reinigung.
Für anspruchsvolle Restfeuchtemessungen werden daher häufig kurze, saubere und für Gas sowie Druck geeignete metallische Probenleitungen verwendet.
Die komplette gasberührte Messstrecke muss nicht nur druckfest, sondern auch hinsichtlich des gewünschten niedrigen Feuchteniveaus geeignet sein.
Warum können kleinste Leckagen den Feuchtewert stark verändern?
Umgebungsluft enthält normalerweise erheblich mehr Wasserdampf als sehr trockener Wasserstoff.
Bereits eine kleine Undichtigkeit auf einer niedrigeren Druckstufe beziehungsweise bei ungünstiger Strömungssituation kann deshalb die Feuchtemessung beeinflussen.
Besonders kritisch sind:
- lose Verschraubungen,
- beschädigte Dichtungen,
- ungeeignete Schlauchanschlüsse,
- offene Bypass-Leitungen,
- Diffusion beziehungsweise Permeation durch ungeeignete Werkstoffe.
Bei einem plötzlich schlechteren Taupunktwert sollte deshalb nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass die Wasserstoffqualität im Prozess tatsächlich schlechter geworden ist.
Zunächst sollte die komplette Probenahmestrecke auf Dichtheit und Zustand geprüft werden.
Welche Rolle spielen Adsorption und Desorption?
Wassermoleküle können sich an Oberflächen der Probenahmestrecke anlagern.
Dieser Effekt wird als Adsorption bezeichnet.
Wird anschließend sehr trockenes Gas durch eine zuvor feuchtere Leitung geleitet, können gespeicherte Wassermoleküle wieder von der Oberfläche abgegeben werden.
Dies ist Desorption.
Dadurch kann der Sensor zunächst einen zu hohen Feuchtewert anzeigen, obwohl das Prozessgas bereits wesentlich trockener ist.
Der Messwert kann dann beispielsweise langsam verlaufen:
-35 → -45 → -55 → -62 °Ctd
obwohl sich die tatsächliche Prozessqualität währenddessen kaum verändert.
Der Sensor misst dabei zunehmend die trockene Gasprobe, während die Messstrecke selbst noch Feuchtigkeit abgibt.
Warum braucht eine trockene Messstrecke ausreichend Spülzeit?
Bei sehr niedrigen Taupunkten sollte eine Messung deshalb nicht unmittelbar nach dem Öffnen des Probenahmeventils bewertet werden.
Zunächst müssen:
- alte Gasreste verdrängt werden,
- Messkammer gespült werden,
- Oberflächen Feuchte abgeben,
- Druck stabil werden,
- Taupunktsensor sich an die neue Probe angleichen.
Eine allgemeingültige feste Spülzeit lässt sich nicht für jede Anlage angeben.
Aussagekräftiger ist ein Stabilitätskriterium.
Beispielsweise:
Messwertänderung innerhalb eines definierten Zeitfensters < zulässige Änderung
Erst wenn der Taupunkt unter konstantem Druck und konstantem Probengasstrom ausreichend stabil bleibt, sollte der Wert dokumentiert werden.
Welcher Probengasstrom ist sinnvoll?
Der Probengasstrom muss zur Messkammer und zum Taupunktsensor passen.
Ein zu kleiner Gasstrom kann:
- Spülzeiten verlängern,
- Umgebungseinflüsse stärker sichtbar machen,
- die Ansprechzeit erhöhen.
Ein unnötig hoher Gasstrom erhöht dagegen:
- Wasserstoffverbrauch,
- Anforderungen an Druckregler und Ableitung,
- mögliche Sicherheitsanforderungen.
Der optimale Durchfluss richtet sich deshalb nach den Herstellerangaben des verwendeten Sensors beziehungsweise der Messkammer.
Für reproduzierbare Vergleichsmessungen sollte möglichst immer mit demselben definierten Probengasstrom gearbeitet werden.
Warum muss auch die Temperatur kontrolliert werden?
Die Temperatur der Probenleitung und Messkammer beeinflusst die Feuchtemessung auf mehreren Wegen.
Relevant sind beispielsweise:
- Adsorptions- und Desorptionsverhalten,
- Sensorreaktionszeit,
- lokale Oberflächentemperaturen,
- mögliche Kondensation an kalten Stellen.
Bei sehr trockenem Gas ist Kondensation normalerweise weniger wahrscheinlich als bei feuchten Gasproben.
Trotzdem sollte kein Teil der Messstrecke Bedingungen erreichen, unter denen Wasser aus der Probe beziehungsweise aus vorhandener Restfeuchte kondensieren kann.
Auch die Druckreduzierung kann die Temperatur der Gasprobe und der beteiligten Komponenten verändern.
Für reproduzierbare Messungen sollten deshalb Druck und Temperatur während der Messung ausreichend stabil sein.
Welche H₂-spezifischen Anforderungen gelten?
Wasserstoff stellt zusätzliche Anforderungen an eine Gasprobenahme.
Zu berücksichtigen sind unter anderem:
- sehr kleine Molekülgröße,
- hohe Anforderungen an Dichtheit,
- Werkstoffverträglichkeit,
- Permeation durch bestimmte Werkstoffe,
- mögliche Wasserstoffversprödung metallischer Komponenten,
- Zündfähigkeit des Gases.
Alle druckbeaufschlagten Komponenten müssen deshalb für Wasserstoff und die jeweiligen Druck-, Temperatur- und Reinheitsbedingungen geeignet sein.
Dies betrifft nicht nur den Sensor.
Zur Messkette gehören ebenfalls:
- Probenahmeventil,
- Druckregler,
- Rohrleitungen,
- Verschraubungen,
- Dichtungen,
- Messkammer,
- Ablass- beziehungsweise Abgasleitung.
Was ist bei explosionsgefährdeten Bereichen zu beachten?
Wasserstoff kann mit Luft ein zündfähiges Gemisch bilden.
Abhängig von der Anlage kann die Taupunktmessstelle deshalb innerhalb eines explosionsgefährdeten Bereiches liegen.
In diesem Fall müssen:
- Sensor,
- elektrische Speisung,
- Sicherheitsbarrieren,
- Verdrahtung und
- Installation
für die festgelegte Ex-Zone geeignet sein.
Zusätzlich muss das austretende Probengas sicher abgeführt werden.
Die Probenleitung darf nicht so enden, dass sich Wasserstoff innerhalb eines Gehäuses, Schaltschrankes oder schlecht belüfteten Raums sammeln kann.
Die konkrete Ausführung richtet sich nach der Gefährdungsbeurteilung und den geltenden Anlagenvorschriften.
Praxisbeispiel: Probe aus einer 350-bar-H₂-Leitung
In einer Wasserstoff-Prüfanlage soll die Restfeuchte des Gases kontrolliert werden.
Prozessdruck:
350 bar
Der verwendete Messaufbau soll jedoch bei:
10 bar
arbeiten.
Die Gasprobe wird deshalb über einen H₂-tauglichen Druckregler auf einen konstanten Ausgangsdruck reduziert.
Der Aufbau lautet:
350-bar-Prozess → Probeventil → Druckregler → 10-bar-Messkammer → Taupunktsensor → sichere Ableitung
Nach Öffnen der Probenahme fällt der angezeigte Taupunkt zunächst über mehrere Minuten kontinuierlich.
Gleichzeitig stabilisieren sich Probengasstrom und Messdruck.
Nach ausreichender Spülung bleibt der Messwert weitgehend konstant.
Für die Dokumentation werden anschließend nicht nur der Taupunkt, sondern auch:
- Messdruck
10 bar, - Gastemperatur,
- Probengasstrom,
- Messzeitpunkt
festgehalten.
Soll der Wert mit einem Grenzwert bei anderem Bezugsdruck verglichen werden, erfolgt eine entsprechende Umrechnung beziehungsweise die Bewertung über eine druckunabhängigere Konzentrationsangabe wie ppmV.
Der am Sensor gemessene Drucktaupunkt bei 10 bar darf nicht einfach als Drucktaupunkt der 350-bar-Prozessleitung dokumentiert werden.
Warum sind Messwerte verschiedener Anlagen oft nicht direkt vergleichbar?
Zwei Anlagen können denselben Wasserstoff hinsichtlich seines Feuchteanteils unterschiedlich dokumentieren.
Beispielsweise:
| Anlage | Messung |
|---|---|
| Anlage A | Drucktaupunkt bei 20 bar |
| Anlage B | Taupunkt bei Atmosphärendruck |
Die beiden Temperaturwerte können deutlich unterschiedlich sein, obwohl die Wasserstoffproben denselben molaren Wasseranteil besitzen.
Für belastbare Vergleiche müssen daher mindestens bekannt sein:
- Taupunktwert,
- Messdruck,
- Bezugsdruck,
- gegebenenfalls ppmV beziehungsweise andere Feuchteeinheit.
Besonders bei Liefer- und Qualitätsspezifikationen sollte die Bezugsgröße deshalb eindeutig definiert werden.
Unplausible Taupunktwerte systematisch diagnostizieren
- Prüfen, bei welchem Druck tatsächlich gemessen wird.
- Prozessdruck und Messdruck getrennt dokumentieren.
- Kontrollieren, ob Drucktaupunkt oder atmosphärischer Taupunkt angezeigt wird.
- Probengasstrom prüfen.
- Probenleitung auf Leckagen kontrollieren.
- Druckregler auf H₂-Eignung und Dichtheit prüfen.
- Messleitung auf ungeeignete Kunststoffe beziehungsweise Elastomere prüfen.
- Messstrecke ausreichend spülen.
- Auf Stabilisierung von Druck und Taupunkt warten.
- Temperatur der Messstrecke kontrollieren.
- Sensorzustand und Kalibrierstatus prüfen.
- Bei Vergleichsmessungen identischen Bezugsdruck verwenden beziehungsweise korrekt umrechnen.
Messstelle systematisch auslegen
- Erwarteten H₂-Prozessdruck bestimmen.
- Erforderlichen Feuchte- beziehungsweise Taupunktbereich definieren.
- Festlegen, welche Bezugsgröße benötigt wird.
- Prozessdrucktaupunkt oder Messung nach Druckreduzierung festlegen.
- Geeigneten H₂-tauglichen Taupunktsensor auswählen.
- Druckstufe des Sensors beziehungsweise der Messkammer prüfen.
- H₂-taugliches Probeventil auswählen.
- Bei Bedarf geeigneten Druckregler dimensionieren.
- Probenleitung kurz, trocken und werkstoffgeeignet auslegen.
- Unnötige Elastomere und große Totvolumina vermeiden.
- Definierten Probengasstrom vorsehen.
- Sichere Ableitung des Wasserstoffs planen.
- Ex-Anforderungen prüfen.
- Messdruck und Temperatur erfassen beziehungsweise dokumentieren.
- Ausreichende Spül- und Stabilisierungszeit festlegen.
- Umrechnung zwischen Taupunkt und gewünschter Bezugsgröße definieren.
- Kalibrier- und Wartungsstrategie festlegen.
Häufige Fehler
- Taupunkt ohne Druckangabe dokumentieren: Der Wert ist bei Druckgasen dadurch nicht eindeutig definiert.
- Messwert nach Druckreduzierung als Prozessdrucktaupunkt interpretieren: Der Taupunkt gilt zunächst für den tatsächlichen Messdruck.
- ppmV und Taupunkt gleichsetzen: ppmV beschreibt die Zusammensetzung, während der Taupunkt zusätzlich vom Druck abhängt.
- Beliebigen Druckregler verwenden: Werkstoff, Druckstufe, Dichtheit und H₂-Eignung müssen zur Anwendung passen.
- Sehr lange Probenleitung verwenden: Große Oberflächen und Totvolumina verlängern die Stabilisierungszeit.
- Feuchte Kunststoffschläuche einsetzen: Adsorption, Desorption und Permeation können sehr niedrige Feuchtewerte erheblich beeinflussen.
- Unmittelbar nach Öffnen der Probe ablesen: Messstrecke und Sensor können noch nicht ausreichend gespült beziehungsweise stabilisiert sein.
- Kleine Leckagen unterschätzen: Umgebungsluft kann gegenüber trockenem H₂ sehr große Mengen Wasserdampf eintragen.
- Nur den Sensor auf H₂-Eignung prüfen: Die komplette druckbeaufschlagte Probenahmekette muss geeignet sein.
- Messdruck schwanken lassen: Ein veränderlicher Druck kann unmittelbar zu einem veränderten Drucktaupunkt führen.
- Abgas unkontrolliert in den Raum leiten: Wasserstoff muss entsprechend dem Anlagen- und Sicherheitskonzept abgeführt werden.
- Ex-Ausführung mit vollständiger Anlagenfreigabe gleichsetzen: Auch Barrieren, Verdrahtung und übrige Installation müssen zum Explosionsschutzkonzept passen.
IFA515 Ex für Taupunktmessung in Wasserstoff
Ein konkreter Taupunktsensor für Feuchtemessungen in Wasserstoff ist der IFA515 Ex.
Der Sensor misst Taupunkt beziehungsweise Drucktaupunkt und ist für zahlreiche nicht aggressive Gase vorgesehen.
Als typische Einsatzgase nennt ICS unter anderem:
- Luft beziehungsweise Druckluft,
- Argon,
- Stickstoff,
- Biogas,
- Erdgas,
- Wasserstoff.
Der Sensor ist druckbeständig bis:
500 bar
und besitzt einen:
4 ... 20 mA
Analogausgang in Zweileitertechnik.
Zusätzlich können abhängig von der Konfiguration beziehungsweise Software weitere Feuchtemessgrößen wie:
- relative Feuchte,
- g/m³,
- mg/m³,
- ppm V/V,
- g/kg
ausgegeben werden.
Für explosionsgefährdete Anwendungen besitzt der IFA515 Ex eine ATEX-Zulassung für Gas- und Staubbereiche.
Die hohe zulässige Druckstufe bedeutet grundsätzlich, dass der Sensor auch für druckbeaufschlagte Messstrecken interessant ist. Ob eine direkte Messung bei Prozessdruck oder eine Bypass-Messung nach Druckreduzierung sinnvoller ist, muss jedoch anhand der kompletten Anlage, Prozessbedingungen, Anschlusskomponenten und gewünschten Bezugsgröße entschieden werden.
Weitere Informationen finden Sie beim IFA515 Ex Taupunktsensor sowie unter H² Wasserstoff-Anwendungen bei ICS Schneider.
Fazit
Bei der Taupunktmessung in Hochdruck-Wasserstoff ist der angezeigte Temperaturwert untrennbar mit dem Messdruck verbunden.
Wird eine H₂-Probe aus einer Hochdruckleitung entnommen und anschließend entspannt, bleibt der molare Wasseranteil bei idealer Probenführung zunächst näherungsweise unverändert. Durch den niedrigeren Gesamtdruck sinkt jedoch der Wasserdampfpartialdruck und damit auch der Taupunkt.
Der nach einer Druckreduzierung gemessene Drucktaupunkt darf deshalb nicht ohne Umrechnung als Taupunkt bei ursprünglichem Prozessdruck verwendet werden.
Neben diesem thermodynamischen Zusammenhang beeinflusst die reale Probenahme das Messergebnis erheblich. Leckagen, feuchte Oberflächen, Adsorption, Desorption, ungeeignete Werkstoffe und zu kurze Spülzeiten können bei sehr trockenem Wasserstoff größere Fehler verursachen als der eigentliche Taupunktsensor.
Die komplette Messkette muss zudem für Wasserstoff geeignet sein. Dies betrifft Druckregler, Ventile, Rohrleitungen, Verschraubungen, Dichtungen, Messkammer und sichere Ableitung ebenso wie den Sensor selbst.
Für reproduzierbare H₂-Feuchtemessungen gilt deshalb: den tatsächlichen Messdruck eindeutig definieren, Drucktaupunkt und atmosphärischen Taupunkt nicht verwechseln, bei Druckreduzierung die Bezugsgröße korrekt umrechnen, eine trockene und leckagearme H₂-taugliche Probenstrecke verwenden und den Messwert erst nach stabilisiertem Druck, Probengasstrom und Taupunkt bewerten.
FAQ: Taupunktmessung in Hochdruck-Wasserstoff
Warum hängt der Taupunkt von Wasserstoff vom Druck ab?
Der Taupunkt wird durch den Partialdruck des Wasserdampfes bestimmt. Bei gleichem Wasseranteil verändert sich dieser Partialdruck mit dem Gesamtdruck des Gasgemisches.
Was ist der Drucktaupunkt?
Der Drucktaupunkt ist die Temperatur, bei der Wasserdampf unter dem tatsächlich vorhandenen Gasdruck zu kondensieren beginnt.
Was passiert mit dem Taupunkt, wenn Wasserstoff entspannt wird?
Bei idealer Probenführung bleibt der molare Wasseranteil zunächst näherungsweise erhalten. Der Wasserdampfpartialdruck sinkt jedoch mit dem Gesamtdruck, wodurch der Taupunkt niedriger wird.
Bleibt ppmV bei einer Druckreduzierung gleich?
Bei einer idealen Entspannung ohne Stoffverlust, Leckage, Kondensation oder Feuchteeintrag bleibt der molare beziehungsweise volumetrische Wasseranteil näherungsweise gleich. Der Taupunkt verändert sich trotzdem.
Kann ich einen Taupunkt bei 10 bar direkt mit einem Wert bei 350 bar vergleichen?
Nein. Beide Taupunktwerte besitzen unterschiedliche Druckbezüge. Für einen sinnvollen Vergleich müssen sie auf dieselbe Bezugsgröße beziehungsweise denselben Bezugsdruck umgerechnet werden.
Muss Hochdruck-Wasserstoff vor der Taupunktmessung immer entspannt werden?
Nein. Ist der komplette Messaufbau einschließlich Sensor für den tatsächlichen Prozessdruck und Wasserstoff geeignet, kann grundsätzlich auch unter Druck gemessen werden. Eine Druckreduzierung kann jedoch aus praktischen oder anlagentechnischen Gründen sinnvoll sein.
Warum sollte der Messdruck möglichst konstant sein?
Eine Änderung des Gesamtdrucks verändert bei gleicher Gaszusammensetzung den Wasserdampfpartialdruck und damit den Drucktaupunkt. Schwankender Messdruck erschwert deshalb reproduzierbare Messungen.
Warum dauert eine Taupunktmessung bei sehr trockenem H₂ manchmal lange?
Wassermoleküle können an Oberflächen der Probenleitung und Messkammer adsorbiert sein und während der Spülung langsam wieder abgegeben werden. Dadurch kann der angezeigte Taupunkt über längere Zeit weiter sinken.
Warum sind Leckagen bei sehr trockenem Wasserstoff besonders kritisch?
Umgebungsluft enthält im Vergleich zu sehr trockenem H₂ normalerweise sehr viel mehr Wasserdampf. Schon geringe Fremdgaseinflüsse können deshalb den gemessenen Feuchtewert erheblich verändern.
Welche Materialien eignen sich für die Probenleitung?
Die Materialien müssen für Wasserstoff, Prozessdruck, Temperatur und die gewünschte Gasreinheit geeignet sein. Für anspruchsvolle Restfeuchtemessungen werden häufig kurze, saubere metallische Leitungen verwendet, um Feuchteeinträge und Oberflächeneffekte zu minimieren.
Muss der Probengasstrom definiert sein?
Ja. Ein reproduzierbarer Probengasstrom verbessert Spülverhalten und Vergleichbarkeit. Der geeignete Bereich richtet sich nach Sensor und Messkammer.
Ist ein Ex-Taupunktsensor automatisch für jede Wasserstoffanlage geeignet?
Nein. Ex-Zulassung, H₂-Kompatibilität, Druckstufe und Prozessbedingungen müssen zusammenpassen. Zusätzlich müssen Speisegerät, Sicherheitsbarriere, Verdrahtung und die komplette Installation den Anforderungen entsprechen.
Welcher Taupunktsensor eignet sich für Wasserstoff?
Ein konkretes Beispiel ist der IFA515 Ex. ICS nennt Wasserstoff ausdrücklich als typisches Einsatzgas. Der Sensor misst Taupunkt beziehungsweise Drucktaupunkt, ist bis 500 bar druckbeständig und für explosionsgefährdete Bereiche ausgelegt.
Welche Feuchtegrößen kann der IFA515 Ex zusätzlich ausgeben?
Neben Taupunkt beziehungsweise Drucktaupunkt können abhängig von der Konfiguration unter anderem relative Feuchte, g/m³, mg/m³, ppm V/V und g/kg ausgegeben werden.