Ein Siemens ULTRAMAT 23 arbeitet seit längerer Zeit zuverlässig in einer industriellen Prozessgasanalyse. Plötzlich beginnen die Messwerte zu schwanken. Zeitweise sinkt der Probengasdurchfluss, während der Analysator gelegentlich eine Durchflussstörung meldet. Nach dem nächsten AUTOCAL erscheinen die Messwerte zunächst wieder stabil. Wenig später tritt das Problem erneut auf.
In solchen Situationen liegt die Ursache nicht zwangsläufig in der eigentlichen Gasanalyse. Ein schwankender Probengasstrom kann beispielsweise durch verschmutzte Filter, eine nachlassende Pumpenleistung, Kondensat in der Probenleitung, Leckagen oder einen erhöhten Widerstand am Gasausgang entstehen. Auch ungeeignete Pumpeneinstellungen und unterschiedliche Betriebszustände während Messen und AUTOCAL können eine Rolle spielen.
Der ULTRAMAT 23 besitzt dafür gerätespezifische Diagnose- und Einstellmöglichkeiten. Je nach Ausführung stehen eine interne Messgaspumpe, ein Durchflussanzeiger auf der Frontseite, ein Durchflussschalter und entsprechende Störungsmeldungen zur Verfügung. Allerdings unterscheiden sich die Gaswege und verfügbaren Funktionen zwischen den Gerätevarianten.
Dieser Fachbeitrag beschreibt, wie sich ein schwankender Probengasstrom beim Siemens ULTRAMAT 23 systematisch untersuchen lässt. Im Mittelpunkt stehen die Pumpenfunktion, Analysenfilter, Kondensatabscheider, Durchflussanzeige und die Parametrierung der Betriebszustände. Zusätzlich werden die Auswirkungen auf Messwertqualität, AUTOCAL, Signalausgänge und die Integration in die Prozessautomatisierung erläutert.
Inhaltsverzeichnis
- Das Fehlerbild und die betroffene Messfunktion eingrenzen
- Aufbau und Messprinzip des ULTRAMAT 23 verstehen
- Gerätevarianten und interne Gaswege unterscheiden
- Den vollständigen Probengasweg nachvollziehen
- Zulässigen Probengasstrom und Anschlussbedingungen prüfen
- Durchflussanzeiger und Durchflussschalter richtig interpretieren
- Interne Messgaspumpe und Pumpeneinstellungen kontrollieren
- Externe Pumpen und lange Probenleitungen berücksichtigen
- Analysenfilter und Sicherheitsfilter auf Verschmutzung prüfen
- Kondensatabscheider, Gaskühler und Feuchtigkeit untersuchen
- Leckagen und unerwünschte Verdünnung der Gasprobe erkennen
- Gasausgang, Gegendruck und Strömungswiderstand bewerten
- Pumpenverhalten während Messen und AUTOCAL unterscheiden
- Auswirkungen auf Konzentrationsanzeige und Ansprechzeit verstehen
- Rechenbeispiel: Probengastransport bei unterschiedlichem Durchfluss
- Unterschiedliche Gas- und Sensorkonfigurationen berücksichtigen
- Probengasversorgung und Analysator getrennt prüfen
- Diagnosewerte, Schnittstellen und Ausgangssignale kontrollieren
- AUTOCAL, Prüfgaskontrolle und Justierung richtig abgrenzen
- Einen systematischen Prüfablauf durchführen
- Typische Fehlerbilder und Ursachen diagnostizieren
- Passende Siemens-Prozessanalytik von ICS Schneider
- Fazit: Den gesamten Probengasweg vor einer Neujustierung prüfen
- Häufige Fragen zum schwankenden Probengasstrom beim ULTRAMAT 23
1. Das Fehlerbild und die betroffene Messfunktion eingrenzen
Bei der Fehlersuche ist zunächst festzustellen, was tatsächlich schwankt. Nicht jede Veränderung der Konzentrationsanzeige bedeutet, dass sich der Probengasdurchfluss verändert hat. Umgekehrt kann ein schwankender Durchfluss vorhanden sein, ohne dass sofort eine auffällige Konzentrationsänderung erkennbar wird.
Für die Diagnose sollten deshalb drei Größen voneinander unterschieden werden: der tatsächliche Probengasstrom, die vom Analysator ermittelte Gaskonzentration und der Betriebs- beziehungsweise Störungsstatus des Geräts.
Wenn der Durchflussanzeiger sichtbar schwankt, liegt ein Hinweis auf eine Veränderung der Gasförderung oder der Strömungsbedingungen vor. Bleibt der Durchfluss dagegen stabil, während ausschließlich die Konzentrationsanzeige schwankt, müssen weitere Einflussgrößen wie Prozesszusammensetzung, Sensordrift, Temperatur oder elektrische Signalverarbeitung berücksichtigt werden.
Auch der Zeitpunkt der Störung ist wichtig. Tritt sie ausschließlich unmittelbar nach dem Einschalten, beim Wechsel zwischen AUTOCAL und Messbetrieb oder während bestimmter Prozesszustände auf?
Ein Fehler, der nur beim AUTOCAL auftritt, kann beispielsweise mit dem Nullgasweg, einer Ventilumschaltung oder der Pumpenkonfiguration zusammenhängen. Ein ständig zu niedriger Probengasstrom deutet dagegen eher auf eine dauerhafte Einschränkung des Gaswegs oder eine unzureichende Förderleistung hin.
Vor Änderungen an der Gerätekonfiguration sollte deshalb der vorhandene Zustand dokumentiert werden. Dazu gehören die genaue ULTRAMAT-23-Ausführung, die angezeigten Messwerte, der Durchfluss, die vorhandenen Störungsmeldungen und die relevanten Pumpeneinstellungen.
Eine vorschnelle Neujustierung des Analysators ist nicht sinnvoll, solange die Gasversorgung nicht unter den vorgesehenen Bedingungen arbeitet.
2. Aufbau und Messprinzip des ULTRAMAT 23 verstehen
Der Siemens ULTRAMAT 23 ist ein Mehrkomponenten-Gasanalysator für die kontinuierliche extraktive Prozessgasanalytik.
Je nach Geräteausführung können unterschiedliche Messprinzipien kombiniert werden. Dazu gehören die nichtdispersive Infrarotmessung (NDIR), ein UV-Fotometer sowie elektrochemische oder paramagnetische Messverfahren für bestimmte Gaskomponenten.
Die NDIR-Technik eignet sich beispielsweise zur Messung infrarotaktiver Gase wie CO, CO₂ oder CH₄. Bei geeigneten Ausführungen können auch weitere Komponenten erfasst werden.
Für bestimmte UV-aktive Gase stehen entsprechende UV-Messmodule zur Verfügung. Sauerstoff kann je nach Gerätevariante elektrochemisch oder paramagnetisch gemessen werden. Für geeignete Anwendungen, beispielsweise in Biogasanlagen, existieren außerdem Ausführungen mit elektrochemischer H₂S-Messung.
Je nach Konfiguration können bis zu vier Gaskomponenten mit einem ULTRAMAT 23 erfasst werden.
Das Gerät arbeitet extraktiv. Die zu analysierende Gasprobe muss daher zunächst aus dem Prozess entnommen und zur Messzelle transportiert werden.
Die Qualität der Messung hängt nicht nur vom optischen oder elektrochemischen Messprinzip ab. Entscheidend ist ebenfalls, ob das Probengas den Analysator mit geeigneter Temperatur, Feuchtigkeit, ausreichendem Durchfluss und unveränderter beziehungsweise ausreichend repräsentativer Zusammensetzung erreicht.
Der interne Gasweg kann dafür unter anderem Pumpen-, Filter-, Kondensat- und Überwachungskomponenten enthalten. Welche Bauteile tatsächlich vorhanden sind, hängt von der bestellten Geräteausführung ab.
Für die Fehlersuche muss deshalb die konkrete Gaswegzeichnung des verwendeten ULTRAMAT 23 herangezogen werden.
3. Gerätevarianten und interne Gaswege unterscheiden
Der ULTRAMAT 23 wird unter anderem als 19-Zoll-Einschubgerät und als Tisch- beziehungsweise tragbare Ausführung angeboten. Zusätzlich unterscheiden sich die Varianten hinsichtlich der Messkomponenten, Gasführung und verfügbaren Zubehörfunktionen.
Bei bestimmten Geräteausführungen ist eine interne Messgaspumpe vorhanden. Bei anderen erfolgt die Gasförderung ausschließlich über eine externe Einrichtung.
Für die Tischgeräteausführung dokumentiert Siemens eine integrierte Messgaspumpe. Beim entsprechenden 19-Zoll-Einschubgerät kann die interne Pumpe je nach Konfiguration als Option vorhanden sein.
Die Möglichkeit einer integrierten Pumpe gilt jedoch nicht uneingeschränkt für alle Gaswege. Nach dem Siemens-Gerätehandbuch von 2022 ist die interne Pumpe beispielsweise nicht mit verrohrten Gaswegen oder dem UV-Modul kombinierbar.
Auch die Durchflussanzeige auf der Frontseite ist ausführungsspezifisch. Siemens beschreibt einen frontseitigen Durchflussanzeiger für entsprechende Probengaswege, nicht jedoch für verrohrte Gaswege.
Bei der Tischgeräteausführung können ein Kondensatabscheider und Sicherheitsfilter im vorgesehenen internen Gasweg vorhanden sein. Dagegen weisen bestimmte Geräte mit verrohrtem Gasweg keinen internen Sicherheitsfilter und keinen Kondensatabscheider auf.
Daraus ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die externe Gasaufbereitung und die Fehlersuche.
Ein fehlender interner Filter ist daher nicht zwangsläufig ein Defekt. Ebenso bedeutet eine vorhandene Pumpenbedienfunktion im Handbuch nicht, dass jede ULTRAMAT-23-Ausführung eine integrierte Pumpe besitzt.
Vor Wartungsarbeiten sollten deshalb Artikelnummer, Hardwareausführung, installierte Messmodule und die dazugehörige Gerätehandbuch-Version identifiziert werden.
4. Den vollständigen Probengasweg nachvollziehen
Bei einer extraktiven Gasanalyse entsteht die Messkette bereits an der Entnahmestelle im Prozess. Der Gasweg kann verschiedene Komponenten enthalten, bevor das Gas den Analysator erreicht.
Ein typischer Aufbau kann vereinfacht folgendermaßen aussehen:
Gasentnahmesonde → Probenleitung → Gaskühler / Kondensataufbereitung → Analysenfilter → geeignete Gasförderung → ULTRAMAT 23 → sichere Gasableitung
Die tatsächliche Anordnung hängt von der eingesetzten Gasaufbereitung und der Gerätevariante ab. Insbesondere können Pumpen und weitere Komponenten an unterschiedlichen vorgesehenen Positionen angeordnet sein.
Bei einem ULTRAMAT 23 mit integrierter Pumpe verläuft ein Teil der Gasförderung innerhalb des Analysators. Bei einer Ausführung ohne interne Pumpe muss die notwendige Förderung beziehungsweise Druckversorgung extern realisiert werden.
Außerdem besitzt das Gerät je nach Konfiguration zusätzliche Gasanschlüsse für AUTOCAL, Nullgas, Prüfgas oder weitere Messkanäle.
Für die Diagnose müssen die einzelnen Gaswege eindeutig identifiziert werden. Ein Problem im Prozessgasweg muss nicht zwangsläufig auch während AUTOCAL auftreten. Umgekehrt kann eine Störung ausschließlich die Nullgaszufuhr betreffen.
Besonders hilfreich ist eine vollständige Darstellung aller Komponenten mit ihrer Strömungsrichtung, den vorgesehenen Ventilstellungen und den zugehörigen Betriebsbedingungen.
Der Gasweg sollte nicht ohne entsprechende Freigabe verändert werden. Zusätzliche Ventile, Filter oder lange Leitungen können den Strömungswiderstand und die Gastransportzeit beeinflussen.
5. Zulässigen Probengasstrom und Anschlussbedingungen prüfen
Die Siemens-Unterlagen nennen für den ULTRAMAT 23 einen Probengasstrom von 72 … 120 l/h. Dies entspricht 1,2 … 2,0 l/min.
Diese Angaben bilden einen wichtigen Ausgangspunkt für die Diagnose. Der konkrete Sollwert innerhalb des zulässigen Bereichs hängt von der Geräteausführung und der vorgesehenen Messaufgabe ab.
| Parameter | Herstellerangabe | Bedeutung für die Fehlersuche |
|---|---|---|
| Probengasstrom | 72 … 120 l/h beziehungsweise 1,2 … 2,0 l/min | Tatsächlichen Durchfluss im vorgesehenen Messbetrieb prüfen |
| Probengastemperatur | 0 … +50 °C | Gasaufbereitung und Temperatur am Geräteeingang bewerten |
| Probengasfeuchte | Weniger als 90 % relative Feuchte, nicht kondensierend | Feuchtezustand und mögliche Kondensation prüfen |
| Mit interner Pumpe | Druckloser Saugbetrieb am Eingang; Ausgang gegenüber Umgebung drucklos | Keine ungeeignete Druckbeaufschlagung oder Ausgangsdrosselung vorsehen |
| Ohne interne Pumpe | Eingangsseitiger Überdruck gegenüber Umgebung maximal 45 hPa; Ausgang drucklos | Externe Förderung und zulässige Druckbedingungen abstimmen |
| Längere Probenleitungen | Siemens nennt eine externe Gasansaugpumpe bei Leitungen über 20 m in der beschriebenen Gasaufbereitung | Pumpenauslegung und Druckverluste der vollständigen Strecke bewerten |
Die Angaben stammen aus dem Siemens ULTRAMAT 23 Gerätehandbuch, Ausgabe 04/2022. Für eine konkrete Anlage sind die technischen Daten der installierten Gerätevariante sowie mögliche besondere Anforderungen der Messmodule entscheidend.
Wichtig ist die Unterscheidung zwischen dem allgemeinen zulässigen Durchflussbereich und den Bedingungen, unter denen bestimmte Genauigkeitsdaten spezifiziert werden.
Für den IR-Analysenteil nennt Siemens beispielsweise Bezugsbedingungen mit ungefähr 1,2 l/min Probengasstrom und definierten Druck- und Temperaturbedingungen.
Ein grundsätzlich vorhandener Gasstrom bedeutet deshalb nicht automatisch, dass alle messtechnischen Bedingungen eingehalten werden.
Auch dürfen die Druckgrenzen nicht mit den Bedingungen einer gesonderten, vom Hersteller vorgeschriebenen Dichtheitsprüfung verwechselt werden. Messbetrieb und Prüfung sind unterschiedliche Betriebszustände.
6. Durchflussanzeiger und Durchflussschalter richtig interpretieren
Bei entsprechend ausgestatteten ULTRAMAT-23-Ausführungen befindet sich ein Durchflussanzeiger auf der Frontplatte. Er ermöglicht die Kontrolle des Probengasstroms während des Betriebs.
Für die Fehlersuche ist zunächst zu beobachten, ob die Anzeige dauerhaft stabil bleibt oder zeitlich schwankt.
Eine wiederholt abfallende Anzeige kann auf einen veränderten Strömungswiderstand, eine unzureichende Pumpenförderung oder ein anderes Problem der Gasversorgung hinweisen.
Zusätzlich besitzt der ULTRAMAT 23 in entsprechenden Gaswegkonfigurationen eine Durchflussüberwachung über einen Durchflussschalter beziehungsweise die zugehörige interne Überwachungsfunktion.
Im Gerätehandbuch ist hierfür ein eigener Gerätetest vorgesehen. Er zeigt an, ob der überwachte Durchflusszustand als ausreichend oder nicht ausreichend erkannt wird.
Die beiden Informationen sind nicht gleichzusetzen:
Ein frontseitiger Durchflussanzeiger ermöglicht die Beobachtung des Gasstroms. Die Schalterprüfung beziehungsweise der zugehörige Gerätestatus bewertet dagegen den vorgesehenen Überwachungszustand.
Ein als ausreichend gemeldeter Durchfluss ist nicht automatisch eine genaue digitale Messung des Volumenstroms in l/min.
Für eine quantitative Prüfung kann daher ein geeigneter, für Gasart und Messbereich freigegebener Durchflussmesser erforderlich sein.
Zeigt die Frontanzeige einen plausiblen Durchfluss, während die elektronische Überwachung wiederholt eine Störung meldet, müssen auch die Funktion des Durchflussschalters und die zugehörigen elektrischen beziehungsweise pneumatischen Bedingungen geprüft werden.
Ein Schalterdefekt darf jedoch erst angenommen werden, nachdem unzureichender Gasstrom, Leckagen und andere mögliche Ursachen ausgeschlossen wurden.
7. Interne Messgaspumpe und Pumpeneinstellungen kontrollieren
Bei einem ULTRAMAT 23 mit integrierter Messgaspumpe übernimmt diese die Förderung des Probengases durch den vorgesehenen Gasweg.
Die Pumpenfunktion muss zum jeweiligen Betriebszustand passen. Siemens unterscheidet dafür die Zustände während der eigentlichen Messung und während AUTOCAL.
Im Konfigurationsbereich sind entsprechende Einstellungen für den Pumpenbetrieb während CAL und MEAS vorgesehen.
Die Pumpenförderleistung kann bei dafür ausgestatteten Geräten über das Menü zur Pumpen- und Durchflusseinstellung angepasst werden. Das Siemens-Gerätehandbuch beschreibt hierfür den Parameterbereich „Pump/LCD contrast“ beziehungsweise die Funktion zur Einstellung von Pumpe und Durchfluss.
Eine Veränderung der Pumpenleistung wirkt sich auf den Probengasstrom aus. Bei den entsprechenden Gerätevarianten wird die Änderung über die Durchflussanzeige beziehungsweise den im Gerät erkannten Durchflussstatus sichtbar.
Für die Diagnose sollte zunächst geprüft werden, ob die Pumpe im vorgesehenen Betriebszustand überhaupt eingeschaltet ist.
Wenn die Pumpe nicht läuft, kann die Ursache in der Parametrierung, einer vorgesehenen externen Ansteuerung oder einem tatsächlichen Pumpenfehler liegen.
Eine laufende Pumpe garantiert jedoch keinen ausreichenden Probengasstrom. Eine verschmutzte Probenleitung oder ein zugesetzter Filter kann den Strömungswiderstand so weit erhöhen, dass die tatsächlich geförderte Gasmenge zu gering wird.
Auch Verschleiß oder eine nachlassende Pumpenleistung sind mögliche Ursachen.
Deshalb ist es nicht sinnvoll, bei einem zu geringen Durchfluss sofort die Pumpenleistung zu erhöhen. Zunächst müssen Filter, Kondensatabscheider, Leitungen und die übrigen Gaswegkomponenten untersucht werden.
Eine erhöhte Pumpeneinstellung kann einen vorhandenen Strömungswiderstand möglicherweise vorübergehend kompensieren, ohne die eigentliche Ursache zu beseitigen.
Arbeiten an der Pumpe und ein erforderlicher Austausch sind entsprechend den Siemens-Wartungsanweisungen durchzuführen.
8. Externe Pumpen und lange Probenleitungen berücksichtigen
Bei langen Probenleitungen steigt der Widerstand der Gasförderung. Zusätzlich vergrößert sich das Gasvolumen, das beim Wechsel zwischen verschiedenen Konzentrationen ausgetauscht werden muss.
Siemens nennt in der beschriebenen Standard-Gasaufbereitung für den ULTRAMAT 23 den Einsatz einer externen Gasansaugpumpe bei Probenleitungen über 20 m.
Diese Angabe sollte nicht als allgemeine Aussage verstanden werden, dass jede kürzere Leitung ohne externe Pumpe betrieben werden kann. Die tatsächliche Förderaufgabe hängt auch von Innendurchmesser, Leitungsführung, Filterbelastung und weiteren Komponenten ab.
Eine externe Pumpe muss den benötigten Probengasstrom bei den vorhandenen Druckverlusten bereitstellen können.
Wichtig ist, dass die Förderleistung nicht ausschließlich anhand eines Nennwerts bei freiem Auslass beurteilt wird. Entscheidend ist die tatsächlich erreichte Gasmenge unter den Betriebsbedingungen der vollständigen Probenahmestrecke.
Die Pumpenposition muss zur vorgesehenen Gasaufbereitung und zur zulässigen Druckbelastung des Analysators passen.
Bei einer ULTRAMAT-23-Ausführung ohne integrierte Pumpe sind insbesondere die zulässigen Druckbedingungen am Analysatoreingang und der drucklose Gasausgang zu beachten.
Ein zusätzlicher Pumpenaufbau darf den Analysator nicht außerhalb seiner freigegebenen Betriebsbedingungen unter Druck setzen.
Besonders bei längeren Leitungen ist außerdem die zeitliche Reaktion der Messstelle zu berücksichtigen. Ein größerer Probenstrom kann zwar die theoretische Transportzeit verkürzen, darf aber nicht dazu führen, dass die zulässigen Grenzen des Messsystems überschritten werden.
Die korrekte Auslegung entsteht deshalb aus der gemeinsamen Betrachtung von Probenleitung, Gasaufbereitung, Fördertechnik und Analysator.
9. Analysenfilter und Sicherheitsfilter auf Verschmutzung prüfen
Filter schützen den Probengasweg vor Partikeln und anderen Verunreinigungen. Gleichzeitig erzeugen sie einen zusätzlichen Strömungswiderstand.
Ein sauberer und korrekt dimensionierter Filter kann den vorgesehenen Gasstrom nur gering beeinflussen. Mit zunehmender Verschmutzung steigt jedoch typischerweise sein Druckverlust.
Eine Pumpe mit begrenzter Förderleistung kann dadurch immer weniger Gas durch die vollständige Probenahmestrecke transportieren.
Siemens beschreibt für die übliche externe Gasaufbereitung unter anderem einen Analysenfilter mit einer Filterfeinheit von ungefähr 1 … 2 µm.
Je nach Geräteausführung können zusätzlich interne Sicherheitsfilter oder ein Kondensatabscheider mit Filter vorhanden sein.
Bei der Fehlersuche ist zu unterscheiden, welcher Filter tatsächlich verschmutzt ist. Ein zugesetzter Entnahmefilter unmittelbar am Prozess kann ähnliche Durchflussprobleme verursachen wie ein interner Sicherheitsfilter.
Wird nur der sichtbar zugängliche Filter am Analysator gewechselt, muss die Störung deshalb nicht zwingend beseitigt sein.
Auch scheinbar saubere Filter können einen erhöhten Strömungswiderstand besitzen, beispielsweise wenn sehr feine Partikel oder Feuchtigkeit das Filtermedium belasten.
Ein Filterwechsel sollte deshalb anhand des tatsächlichen Zustands, der Herstellervorgaben und gegebenenfalls geeigneter Druckverlust- beziehungsweise Durchflussprüfungen erfolgen.
Ein ungeeigneter Ersatzfilter kann ebenfalls problematisch sein. Filtermaterial, Feinheit, chemische Beständigkeit und Strömungswiderstand müssen zur Gasart und zum vorgesehenen Analysesystem passen.
Besonders bei reaktiven Gasen muss außerdem berücksichtigt werden, dass ungeeignete Filtermaterialien die Zusammensetzung der Gasprobe verändern können.
Verschmutzte Filter sollten nicht einfach durch kurzzeitiges Entfernen im laufenden Prozessbetrieb überbrückt werden. Dadurch können Partikel oder Flüssigkeiten in empfindliche Messkomponenten gelangen.
10. Kondensatabscheider, Gaskühler und Feuchtigkeit untersuchen
Feuchtigkeit ist eine häufige Ursache für instabile Probengasströme. Wenn warmes, feuchtes Prozessgas abgekühlt wird, kann Wasserdampf kondensieren und sich als Flüssigkeit in der Probenleitung ansammeln.
Kondensat kann den Strömungsquerschnitt teilweise oder vollständig verschließen. Bereits kleinere Flüssigkeitsansammlungen können abhängig von der Leitungsführung einen wechselnden Strömungswiderstand erzeugen.
Wird die Flüssigkeit durch den Gasstrom zeitweise weiterbewegt, können unregelmäßige Durchflussschwankungen entstehen.
Ein Gaskühler beziehungsweise eine geeignete Probenaufbereitung soll verhindern, dass ungeeignete Feuchtebedingungen bis zum Analysator gelangen.
Für den ULTRAMAT 23 nennt Siemens als allgemeine Eingangsbedingung weniger als 90 % relative Probengasfeuchte bei nicht kondensierendem Zustand.
Das bedeutet nicht, dass jede Gasprobe vollständig getrocknet werden soll. Bei bestimmten elektrochemischen Sensorvarianten können zusätzliche Anforderungen an einen ausreichenden Feuchtegehalt bestehen.
Die geeignete Konditionierung muss daher zur verwendeten Messkomponente passen.
Auch der Kondensatablauf eines Kühlers oder Abscheiders kann zur Fehlerquelle werden. Ein überfüllter Kondensatbehälter, eine blockierte Ableitung oder eine ungeeignete Entleerung kann den Gasweg beeinflussen.
Bei der Diagnose sollten deshalb Kondensatmenge, Kühlfunktion, Abscheiderzustand und mögliche Flüssigkeitsansammlungen in tiefer liegenden Leitungsabschnitten kontrolliert werden.
Eine Störung darf nicht allein dadurch beseitigt werden, dass Flüssigkeit in Richtung des Analysators weitergedrückt wird.
Bei wasserlöslichen Messkomponenten kann Kondensat außerdem zu einem Konzentrationsverlust führen. Dann muss neben dem Durchfluss auch die Repräsentativität der Gasprobe bewertet werden.
11. Leckagen und unerwünschte Verdünnung der Gasprobe erkennen
Eine undichte Verbindung im Probengasweg kann unterschiedliche Auswirkungen haben. Bei einer saugenden Probenahme kann Umgebungsluft durch eine Leckstelle in die Leitung gelangen.
Dadurch verändert sich möglicherweise die Zusammensetzung der Gasprobe. Die Konzentration einer bestimmten Messkomponente kann geringer erscheinen, obwohl die tatsächliche Prozesskonzentration unverändert ist.
Bei der Sauerstoffmessung kann umgekehrt der Eintrag von Umgebungsluft zu einer höheren angezeigten O₂-Konzentration führen.
Auch der Einfluss auf den Durchfluss hängt von der Position der Leckage und der Gaswegarchitektur ab. Nicht jede Undichtigkeit verursacht zwangsläufig einen deutlich niedrigeren Durchfluss an jeder Messstelle.
Deshalb ist eine normale Anzeige am Analysator kein ausreichender Nachweis für die Dichtheit der gesamten Probenleitung.
Typische Leckstellen können Schlauchverbindungen, Verschraubungen, Filtergehäuse, Dichtungen, Kondensatbehälter oder gealterte flexible Leitungen sein.
Für die Untersuchung sollten geeignete Dichtheitsprüfungen gemäß Siemens-Gerätehandbuch und den Vorgaben der vollständigen Gasaufbereitung verwendet werden.
Siemens beschreibt für den ULTRAMAT 23 ein spezifisches Verfahren zur Dichtheitsprüfung des Gaswegs. Dessen Prüfbedingungen sind ausdrücklich von den zulässigen Druckbedingungen des normalen Messbetriebs zu unterscheiden.
Eine improvisierte Druckbeaufschlagung mit ungeeignetem Prüfmedium oder zu hohem Druck kann die Messkammern beschädigen.
Bei toxischen, brennbaren oder sauerstoffverdrängenden Gasen dürfen Verbindungen zudem nicht unkontrolliert geöffnet werden. Die Gasführung muss vor entsprechenden Arbeiten nach dem vorgesehenen Anlagen- und Sicherheitsverfahren abgesichert werden.
12. Gasausgang, Gegendruck und Strömungswiderstand bewerten
Bei einem zu geringen Probengasstrom wird häufig zuerst die Pumpe oder der Filter betrachtet. Eine mögliche Ursache kann jedoch auch hinter dem Analysator liegen.
Ein erhöhter Gegendruck am Gasausgang beeinflusst die Druckverhältnisse im vollständigen Gasweg.
Siemens fordert für die beschriebenen ULTRAMAT-23-Ausführungen einen gegenüber der Umgebung drucklosen Messgasausgang.
Eine lange oder verengte Ableitung, ungeeignete Ventile oder ein blockierter Ausgang können deshalb problematisch sein.
Auch Flüssigkeitsansammlungen in einer nachgeschalteten Leitung können den Auslasswiderstand verändern.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen dem Austritt am Analysator und der sicheren Ableitung des Gases aus dem Gebäude beziehungsweise Anlagenbereich.
Die sichere Gasableitung kann aufgrund der Gasart erforderlich sein. Sie muss jedoch so ausgelegt werden, dass die zulässigen Druckbedingungen am Analysator erhalten bleiben.
Ein freier Gasaustritt in den Arbeitsbereich ist bei gefährlichen Prozessgasen keine zulässige einfache Diagnosemaßnahme.
Wenn der Verdacht auf einen erhöhten Ausgangswiderstand besteht, muss die Ableitung nach einem dafür geeigneten sicheren Verfahren überprüft werden.
Auch bei einem ansonsten korrekt arbeitenden ULTRAMAT 23 kann eine Veränderung der nachgeschalteten Gasführung die Messbedingungen und die erforderliche Gasförderung beeinflussen.
13. Pumpenverhalten während Messen und AUTOCAL unterscheiden
Der ULTRAMAT 23 besitzt eine automatische Justierfunktion mit der Bezeichnung AUTOCAL. Je nach Messkomponente und Gerätekonfiguration wird dafür geeignete Umgebungsluft beziehungsweise ein dafür vorgesehenes Null- oder Referenzgas verwendet.
Während AUTOCAL unterscheidet sich der Gasweg unter Umständen vom normalen Prozessgasweg. Die entsprechenden Ventile und Gasanschlüsse werden gemäß der Gerätekonfiguration angesteuert.
Bei einem Gerät mit interner Messgaspumpe kann außerdem festgelegt werden, ob die Pumpe während AUTOCAL beziehungsweise während des normalen Messbetriebs eingeschaltet ist.
Siemens beschreibt hierfür die Parameter „Pump at CAL“ und „Pump at MEAS“.
Diese Einstellungen müssen zum tatsächlichen Gasaufbau passen.
Wenn die Pumpe im Messbetrieb ordnungsgemäß läuft, während AUTOCAL aber mit einer Durchflussstörung abbricht, sollten zunächst der AUTOCAL-Gasweg und die dafür verwendete Pumpeneinstellung geprüft werden.
Umgekehrt kann ein ordnungsgemäß ablaufender AUTOCAL nicht automatisch bestätigen, dass die Prozessgasleitung frei und dicht ist. Es können unterschiedliche Gaswege verwendet werden.
Auch die Versorgung mit geeignetem Nullgas ist wichtig. Für bestimmte CO₂-Messbereiche kann beispielsweise eine zusätzliche CO₂-Entfernung aus der für AUTOCAL verwendeten Umgebungsluft erforderlich sein.
Die Verwendung von Umgebungsluft ist daher nicht für alle Messaufgaben ohne zusätzliche Bedingungen geeignet.
Die Siemens-Fehlerdiagnose unterscheidet Durchflussstörungen während der Messung ausdrücklich von solchen während AUTOCAL.
Diese Unterscheidung sollte bei der Fehlersuche genutzt werden, statt beide Meldungen pauschal als Pumpendefekt zu interpretieren.
14. Auswirkungen auf Konzentrationsanzeige und Ansprechzeit verstehen
Ein schwankender Probengasstrom kann die zeitliche Reaktion der Gasanalyse verändern. Je geringer der tatsächlich geförderte Volumenstrom, desto länger dauert unter sonst gleichen Bedingungen der Austausch des Gasvolumens in Leitung und Messsystem.
Dadurch kann ein Konzentrationswechsel im Prozess später am Analysator erscheinen.
Zusätzlich können Änderungen von Druck, Feuchtigkeit und Gaszusammensetzung die eigentliche Messung beeinflussen.
Bei den IR-Messkanälen hängt die spezifizierte Ansprechzeit des ULTRAMAT 23 unter anderem von der Länge der Analysekammer, der Probengasleitung und der eingestellten elektrischen Dämpfung ab.
Das Gerätehandbuch beschreibt hierfür einstellbare Zeitkonstanten und entsprechende Parameter.
Ein langsam reagierender Konzentrationswert kann deshalb mehrere Ursachen haben: eine lange Transportstrecke, einen niedrigen Probengasstrom, eine hohe Dämpfung oder eine Kombination dieser Einflüsse.
Die zeitliche Verzögerung muss von einem tatsächlichen Konzentrationsfehler unterschieden werden.
Ein niedriger Gasstrom verursacht nicht zwangsläufig bei jeder Gasart und jedem Sensortyp denselben Messwertfehler. Er kann aber die vorgesehenen Messbedingungen verlassen und damit die Aussagekraft der Messung beeinträchtigen.
Besonders kritisch wird eine zusätzliche Verdünnung durch Leckagen oder ein Verlust bestimmter Gaskomponenten durch Kondensation und Wechselwirkungen mit dem Probenahmesystem.
Eine stabile Konzentrationsanzeige ist daher kein ausreichender Nachweis dafür, dass der Probengasstrom korrekt ist.
Für die Bewertung sollten Konzentrationssignal, Durchflusszustand und zeitlicher Verlauf gemeinsam erfasst werden.
15. Rechenbeispiel: Probengastransport bei unterschiedlichem Durchfluss
Die Auswirkung des Probengasstroms auf die theoretische Transportzeit lässt sich anhand des Leitungsvolumens abschätzen.
Für eine kreisförmige Probenleitung mit konstantem Innendurchmesser gilt:
V = π · d² · L / 4
Dabei sind V das Innenvolumen der Leitung, d der Innendurchmesser und L die Leitungslänge.
Die idealisierte volumetrische Austauschzeit ergibt sich aus:
tideal = V / Q
Q bezeichnet den tatsächlichen Volumenstrom unter den betrachteten Bedingungen.
Ein Beispiel betrachtet eine Probenleitung mit 4 mm Innendurchmesser. Bei einer Länge von 20 m beträgt ihr geometrisches Innenvolumen ungefähr 0,251 l.
Bei einem Volumenstrom von 1,2 l/min ergibt sich:
tideal = 0,251 l / 1,2 l/min ≈ 0,209 min ≈ 12,6 s
Die folgende Tabelle zeigt verschiedene Leitungslängen und Volumenströme:
| Leitungslänge | Volumenstrom | Leitungsvolumen | Ideale Austauschzeit |
|---|---|---|---|
| 10 m | 1,2 l/min | 0,126 l | ca. 6,3 s |
| 20 m | 1,2 l/min | 0,251 l | ca. 12,6 s |
| 30 m | 1,2 l/min | 0,377 l | ca. 18,9 s |
| 30 m | 2,0 l/min | 0,377 l | ca. 11,3 s |
| 30 m | 0,8 l/min | 0,377 l | ca. 28,3 s |
Der letzte Tabellenwert mit 0,8 l/min dient ausschließlich der Darstellung eines zu niedrigen Probengasstroms. Er liegt unterhalb des zuvor genannten Siemens-Durchflussbereichs von 1,2 … 2,0 l/min.
Das Beispiel zeigt, dass sich die theoretische Austauschzeit bei sinkendem Volumenstrom deutlich verlängert.
Diese Rechnung beschreibt allerdings nicht die vollständige Ansprechzeit des ULTRAMAT 23.
Sie berücksichtigt weder das Gasvolumen innerhalb des Analysators noch Filter, Kondensatabscheider, Strömungsprofile, Gaswechselwirkungen oder die eigentliche Sensoransprechzeit.
Auch die angezeigte Konzentration kann sich durch Mischungsvorgänge und die eingestellte Dämpfung anders entwickeln als die einfache Volumenrechnung vermuten lässt.
Für eine belastbare Diagnose muss deshalb zusätzlich das tatsächliche Ansprechverhalten mit einer geeigneten Prüfgasaufgabe untersucht werden.
Besonders bei Leitungen über 20 m ist außerdem die im Siemens-Handbuch beschriebene Auslegung mit einer geeigneten externen Gasansaugpumpe zu berücksichtigen.
16. Unterschiedliche Gas- und Sensorkonfigurationen berücksichtigen
Die genaue Bedeutung einer Durchflussschwankung hängt auch von den im ULTRAMAT 23 installierten Messkomponenten ab.
Bei NDIR-Messungen wird die Absorption infraroter Strahlung durch die jeweiligen Gase ausgewertet. Der Messwert hängt deshalb von den entsprechenden optischen und gasphysikalischen Bedingungen ab.
Bei elektrochemischen Sensoren können dagegen unter anderem die Gaszusammensetzung, der Feuchtezustand und die Sensoreigenschaften eine besondere Rolle spielen.
Für die elektrochemische O₂-Messung nennt Siemens spezifische Anforderungen an das Probengas. Insbesondere ist bei dieser Ausführung nicht einfach eine vollständig trockene Gasprobe unter allen Umständen zulässig.
Auch für H₂S-Messungen bestehen besondere Vorgaben hinsichtlich zulässiger Begleitgase und Betriebsbedingungen.
Bei UV-Messungen können Partikel oder Aerosole die optische Messung beeinflussen. Siemens fordert für entsprechende UV-Analysenteile eine geeignete Aufbereitung, damit die Gasprobe ausreichend frei von Partikeln und Aerosolen ist.
Deshalb ist die geeignete Filter- und Feuchtebehandlung immer in Verbindung mit dem konkret installierten Messprinzip zu betrachten.
Ein einfacher Austausch der Gasaufbereitung gegen eine vermeintlich leistungsfähigere Standardlösung kann problematisch sein, wenn dadurch die Messkomponente selbst verändert oder aus dem Gas entfernt wird.
Auch die Verwendung einer internen Messgaspumpe und bestimmter interner Gaswege ist nicht bei allen Sensorkonfigurationen vorgesehen.
Für die Diagnose und Geräteauswahl sind daher mindestens die vollständige Artikelnummer, die installierten Messmodule und die vorgesehene Gasart erforderlich.
17. Probengasversorgung und Analysator getrennt prüfen
Eine wichtige Diagnosestrategie besteht darin, den Einfluss des vorgeschalteten Probengaswegs von der eigentlichen Analysatorfunktion zu unterscheiden.
Wenn der Verdacht auf eine Störung der Gasaufbereitung besteht, kann unter geeigneten, vom Hersteller freigegebenen Bedingungen eine definierte Gasversorgung direkt am vorgesehenen Analysatoreingang verwendet werden.
Die Untersuchung muss dabei Gasart, Durchfluss, Temperatur, Druck und Feuchtebedingungen berücksichtigen.
Reagiert der Analysator bei einer geeigneten direkten Gasversorgung stabil, während die Messung über die vollständige Probenahmestrecke schwankt, spricht dies für einen Einfluss der vorgeschalteten Gasführung.
Eine solche Beobachtung ist jedoch noch kein vollständiger Nachweis der konkreten Ursache. Beispielsweise können sowohl Leckagen als auch Filterbelastung oder Kondensat zu einem auffälligen Verhalten führen.
Umgekehrt kann ein weiterhin schwankender Messwert bei stabiler und geeigneter Gasversorgung auf eine interne Mess- oder Elektronikstörung hinweisen.
Für eine belastbare Bewertung müssen die entsprechenden Gerätezustände und Diagnoseinformationen berücksichtigt werden.
Ein sinnvoller Vergleich unterscheidet daher zwischen einer Prüfung des Analysators mit geeigneter direkter Gasversorgung und einer Systemprüfung über den tatsächlichen Prozessgas-Entnahmepunkt.
Die Prüfposition muss eindeutig dokumentiert werden. Ein erfolgreicher Prüfgastest direkt am Analysator bestätigt nicht automatisch die Funktion der gesamten Probenleitung.
Bei gefährlichen Prozessgasen darf die Gasversorgung nicht improvisiert umgeschaltet oder geöffnet werden. Die Arbeiten benötigen ein geeignetes und freigegebenes Prüfverfahren.
18. Diagnosewerte, Schnittstellen und Ausgangssignale kontrollieren
Der ULTRAMAT 23 besitzt menügeführte Diagnose-, Parameter- und Konfigurationsfunktionen. Je nach Gerät und Ausführung können Störungen, Wartungsanforderungen und relevante Gerätezustände ausgelesen werden.
Für die Fehlersuche sind insbesondere die Angaben zum Gasdurchfluss, Pumpenstatus, AUTOCAL-Verhalten und vorhandene Fehlermeldungen wichtig.
Bei entsprechend ausgestatteten Geräten kann die Funktion des Durchflussschalters über einen gesonderten Gerätetest überprüft werden. Dieser Test beurteilt den Durchflussstatus, ersetzt aber nicht die quantitative Messung des tatsächlich geförderten Gasvolumens.
Auch die Parametrierung der Pumpe muss zum vorhandenen Gasweg passen. Änderungen an Pumpenleistung, Betriebszuständen oder Ventilsteuerung sollten nur nach Bewertung der Ursache erfolgen.
Für die Einbindung in die Prozessautomatisierung stehen beim ULTRAMAT 23 je nach Ausführung analoge Signalausgänge, Relaisfunktionen und digitale Kommunikationsmöglichkeiten zur Verfügung.
Siemens dokumentiert unter anderem RS-485 als Geräteschnittstelle sowie entsprechende Erweiterungs- und Anbindungsmöglichkeiten, beispielsweise über PROFIBUS oder geeignete Schnittstellenwandler.
Die Software SIPROM GA kann für entsprechende Service- und Wartungsaufgaben eingesetzt werden.
Bei einer Störung muss zwischen dem lokalen Konzentrationswert und dem an die Steuerung übertragenen Signal unterschieden werden.
Zeigt das Gerät lokal stabile Werte, während die Prozessleittechnik einen schwankenden Wert erhält, können elektrische Übertragung, Skalierung oder die Parametrierung des Ausgangssignals eine Rolle spielen.
Wenn hingegen bereits die lokale Konzentrationsanzeige schwankt und gleichzeitig ein instabiler Probengasstrom vorliegt, sollte zunächst die Gasversorgung untersucht werden.
Für eine zuverlässige Störungsbehandlung ist außerdem festzulegen, wie die übergeordneten Systeme bei Durchflussfehlern, Wartungszuständen oder nicht gültigen Messwerten reagieren.
Eine fehlerhafte Probengasversorgung darf nicht unbemerkt als normaler Prozessmesswert interpretiert werden.
19. AUTOCAL, Prüfgaskontrolle und Justierung richtig abgrenzen
Der Siemens ULTRAMAT 23 bietet die Möglichkeit einer automatischen Justierung mit AUTOCAL. Bei geeigneten Messkomponenten kann hierfür Umgebungsluft verwendet werden.
Die Funktion unterstützt eine wirtschaftliche und automatisierte Kontrolle beziehungsweise Korrektur bestimmter Geräteeigenschaften.
Sie ist jedoch nicht mit einer vollständigen Überprüfung der gesamten Prozessgas-Probenahmestrecke gleichzusetzen.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen der automatischen Justierung des Analysators und einer Prüfung mit geeigneten Referenzgasen bekannter Zusammensetzung.
Wenn die Messstelle für eine emissionsrechtliche Überwachung, eine qualitätsrelevante Prozessmessung oder eine andere anspruchsvolle Aufgabe eingesetzt wird, können zusätzliche Anforderungen an Prüf- und Justierintervalle bestehen.
Auch die Herstelleranforderungen zur jeweiligen Messkomponente sind einzuhalten. Beispielsweise können für bestimmte CO₂-Messbereiche zusätzliche Maßnahmen zur Bereitstellung eines geeigneten AUTOCAL-Gases notwendig sein.
Eine automatische Nullpunktkorrektur kann einen zu niedrigen Probengasstrom nicht zuverlässig beseitigen.
Auch ein beschädigter Filter, eine undichte Leitung oder eine unzureichende Pumpenleistung werden durch eine Neujustierung nicht repariert.
Deshalb sollte vor einer erneuten Justierung geprüft werden, ob die Gasversorgung die vorgesehenen Betriebsbedingungen erfüllt.
Nach einer entsprechenden Instandsetzung kann eine geeignete Funktionsprüfung beziehungsweise Justierung erforderlich sein. Der genaue Umfang richtet sich nach dem Herstellerverfahren und den Anforderungen der Messaufgabe.
Für die vollständige Bewertung ist außerdem zu unterscheiden, ob das Prüfgas direkt am Analysator oder bereits an der Prozessgas-Entnahmestelle aufgegeben wird.
Nur die zweite Anordnung bezieht bei geeignetem Prüfverfahren auch die vorgeschaltete Gasaufbereitung und Transportstrecke ein.
20. Einen systematischen Prüfablauf durchführen
Eine reproduzierbare Fehlersuche sollte mit einer Dokumentation des vorhandenen Zustands beginnen. Anschließend wird der vollständige Probengasweg schrittweise untersucht.
Der folgende Prüfablauf setzt ein geeignetes und freigegebenes Wartungsverfahren sowie entsprechend qualifiziertes Fachpersonal voraus.
- Gerätevariante identifizieren: Vollständige Artikelnummer, installierte Messmodule, Gasweg und vorhandene Pumpenoptionen feststellen.
- Fehlerbild dokumentieren: Konzentrationswerte, Durchflussanzeige, Betriebszustand und vorhandene Störungsmeldungen erfassen.
- Betriebsbedingungen prüfen: Tatsächlichen Probengasstrom mit den zulässigen Bedingungen der Gerätevariante vergleichen.
- Mess- und AUTOCAL-Betrieb unterscheiden: Prüfen, ob die Störung nur während eines bestimmten Betriebszustands auftritt.
- Pumpenstatus kontrollieren: Bei integrierter Pumpe deren vorgesehenen Betriebszustand und Parametrierung überprüfen.
- Probenleitung beurteilen: Länge, Innendurchmesser, Leitungsschäden und mögliche mechanische Einschränkungen erfassen.
- Gasaufbereitung kontrollieren: Entnahmesonde, Analysenfilter, Sicherheitsfilter und weitere vorgesehene Komponenten prüfen.
- Kondensatmanagement beurteilen: Gaskühler, Kondensatabscheider, Ableitung und mögliche Flüssigkeitsansammlungen überprüfen.
- Gasweg auf Leckagen prüfen: Die vorgesehene Dichtheitsprüfung nach Herstellerverfahren anwenden.
- Gasausgang kontrollieren: Die zulässigen Ausgangsdruckbedingungen und den Strömungswiderstand der sicheren Gasableitung bewerten.
- Durchflussüberwachung testen: Bei entsprechend ausgestatteten Geräten den Durchflussschalter-Test und die Frontanzeige vergleichen.
- Externe Fördertechnik beurteilen: Bei vorhandener externer Pumpe deren tatsächliche Förderleistung im vorgesehenen Gesamtaufbau prüfen.
- Gasversorgung und Analysator vergleichen: Soweit vorgesehen, eine geeignete definierte direkte Gasversorgung mit der vollständigen Probenahmestrecke vergleichen.
- Reaktionsverhalten erfassen: Durchfluss, Konzentrationsanzeige und Störungsstatus unter vergleichbaren Bedingungen dokumentieren.
- Elektrische Signale prüfen: Lokale Anzeige, analogen beziehungsweise digitalen Ausgang und die Darstellung in der Prozessleittechnik vergleichen.
- Notwendige Maßnahmen durchführen: Defekte oder verschmutzte Komponenten gemäß Herstellerverfahren instand setzen beziehungsweise ersetzen.
- Funktionsprüfung wiederholen: Stabilen Gasdurchfluss, vorgesehene Messwerte und korrekte Meldungsverarbeitung nachweisen.
- Wartung dokumentieren: Ausgangszustand, Ursache, durchgeführte Maßnahmen und abschließende Prüfergebnisse festhalten.
Bei der Reihenfolge ist wichtig, dass Einstellungen nicht vorschnell verändert werden. Wird beispielsweise die Pumpenleistung erhöht, bevor ein verstopfter Filter erkannt wurde, kann die ursprüngliche Fehlerursache verdeckt werden.
Auch das Löschen von Störungsmeldungen sollte erst erfolgen, nachdem die relevanten Informationen dokumentiert und die Ursachen untersucht wurden.
Ein wieder stabiler Konzentrationswert allein bestätigt noch nicht, dass sämtliche Funktionen der Messstelle korrekt wiederhergestellt wurden.
Für die Freigabe sollten daher Probengasstrom, Analysatorfunktion, AUTOCAL und gegebenenfalls die angeschlossenen Störungs- und Wartungsmeldungen gemeinsam geprüft werden.
21. Typische Fehlerbilder und Ursachen diagnostizieren
Die folgende Übersicht verbindet typische Beobachtungen am ULTRAMAT 23 mit möglichen Ursachen und geeigneten Diagnosemaßnahmen.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Durchflussanzeige sinkt über längere Zeit | Zunehmende Filterverschmutzung oder steigender Strömungswiderstand | Entnahmefilter, Analysenfilter und gesamten Probengasweg prüfen |
| Durchfluss schwankt unregelmäßig | Kondensat im Gasweg, wechselnder Leitungswiderstand oder instabile Förderbedingungen | Kondensatabscheider, Gaskühler und Leitungstiefpunkte kontrollieren |
| Durchflussstörung während Messen | Gasweg blockiert oder undicht, Pumpenleistung unzureichend, Pumpen- oder Schalterfehler | Siemens-Störungsdiagnose anwenden; Gasweg und Pumpenfunktion getrennt prüfen |
| Durchflussstörung nur während AUTOCAL | Nullgasweg blockiert, Ventilumschaltung oder Pumpenkonfiguration ungeeignet | AUTOCAL-Gasweg und Pumpeneinstellung für CAL überprüfen |
| Pumpe läuft, aber Probengasstrom ist zu niedrig | Filterbelastung, Leitungsverengung, zu geringe Förderleistung oder ungünstige Druckbedingungen | Tatsächlichen Gasstrom und Strömungswiderstände untersuchen |
| Frontanzeige zeigt Gasstrom, elektronische Überwachung meldet Störung | Unzureichender Durchfluss oder möglicher Fehler der Überwachungsfunktion | Quantitativen Durchfluss und Durchflussschalter-Test vergleichen |
| CO₂- oder andere Prozessgaskonzentration erscheint zu niedrig | Verdünnung durch Leckage oder mögliche Gasverluste in der Probenahme | Gasweg auf Dichtheit und Materialverträglichkeit prüfen |
| O₂-Anzeige erscheint unerwartet hoch | Möglicher Eintrag von Umgebungsluft in eine saugende Probenleitung | Leckagen und tatsächliche Gaszusammensetzung untersuchen |
| Messwert reagiert deutlich langsamer als früher | Reduzierter Gasstrom, erhöhte Dämpfung oder zusätzliche Transportverzögerung | Probengasstrom, Gaswegvolumen und Zeitkonstanten prüfen |
| Störung tritt nach Umbau der Abluftleitung auf | Erhöhter Gegendruck am Gasausgang | Druckverhältnisse und zulässige Gasableitung kontrollieren |
| Analysator misst mit direkter Prüfgaszufuhr stabil, über Prozessleitung jedoch nicht | Einfluss der vorgeschalteten Entnahme, Gasaufbereitung oder Gasförderung | Vollständige Probenahmestrecke schrittweise untersuchen |
| Lokale Anzeige stabil, Prozessleitsystem zeigt schwankende Werte | Störung in Signalausgang, Verdrahtung oder Parametrierung | Analogen beziehungsweise digitalen Signalweg getrennt prüfen |
Die aufgeführten Ursachen sind Diagnosehinweise und keine eindeutigen Ferndiagnosen.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen einer echten Störung der Gasförderung und einem Fehler der elektronischen Messwertverarbeitung.
Bei einer Durchflussstörung kann der Sensor weiterhin plausible Konzentrationswerte anzeigen. Diese Werte müssen aber hinsichtlich ihrer Gültigkeit und der tatsächlichen Probenahmebedingungen bewertet werden.
Ein Fehler der Pumpe, der Gaswege oder des Durchflussschalters darf nicht allein durch eine neue Kalibrierung der Gaskonzentrationsmessung behandelt werden.
Die Ursache muss im entsprechenden Teil der Messkette nachgewiesen und fachgerecht behoben werden.
22. Passende Siemens-Prozessanalytik von ICS Schneider
22.1 Siemens ULTRAMAT 23: Mehrkomponenten-Gasanalysator mit integrierter Diagnose
Der Siemens ULTRAMAT 23 ist ein Mehrkomponenten-Gasanalysator für kontinuierliche extraktive Messungen.
Je nach Konfiguration können bis zu vier Gaskomponenten bestimmt werden. Dafür stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung, darunter NDIR-Technik für infrarotaktive Gase, UV-Fotometrie und geeignete Sauerstoff- beziehungsweise H₂S-Sensoren.
Ein wesentliches Merkmal ist die menügeführte Bedienung mit entsprechenden Diagnose- und Wartungsfunktionen.
Die AUTOCAL-Funktion ermöglicht bei geeigneten Messkomponenten eine automatische Justierung unter Verwendung der vorgesehenen Referenzbedingungen.
Für die Fehlersuche bei schwankendem Probengasstrom sind besonders die vorhandenen Gaswegoptionen, die frontseitige Durchflussanzeige und die jeweiligen Pumpenfunktionen relevant.
Die konkrete Ausführung kann eine interne Messgaspumpe, zusätzliche Filter- beziehungsweise Kondensatkomponenten und unterschiedliche Sensormodule besitzen.
Auch die Kommunikation mit übergeordneten Systemen ist vorgesehen. Je nach Ausführung stehen analoge Ausgangssignale, Relaisfunktionen und geeignete digitale Schnittstellen zur Verfügung.
Für eine anwendungsspezifische Auswahl müssen Gasarten, Konzentrationsbereiche, Probengasaufbereitung, Pumpenkonzept und die vorgesehenen Betriebsbedingungen gemeinsam festgelegt werden.
22.2 Siemens SIPROCESS GA700: Modulares System für anspruchsvolle Prozessgasanalytik
Die Siemens SIPROCESS GA700 Plattform ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Gasanalysenmodule in einem geeigneten Gehäusesystem.
Je nach Anwendung können beispielsweise ULTRAMAT 7, OXYMAT 7 oder CALOMAT 7 eingesetzt werden.
Die Plattform ist für eine modulare Integration in industrielle Prozessanalysesysteme vorgesehen.
Bei einer Neuplanung oder umfangreichen Modernisierung kann ein solches System interessant sein, wenn unterschiedliche Gasanalysen, Schnittstellen oder Einbauanforderungen kombiniert werden sollen.
Die Auswahl eines anderen Analysators beseitigt allerdings nicht automatisch Probleme in einer bestehenden Probenleitung. Auch ein modular aufgebautes Gasanalysesystem benötigt geeignete Gasaufbereitung, Förderbedingungen und eine sichere Gasableitung.
22.3 Siemens SIPROCESS GA700 ULTRAMAT 7: Infrarot-Gasanalyse mit erweiterten Diagnosemöglichkeiten
Das Siemens ULTRAMAT 7 Modul ist für die Messung infrarotaktiver Gaskomponenten vorgesehen.
Typische Messkomponenten sind je nach Ausführung beispielsweise CO, CO₂, NO, SO₂, CH₄ und weitere infrarotaktive Gase.
Das Modul bietet eine hohe Selektivität, umfangreiche Einstellmöglichkeiten und entsprechende Diagnose- beziehungsweise Wartungsfunktionen.
Es kann in geeigneten Einschub- oder Wandgehäusen der SIPROCESS-GA700-Plattform verwendet werden.
Für industrielle Prozessanwendungen ist insbesondere die Möglichkeit interessant, Mess- und Diagnosefunktionen in ein umfassenderes Analysesystem einzubinden.
Für den Vergleich mit einem ULTRAMAT 23 müssen jedoch Messkomponenten, Messbereiche, Gasführung, Einbausituation und vorhandene Prozessleitschnittstellen berücksichtigt werden. Ein ULTRAMAT 7 ist nicht automatisch ein ohne Anpassungen austauschbarer Ersatz.
22.4 Siemens SIPROCESS UV600: Extraktive UV-Gasanalyse für spezielle Messkomponenten
Der Siemens SIPROCESS UV600 ist ein extraktiver Gasanalysator für UV-aktive Gaskomponenten.
Er eignet sich je nach Ausführung zur Messung niedriger Konzentrationen von NO, NO₂, SO₂ oder H₂S.
Das UV-Messprinzip bietet bei geeigneten Anwendungen eine hohe Selektivität und geringe Querempfindlichkeiten gegenüber bestimmten Begleitgasen.
Auch beim SIPROCESS UV600 muss das Probengas entsprechend den technischen Anforderungen aufbereitet und mit geeigneten Förderbedingungen zum Analysator geleitet werden.
Für bestimmte Ausführungen stehen Optionen wie eine interne Messgaspumpe, Durchflussüberwachung und Feuchteüberwachung zur Verfügung.
Welche Funktionen benötigt werden, hängt vom Zielgas, der Messaufgabe und der gesamten Probenahmeinstallation ab.
Weitere Siemens-Gasanalysatoren und passende Prozessanalytik sind in der Kategorie Geräte für die Prozessanalytik / Gasanalysatoren sowie im Bereich Siemens – Prozessinstrumentierung bei ICS Schneider erhältlich.
23. Fazit: Den gesamten Probengasweg vor einer Neujustierung prüfen
Ein schwankender Probengasstrom beim Siemens ULTRAMAT 23 muss nicht auf einen Defekt der eigentlichen Gasanalyse hinweisen.
Häufig können Veränderungen der Gasförderung, verschmutzte Filter, Kondensat, Leckagen oder ungünstige Druckverhältnisse die Ursache sein.
Besonders wichtig ist die genaue Geräteausführung. Nicht jeder ULTRAMAT 23 besitzt eine integrierte Messgaspumpe, dieselbe Gaswegführung oder die gleichen internen Schutzkomponenten.
Die Siemens-Diagnosemöglichkeiten unterstützen eine systematische Eingrenzung. Dazu gehören der Durchflussanzeiger, die Prüfung des Durchflussschalters, die Pumpeneinstellungen sowie unterschiedliche Störungsmeldungen für Messbetrieb und AUTOCAL.
Bei der Fehlersuche sollte nicht allein die angezeigte Konzentration betrachtet werden. Entscheidend ist, ob das Probengas den Analysator mit ausreichendem und stabilem Durchfluss unter den vorgesehenen Druck-, Temperatur- und Feuchtebedingungen erreicht.
Eine Neujustierung des Messgeräts kann eine fehlerhafte Probenahmestrecke nicht reparieren.
Auch die elektrische Integration muss berücksichtigt werden. Die Prozessleittechnik sollte Durchflussstörungen und ungültige Betriebszustände korrekt erkennen, statt beeinträchtigte Messwerte unbemerkt weiterzuverarbeiten.
Geräteausführung identifizieren → Probengasstrom prüfen → Pumpe und Betriebszustände kontrollieren → Filter und Kondensatabscheider untersuchen → Gasweg auf Leckagen prüfen → Gasausgang bewerten → Durchflussüberwachung testen → Messwerte und Schnittstellen vergleichen → Funktionsprüfung durchführen → Ergebnisse dokumentieren
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Bevor der ULTRAMAT 23 wegen schwankender Konzentrationswerte neu justiert oder ersetzt wird, sollte zuerst nachgewiesen werden, dass die gesamte Probengasversorgung unter den spezifizierten Bedingungen zuverlässig arbeitet.
24. Häufige Fragen zum schwankenden Probengasstrom beim ULTRAMAT 23
24.1 Welcher Probengasstrom ist für den Siemens ULTRAMAT 23 vorgesehen?
Siemens nennt für den ULTRAMAT 23 einen allgemeinen Probengasstrom von 72 … 120 l/h beziehungsweise 1,2 … 2,0 l/min. Für die konkrete Geräteausführung und bestimmte Messkomponenten können weitere Bezugs- und Betriebsbedingungen gelten.
24.2 Warum schwankt der Probengasstrom beim ULTRAMAT 23?
Mögliche Ursachen sind verschmutzte Filter, Kondensat in der Probenleitung, Leckagen, eine unzureichende Pumpenförderung oder erhöhte Strömungswiderstände. Auch Pumpeneinstellungen und besondere Betriebszustände können eine Rolle spielen.
24.3 Besitzt jeder ULTRAMAT 23 eine integrierte Messgaspumpe?
Nein. Die interne Pumpe ist abhängig von Geräte- und Gaswegkonfiguration. Bei der entsprechenden Tischgeräteausführung ist sie vorgesehen, beim 19-Zoll-Einschubgerät kann sie optional vorhanden sein. Mit bestimmten Gaswegen und Messmodulen ist sie nicht kombinierbar.
24.4 Kann die Pumpenleistung beim ULTRAMAT 23 eingestellt werden?
Bei entsprechend ausgestatteten Geräten kann die interne Pumpenleistung über das vorgesehene Bedienmenü verändert werden. Die Einstellung darf jedoch nicht dazu verwendet werden, verschmutzte Filter oder andere Fehler im Gasweg dauerhaft zu kompensieren.
24.5 Was bedeutet eine Durchflussstörung während des Messbetriebs?
Die Siemens-Fehlerdiagnose nennt unter anderem einen blockierten oder undichten Gasweg, eine nicht laufende Pumpe, unzureichende Förderleistung, einen Pumpendefekt oder einen fehlerhaften Durchflussschalter als mögliche Ursachen. Die tatsächliche Ursache muss systematisch geprüft werden.
24.6 Warum tritt der Fehler nur während AUTOCAL auf?
Während AUTOCAL können ein anderer Gasweg und andere Pumpeneinstellungen verwendet werden. Deshalb kommen beispielsweise eine Störung der Nullgaszufuhr, eine ungeeignete Ventilstellung oder eine nicht passende Pumpenkonfiguration infrage.
24.7 Wie kontrolliere ich den Durchfluss beim ULTRAMAT 23?
Bei entsprechend ausgestatteten Varianten kann der frontseitige Durchflussanzeiger verwendet werden. Zusätzlich steht eine gerätespezifische Prüfung des Durchflussschalters zur Verfügung. Für eine quantitative Kontrolle kann ein geeigneter separater Gasdurchflussmesser erforderlich sein.
24.8 Hat der ULTRAMAT 23 einen Durchflusssensor mit digitaler l/min-Ausgabe?
Aus der vorhandenen Durchflussüberwachung darf nicht automatisch auf eine digitale Volumenstrommessung geschlossen werden. Siemens dokumentiert einen frontseitigen Durchflussanzeiger und einen Durchflussschalter-Test, der den vorgesehenen Durchflussstatus beurteilt.
24.9 Kann ein verschmutzter Filter die Konzentrationsanzeige beeinflussen?
Ja. Ein verschmutzter Filter kann den Probengasstrom reduzieren und dadurch das zeitliche Ansprechverhalten verändern. Je nach Gasart und Zustand der Probenahme können weitere Einflüsse auf die Repräsentativität der Gasprobe entstehen.
24.10 Welche Rolle spielt Kondensat bei schwankendem Durchfluss?
Kondensat kann den Gasweg teilweise blockieren oder einen veränderlichen Strömungswiderstand verursachen. Bei bestimmten wasserlöslichen Gasen kann es außerdem zu Konzentrationsverlusten kommen. Deshalb müssen Kühler, Kondensatabscheider und Leitungsführung geprüft werden.
24.11 Warum zeigt der ULTRAMAT 23 bei einer Leckage möglicherweise falsche O₂-Werte?
Bei saugender Probenahme kann Umgebungsluft durch eine Undichtigkeit in den Gasweg eintreten. Wenn das Prozessgas weniger Sauerstoff als die Umgebungsluft enthält, kann die angezeigte O₂-Konzentration dadurch höher ausfallen als tatsächlich am Entnahmepunkt.
24.12 Kann auch der Gasausgang eine Durchflussstörung verursachen?
Ja. Ein erhöhter Widerstand am Gasausgang kann die Druckverhältnisse im Probengasweg beeinflussen. Siemens verlangt für die beschriebenen Geräteausführungen einen gegenüber der Umgebung drucklosen Gasausgang. Die sichere Ableitung muss entsprechend ausgelegt sein.
24.13 Ab welcher Leitungslänge benötigt der ULTRAMAT 23 eine externe Messgaspumpe?
Siemens beschreibt in der üblichen Gasaufbereitung eine externe Gasansaugpumpe für Probenleitungen über 20 m. Die tatsächliche Auslegung hängt zusätzlich von Innendurchmesser, Gasaufbereitung und Strömungswiderstand ab. Die Angabe ist daher keine pauschale Freigabe kürzerer Leitungen ohne externe Förderung.
24.14 Warum reagiert der ULTRAMAT 23 bei niedrigem Probengasstrom langsamer?
Bei geringerem Volumenstrom dauert der Austausch des Gasvolumens in der Probenleitung länger. Zusätzlich beeinflussen die Messkammer, das Sensorverhalten und die eingestellte Dämpfung die Gesamtansprechzeit. Die tatsächliche Reaktion muss daher am Messsystem geprüft werden.
24.15 Kann AUTOCAL eine Störung der Probengasversorgung beseitigen?
Nein. AUTOCAL dient der dafür vorgesehenen automatischen Justierung beziehungsweise Stabilisierung bestimmter Messfunktionen. Eine undichte Leitung, ein verschmutzter Filter oder eine defekte Pumpe werden dadurch nicht repariert.
24.16 Kann ein ULTRAMAT 23 trotz Durchflussstörung noch plausible Messwerte anzeigen?
Ja. Ein Messwert kann kurzfristig plausibel erscheinen, obwohl die vorgesehenen Probengasbedingungen nicht erfüllt werden. Für die Bewertung sind deshalb auch Durchflussstatus, Gerätestörungen und die Gültigkeit der Messbedingungen zu berücksichtigen.
24.17 Wann muss die Messgaspumpe ausgetauscht werden?
Ein Austausch kommt infrage, wenn die Pumpe unter den vorgesehenen Bedingungen nicht mehr die erforderliche Funktion erfüllt und andere Ursachen wie Filterverschmutzung, Leitungsprobleme oder fehlerhafte Einstellungen ausgeschlossen wurden. Der Austausch erfolgt nach dem Siemens-Wartungsverfahren.
24.18 Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Fehlerdiagnose oder Geräteauswahl?
Benötigt werden die vollständige ULTRAMAT-23-Artikelnummer, Hardwareausführung, installierte Messmodule und Messgaskomponenten sowie die aktuellen Fehler- und Wartungsmeldungen. Zusätzlich sind Angaben zum angezeigten beziehungsweise gemessenen Probengasstrom, zur Pumpenkonfiguration, zu Leitungswegen und Filterzuständen, zur Gasaufbereitung und zum AUTOCAL-Verhalten wichtig. Für die weitere Bewertung helfen außerdem die vorhandenen Druck- und Feuchtebedingungen, die Prozessleitschnittstellen, Prüfgasergebnisse und Informationen über bereits durchgeführte Wartungsmaßnahmen.