Ein Gasanalysator liefert nur dann zuverlässige Prozessinformationen, wenn sein Messprinzip zur chemischen Zusammensetzung des Messgases passt. In industriellen Anlagen müssen häufig mehrere Gaskomponenten gleichzeitig erfasst werden: beispielsweise Sauerstoff und Kohlenmonoxid in einer Verbrennungsanlage, Kohlendioxid in einem chemischen Prozess oder Wasserstoff in einem Schutzgasgemisch.
Mit dem Siemens SIPROCESS GA700 steht hierfür eine modulare Plattform zur kontinuierlichen extraktiven Prozess-Gasanalytik zur Verfügung. Die Analysenmodule OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7 beruhen auf unterschiedlichen physikalischen Messverfahren. Dadurch lassen sich verschiedene Messaufgaben innerhalb einer Gerätefamilie realisieren und, soweit für die jeweilige Geräteausführung freigegeben, mehrere Messverfahren in einem Grundgerät kombinieren.
Die Auswahl eines geeigneten Moduls beginnt jedoch nicht bei der Gerätebezeichnung. Entscheidend sind zunächst die Zielkomponenten, ihre erwarteten Konzentrationen, die Zusammensetzung des Begleitgases, mögliche Quereinflüsse und die physikalischen Eigenschaften des Messgases.
Ein typisches Problem entsteht beispielsweise, wenn ein Wärmeleitfähigkeitsanalysator zur Wasserstoffmessung eingesetzt werden soll, obwohl gleichzeitig mehrere Begleitgase unabhängig voneinander schwanken. In diesem Fall verändert nicht nur die Wasserstoffkonzentration die Wärmeleitfähigkeit des Gemisches. Auch Änderungen der übrigen Gaskomponenten können das Messergebnis beeinflussen.
Ebenso genügt es nicht, zwei passende Analysenmodule auszuwählen und deren gemeinsame mechanische Unterbringung vorauszusetzen. Bei bestimmten GA700-Modulkombinationen sind zusätzlich Einschränkungen hinsichtlich Messfrequenz, zulässiger Umgebungstemperatur, Messbereich oder elektromagnetischer Verträglichkeit zu berücksichtigen.
Dieser Fachbeitrag erläutert die drei Messprinzipien, die Auswahl geeigneter Modulkombinationen und die anwendungsbezogene Konfiguration des SIPROCESS GA700. Darüber hinaus werden die Probenaufbereitung, Schnittstellen, Parametrierung, Justierung, Diagnose und systematische Inbetriebnahme behandelt.
Inhaltsverzeichnis
- Die Messaufgabe vor der Modulauswahl definieren
- Aufbau und Funktion des SIPROCESS GA700 verstehen
- Physikalische Messprinzipien der drei Analysenmodule
- OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7 vergleichen
- Gaszusammensetzung und Querempfindlichkeiten berücksichtigen
- Probenaufbereitung und Einbaubedingungen festlegen
- Messbereiche und Geräteausführung dimensionieren
- Praxisbeispiel: Mehrkomponenten-Gasanalyse auslegen
- Zulässige Modulkombinationen und Einschränkungen prüfen
- OXYMAT 7 für Sauerstoffmessungen auswählen
- ULTRAMAT 7 für infrarotaktive Gase auswählen
- CALOMAT 7 für Wasserstoff und Wärmeleitfähigkeit auswählen
- Gasführung und Zusammenführung mehrerer Messaufgaben planen
- Vergleichsgase, Nullgase und Prüfgase richtig einsetzen
- Schnittstellen und Prozessautomatisierung integrieren
- Messbereiche, Ausgänge und Funktionen parametrieren
- Justierung, Referenzmessung und Messunsicherheit
- Diagnosewerte und vorbeugende Wartung nutzen
- Explosionsschutz, Prozesssicherheit und Betriebsbedingungen
- Systematischer Prüf- und Inbetriebnahmeablauf
- Typische Fehlerbilder und gezielte Diagnose
- Passende Siemens-Produkte bei ICS Schneider Messtechnik
- Fazit: Messprinzip und Modulkonfiguration gemeinsam auswählen
- Häufig gestellte Fragen zum SIPROCESS GA700
1. Die Messaufgabe vor der Modulauswahl definieren
Am Anfang jeder Geräteauswahl steht die Frage, welche Gaskomponente mit welcher Genauigkeit und unter welchen Betriebsbedingungen gemessen werden soll.
Bei einer industriellen Gasanalyse sollten mindestens folgende Größen bekannt sein:
- Zielkomponenten: Welche Gase sollen quantitativ erfasst werden, beispielsweise O₂, CO, CO₂, CH₄ oder H₂?
- Messbereiche: Welche Konzentrationen treten im Normalbetrieb auf und welche Maximalwerte sind möglich?
- Begleitgase: Welche weiteren Gase enthält das Gemisch und wie stark schwanken deren Konzentrationen?
- Messgaszustand: Welche Temperaturen, Drücke, Feuchtigkeiten und Partikelbelastungen liegen an der Entnahmestelle vor?
- Dynamik: Wie schnell muss eine Konzentrationsänderung erkannt werden?
- Einbauumgebung: Erfolgt die Installation in einem Analysenschrank, einem geschützten Betriebsraum oder einem explosionsgefährdeten Bereich?
- Prozessintegration: Welche Analogsignale, digitalen Statusmeldungen und Kommunikationsprotokolle werden benötigt?
- Messzweck: Dient das Ergebnis der Prozessoptimierung, Qualitätskontrolle, Emissionsüberwachung oder einer sicherheitsbezogenen Aufgabe?
Diese Informationen bestimmen nicht nur das Messmodul, sondern auch die gesamte Messkette von der Gasentnahme bis zur Auswertung in der Prozessleittechnik.
Ein Gasanalysator, der für einen bestimmten Messbereich eine hohe Genauigkeit aufweist, ist nicht automatisch für jedes Gasgemisch geeignet. Die chemische Zusammensetzung und mögliche Querempfindlichkeiten müssen immer Bestandteil der technischen Auslegung sein.
2. Aufbau und Funktion des SIPROCESS GA700 verstehen
Der Siemens SIPROCESS GA700 ist eine modulare Geräteplattform für die kontinuierliche extraktive Gasanalyse. Das System besteht aus einem Grundgerät und mindestens einem Analysenmodul.
Das Grundgerät übernimmt insbesondere folgende Aufgaben:
- Elektrische Versorgung und Anbindung der eingebauten Analysenmodule.
- Verarbeitung der Messwerte und internen Betriebsdaten.
- Anzeige von Konzentrationen, Messbereichen und Gerätestatus.
- Parametrierung und Justierung über die lokale Bedienoberfläche.
- Bereitstellung von Steuerungs- und Kommunikationsschnittstellen.
- Einbindung zusätzlicher, konfigurationsabhängiger Schnittstellenmodule.
Bei den Wand- und Einschubgeräten können bis zu zwei Analysenmodule eingesetzt werden. Zusätzlich sind je nach Konfiguration Schnittstellenmodule verfügbar.
Das Grundgerät ist unter anderem als 19-Zoll-Einschubgerät mit drei Höheneinheiten sowie als Wandgerät erhältlich. Für bestimmte Ex-Anwendungen sind gesonderte Geräteausführungen vorgesehen.
Die mechanische Modularität bedeutet jedoch nicht, dass jede denkbare Kombination ohne Einschränkungen betrieben werden darf. Entscheidend sind die freigegebene Konfiguration, die jeweiligen Betriebsbedingungen und die zugehörige Siemens-Dokumentation.
Eine Besonderheit ist die Trennung zwischen der Geräteplattform und dem eigentlichen physikalischen Analyseverfahren. Soll beispielsweise eine zusätzliche Gaskomponente gemessen werden, muss zunächst geprüft werden, ob hierfür ein zweites Modul innerhalb des vorhandenen Grundgeräts möglich und sinnvoll ist.
Bei Anwendungen mit mehr Analyseaufgaben, als ein Grundgerät aufnehmen kann, werden mehrere Analysatoren benötigt. Diese können anschließend auf Ebene der Prozessautomatisierung zu einer gemeinsamen Messstelle zusammengeführt werden.
3. Physikalische Messprinzipien der drei Analysenmodule
3.1 Paramagnetisches Wechseldruckverfahren – OXYMAT 7
Sauerstoff besitzt ausgeprägte paramagnetische Eigenschaften und wird deshalb von einem Magnetfeld angezogen. Der OXYMAT 7 nutzt diesen physikalischen Effekt zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration.
Im Analysator entsteht durch das Wechselspiel von Messgas, Vergleichsgas und magnetischem Feld ein konzentrationsabhängiger Wechseldruck. Dieser wird über einen Mikroströmungsfühler erfasst und in einen Sauerstoffmesswert umgerechnet.
Der eigentliche Mikroströmungsfühler befindet sich im Vergleichsgasweg und kommt nicht unmittelbar mit dem Messgas in Kontakt. Dies ist insbesondere bei anspruchsvollen Messgaszusammensetzungen ein konstruktiver Vorteil.
Der OXYMAT 7 misst den Sauerstoffgehalt und ist kein allgemeiner Mehrkomponentenanalysator für beliebige Gase.
3.2 Nichtdispersive Infrarotmessung – ULTRAMAT 7
Der ULTRAMAT 7 arbeitet nach einem nichtdispersiven Infrarotverfahren, kurz NDIR. Bestimmte Gasmoleküle absorbieren Infrarotstrahlung in charakteristischen Spektralbereichen.
Der Analysator nutzt diese Absorption zur Konzentrationsbestimmung. Das eingesetzte Zweistrahl-Gegentaktverfahren mit selektivem Detektionsprinzip ermöglicht die Messung geeigneter infrarotaktiver Komponenten.
Typische Messkomponenten sind CO, CO₂, CH₄, SO₂, NO und weitere für das jeweilige Modul spezifizierte Gase.
Ein ULTRAMAT-7-Modul kann abhängig von seiner bestellten Ausführung bis zu zwei Messkomponenten erfassen. Daraus darf jedoch nicht geschlossen werden, dass jede beliebige Kombination zweier Gase möglich ist.
3.3 Wärmeleitfähigkeitsmessung – CALOMAT 7
Der CALOMAT 7 ermittelt Gaszusammensetzungen anhand unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten.
Ein mikromechanischer Sensor mit einer temperierten Messstruktur reagiert auf den Wärmetransport des umgebenden Messgases. Die zur Temperaturregelung benötigte elektrische Leistung hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches ab.
Bei einem bekannten binären Gasgemisch kann dieser Effekt genutzt werden, um die Konzentration einer Komponente zu bestimmen.
Besonders typische Anwendungen sind die Messung von Wasserstoff oder Helium in geeigneten Begleitgasen.
Da Wärmeleitfähigkeit keine ausschließlich stoffspezifische Eigenschaft einer einzigen Gaskomponente ist, können zusätzliche oder schwankende Begleitgase das Messergebnis beeinflussen.
4. OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7 vergleichen
Die Messmodule unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des physikalischen Verfahrens, der möglichen Messkomponenten und der Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen des Begleitgases.
| Merkmal | OXYMAT 7 | ULTRAMAT 7 | CALOMAT 7 |
|---|---|---|---|
| Messprinzip | Paramagnetisches Wechseldruckverfahren | Nichtdispersive Infrarotabsorption | Wärmeleitfähigkeitsmessung |
| Typische Messkomponenten | O₂ | CO, CO₂, CH₄, SO₂, NO und weitere spezifizierte IR-aktive Gase | H₂, He und weitere geeignete Gase in binären oder quasi-binären Gemischen |
| Typische Anwendung | Sauerstoffüberwachung, Verbrennungsregelung, Gasreinheit | Verbrennungs- und Prozessgasanalyse, chemische Prozesse | Wasserstoffüberwachung, Schutzgas- und Reingaskontrolle |
| Wesentliche Einflussgrößen | Vergleichsgas, Druck, Gaszusammensetzung, Vibrationen | Überlagerte Absorptionsbanden, Quergase, optischer Gasweg | Wärmeleitfähigkeit und Zusammensetzung des Begleitgases |
| Besondere Voraussetzung | Passende Vergleichsgasversorgung | Geeignete und selektive IR-Messkomponente | Bekannte und ausreichend stabile Gaszusammensetzung beziehungsweise validierte Korrektur |
| Wichtige Auswahlgrenze | Kein Ersatz für CO- oder CO₂-Analyse | Keine direkte NDIR-Messung von O₂, N₂ oder H₂ | Keine stoffspezifische Mehrkomponentenanalyse bei beliebig schwankenden Gemischen |
Ein sinnvoller erster Auswahlschritt ist daher die Zuordnung der Zielkomponenten zum geeigneten Messprinzip.
Für Sauerstoff ist der OXYMAT 7 vorgesehen. Für geeignete infrarotaktive Gase kommt der ULTRAMAT 7 infrage. Der CALOMAT 7 bietet Vorteile, wenn sich die Konzentration eines Gases über einen ausreichend eindeutigen Wärmeleitfähigkeitsunterschied bestimmen lässt.
Anschließend müssen Messbereich, Begleitgase, Probenaufbereitung und Modulkombination betrachtet werden.
5. Gaszusammensetzung und Querempfindlichkeiten berücksichtigen
Die Zielkomponente allein beschreibt eine Messaufgabe nicht vollständig. Für die Auswahl des Analysenverfahrens ist auch relevant, welche anderen Gase vorhanden sind.
5.1 Querempfindlichkeit beim OXYMAT 7
Beim paramagnetischen Verfahren entsteht das Messsignal hauptsächlich aufgrund der besonderen magnetischen Eigenschaften von Sauerstoff.
Andere Gaskomponenten können dennoch Einfluss auf die Messung nehmen. Dazu gehören insbesondere Änderungen der magnetischen Eigenschaften des Gasgemisches sowie veränderte physikalische Messbedingungen.
Aus diesem Grund müssen die konkrete Gaszusammensetzung und gegebenenfalls erforderliche Querempfindlichkeitskorrekturen berücksichtigt werden.
5.2 Querempfindlichkeit beim ULTRAMAT 7
Bei der Infrarotmessung können sich Absorptionsbereiche verschiedener Gase überlagern. Ein zusätzliches infrarotaktives Gas kann daher zu einem Messsignal beitragen, obwohl es nicht die eigentlich gesuchte Zielkomponente ist.
Der ULTRAMAT 7 bietet Möglichkeiten zur Quergaskorrektur. Ob diese für die betreffende Anwendung ausreichen, hängt jedoch von den beteiligten Gasen, den Konzentrationsbereichen und der konfigurierten Ausführung ab.
Wichtig ist außerdem, ob die Konzentration eines störenden Begleitgases konstant ist oder sich unabhängig verändert.
5.3 Querempfindlichkeit beim CALOMAT 7
Besonders kritisch sind wechselnde Begleitgase bei der Wärmeleitfähigkeitsmessung.
Ein CALOMAT 7 kann beispielsweise Wasserstoff in Stickstoff erfassen, wenn die Zusammensetzung des Gemisches zur vorgesehenen Messaufgabe passt.
Ändern sich zusätzlich unabhängig die Konzentrationen von Kohlendioxid oder Methan, verändert sich die Wärmeleitfähigkeit auch ohne eine entsprechende Wasserstoffänderung.
Der Analysator könnte diese Änderung ohne geeignete Kompensation zumindest teilweise als Veränderung der Zielgaskonzentration interpretieren.
Entscheidend: Eine Quergaskorrektur ersetzt keine vollständige Kenntnis des Gasgemisches. Sie muss für die erwarteten Konzentrationen technisch ausgelegt und durch geeignete Referenzmessungen überprüft werden.
6. Probenaufbereitung und Einbaubedingungen festlegen
Die SIPROCESS-GA700-Plattform gehört zur extraktiven Gasanalyse. Das Messgas wird also aus dem Prozess entnommen, gegebenenfalls aufbereitet und anschließend durch das Analysensystem geführt.
Die Probenaufbereitung muss sicherstellen, dass Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Verschmutzung und Durchfluss im zulässigen Bereich des jeweils eingesetzten Moduls liegen.
6.1 Partikel und Verschmutzung
Partikel können Gasleitungen, Filter, Drosseln oder Messkammern verschmutzen. Dadurch verändern sich Strömungsbedingungen und gegebenenfalls auch die optischen Eigenschaften des Gaswegs.
Eine geeignete Partikelfiltration ist deshalb besonders bei staubbelasteten Prozessgasen erforderlich.
6.2 Feuchtigkeit und Kondensation
Flüssiges Kondensat darf nicht unkontrolliert in die Analysenmodule gelangen.
Je nach Messaufgabe kommen beispielsweise beheizte Entnahmeleitungen, Messgaskühler oder geeignete Wasserabscheider infrage.
Allerdings verändert eine Trocknung unter Umständen die Gaszusammensetzung. Insbesondere wasserlösliche Zielkomponenten können beim Abkühlen und Kondensieren teilweise verloren gehen.
Die Probenaufbereitung muss deshalb nicht nur das Gerät schützen, sondern auch die zu messenden Komponenten möglichst unverändert zum Analysator transportieren.
6.3 Messgasdruck und Durchfluss
Ein zu hoher oder zu niedriger Messgasdruck kann den Betrieb beeinträchtigen. Außerdem können Undichtigkeiten bei Unterdruck Umgebungsluft in den Gasweg eintragen.
Der erforderliche Messgasdurchfluss ist anhand der konkreten Module und ihrer Gaswegvarianten festzulegen.
Bei mehreren Modulen ist zusätzlich zu prüfen, ob die Gaswege parallel oder in Reihe betrieben werden dürfen und welche Auswirkungen dies auf Druckverlust und Ansprechzeit besitzt.
6.4 Aufstellung und Umgebungsbedingungen
Bei der Auswahl zwischen Einschub- und Wandgehäuse sind Einbauraum, Umgebungstemperatur, Schutzart, Zugänglichkeit und mögliche mechanische Erschütterungen zu berücksichtigen.
Auch die Wartungsfreundlichkeit ist wichtig: Filter, Gasanschlüsse, Elektronik und Module müssen sicher erreichbar bleiben.
7. Messbereiche und Geräteausführung dimensionieren
Ein geeigneter Messbereich umfasst alle für die Messaufgabe relevanten Konzentrationen. Dabei muss zwischen dem normalen Arbeitsbereich, möglichen Prozessabweichungen und der maximal zu erwartenden Konzentration unterschieden werden.
Beispielsweise kann eine Anlage unter normalen Bedingungen einen Sauerstoffgehalt von 3 bis 8 Vol.-% aufweisen, während bei einer Störung deutlich höhere Werte auftreten.
Wird ausschließlich ein sehr kleiner Messbereich gewählt, können solche Betriebszustände außerhalb der vorgesehenen Messspanne liegen.
Umgekehrt ist ein unnötig großer Messbereich bei niedrigen Konzentrationen möglicherweise ungünstig für die gewünschte Auflösung und Messunsicherheit.
Der SIPROCESS GA700 unterstützt in geeigneten Konfigurationen mehrere parametrierbare Messbereiche sowie automatische oder ferngesteuerte Messbereichsumschaltungen.
Bei der Dimensionierung sind insbesondere folgende Punkte zu berücksichtigen:
- Minimale und maximale Konzentration der Zielkomponente.
- Gewünschte absolute oder relative Messunsicherheit.
- Erforderliche Nachweisgrenze und Messspanne.
- Erwartete kurzzeitige Konzentrationsspitzen.
- Einfluss von Begleitgasen und Quergaskorrekturen.
- Verhalten des Ausgangssignals bei Überbereich oder Störung.
- Anforderungen an Messbereichsumschaltung und Skalierung in der Steuerung.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen einem frei parametrierbaren Messbereich und dem tatsächlich messtechnisch spezifizierten Messbereich des eingebauten Moduls.
Eine Änderung der Anzeige- oder Ausgangsskalierung kann die physikalische Leistungsfähigkeit eines Sensors nicht erweitern.
8. Praxisbeispiel: Mehrkomponenten-Gasanalyse auslegen
Eine industrielle Verbrennungsanlage soll kontinuierlich auf Sauerstoff und Kohlendioxid überwacht werden. Zusätzlich benötigt der Betreiber eine Aussage darüber, wie schnell Konzentrationsänderungen an der Prozessentnahmestelle am Analysator erkannt werden.
8.1 Ausgangssituation
Für dieses Rechenbeispiel werden folgende ausdrücklich frei gewählte Projektannahmen verwendet:
- Zielkomponente 1: O₂ im Bereich 0 bis 25 Vol.-%.
- Zielkomponente 2: CO₂ im Bereich 0 bis 12 Vol.-%.
- Gewählte Messprinzipien: OXYMAT 7 für O₂ und ULTRAMAT 7 für CO₂.
- Probenleitung: Länge 12 m, Innendurchmesser 4 mm.
- Volumenstrom: 1,0 Liter pro Minute als tatsächlicher Volumenstrom unter den betrachteten Leitungsbedingungen.
- Zusätzliches wirksames Gasvolumen: beispielhaft 0,25 Liter.
- Beispielkonzentrationen: 8 Vol.-% O₂ und 3 Vol.-% CO₂.
- Beispielhafte Analogausgänge: 4 bis 20 mA.
Die Konzentrationen, Abmessungen und Volumenströme sind Rechenwerte und keine zugesicherten produktspezifischen Betriebsdaten.
8.2 Gasvolumen der Probenleitung berechnen
Das Innenvolumen einer zylindrischen Probenleitung ergibt sich aus:
V = π · d² / 4 · L
Mit dem Innendurchmesser d = 0,004 m und der Leitungslänge L = 12 m ergibt sich:
V = π · (0,004 m)² / 4 · 12 m
V = 0,0001508 m³ = 0,1508 Liter
Bei einem Volumenstrom von 1,0 Liter pro Minute ergibt sich für die Leitung eine rechnerische mittlere Transportzeit:
t = V / Q
t = 0,1508 l / (1,0 l/min)
t = 0,1508 min = 9,05 s
Zusätzlich wird im Beispiel ein wirksames Gasvolumen von 0,25 Liter angenommen.
Damit beträgt das gesamte betrachtete Volumen:
V gesamt = 0,1508 l + 0,25 l = 0,4008 l
Die zugehörige rechnerische Volumenaustauschzeit beträgt:
t = 0,4008 l / (1,0 l/min) · 60 s/min = 24,05 s
Diese etwa 24 Sekunden sind kein exakt vorhergesagter T90-Wert der gesamten Messkette. Zusätzliche Mischvorgänge, Strömungsprofile, Sensoransprechzeiten und die reale Volumenverteilung beeinflussen die dynamische Antwort.
Für die Gesamtdynamik ist deshalb eine praktische Sprungantwortprüfung erforderlich.
8.3 Analogausgänge skalieren
Bei einer linearen Skalierung eines 4-bis-20-mA-Ausgangs gilt:
I = 4 mA + 16 mA · (c – c min) / (c max – c min)
Für den Sauerstoffmessbereich 0 bis 25 Vol.-% und die Beispielkonzentration 8 Vol.-% ergibt sich:
I = 4 mA + 16 mA · 8 / 25
I = 9,12 mA
Für den Kohlendioxidmessbereich 0 bis 12 Vol.-% und die Beispielkonzentration 3 Vol.-% ergibt sich:
I = 4 mA + 16 mA · 3 / 12
I = 8,00 mA
| Berechnungsgröße | Annahme oder Formel | Ergebnis |
|---|---|---|
| Leitungslänge | 12 m | 12 m |
| Innendurchmesser | 4 mm | 0,004 m |
| Leitungsvolumen | π · d² / 4 · L | 0,1508 l |
| Zusätzliches Gasvolumen | Frei gewählter Beispielwert | 0,25 l |
| Betrachtetes Gesamtvolumen | 0,1508 l + 0,25 l | 0,4008 l |
| Volumenstrom | 1,0 l/min | 1,0 l/min |
| Rechnerische Volumenaustauschzeit | 0,4008 l / 1,0 l/min | 24,05 s |
| O₂-Ausgangssignal | 8 Vol.-% bei 0 bis 25 Vol.-% | 9,12 mA |
| CO₂-Ausgangssignal | 3 Vol.-% bei 0 bis 12 Vol.-% | 8,00 mA |
8.4 Technische Interpretation
Die Beispielanwendung zeigt zwei unterschiedliche Dimensionierungsaufgaben.
Erstens müssen die Analysenmodule die vorgesehenen Zielkomponenten und Konzentrationsbereiche erfassen können.
Zweitens beeinflusst die komplette Gastransportstrecke die Zeit zwischen einer Konzentrationsänderung im Prozess und der Anzeige des neuen Messwerts.
Selbst ein sehr schnell reagierendes Analysenmodul kann eine lange oder großvolumige Probenleitung nicht automatisch kompensieren.
Für eine schnelle Prozessregelung kann es deshalb sinnvoll sein, die Probenleitung zu verkürzen, Totvolumina zu reduzieren oder eine fachgerecht ausgelegte Bypass-Führung zu verwenden.
Bei mehreren Modulen muss außerdem überprüft werden, ob beide Messkanäle dieselbe Gaszusammensetzung zum gleichen Zeitpunkt erfassen und ob sich unterschiedliche Transportzeiten auf die Auswertung auswirken.
9. Zulässige Modulkombinationen und Einschränkungen prüfen
Die modulare Architektur des SIPROCESS GA700 ermöglicht es, unterschiedliche Messprinzipien innerhalb eines gemeinsamen Systems einzusetzen.
Der Siemens-Katalog AP 01 von 2024 beschreibt für Wand- und Einschubgeräte die Möglichkeit, maximal zwei Analysenmodule einzubauen. Die aktuelle Konfigurationsprüfung muss anhand der jeweils gültigen Herstellerunterlagen und des Siemens-Konfigurators erfolgen.
Grundsätzlich sind verschiedene Kombinationen der Module OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7 vorgesehen. Dabei gelten jedoch besondere technische Einschränkungen.
9.1 Kombination von OXYMAT 7 und ULTRAMAT 7
Eine typische Anwendung ist die gemeinsame Messung von Sauerstoff und einer infrarotaktiven Gaskomponente, beispielsweise CO₂ oder CO.
Bei der Kombination von OXYMAT 7 und ULTRAMAT 7 sind gemäß Siemens-Katalog unter anderem abweichende Messfrequenzen erforderlich. Zusätzlich können Einschränkungen hinsichtlich des kleinsten Messbereichs und des zulässigen Temperaturbereichs bestehen.
Die konfigurierte Kombination muss deshalb als Gesamtsystem geprüft werden.
9.2 Kombination von ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7
Diese Kombination kann interessant sein, wenn beispielsweise eine infrarotaktive Komponente und Wasserstoff erfasst werden sollen.
Für eine solche Kombination sind gemäß Siemens-Katalog besondere Einschränkungen zu beachten, beispielsweise beim zulässigen Umgebungstemperaturbereich. Außerdem weist der Katalog darauf hin, dass NAMUR NE 21 für die Kombination von CALOMAT 7 und ULTRAMAT 7 nicht gilt.
Ob die Kombination für eine konkrete Anlage geeignet ist, muss daher einschließlich der Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit geprüft werden.
9.3 Kombination von OXYMAT 7 und CALOMAT 7
Eine solche Modulzusammenstellung kann für Aufgaben mit Sauerstoff- und Wärmeleitfähigkeitsmessung relevant sein.
Auch hier nennt der Siemens-Katalog Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung der NAMUR NE 21 auf die Kombination.
Eine mechanisch mögliche Modulkombination ist somit nicht automatisch für sämtliche betrieblichen oder regulatorischen Anforderungen freigegeben.
9.4 Weitere Kombinationen
Auch Kombinationen gleichartiger Module sind je nach Konfiguration möglich. Bei bestimmten Kombinationen sind die Messfrequenzen entsprechend den Herstellerangaben aufeinander abzustimmen.
Wichtig: Frühere Ausgaben der Siemens-Dokumentation können andere Zuordnungs- oder Kombinationsregeln enthalten. Für die Beschaffung und Installation ist daher die zum konkreten Gerät, seiner Hardwareversion und seiner Softwareversion passende Dokumentation maßgeblich.
Bei mehr als zwei erforderlichen Analysenmodulen muss die Messaufgabe auf mehrere Grundgeräte verteilt werden.
10. OXYMAT 7 für Sauerstoffmessungen auswählen
Der OXYMAT 7 ist für die quantitative Bestimmung von Sauerstoff in geeigneten Gasgemischen vorgesehen.
Typische Einsatzgebiete sind:
- Überwachung des Sauerstoffgehalts in Verbrennungsprozessen.
- Prozesskontrolle in chemischen Anlagen.
- Qualitätsüberwachung in industriellen Gasgemischen.
- Sauerstoffreinheitsmessungen.
- Überwachung von Sauerstoffkonzentrationen in geeigneten Prozessgasen.
Das paramagnetische Wechseldruckverfahren besitzt den Vorteil, dass das eigentliche Mikroströmungsdetektorelement im Vergleichsgasweg angeordnet ist.
Die vom Messgas berührten Werkstoffe müssen dennoch für das jeweilige Gas geeignet sein.
10.1 Auswahl des Vergleichsgases
Für das Messprinzip wird ein geeignetes Vergleichsgas benötigt. Dessen Zusammensetzung und Versorgungsdruck hängen von der vorgesehenen Ausführung und Messaufgabe ab.
Eine unzureichende Vergleichsgasversorgung kann Messwertabweichungen oder entsprechende Diagnosemeldungen verursachen.
10.2 Kleine Messbereiche und Sauerstoffreinheit
Der OXYMAT 7 ist auch für kleine Sauerstoffmessspannen und Messbereiche mit unterdrücktem Nullpunkt erhältlich.
Ein Messbereich nahe 100 Vol.-% Sauerstoff stellt jedoch andere Anforderungen als die Überwachung niedriger Sauerstoffkonzentrationen in einem Prozessgas.
Messbereich, Vergleichsgas und erforderliche Genauigkeit müssen gemeinsam betrachtet werden.
10.3 Erschütterungen und Druckeinflüsse
Das Messprinzip erfasst sehr kleine physikalische Strömungs- beziehungsweise Druckeffekte. Starke Erschütterungen können daher eine Störgröße darstellen.
Je nach Geräteausführung stehen Funktionen zur Schwingungskompensation zur Verfügung.
Zusätzlich müssen Messgasdruck und Vergleichsgasdruck innerhalb der spezifizierten Grenzen liegen.
Bei der konkreten Bestellung ist insbesondere zwischen den verschiedenen Gasweg- und Druckvarianten zu unterscheiden.
11. ULTRAMAT 7 für infrarotaktive Gase auswählen
Der ULTRAMAT 7 eignet sich zur Messung von Gasen mit charakteristischer Infrarotabsorption.
Hierzu gehören je nach bestellter Ausführung unter anderem:
- Kohlenmonoxid (CO).
- Kohlendioxid (CO₂).
- Methan (CH₄).
- Schwefeldioxid (SO₂).
- Stickstoffmonoxid (NO).
- Weitere spezifizierte IR-aktive Komponenten wie N₂O oder NH₃.
Das Verfahren ist besonders interessant, wenn eine hohe Selektivität gegenüber anderen Gasbestandteilen erforderlich ist.
11.1 Auswahl der Messkomponente
Die Messkomponente ist ein wesentliches Merkmal der Modulkonfiguration.
Ein für CO₂ ausgelegter Analysenkanal ist nicht allein durch eine Änderung der Anzeigeeinheit automatisch zur Messung eines beliebigen anderen Gases geeignet.
Optischer Aufbau, Detektionsprinzip und Parametrierung müssen zur vorgesehenen Komponente passen.
11.2 Auswahl eines Zwei-Komponenten-Moduls
Ein ULTRAMAT-7-Modul kann abhängig von seiner Konfiguration bis zu zwei Messkomponenten erfassen.
Für die Auswahl sind insbesondere die zulässigen Komponentenkombinationen, Messbereiche und die erforderliche Selektivität zu prüfen.
Damit kann es bei bestimmten Anwendungen möglich sein, mehrere infrarotaktive Komponenten bereits mit einem einzelnen Modul zu überwachen.
11.3 Quergaskorrektur
Bei komplexen Gasgemischen können sich Absorptionsmerkmale verschiedener Komponenten beeinflussen.
Der ULTRAMAT 7 bietet hierfür anwendungsabhängige Korrekturmöglichkeiten.
Diese müssen auf Grundlage der tatsächlich vorhandenen Begleitgase ausgelegt werden. Eine nicht korrekt konfigurierte Quergaskorrektur kann selbst zusätzliche Messabweichungen verursachen.
11.4 Verschmutzung der Messkammer
Verschmutzungen können die optische Messung beeinflussen und eine schleichende Messwertänderung verursachen.
Bestimmte Analysenküvetten des ULTRAMAT 7 können vor Ort gereinigt werden.
Die Reinigung muss entsprechend den Herstelleranweisungen erfolgen. Im Anschluss sind geeignete Funktions- und Justierprüfungen erforderlich.
12. CALOMAT 7 für Wasserstoff und Wärmeleitfähigkeit auswählen
Der CALOMAT 7 wird insbesondere zur quantitativen Bestimmung von Wasserstoff oder Helium in binären beziehungsweise quasi-binären Gasgemischen verwendet.
Die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff unterscheidet sich deutlich von der vieler anderer technischer Gase. Dieser Unterschied bildet die Grundlage für die Konzentrationsmessung.
12.1 Binäre Gasgemische
Bei einem idealisierten binären Gasgemisch bestehen die betrachteten Komponenten ausschließlich aus zwei Gasen.
Ein Beispiel ist ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff.
Wenn die Zusammensetzung bekannt ist und die Messbedingungen ausreichend stabil bleiben, kann die Wärmeleitfähigkeit zur Konzentrationsbestimmung genutzt werden.
12.2 Quasi-binäre Gasgemische
Bei quasi-binären Gemischen können weitere Gaskomponenten enthalten sein, deren Einfluss auf die Messung berücksichtigt werden muss.
Entscheidend ist, ob sich das Begleitgas hinsichtlich seiner Wärmeleitfähigkeit ausreichend konstant verhält oder ob die Änderungen messtechnisch erfasst und kompensiert werden können.
Ein wechselndes Mehrkomponentengemisch kann die Auswertung erheblich erschweren.
12.3 Beispiel einer Wasserstoffmessung
Ein Betreiber möchte Wasserstoff in einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch überwachen.
Wenn die Gaszusammensetzung tatsächlich auf diese beiden Komponenten begrenzt ist, kann der CALOMAT 7 eine geeignete Lösung darstellen.
Werden zusätzlich wechselnde Mengen Methan, Kohlendioxid oder weiterer Komponenten eingetragen, muss eine erneute technische Bewertung erfolgen.
Die Wärmeleitfähigkeit des Gemisches ist nicht mehr ausschließlich von der Wasserstoffkonzentration abhängig.
12.4 Grenzen der Wärmeleitfähigkeitsmessung
Der CALOMAT 7 ist kein universeller Wasserstoffdetektor für beliebig zusammengesetzte Gase.
Vor einer Bestellung müssen deshalb die möglichen Begleitgase, deren Konzentrationsschwankungen und die erforderliche Messunsicherheit geklärt werden.
Außerdem muss die chemische Verträglichkeit des Messgaswegs berücksichtigt werden. Für die Standardauswahl beschreibt Siemens insbesondere nicht korrosive Gasgemische.
13. Gasführung und Zusammenführung mehrerer Messaufgaben planen
Sollen mehrere Gaskomponenten an derselben Prozessstelle gemessen werden, ist zwischen der mechanischen Modulkonfiguration und der tatsächlichen Gasführung zu unterscheiden.
Die gemeinsame Unterbringung zweier Module in einem Grundgerät bedeutet nicht automatisch, dass beide Module ohne zusätzliche Verrohrung denselben Messgasstrom verwenden.
13.1 Parallele Gasführung
Bei einer parallelen Gasführung wird der entnommene Gasstrom auf mehrere Messwege verteilt.
Vorteilhaft kann sein, dass jedes Modul mit den für seine Messaufgabe geeigneten Druck- und Durchflussbedingungen betrieben werden kann.
Allerdings müssen Gasstromaufteilung, Dichtheit, Filterung und die möglicherweise unterschiedlichen Transportzeiten berücksichtigt werden.
13.2 Serielle Gasführung
Bei einer seriellen Gasführung durchläuft das Messgas mehrere Analysenmodule nacheinander.
Ob dies möglich ist, hängt von den freigegebenen Gaswegen, Druckbedingungen, internen Drosseln und dem erforderlichen Volumenstrom ab.
Eine serielle Verbindung darf daher nicht allein aus der mechanischen Verfügbarkeit der Module abgeleitet werden.
13.3 Messgastransport und Synchronität
Wenn verschiedene Komponenten zur selben Prozessbewertung verwendet werden, müssen die Messwerte zeitlich vergleichbar sein.
Unterschiedliche Transportzeiten können beispielsweise dazu führen, dass ein Sauerstoffwert bereits den neuen Prozesszustand beschreibt, während ein zweiter Gaskanal noch auf die vorherige Zusammensetzung reagiert.
Bei schnellen Prozessänderungen kann dies zu einer fehlerhaften Interpretation der kombinierten Messwerte führen.
Für solche Anwendungen sind die realen Transportzeiten und die dynamische Antwort der vollständigen Messkette zu überprüfen.
14. Vergleichsgase, Nullgase und Prüfgase richtig einsetzen
In der Gasanalytik müssen unterschiedliche Funktionen von Gasen sauber getrennt werden.
14.1 Vergleichsgas
Das Vergleichsgas ist beim OXYMAT 7 ein Bestandteil des physikalischen Messprinzips.
Es dient nicht lediglich einer gelegentlichen Funktionsprüfung, sondern ist für den vorgesehenen Betrieb des Analysators erforderlich.
Gasart, Reinheit, Druck und Durchfluss beziehungsweise die vorgesehenen Versorgungsbedingungen sind an die konkrete Ausführung anzupassen.
14.2 Nullgas
Ein Nullgas dient dazu, einen definierten Bezugspunkt bei der Überprüfung oder Justierung des Messkanals bereitzustellen.
Die geeignete Zusammensetzung hängt vom Messprinzip und dem vorgesehenen Messbereich ab.
Ein für eine CO₂-Messung geeigneter Nullgaszustand ist nicht automatisch für eine Sauerstoffmessung mit unterdrücktem Nullpunkt geeignet.
14.3 Prüfgas
Ein Prüfgas besitzt eine bekannte Konzentration der relevanten Messkomponente und wird zur Überprüfung oder Justierung eingesetzt.
Für eine aussagekräftige Prüfung müssen insbesondere folgende Angaben vorliegen:
- Zielgas und Begleitgas.
- Zertifizierte Konzentration.
- Angegebene Unsicherheit.
- Gültigkeit beziehungsweise Verwendbarkeit des Prüfgases.
- Geeigneter Anschluss und erforderliche Betriebsbedingungen.
Bei komplexen Gasgemischen kann es erforderlich sein, das Prüfgas hinsichtlich der Matrix möglichst an das Prozessgas anzupassen.
14.4 Justierung ist nicht dasselbe wie Prüfung
Bei einer Prüfung wird festgestellt, wie stark die Anzeige vom bekannten Referenzwert abweicht.
Bei einer Justierung wird das Gerät so eingestellt, dass die Abweichung reduziert wird.
Eine aussagekräftige Dokumentation sollte die Ergebnisse vor und gegebenenfalls nach einer Justierung getrennt festhalten.
15. Schnittstellen und Prozessautomatisierung integrieren
Die Messwerte eines Prozessgasanalysators müssen häufig an eine SPS, ein Prozessleitsystem oder eine übergeordnete Auswerteplattform übertragen werden.
Der SIPROCESS GA700 bietet hierfür unterschiedliche Schnittstellen und Optionsmodule.
15.1 Analoge Messwertübertragung
Abhängig von der Geräteausführung und den eingebauten Schnittstellenmodulen stehen Stromausgänge für die Übertragung der gemessenen Konzentrationen zur Verfügung.
Typische Signalbereiche sind 0 bis 20 mA beziehungsweise 4 bis 20 mA.
Für die Prozessintegration müssen Messkomponente, Skalierung, Messbereichsumschaltung und Verhalten bei Störungen eindeutig dokumentiert werden.
Bei einem Grundgerät mit mehreren Komponenten sind die erforderliche Anzahl und Zuordnung der Analogausgänge im Rahmen der Bestellung zu berücksichtigen.
15.2 Digitale Eingänge und Relaisausgänge
Digitale Ein- und Ausgänge ermöglichen abhängig von der Konfiguration beispielsweise folgende Funktionen:
- Externe Messbereichsumschaltung.
- Übertragung von Sammelstörungen.
- Signalisierung einer Wartungsanforderung.
- Grenzwertmeldungen.
- Einbindung externer Funktionen der Probenaufbereitung.
Die konkrete Zahl und Funktion der Ein- und Ausgänge hängt vom Grundgerät und den eingesetzten Optionsmodulen ab.
15.3 Ethernet und Kommunikationsprotokolle
Bei Wand- und Einschubgeräten gehört eine Ethernet-Schnittstelle zum Grundgerät. Für die übergeordnete Kommunikation stehen je nach Ausstattung und Systemintegration unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung.
Dazu zählen anwendungsabhängig beispielsweise Modbus TCP sowie weitere über geeignete Schnittstellen oder Kommunikationslösungen realisierte Verbindungen.
Eine physikalisch vorhandene Ethernet-Schnittstelle bedeutet allerdings nicht, dass sämtliche Kommunikationsprotokolle ohne weitere Konfiguration oder zusätzliche Komponenten zur Verfügung stehen.
15.4 SIMATIC PDM und Diagnoseintegration
Für geeignete Geräteausführungen ist eine Einbindung in SIMATIC PDM zur Parametrierung und Diagnose vorgesehen.
Dies ist insbesondere für Anlagen mit standardisierten Wartungs- und Instandhaltungsabläufen interessant.
Bei der Projektierung sollten Zugriffsrechte, Netzwerksegmentierung, die verwendete Softwareversion und die Verfügbarkeit notwendiger Gerätebeschreibungen berücksichtigt werden.
16. Messbereiche, Ausgänge und Funktionen parametrieren
Nach der mechanischen und elektrischen Installation müssen die Messkanäle entsprechend der Messaufgabe eingerichtet werden.
Die Parametrierung erfolgt über die vorgesehenen Bedienmöglichkeiten des SIPROCESS GA700.
Bei der erstmaligen Inbetriebnahme unterstützt die lokale Benutzeroberfläche den Anwender mit geführten Funktionen.
16.1 Messkomponenten und Messbereiche prüfen
Vor dem Einstellen von Grenzwerten und Ausgangssignalen muss sichergestellt sein, dass die tatsächlich eingebauten Analysenmodule und Messkomponenten mit der geplanten Anwendung übereinstimmen.
Danach werden die zulässigen Messbereiche überprüft und die benötigten Betriebsbereiche konfiguriert.
16.2 Messwertdämpfung einstellen
Eine parametrierbare Dämpfung kann stark schwankende Messwertanzeigen beruhigen.
Sie führt jedoch auch dazu, dass schnelle Konzentrationsänderungen verzögert oder abgeschwächt dargestellt werden.
Für eine schnelle Prozessregelung ist deshalb eine andere Einstellung sinnvoll als für die langfristige Überwachung eines langsam veränderlichen Gasgemisches.
Die Dämpfung muss anhand der tatsächlichen Prozessdynamik festgelegt werden.
16.3 Alarmgrenzen und Statusmeldungen
Grenzwerte sollten nicht allein anhand des maximalen Messbereichs eingestellt werden.
Erforderlich ist eine Bewertung, welche Konzentrationsänderungen im jeweiligen Prozess kritisch sind und welche Reaktionen daraus folgen sollen.
Messwertgrenzen, Wartungsanforderungen und technische Gerätestörungen müssen dabei getrennt betrachtet werden.
16.4 Skalierung in der SPS
Die Skalierung der Steuerung muss exakt zu den ausgegebenen Signalen passen.
Wenn ein Analysator einen Messbereich automatisch umschaltet, die SPS aber unverändert den bisherigen Bereich verwendet, entstehen falsche Konzentrationswerte.
Deshalb muss eine automatische Messbereichsumschaltung entweder in der Prozessautomatisierung korrekt berücksichtigt oder für die Anwendung entsprechend begrenzt werden.
17. Justierung, Referenzmessung und Messunsicherheit
Auch ein korrekt ausgewähltes Messmodul muss regelmäßig auf seine messtechnische Funktion überprüft werden.
Die geeigneten Prüfintervalle hängen vom Einsatzfall, den Herstellerangaben, der Prozessbelastung und den Qualitätsanforderungen ab.
17.1 Geeignete Referenzgase einsetzen
Das Prüfgas muss zur Messkomponente und zum Messbereich passen.
Bei besonders kleinen Messbereichen kann die Unsicherheit des Referenzgases einen erheblichen Anteil an der gesamten Prüfunsicherheit ausmachen.
Deshalb sollte die Konzentration des Prüfgases so gewählt werden, dass die vorgesehene Messfunktion aussagekräftig überprüft werden kann.
17.2 Stabilisierung beachten
Vor dem Ablesen müssen die Gaswege ausreichend gespült und die Messwerte stabilisiert sein.
Die erforderliche Zeit umfasst sowohl den Transport des Prüfgases als auch die Reaktionszeit des Moduls.
Bei längeren Gasleitungen kann die Stabilisierung der vollständigen Prüfanordnung erheblich länger dauern als die spezifizierte Sensoransprechzeit.
17.3 Messabweichung bestimmen
Die Messabweichung ergibt sich aus der Differenz zwischen der angezeigten Konzentration und dem bekannten Referenzwert.
Δc = c Anzeige – c Referenz
Beispiel:
Ein Prüfgas besitzt eine zertifizierte Sauerstoffkonzentration von 5,00 Vol.-%. Der Analysator zeigt 5,08 Vol.-% an.
Die absolute Abweichung beträgt:
Δc = 5,08 Vol.-% – 5,00 Vol.-%
Δc = +0,08 Prozentpunkte
Bezogen auf den Referenzwert entspricht dies einer relativen Abweichung von:
0,08 / 5,00 · 100 % = 1,6 %
Ob diese Abweichung zulässig ist, kann erst anhand der anwendbaren Spezifikation und der vereinbarten Akzeptanzkriterien bewertet werden.
17.4 Messunsicherheit berücksichtigen
Die Messunsicherheit der vollständigen Prüfung kann unter anderem von folgenden Größen abhängen:
- Unsicherheit des verwendeten Prüfgases.
- Wiederholpräzision des Analysators.
- Stabilität des Messgasstroms.
- Temperatur- und Druckeinflüssen.
- Querempfindlichkeiten.
- Drift zwischen zwei Prüfungen.
- Unsicherheit der verwendeten Referenz- und Hilfsmessmittel.
Bei der Bewertung müssen alle relevanten Beiträge entsprechend einem geeigneten Unsicherheitsmodell berücksichtigt werden. Einzelne Werte dürfen nicht ohne Prüfung ihrer Bedeutung und Korrelation zusammengefasst werden.
18. Diagnosewerte und vorbeugende Wartung nutzen
Ein moderner Prozessgasanalysator liefert neben den eigentlichen Konzentrationswerten wichtige Informationen über seinen Betriebszustand.
Diese Diagnoseinformationen können genutzt werden, um Messfehler früher zu erkennen und Wartungsarbeiten gezielter zu planen.
18.1 Betriebsstatus und Gerätemeldungen
Unterschieden werden sollten mindestens:
- Gültiger Messbetrieb.
- Geräte- oder Modulstörung.
- Wartungsanforderung.
- Laufende Justierung oder Funktionsprüfung.
- Messbereichsüberschreitung.
- Ungültiger oder vorübergehend nicht verfügbarer Messwert.
Die vorhandenen Meldungen und Diagnosefunktionen hängen vom jeweiligen Modul und der Geräteparametrierung ab.
18.2 Diagnose von OXYMAT 7
Bei der Sauerstoffmessung verdienen insbesondere die Vergleichsgasversorgung, Druckbedingungen und mögliche Erschütterungseinflüsse Aufmerksamkeit.
Ein unerwartet instabiler Messwert sollte deshalb nicht sofort als veränderte Sauerstoffkonzentration interpretiert werden.
18.3 Diagnose von ULTRAMAT 7
Bei infrarotbasierten Messungen sind unter anderem die optische Messstrecke, der Zustand der Messkammer und die Stabilität der Gaszusammensetzung relevant.
Schleichende Nullpunkt- oder Empfindlichkeitsänderungen können Anlass sein, die Probenaufbereitung, Verschmutzung und Justierhistorie zu überprüfen.
18.4 Diagnose von CALOMAT 7
Bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen müssen neben dem eigentlichen Modulzustand auch Änderungen des Begleitgases in die Diagnose einbezogen werden.
Ein Messwert kann technisch stabil erscheinen und dennoch aufgrund veränderter Gaszusammensetzung eine falsche Aussage über die gesuchte Konzentration liefern.
18.5 Trendüberwachung
Die Kombination aus Messwerttrend, Gerätestatus und Prüfhistorie ermöglicht eine bessere Beurteilung langfristiger Veränderungen.
Beispielsweise können zunehmende Justierabweichungen, häufigere Wartungsmeldungen oder Änderungen des erforderlichen Messgasdrucks Hinweise auf eine verschlechterte Messsituation liefern.
Die Diagnose sollte daher nicht nur ereignisbasiert, sondern auch anhand geeigneter Trends erfolgen.
19. Explosionsschutz, Prozesssicherheit und Betriebsbedingungen
Bei der Verwendung von Gasanalysatoren sind drei unterschiedliche Aspekte zu betrachten: die Eigenschaften des Messgases, die Umgebungsbedingungen am Installationsort und die sicherheitstechnische Funktion der Messung.
19.1 Explosionsgefährdete Bereiche
Für bestimmte SIPROCESS-GA700-Ausführungen stehen Ex-geeignete Gerätevarianten zur Verfügung.
Entscheidend ist jedoch die konkrete Zulassung der bestellten Ausführung einschließlich Gehäuse, Modul, Einbausituation und gegebenenfalls erforderlicher Überdruckkapselung oder weiterer Schutzmaßnahmen.
Die grundsätzliche Verfügbarkeit einer Ex-Ausführung bedeutet nicht, dass jedes GA700-Gerät in jeder Ex-Zone verwendet werden darf.
19.2 Brennbare Messgase
Wird ein brennbares Gas analysiert, sind zusätzliche Anforderungen an die zulässige Geräteausführung und an die gesamte Gasführung zu prüfen.
Dazu gehören beispielsweise die Dichtheit der Gaswege, sichere Ableitung des Messgases, geeignete Werkstoffe und mögliche Zündgefahren.
Ein für eine explosionsgefährdete Umgebung zugelassenes Gehäuse ist nicht automatisch für jedes brennbare Messgas oder jede interne Betriebsbedingung freigegeben.
19.3 Toxische und korrosive Gase
Bei toxischen oder korrosiven Messgasen sind die Werkstoffbeständigkeit, sichere Handhabung und Entsorgung beziehungsweise Ableitung besonders wichtig.
Die tatsächlich verwendeten gasberührten Materialien müssen mit der Gaszusammensetzung und den Betriebsbedingungen kompatibel sein.
19.4 Sicherheitsbezogene Messfunktionen
Ein Gasanalysator kann wichtige Messwerte für Überwachung und Prozesssteuerung liefern.
Eine sicherheitsgerichtete Abschaltfunktion erfordert jedoch eine gesonderte Betrachtung der gesamten Sicherheitsfunktion.
Die Eignung eines einzelnen Messmoduls darf nicht mit einer Freigabe der vollständigen Schutzfunktion gleichgesetzt werden.
Erforderliche sicherheitstechnische Nachweise, Fehlertoleranzen, Diagnosefunktionen und Systemanforderungen sind projektspezifisch zu prüfen.
20. Systematischer Prüf- und Inbetriebnahmeablauf
Eine strukturierte Inbetriebnahme verhindert, dass Fehler der Gasaufbereitung, Modulkonfiguration oder Signalübertragung erst während des laufenden Prozesses erkannt werden.
Für den SIPROCESS GA700 empfiehlt sich folgender grundsätzlicher Ablauf:
- Messaufgabe abgleichen: Zielkomponenten, Messbereiche und Begleitgase mit den technischen Anforderungen vergleichen.
- Geräteausführung identifizieren: Grundgerät, Module, Bestellnummern, Hardwarestand und vorhandene Schnittstellen dokumentieren.
- Modulkombination prüfen: Zulässigkeit sowie besondere Betriebs- und EMV-Einschränkungen anhand der gültigen Siemens-Unterlagen kontrollieren.
- Montage überprüfen: Einbaulage, Befestigung, Umgebungstemperatur, Zugänglichkeit und erforderliche Abstände kontrollieren.
- Gaswege prüfen: Messgaseingang, Messgasausgang, Vergleichsgasanschlüsse und gegebenenfalls Spülanschlüsse eindeutig zuordnen.
- Dichtheitsprüfung durchführen: Die vollständige Gastransportstrecke entsprechend den vorgesehenen Betriebsbedingungen und Herstellervorgaben prüfen.
- Probenaufbereitung testen: Filter, Messgaskühler, Wasserabscheider, Pumpen und Durchflussüberwachung kontrollieren.
- Vergleichsgasversorgung prüfen: Insbesondere beim OXYMAT 7 die erforderlichen Versorgungsbedingungen herstellen.
- Elektrische Installation prüfen: Netzversorgung, Schutzmaßnahmen, Erdung und Schnittstellen entsprechend der Gerätedokumentation überprüfen.
- Gerät einschalten: Startvorgang und erforderliche Betriebsbereitschaft beziehungsweise Aufwärmphase abwarten.
- Modulerkennung kontrollieren: Prüfen, ob die eingebauten Module und konfigurierten Messkomponenten korrekt erkannt werden.
- Messbereiche einstellen: Messbereichsgrenzen, Einheiten und gegebenenfalls Umschaltfunktionen parametrieren.
- Signalausgänge kontrollieren: Analogausgänge, digitale Meldungen und Kommunikationsschnittstellen überprüfen.
- Nullpunkt und Empfindlichkeit prüfen: Geeignete Null- und Prüfgase entsprechend der Herstelleranleitung verwenden.
- Gesamtdynamik testen: Transportzeit und Reaktion der vollständigen Gasanalysestrecke bei einer definierten Konzentrationsänderung überprüfen.
- Diagnosefunktionen testen: Relevante Geräte- und Prozessstörungen sowie deren Weitergabe an die Leittechnik prüfen.
- Messwerte plausibilisieren: Ergebnisse anhand unabhängiger Prozessinformationen oder geeigneter Referenzmessungen bewerten.
- Dokumentation abschließen: Parametrierung, Prüfwerte, Schnittstellenzuordnung, Konfigurationsstand und Wartungsanforderungen festhalten.
Nach Änderungen an Modulen, Gaswegen, Software oder Messbereichen sollten die jeweils betroffenen Prüfungen erneut durchgeführt werden.
21. Typische Fehlerbilder und gezielte Diagnose
Fehler in einer Gasanalysestation können durch das Analysenmodul selbst, die Gasaufbereitung, die Prozessbedingungen oder die Signalverarbeitung entstehen.
Eine erfolgreiche Diagnose beginnt deshalb mit der Feststellung, ob der Fehler bereits am Analysator vorhanden ist oder erst in der nachfolgenden Auswertung entsteht.
| Fehlerbild | Mögliche Ursache | Geeignete Diagnose |
|---|---|---|
| OXYMAT 7 zeigt schwankende Sauerstoffwerte | Instabile Vergleichsgasversorgung, Druckschwankungen oder Erschütterungen | Vergleichsgasbedingungen, Druckverhältnisse, Montage und Statusmeldungen überprüfen |
| ULTRAMAT 7 zeigt schleichende Messwertabweichungen | Verschmutzung der optischen Messstrecke, Drift oder veränderte Gaszusammensetzung | Messkammerzustand, Probenaufbereitung, Prüfgasmessung und Quergaskorrektur kontrollieren |
| CALOMAT 7 zeigt unerwartete Wasserstoffwerte | Veränderte Zusammensetzung des Begleitgases | Gaszusammensetzung prüfen und Eignung beziehungsweise Parametrierung der Quergaskorrektur bewerten |
| Messwert reagiert sehr langsam | Lange Probenleitung, Totvolumen, geringer Durchfluss oder hohe Dämpfung | Transportvolumen berechnen, Durchfluss kontrollieren und Sprungantwort prüfen |
| Messwert verändert sich bei Pumpenbetrieb | Druckabhängigkeit, Undichtigkeit oder veränderte Gasstromverteilung | Druck- und Durchflussbedingungen sowie Dichtheit der Gaswege prüfen |
| Anzeige im GA700 korrekt, Wert in SPS falsch | Fehlerhafte Stromsignal-Skalierung oder nicht berücksichtigte Messbereichsumschaltung | Ausgangssignal messen und Skalierung zwischen Analysator und Steuerung vergleichen |
| Module lassen sich nicht wie geplant kombinieren | Unzulässige Konfiguration oder nicht berücksichtigte Kombinationseinschränkungen | Hersteller-Konfigurator, aktuelle Dokumentation und konkrete Modulvarianten prüfen |
| Messung wird nach Wartung instabil | Undichte Gasverbindungen, falsche Gasführung oder unzureichende Stabilisierung | Anschlüsse prüfen, Gaswege spülen und vollständige Funktionsprüfung durchführen |
Die genannten Ursachen sind Diagnosemöglichkeiten und keine eindeutigen Fehlerzuordnungen.
Eine Messwertabweichung kann mehrere Ursachen gleichzeitig besitzen. Deshalb sollten Änderungen an Parametern oder Justierungen erst erfolgen, nachdem die grundlegenden Gas- und Betriebsbedingungen überprüft wurden.
22. Passende Siemens-Produkte bei ICS Schneider Messtechnik
Für die Auswahl eines modularen Gasanalysesystems bietet ICS Schneider Messtechnik unterschiedliche Komponenten der Siemens SIPROCESS-GA700-Familie an.
Die geeignete Zusammenstellung richtet sich nach Zielkomponenten, Messbereichen, Begleitgasen, Betriebsbedingungen und den erforderlichen Schnittstellen.
22.1 SIPROCESS GA700 – OXYMAT 7 Modul
Der Siemens OXYMAT 7 ist das Analysenmodul für die paramagnetische Sauerstoffmessung innerhalb der GA700-Plattform.
Er eignet sich beispielsweise zur Sauerstoffüberwachung in Verbrennungsprozessen, zur industriellen Qualitätskontrolle und für geeignete Reinheitsmessungen.
Das Verfahren nutzt den paramagnetischen Effekt von Sauerstoff und ein Vergleichsgas. Durch die Anordnung des Mikroströmungsfühlers im Vergleichsgasstrom kommt das empfindliche Detektorelement nicht unmittelbar mit dem Messgas in Kontakt.
Für die richtige Ausführung sind insbesondere die gewünschte Sauerstoffmessspanne, die Vergleichsgasversorgung, der Gasweg und die zulässigen Druckbedingungen zu klären.
Ebenso muss eine vorgesehene Kombination mit einem zweiten GA700-Modul hinsichtlich ihrer Betriebsgrenzen geprüft werden.
Weitere Informationen: Siemens SIPROCESS GA700 – OXYMAT 7 bei ICS Schneider
22.2 SIPROCESS GA700 – ULTRAMAT 7 Modul
Der Siemens ULTRAMAT 7 dient zur selektiven Messung geeigneter infrarotaktiver Gasbestandteile.
Typische Anwendungen umfassen die Bestimmung von CO, CO₂ und weiteren spezifizierten Komponenten in Prozess- und Verbrennungsgasen.
Das Modul arbeitet mit einem NDIR-Zweistrahl-Gegentaktverfahren. Je nach Ausführung können bis zu zwei Messkomponenten innerhalb eines Moduls erfasst werden.
Für anspruchsvolle Anwendungen sind unter anderem die Selektivität, mögliche Quergase, die Wahl geeigneter Messbereiche und die Werkstoffe des Gaswegs entscheidend.
Eine besondere Eigenschaft geeigneter Ausführungen ist die Möglichkeit, verschmutzte Analysenküvetten entsprechend den Herstellervorgaben vor Ort zu reinigen.
Der ULTRAMAT 7 ist daher insbesondere für die kontinuierliche Analyse definierter infrarotaktiver Komponenten interessant, bei denen eine zuverlässige Prozessintegration und eine geeignete Wartungsstrategie erforderlich sind.
Weitere Informationen: Siemens SIPROCESS GA700 – ULTRAMAT 7 bei ICS Schneider
22.3 SIPROCESS GA700 – CALOMAT 7 Modul
Der Siemens CALOMAT 7 ist für die Konzentrationsmessung anhand der Wärmeleitfähigkeit von Gasgemischen vorgesehen.
Ein wesentliches Einsatzgebiet ist die Wasserstoff- oder Heliummessung in geeigneten binären beziehungsweise quasi-binären Gasgemischen.
Das Modul verwendet einen mikromechanischen Wärmeleitfähigkeitssensor und ist für Anwendungen mit entsprechenden Unterschieden der Gaswärmeleitfähigkeit ausgelegt.
Für die technische Auswahl ist die Zusammensetzung des gesamten Gasgemisches entscheidend.
Gerade bei einer Wasserstoffmessung muss geprüft werden, ob sich das Begleitgas ausreichend konstant verhält oder ob zusätzliche Quergaskorrekturen erforderlich sind.
Die Eignung für eine bestimmte Messaufgabe ergibt sich deshalb nicht allein aus dem vorgesehenen Wasserstoffmessbereich.
Zusätzlich sind die korrosiven Eigenschaften des Messgases, die zulässigen Betriebsbedingungen und gegebenenfalls die gemeinsame Verwendung mit weiteren GA700-Modulen zu prüfen.
Weitere Informationen: Siemens SIPROCESS GA700 – CALOMAT 7 bei ICS Schneider
22.4 SIPROCESS GA700 – Einschub- und Wandgehäuse
Das SIPROCESS GA700 Grundgerät stellt die mechanische und elektronische Plattform für die Analysenmodule bereit.
Zur Auswahl stehen unter anderem ein 19-Zoll-Einschubgehäuse mit drei Höheneinheiten und ein Wandgehäuse.
Bei den entsprechenden Ausführungen können bis zu zwei Analysenmodule integriert werden. Dadurch lässt sich beispielsweise die Messung von Sauerstoff und einer infrarotaktiven Gaskomponente in einem gemeinsamen Gerät realisieren.
Bei der Auswahl müssen die erforderliche Schutzart, die Installationsumgebung, die zulässigen Modulkombinationen und die benötigten Schnittstellen berücksichtigt werden.
Auch die Verfügbarkeit und Zuordnung zusätzlicher Schnittstellenmodule ist bereits bei der Geräteprojektierung wichtig.
Weitere Informationen: Siemens SIPROCESS GA700 – Einschub- und Wandgehäuse bei ICS Schneider
22.5 Auswahl einer vollständigen Gasanalyselösung
In vielen Anwendungen reicht die Auswahl des Analysenmoduls allein nicht aus.
Eine vollständige Gasanalysestation umfasst häufig zusätzliche Komponenten für Entnahme, Transport, Filtration, Temperierung, Druckanpassung und Durchflussüberwachung.
Die Auswahl sollte deshalb auf Grundlage einer zusammenhängenden technischen Spezifikation erfolgen.
Für eine Angebotsanfrage sind insbesondere folgende Angaben hilfreich:
- Zu messende Gaskomponenten.
- Erwartete Konzentrationsbereiche.
- Vollständige Gaszusammensetzung einschließlich möglicher Begleitgase.
- Messgastemperatur und Messgasdruck.
- Feuchtigkeit, Staubbelastung und mögliche Kondensatbildung.
- Erforderliche Ansprechzeit.
- Aufstellungsort und gegebenenfalls Ex-Anforderungen.
- Erforderliche analoge und digitale Schnittstellen.
- Gewünschte Justier- und Wartungsstrategie.
- Besondere Anforderungen an Nachweise, Dokumentation und Messunsicherheit.
Auf dieser Grundlage lässt sich beurteilen, ob eine einzelne Modulkonfiguration ausreicht oder ob mehrere Analysenmodule beziehungsweise Grundgeräte erforderlich sind.
Zur Siemens Prozess-Gasanalytik bei ICS Schneider Messtechnik
23. Fazit: Messprinzip und Modulkonfiguration gemeinsam auswählen
Der Siemens SIPROCESS GA700 bietet mit OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7 eine modulare Plattform für unterschiedliche Aufgaben der kontinuierlichen Prozess-Gasanalytik.
Der wichtigste Schritt bei der Auswahl ist die richtige Zuordnung des physikalischen Messprinzips zur gesuchten Gaskomponente.
Für die Sauerstoffmessung steht das paramagnetische Verfahren des OXYMAT 7 zur Verfügung. Infrarotaktive Gase können mit entsprechend ausgelegten ULTRAMAT-7-Modulen erfasst werden. Bei geeigneten binären oder quasi-binären Gasgemischen ermöglicht der CALOMAT 7 die Konzentrationsbestimmung über Wärmeleitfähigkeitsunterschiede.
Die Auswahl eines Messverfahrens allein garantiert jedoch noch keine zuverlässige Messung.
Insbesondere bei wechselnden Gasgemischen müssen Querempfindlichkeiten und mögliche Korrekturen bewertet werden. Bei Wärmeleitfähigkeitsmessungen ist die Kenntnis des Begleitgases besonders entscheidend.
Auch die modulare Bauweise erfordert eine sorgfältige Prüfung. Nicht jede technisch interessante Modulkombination besitzt unter allen Betriebsbedingungen dieselben Eigenschaften oder erfüllt dieselben Anforderungen.
Der Siemens-Katalog nennt beispielsweise besondere Bedingungen für bestimmte Kombinationen hinsichtlich Messfrequenzen, Umgebungstemperatur, kleinsten Messbereichen und der Anwendung der NAMUR NE 21.
Darüber hinaus beeinflussen Probenleitung, Gasaufbereitung, Messgasdurchfluss und gewählte Signalverarbeitung die Leistung der gesamten Messkette.
Besonders bei dynamischen Prozessen darf deshalb die Ansprechzeit eines einzelnen Analysenmoduls nicht mit der Reaktionszeit der vollständig installierten Gasanalysestation gleichgesetzt werden.
Eine zuverlässige Auslegung betrachtet daher immer das Gesamtsystem: von der Prozessgasentnahme über die richtige Modulauswahl bis zur Datenübertragung, Justierung, Diagnose und Wartung.
Für Anlagenbauer und Betreiber bietet die SIPROCESS-GA700-Plattform damit eine flexible Grundlage, sofern Messprinzip, Geräteausführung, Gaszusammensetzung und Integrationsanforderungen konsequent gemeinsam bewertet werden.
24. Häufig gestellte Fragen zum SIPROCESS GA700
24.1 Was ist der Siemens SIPROCESS GA700?
Der SIPROCESS GA700 ist eine modulare Plattform zur kontinuierlichen extraktiven Prozess-Gasanalytik. Er besteht aus einem Grundgerät und einem oder mehreren geeigneten Analysenmodulen. Für Wand- und Einschubgeräte ist die Aufnahme von maximal zwei Analysenmodulen vorgesehen. Die Gerätefamilie ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher physikalischer Messverfahren innerhalb einer gemeinsamen Systemarchitektur.
24.2 Welche Unterschiede bestehen zwischen OXYMAT 7, ULTRAMAT 7 und CALOMAT 7?
Die drei Module unterscheiden sich vor allem durch ihr Messprinzip. OXYMAT 7 nutzt die paramagnetischen Eigenschaften von Sauerstoff. ULTRAMAT 7 misst geeignete infrarotaktive Gase anhand ihrer Infrarotabsorption. CALOMAT 7 verwendet Unterschiede der Wärmeleitfähigkeit zur Konzentrationsbestimmung, insbesondere bei Wasserstoff oder Helium in geeigneten Gasgemischen.
24.3 Kann ich OXYMAT 7 und ULTRAMAT 7 in einem Gerät kombinieren?
Ja, eine Kombination von OXYMAT 7 und ULTRAMAT 7 ist für entsprechende SIPROCESS-GA700-Konfigurationen vorgesehen. Dabei müssen jedoch die für diese Kombination geltenden Einschränkungen berücksichtigt werden. Hierzu zählen nach Siemens-Unterlagen beispielsweise die erforderliche Anpassung der Messfrequenz und mögliche Grenzen des zulässigen Temperatur- beziehungsweise Messbereichs.
24.4 Kann CALOMAT 7 mit OXYMAT 7 oder ULTRAMAT 7 kombiniert werden?
Gemäß dem Siemens-Katalog AP 01 von 2024 sind auch entsprechende Kombinationen vorgesehen. Allerdings gelten für bestimmte Kombinationen zusätzliche technische Einschränkungen. Beispielsweise weist Siemens darauf hin, dass NAMUR NE 21 für die Kombinationen CALOMAT 7 mit ULTRAMAT 7 beziehungsweise OXYMAT 7 nicht gilt. Die konkrete Konfiguration muss daher anhand der aktuellen Herstellerdokumentation geprüft werden.
24.5 Wie viele Analysenmodule passen in ein SIPROCESS GA700?
In einem entsprechenden SIPROCESS-GA700-Wand- oder Einschubgrundgerät können maximal zwei Analysenmodule eingebaut werden. Bei Messaufgaben, die mehr Module erfordern, müssen zusätzliche Grundgeräte vorgesehen werden. Die Zusammenführung der Messwerte kann anschließend über eine geeignete Prozessautomatisierung erfolgen.
24.6 Für welche Gase eignet sich der ULTRAMAT 7?
Der ULTRAMAT 7 ist für geeignete infrarotaktive Gase ausgelegt. Dazu gehören je nach Ausführung beispielsweise CO, CO₂, CH₄, SO₂, NO, N₂O und NH₃. Welche Komponenten und Messbereiche tatsächlich möglich sind, hängt von der konkreten Modulkonfiguration ab. Die grundsätzliche Infrarotaktivität eines Gases allein reicht für die Geräteauswahl nicht aus.
24.7 Kann ein ULTRAMAT 7 zwei Gaskomponenten gleichzeitig messen?
Ja, abhängig von der bestellten Geräteausführung kann ein ULTRAMAT-7-Modul bis zu zwei Messkomponenten erfassen. Allerdings sind nicht sämtliche denkbaren Gaskombinationen automatisch verfügbar. Die Auswahl der Komponenten, Messbereiche und erforderlichen Korrekturen muss bereits während der Geräteprojektierung erfolgen.
24.8 Warum eignet sich OXYMAT 7 besonders zur Sauerstoffmessung?
Der OXYMAT 7 nutzt die besonderen paramagnetischen Eigenschaften von Sauerstoff. Dadurch steht ein physikalisches Messverfahren zur Verfügung, das speziell auf die quantitative Sauerstoffbestimmung ausgerichtet ist. Der Mikroströmungsfühler befindet sich im Vergleichsgasweg und kommt nicht direkt mit dem Messgas in Berührung. Dennoch müssen die Betriebsbedingungen und möglichen Quereinflüsse berücksichtigt werden.
24.9 Benötigt der OXYMAT 7 ein Vergleichsgas?
Ja, das paramagnetische Wechseldruckverfahren benötigt eine geeignete Vergleichsgasversorgung. Welche Gasart und welche Druckbedingungen erforderlich sind, hängt vom jeweiligen Messbereich und der Geräteausführung ab. Eine unzureichende Vergleichsgasversorgung kann die Messfunktion beeinträchtigen und darf nicht mit einer normalen Justiergasversorgung verwechselt werden.
24.10 Kann CALOMAT 7 Wasserstoff in jedem Gasgemisch messen?
Nein. Der CALOMAT 7 ist insbesondere für binäre oder quasi-binäre Gasgemische ausgelegt. Da das Verfahren auf der Wärmeleitfähigkeit des gesamten Gemisches beruht, können wechselnde Begleitgase das Ergebnis beeinflussen. Bei komplexen Gemischen muss deshalb überprüft werden, ob die Gaszusammensetzung ausreichend bekannt ist und geeignete Korrekturen möglich sind.
24.11 Was bedeutet Quergaskorrektur beim SIPROCESS GA700?
Eine Quergaskorrektur berücksichtigt den Einfluss zusätzlicher Gasbestandteile auf das Messsignal. Sie kann beispielsweise bei Infrarotmessungen oder Wärmeleitfähigkeitsmessungen notwendig sein. Voraussetzung ist, dass die relevanten Begleitgase und ihre Konzentrationsbereiche bekannt sind. Eine Quergaskorrektur kann nicht jede beliebige Änderung eines unbekannten Gasgemisches ausgleichen.
24.12 Welcher Messbereich ist für einen GA700-Gasanalysator sinnvoll?
Der geeignete Messbereich muss die erwarteten Konzentrationen sowie relevante Prozessabweichungen abdecken. Ein sehr großer Messbereich ist nicht automatisch besser, weil bei niedrigen Konzentrationen andere Anforderungen an Auflösung, Nachweisgrenze und Messunsicherheit bestehen können. Entscheidend sind die spezifizierten Eigenschaften des konkreten Moduls und die Anforderungen der Messaufgabe.
24.13 Welche Gehäuseausführungen gibt es beim SIPROCESS GA700?
Zur GA700-Familie gehören unter anderem 19-Zoll-Einschubgeräte mit drei Höheneinheiten und Wandgeräte. Zusätzlich sind besondere Feldgeräteausführungen für geeignete Anwendungen verfügbar. Die Auswahl richtet sich nach Installationsort, Umgebungstemperatur, Schutzart, erforderlichen Schnittstellen und gegebenenfalls Explosionsschutzanforderungen.
24.14 Welche Schnittstellen bietet der SIPROCESS GA700?
Je nach Geräteausführung und eingebauten Optionsmodulen stehen Ethernet, analoge Stromausgänge, digitale Eingänge und Relaisausgänge sowie weitere Kommunikationsmöglichkeiten zur Verfügung. Die erforderliche Zahl der Signale und die gewünschten Kommunikationsprotokolle müssen bei der Konfiguration berücksichtigt werden. Nicht jede Schnittstelle ist in jeder Gerätevariante ohne zusätzliche Ausstattung vorhanden.
24.15 Warum ist die Probenaufbereitung so wichtig?
Die Probenaufbereitung stellt sicher, dass das Messgas mit geeigneter Temperatur, ausreichendem Durchfluss und innerhalb der zulässigen Druckbedingungen zum Analysator gelangt. Außerdem schützt sie vor Partikeln und unerwünschtem Kondensat. Gleichzeitig darf die Aufbereitung die Konzentration der Zielkomponenten nicht unzulässig verändern. Deshalb ist sie ein wichtiger Bestandteil der gesamten messtechnischen Auslegung.
24.16 Wie beeinflusst die Länge der Probenleitung die Messung?
Mit zunehmender Leitungslänge steigt bei gleichem Innendurchmesser das Gasvolumen. Bei unverändertem Volumenstrom erhöht sich dadurch die rechnerische Transportzeit. Zusätzlich können Mischvorgänge, Totvolumina und Adsorptionseffekte die dynamische Antwort beeinflussen. Die Ansprechzeit des Analysenmoduls allein beschreibt daher nicht die Reaktionszeit der vollständigen Gasanalysestation.
24.17 Wie werden SIPROCESS-GA700-Module überprüft und justiert?
Die Überprüfung erfolgt mit geeigneten Referenz- beziehungsweise Prüfgasen und unter den festgelegten Betriebsbedingungen. Dabei werden die angezeigten Konzentrationen mit den bekannten Referenzwerten verglichen. Eine gegebenenfalls erforderliche Justierung erfolgt nach den Herstelleranweisungen. Für eine nachvollziehbare Bewertung sollten Prüfwerte, Referenzgasdaten, Stabilisierung und Messabweichungen dokumentiert werden.
24.18 Welche Informationen werden für die Auswahl eines SIPROCESS GA700 benötigt?
Für eine technisch belastbare Auswahl werden die Zielkomponenten, Konzentrationsbereiche, vollständige Gaszusammensetzung, Messgastemperatur, Messgasdruck, Feuchtigkeit, mögliche Verschmutzungen und die gewünschte Ansprechzeit benötigt. Hinzu kommen Anforderungen an Gehäuse, Explosionsschutz, Schnittstellen, Messunsicherheit und Wartung. Anhand dieser Daten lässt sich entscheiden, welche Module und welche Kombination für die konkrete Gasaufgabe geeignet sind.