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In-situ kontinuierliche Prozess-Gasanalytik

Bei der in-situ kontinuierlichen Prozess-Gasanalytik findet die physikalische Messung direkt im Strömungsquerschnitt der Prozessgasleitung statt. Typische Messverfahren wie abstimmbare Diodenlaserspektroskopie (TDLS) oder Infrarot-Durchlichtmessung erfassen die Absorption des Laser- oder IR-Lichts entlang einer optischen Messstrecke. Dadurch werden Gaskonzentrationen berührungslos, mit sehr kurzer Ansprechzeit und ohne aufwendige Gasaufbereitung bestimmt. In-situ Analysatoren eignen sich besonders für anspruchsvolle Anwendungen mit hohen Temperaturen, feuchten oder stark korrosiven Gasen.

FAQ

Was bedeutet in-situ kontinuierliche Prozess-Gasanalytik?

In-situ bedeutet, dass die Messung direkt im Prozess, also in der Rohrleitung oder im Kamin, erfolgt. Das Messgerät wird an der Messstelle montiert, der optische Messstrahl durchquert den Gasstrom und erfasst so die Gaskonzentration in Echtzeit, ohne dass Proben entnommen werden müssen.

Worin unterscheidet sich in-situ- von extraktiver Gasanalytik?

In-situ Systeme messen direkt im Prozessgasstrom, während extraktive Systeme einen Gasstrom aus dem Prozess entnehmen, aufbereiten und extern analysieren. In-situ Analysatoren benötigen kein Probenahme- und Gasaufbereitungssystem und bieten sehr kurze Ansprechzeiten, extraktive Systeme ermöglichen dafür komplexe Gasaufbereitung und die Kombination verschiedener Messprinzipien in einem Analysator.

Welche Messprinzipien werden bei in-situ Gasanalysatoren eingesetzt?

Häufig eingesetzt werden abstimmbare Diodenlaserspektroskopie (TDLS) und Infrarot-Durchlichtmessung. Dabei wird die wellenlängenspezifische Absorption des Gases genutzt, um Konzentrationen von Komponenten wie O₂, NH₃, HCl, H₂O oder CO₂ entlang des optischen Weges zu bestimmen.

Welche Vorteile bietet die in-situ Messung bei hohen Temperaturen und Feuchtegehalten?

Da das Gas nicht aus dem Prozess entnommen und gekühlt werden muss, entfällt die Bildung von Kondensaten und die damit verbundene Veränderung der Gaszusammensetzung. Die Messung erfolgt unter realen Prozessbedingungen, was insbesondere bei hohen Temperaturen, hoher Feuchte und kondensierenden Komponenten zu sehr repräsentativen und stabilen Messergebnissen führt.

Welche typischen Gase werden mit in-situ Analysatoren überwacht?

Typische Zielkomponenten sind Sauerstoff (O₂) zur Verbrennungsregelung und Inertisierung, Ammoniak (NH₃) bei DeNO_x-Prozessen, Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), Chlorwasserstoff (HCl), Fluorwasserstoff (HF) und weitere Prozessgase, abhängig von der eingebauten Wellenlänge des Lasersystems.

In welchen Branchen werden in-situ Gasanalysatoren eingesetzt?

Sie kommen in Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen, der Zementindustrie, in Chemie- und Petrochemieanlagen, in der Eisen- und Stahlindustrie sowie in Rauchgasreinigungs- und DeNO_x-Anlagen zum Einsatz. Weitere Anwendungen sind Sicherheitsüberwachung, Prozessoptimierung und Emissionsüberwachung.

Wie erfolgt die Montage eines in-situ Gasanalysators an der Messstelle?

Die Montage erfolgt typischerweise als Durchlichtsystem mit Sender- und Empfängereinheit auf gegenüberliegenden Seiten der Rohrleitung oder des Kamins. Alternativ können kompakte Einseitensysteme mit Reflektor eingesetzt werden. Flansche, Dichtungen und Justageeinrichtungen sorgen für stabile Ausrichtung und gasdichte Installation.

Welche Anforderungen bestehen an die optische Messstrecke?

Die Messstrecke muss frei von massiven Ablagerungen und mechanischen Hindernissen sein. Sichtfenster und Optiken werden häufig mit Spülluft oder Prozessgas geschützt, um Verschmutzung zu minimieren. Die Länge des optischen Weges wird so gewählt, dass ausreichende Absorption bei gleichzeitig gut nutzbarem Messbereich entsteht.

Wie schnell reagieren in-situ Gasanalysatoren auf Prozessänderungen?

Durch die direkte Messung im Gasstrom und den Wegfall von Totvolumina in Probenahmeleitungen erreichen in-situ Systeme sehr kurze T₉₀-Ansprechzeiten, typischerweise im Bereich von einer Sekunde bis wenigen Sekunden. Dies ermöglicht eine dynamische Regelung und schnelle Erkennung von Prozessabweichungen.

Wie wird mit Staubbeladung oder Verschmutzung umgegangen?

Optiken und Fenster werden mit Spülluftsystemen oder mechanischen Schutzvorrichtungen gegen Staub, Ruß und Partikel geschützt. Viele Geräte überwachen zusätzlich die Signalintensität, um Verschmutzungen frühzeitig zu erkennen und Wartungsmaßnahmen rechtzeitig planen zu können.

Benötigen in-situ Analysatoren eine regelmäßige Kalibrierung?

Lasergestützte in-situ Analysatoren sind in der Regel sehr langzeitstabil und benötigen nur selten eine Kalibrierung. Dennoch sollten je nach Applikation und Normenvorgaben regelmäßige Funktionsprüfungen, Nullpunktkontrollen und gegebenenfalls Spankontrollen mit Prüfgasen vorgesehen werden.

Wie werden in-situ Gasanalysatoren in die Prozessleittechnik integriert?

Die Geräte verfügen über analoge Ausgänge, digitale Kontakte sowie serielle und feldbusbasierte Schnittstellen. Übliche Schnittstellen sind 4–20 mA, Relaiskontakte, Modbus, PROFIBUS oder PROFINET, um Messwerte, Diagnosedaten und Statusmeldungen an Leitsysteme und Steuerungen zu übertragen.

Welche Diagnose- und Selbstüberwachungsfunktionen stehen zur Verfügung?

Moderne in-situ Analysatoren überwachen interne Temperaturen, Signalintensität, Laserstrom, Justagezustand und Kommunikation. Diagnosemeldungen informieren über Verschmutzung, Grenzwertverletzungen, interne Fehler oder Wartungsbedarf und unterstützen damit zustandsorientierte Instandhaltung.