H₂S-Gasanalysator: explosionsgeschützte In-situ-TDLAS für Schwefelwasserstoff

Ein H₂S-Gasanalysator misst die Schwefelwasserstoffkonzentration in Prozessgas- oder Umgebungsluftströmen. Anders als alarmbasierte Überwachungsgeräte liefern 4-20 mA-Ausgänge kontinuierliche quantitative Messwerte der H₂S-Konzentration in ppm oder ppb. H₂S-Gasanalysatoren kommen in der Öl- und Gasindustrie, in der Abwasserbehandlung, in der chemischen Industrie und in Biogasanlagen zum Einsatz.

H₂S-Gasanalysatoren verwenden je nach Anwendung unterschiedliche Messverfahren. Zu den gängigen Branchenverfahren gehören die abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS) für einen hochselektiven optischen Nachweis, gepulste UV-Fluoreszenz zur Messung der charakteristischen Fluoreszenz von UV-angeregten H₂S-Molekülen, elektrochemische Messzellen, deren Strom proportional zur H₂S-Konzentration ist, Bleiacetatband, das sich bei H₂S photometrisch verfärbt, sowie Goldfilmsensoren, die die Widerstandsänderung bei der Adsorption von H₂S auf ihrer Oberfläche erfassen. Der wichtigste H₂S-Gasanalysator von GESHINE ist der ZS8300-H2S mit TDLAS zur Quermessung in situ. Er misst das Gas direkt quer durch den Prozessabgaskanal statt in einer entnommenen Gasprobe. UV-Fluoreszenz, elektrochemische Messung und andere Verfahren werden als branchenübliche Methoden zur Einordnung genannt und bei Bedarf im Rahmen einer technischen Bewertung berücksichtigt.

Der zulässige Expositionsgrenzwert (PEL) der OSHA für Schwefelwasserstoff liegt bei einem Höchstwert von 20 ppm. Ein Spitzenwert von 50 ppm ist bis zu 10 Minuten einmal pro 8-Stunden-Schicht zulässig. Die ACGIH legt einen TLV-TWA von 1 ppm und einen TLV-STEL von 5 ppm fest. Konzentrationen über 100 ppm gelten als unmittelbar lebens- oder gesundheitsgefährdend (IDLH). H₂S lässt sich bei niedrigen Konzentrationen leicht an seinem charakteristischen Geruch nach „faulen Eiern“ erkennen. Bei Konzentrationen über 100 ppm tritt jedoch rasch eine Geruchsermüdung ein, sodass die exponierte Person das Gas möglicherweise nicht mehr wahrnimmt. In jeder Umgebung, in der H₂S auftreten kann, ist eine kontinuierliche Überwachung mit Gasanalysatoren erforderlich.

Ein H₂S-Detektor ist ein Sicherheitsmessgerät, das Alarm auslöst, wenn der H₂S-Wert einen festgelegten Wert überschreitet – eine einfache Anzeige, ob der Grenzwert überschritten ist oder nicht. Ein H₂S-Gasanalysator dagegen ist ein Messgerät, das den genauen H₂S-Wert kontinuierlich über den gesamten Messbereich erfasst. Gasanalysatoren liefern numerische Daten (ppm, ppb, %) für die Prozessregelung und Optimierung. Viele Standorte setzen beides ein: Detektoren für Personenalarme und Gasanalysatoren für Prozessmessungen.

Querempfindlichkeiten sind ein ernst zu nehmendes Problem, insbesondere bei elektrochemischen Sensoren. Mercaptane, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und andere Verbindungen können je nach verwendetem Nachweisverfahren ein Signal verursachen, das fälschlich als H₂S interpretiert wird. Optische Verfahren wie gepulste UV-Fluoreszenz und TDLAS sind hochselektiv und am wenigsten von Querempfindlichkeiten betroffen. Bei elektrochemischen Gasanalysatoren in komplexen Gasmatrizes lassen sich solche Effekte durch Kompensationsmechanismen und vorgeschaltete Wäscherfilter verringern.

Ja. Mehrkomponenten-Gasanalysatoren mit UV-Vis-Spektroskopie oder NDIR können H₂S, CO₂ und Feuchte gleichzeitig in derselben optischen Messzelle messen. Für Biogas- oder Erdgasanwendungen, bei denen sowohl H₂S als auch CO₂ überwacht werden müssen, bietet GESHINE spezielle Mehrgasanalysatoren in der Kategorie Mehrgasanalysatoren an. Die Kategorie der H₂S-Gasanalysatoren umfasst die Messung einzelner H₂S-Komponenten, angeführt vom TDLAS-Gasanalysator ZS8300-H2S zur Quermessung in situ.

Ja. Industriegasanalysatoren eignen sich für die Installation im Freien. Üblicherweise sind sie gemäß IP66 oder IP67 gegen eindringenden Staub und starke Wasserstrahlen oder Untertauchen geschützt. Für explosionsgefährdete Bereiche umfasst der öffentlich angegebene Explosionsschutz des ZS8300-H2S die Ausführung Ex db IIC T6 Gb nach GB/T 3836.1 / 3836.2 sowie SIL2 und IP67. Regionale Zulassungen wie ATEX, IECEx, CSA, FM oder CE werden bei der Projektauswahl anhand der vorgesehenen Installation bestätigt. Bei Außeninstallationen in sehr kalten, heißen oder feuchten Umgebungen kann ein wetterfester Analysenschrank mit Klimatisierung sinnvoll sein.

Das Kalibrierintervall hängt vom Typ des Gasanalysators, den Betriebsbedingungen und den Anforderungen der Anwendung ab. Im Allgemeinen empfehlen wir Kalibrierprüfungen alle 6 bis 12 Monate. In anspruchsvolleren Umgebungen oder bei hohen Konzentrationen sollten Verifizierungen in kürzeren Abständen stattfinden. Optische Gasanalysatoren wie Systeme mit gepulster UV-Fluoreszenz und TDLAS bleiben zwischen den Kalibrierungen häufig mehrere Monate stabil. Alle GESHINE-Gasanalysatoren verfügen über integrierte Routinen zur Kalibrierprüfung, die sich am Bedienfeld oder aus der Ferne starten lassen.

Die Zertifizierungsanforderungen variieren je nach Anwendung und Standort. In explosionsgefährdeten Bereichen ist ein explosionsgeschütztes Gehäuse erforderlich. Für sicherheitskritische Prozesse kann eine Einstufung nach Sicherheitsintegritätslevel (SIL) gemäß IEC 61508 notwendig sein. Je nach Markt können außerdem regionale Zulassungen wie CSA, FM oder CE erforderlich sein. Der ZS8300-H2S verfügt über ein explosionsgeschütztes Gehäuse der Ausführung Ex db IIC T6 Gb nach GB/T 3836.1 / 3836.2, eine SIL2-zertifizierte Plattform und die Schutzart IP67. Der Umfang der anwendbaren Zertifizierungen wird für jedes Projekt anhand der vorgesehenen Installation geprüft und bestätigt. Unsere Techniker beraten Sie gern zu Ihren konkreten Zertifizierungsanforderungen.

Die Preise für H₂S-Gasanalysatoren variieren stark – von tragbaren Einstiegsgeräten, meist mit elektrochemischer Messung, über stationäre Online-Messgeräte bis hin zu hochwertigen optischen Mehrkomponentensystemen. Preisbestimmend sind Messverfahren, Messbereich, Zertifizierungen und Integrationsaufwand. Über den Anschaffungspreis hinaus sollten die laufenden Betriebskosten über die Lebensdauer des Gasanalysators berücksichtigt werden, etwa für Kalibriergas, den Austausch von Sensoren oder Verbrauchsmaterialien und Wartungsarbeit. Kontaktieren Sie uns für ein Richtpreisangebot passend zu Ihrer Konfiguration.

TDLAS zur Quermessung in situ eignet sich besonders für anspruchsvolle Sauergas-Prozessanwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen: bei heißem oder feuchtem Gas, an dem H₂S in einer extraktiven Probenahmeleitung adsorbieren und zu niedrige Messwerte verursachen könnte; bei direkter Montage am Abgaskanal, durch die die Messgasaufbereitung vollständig entfällt; sowie bei CO₂- und CH₄-reichen Gasmatrizes aus Aminwäsche oder SRU-Restgas, in denen die Selektivität einer einzelnen Laserlinie entscheidend ist. Der ZS8300-H2S misst direkt im Prozessgas, ohne Verbrauchszelle oder -band, in einem explosionsgeschützten Gehäuse der Ausführung Ex db IIC T6 Gb. Wenn für eine Anwendung tatsächlich ein extraktives Messgerät oder ein Personenalarm geeigneter ist, teilen Ihnen unsere Techniker das mit.

Bleiacetatband ist seit Langem behördlich anerkannt und reagiert tatsächlich empfindlich auf H₂S im ppb-Bereich. Es ist jedoch ein Verbrauchsmaterial, das regelmäßige Wartung erforderlich macht. Als extraktives Verfahren führt es das Gas außerdem durch eine Probenahmeleitung, an der H₂S adsorbieren kann. TDLAS in situ umgeht beides: Das Gas wird direkt quer durch den Abgaskanal gemessen, ohne entnommene Gasprobe und ohne Verbrauchsmaterial. So erfasst die Messung den tatsächlichen Prozessgasstrom in Echtzeit. Der Kompromiss: Bleiacetatband wird mit vertrauten, seit Langem etablierten Zulassungsunterlagen geliefert, während der Messbereich der TDLAS-Messung in situ je nach Anwendung konfiguriert und im mitgelieferten Datenblatt bestätigt wird.

Die Betriebskosten werden durch Verbrauchsmaterialien und Arbeitsaufwand bestimmt; die drei Verfahren unterscheiden sich deutlich. Bei Bleiacetatband-Gasanalysatoren werden eine Bandkassette und regelmäßig Reagenzien verbraucht. Sie verursachen daher die höchsten laufenden Kosten: Planen Sie einen regelmäßigen Bandwechsel in projektspezifischen Abständen sowie die dafür nötige Arbeitszeit eines Technikers ein. Elektrochemische H₂S-Messzellen sind in der Anschaffung günstig, nutzen sich aber als Verbrauchsmaterial ab und müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Die Betriebskosten fallen daher moderat und schrittweise an. TDLAS in situ verursacht die geringsten laufenden Kosten: kein Band, keine Reagenzien, keine Verbrauchszelle und keine zu wartende extraktive Messgasstrecke. Es fallen lediglich Kosten für regelmäßige optische Verifizierungen an, während die Investitionskosten zunächst höher sind. Bei kontinuierlichen Sauergas- oder Schwefelrückgewinnungsanwendungen summiert sich der Kostenvorteil von TDLAS in situ über eine mehrjährige Nutzungsdauer.

Ein zu niedriger H₂S-Messwert liegt oft an der Probenahmeleitung und nicht am Gasanalysator: H₂S ist ein „haftendes“ Gas und adsorbiert an den Oberflächen des Messgassystems, bevor es die Messzelle erreicht. H₂S reagiert mit gewöhnlichem Edelstahl, Rost und Feuchte- oder Partikelfilmen in der Leitung und haftet daran. Dadurch geht unterwegs ein Teil des Gases verloren und der Messwert liegt unter der tatsächlichen Prozesskonzentration, insbesondere bei niedrigen ppm-Werten. Abhilfe schaffen geeignete Materialien und Temperaturen: Verwenden Sie inerte medienberührte Teile (behandelte oder beschichtete Rohrleitungen mit Oberflächen ähnlich Sulfinert oder PTFE), halten Sie die Leitung kurz und oberhalb des Taupunkts beheizt und vermeiden Sie Totleitungen. Lassen Sie das System vollständig einregeln, bevor Sie dem Messwert vertrauen. Steigt ein Messwert nach einer sprunghaften Änderung über viele Minuten langsam an, ist meist die Adsorption in der Leitung die Ursache. Prüfen Sie dies, indem Sie eine direkte Messung an der Messzelle mit dem Messwert am Leitungsende in der jeweiligen Sauergas-Gasmatrix vergleichen.

Nein – ein H₂S-Gasanalysator misst nur Schwefelwasserstoff, nicht den Gesamtschwefel, denn dazu gehören auch Komponenten, die bei der H₂S-Messung nicht erfasst werden. Der Gesamtschwefel ist die Summe aller schwefelhaltigen Verbindungen – H₂S, Mercaptane, COS, CS₂ und organischer Schwefel. Für seine Bestimmung ist entweder ein Gesamtschwefel-Gasanalysator erforderlich, der alle Schwefelkomponenten verbrennt oder in eine einheitlich nachweisbare Form umwandelt (zum Beispiel SO₂ für die UV-Fluoreszenz nach der Oxidation), oder ein spezifizierender GC. Ein spezieller H₂S-Gasanalysator mit UV-Fluoreszenz, TDLAS oder elektrochemischer Messung gibt den H₂S-Anteil aus, der bei den meisten Anforderungen an Pipelinequalität und Sicherheit tatsächlich geregelt wird. Wenn Ihre Spezifikation „Gesamtschwefel“ fordert – häufig bei Kraftstoffen und Übergabemessungen –, liegt ein reiner H₂S-Messwert darunter. Wählen Sie dann ein Gesamtschwefel-Messgerät und wenden Sie sich an die Anwendungstechnik, um zu klären, welche Komponenten Ihr Grenzwert umfasst.