



Prozess-Gasanalysator ZS8100-HF für Fluorwasserstoff
TDLAS-Diodenlaser-Gasanalysator für Fluorwasserstoff in FTC/GTC von Aluminiumschmelzen, HF-Alkylierung, Säureätzen in der Halbleiterfertigung, Glasätzen und CEMS in Verbrennungsanlagen gemäß EU-BAT ≤1 mg/m³
- Messbereich
- 0–10 / 0–50 / 0–500 ppm
- Richtigkeit
- ±2 % FS oder ±0,1 ppm
- Ansprechzeit (T90)
- <10 s
- Medienberührte Teile
- Monel 400 / PTFE / PFA
Übersicht
Der ZS8100-HF ist ein extraktiver TDLAS-Gasanalysator für Fluorwasserstoff, ausgelegt für korrosive Anwendungen im niedrigen ppm-Bereich mit Taupunktempfindlichkeit: zur Überwachung diffuser Emissionen in den Rauchgasreinigungszentren (Fume Treatment Center / Gas Treatment Center, FTC/GTC) von Primäraluminiumschmelzen, zur Überwachung von HF-Alkylierungskatalysatoren und zur Reaktion auf Leckagen an Raffinerieperimetern, zur Messung in Abluft und am Scrubber-Einlass beim Säureätzen in der Halbleiterfertigung, zur Regelung der Säurekonzentration beim Ätzen von optischem Glas und Displayglas, für CEMS in Verbrennungsanlagen gemäß dem EU-BAT-Grenzwert von 1 mg/m³ sowie für Prozessanwendungen in Fluorchemie- und Kältemittelanlagen. Ein schmalbandiger Nahinfrarot-Diodenlaser an der HF-Grundschwingung trennt das HF-Signal durch Linienauswahl und Gasmatrixprüfung vom Hintergrund aus H₂O / CO₂ / SO₂ / HCl. Der Messweg verwendet medienberührte Teile aus Monel 400 sowie interne PTFE- / PFA-Leitungen, um HF-Angriff zu widerstehen und die Wandadsorption zu verringern.
- TDLAS-Absorption an einer einzelnen Laserlinie — reagenzienfreie optische Messzelle; die beheizte Messgasführung muss gewartet werden
- Die Auswahl der Laserlinie trennt HF nach Prüfung der Gasmatrix vom spektralen Hintergrund aus H₂O / CO₂ / SO₂ / HCl
- Medienberührte Teile aus Monel 400 und interne PTFE- / PFA-Leitungen widerstehen HF-Angriff und verringern die Adsorption im niedrigen ppm-Bereich
- Die Mehrbereichs-Firmware deckt diffuse HF-Emissionen im ppm-Bereich (FTC/GTC von Schmelzen) bis hin zu CEMS (EU-BAT ≤1 mg/m³) und Prozessanwendungen ab
Vollständige technische Spezifikationen
Wichtige Leistungsdaten
| Messgröße | Wert | Status |
|---|---|---|
| Messbereich | 0–10 / 0–50 / 0–500ppm (Mehrbereich) | bedingt* |
| Richtigkeit | ±2 % FS oder ±0.1ppm (je nachdem, welcher Wert größer ist) | bedingt* |
| Ansprechzeit (T90) | <10 s | bedingt* |
| Nachweisgrenze | <0.05ppm (für diffuse Emissionen geeignet) | bedingt* |
* Typische TDLAS-HF-Werte der Branche — als Zielumfang angegeben; bestätigte Werte werden mit dem endgültigen Datenblatt zum Angebot bereitgestellt.
Messung
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Messprinzip | TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) |
| Zielwellenlänge | Nahinfrarot ≈ 1,27 μm (HF-Grundschwingungs- / Obertonbereich) |
| Messbereich | 0–10 ppm / 0–50 ppm / 0–500 ppm (Mehrbereich) |
| Untere Nachweisgrenze | <0.05 ppm (für diffuse Emissionen geeignet; Anwendungsumfang FTC/GTC von Schmelzen) |
| Richtigkeit | ±2 % FS oder ±0,1 ppm (je nachdem, welcher Wert größer ist) |
| Wiederholbarkeit | ≤1 % FS |
| Ansprechzeit (T90) | <10 s |
| Auflösung der Gasmatrix | H₂O / CO₂ / SO₂ / HCl werden durch Auswahl der Laserlinie und Prüfung der anwendungsspezifischen Gasmatrix berücksichtigt |
Messgassystem
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Probenahmemodus | Extraktiv über beheizte Sonde und beheizte Probenahmeleitung (oberhalb des HF-Taupunkts) |
| Medienberührte Teile | Monel 400 im Messgasweg; interne PTFE- / PFA-Leitungen; keine Mo-haltigen Legierungen auf HF-Kontaktflächen |
| Messgastemperatur | Bis zu 180 °C (beheizte Leitung; abhängig von der Anwendung) |
| Messgasdruck | -30 bis +500 mbar g |
| Empfohlene Gasaufbereitung | Beheiztes Probenahmesystem ZS-SCS-800 (projektabhängig; für diffuse HF-Emissionen im niedrigen ppm-Bereich werden HF-spezifische, mit Monel / PFA ausgekleidete Probenahmeleitungen empfohlen) |
| Alternative mit langem Messweg | Ein UV-DOAS-Gasanalysator mit langem Messweg eignet sich für Abgasgeometrien, in denen eine extraktive Probenahme unpraktisch ist |
Umgebungsbedingungen
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Betriebstemperatur | -20 °C bis +50 °C |
| Lagertemperatur | -40 °C bis +70 °C |
| Luftfeuchtigkeit | 0–95 % RH (nicht kondensierend) |
| Schutzart | IP65 (Standard) / IP66 (Feldgehäuse) |
Elektrische Daten
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Spannungsversorgung | 100–240 VAC, 50/60 Hz, max. 100 W (beheizte Leitung separat) |
| Analogausgang | 2 × 4–20 mA (galvanisch getrennt, konfigurierbar) |
| Digitalausgang | RS-485 Modbus RTU / HART 7 (optional) |
| Relaisausgänge | 4 × SPDT (Alarm, Fehler, Wartung, Messbereich) |
| Anzeige | 5″ Farb-TFT mit lokalem Touchscreen-HMI |
Abmessungen und Gewicht
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Abmessungen (B×H×T) | 483 × 177 × 420 mm (19″-Rack) / Feldgehäuse optional |
| Gewicht | ≈16 kg (Rack) / ≈34 kg (Feldgehäuse) |
| Gehäusematerial | Pulverbeschichtetes Aluminiumgehäuse; medienberührte Teile aus Monel 400 und PTFE- / PFA-Leitungen im Messgasweg |
| Montage | 19″-Rack (4U) / Wandmontage / Feldgehäuse |
Zertifizierungen
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| CE-Kennzeichnung | Einhaltung der EU-Geräterichtlinie (Standard) |
| Explosionsgefährdeter Bereich | ATEX / IECEx — Umfang bedingt (projektbezogen bestätigt) |
| CEMS-Baumusterzulassung | MCERTS (UK) / US-EPA-Referenzmessverfahren für HF-CEMS — angestrebter Umfang, projektbezogen zu bestätigen |
| EMV | EN 61326-1 |
| Qualitätsmanagementsystem | Fertigung gemäß ISO 9001:2015 |
| Anwendungsnormen | EU IED BAT (HF in Verbrennungsanlagen ≤1 mg/m³); OSHA PEL 3 ppm 8-hr TWA (FTC/GTC für Aluminium); US EPA Method 13A/B / 320 (HF-CEMS-Referenz) |
Geeignete Anwendungen für diesen Gasanalysator
Dieses Modell ist den folgenden Branchenanwendungen und Prozessaufgaben zugeordnet.
Einsatzumgebungen
Typische Prozessumgebungen, in denen dieses Modell in Betracht kommt.
Zertifizierungsumfang
Normen sind mit ihrem jeweiligen Umfang und Status aufgeführt, damit die technische Prüfung die anwendbaren medienberührten Werkstoffe, behördlichen Messverfahren und Anforderungen an explosionsgefährdete Bereiche verifizieren kann. Leistungsdaten und CEMS-Zulassungen sind als angestrebter Umfang gekennzeichnet — der aktuelle Zertifizierungsstatus Ihrer Konfiguration wird zum Angebot bestätigt; Anforderungen an explosionsgefährdete Bereiche werden als bedingter Weg zur technischen Prüfung geführt und sind keine allgemeine Katalogzusage.
| Norm | Umfang | Variante | Status | Dokument |
|---|---|---|---|---|
| CE (EU-Konformitätserklärung) | Einhaltung der EU-Geräterichtlinie (Standard) | Projektvariante | angestrebt | Auf Anfrage |
| MCERTS / HF-CEMS-Referenzmessverfahren | MCERTS (UK) / US-EPA-Referenzmessverfahren für HF-CEMS — angestrebter Umfang; aktueller Zertifizierungsstatus, Zertifikatsnummern und Gültigkeitszeiträume sind zum Angebot zu bestätigen | Projektvariante | angestrebt | Auf Anfrage |
| ATEX / IECEx für explosionsgefährdete Bereiche | Umfang abhängig von der technischen Prüfung; projektbezogen zu bestätigen | Projektvariante | bedingt | Auf Anfrage |
| ISO 9001:2015 | Qualitätsmanagementsystem — Fertigung gemäß ISO 9001:2015 | Projektvariante | zugelassen | Auf Anfrage |
Dokumentation anfordern
Fordern Sie für dieses Modell technische Datenblätter, Bedienungsanleitungen, Zertifikate und Anwendungshinweise an.
Belegnachweise
Probenahmearchitektur für korrosive HF-Anwendungen
Für Anwendungen in Aluminiumschmelzen, bei der HF-Alkylierung, beim Ätzen in der Halbleiterfertigung und in Verbrennungsanlagen kombiniert die Architektur die TDLAS-Linienauswahl mit medienberührten Teilen aus Monel / PTFE / PFA und einer beheizten Probenahme. So gelangt HF zur optischen Messzelle, ohne auf kalte Standard-Probenahmeleitungen angewiesen zu sein.
Technische Details und Engineering
Ergänzende technische Details — erweitern Sie die einzelnen Themen, um alle Informationen zu Messung, Betriebsbedingungen, Messgassystem, Kalibrierung, Integration, Wartung und Anwendungen aufzurufen.
01 Messprinzip und Grenzen
Abgrenzung der Messung
TDLAS nutzt eine schmale HF-Absorptionslinie im Nahinfrarotbereich für die extraktive Messung von Fluorwasserstoff im niedrigen ppm-Bereich bei korrosiven Anwendungen im Abgas und Prozess.
Nicht vorgesehen
- Elektrochemische HF-Sicherheitsalarme als Standardlösung für Prozess- und CEMS-Anwendungen
- NDIR als kostengünstige Lösung für feuchte Säuregasmatrizes
- Nicht geprüfter Ersatz durch UV-DOAS mit langem Messweg
Erforderlich
- Beheizter extraktiver Messgasweg oberhalb des HF-Taupunkts
- Medienberührtes Monel 400 und interne PTFE- / PFA-Leitungen
- HF-spezifische Prüfung der Gasmatrix auf Hintergrundanteile von H₂O / CO₂ / SO₂ / HCl
- ZS-SCS-800 oder gleichwertige beheizte Probenahme für korrosive Gase, sofern für die Abgasanwendung erforderlich
Querempfindlichkeiten und Grenzen
- Hintergrundanteil von H₂O
- Spektraler Hintergrund von CO₂ und SO₂
- Überlappung mit HCl bei Mischungen saurer Gase
- HF-Wandadsorption an ungeeigneten medienberührten Werkstoffen
02 Betriebsbedingungen
Verwenden Sie diese Grenzwerte als Auswahlkriterien und bestätigen Sie vor dem Angebot Messgasbedingungen, Umgebungseinflüsse und Werkstoffe.
- Kondensierende HF-Anwendungen ohne beheizten Messgasweg
- Mo-haltige Legierungen auf HF-Kontaktflächen
- Nicht geprüfte Audit-Anwendungen in der Halbleiterfertigung im ppb-Bereich
03 Abgrenzung des Messgassystems
Probenahmemodus, Komponenten der Gasaufbereitung und Ausschlüsse legen fest, wo die Zuständigkeit für den Gasanalysator endet und das Messgassystem beginnt.
- Beheizte Gasentnahmesonde
- Beheizte Probenahmeleitung oberhalb des HF-Taupunkts
- Messgasweg aus Monel 400
- Interne PTFE- / PFA-Leitungen
- Beheiztes Probenahmesystem ZS-SCS-800
- Kalt-trocknende Gasaufbereitung, die HF vor der Messzelle absorbiert
- Unbeschichteter Standard-Messgasweg aus Edelstahl für HF im niedrigen ppm-Bereich
04 Kalibrierung und Validierung
Kalibrierverfahren, Intervall, Rückführbarkeit und Audit-Unterstützung für diesen Gasanalysator.
Nullpunkt- / Messspannenverfahren
Projektspezifisches HF-Nullpunkt- und Messspannenverfahren mit Prüfung der anwendungsspezifischen Gasmatrix
Intervall
Standortspezifisch
Referenzmessverfahren
US EPA Method 13A / 13B als Referenz; US EPA Method 320 für extraktive FTIR-Messungen
Rückführbarkeit des Messspangases
Projektspezifisches Kalibriergas oder Validierungsmedium
Audit-Unterstützung
- US EPA Method 13A / 13B als Referenz
- US EPA Method 320 für extraktive FTIR-Messungen
- Prüfung der HF-Berichterstattung gemäß EU IED BAT
05 I/O und Integration
Signalausgänge und Kommunikationsschnittstellen für die Integration in Prozessleitsysteme.
Ausgang
4–20 mA / RS-485 Modbus / HART
Analogausgang
2 × 4–20 mA (galvanisch getrennt, konfigurierbar)
Digitalausgang
RS-485 Modbus RTU / HART 7 (optional)
Relaisausgänge
4 × SPDT (Alarm, Fehler, Wartung, Messbereich)
Prüfhinweis zum DAHS
Bestätigen Sie Protokollzuordnung, Messkanalbezeichnungen, Alarmzustände und Berichtsformat im Rahmen der Projektintegrationsprüfung.
06 Wartung und Ersatzteile standortspezifisch
Regelmäßige Wartungsarbeiten, Verbrauchsmaterialien und Zugangsanforderungen für diesen Gasanalysator; genaue Intervalle sind standortspezifisch.
- Beheizte Probenahmeleitung prüfen
- Zustand des medienberührten Messgaswegs aus Monel / PTFE / PFA prüfen
- HF-Nullpunkt- / Messspanneneinstellung verifizieren
- Kondensationsrisiko saurer Gase prüfen
- HF-kompatible Filter
- Wartungsteile für beheizte Leitungen
- Projektspezifisches Kalibriergas oder Validierungsmedium
07 Anwendungsnachweise
Anwendungskontext aus komplexen Industrieumgebungen.
Anwendungskontext
Primäraluminiumschmelzen mit Topfreihen der 400-kA-Klasse benötigen kontinuierliche Daten zu diffusen HF-Emissionen in der Topfhalle und am Abgasaustritt des Gasbehandlungszentrums. Bei Messabläufen, die auf Laboranalysen beruhen, fehlen den Betreibern jedoch tagelang HF-Daten zu Anodeneffekten.
Lösungskonzept
Ein TDLAS-Netzwerk mit ZS8100-HF, medienberührten Teilen aus Monel 400 und PTFE/PFA sowie beheizten, mit Monel ausgekleideten Probenahmeleitungen des ZS-SCS-800 ermöglicht eine kontinuierliche HF-Messung im niedrigen ppm-Bereich für die Überwachung der Topfhalle und des Gasbehandlungszentrums.
Häufig gestellte Fragen
Welche HF-Konzentrationen sind bei der Überwachung von FTC/GTC in Aluminiumschmelzen zu erwarten, und deckt der ZS8100-HF diesen Messbereich ab?
Flüchtige HF-Emissionen im Elektrolyseraum liegen typischerweise zwischen 0.05 und 5 ppm. Der OSHA-PEL beträgt 3 ppm als 8-Stunden-TWA, während die EU-BREF-Minderungsziele nach der GTC die Abgaskonzentrationen in den Sub-ppm-Bereich senken. Der ZS8100-HF ist für diesen Messbereich ausgelegt: Der Messbereich 0–10 ppm deckt flüchtige Emissionen im Elektrolyseraum ab, der Messbereich 0–50 ppm erfasst Spitzen am GTC-Einlass und der Messbereich 0–500 ppm eignet sich für Ereignisse beim Anfahren der Elektrolysezelle und bei einer Förderstörung. Die angegebene Nachweisgrenze von <0.05 ppm ist für den Einsatz bei flüchtigen Emissionen relevant, nicht als Wert für die Spurenmesstechnik; der in einem realen Elektrolyseraum erreichbare Wert hängt von der Weglänge, der Sauberkeit der Probenahmeleitung und dem Hintergrund an Fluoriden ab (HF ≠ Gesamtfluorid). Für die Konformitätsberichterstattung ist die Gesamtfluorid-Probenahme (partikulär + gasförmig nach EPA Method 13A / 13B oder ISO 15713) maßgeblich; der TDLAS liefert die kontinuierliche HF-Spurenmessung, die in den Regelkreis einfließt.
Warum spezifiziert der ZS8100-HF medienberührte Teile aus Monel 400 und PTFE / PFA statt Hastelloy C-276 wie beim HCl-SKU?
Hastelloy C-276 ist eine Ni-Mo-Cr-Legierung mit einem Molybdängehalt von 15–16 %. Wasserfreier HF und HF mit geringer Feuchte greifen den Mo-Anteil durch die Bildung von Fluoridkomplexen an, verursachen Lochfraß und laugen anschließend Mo in das Messgas aus — dies ist sowohl für die Lebensdauer des Messgeräts als auch für die Messgasintegrität inakzeptabel. Monel 400 ist eine Ni-Cu-Legierung ohne reaktiven Mo-Anteil und gilt in der Branche als Referenz für HF-Anwendungen mit Medienkontakt (Alkylierungskreisläufe in Raffinerien, HF-Lagerung, Abluft beim Säureätzen in der Halbleiterfertigung). Interne Leitungen aus PTFE oder PFA verringern die HF-Wandadsorption im niedrigen ppm-Bereich, da HF an blankem Metall stärker haftet als HCl. HCl greift Mo nicht auf dieselbe Weise an. Deshalb verwendet der ZS8100-HCl Hastelloy C-276, wenn Schweißbarkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen wichtiger sind. Die HF- und HCl-SKUs ähneln sich mechanisch, können jedoch keine gemeinsamen Messgaswege verwenden.
Kann der ZS8100-HF HF-Dämpfe beim Säureätzen in der Halbleiterfertigung bis in den niedrigen ppb-Bereich überwachen?
Die Abluft aus dem Ätzprozess in der Halbleiterfertigung strömt hinter einem Nasswäscher, der den HF-Gehalt im Abgas üblicherweise unter 1 ppm hält. Je nach Vereinbarungen mit dem Fertigungsbetrieb und lokalen Genehmigungsauflagen reichen die Abreinigungsziele bis in den einstelligen ppb-Bereich. Der ZS8100-HF ist für den niedrigen ppm-Bereich und diffuse Emissionen ausgelegt und weist eine Nachweisgrenze von <0.05 ppm auf. In einer optimierten Konfiguration mit beheiztem Messgasweg kann TDLAS diesen Bereich erreichen. Wiederholbare Messungen im ppb-Bereich erfordern jedoch eine erweiterte Optik mit langem Messweg, PFA-ausgekleidete Probenahmeleitungen, eine konsequente Nullgasführung und ein längeres Mittelungsfenster. Diese Anforderungen werden projektbezogen als bedingter Weg zur technischen Prüfung festgelegt und sind keine Standardkonfiguration. Fertigungsbetriebe, die kontinuierliche Audits unterhalb von 1 ppb benötigen, setzen neben dem TDLAS-Regelkreis üblicherweise ein spezielles Spurenmessgerät ein (Cavity-Ring-Down-Spektroskopie, Ionenmobilität oder Ionenchromatografie an einem Abzweig des Scrubbers).
Warum wird die HF-Absorptionslinie bei ~1,27 μm gewählt, und wie wirkt sich das auf die Trennung von Gasmatrixkomponenten aus?
HF weist seine stärkste Rotations-Schwingungsstruktur im Grundschwingungsband von 2,4–2,7 μm und eine starke Obertonbande bei 1,27 μm auf. Die Obertonbande bei 1,27 μm ist das in der Branche bevorzugte TDLAS-Messfenster, da Telekommunikations-Laser im nahen Infrarot, InGaAs-Detektoren und optische Komponenten ausgereift und für den robusten Feldeinsatz geeignet sind; die Grundschwingung bei 2,5 μm ist zwar pro Spektrallinie stärker, erfordert jedoch Laser und Detektoren für den mittleren Infrarotbereich, die teurer und in Anlagenumgebungen weniger robust sind. Bei 1,27 μm liegt die ausgewählte HF-Linie in einem Tal zwischen H2O-Kontinuumsmerkmalen. Die TDLAS-Abstimmung über das Linienzentrum mit einer Auflösung im MHz-Bereich trennt HF von den benachbarten Absorbern H2O, CO2, SO2 und HCl. Breitband-NDIR-Photometer können bei Abgasmatrizen Schwierigkeiten bereiten, in denen Wasser und saure Gase gleichzeitig vorkommen.
Wann sollte ich eine UV-DOAS-Alternative mit langem Messweg wählen, und warum wird die elektrochemische HF-Überwachung als bedingt eingestuft?
Als Alternative für lange Messwege ist UV-DOAS (differentielle optische Absorptionsspektroskopie) für Abgasgeometrien mit langen Messwegen vorgesehen – etwa für Abgaskanäle mit offener Wegführung, Mehrpunktmittelung oder großem Querschnitt, bei denen eine extraktive Probenahme unpraktisch ist. UV-DOAS bietet eine bessere Integration über lange offene Messwege, erreicht jedoch nicht die niedrige ppm-Empfindlichkeit von TDLAS für diffuse Emissionen. Daher ist es als Option für die Abgasgeometrie vorgesehen und nicht für diffuse Emissionen im Elektrolyseraum. Elektrochemische HF-Sensoren im ppb-Messbereich werden häufig für Einpunkt-Sicherheitsalarme an Alkylierungskreisläufen eingesetzt, sind jedoch eine Verbrauchstechnologie mit Driftneigung und starker Querempfindlichkeit gegenüber HCl, Cl2 und SO2. Sie eignen sich für Personen- und Bereichsalarmaufgaben in der Gaswarntechnik, nicht aber für Prozessmessungen oder CEMS-Messungen nach Referenzverfahren. GESHINE führt die EC-HF-Sicherheitsmessung als bedingten technischen Prüfpfad, damit die Anwendungstechnik die Eignung bestätigen kann, bevor sie in einen Katalog unter eigener Marke aufgenommen wird.
ZS8100-HF anhand der Standortbedingungen prüfen
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