Rozwiązania do monitorowania THC / NMHC metodą FID za pomocą analizatorów węglowodorów całkowitych

Ponieważ odpowiedź węglowa detektora płomieniowo-jonizacyjnego jest niemal liniowa w przybliżeniu w całym zakresie pięciu dekad stężenia, a metoda ta jest wyraźnie wskazana jako metoda odniesienia w EPA Method 25A, EN 12619 oraz większości równoważnych metod MCERTS i VDI 3481. To połączenie sprawia, że FID jest jedyną technologią, która jednocześnie zapewnia wiarygodność wymaganą przy wykazywaniu zgodności i wystarczająco szeroki zakres dynamiczny, aby ten sam przyrząd pomiarowy obsługiwał zarówno pomiary przy granicy zakładu na poziomie sub-ppmC, jak i skoki obciążenia pochodni.

THC to suma wszystkich atomów węgla w lotnych związkach organicznych, wyrażona jako jedna wartość (zwykle w ppmC). NMHC oznacza THC pomniejszone o metan; pomiar zwykle polega na przepuszczeniu gazu próbki przez katalityczny układ usuwania metanu przed detektorem FID. Specjacja LZO określa poszczególne związki (benzen, toluen, formaldehyd itp.) i jest realizowana za pomocą naszej oferty analizatorów gazów LZO wykorzystujących PID, GC-MS lub metody fotoakustyczne. Pomiary samego metanu — wykrywanie wycieków gazu ziemnego, biogaz z fermentora czy alarmy LEL — obsługują nasze detektory gazów palnych i analizatory metanu. Łączenie tych zakresów w jednym SKU podważyłoby zarówno zgodność z wymaganiami regulacyjnymi, jak i ergonomię obsługi.

W konfiguracji podgrzewanego analizatora FID przystosowanej do pomiaru NMHC próbka przepływa przez umieszczony przed analizatorem katalityczny układ usuwania metanu (Pt / Pd w temperaturze ~400 °C), który utlenia CH₄, przepuszczając jednocześnie cięższe węglowodory. Od sygnału THC odejmuje się sygnał z kanału pomiarowego za układem usuwania metanu, uzyskując wartość NMHC. Podgrzewany analizator gazów THC z detektorem FID standardowo mierzy THC, a pomiar NMHC można dodać za pomocą opcjonalnego układu usuwania metanu, konfigurowanego podczas przeglądu projektu.

NDIR to budżetowe rozwiązanie do wskaźnikowego pomiaru w odpowietrzeniach nieobjętych regulacjami, przy prostych matrycach gazowych i pod warunkiem, że operator akceptuje zależną od związku odpowiedź pomiarową. NDIR uwzględniono w metodzie EPA 25B i wykorzystuje się w niektórych przemysłowych pomiarach wskaźnikowych, ale nie jest to domyślna metoda raportowania THC w systemie CEMS ani zamiennik FID, gdy pomiar podlega audytowi.

W praktyce należy wybrać FID, gdy wymagana jest zgodność z metodą odniesienia (EPA Method 25A, EN 12619), matryca zawiera ciężkie LZO, które skraplałyby się w przewodzie próbki analizatora NDIR pracującego w temperaturze otoczenia, potrzebne jest raportowanie NMHC (tryb z modułem usuwania metanu) lub zakres stężeń obejmuje ponad około 1 000 ppmC. Budżetowe analizatory NDIR sprawdzają się w uproszczonym sterowaniu procesem dla lekkich LZO, bez wymogu zgodności i przy ograniczonym dostępie do mediów — nie obsługują jednak matryc z ciężkimi LZO ani pomiarów przy granicy zakładu na poziomie sub-ppmC.

Nie. Detektory fotojonizacyjne sprawdzają się przy obchodowych kontrolach LDAR, badaniach przesiewowych w pomieszczeniach z rozpuszczalnikami, pomiarach na granicy terenu i reagowaniu na incydenty, ale nie wykrywają metanu, ulegają nasyceniu przy wilgotnych spalinach o dużej zawartości rozpuszczalników i nie są metodą odniesienia dla źródeł stacjonarnych. W tym zastosowaniu PID pozostaje narzędziem do badań przesiewowych. Informacje o procedurze specjacji rozpuszczalników znajdują się w naszej ofercie analizatorów gazów LZO.

Tylko wtedy, gdy wyniki specjacji NMHC są wymaganym elementem projektu — najczęściej w audycie według metody 25C, badaniu NMOC w gazie składowiskowym lub charakterystyce LZO na potrzeby badań naukowych. GC-FID służy do analiz laboratoryjnych lub okresowych pomiarów próbek; nie jest ciągłym analizatorem THC pracującym on-line. Umieszczenie go na stojaku CEMS wiąże się z koniecznością dostarczania gazu nośnego, kondycjonowania kolumny i walidacji metody, których nie wymaga ciągły podgrzewany analizator gazów THC z detektorem FID.

Analizator THC z podgrzewanym detektorem FID wymaga na miejscu czterech elementów: wodoru H2 o wysokiej czystości jako gazu paliwowego (99,999% / klasa 5.0, zwykle z dedykowanej butli lub generatora), powietrza do spalania o czystości zero, oczyszczonego lub certyfikowanego gazu zerowego do kontroli zakresu pomiarowego i zera oraz podgrzewanego przewodu poboru próbki, który jest rzeczywiście podgrzewany na całej długości. Oszczędzanie na którymkolwiek z tych elementów — zwłaszcza powstawanie zimnych punktów na przewodzie poboru próbki — jest najczęstszą przyczyną rozbieżności między wynikami pomiaru THC a audytowymi metodami referencyjnymi.

Cięższe węglowodory mogą się skroplić, zanim dotrą do detektora FID, zaniżając wskazanie THC. EPA Method 25A wymaga podgrzewania do ≥110 °C wszystkich elementów układu poboru próbki prowadzących do analizatora. Podgrzewany przewód poboru próbki należy utrzymywać w temperaturze ≥110 °C, aby zapobiec kondensacji. Metoda nie określa 191 °C / 375 °F jako wymaganej wartości zadanej. W praktyce inżynierowie mogą określić wyższą wartość zadaną dla podgrzewanego przewodu, w tym około 191 °C, gdy matryca źródła jest mokra lub zawiera LZO o wysokiej temperaturze wrzenia. Wartość tę należy traktować jako praktykę właściwą dla danego projektu, a nie wymóg metody 25A. Dla zgodności kluczowe jest zachowanie integralności próbki na całej drodze: od końcówki sondy do detektora FID nie mogą występować zimne miejsca, a temperaturę należy zweryfikować w skonfigurowanym układzie. Informacje o powiązanej procedurze specjacji rozpuszczalników znajdują się na stronie naszych analizatorów gazów LZO.

EPA Method 25A to amerykańska metoda odniesienia do oznaczania całkowitego stężenia gazowych związków organicznych za pomocą ciągłego analizatora z podgrzewanym detektorem FID. Określa wymagania dotyczące sondy, podgrzewanych elementów układu poboru próbki utrzymywanych w temperaturze ≥110 °C, aby zapobiec kondensacji (wyższe nastawy podgrzewanego przewodu zależą od matrycy), zasad współczynników odpowiedzi FID, identyfikowalności gazu zerowego i gazu zakresowego (propan lub metan jako odniesienie dla liczby atomów węgla), błędu kalibracji, dryftu kalibracji oraz kryteriów przetwarzania danych. Układ do pomiaru THC z podgrzewanym detektorem FID projektuje się zgodnie z Method 25A — temperatura przewodu, podgrzewany piec FID, przyłącza gazu zerowego i zakresowego, blokady oraz wyjścia danych są dostosowane do tej metody. Zgodność z Method 25A, zakres docelowy EN 12619, kontekst VDI 3481, zakres docelowy MCERTS oraz docelowy zakres CEMS całkowitych węglowodorów według US EPA PS-8A są potwierdzane dla każdego projektu podczas przeglądu technicznego. Układ do pomiaru THC z podgrzewanym detektorem FID / EPA Method 25A należy traktować jako zakres dostawy analizatora zdolnego do pracy zgodnie z Method 25A, dostępny po przeglądzie projektu, a nie jako gotowy, certyfikowany CEMS.

Gaz paliwowy H₂ jest powszechnie stosowany w analizatorach FID w zakładach przemysłowych zgodnie ze standardowymi zasadami bezpieczeństwa pracy z gazami. Prawidłowo skonfigurowany podgrzewany analizator gazów THC z detektorem FID ma kompletny układ blokad: monitorowanie ciśnienia H₂ i powietrza, wykrywanie zgaśnięcia płomienia oraz alarm awarii przewodu grzewczego. W przypadku awarii układ wyłącza FID i zamyka zawór zasilania H₂. Generatory H₂ (wytwarzające wodór na miejscu przez elektrolizę wody dejonizowanej) są często stosowane zamiast butli na bezobsługowych stacjach monitoringu, aby wyeliminować logistykę związaną z butlami. Trasę doprowadzenia H₂ na terenie zakładu, wymagania dla stref zagrożonych wybuchem i wydajność generatora H₂ należy potwierdzić podczas opracowywania specyfikacji systemu.

Sprawność niszczenia (DRE) oblicza się jako (ppmC na wlocie – ppmC na wylocie) / ppmC na wlocie × 100 %. Konfiguracja dwupunktowa obejmuje jeden podgrzewany analizator gazów THC z detektorem FID przed instalacją RTO lub utleniaczem katalitycznym (wlot) oraz drugi za nią (wylot). Oba analizatory pracują jednocześnie według zsynchronizowanych cykli kalibracji, a DCS oblicza bieżące DRE na podstawie ciągłych sygnałów ppmC. Układ umożliwia raportowanie TOC dla procesów wykorzystujących rozpuszczalniki, gdy zastosowanie ma EN 12619 lub starsza norma EN 13526, a także spełnienie wymagań pozwolenia dotyczących DRE określonych w 40 CFR Part 63. Analizator z podgrzewanym detektorem FID o szerokim zakresie pomiarowym obsługuje skoncentrowany strumień na wlocie, a drugi analizator można skonfigurować na tej samej platformie przyrządów do pomiaru niskiego stężenia na wylocie.

System z podgrzewanym detektorem FID nie wymaga osuszacza ani chłodnicy Peltiera, ponieważ próbka pozostaje powyżej punktu rosy w całym podgrzewanym układzie. Standardowym wyposażeniem jest jednak zgrubny filtr cząstek stałych na wlocie podgrzewanej sondy, chroniący dyszę palnika przed zanieczyszczeniem. W zastosowaniach z bardzo dużą zawartością pyłu (spiekalnia, spaliny z pieca) można określić podgrzewany filtr z automatycznym przedmuchem wstecznym. Regulator ciśnienia próbki i regulator przepływu, które tworzą układ SCS w systemach NDIR, zastępuje zintegrowana z modułem pieca FID regulacja przepływu w podgrzewanym układzie. Zasilanie wodorem jako gazem paliwowym oraz powietrzem do spalania o czystości gazu zerowego to wymagane media, których nie potrzebują systemy NDIR.

Główne ramy odniesienia dla systemów CEMS THC / NMHC z podgrzewanym detektorem FID obejmują: US EPA Method 25A (ciągłe oznaczanie całkowitego stężenia związków organicznych za pomocą podgrzewanego FID), metodę 25B jako wariant oparty na NDIR, EN 12619 (normę europejską dotyczącą całkowitego węgla organicznego w emisjach ze źródeł stacjonarnych, metoda FID), EN 13526 (starszą normę dotyczącą ciągłego pomiaru TOC metodą FID w procesach wykorzystujących rozpuszczalniki, przywoływaną tylko wtedy, gdy nadal wskazuje ją pozwolenie lub specyfikacja projektu) oraz VDI 3481 część 3 (niemiecką normę dotyczącą podgrzewanego FID). W przypadku zatwierdzania typu CEMS odpowiednie ścieżki certyfikacji obejmują MCERTS (program brytyjskiej Agencji Ochrony Środowiska) i US EPA Performance Specification 8A (docelowy zakres CEMS dla całkowitej zawartości węglowodorów). Rozwiązanie GESHINE z podgrzewanym detektorem FID do THC / EPA Method 25A jest opracowywane z uwzględnieniem tych metod odniesienia. Aktualny status certyfikacji, numery certyfikatów i okresy ich ważności należy potwierdzić na etapie wyceny.