Lösungen für industrielle Gasanalytik — Multi-Technologieplattformen für mehr als 16 Gase

Ein Gasanalysator ist ein Messgerät, das mithilfe optischer, elektrochemischer oder thermischer Messverfahren die Konzentration bestimmter Gase in einem Messgasstrom misst. Industrielle Gasanalysatoren führen das Prozessgas meist einer Messzelle zu (extraktive Messung) oder messen direkt im Kanal (in situ). Sie liefern Konzentrationsdaten in Echtzeit für die Prozessregelung, die Einhaltung von Emissionsvorschriften oder die Sicherheitsüberwachung.

Zu den wichtigsten Typen zählen TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) für schnelle, störungsarme Messungen unter anspruchsvollen Bedingungen, NDIR (Non-Dispersive Infrared) für stabile und kostengünstige Messungen von CO/CO₂/CH₄, UV-DOAS für die Mehrkomponentenmessung von SO₂/NOₓ sowie CLD (Chemilumineszenz) als Referenzmessverfahren für NOₓ. Jede Technologie bietet je nach Gas, Prozessbedingungen und geforderter Richtigkeit spezifische Vorteile.

Ein Gasanalysator misst kontinuierlich und präzise die Konzentration (ppm oder %vol) für die Prozessregelung und die Konformitätsberichterstattung. Ein Gasdetektor dient der Sicherheitsalarmierung: Er löst einen Alarm aus, wenn die Gaskonzentration voreingestellte Grenzwerte überschreitet. Gasanalysatoren bieten eine höhere Richtigkeit und mehr Messmöglichkeiten; Gasdetektoren sind auf kurze Ansprechzeit und ausfallsicheren Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt.

Wählen Sie eine in situ Messung, wenn Sie eine kurze Ansprechzeit (<1s) und geringen Wartungsaufwand benötigen und den Gasanalysator direkt am Kanal oder Rohr montieren können. Wählen Sie eine extraktive Messung, wenn Sie mehrere Komponenten an einer Punktmessung erfassen müssen, die Prozessbedingungen eine direkte Montage nicht zulassen oder eine Messgasaufbereitung (Kühlung, Filtration, Trocknung) für die Richtigkeit erforderlich ist.

TDLAS kann mehr als 10 Gase messen, darunter O₂, CO, CO₂, CH₄, H₂O, NH₃, HCl, HF, H₂S und C₂H₂. Jedes Gas absorbiert Laserlicht bei einer bestimmten Wellenlänge. Dadurch sind hochselektive Messungen mit praktisch keiner Querempfindlichkeit möglich – selbst in komplexen Rauchgas- oder Prozessgasmischungen mit Staub, Feuchte und mehreren Gaskomponenten.

TDLAS-Gasanalysatoren müssen aufgrund ihrer inhärenten Stabilität und ihres selbstreferenzierenden Aufbaus in der Regel alle 6–12 Monate kalibriert werden. Bei NDIR- und UV-DOAS-Gasanalysatoren ist meist alle 3–6 Monate eine Kalibrierung erforderlich. Die Kalibrierhäufigkeit hängt auch von gesetzlichen Anforderungen (z. B. QAL3 nach EN 14181 für CEMS) und den Prozessbedingungen ab. Die meisten Gasanalysatoren unterstützen automatische Nullpunkt- und Messspannenprüfungen.

Zu den gängigen Zertifizierungen zählen die CE-Kennzeichnung, ATEX/IECEx für explosionsfähige Atmosphären, SIL 2 für funktionale Sicherheit, IP66/67 als Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser, EN 15267 und QAL1 für die Baumusterzulassung von CEMS sowie MCERTS für die Umweltüberwachung im Vereinigten Königreich. Die Verfügbarkeit hängt vom Gasanalysatormodell, der Installationsart und den Projektanforderungen ab.

Damit wir den passenden Gasanalysator empfehlen können, benötigen wir folgende Angaben: Zielgas und Konzentrationsmessbereich, Prozesstemperatur und -druck, bevorzugte Installationsart (in situ oder extraktiv), Staub-, Feuchte- und Korrosionsbedingungen, Klassifizierung des explosionsgefährdeten Bereichs (falls zutreffend), erforderliche Ausgangssignale und Protokolle, geltende Zertifizierungen sowie Projektstandort und gewünschter Liefertermin.

Die Ursache für eine Messwertdrift bei industriellen Gasanalysatoren liegt meist im Messgassystem und nicht im Gasanalysator selbst: Ein verstopfter Sondenfilter, eine undichte Verschraubung an der Probenahmeleitung, durch die Umgebungsluft das Messgas verdünnt, Wasser, das den Kühler passiert und in die Messzelle gelangt ist, oder eine Sensorvergiftung durch Silikondämpfe oder schwere Kohlenwasserstoffe. Bei manchen Sensoren nimmt die Drift auch mit der Zeit zu – elektrochemische O₂-Messzellen beispielsweise altern unabhängig davon, ob sie verwendet werden. Prüfen Sie vor einer Fehlersuche am Gasanalysator den Verlauf der Probenahmeleitung, den Filterzustand und die Verschraubungen auf Undichtigkeiten. Stellen Sie außerdem fest, ob der Sensor noch innerhalb seiner erwarteten Lebensdauer liegt.

Zu den häufigsten Fehlern, die wir beobachten, zählen: (1) die Auswahl des Gasanalysators, bevor Staubbelastung und Taupunkt bekannt sind – die Bedingungen im Kanal entscheiden über die Standzeit; (2) die Wahl des günstigsten Analysenschranks, ohne zu prüfen, ob sich die Sensoren vor Ort austauschen lassen; (3) den Gasanalysator als Gesamtsystem zu betrachten, obwohl die Messgasaufbereitung die häufigste Ausfallursache ist; (4) einen Gasanalysator (kontinuierliche Messung mit ppm-Richtigkeit) mit einem Gasdetektor (nur Alarmfunktion) zu verwechseln; und (5) Ersatzteillieferzeiten und regionalen Service zu ignorieren. Jeder dieser Fehler kann die langfristigen Kosten und die Zuverlässigkeit stärker beeinflussen, als der angegebene Preis vermuten lässt.

Ein Gasanalysator erfasst eine physikalische Eigenschaft, die sich durch das Zielgas auf bekannte Weise verändert. Vier Messprinzipien decken die meisten industriellen Anwendungen ab. TDLAS (abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie) erfasst eine einzelne Absorptionslinie und misst dadurch ein Gas selektiv, selbst in einer staubigen, feuchten Rauchgas-Gasmatrix. NDIR (nichtdispersive Infrarotmessung) erfasst breitbandige IR-Absorption – ein stabiles und kostengünstiges Verfahren für CO, CO₂ und CH₄. UV-DOAS misst die ultraviolette Absorption von SO₂, NOₓ und anderen UV-aktiven Komponenten. Elektrochemische Messzellen erzeugen einen zur Konzentration proportionalen Strom. Sie eignen sich bei geringeren Anschaffungskosten für O₂- und Giftgasmessungen, haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer. Das passende Messprinzip richtet sich nach Gas, Gasmatrix und geforderter Richtigkeit – im Abschnitt „Funktionsweise von Gasanalysatoren“ oben werden die einzelnen Prinzipien näher erläutert.

Bei der Optimierung der Kesselverbrennung ist die Sauerstoffmessung entscheidend: Mit einem in situ messenden O₂-Regelkreis im Abgas lässt sich die überschüssige Verbrennungsluft reduzieren und so die Brennstoffeffizienz verbessern. Dafür eignen sich üblicherweise Zirkonoxid- oder TDLAS-O₂-Gasanalysatoren. Verbrennungsoptimierung und Einhaltung von Emissionsvorschriften sind zwei Aufgaben am selben Rauchgasstrom: O₂ (und häufig CO) dienen der Effizienzsteigerung, während CO/CO₂, SO₂/NOₓ und Mehrgaskomponenten-Messkanäle die Einhaltung der Genehmigungsvorgaben überwachen. Es gibt keine Universallösung – die Auswahl richtet sich nach Brennstoff, Gasmatrix im Abgas und der Frage, ob Sie auch eine Konformitätsberichterstattung benötigen. Informationen zur O₂-Auswahl finden Sie im Leitfaden zur Auswahl von Sauerstoffanalysatoren. Für fest installierte CEMS siehe den Abschnitt zur Kessel- und Abgasverbrennung auf der Seite zu Rauchgasanalysatoren.

Sie benötigen einen Gasanalysator, wenn Sie kontinuierlich wissen müssen, wie viel Gas vorhanden ist, und einen Gasdetektor, wenn Sie lediglich feststellen müssen, ob ein Gas einen Gefahrengrenzwert überschreitet. Ein Gasanalysator liefert kontinuierliche Konzentrationswerte in ppm oder %vol für die Prozessregelung, die Verbrennungsregelung und die Konformitätsberichterstattung und wird auf Messrichtigkeit kalibriert. Ein Gasdetektor ist ein Sicherheitsgerät: Er löst oberhalb eines festgelegten Grenzwerts einen Alarm aus oder aktiviert eine Verriegelung. Er ist für kurze Ansprechzeiten und einen ausfallsicheren Betrieb in einer Gasmatrix mit explosionsgefährdetem Bereich ausgelegt, nicht für die Aufzeichnung von Messwerten. In vielen Anlagen kommen beide Geräte zum Einsatz: Gasdetektoren für die LEL- und Giftgasüberwachung, Gasanalysatoren für Prozess und Emissionen. Wenn für eine Genehmigung oder einen Regelkreis eine aufgezeichnete Konzentration erforderlich ist, ist ein Gasanalysator gefragt.

Ein „Spuren-Gasanalysator“ ist kein bestimmtes Produkt, sondern ein Gasanalysator, der für Messungen im Spurenbereich (typischerweise unter 100 ppm bis hinunter in den ppb-Bereich) ausgelegt ist. Dabei sind der Messgasweg und die Kalibrierung wichtiger als das Tischgerät. Welche Spurenmessung geeignet ist, richtet sich nach dem Zielgas und nicht nach einem universellen Gerät. Informationen zu Sauerstoffspuren bei Inertisierung, Überlagerung und ASU-Reinheitsmessung finden Sie auf der Seite zu Sauerstoffanalysatoren. Für Spurenfeuchte und Taupunkt in getrockneten oder hochreinen Gasen siehe die Seite zu Feuchteanalysatoren. Entscheidend für Messungen im Spurenbereich ist ein dichter Messgasweg: Schon ein einzelner undichter Anschluss kann einen Messwert unter 1 ppm durch Umgebungsluft verfälschen. Außerdem muss der Messbereich für Spurenmessungen kalibriert und anhand eines zertifizierten Gases bestätigt sein. Nennen Sie uns das Gas und den geforderten Spurenmessbereich – wir empfehlen Ihnen den passenden Gasanalysator.

Ein Prozessgasanalysator misst die Gaszusammensetzung kontinuierlich in oder neben einem laufenden Industrieprozess – zur Prozessregelung, Effizienzsteigerung, Sicherheit oder Emissionsüberwachung. Anders als bei einer einmaligen Laboranalyse wird der Gasstrom fortlaufend erfasst. Die Auswahl beginnt mit der Gasfamilie und den Bedingungen im Gasstrom, denn industrielle Prozessgasanalysatoren werden nach Gasfamilie zugeordnet: Verbrennungs- und Abgasströme (O₂, CO/CO₂, SO₂/NOₓ) zu Rauchgas- und CEMS-Plattformen; hochreine Produktgase (O₂, N₂, Ar, H₂) zur Gasreinheitsanalyse; Synthesegas- und Vergasungsströme zur Synthesegasanalyse; und Erdgasströme (H₂S, Feuchte, Spuren-O₂) zur Erdgasanalytik. Wählen Sie anschließend die Technologie passend zu Gas und Gasmatrix aus: TDLAS, NDIR, paramagnetische Messung, UV-DOAS oder FID. Ein kontinuierlicher Prozessgasanalysator muss unbeaufsichtigt an einem laufenden Gasstrom betrieben werden. Eine zuverlässige Prozessgasanalytik hängt daher ebenso von der Messgasführung, der Bereichsklassifizierung und dem für das Projekt erforderlichen Zertifizierungsumfang ab wie vom Sensor selbst. Teilen Sie uns die Gasliste und die Prozessbedingungen mit. Die Anwendungstechniker von GESHINE legen Gasanalysator und Messgassystem gemeinsam aus.

Die Lieferzeit hängt vom Konfigurationsumfang und dem Zertifizierungsweg ab. Standardmäßige Einzelgasanalysatoren werden in der Regel 4–6 Wochen nach Bestellung geliefert. Mehrgas-CEMS-Analysenschränke mit Messgasaufbereitung und QAL1-/EN-15267-Dokumentation benötigen üblicherweise 8–12 Wochen. Bei kundenspezifischen OEM-Modulen und Projekten mit ATEX-zertifizierten Gehäusen für explosionsgefährdete Bereiche kann es länger dauern. FAT im Werk, die Installation vor Ort und die Inbetriebnahme verlängern die Dauer um 1–3 Wochen pro Messstelle. Teilen Sie uns Ihren Projekttermin frühzeitig mit – bei CEMS-Projekten mit mehreren Messstellen können wir FAT und Versand auf die geplanten Inbetriebnahmefenster abstimmen.