Acetylen-Gasanalysatoren — TDLAS für Prozess, DGA und Synthese-Feed

IEC 60599 definiert DGA anhand der im Transformatoröl gelösten Gase, nicht anhand des freien Kopfraums. Daher benötigt eine Online-DGA immer eine Öl-Gas-Extraktionsstufe – etwa über ein Gleichgewicht im Kopfraum oder eine Polymermembran –, um gelöstes C₂H₂ in einen Trägergasstrom zu überführen, den TDLAS messen kann. Die direkte Laseranalyse der Ölmatrix ist weiterhin ein Forschungsansatz und hat Extraktionsmodule im Feldeinsatz nicht ersetzt. Der ZS8100-C2H2 ist für die Gasphase des Messkreislaufs ausgelegt. Die Kombination mit einer validierten Öl-Gas-Extraktionseinheit erfordert daher eine technische Prüfung und ist keine sofort einsetzbare Standardlösung. Die zentrale Anwendung bleibt die DGA an extrahierten Messgasproben nach IEC 60567 / ASTM D3612.

Das Obertonsignal von C₂H₂ im nahen Infrarot bei ~1,5 μm ist schmaler als jedes Signal, das ein Breitbandfilterphotometer erfasst. Das Messgerät tastet die ausgewählte Linienmitte ab, passt ein Voigt-Profil an und zieht benachbarte Kohlenwasserstoff-Flanken ab. So werden C₂H₄, C₂H₆ und CH₄ als Teil des festgelegten DGA-Hintergrunds berücksichtigt und nicht als beliebige Gemische behandelt. Die Richtigkeit wird mit einem repräsentativen Kohlenwasserstoff-Hintergrund gemäß der Messgasaufbereitung nach IEC 60567 spezifiziert. Ungewöhnlich hohe Hintergrundkonzentrationen, zum Beispiel >5 %vol CH₄, erfordern eine anwendungsspezifische Kalibrierung statt der standardmäßigen Werkskalibrierung.

Metallurgisches Acetylen-Feedgas kommt trocken an, ist jedoch typischerweise mit Ölnebel aus Flaschenverteilern und Mischanlagen belastet. Für die Qualitätssicherung an Sammelleitungen und Mischanlagen wird üblicherweise die Kühl-Trocken-Messgasaufbereitung ZS-SCS-600 spezifiziert: Koaleszenzfilter, Kühler für einen stabilen Taupunkt von 5 °C und Partikelfilter mit 2 μm vor der Messzelle. Eine beheizte Probenahme (ZS-SCS-800) wird nur spezifiziert, wenn ein vorgeschalteter Wäscher oder Nassabscheider Kondensation am Messzellenfenster verursachen könnte. Die Reinheitsspezifikation richtet sich nach CGA G-1.1 für handelsübliches Acetylen. Der Gasanalysator meldet den C₂H₂-Anteil in %vol sowie Abweichungen bei Verunreinigungen in ppm gegenüber dieser Spezifikation.

Im Rahmen des Wartungsplans von GESHINE führt die TDLAS-Signalkette in benutzerdefinierten Intervallen, üblicherweise täglich, automatisch eine Nullpunktprüfung anhand einer versiegelten Referenzmesszelle durch. Für den Prozessbetrieb ist alle 6 Monate eine manuelle Messspannenprüfung mit einem zertifizierten C₂H₂-Gemisch vorgesehen, bei DGA-Anwendungen mit entsprechender Einstufung vierteljährlich. Da das Messprinzip ausschließlich optisch arbeitet und keine chemischen Verbrauchsstoffe benötigt, muss weder eine elektrochemische Messzelle noch ein Reagenz ausgetauscht werden. Zu den wichtigsten Wartungsteilen zählen das Lasermodul und die Spülung des Fensters. Beide lassen sich vor Ort austauschen, ohne die Messzelle neu auszurichten.

Der ZS8100-C2H2 ist für den kontinuierlichen Inline- oder Anlagenbetrieb vorgesehen. Die Anforderungen an das explosionsgeschützte Gehäuse werden projektbezogen geprüft. Das Gerät ist für den 24/7-Betrieb ausgelegt und übergibt Messwerte per 4–20 mA / Modbus an das SCADA-System. Die TDLAS-Laborlösung als Tischgerät ist für die Bestätigung von DGA-Ergebnissen im Labor, Vergleichsmessungen und regelmäßige Prüfungen tragbarer Flaschengemische vorgesehen. Sie bietet eine kompaktere Bauweise für den Dauerbetrieb sowie eine Mehrfachreflexions-Messzelle und Kalibrierberichte in metrologischer Qualität. Betreiber, die DGA-Trenddaten von Transformatoren online protokollieren, nutzen den Inline-ZS8100-C2H2; Labore, die Referenzproben freigeben, verwenden das TDLAS-Labortischgerät. Viele Energieversorger setzen beide Lösungen parallel ein.

Die Mehrbereichs-Firmware des ZS8100-C2H2 deckt 0–100 ppm (DGA-Frühwarnung), 0–1000 ppm (erweiterter DGA-Messbereich) und 0–5 %vol (Prozessanwendungen wie Schweißgas und Synthese-Feed) ab. Alle Messbereiche verwenden dieselbe optische TDLAS-Messzelle, ein Hardwarewechsel ist nicht erforderlich. Die für DGA relevante Nachweisgrenze von <0.5 ppm ermöglicht eine frühzeitige Warnung vor C₂H₂ gemäß den Richtwerten von IEC 60599. Der %vol-Messbereich dient der Überwachung der Reinheit von handelsüblichem Schweißgas und des Synthese-Feeds für die chemische Produktion.

Für die Transformator-DGA gelten IEC 60599 (Interpretation der Ergebnisse der Analyse gelöster Gase), IEC 60567 (Probenahme gelöster Gase aus ölgefüllten Betriebsmitteln), ASTM D3612 (Analyse gelöster Gase mittels Gaschromatografie) und IEEE C57.104 (Leitfaden zur Interpretation von Gasen, die in mineralölgefüllten Transformatoren entstehen). Für die Reinheit von Schweißgas gilt CGA G-1.1 (Spezifikation für handelsübliches Acetylen). Für den Gasanalysator selbst werden EN 61326-1 (EMV) und die CE-Kennzeichnung als vorgesehener Umfang geprüft. Anforderungen an die Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche hängen von der Anwendung ab und sollten anhand des gewählten Gehäuses und der Standortklassifizierung bestätigt werden.