



Prozesswasserstoff-Gasanalysator ZS6300-H2
TCD-Wärmeleitfähigkeits-Gasanalysator für Wasserstoff-Prozessreinheit im hohen %vol-Bereich – für Ammoniak- und Methanol-Reformer, Produktleitungen der Luftzerlegung, Chloralkali-Zellgas und Turbinengenerator-Kühlung
- Messbereich
- 0–10 / 0–25 / 0–100 %vol
- Richtigkeit
- ±1 % FS (hoher %vol-Bereich)
- Ansprechzeit (T90)
- <10 s
- Nachweisgrenze
- ≈100 ppm H₂
Übersicht
Der ZS6300-H2 ist ein TCD-Gasanalysator (Wärmeleitfähigkeitsdetektor) zur Inline-Messung von Wasserstoff im hohen %vol-Bereich. Er eignet sich für Prozessanwendungen, bei denen ein großer Dynamikbereich bei kontinuierlichen H₂-Messwerten wichtiger ist als der Nachweis von Spuren im sub-ppm-Bereich. Zu den vorgesehenen Anwendungen zählen Synthesegas aus Ammoniak- und Methanol-Reformern, die Reinheit des Produktgases in Produktleitungen der Luftzerlegung, Chloralkali-Zellgas (H₂-Gehalt im Cl₂-Strom) sowie die Reinheitsüberwachung bei wasserstoffgekühlten Turbinengeneratoren in Kraftwerken. Ein abgestimmtes Paar Dünnschicht-Wärmeleitfähigkeitssensoren in einer Wheatstone-Brücke vergleicht Mess- und Referenzzelle. Da die Wärmeleitfähigkeit von H₂ etwa 7× so hoch ist wie die von Luft, erzeugt die Brückenabweichung bei druck- und durchflusskompensiertem Messgasstrom ein klares %vol-Signal. Diese SKU ist für Prozessanwendungen ausgelegt und wird bewusst getrennt vom Sicherheitspfad geführt. Dieser umfasst stationäre und tragbare katalytische Perlen- und elektrochemische Detektoren für %LEL und dient der Wasserstoff-Leckagealarmierung im ppm- bzw. %LEL-Bereich sowie der Einhaltung von Brandschutzvorschriften. Eine Prüfung der Wasserstoffreinheit in Brennstoffzellenqualität im ppm-Bereich gemäß ISO 14687-2 wird für diese SKU nicht beansprucht. Sie bleibt einer bedingten technischen Prüfung vorbehalten, für die Laborgeräte mit elektrochemischer Messung oder GC erforderlich sind.
- TCD-Wheatstone-Brücke mit abgestimmten Mess- und Referenzzellen – Messzelle ohne Reagenzien, Filter und Prüfgas für die Messspanne sind dennoch erforderlich
- Wärmeleitfähigkeit von H₂ ≈ 7× so hoch wie die von Luft → klares Signal im hohen %vol-Bereich bei kompensiertem Durchfluss
- Firmware mit mehreren Messbereichen: von 0–10 %vol (Reformer-Synthesegas) bis 0–100 %vol (Produktgas der Luftzerlegung / Generatorkühlung)
- SKU für Prozessanwendungen – getrennt von katalytischen %LEL-Sicherheitsdetektoren (anderer Ablauf und Sensortyp)
Vollständige technische Daten
Wichtige Leistungsdaten
| Messgröße | Wert | Status |
|---|---|---|
| Messbereich | 0–10 / 0–25 / 0–100%vol H₂ (mehrere Messbereiche) | bedingt* |
| Richtigkeit | ±1 % FS(hoher %vol-Bereich) | bedingt* |
| Ansprechzeit (T90) | <10 s | bedingt* |
| Nachweisgrenze | ≈100ppm H₂ (TCD-Grenze – kein Gerät für Spuren im ppm-Bereich) | bedingt* |
* Branchenübliche Richtwerte für TCD-H₂-Prozessmessungen – als vorgesehener Anwendungsumfang angegeben; bestätigte Werte werden mit dem endgültigen Datenblatt zum Angebot bereitgestellt.
Messung
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Messprinzip | TCD (Wärmeleitfähigkeitsdetektor) – Dünnschicht-Sensorpaar mit Wheatstone-Brücke |
| Physikalische Grundlage | Wärmeleitfähigkeit von H₂ ≈ 7× so hoch wie die von Luft → Brückenabweichung → %vol-Signal |
| Referenzzelle | Abgeschlossene Referenz mit trockener Luft oder N₂ (werkseitig auf die Ziel-Gasmatrix abgestimmt) |
| Messbereich | 0–10 %vol / 0–25 %vol / 0–100 %vol H₂ (mehrere Messbereiche) |
| Untere Nachweisgrenze | ≈100 ppm H₂ (TCD-Grenze – Gerät für den hohen %vol-Bereich, keine Spurenmessung im ppm-Bereich) |
| Richtigkeit | ±1 % FS (hoher %vol-Bereich) |
| Wiederholbarkeit | ≤0,5 % FS |
| Ansprechzeit (T90) | <10 s |
| Bekannte Einschränkungen der Gasmatrix | He und andere Gase mit hoher Wärmeleitfähigkeit stören die Messung; Gasmatrix muss bei der Bestellung bestätigt werden (nicht geeignet für H₂-/He-Ströme) |
Messgassystem
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Probenahmemodus | Extraktiv – sauberes, trockenes Messgas mit druck- und durchflusskompensierter Messgasführung |
| Messgastemperatur | Umgebungstemperatur bis +50 °C (Kondensator / Trockner vorgeschaltet) |
| Messgasdruck | Geregelt auf 20–200 mbar g (Kompensationsbereich; abhängig vom Projekt) |
| Messgasdurchfluss | 0,5–1,5 L/min (geregelt) |
| Empfohlene Gasaufbereitung | ZS-SCS-600 Kühl- und Trocknungssystem (abhängig vom Projekt); vorgeschalteter Partikelfilter und Feuchteabscheider erforderlich |
| Separater Sicherheitspfad | Wasserstoff-Leckagealarm und %LEL-Anwendungen werden mit katalytischen Sicherheitsdetektoren abgedeckt (anderer Ablauf) |
Umgebungsbedingungen
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Betriebstemperatur | -10 °C bis +50 °C |
| Lagertemperatur | -40 °C bis +70 °C |
| Relative Luftfeuchte | 0–95 % RH (nicht kondensierend) |
| Schutzart | IP65 (Standard) / IP66 (Feldgehäuse) |
Elektrische Daten
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Spannungsversorgung | 100–240 VAC, 50/60 Hz, max. 60 W |
| Analogausgang | 2 × 4–20 mA (galvanisch getrennt, konfigurierbar) |
| Digitalausgang | RS-485 Modbus RTU / HART 7 (optional) |
| Relaisausgänge | 4 × SPDT (Alarm, Störung, Wartung, Messbereich) |
| Anzeige | 5″ Farb-TFT mit lokalem HMI-Touchscreen |
Mechanische Daten
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Abmessungen (B×H×T) | 483 × 177 × 420 mm (19″-Rack) / Feldgehäuse optional |
| Gewicht | ≈13 kg (Rack) / ≈30 kg (Feldgehäuse) |
| Gehäusematerial | Pulverbeschichtetes Aluminiumgehäuse; medienberührte Teile im Messgasweg aus SS316L |
| Montage | 19″-Rack (4U) / Wandmontage / Feldgehäuse |
Zertifizierungen
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| CE-Kennzeichnung | Einhaltung der EU-Richtlinien für Geräte (Standard) |
| Explosionsgefährdeter Bereich | ATEX / IECEx – bedingter Umfang (anwendungsabhängig; projektbezogene Bestätigung) |
| Brennstoffzellenqualität gemäß ISO 14687-2 | Für diese SKU nicht beansprucht – bedingte technische Prüfung erforderlich; setzt Laborgeräte mit elektrochemischer Messung oder GC voraus |
| EMV | EN 61326-1 |
| Qualitätsmanagementsystem | Hergestellt gemäß ISO 9001:2015 |
| Anwendungsnormen | ASTM D1945 / GPA 2286 (für die Gasanalyse); anlagenspezifische H₂-Reinheitsvorgaben für Luftzerlegung, Chloralkali und Generatorkühlung |
Für diese Anwendungen eignet sich der Gasanalysator
Dieses Modell ist den folgenden Branchenanwendungen und Prozessaufgaben zugeordnet.
Einsatzumgebungen
Typische Prozessumgebungen, in denen dieses Modell in Betracht gezogen wird.
Zertifizierungsumfang
Die Normen sind mit ihrem jeweiligen Umfang und Status aufgeführt, damit die technische Prüfung die zutreffenden medienberührten Werkstoffe, regulatorischen Messverfahren und Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche verifizieren kann. Leistungs- und CEMS-Zulassungen sind als angestrebter Umfang angegeben. Der aktuelle Zertifizierungsstatus Ihrer Konfiguration wird zum Angebot bestätigt. Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche werden als bedingter technischer Prüfpfad geführt und nicht pauschal im Katalog beansprucht.
| Norm | Umfang | Variante | Status | Dokument |
|---|---|---|---|---|
| CE (EU-Konformitätserklärung) | Einhaltung der EU-Richtlinien für Geräte (Standard) | Projektvariante | zugelassen | Auf Anfrage |
| ATEX / IECEx für explosionsgefährdete Bereiche | Umfang für explosionsgefährdete Bereiche abhängig von der Anwendung; projektbezogene Bestätigung | Projektvariante | bedingt | Auf Anfrage |
| Brennstoffzellenqualität gemäß ISO 14687-2 | Für diese Prozess-TCD-SKU ausdrücklich nicht beansprucht – bedingte technische Prüfung erforderlich; setzt Laborgeräte mit elektrochemischer Messung oder GC voraus | Bedingter Prüfpfad | nicht beansprucht | Auf Anfrage |
| ASTM D1945 / GPA 2286 als Referenz | Nur als Referenz für die Gasanalyse; Reinheitsvorgaben für H₂ werden projektspezifisch mit der Bestellung bestätigt | Projektvariante | bedingt | Auf Anfrage |
| ISO 9001:2015 | Qualitätsmanagementsystem – hergestellt gemäß ISO 9001:2015 | Projektvariante | zugelassen | Auf Anfrage |
Dokumentation anfordern
Fordern Sie für dieses Modell technische Datenblätter, Bedienungsanleitungen, Zertifikate und Anwendungshinweise an.
Hinweise zur Datengrundlage
Architektur zur Prozessreinheitsmessung von H₂ in %vol
Bei Kreisläufen in Reformern, Luftzerlegungsanlagen, Chloralkalianlagen und Generatorkühlungen nutzt der Prozesspfad einen aufbereiteten Messgasstrom, eine TCD-Brücke und eine Kalibrierung anhand der Gasmatrix, um den H₂-Gehalt in %vol an das DCS zu melden. Aufgaben der Bereichssicherheit und %LEL-Alarmierung übernehmen weiterhin Detektoren für brennbare Gase.
Technische Details
Ergänzende technische Angaben – erweitern Sie die Themenbereiche für ausführliche Informationen zu Messung, Betriebsbedingungen, Messgassystem, Kalibrierung, Integration, Wartung und Anwendungen.
01 Messprinzip und Grenzen
Grenzen der Messung
Das TCD vergleicht Mess- und Referenzzellen in einer Wheatstone-Brücke und wandelt den Wärmeleitfähigkeitsunterschied des H₂ im hohen %vol-Bereich in ein Signal zur Prozessreinheit um.
Nicht geeignet für
- Prüfung von Wasserstoffverunreinigungen im ppm-Spurenbereich
- Sicherheitsalarmierung bei %LEL
- Zertifizierung auf Spurenverunreinigungen in Brennstoffzellenqualität nach ISO 14687-2
Erforderlich sind
- Sauberes, trockenes und druckgeregeltes Messgas
- Referenzgas, abgestimmt auf die angegebene Gasmatrix
- Bestätigung der Gasmatrix bei der Bestellung
- ZS-SCS-600 oder eine gleichwertige Gasaufbereitung für feuchte oder korrosive Gasströme
Störkomponenten und Einschränkungen
- He und andere Gase mit hoher Wärmeleitfähigkeit
- CO₂ und schwere Hintergrundgase, die die Referenz-Gasmatrix verschieben
- Feuchtes Cl₂ oder Feuchte, die in die Messzelle gelangt
02 Betriebsbedingungen
Verwenden Sie diese Grenzwerte als Auswahlkriterien und bestätigen Sie vor dem Angebot Messgaszustand, Umgebungseinflüsse und Werkstoffe.
- Kondensierendes Messgas
- Unaufbereitetes feuchtes Cl₂-Gas
- Bereichsüberwachung bei %LEL
- Prüfung von Spurenverunreinigungen in Brennstoffzellenqualität nach ISO 14687-2
03 Grenzen des Messgassystems
Probenahmemodus, Komponenten der Gasaufbereitung und Ausschlüsse legen fest, wo die Zuständigkeit des Gasanalysators endet und das Messgassystem beginnt.
- Druckregler
- Durchflusskompensationsschleife
- Partikelfilter
- Feuchteabscheider
- Optionales Feldgehäuse
- Tragbarer Einsatz in engen Räumen
- Leckage-Nachweis über offene Messstrecken
- Unaufbereitetes feuchtes oder korrosives Gas
04 Kalibrierung und Validierung
Kalibrierverfahren, Intervall, Rückführbarkeit und Prüfunterstützung für diesen Gasanalysator.
Nullpunkt- / Messspannenverfahren
Kalibrierung anhand der Gasmatrix und der angegebenen Prozessgaszusammensetzung sowie der werkseitig konfigurierten Referenzzelle
Intervall
Standortspezifisch
Linearitätsprüfung
Verifizierung über mehrere Messbereiche hinweg für die ausgewählte H₂-Messspanne in %vol
Rückführbarkeit des Prüfgases für die Messspanne
Projektspezifisches H₂-Referenzgas
Unterstützung bei Prüfungen
- Anlagenspezifische H₂-Reinheitsvorgaben für Luftzerlegung, Chloralkali, Generatorkühlung und Reformeranwendungen
05 I/O und Integration
Signalausgänge und Kommunikationsschnittstellen zur Integration in Steuerungssysteme.
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, Störung, Wartung, Messbereich)
Hinweis zur DAHS-Prüfung
Bestätigen Sie Protokollzuordnung, Messkanalnamen, Alarmzustände und Berichtsformat bei der Integrationsprüfung des Projekts.
06 Wartung und Ersatzteile standortspezifisch
Regelmäßige Wartungsarbeiten, Verbrauchsmaterialien und Zugangsanforderungen für diesen Gasanalysator; genaue Intervalle sind standortspezifisch.
- Partikelfilter austauschen
- Feuchteabscheider entleeren oder warten
- Messgasdurchfluss und Druckkompensation überprüfen
- Kalibrierung der Referenzzelle anhand der angegebenen Gasmatrix überprüfen
- Partikelfilter
- Verbrauchsmaterialien zur Feuchteentfernung
- Projektspezifisches Prüfgas für die Messspanne
07 Anwendungsnachweise
Anwendungskontext aus komplexen Industrieumgebungen.
Anwendungskontext
Chloralkalianlagen mit Membranzellen benötigen kontinuierliche H₂-Messwerte in %vol in der Zellgasleitung der Kathode, um einen Membranübertritt frühzeitig zu erkennen. Die gaschromatografische Analyse im Labor dauert typischerweise mehrere Stunden. In dieser Zeit kann sich der Membranübertritt weiter verstärken, bevor er erkannt wird.
Lösungsarchitektur
Zwei ZS6300-H2-TCD-Gasanalysatoren an den Zellgas-Sammelleitungen der Kathode liefern zusammen mit der Gasaufbereitung ZS-SCS-600 mit Kühlung und Trocknung kontinuierliche H₂-Messwerte im 1-Sekunden-Takt. So ist der Membranübertritt auf der Bedienkonsole Stunden früher sichtbar, als es der GC-Laborweg ermöglicht.
Häufig gestellte Fragen
Warum hat der ZS6300-H2 eine untere Nachweisgrenze von ~100 ppm und keine sub-ppm-Nachweisgrenze?
Der TCD misst die Unwucht der Wheatstone-Brücke, die entsteht, wenn H2 die Referenzmatrix in der Messzelle verdrängt. H2 hat ungefähr die 7×-fache Wärmeleitfähigkeit von Luft. Dadurch ist das Signal stark und über den Bereich von wenigen Prozent bis zu 100 %vol linear – genau der Reinheitsmessbereich, für den diese SKU ausgelegt ist. Am unteren Ende legen Drift des Dünnschichtelements, Stabilität bei Eigenerwärmung und der Abgleich der Referenzzelle eine praktische Rauschgrenze von etwa 100 ppm fest. Wird ein TCD darunter betrieben, leidet die Wiederholbarkeit, statt dass ein echtes Signal sichtbar wird. Für Spurenmessungen im ppm- / ppb-Bereich ist daher Messtechnik erforderlich, die physikalisch für Spuren ausgelegt ist – EC, gepulste Entladungs-Heliumionisation oder GC mit eigenem TCD-Messkanal. Diese Anwendungen liegen außerhalb des Umfangs dieser SKU.
Wie geht der ZS6300-H2 bei der Zellgas-Messung in Chlor-Alkali-Anlagen mit Cl2 / O2 / N2 als Hintergrundgasen um?
Das Zellgas an der Kathode besteht überwiegend aus H2, mit Resten von O2, N2 und Spuren von Cl2, die durch die Membran gelangen. Der TCD misst eine physikalische Eigenschaft und unterscheidet nicht nach chemischer Zusammensetzung. Jedes Gas, dessen Wärmeleitfähigkeit von der Referenzmatrix abweicht, beeinflusst daher die Brücke. O2 und N2 liegen nahe genug an der Referenz trockener Luft, um in der Matrixkalibrierung berücksichtigt zu werden. Cl2 hat dagegen ungefähr ein Drittel der Wärmeleitfähigkeit von Luft und muss innerhalb des technisch festgelegten Matrixbereichs bleiben, der bei Auftragserteilung bestätigt wird. Eine vorgeschaltete Gasaufbereitung (ZS-SCS-600 mit Kühlung und Trocknung sowie einer separaten Cl2-Abscheidung) entfernt feuchtes Cl2 vor der Messzelle. Im Werk werden die Referenzfüllung der Messzelle und der Matrixausgleich auf die vom Kunden angegebene Zellgaszusammensetzung abgestimmt. Die Richtigkeit ist für diese angegebene Matrix spezifiziert, nicht für beliebige Gemische.
Die Reinheit von H2 zur Generatorkühlung liegt typischerweise bei 97–99 %vol – reicht der Messbereich von 0–100 %vol allein aus?
Ja, für die kontinuierliche Reinheitsüberwachung, aber nein für die CO2-H2-Spülung. Im Betrieb läuft der Generator mit 97–99 %vol H2 und Alarmgrenzwerten um 95 %vol; der Messbereich von 0–100 %vol deckt diesen Bereich problemlos ab. Bei Spülungen, der Inbetriebnahme und Statorreinigungen durchströmt das interne Gas Gemische aus 0–30 %vol CO2 / Luft / H2. Dabei schaltet die Firmware mit mehreren Messbereichen ohne Änderung der Optik auf den Messbereich 0–10 %vol oder 0–25 %vol um. Verfahren zur Anlagenreinheit nach IEEE C50.13 / ASTM D7968, der Wassergehalt im Sperröl und Prüfungen der Kühlerintegrität sind anwendungsseitige Abläufe. Der ZS6300-H2 liefert den H2-Eingangswert in %vol für diese Verfahren, ersetzt sie aber nicht.
Erfüllt der ZS6300-H2 die Anforderungen an die Überwachung der Wasserstoffqualität in Brennstoffzellenqualität nach ISO 14687-2?
Nein. ISO 14687-2, Grade D, definiert H2 in Brennstoffzellenqualität mit verbindlichen Grenzwerten für mehrere Spurenverunreinigungen – CO bei 0,2 ppm, Gesamtschwefel bei 0,004 ppm, NH3 bei 0,1 ppm, Gesamthalogene bei 0,05 ppm sowie Feuchte, THC und Inertgase. Dabei handelt es sich um eine Prüfung auf Spurenverunreinigungen, nicht um eine Messung der Gesamtreinheit; mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD), dessen Nachweisgrenze bei etwa 100 ppm H2 liegt, ist sie nicht durchführbar. Für Prüfungen auf Brennstoffzellenqualität sind Laborgeräte auf EC-Basis, mit gepulster Helium-Ionisation oder mit GC sowie rückführbare Standards für Verunreinigungen erforderlich. Diese Aufgabe bleibt als Pfad für eine bedingte technische Prüfung erhalten und wird im Datenblatt des ZS6300-H2 ausdrücklich nicht als Leistungsmerkmal beansprucht.
Wie ist der ZS6300-H2 gegenüber Wasserstoff-Leckagedetektoren für %LEL einzuordnen?
Bei beiden Messaufgaben geht es um Wasserstoff, aber sie dienen unterschiedlichen Abläufen. Der ZS6300-H2 ist ein Gasanalysator für Prozessreinheit im hohen %vol-Bereich. Er wird an einer Zellgasleitung, einem Reformeraustritt oder einem Generatorkreislauf installiert und liefert den %vol-Messwert an das DCS. Er ist nicht Teil der Brand- und Gaswarnanlage. Stationäre und tragbare Wasserstoff-Leckagedetektoren für %LEL sind Sicherheitsmessgeräte. Ihre katalytischen oder elektrochemischen Sensoren werden in %LEL für die Bereichsüberwachung, Leckagealarmierung und den Einsatz in engen Räumen kalibriert und folgen der IEC-60079- / ATEX-Logik für Brand- und Gaswarnanlagen. Häufig betreibt eine Anlage beide Gerätetypen: Der Prozess-Gasanalysator meldet die Reinheit zur Ertragsüberwachung, die Sicherheitsdetektoren melden den Alarmzustand zum Schutz von Personen. Die Aufgaben dürfen nicht vertauscht werden: Der ZS6300-H2 ist kein Leckagedetektor, und %LEL-Sicherheitsdetektoren sind keine Geräte zur Prozessreinheitsmessung.
ZS6300-H2 anhand der Standortbedingungen prüfen
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