Gasreinheitsanalysator – Lösungen für die industrielle Gasanalytik

Ein Gasreinheitsanalysator dient dazu, das Vorhandensein und die Menge eines oder mehrerer bestimmter Gase in einer Messgasprobe zu quantifizieren und so deren Reinheit zu bestimmen. Für diese Aufgabe gibt es mehrere grundlegende Messverfahren. Bei der abstimmbaren Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS) wird ein Laserstrahl mit variabler Wellenlänge durch die gasförmige Messprobe geleitet. Die molekülspezifische Absorption wird anhand der bekannten Laserwellenlänge und der Detektorintensität gemessen. So lassen sich Gaskomponenten direkt im sub-ppb-Bereich nachweisen, ohne Querempfindlichkeiten gegenüber anderen Gasen. Nichtdispersive Infrarot-Gasanalysatoren (NDIR) verwenden eine breitbandige Infrarotquelle und eine Reihe optischer Filter, die gezielt das zu messende Gas auswählen. Beide Verfahren ermöglichen kontinuierliche Messungen in Echtzeit und sind typischerweise über 4-20mA- oder digitale Ausgänge mit Prozessregelungssystemen verbunden.

TCD-Sensoren bestimmen die Wärmeleitfähigkeit des Gasstroms und vergleichen sie mit der eines Trägergases, um die Zusammensetzung zu ermitteln. Die Zusammensetzung lässt sich damit nur in binären Gasgemischen zuverlässig bestimmen, da eine dritte Komponente ein überlagertes Ansprechverhalten verursacht, das sich ohne Annahmen zum Betrieb nicht auflösen lässt. TDLAS nutzt den spektralen Fingerabdruck, den jeweils nur ein Molekül absorbiert, und erkennt deshalb Zusammensetzungsänderungen unabhängig von benachbarten Molekülen. Wenn beispielsweise ein TCD die H₂-Reinheit in N₂ überwacht und CO oder Feuchte eindringt, kann der Messwert driften; ein TDLAS-Analysator bleibt dagegen molekülspezifisch. Außerdem wird die TCD-Kalibrierung häufig alle 1–3 Monate mit Referenzgas durchgeführt, während die selbstreferenzierende Optik von TDLAS den Aufwand für routinemäßige Neukalibrierungen verringert. Bei Prozessanwendungen zur Reinheitsüberwachung ohne gesetzliche Vorgaben kann eine jährliche Verifizierung ausreichen; CEMS- oder genehmigungsgebundene Anwendungen sollten dem QA-Plan des Standorts folgen, einschließlich täglicher Nullpunkt- und wöchentlicher Messspannenprüfungen, sofern vorgeschrieben.

Für die richtige Messung der Gasreinheit wird der Gasanalysator passend zum Prozess ausgewählt. Für Messungen von Prozessgasen in komplexen Gemischen mit geringer Querempfindlichkeit, hoher Richtigkeit (1 % FS) und niedriger Nachweisgrenze (sub-ppb) ist TDLAS die beste Wahl. Auch die Architektur des Probenahmesystems ist entscheidend. Bei extraktiven Gasanalysatoren ist eine Messgasaufbereitung erforderlich, die Temperatur, Druck und Feuchte präzise regelt, damit das Messgerät innerhalb seines Messbereichs bleibt. Bei einem in situ arbeitenden Gasanalysator wie dem ZS8300 entfällt die Messgasaufbereitung, da die Messung direkt in der Prozessleitung oder im Abgaskanal erfolgt. Zu den Faktoren, die die Messrichtigkeit insgesamt beeinflussen, zählen die Auswahl des Messbereichs passend zur erwarteten Gaskonzentration, die Verifizierung der Kalibrierung bei einem dem Betriebsdruck entsprechenden oder nahegelegenen Gasdruck sowie Alarmschwellen innerhalb eines klar charakterisierten Prozessfensters unterhalb der problemverursachenden Bedingungen.

Die TDLAS-Gasanalysatoren von GESHINE zur Messung von Konzentrationen in Reingasen decken bei den Modellen ZS8300 und ZS8600 O₂, CO, CO₂, CH₄, HF, NH₃, HCl und H₂O ab. Nach Prüfung des Projekts sind sie auch als Tischgeräte und OEM-TDLAS-Module erhältlich. H₂ und N₂ weisen keine zugängliche Infrarot-Absorptionslinie auf. Die H₂-Reinheit wird daher mit Wärmeleitfähigkeit (ZS6300-H₂) gemessen und die N₂-Reinheit üblicherweise rechnerisch als Differenz bestimmt, nicht mittels TDLAS. Der NDIR-Gasanalysator ZS6500 misst CO, N₂O, CO₂ und CH₄ in einem Messbereich von 0,01 % – 100 % (%-Bereich). Durch die Auswahl zusätzlicher Lasermesskanäle bei der Bestellung lassen sich mit Mehrgaskomponenten-Konfigurationen mehrere Komponenten mit einem Gasanalysator messen. Für Anwendungen mit hier nicht aufgeführten Gaskomponenten wie H₂S, SO₂ oder bestimmten Kohlenwasserstoffen sind kundenspezifische Konfigurationen für OEMs und projektspezifische Standorte erhältlich.

Ja. Alle Gasreinheitsanalysator-Serien von GESHINE bieten standardmäßig einen analogen 4-20mA-Ausgang, digitale Kommunikation über RS485 (Modbus-RTU-Protokoll) und einen Relais-Alarmausgang. Der Analogausgang lässt sich direkt mit jedem analogen Eingangsmodul eines DCS oder einer SPS verbinden. Über die digitale Kommunikation mit RS485 und Modbus RTU kann das Leitsystem in Echtzeit Gaskonzentrationen, Alarmstatus, Messgerätediagnosen und Verlaufsdaten abrufen. In den meisten Fällen ist dafür keine zusätzliche Gateway-Hardware erforderlich. Wenn Ihre Anwendung außerdem PROFIBUS, HART oder ETHERNET/IP erfordert, informieren Sie das Engineering-Team von GESHINE beim Kauf, damit ein geeigneter Protokollkonverter integriert werden kann. Das OEM-Kommunikationsmodul wurde speziell für die Systemintegration entwickelt. Es verfügt über eine steckbare Leiterplatte und Signalausgänge zur Integration in übergeordnete Analysen- oder Prozessregelungssysteme.

Der Preis eines Gasreinheitsanalysators hängt von der Technologie, den Gaskomponenten, dem Umfang der Dokumentation und der Systemkonfiguration ab. Als Richtwert für die Planung beginnen eigenständige OEM-TDLAS-Lasermodule nach Projektprüfung bei etwa $3,000. Tischgeräte mit TDLAS für Labor- und Prozessregelungsanwendungen liegen nach Projektprüfung typischerweise in der Preisklasse von $5.000 bis $12.000, abhängig von der Auswahl der Gaskomponenten und der Ausgangskonfiguration. Systeme für explosionsgefährdete Bereiche wie die ZS8300-Familie liegen aufgrund von Gehäuse, Dokumentation und Projektprüfungen preislich höher und oft bei $15.000-and-above. Komplette CEMS-Schranksysteme wie der ZS8600 mit Mehrkomponenten-TDLAS, Messgasaufbereitung und Datenüberwachung können die Preisklasse $25.000+ erreichen. Für Bestellungen von 5+ Geräten sind Mengenpreise verfügbar. Senden Sie GESHINE Angaben zu Gaskomponenten, Messbereich, Standortklassifizierung und Ausgangsanforderungen, um ein verbindliches Angebot zu erhalten.

Die Dokumentation für explosionsgefährdete Bereiche richtet sich nach Gasanalysatormodell, Gehäuse, Gasgruppe, Temperaturklasse, Installationsort und Rechtsraum. Projekte mit Geräten der ZS8300-Familie sollten anhand der Anforderungen nach IEC 60079 / GB/T 3836 geprüft werden. Anforderungen an die funktionale Sicherheit müssen anhand des gewählten Sicherheitslebenszyklus und Prüfablaufs bestätigt werden. Betrachten Sie diese Seite nicht als allgemeingültige Zertifikatszusage. Lassen Sie sich vor der Beschaffung von GESHINE bestätigen, welche Zertifikate für Ihren Projektstandort aktuell vorliegen.

TDLAS-basierte Gasanalysatoren von GESHINE sind auf einen geringeren Aufwand für die routinemäßige Wartung ausgelegt. Ihre Laser- und Optikkonstruktion arbeitet selbstreferenzierend. Daher genügt bei vielen Prozessanwendungen zur Reinheitsüberwachung ohne gesetzliche Vorgaben eine jährliche Verifizierung der Kalibrierung anstelle häufiger Neukalibrierungen mit Referenzgas. CEMS- oder genehmigungsgebundene Installationen sollten dem QA-Plan des Standorts folgen, einschließlich täglicher Nullpunkt- und wöchentlicher Messspannenprüfungen, sofern vorgeschrieben. Für Sensor-Messzellen sind keine festen Wechselintervalle für Verbrauchsteile erforderlich. Über die Fernwartung mit RS485 und Modbus können unsere Ingenieure Status, Alarmverlauf und Messwerttrends überprüfen und so unnötige Anfahrten im laufenden Betrieb vermeiden. Für die planmäßige jährliche Verifizierung der Kalibrierung bietet GESHINE Vor-Ort-Service oder die Lieferung eines zertifizierten Gas-Sets zur Prüfung durch den Kunden nach unserem ausführlichen Verfahren an. Erweiterte Serviceverträge mit vorbeugender Wartung, jährlicher Verifizierung der Kalibrierung vor Ort und bevorzugter Lieferung von Ersatzteilen sind verfügbar. Unsere Experten können Ihr Wartungspersonal vor Ort oder in unserem Zentrallabor in Wuhan in den routinemäßigen Verifizierungsverfahren und der Fehlerdiagnose der ersten Stufe schulen.

Luftzerlegungsanlagen (ASU) benötigen eine kontinuierliche Reinheitsmessung der kryogenen Produktströme – typischerweise für Spuren von O₂ in Stickstoff, die Reinheit der O₂- und Ar-Produkte sowie Spuren von Feuchte. Ein Gasanalysator für Luftzerlegungsanlagen ist daher ein auf das jeweilige Produktgas abgestimmter Reinheitsanalysator: paramagnetische O₂-Analysatoren für O₂-Produktströme im Prozentbereich, spezielle Spuren-O₂-Analysatoren für O₂ in N₂ bzw. O₂ in Ar, Feuchte- bzw. Taupunkt-Messkanäle für H₂O und weitere Messkanäle für Spurenverunreinigungen entsprechend der geforderten ASU-Produktqualität. Da die Spezifikationen bis in den ppm- und sub-ppm-Bereich reichen, sind die Messgasführung und die zertifizierte Kalibrierung ebenso wichtig wie der Sensor. GESHINE bietet Reinheitsmessungen für O₂, N₂ und Ar in ASU-Anlagen über seine Produktlinie für Gasreinheitsanalysen an. Für prozessbezogene O₂-Messungen siehe die Sauerstoffanalysatoren; einen Überblick über den Anlagenkontext bietet die Lösungsseite für die chemische Industrie.