Procesowy analizator fluorowodoru ZS8100-HF

Stężenie HF pochodzącego z emisji niezorganizowanej w hali elektrolizy wynosi zazwyczaj od 0.05 do 5 ppm; OSHA PEL to 3 ppm jako 8-godzinna średnia ważona w czasie, a cele ograniczania emisji określone w unijnym BREF wymagają obniżenia stężenia w kominie za GTC do wartości poniżej ppm. ZS8100-HF zaprojektowano z myślą o tym zakresie — zakres 0–10 ppm obejmuje pomiary emisji niezorganizowanej w hali elektrolizy, zakres 0–50 ppm obsługuje skoki stężenia na wlocie do GTC, a zakres 0–500 ppm — uruchamianie wanien i awarie podawania surowca. Deklarowana granica wykrywalności <0.05 ppm jest przydatna do pomiarów emisji niezorganizowanej, ale nie stanowi wartości dla analizy śladowej; osiągalny wynik w rzeczywistej hali elektrolizy zależy od długości drogi optycznej, czystości przewodu poboru próbki i poziomu tła fluorków (HF ≠ fluorki ogółem). Pobór próbek fluorków ogółem (cząstki stałe + gazy, zgodnie z metodą EPA 13A / 13B lub ISO 15713) jest odniesieniem do raportowania zgodności; TDLAS zapewnia ciągły pomiar wyłącznie HF, którego sygnał trafia do układu regulacji.

Hastelloy C-276 jest stopem Ni-Mo-Cr zawierającym 15–16 % molibdenu. Bezwodny HF i HF o niskiej zawartości wilgoci oddziałują na molibden poprzez tworzenie kompleksów fluorkowych, powodując wżery, a następnie wypłukiwanie Mo do próbki — jest to niedopuszczalne zarówno ze względu na trwałość przyrządu pomiarowego, jak i integralność próbki. Monel 400 to stop Ni-Cu niezawierający reaktywnego Mo, stanowiący branżowy materiał odniesienia do zastosowań, w których elementy mają kontakt z HF (pętle alkilacji w rafineriach, magazynowanie HF, odpowietrzanie przy trawieniu kwasowym półprzewodników). Wewnętrzne przewody wykonano z PTFE lub PFA, aby ograniczyć adsorpcję HF na ściankach przy niskich stężeniach ppm, ponieważ HF łatwiej przylega do niepowlekanych metali niż HCl. HCl nie reaguje z Mo w ten sposób, dlatego w ZS8100-HCl stosuje się Hastelloy C-276, gdy ważniejsze są spawalność i wytrzymałość w wysokiej temperaturze. Modele HF i HCl są więc mechanicznie podobne, ale nie mogą korzystać ze wspólnych torów próbki.

Gazy odlotowe z trawienia półprzewodników trafiają do wylotu za płuczką mokrą, gdzie stężenie HF jest zwykle utrzymywane poniżej 1 ppm, a cele ograniczania emisji zbliżają się do wartości jednocyfrowych ppb, zależnie od zobowiązań fabryki i lokalnych wymagań emisyjnych. ZS8100-HF deklarowany jest jako przydatny do pomiarów przy niskich stężeniach ppm i emisji niezorganizowanej, z granicą wykrywalności <0.05 ppm — TDLAS może osiągnąć ten zakres w zoptymalizowanej konfiguracji z podgrzewanym torem, ale powtarzalne pomiary ppb wymagają optyki o wydłużonej drodze optycznej, przewodów poboru próbki wyłożonych PFA, rygorystycznego stosowania gazu zerowego i dłuższego czasu uśredniania. Wszystkie te warunki ustalane są dla poszczególnych projektów w ramach warunkowej weryfikacji technicznej, a nie jako domyślna konfiguracja katalogowa. Fabryki wymagające ciągłego audytu przy stężeniach poniżej ppb zazwyczaj stosują dodatkowo dedykowany przyrząd do analizy śladowej (spektrometr ring-down, spektrometr ruchliwości jonów lub chromatograf jonowy podłączony do odpływu z płuczki).

Najsilniejsze pasmo rotacyjno-wibracyjne HF znajduje się w paśmie podstawowym 2,4–2,7 μm, a silne pasmo nadtonowe — w pobliżu 1,27 μm. Pasmo nadtonowe 1,27 μm jest preferowanym w branży zakresem TDLAS, ponieważ laserowe diody bliskiej podczerwieni klasy telekomunikacyjnej, detektory InGaAs i elementy optyczne są dojrzałe technologicznie i odporne na warunki przemysłowe; pasmo podstawowe 2,5 μm zapewnia silniejszą absorpcję dla pojedynczej linii, ale wymaga laserów i detektorów średniej podczerwieni, które są droższe i mniej odporne w środowisku zakładu. Przy 1,27 μm wybrana linia HF znajduje się w dolinie między pasmami ciągłymi H2O, a przestrajanie TDLAS przez środek linii z rozdzielczością rzędu MHz pozwala rozdzielić HF od sąsiadujących linii absorpcyjnych H2O, CO2, SO2 i HCl. Fotometry NDIR o szerokim paśmie mogą mieć trudności z pomiarami w kominach, gdzie obecne są jednocześnie woda i gazy kwaśne.

Alternatywny analizator UV-DOAS (różnicowa spektroskopia absorpcyjna w nadfiolecie) z długą drogą optyczną jest przeznaczony do pomiarów w kominach o geometrii wymagającej długiej drogi optycznej — kanałach spalin z wprowadzeniem do toru otwartego, uśrednianiem wielopunktowym lub dużym przekrojem, w których ekstrakcyjny pobór próbki jest niepraktyczny. UV-DOAS zapewnia lepsze uśrednianie na długich otwartych drogach optycznych kosztem czułości TDLAS na niskie stężenia ppm przy pomiarach emisji niezorganizowanej, dlatego sprawdza się jako rozwiązanie do pomiarów w kominach, a nie w halach elektrolizy. Elektrochemiczne czujniki HF (zakres ppb) są powszechnie stosowane jako jednopunktowe alarmy bezpieczeństwa w pętlach alkilacji, ale wymagają materiałów eksploatacyjnych, są podatne na dryft i silnie reagują na HCl, Cl2 i SO2 — nadają się do systemów bezpieczeństwa osobistego i alarmowania w strefie, nie do pomiarów procesowych lub CEMS metodą odniesienia. GESHINE traktuje bezpieczeństwo elektrochemiczne HF jako warunkową ścieżkę weryfikacji technicznej, aby inżynierowie ds. zastosowań mogli potwierdzić dopasowanie rozwiązania, zanim zostanie ono włączone do katalogu pod marką własną.