Verfahrenstechnik 11/2017

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MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Auswahl mit Bedacht Die richtige Gasentnahmesonde entscheidet über die Qualität der Messwerte Als erster Schritt im Prozess der Gasanalytik ist die Probenahme entscheidend für die Qualität der Messwerte. Eine ungeeignete Gasentnahmesonde sorgt für unbrauchbare Messwerte, kann die Lebensdauer des Analysensystems herabsetzen und im Extremfall sogar zu kritischen Situationen im Prozess führen. Die sorgfältige Selektion der richtigen Sonde basiert auf den Prozess- und Umgebungsparametern sowie der Anwendung. Bei jedem analytischen Verfahren hat die Probenahme großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Ergebnisses. Verläuft sie nicht repräsentativ und fehlerfrei oder wird sie durch äußere Einflüsse gestört, kann die Analysetechnik noch so exakt arbeiten – die Werte sind mit einem unter Umständen nicht zu tolerierenden Fehler behaftet. Insbesondere bei der Prozessanalytik muss die gesamte Kette aus Probenahme, Probeaufbereitung und Analytik einwandfrei arbeiten. Den ersten beiden Schritten kommt dabei auch die Funktion zu, die nachgeschaltete, oft empfindliche Analysetechnik vor Einflüssen zu schützen, die diese schädigen oder gar zerstören könnten. Die Probenahme ist also ein kritischer Prozessschritt an der Schnittstelle zwischen Prozess und Analysesystem. Das gilt insbesondere auch bei der Gasanalyse. Bei ihr bilden Gasentnahmesonden ein zentrales Element – neben Gasanalysatoren, Messgaspumpen und -kühlern sowie unter Umständen zusätzlichem Analysefilter. Neben den allgemeinen Anforderungen für die Probenahme, wie die Bereitstellung einer repräsentativen, unverfälschten Probe, müssen sie weitere Bedingungen erfüllen: n Gasentnahmesonden sollen Verunreinigungen im Gas, insbesondere Staub, entfernen. n Sie sollen sicherstellen, dass kein Kondensat entsteht, da dieses die Messwerte verfälschen und das Analysesystem schädigen kann. Autorin: Dr. Ulla Reutner, Fachjourna listin, Kaufering n Sie müssen den Gegebenheiten wie Explosionsgefährdung oder raue Umgebung sowohl im Prozessgas wie auch im Außenbereich angepasst sein. n Nicht zuletzt werden von zahlreichen Anwendern einfache Möglichkeiten der Wartung gefordert, um dadurch Betriebskosten einsparen zu können. Zur Basisfunktion einer Gasentnahmesonde, das Messgas aus dem Prozessstrom zu extrahieren und es der nachgelagerten Analysetechnik zuzuführen, kommt also in der Regel die Partikelfilterfunktion hinzu. Dies gilt insbesondere, wenn der zu analysierende Gasstrom stark staubbelastet ist. Neben der Reduktion der Staubbelastung ist die Verhinderung von Kondensation eine weitere wichtige Basisfunktion der Sonde. In Fällen, in denen das Prozessgas Feuchtigkeit mit sich trägt, müssen daher Kältebrücken vermieden sowie häufig eine Temperierung der Sonde vorgesehen werden. Zudem ist die Eignung für das jeweilige Sicherheitsprofil eines Prozesses ein wichtiges Kriterium für die Wahl der Gasentnahmesonde. Lösungen für kaltes Prozessgas … Sehr einfache Modelle für die Gasextraktion wie die Gasentnahmesonden Eco und Apo der Firma Bühler Technologies decken lediglich Anwendungen ab, in denen Kondensation kein Thema oder – seltener – für das nachgelagerte Analysesystem unkritisch ist und Explosionsschutzmaßnahmen nicht erforderlich sind. Beide sind unbeheizt, wobei die Sonden der Baureihe Apo aus einem Basisflansch und einem Ent nahmerohr bzw. Eintrittsfilter bestehen. Diese können applikationsspezifisch aus diversen Materialien und Längen gewählt werden. Eco-Sonden, die für Applikationen mit mittlerer bis hoher Staubbelastung und kalten Prozessgasen geeignet sind, verfügen über einen rückspülbaren Filterschlauch aus Polyester oder PTFE. Ein 2-l-Druckluftbehälter und ein Steuerventil für die Rückspülung sind ebenfalls integriert. Angesammelter Staub auf dem Filterschlauch, der sich im Prozess befindet, wird beim Rückspülen unmittelbar in den Prozess zurückgeblasen. … und für heiße Prozesse Bei der Mehrheit der Anwendungen handelt es sich jedoch um Applikationen bei höherer Gastemperatur. Das Prozessgas wird häufig nicht nur staubbeladen, sondern zudem auch mehr oder weniger feucht sein. In diesen Fällen sollten beheizte Gasentnahmesonden gewählt werden, bei denen eine Messgaskondensation vermieden wird. Sie bestehen im Wesentlichen aus Entnahmerohr, Flansch und Sondenkörper, in dem Eintrittssowie ggf. Austrittsfilterelemente eingebracht sind. Am Messgasausgang werden über frei wählbare Anschlussverschraubungen die beheizten Messgasleitungen angeschlossen. Speziell geformte Aufnahmen an den Isolationsschalen der Sonden sorgen für einen sicheren Übergang zur beheizten Leitung ohne Kältebrücken. Die Baureihe Gas umfasst unterschiedlichste Ausführungen derartiger Gasentnahmesonden. Die Vielfalt der verfügbaren Filter, Beheizungsmöglichkeiten (auch unbeheizte Varianten) und Rückspüloptionen lassen Kombinationen zu, die nahezu allen Anforderungen gerecht werden. Ihnen gemeinsam 38 VERFAHRENSTECHNIK 11/2017

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN ist, dass der Hersteller Bedienung und Wartung so einfach wie möglich gestaltet hat. Von besonderer Bedeutung ist das bei Sonden, die an schwer zugänglichen Entnahmestellen angebracht sind. Zur Rückspülung wird ein Druckluftstoß aufgegeben, dessen Stärke optimiert für die Filteroberfläche in der Regel 6-10 bar beträgt. Die dahinterliegenden Komponenten werden dadurch nicht wesentlich belastet. Ein eventuell zusätzlich erforder licher Austrittsfilter verfügt nicht über eine derartige Rückspüleinrichtung, kann aber einfach und ohne Werkzeug ausgewechselt werden. Bei der Auswahl der Sonde für die jeweilige Applikation muss sorgfältig vorgegangen werden. Insbesondere unerfahrene Anwender oder Anwender mit einer für sie neuen Applikation sollten sich durch Experten des Herstellers beraten lassen. Dieser berücksichtigt alle Rahmenbedingungen und Anforderungen und kann beurteilen, ob auch für das Zubehör spezielles Material, etwa ein säurebeständiger Demister oder ein korrosionsstabiler Flansch aus Hastelloy notwendig ist, beispielsweise bei einem sehr nassen, korrosiven Prozess. Zu berücksichtigen ist, ob bei aggressiven Medien Säuretropfen mitgerissen werden oder sich an Flanschen absetzen können. Unter Umständen werden für außergewöhnliche Anwendungen auch Ausführungen speziell nach Kundenspezifikation gefertigt. Für wenig und für viel Staub Beispielhaft sollen im Folgenden einige Ausführungen näher betrachtet werden. Bei der Sonde GAS 222.15 handelt es sich um eine Ausführung mit selbstregulierender Beheizung auf ca. 180 °C. Ein Temperaturalarm warnt bei Unterschreitung von 140 °C. Der integrierte Partikelfilter ist für Messgase mit geringer Staubbeladung bis zu 2 g/m³ geeignet. Die Sonde kann bei einer Gaseintrittstemperatur von bis zu 200 °C und einem Betriebsdruck von bis zu 6 bar betrieben werden. Sie wird ergänzt durch Entnahmerohre, Austrittsfilter sowie einen optionalen Kalibriergasanschluss und weiteres, mögliches Zubehör. Bei den Filterelementen hat der Nutzer die Wahl zwischen Keramikfiltern, gesinterten Edelstahl filtern, gefalteten Edelstahlgewebe-Filtern sowie Mikroglasfaser-Filterelementen, sodass sich die Sonde den aus unterschiedlich aggressiven Prozessgasen resultierenden Anforderungen anpassen lässt. Für Anwendungen mit hoher Staubbeladung ist beispielsweise die Gasentnahmesonde Gas 222.21 ausgelegt. Sie verfügt über einen rückspülbaren Filter und einen zusätzlichen integrierten Sicherheitsfilter, der sich ohne Werkzeuge wechseln lässt. Von den oben beschriebenen Varianten unterscheidet sie sich insbesondere durch die Art der Beheizung: Die Heizung ist elektronisch im Bereich von 50 bis 200 °C regelbar, wobei der Alarm einstellbar bei einer Abweichung von 5 bis 30 K vom Sollwert ist. Die zulässigen Umgebungstemperaturen liegen zwischen – 20 und + 70 °C. Ein in der Basisausführung vorhandener Absperrhahn kann optional über einen pneumatischen Antrieb angesteuert werden. Solche rückspülbaren Sonden werden zum Beispiel in Kraftwerken, bei der Kalkherstellung, teilweise auch für Zementwerke – also den wohl denkbar staubigsten Anwendungen eingesetzt. Ex-Ausführungen Stellvertretend für die diversen Ausführungen von Gasentnahmesonden für explosionsgefährdete Bereiche steht die Gasentnahmesonde GAS 222.20 Atex, die für die Gasentnahme bis Zone 0 sowie die Aufstellung in Zone 1, 2, 21 und 22 geeignet und zugelassen ist. Bei geringer Staubbeladung erfüllt sie die Anforderungen – dank selbstregelnder Heizung und Wetterschutzhaube – in einer Vielzahl von Anwendungen. Bei höherer Staubbeladung ist dagegen die Ausführung Gas 222.21 Atex erste Wahl, die über einen rückspülbaren Filter verfügt. Sie eignet sich beispielsweise für den Einsatz an Kohlesilos und Kohlemühlen. Eine Vielzahl von explosionsgeschützten Ausführungen stellt die zuverlässige Gasentnahme in Anwendungen der chemischen Industrie sicher Zu den Gasentnahmesonden mit Dampfbeheizung zählt die Gas 222.20 DH, die über einen integrierten Partikelfilter verfügt und daher für Prozesse mit geringer Staubbeladung bis zu 2 g/m³ geeignet ist. Sie hat keine eigene Zündquelle und ist daher ebenfalls für den Einsatz im Ex-Bereich verwendbar. Bei der Installation und beim Betrieb gilt es einiges zu beachten. So sollte die Sonde mit leichter Neigung in den Prozessstrom installiert werden, eine Isolierung des Anschlussstutzens inklusive der Flansche sollte nach Befestigung der Sonde erfolgen. Bei Reinigungsbedarf der Filter kann in der Regel mit Instrumentenluft gereinigt werden. Ist ein Filterwechsel nötig, sollten die Dichtungsringe mit ausgetauscht werden. Bei den rückspülbaren Sonden ist eine regelmäßige Überprüfung der Anbauteile notwendig. Damit sind eine lange Lebensdauer des Probenahmesystems und seine Zuverlässigkeit sichergestellt. www.buehler-technologies.com NEU GTV light Höhenverstellbares Tragarmsystem Modulare und variable Aufbaumöglichkeiten Lastbereich optimiert für Panel PC’s und schlanke Steuergehäuse Sichere Kabelführung in IP54 28. - 30.11.2017 Halle 5, Stand 318 www.rose-pw.de ROSE Systemtechnik - Ihr innovativer Partner Rose.indd 1 23.10.2017 07:39:07 VERFAHRENSTECHNIK 11/2017 39