Optische Feuchtemessung in explosionsgefährdeten Bereichen

Water drops on a leaf
Antti Heikkilä
Product Manager
Jan 29, 2019
Biogas

Die Feuchtemessung ist in vielen Branchen ein wichtiges Werkzeug für die Prozesskontrolle, wobei verschiedene technische Lösungen zur Auswahl stehen, von denen jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Wenn die Messung jedoch in einem brennbaren Gasgemisch und in Gegenwart korrosiver Chemikalien durchgeführt wird, ist die Auswahl der hierfür geeigneten Techniken schon etwas geringer. Die optische Feuchtemessung im infraroten (IR) Wellenlängenbereich bietet viele attraktive Eigenschaften.

Sicherheit durch berührungslose Messung

Die Messung erfolgt von Natur aus berührungslos, da Infrarotlichtquelle und -sensor durch ein Saphirglasfenster vor Prozessgasen geschützt sind, wodurch keine Probleme mit Sensorkorrosion auftreten können. Die Messoptik kann bei einer In-Situ-Messung erwärmt werden, um das Problem auftretender Kondensation in Umgebungen mit einer relativen Feuchte von 100 % zu beseitigen. Dank aktueller Fortschritte bei Microglow-IR-Quellen und Fabry-Pérot-Interferometriefiltern haben die Geräte eine Ex-Zulassung für Gas-/Luftgemische, in denen dauerhaft brennbare Gase präsent sind: Zone 0 gemäß den Europäischen Richtlinien und Class 1, Division 1 gemäß den Richtlinien für Nordamerika.

Neue Kombinationsmöglichkeiten

Häufig wird die optische Feuchtemessung in einer Ex-Zone mit kostspieligen TDL-Lasersystemen in Cross-Duct-Ausführung in Verbindung gebracht. Eine aktuelle Entwicklung, die auf zwei Jahrzehnten Erfahrung mit Fabry-Pérot-Interferometern basiert, ermöglicht die Messung von Wasserdampf mit einem einfachen und kompakten NDIR-Sensor. Des Weiteren ist es nunmehr möglich, in einem In-Situ-Multigas-Analysator mit sehr kompakter Form Feuchtemessungen in Kombination mit der Messung anderer Gase wie Methan und Kohlendioxid durchzuführen.

Maximierung der Lebensdauer von Kohlenstofffiltern
Eine offensichtliche Anwendungsmöglichkeit für eine kompakte, wartungsarme Sonde zur Messung von Feuchte, Methan und Kohlendioxid findet sich in der anaeroben Gärung von organischen Abfällen gefolgt von einer Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit Verbrennungsmotoren. Indem der Wassergehalt des Biogases während der Aufbereitungsphase gemessen wird, kann der Anlagenbetreiber die Lebensdauer von Aktivkohlefiltern maximieren. Diese Filter bieten nur in einem bestimmten Feuchtebereich optimale Leistung, und ein Wechsel ist vergleichsweise teuer.

Verbesserung der Gasqualität und Vermeidung von Motorenverschleiß

Weitere Verbesserungen beim Wirkungsgrad können erzielt werden, indem die Zusammensetzung des Brenngases beim Eintritt in die Kraft-Wärme-Kopplung überwacht wird. Wenn der Methangehalt des Gases bekannt ist, kann der Betreiber den Motor präziser einstellen. Durch die Messung erhöhter Mengen an Wasserdampf im Gaseinlass, kann er schneller auf Probleme mit der Gasqualität reagieren, die andernfalls zu vorzeitigem Motorverschleiß führen würden. Eine Folge von unbeabsichtigter Kondensation ist ein Anstieg des Strömungswiderstands in den Rohrleitungen. Außerdem wird die Tätigkeit der Ventile beeinträchtigt, die den Zustrom von Brenngas und Luft zum Motor regeln, wenn sich Flüssigkeit im Ventil ansammelt.

MGP261 – eine neuartige Multigas-Messsonde für anspruchsvolle Bedingungen

Die Vaisala Multigas-Messsonde MGP261 ist eine völlig neuartige Sonde zur Messung von Feuchte, Methan und Kohlendioxid, die auf dem äußerst zuverlässigen NDIR-Messprinzip basiert, das sich seit 20 Jahren durch eine zuverlässige und exakte Kohlendioxidmessung bei Messtechnik von Vaisala bewährt hat. Die komplett aus Stahl bestehende Sonde ist kompakt (40 mm Durchmesser, 209 mm Einbautiefe, Prozessanschluss von 1½” NPT) und gemäß ATEX und IECEx für die Zonen 0 und 1 zugelassen. Sie wird erwärmt, um Umgebungen mit Kondensatbildung standhalten zu können, und ist durch einen wasserabweisenden Partikelfilter geschützt. Die MGP261 misst Wasserdampf im Bereich von 0 ... 25 Volumenprozent und die Taupunkttemperatur im Bereich von 0 ... 60 °C. Unter fast kondensierenden Bedingungen arbeiten viele kapazitive Feuchte-/Taupunktsensoren nicht optimal, und außerdem kann es zu einer Korrosion des Sensorik kommen. Die optische Messtechnik der MGP261 kennt derartige Probleme nicht und eignet sich daher ideal für diese anspruchsvollen Bedingungen.

 

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