Installieren eines Biogasmessgeräts in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre

Die Installation eines elektrischen Geräts in einem Gefahrenbereich mit Explosionsrisiko erfordert besondere Vorsichtsmaßnahmen und Verfahren. Wenn Sie ein In-situ-Messgerät in einer Gasleitung montieren möchten, müssen zudem spezifische Risiken und Anforderungen berücksichtigt werden. In diesem Blogbeitrag wird die Durchführbarkeit der In-situ-Installation in einem Gefahrenbereich der Grenzzone 0/1 in einer Biogasanlage untersucht.

Risiken kennen
Beim Umgang mit Biogas ist die hohe Methankonzentration aufgrund der Entflammbarkeit und des möglichen Explosionsrisikos ein offensichtliches Problem. Trotz des relativ kleinen Explosionskonzentrationsbereichs von Methan mit einer unteren Explosionsgrenze (UEG) von 4,4 Vol.-% und einer oberen Explosionsgrenze (OEG) von 16,5 Vol.-% wird eine Biogasanlage dennoch als explosionsgefährdete Atmosphäre (ATEX, EU) oder als Gefahrenbereich (HAZLOC, US) eingestuft. Es müssen deshalb entsprechende Vorschriften und Richtlinien befolgt werden.

Weitere in Betracht zu ziehende Risiken sind das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff, der bereits in geringen Konzentrationen giftig ist, und die Abwesenheit von Sauerstoff, was auf beengtem Raum ein Erstickungsrisiko darstellen kann. Das Tragen eines persönlichen Gasalarms zur Überwachung des Methan-, Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffgehalts ist bei der Montage von Messgeräten in solchen Umgebungen ein Muss. Außerdem ist es wichtig, vorauszuplanen und vor Beginn der Arbeiten ein Risikobewertungsdokument vorzubereiten.

Richtigen Prozessanschluss auswählen
Eine der wichtigsten Fragen, die frühzeitig beantwortet werden muss, ist, welche Art von Prozessanschluss eingesetzt wird: Gibt es einen vorhandenen Kugelhahn oder Gewindeanschluss, der verwendet werden kann? Oder muss ein Anschluss in die Rohrleitung geschweißt oder sogar ein geflanschter Rohrabschnitt durch einen neuen Abschnitt, der die erforderlichen Probenahmestellen enthält, ersetzt werden?

Das Vaisala Biogasmessgerät MGP261 ist mit einem 1,5-Zoll-NPT-Gewinde mit einem Sondendurchmesser von 40 mm und einer Einbautiefe von 209 mm ausgestattet. Es kann durch Kugelhähne mit einem Nenndurchmesser von 1,5 Zoll und 40 mm eingeführt werden. Voraussetzung dafür ist, dass das Ventil über ein Bohröffnungsdesign verfügt und die Verbindung zwischen dem Ventil und der Hauptrohrleitung nicht schmaler als 40 mm ist. Um die Abmessungen zu überprüfen, müssen Sie das Ventil öffnen. Größere Ventile wie 2 Zoll oder 50 mm können mit einem Gewindeadapter für 1,5-Zoll-NPT verwendet werden. Sie sind häufig eine gute Wahl, da die Sonde leichter durchpasst.

Prozessanschlüsse sind nicht immer deutlich gekennzeichnet und der genaue Gewindetyp ist möglicherweise schwer zu identifizieren. In solchen Fällen verwenden Sie daher am besten Messschieber, um den Durchmesser und die mögliche Verengung des Gewindes zu messen, und eine Gewindeschablone, um den Gewindetyp zu bestimmen. Das Biogasmessgerät MGP261 wird mit einem 1,5-Zoll-NPT-Kunststoffstecker geliefert, der als Gewindekennzeichnungshilfe genutzt werden kann.

Wenn ein Kugelhahn beispielsweise aus Kostengründen nicht verfügbar ist oder nicht gewünscht wird, ist eine einfache, an die Rohrleitung angeschweißte Gewindemuffe eine effektive Lösung. Ein kurzes 50-mm-Rohr wird verwendet, um die Position der Biogassonde so einzustellen, dass ihre Spitze zwischen einem Drittel und zwei Dritteln des Rohrdurchmessers liegt. Zusätzlich zum Probenahmeanschluss der Hauptsonde wird ein Prozessanschluss für den Druckmesswertgeber benötigt, normalerweise im Bereich von 0,25 bis 0,5 Zoll, abhängig vom verwendeten Druckmesswertgeber.

Unkomplizierter Installationsprozess
Unabhängig vom gewählten Prozessanschluss muss der Abschnitt der Gasleitung gespült werden, bevor mit der Montage begonnen werden kann. Dies ist relativ einfach, wenn sich die ausgewählte Messstelle neben einem Gerät befindet, das umgangen werden kann, z. B. einem Gastrocknungssystem oder einem Aktivkohlefilter. In anderen Fällen muss die Installation in Verbindung mit anderen größeren Wartungsarbeiten erfolgen, wenn der Prozess nicht ausgeführt wird. Nach dem Spülen der Rohrleitung mit Stickstoff oder Luft und der Verwendung eines Gasalarms, um sicherzustellen, dass der Arbeitsbereich sicher ist, ist die Montage der Sonde ganz unkompliziert.

Bereiten Sie die Sonde vor, indem Sie PTFE-Dichtungsband auf das Gewinde wickeln. Beachten Sie dabei diese einfachen Regeln:
•    Legen Sie das Gewindedichtungsband parallel zum Gewinde.
•    Lassen Sie das Band auf Prozessseite nicht über den Gewindeanfang hinaushängen.
•    Bringen Sie je nach Banddicke nur zwei oder drei Schichten Band an.
•    Sobald Sie mit dem Anziehen des Gewindes beginnen, drehen Sie die Richtung nicht um.

In einer NPT-Gewindeschnittstelle kann ein Teil des Außengewindes sichtbar bleiben, nachdem die Verbindung festgezogen wurde. Weitere Hilfe zur korrekten Installation von NPT-Gewinden finden Sie in diesem Swagelok-Blogbeitrag.

Eine sichere Verbindung gewährleisten
Nach dem Einbau der Sonde in die Biogasleitung besteht die nächste Aufgabe darin, die Stromversorgung und die Signalkabel anzuschließen. Das Vaisala Biogasmessgerät MGP261 verfügt über drei metrische Kabeleinführungen: eine mit 16 mm und zwei mit 20 mm. Das MGP261 Messgerät kann auf verschiedene Arten konfiguriert werden, wahlweise mit 4 bis 20 mA oder Modbus/RTU für den Signalausgang und den Drucksignaleingang. Abhängig von der gewählten Konfiguration werden möglicherweise eine oder mehrere Kabeleinführungen nicht benötigt.

Die kleinere Einführung ist in erster Linie für einen 4- bis 20-mA-Eingang von einem Ex i-Druckmesswertgeber (eigensicher) vorgesehen. Sie führt zur eigensicheren Seite der Anschlussbox, die mit einer Trennwand isoliert ist. Da das MGP261 Messgerät einen Ex i-Trenntransformator enthält, kann ein Ex i-Gerät direkt an die Sonde angeschlossen werden. Die beiden größeren Kabeleinführungen führen auf die andere Seite der Trennwand, wo analoge 4- bis 20-mA-Ausgangssignale für Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf in Verbindung mit RS485 (MODBUS/RTU) und 24-VDC-Stromanschlüssen in Ex e-Anschlüssen (Enhanced Safety) verfügbar sind.

Wählen Sie Kabelverschraubungen mit Ex-Zulassung einschließlich Zugentlastung und Aufprallschutz sowie den richtigen Kabeldurchmesser für die von Ihnen verwendeten Kabel. Einige Ex-zugelassene Kabelverschraubungen haben ein X im Zulassungscode, was bedeutet, dass sie hinsichtlich Zugentlastung und/oder Aufprallschutz eingeschränkt sind. Wenn Sie diese Art von Kabelverschraubung verwenden, muss das Kabel an einer Kabelrinne oder einer ähnlichen Struktur an der Außenseite der Kabelverschraubung befestigt und ein geeigneter Aufprallschutz eingebaut werden.

Besondere Aufmerksamkeit sollte den Schutzerdungs- und Signalerdungsanschlüssen gewidmet werden, und die Kabelabschirmung sollte auf Potentialausgleichsschienen wie in der MGP261-Installations- und Sicherheitsanleitung angegeben abgeschlossen werden. Messen Sie den Widerstand zwischen der Potentialausgleichsschiene und der Erdungsschraube am MGP261-Gehäuse. Der Widerstand muss unter 1 Ω liegen und der Test muss im Installationsbericht dokumentiert werden. Dies ist besonders wichtig, da das MGP261 Messgerät eine Ex-i-Barriere für das eigensichere Manometer enthält (zu sehen im Code [ia] in der Ex-Kennzeichnung). Der Schutz eines eigensicheren Geräts beruht auf einem hochwertigen Potenzialausgleich.

Es wird empfohlen, bei der Installation von Messgeräten in Biogasprozessen Expertenhilfe in Anspruch zu nehmen.

Weitere Informationen finden Sie auf der Produktseite der Vaisala 3-in-1-Multi-Gasmesssonde MGP261 zur Messung von Methan, Kohlendioxid und Feuchte zur intelligenten Kontrolle der Biogasqualität.