Innovative Gasanalyse auch in kleinen Prozessrohrleitungen

In industriellen Prozessen spielt die Gasanalyse eine wichtige Rolle, vor allem in Bereichen, in denen eine genaue Kontrolle der Gasströme für die Sicherheit und Effizienz unerlässlich ist. Traditionell werden Gasanalysatoren oft mit großen Rohrleitungen und Schornsteinen in Verbindung gebracht, aber die Technologie hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt und eignet sich nun auch für kleinere Prozessrohrleitungen. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist der Einsatz von Analysatoren mit abstimmbaren Diodenlasern (TDL), die aufgrund ihrer Genauigkeit und Geschwindigkeit in vielen industriellen Umgebungen eingesetzt werden.

Hohe Auflösung mit abstimmbaren Diodenlaser-Analysatoren (TDL) in DN50

Wenn wir an abstimmbare Diodenlaser-Analysatoren (TDL) denken, stellen wir uns in der Regel diese robusten Gehäuse vor, die auf beiden Seiten eines großen Schornsteins mit mehreren Metern Durchmesser montiert sind. Auf der einen Seite eine Laserquelle, auf der anderen ein Detektor. Dieses Bild war zutreffend, bis Mettler Toledo vor etwas mehr als einem Jahrzehnt mit seinen "Probe Type"-Analysatoren auf den Markt kam.

Klein aber fein

In der Prozessindustrie gibt es nicht nur Schornsteine und große Rohre von einem oder zwei Metern. Typische Prozessrohre haben einen Durchmesser von 50 bis etwa 300 mm (DN50-DN100). Mit einem klassischen TDL-Analysator ist dies nicht machbar. Mit dem aktualisierten Konzept ist es möglich. Die "Probe Type"-Analysatoren sind so konstruiert, dass Laser und Detektor in einer Einheit sind. Sie benötigen also nur einen Flanschanschluss. Der Laserstrahl geht durch die Sonde und wird durch einen speziellen Reflektor (den so genannten Eckwürfel) zurück zum Detektor reflektiert. Der Laserstrahl geht also zweimal durch die Sonde, so dass die optische Weglänge (OPL) doppelt so lang ist wie die physische Länge der Sonde.

Ein praktisches Beispiel

Bei einem Prozess in der Metallindustrie muss die Sauerstoffkonzentration im Gasstrom gemessen werden. Da Explosionsgefahr besteht, sollte die Sauerstoffkonzentration so niedrig wie möglich sein (< 1%), normalerweise sogar nahe bei 0%. Da es sich um eine Sicherheitsmessung handelt, ist die Ansprechzeit des Analysators sehr wichtig und sollte auf jeden Fall weniger als 5s betragen. Das Rohr hat einen Durchmesser von DN80. Die Temperatur kann 120°C bei einem Druck von 4 bar (absolut) erreichen.

Nichts davon ist so extrem, aber dennoch eine ziemliche Herausforderung. Ein Analysator mit Waffelzelle (eine runde Durchflusszelle) mit einem Durchmesser von DN80 ist hier die Lösung. Unter den gegebenen Prozessbedingungen ermöglicht dieser Aufbau die Messung der Sauerstoffkonzentration mit einer Auflösung von besser als 0,2% und mit einer Ansprechzeit von weniger als 2s.

Kleineres Rohr, aber größeres OPL

Für Anwendungen in kleineren Rohren wie DN50, bei denen eine höhere Auflösung (> 0,1%) erforderlich ist, hat Mettler Toledo ein einzigartiges Konzept entwickelt. Mit dem so genannten MR2 oder MR3 (MR steht für MultiReflector) lässt sich die OPL um das Zwei- bis Dreifache erhöhen. Zur Erinnerung: Der Laserstrahl wird reflektiert, wodurch sich die OPL verdoppelt. Mit dem MR2 ist die OPL viermal so groß wie der Rohrdurchmesser. Mit MR3 ist sie sogar sechsmal so groß. 

Dies macht Mettler Toledo mit dem GPro500 zum "Technologieführer" für TDL-Analysatoren.

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