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Emissionsmessung/Messgasaufbereitung

Pflicht und Kür: So vermeiden Sie typische Fehler und Probleme in der Messgasaufbereitung

| Autor/ Redakteur: Jörg Erens* / Dominik Stephan

Machen Sie mehr aus der Messgasaufbereitung – Regelmäßige Messungen und Kontrollen haben den Ruf einer ungeliebten Pflichtaufgabe. Dabei bieten sie, richtig angegangen, ein großes Effizienzpotenzial. Deshalb ist es wichtig, das Thema von Anfang an ernst zu nehmen – etwa beim Gewinnen und Aufbereiten von Messgasen.

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Die Messgasaufbereitung ist in vielen Firmen eine ungeliebte Pflichtaufgabe – dabei kann sie zur Kür in Sachen Prozesseffizienz 
werden, wenn sie richtig angegangen wird.
Die Messgasaufbereitung ist in vielen Firmen eine ungeliebte Pflichtaufgabe – dabei kann sie zur Kür in Sachen Prozesseffizienz 
werden, wenn sie richtig angegangen wird.
(Bild: ©Sergey Nivens; ©jivimages - stock.adobe.com; AGT-PSG; [M]Götzelmann)

Ungeachtet der aktuellen politischen Situation und dem Austritt der US Regierung aus dem Pariser Klimaabkommen hat das Messen von Emissionen eine wesentliche Bedeutung zur Einhaltung der Klimaschutz Ziele. Nur wenn die Messtechnik einem Qualitätsstandard genügt und nach abgestimmten Regeln erfolgt, ist ein verlässlicher Vergleich von Werten überhaupt möglich. Da Emissionsmessungen nahezu immer behördlich geforderte Pflichtmessungen sind, sind sie jedoch aufseiten der Betreiber nicht immer eine der liebsten Aufgaben.

Anders als bei Prozessmessungen, die der Qualitätssicherung, der Verbesserung der Ausbeute oder der Sicherheit dienen, stellen Umweltmessungen für die Unternehmen keinen direkten Mehrwert dar – folglich ist die Investitionsbereitschaft nur sehr bedingt vorhanden.

Mit einem Augenzwinkern haben einige Betreiber die englische Abkürzung CEM (Continuous Emission Monitoring) in „Cry Every Morning“ umbenannt. Wie so oft liegt in der lustig gemeinten Aussage aber auch ein wahrer Kern – so steigen die Anforderungen an Messbereiche und Verfügbarkeiten kontinuierlich an.

Von der Pflicht zur Kür: Mehr aus Emissionsmessungen machen

Um die Akzeptanz im Umgang und Betrieb von diesen Messungen zu erhöhen, sind zwei Punkte wesentlich:

  • Optimierung der Gesamtkosten bei Anschaffung und Betrieb der Messung
  • verlässliche und reproduzierbare Messwerte

Diese Ziele können lediglich erreicht werden, wenn das Zusammenspiel zwischen Analysator und Probenaufbereitung funktioniert. Auch der auf der Achema feststellbare Trend, Messungen nach Möglichkeit optisch direkt im Prozess (In-Situ) zu messen, macht die Extraktion der Probe notwendig (etwa wegen der Druckverhältnisse oder der Staubbeladung). Nach einer Analyse der Firma ABB fallen 70 % aller Fehler in einer Messung auf die Entnahme, den Transport und die Aufbereitung der Probe.

Alleine diese beeindruckende Zahl fordert einen detaillierten Blick auf die einzelnen Aspekte der Probenaufbereitung. Zudem kann es bei der Wahl der falschen Komponenten oder beim Betrieb mit den falschen Einstellungen sogar zu einer Verfälschung der Probe kommen.

Messgasaufbereitung? Saubere Sache

Die Gasentnahme wird bei ex­traktiven Messungen oftmals über eine Sonde durchgeführt. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Filtration von Staub und anderen Partikeln und der Vermeidung von Kondensat unter der Beachtung der Säuretaupunkte. Wird dabei nicht auf die korrekte Haltetemperatur (die sich je nach Gasmatrix unterscheiden kann) beheizt, fällt Kondensat aus und führt zu einem unkontrollierten Auswaschen von SO2, NO2, HCL, H2S oder NH3, was unter allen Umständen zu vermeiden ist. Analog zur Datenverarbeitung, wird bei schlechter Eingangsqualität aus der primären Probenaufbereitung die anschließende Messung auch keine guten Ergebnisse liefern können.

Zwei Punkte führen bei der Gas­entnahme oft zu massiven Problemen: zum einen die Einhausung und die Beheizung der Sonde selbst und zum anderen der Übergang/Anschluss der beheizten Leitung.

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Das gibt es beim Thema Messgas-Sonden zu beachten

Da die Gasentnahmesonden oftmals weit oben am Kamin installiert werden, herrschen dort in der Regel geringere Umgebungstemperaturen als am Boden. Doch nur bei einem optimalen Wärmeübergang vom Heizelement sowie einer zusätzlichen Isolierung kann auch bei extremen Bedingungen die Kondensat-Freiheit sichergestellt werden. Ist die akkurate Beheizung der Sonde sichergestellt, kann der Übergang in die beheizte Analysenleitung eine weitere Schwachstelle sein: Es ist unbedingt darauf zu achten, dass dieser mit einer Isolierung versehen ist, ohne die es zur Entstehung von kalten Stellen und damit zur Kondensatbildung kommen kann.

Eine weitere Schwachstelle kann die beheizte Analysenleitung sein: Nur wenn die Heizkabel bis zum Ende der Kappe geführt sind, kann es auch hier eine nicht nur zur Unterschreitung des Säuretaupunktes kommen, sondern auch zur Blockierung oder gar dem Verlust von Gasen. Dies ist eine Situation, die in der Praxis schwierig identifiziert werden kann, die Fehlersuche ist in solchen Fällen sehr aufwändig.

Analyse? Auf die Leitung kommt es an!

Die in der Gasaufbereitung am häufigsten unterschätzte Komponente ist die beheizte Analyseleitung: Hat sie in der Theorie lediglich die Aufgabe, Gas von der Entnahme zur Aufbereitung zu führen, muss sie sich in der Praxis einer Reihe von Herausforderungen stellen, denen man nur mit langer Erfahrung beikommen kann. Eine davon ist Verlegung in langen Längen am Kamin so wie das Halten der Temperatur von 180 °C bis 200 °C auf der gesamten Strecke.

Als einziger Hersteller von beheizten Leitungen verfügt die Firma AGT-PSG seit mehr als 30 Jahren über Produktionsmöglichkeiten für extrudierte und flexible Leitungen – durch diese Kombination bekommt der Kunde immer die für ihn beste technische Lösung. Eine weitere Innovation, die der Mittelständler im Jahr 2015 entwickelte erfreut sich mittlerweile einer großen Nachfrage: die PSG Hybrid Leitung. Sie stellt das Bindeglied zwischen Gasentnahme-Sonde und der Aufbereitung im Analysenraum her und kann so konfiguriert werden, dass alle für den Betrieb der Sonde notwendigen Komponenten über die Leitung mitgebracht werden: angefangen von der Stromversorgung über den Temperatursensor bis hin zur Kalibriergasseele.

Bei Gasentnahmen in besonders staubigen Applikationen kommt zudem oft eine Rückspülung zum Einsatz, die für das Ausblasen des Filters genutzt wird. Auch hier punktet die PSG Hybrid: Durch das mitgeführte PTFE Rohr mit einem 12 mm Außendurchmesser welches auf ca. 90 °C bis 100 °C vorbeheizt wird, entfällt die Notwendigkeit, zusätzliche Druckspeicherzylinder zu installieren.

Cool bleiben, auch wenn es in Sachen Messgas heiß wird

Nachdem während Gasentnahme und Transport geheizt wird, damit es nicht zur Kondensatbildung kommt, wird bei der Aufbereitung das Messgas gekühlt. Dabei geht es allerdings um eine Trocknung des Gases durch Kühlung aufgrund der immer sensibler werdenden Messküvetten sowie der Querempfindlichkeit der Analyseverfahren mit Wasser.

Der Messgaskühler muss dabei aus zwei Disziplinen das Optimum erbringen: Zunächst geht es um einen konstanten Ausgangstaupunkt, der oftmals bei ca. 3 °C gefordert wird. Da die Wasserbeladungen des Gases umwelt- oder prozessbedingt schwanken können, muss der Wärmetauscher in der Lage sein, flexibel auf diese reagieren zu können.

Eine vermeintlich einfache Lösung, nämlich einen Wärmetauscher mit einer maximal großen Abkühlstrecke zu konzipieren steht der zweiten technischen Herausforderung entgegen: Bei einem langen Verbleib des Messgases im Wärmetauscher steigt auch die Verweilzeit mit dem Kondensat und was einen wesentlichen Einfluss auf den so genannten Auswaschungseffekt hat.

Kampf dem Auswaschen! So bleibt das Messgas wie es war

Dabei verbinden sich Gaskomponenten wie SO2, NO2, HCL, H2S oder NH3 mit Wasser und werden über das Kondensat ausgewaschen – sodass die Gaszusammensetzung nach dem Kühler nicht mehr dieselbe wie vor der Abkühlung ist. Um diesen Effekt zu minimieren, hat AGT-PSG ein patentiertes Wärmetauscher Konzept entwickelt, welches nun durch die Weiterentwicklung im neuen MAK 10 LC (Low CEM) nochmals optimiert werden konnte.

Die zusätzliche Besonderheit der Lösung steckt dabei in ihrem modularen Design: Von einem einfachen 1-Wege-Messgaskühler lässt es sich stufenweise bis auf 4-Gaswege erweitern, unabhängig ob als „Schrank“ Ausführung mit abgeschrägtem Display zur besseren Ablesbarkeit oder als 19 " Version.

* * Der Autor ist Geschäftsführer bei AGT-PSG, Steinbach.

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