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Des Rauches wahrer Kern

Die Welt der Gasanalytik kennt viele Facetten: neben einer hohen Komplexität durch die Vielzahl der Messverfahren und Komponenten könnte man insbesondere bei kontinuierlichen, extraktiven Messungen schon fast von nahezu Absurditäten sprechen, wenn man sich die Verfahren für Emmisionssmessungen oder auch im Bereich der Gasnalytik mal genau anschaut: Wird bei der Entnahme über Rauchgassonden und den Transport des Gases über beheizte Messgas- und Analysenleitungen tunlichst darauf geachtet, die Prozesshaltetemperaturen so hoch zu halten, dass in keinem Fall eine Taupunktunterschreitung stattfindet, so muss das Messgas kurz vor dem Analysator zur Trocknung präzise auf eine exakte Temperatur heruntergekühlt werden. Denn nur wenige Analysatoren können direkt feuchte und heiße Message verarbeiten.

Die eingehende Beschreibung klingt fast paradox und ist einem Neuling im Bereich Gasanalytik zunächst nur schwer zu vermitteln: Um Kondensatbildung zu vermeiden, muss je nach Applikation bereits bei der Gasentnahme die Sonde mit einer Prozesshaltetemperatur von 180°C ausgestattet sein, die sich entlang des gesamten Weges zur Gasaufbereitung und Gasanalyse auch nicht ändern darf. Bei der Entnahme und dem Transport sind eine Vielzahl von kritischen Stellen zu identifizieren: Der Übergang von der Rauchgassonde zur Messgasleitung sowie nachgeschaltete Ventile oder Filter müssen konstant auf Temperatur gehalten werden. Hat all dies auch unter der Berücksichtig teilweiser extremer Umgebungsbedingungen geklappt, kommt der thermodynamisch kritischste Punkt: Die Trockung des feuchten und heißen Messgases durch Kühlung auf eine konstante, niedrige Ausgangstemperatur.

Auf Präzision kommt es an: Kühlung und Aufbereitung

Die Aufgabe ist gewaltig: Feuchtes Rauchgas mit einer Eingangstemperatur von bis zu 180°C muss möglichst kompakt auf eine konstante Ausgangstemperatur von maximal 5°C (idealerweise 3°C) gebracht werden – und dies nicht irgendwie. Der Wärmetauscher ist das Herzstück eines jeden Messgaskühlers. Er hat dabei nicht nur die Aufgabe das Messgas herunterzukühlen und zu trocknen, sondern er muss diesen thermodynamischen Prozess mit der geringst möglichen Auswaschung von Gasspuren umzusetzen. Insbesondere der Übergang von der heißen Gasphase über die Nebelphase hin zur gekühlten Gasphase stellt die physikalisch komplexeste Herausforderung dar. Eine Vielzahl von Gasen, wie z.B. Stickoxide (SO2), haben eine gute Wasserlöslichkeit, die das Risiko einer Auswaschung von Gasspuren durch Kondensate erhöht. Die Folgen können ungenaue und verfälschte Messergebnisse sowie hoher Kalibrierungsaufwand der Analysensysteme sein. Dies gilt es zu vermeiden. Neben den ordinären Aufgaben des Kühlens und Trocknens haben sich die Geräte zwischenzeitlich zu richtigen Allrounder, d.h. zu voll integrierten Gasaufbereitungssystemen entwickelt: Über eine Vielzahl von Optionen können Gaspumpen, Filter, Durchflussmesser, Feuchtigkeitssensoren und vieles mehr konfiguriert werden.

Zusammenspiel der Komponenten und Kompatibilität

Die technischen Anforderungen zeigen bereits, dass eine gute Gasanalyse, unabhängig von ihrem Einsatz im Bereich Emissionsmessung oder als Prozessanalysentechnik, eine Aufbereitung benötigt, bei der alle Komponenten komplett aufeinander abgestimmt sind und perfekt miteinander harmonieren. Durch die Übernahme der Firma AGT Thermotechnik (vormals Alfa Laval) hat es das Unternehmen PSG Petro Service geschafft, als einziges Unternehmen am Markt Hersteller von Rauchgassonden, beheizten Messgas- und Analysenleitungen und Gasaufbereitungen zu werden und ihren Kunden nun für die gesamte Probenaufbereitung eine durchgängige Lösung aus einer Hand bieten zu können.

Rauchgassonden PSG Basic und PSG Plus

Alle Produkte aus dem Hause AGT / PSG verfolgen die gleiche Produktphilosophie: Einmal installiert, sollen diese mit so wenig Aufwand wie möglich betrieben werden können und dies nicht nur vor dem Hintergrund von Kosteneinsparungen sondern auch, um eine Hochverfügbarkeit anbieten und sicherstellen zu können. Diese Eigenschaft zeigt sich bereits bei der primären Probenaufbereitung oder Rauchgassonde: Die beiden Produktlinien PSG Basic und PSG Plus eint die einzigartige Filteroberfläche, die mit ihrem Volumen einmalig im Markt ist. Selbstregelnd über ein Thermostat- oder über einen externen Temperaturregler bis zu 180°C beheizt ist der Filter in einem Edelstahlschutzkasten für die Außeninstallation auch unter rausten Bedingungen perfekt gerüstet. Die kompakte Bauweise der PSG Basic Sonde wird mit einer einstufigen Rückspülung für Anwendungen mit kleiner- oder mittlerer Staubbelastung eingesetzt. Die PSG Plus Sonde ist durch ihre doppelte Rückspülung die richtige Lösung auch bei hohen Staubbelastungen. Zudem sorgen bei beiden Varianten eine Isoliermanschette für einen nahtlosen Übergang in die Messgasleitung – damit auch hier kalte Stellen und Kondensatbildung keine Chance hat.

Mehr als 2500 verschiedene Analysenleitungen

Hat die Entnahme des Gases gut geklappt, ist bereits eine wichtige Grundlage für eine präzise Analyse gelegt: nun muss diese „nur“ noch wohl konditioniert und temperiert seinen Bestimmungsort erreichen: Die Gasaufbereitung und im Anschluss den Analysator. Aber auch dieser Transport stellt sich in der Praxis alles andere als trivial dar. Mit mehr als 2500 verschiedenen Messgas- und Analysenleitungen kann PSG auf eine sehr große Vielfalt zurückgreifen. Dies beginnt bei dem Außenmantel (neben festen, extrudierten Leitungen aus PVC können über flexible Polyamid Ringwell Leitungen bis hin zu hochflexiblen Leitungen gefertigt werden) und erstreckt sich über die Temperaturbereiche von Frostschutz bis 200°C. PSG hat eine patentierte Lösung für den EX Bereich im Lösungsangebot und bietet zudem den Vorteil, dass viele Leitungen nach der Cut to Length Technologie kürzbar sind. Als Vertriebspartner von Pentair Thermal Management kann PSG zudem eine 10 jährige Gewährleistung auf Raychem Produkte anbieten. Ein Mehrwert, der das gesamte Spektrum abrundet und für einen problemfreien Transport des Rauchgases sorgt.

Messgas kühlen, trocknen, filtrieren, dosieren, überwachen, fördern

Endlich am Bestimmungsort angelangt steht das Gas vor einer kritischen und komplexen Phase: Abkühlung und Aufbereitung. Über die Produktreihe MAK10 bietet das Unternehmen AGT die Möglichkeit, den eigentlichen Kühler über eine Vielzahl von Optionen zu einem kompletten Messgasaufbereitungssystem aufzurüsten. Die Vorteile liegen hierbei klar auf der Hand: Filter, Durchflussregler, Feuchtigkeitssensor, Gaspumpe müssen nicht extern auf einer zusätzlichen Montageplatte aufgebracht werden, sondern sind direkt und kompakt im Gehäuse integriert. Die 45°-Schräge der Gehäusefront sorgt zudem dafür, dass auch bei sehr niedrigen Einbaupositionen alle Angaben des Displays gut ablesbar sind. Optional sind Gehäuse für 19“-Rack-Einbauten und mobile Anwendungen erhältlich. Das flexible und modulare Design gewährleistet dabei eine optimale Integration des Kühlers in jede Applikation. Ein elektronisches System überwacht alle relevanten Betriebsparameter. Potentialfreie Alarmkontakte ermöglichen eine Fernüberwachung des Gerätes. Die Betriebsparameter werden zur Diagnose in einem Logbuch gespeichert. MAK10 sind als Kompressor- und Peltier-Kühler erhältlich.

Kompressor-Kühler / Peltier-Kühler

Beim Kompressor-Kühler geschieht die Kälteerzeugung über einen klassischen Kältemittelkreis bestehend aus Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Die bei der Kältemittelverdampfung entstehende Kälte wird zur Kühlung des Gases genutzt. Vorteile dieser Technik sind die hohe Leistungsfähigkeit und die daraus resultierende hervorragende Kompensation selbst ungünstiger Betriebsbedingungen.

Beim Peltier-Kühler wird die Kälte rein elektrisch über sogenannte Peltier-Elemente erzeugt. Peltier-Elemente sind elektrothermische Wandler, die bei Stromdurchfluss Temperaturdifferenzen erzeugen. Diese werden zur Kühlung des Gases genutzt. Vorteile sind die extrem kompakte Bauform sowie ein geringes Gewicht, was diese Technologie für mobile Anwendungen besonders interessant macht.

Wärmetauschersysteme

Mit mehr als 35.000 weltweit installierten Anlagen ist die AGT ein führendes Unternehmen für Gasaufbereitungsanlagen, die nach dem Kälteprinzip arbeiten. Insbesondere die Wärmetauschertechnologie gehört zur Kernkompetenz des Unternehmens. Wie eingangs beschrieben ist der Wärmetauscher für mögliche Gasauswaschungen die verantwortliche kritische Komponente und bestimmt maßgeblich die Qualität des Messgases.

MAK10 Messgaskühler verfügen über patentierte Wärmetauscher mit einzigartigen thermodynamischen und physikalischen Eigenschaften. Ihr besonderes Design sowie ihre PTFE Beschichtung bieten gleich drei Vorteile: Die hydrophobe Oberfläche sorgt für schnelle Bildung und Ausfall besonders großer Kondensattropfen mit reduzierter Oberfläche, das Design nutzt konsequent die Schwerkraft und schließt den sich bildenden Kondensatstrom ein, das geringe Volumen sorgt für eine extrem kurze Verweilzeit des Gases im Wärmetauscher. Durch die so optimierten Oberflächen und Reaktionszeiten kann der Kontakt zwischen Messgas und Kondensat und damit die Auswaschung von Gasspuren auf ein Minimum reduziert werden.

Werden wegen hochsensibler Messungen (zum Beispiel in der Prozessanalysentechnik) nahezu keine Auswaschungen akzeptiert, findet ein besonderes Wärmetauscherkonzept Anwendung: Ein Zyklon. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein aus Glas gefertigter nach oben hin zulaufender Kegel. Durch die Bauform dreht sich das einströmende Gas mit hoher Geschwindigkeit wie ein Zyklon Umdrehung für Umdrehung von unten nach oben während das Kondensat durch Zentrifugalkräfte an den gekühlten Außenflächen nahezu kontaktlos abgeschieden und nach unten abgeleitet wird.

Die Produktphilosophie: Install and Forget

Was eint all diese Produkte und bietet einen nachhaltigen Mehrwert für den Betreiber? Die gesamte Produktpallette zielt wesentlich auf ein Ziel ab: Eine Reduzierung des Aufwands für den Betrieb der Messungen. Sie trifft damit eine Kernforderung der Anwender und Betreiber. Die oftmals gesetzlich vorgegebenen Emissionsmessungen stellen für viele Unternehmen in der Regel einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die sogenannten Total Cost of Ownership (TCO) über einen wartungsarmen Betrieb optimieren zu können, ist daher die Maxime des AGT / PSG Produktportfolios. Angefangen bei der größten Filteroberfläche im Markt für die PSG Basic Sonden über die Raychem Heizkabel in PSG Messgas- und Analysenleitungen mit bis zu 10 Jahren Gewährleistung über hoch-korrosionsfeste und  selbstreinigende Wärmetauscher bei AGT MAK10 Kühlern fokussiert alles auf einen wartungsarmen Betrieb und extrem hohe Verfügbarkeit – und das freut nicht nur den Betreiber, sondern auch unsere Umwelt!