Gasüberwachung : Ein Blick auf die CO-Hoch- und H2-Sensoren für den Ventis Pro5

Das Ventis Pro5 wurde kürzlich um zwei neue elektrochemische Sensoren erweitert - den Wasserstoffsensor (H2) und den Kohlenmonoxid-Sensor mit hohem Messbereich (CO High).

Um die Aufregung besser zu verstehen, könnte ein kleiner Auffrischungskurs über elektrochemische Sensorik hilfreich sein:

Elektrochemische Sensoren

Elektrochemische Sensoren bestehen im Wesentlichen aus einer speziellen Elektrode in einer Lösung, in der das Zielgas reagiert und einen Elektronenstrom erzeugt. Dieser Elektronenfluss erzeugt einen Strom, der gemessen werden kann, und die Stärke dieses Stroms zeigt an, wie viel von dem Gas vorhanden ist.

Entgegen der landläufigen Meinung haben diese Sensoren kein festes Verfallsdatum. Ihre Lebensdauer hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem vom Zielgas. So hängt die Lebensdauer eines CO-Sensors vor allem davon ab, mit wie viel Gas er reagiert und wie häufig. Ein CO-Sensor, der häufig außerhalb seines Messbereichs arbeitet, wird seine Kalibrierung viel schneller verlieren als ein CO-Sensor, der nur gelegentlich mit Gas in geringen Konzentrationen in Berührung kommt.

CO-Hochsensoren in Aktion

Bisher bot der Ventis Pro5 verschiedene Optionen für die CO-Detektion, die bis zu 2000 ppm messen konnten. Es gibt jedoch Industrien, in denen extrem hohe CO-Mengen weit über diesem Bereich entstehen können. Dazu gehören die Stahlherstellung, insbesondere in Hochöfen, die Erdölraffination während des katalytischen Crackens und Reformierens und die chemische Produktion von Stoffen wie Methanol und Formaldehyd, Koksöfen bei der Herstellung von Koks aus Kohle, Zellstoff- und Papierfabriken mit Schwarzlaugenrückgewinnungskesseln und verbrennungsbasierte Kraftwerke, die Kohle oder Biomassebrennstoffe verwenden.

Mit der Einführung des CO-High-Sensors kann der Ventis Pro5 nun CO bis zu einer Konzentration von 9.999 ppm erkennen und schützt so den Sensor vor vorzeitigem Ausbrennen.

Bekämpfung von Kreuzinterferenzen

Bei der elektrochemischen Technologie ist jeder Sensor darauf ausgelegt, auf ein bestimmtes Gas zu reagieren. Es kann jedoch vorkommen, dass andere Gase eine Reaktion mit der Sensorelektrode auslösen und einen Messwert auf dem Sensor hervorrufen. Dies wird als „Kreuzinterferenz“ bezeichnet.

Bei normalen CO-Sensoren kann es zu einer Kreuzinterferenz mit H2 kommen, die einen Messwert auf dem CO-Monitor auslösen kann, der 22 % der H2-Konzentration entspricht. Aus diesem Grund bietet Industrial Scientific einen CO-Sensor mit geringer H2-Interferenz (CO/H2 low) an, der von 0 bis 1000 ppm reicht. Allerdings zeigt dieser Sensor immer noch einen CO-Messwert an, der 3 % der H2-Konzentration entspricht. Wenn H2 in geringen Mengen vorhanden ist, ist diese Querempfindlichkeit vernachlässigbar; wenn jedoch in der Industrie große Mengen H2 produziert werden, kann der CO-Sensor aufgrund der höheren H2-Konzentration einen Fehlalarm auslösen.

H2-Sensoren in Aktion

Aufgrund der möglichen gegenseitigen Beeinflussung in Anwendungen, bei denen das Risiko besteht, dass sowohl CO als auch H2 vorhanden sind, sollte der Ventis Pro5 mit einem CO/H2-Niedrigsensor sowie einem H2-Sensor konfiguriert werden, um zu erkennen, ob die CO-Messwerte richtig oder falsch sind.

Zu den Industrien, in denen sowohl CO als auch H2 vorkommen, gehören die Erdölraffination, wo Prozesse wie Hydrocracking und Entschwefelung Wasserstoff verwenden und CO als Nebenprodukt erzeugen; die chemische Produktion, insbesondere bei der Methanol- und Ammoniakherstellung; die Stahlherstellung, wo traditionelle Hochöfen CO erzeugen und neuere, umweltfreundlichere Methoden zunehmend H2 verwenden; Koksöfen, die sowohl CO als auch H2 erzeugen; und die Produktion von Synthesegas (Syngas), das eine Mischung aus CO und H2 ist und bei der Herstellung einer Vielzahl von Chemikalien und Kraftstoffen verwendet wird.

Weitere Industriezweige, die von einem H2-Sensor profitieren können, sind Elektrolyseanlagen, in denen Wasser durch Elektrolyse in H2 und O2 aufgespalten wird, erneuerbare Energien und moderne Kernkraftwerke, in denen H2 durch Hochtemperatur-Elektrolyse in thermochemischen Prozessen erzeugt werden kann.

Darüber hinaus misst ein elektrochemischer H2-Sensor das Gas in ppm, bis zu 2.000ppm. Dies ermöglicht den Nachweis von H2 in geringen Konzentrationen, die weit unter der unteren Explosionsgrenze (UEG) von 4 % Vol. oder 40.000 ppm liegen.

Für Anwendungen, bei denen H2 bis zu seiner UEG nachgewiesen werden muss, ist ein katalytischer Diffusionssensor die perfekte Lösung. Beim Ventis Pro5 ermöglicht die Kopplung eines H2-Sensors mit der UEG dem Überwachungsgerät nicht nur, das Vorhandensein von H2 in kleinen Mengen zu erkennen, sondern auch den Benutzer zu benachrichtigen, wenn die H2-Konzentration ein so hohes Niveau erreicht hat, dass die Umgebung durch Verbrennung gefährdet ist.