Überwachung von Abluft an der unteren Explosionsgrenze
Zur sicherheitsgerichteten Überwachung schwach beladener Abluftströme auf die untere Explosionsgrenze (UEG) kommen u. a. sowohl Flammenionisationsdetektoren (FID) als auch Flammentemperaturdetektoren (FTD) zum Einsatz. Da beide Messprinzipien nicht selektiv sind, stellt sich die Frage, ob der FTD, der gemäß der Fachliteratur direkt proportional zur UEG der jeweiligen Substanz anzeigt [1], die bessere Wahl für diese Messaufgabe ist.
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Zum Vergleich der beiden Messprinzipien sollen ihre Empfindlichkeiten für ein bestimmtes Kollektiv an Substanzen herangezogen werden. Jedoch unterscheiden sich die Responsefaktoren der beiden Messprinzipien.
Der Responsefaktor des FID berechnet sich nach der Gleichung:
wobei RFI der Responsefaktor des FID ist, A die Anzeige in Vol.-%, c die Konzentration in Vol.-%, nC_P die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Molekül des Prüfgases und nC_K die Anzahl Kohlenstoffatome pro Molekül der Komponente.
Der Responsefaktor des FTD berechnet sich nach der Formel:
wobei RFT der Responsefaktor des FTD ist, A die Anzeige in % UEG und c die Konzentration in % UEG.
Wie aus den Gleichungen ersichtlich, hängt der Responsefaktor des FID von der Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül ab; die UEG hat keinen Einfluss. Um die Responsefaktoren beider Messprinzipien vergleichbar zu machen, wurde eine weitere Größe, die relative Response (rR), definiert. Für den FTD ist sie gleich dem RF. Für den FID berechnet sie sich wie folgt:
wobei rRI die relative Response des FID ist, cUEG_K die UEG der Komponente in Vol.-%, cUEG_Pdie UEG des Prüfgases in Vol.-%, nC_K die Anzahl Kohlenstoffatome pro Molekül der Komponente, nC_Pdie Anzahl Kohlenstoffatome pro Molekül des Prüfgases und RFI der FID-Responsefaktor der Komponente.
Die relativen Responses der beiden Messprinzipien sind in Bild 1 beispielhaft anhand eines FID und eines FTD gleichen Herstellers dargestellt.
Bild 1 Relative Responses der getesteten FID und FTD im Vergleich.
Foto: BASF SE
Die Kalibrierung erfolgte jeweils mit der Bezugskomponente Propan.
Es wird deutlich, dass sich so keine eindeutige Aussage darüber treffen lässt, welches Messprinzip zur frühzeitigen Detektion von Konzentrationen im Bereich der UEG besser geeignet ist. Aus diesem Grunde wurden die relativen Responses in Klassen eingeteilt und Histogramme erstellt (Bild 2 a und b).
Bild 2 a und b Histogramme der relativen Responses von Flammenionisations- und Flammentemperaturdetektor.
Foto: BASF SE
Dabei zeigt sich, dass die relativen Responses des FTD bei gleicher Position des Maximums weniger stark streuen als die des FID. Dies gilt allerdings nur für das hier getestete Kollektiv von 40 Substanzen. Sollten mehr, weniger oder andere Subtanzen im jeweiligen Abluftstrom vorkommen, so muss diese Betrachtung anhand von Responsefaktoren bzw. relativen Responses erneut angestellt werden. Ebenso ist zu beachten, dass die Responsefaktoren bzw. relativen Responses für das jeweilige Analysatormodell spezifisch sind und somit nicht auf Geräte anderer Hersteller übertragen werden können. TS 2204
Literatur
[1] Jessel, W.: Gase – Dämpfe – Gasmesstechnik. Handbuch für die Anwendung und Auslegung sicherheitsgerichteter Gaswarnanlagen. Lübeck: Dräger Safety AG 2001.
Markus Limmer, Prozessanalysentechnik, BASF SE, Ludwigshafen.
