Mit Messungen zu mehr Qualität

Biomassevergasung kostengünstig überwachen

Seit In-Kraft-Treten der Biomasse-Verordnung vom Juni 2001 ist ein Bauboom von Biomassekraftwerken im Gang. Das neue Interesse an Biomasse als Festbrennstoff hat nicht nur die Restholzbestände leergefegt, sondern macht auch die thermische Vergasung aktueller denn je - ein Prozess, der durch die richtige Messtechnik einfach zu überwachen und zu optimieren ist.

22. Juli 2003

Biomassevergasung hat viele Produktfacetten: Aktivkohle, Brennstoff, Strom, Wärme, Teeröl, Essigsäure, Kohlenstoff und Synthesegas. Das Brenngas kann heute zum Beispiel für den Antrieb von Gasmotoren, Heißgasturbinen und Stirlingmotoren dienen - und morgen vielleicht für Brennstoffzellen.

Die Entwicklung entsprechender Anlagen ist in vollem Gange. Neben Festbettvergasung stehen Wirbelschicht- und Flugstromvergasung zur Verfügung. Wer Gas erzeugt, muss wissen, wie viel davon durch die Leitungen fließt um eine Verrechnungsgrundlage zu haben und den Prozess überwachen und optimieren zu können. Zudem spüren geeignete Geräte Leckagen auf. Doch die Messeinrichtungen müssen Schmutz und sauren Komponenten trotzen können.

Gasmengenüberwachung ohne Wartungsärger

Für Gasdurchflussmessungen sind teilweise Systeme mit bewegten und damit verschleißenden Teilen im Einsatz. Blendenmessgeräte belegen bei Biogasanwendungen und werden im Verlauf des Betriebs zwangsläufig ungenau. Wartungs- und Instandhaltungsaufwendungen sind die Folge.

Die Installation eines Ultraschall-Gasdurchflussmessgeräts kann diese Messaufgabe wirtschaftlicher gestalten: Etwa das XGM868 der GE Panametrics, Hofheim, arbeitet in Ex-Ausführung nach EEx d IICT6. Die Ultraschallmessköpfe sind mit gasdichten Halterungen an gegenüberliegenden Seiten der Messstrecke befestigt. Die Titanmessköpfe (optional aus Hastelloy oder Monel) schließen Korrosion aus und ermöglichen störungsfreie Langzeitmessungen. Sollte dennoch einen Demontage notwendig sein, lassen sich die Ultraschallsensoren mühelos abnehmen. Die Messköpfe sind wartungsfrei und gegenüber Schmutz unempfindlich. Die Sensorik kann bei Gastemperaturen zwischen -50 °C und 150 °C, optional auch bei Temperaturen bis zu 260 °C und bei Drücken bis 100 bar (mehr auf Anfrage) eingesetzt werden. Teuere Bypass-Systeme sind damit überflüssig. Als zweikanaliges Gerät kann das XGM868 eine Leitung auch auf Leckagen überwachen.

Gas ohne Risiko von außen messen

Noch bequemer lässt sich diese Messaufgabe ohne Leitungseingriff, erledigen: mit dem Clamp-On-Verfahren. Ein Anlagenstillstand bei der Installation gehört damit ebenso der Vergangenheit an wie Wartungsaufwand oder Leckagerisiken beim Einbau und Betrieb. Installationskosten spielen vergleichsweise keine Rolle mehr.

Der an Rohrdurchmessern von 75 mm bis 1 m stationär einzusetzende digitale Ultraschall-Durchflussmesser GC868 misst bei hohen und niedrigen Drücken an Rohrleitungen aus nahezu allen Materialien. Die Genauigkeit beträgt ±2 % der Anzeige bei einer Wiederholgenauigkeit von ±0,5 % . Diese hohe Genauigkeit wurde letztlich durch das patentierte Korrelations-Laufzeitverfahren ermöglicht. Die Messstelle darf einen Oberflächentemperatur zwischen -40 und +150 °C haben.

Für die Praxis ist es wichtig, auch bei geringem Druck noch genau messen zu können. So genügen den Messsystemen 6 bar Druck in Metallleitungen von 3& uot; bis 8& uot; Durchmesser und bei Leitungen größer 10& uot; reichen 12 bar aus. Bei Kunststoffrohren genügt unabhängig vom Leitungsdurchmesser der Umgebungsdruck (1 bar), bezogen auf das Modell GC868.

Mit den Clamp-On-Geräten sind Stilllegen, Inertisieren, Aufschneiden von Rohrleitungen und das Montieren oder Schweißen von Messstutzen überflüssig. Die Geräte werden komplett mit den passenden Ultraschallmessköpfen geliefert, inklusive der Montagevorrichtung für die Messköpfe und einem Vorverstärker. Der stationäre Clamp-On-Gas-Durchflussmesser ist ein- und zweikanalig lieferbar.

Bei den in Biogasanlagen meist niedrigen Gasdrücken ist die hier realisierte druckverlustfreie Messung von besonderer Bedeutung: Sie hilft, Verdichterleistung einzusparen. Die Geräte messen bis hinunter zum Durchflussstillstand und informieren über die Durchflussrichtung.

Methangasanteile exakt und preiswert messen

In Deponiebetrieben ist die Methangasmenge wesentlicher Indikator der Anlagenperformance. Der thermische Leitfähigkeitstransmitter für binäre Gase mit der Bezeichnung XMTC misst bei geringem Aufwand bei der Messgaszuführung beispielsweise Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan oder auch Helium in Biogasanlagen und Reaktoren. Der Transmitter ermöglicht die Messung quasi binärer Gase bei stabilem Trägergas ebenso wie die Analyse von Gasgemischen, deren thermische Leitfähigkeit stark von dem der Trägergase abweicht.

Das XMTC wird im wettergeschützten Gehäuse oder Ex-geschützt nach EEx d IIC T6 Zone 1 geliefert und ist direkt am Messpunkt zu installieren. Schnelles Ansprechen bei Gaskonzentrationsänderungen sind durch kurze Messgaswege gewährleistet. 90 % einer Änderung werden binnen nur 20 s dargestellt. Der Transmitter besitzt laut GE Panametrics die höchste Kalibrierstabilität aller derzeit auf dem Markt erhältlichen Wärmeleitfähigkeitsanalysatoren. Stabile Thermistoren und eine temperierte Messkammer gewährleisten auch bei wechselnden Umgebungstemperaturen eine hohe Nullpunkts- und Bereichsstabilität.

Das Fehlen beweglicher Teile soll beim XMTC für eine hohe Zuverlässigkeit bis hin zur Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen sorgen. Standardmäßig stehen neun Messbereiche entsprechend der geplanten Anwendung zur Wahl. Für besondere Messaufgaben sind Sondermessbereiche zu verwirklichen.

Sauerstoffüberwachung

Luft kann am ehesten im Bereich der Ventile und des Kompressors in Biogasleitungen eindringen. Zwei Sauerstofftransmitter vom Typ XMO2 - vor und nach dem Kompressor oder den Ventilen installiert - überwachen die Gasleitung auf den gegebenen Sauerstoffgehalt. Beim Überschreiten eines definierten Sauerstoffanteils im Gasgemisch geben die Transmitter Alarm und sicherheitsrelevante Ventile werden zugefahren.

Andere Messverfahren als das hier vorgestellte scheiterten entweder an der hohen Säurekonzentration oder an den brennbaren Gasbestandteilen, zumindest aber waren hohe Wartungs- und Instandhaltungskosten gegeben. Die druckfeste Kapselung der Messzelle des XMO2 und Flammrückschlagsperren lassen den Einsatz des Transmitters sogar im Ex-Bereich Zone 1 zu.

Sichere Kontrolle von GärprozessenGeräteaufbau, Stoßfestigkeit, Selbstüberwachung und die optionale automatische Kalibrierung sollen den thermoparamagnetischen Sauerstoffsensor des XMO2 zum idealen Analysator für die Biogasüberwachung sowie für die Kontrolle von Gärprozessen machen. Er eignet sich außerdem für die Sicherheitsinertisierung. Die Messgenauigkeit beträgt ±1 % vom gesamten Messbereich oder ±0,2 % im Messbereich von 90 bis 100 %.

Neben der Ex-Überwachung gibt es einen zweiten wichtigen Grund für die Sauerstoffanalyse im Deponiebereich: Der Eintrag von Luftsauerstoff in den Deponiekörper führt zu Störungen in der Deponiegasentstehung, die sich häufig über Jahre hinweg negativ auf die Entgasung auswirken. Daher ist die Ultraschallmessung für die Biogaserzeugung und -verwendung ein wirtschaftliches zum Überwachen und Steuern von Prozessen. Sie dient auch zur Sicherheitskontrolle im Sinne der Leckagenwarnung.

Erschienen in Ausgabe: 04/2003