Stickstoff ist eines der am häufigsten verwendeten Gase in der Industrie. Mit Hilfe von (Vakuum-)Druckwechselabsorptions- oder Membrangeneratoren lassen sich leicht große Mengen an N2 aus Luft erzeugen.
Da Stickstoff ein inertes Gas ist, wird er oft verwendet, um hochreaktive Chemikalien vor dem Kontakt mit Luft oder Sauerstoff zu schützen. Dies dient zwei Zwecken: der Produktqualität und der Sicherheit.
Das Inertgas verhindert unerwünschte Oxidation im Prozess, was für die Produktqualität unerlässlich ist. Das Fluten von Bereichen mit Stickstoff dient der Sicherheit, indem das "Feuerdreieck" durchbrochen wird. Die Erhöhung von N2 reduziert die Menge an verfügbarem Sauerstoff - im Wesentlichen wird eine der Seiten des Dreiecks entfernt.
Ein Beispiel hierfür ist die Vorbereitung eines Reaktorbehälters für eine routinemäßige Wartung. Das Gefäß wird von den hochreaktiven Chemikalien entleert, wobei neben Luft auch einige Rückstände zurückbleiben. Anschließend wird er mit Stickstoff geflutet, bis zu dem Punkt, an dem nicht mehr genügend Sauerstoff für ein Feuer vorhanden ist, was als Sauerstoffgrenzkonzentration (LOC) bezeichnet wird.
Die LOC variiert je nach Gas, Dampf, Pulver oder Kohlenwasserstoffflüssigkeit oder Chemikalien. Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für die Sauerstoffgrenzkonzentration mit Stickstoff für brennbare Gase.
Gas oder Dampf | LOC in N2 oder Luft |
---|---|
Wasserstoff | 5% |
Methan | 12% |
Ethan | 11% |
Propan | 11,5% |
m-Butan | 12% |
Isobutan | 12% |
Der Hauptvorteil bei der Verwendung von Stickstoff als Inertgas für gefährliche Prozesse ist, dass Betreiber ihn einfach und relativ kostengünstig vor Ort erzeugen können. Membran- oder (V)PSA-Stickstoffgeneratoren erzeugen gasförmigen Stickstoff aus Druckluft. Es handelt sich dabei um kompakte, auf Skids montierte Anlagen, die in einem ISO-Container geliefert und einfach in der Nähe des Einsatzortes installiert werden können. Dadurch entfallen die Kosten für den Transport des Gases. Bei Offshore-Installationen sind die Kosten und die Komplexität, Flaschen an Bord zu bringen, groß.
In den meisten Fällen wird der Stickstoffgenerator in einem sicheren Bereich aufgestellt, und der erzeugte Stickstoff wird über Rohrleitungen zum Prozess im Gefahrenbereich geleitet. Typische Standorte für Stickstoffgeneratoren sind:
Es gibt zwei kritische Messungen, die für die Sicherstellung der Qualität von Stickstoff, der für die Verwendung vor Ort produziert wird, erforderlich sind: Spuren von Sauerstoff und, häufig, Feuchtigkeit. Das folgende Diagramm zeigt die wichtigsten Messpunkte für einen typischen Stickstoffgenerator:
Sauerstoff: Ein (V)PSA-Stickstoffgenerator produziert N2 mit einer Reinheit von 97...99%, was bedeutet, dass 1...3% O2 vorhanden sind, was für die meisten Blanketing-Anwendungen ausreichend ist. Die Messung des Sauerstoffs am Ort der Produktion ist wichtig, um die Gasreinheit zu bestätigen und sicherzustellen, dass der Gehalt an O2, der direkt in den gefährlichen Prozess geleitet wird, weit unter dem LOC liegt. Der Analysator wird in der Regel innerhalb des sicheren Bereichs platziert.
Spurenfeuchte: Viele Anwendungen benötigen trockene Gase, um unerwünschte Reaktionen mit Chemikalien zu vermeiden. Falls installiert, werden Spurenfeuchte-Transmitter am Luftausgang des Kompressors platziert, um sicherzustellen, dass die Luft ausreichend getrocknet ist, bevor sie in den PSA-Stickstoffgenerator eingespeist wird. Die Überwachung von Drucklufttrocknern auf diese Weise hilft auch, die Ausgaben für die Trocknung zu reduzieren und zu kontrollieren. Auch dieser wird in der Regel innerhalb des sicheren Bereichs platziert.
Sauerstoff: Dieser wird überwacht, um sicherzustellen, dass der LOC erreicht und eingehalten wird. Da sich die Messstelle direkt im Gefahrenbereich befindet, sorgt ein Analysator oder Sensor mit einer Messstelle im Prozess dafür, dass die LOC (Grenzsauerstoffkonzentration) erreicht wird.
PSA- oder Membran-Stickstoff-Generatoren sind auf großen Skids aufgebaut, um den Transport und die Installation an entlegenen Orten zu erleichtern. Ein Analysator wie der Michell Instruments XTP601-EX1 Process Oxygen Analyzer ist eine gute Wahl: Er ist vollständig für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassen und verfügt über eine Touchscreen-Benutzeroberfläche "durch das Glas", die keine Genehmigung für heiße Arbeiten erfordert. Besonders wichtig für abgelegene Standorte ist, dass er nur minimale Wartung benötigt. Sein thermo-paramagnetischer Sensor ist nicht verbrauchend und es gibt keine beweglichen Teile, die gewartet werden müssen.
Es kann zur Überwachung von O2-Spuren an der Generatormessstelle oder innerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs zur Überwachung der N2-Qualität am Einsatzort installiert werden.
Der Thermoparamagnetis-Sensor hat keine Verschleißteile und bietet Kalibrierintervalle von bis zu 6 Monaten, was ihn ideal für abgelegene Standorte macht. Der Analysator bietet eine lineare und stabile Messung von Luftsauerstoff bis zu 100 ppm O2.
Der Ntron Minox-i Sauerstofftransmitter nutzt die elektrochemische Sensortechnologie und verwendet einen Festkörpersensor, der 0...25 %O2 misst und eine lange Lebensdauer von über fünf Jahren hat. Das reduziert nicht nur den Wartungsaufwand, sondern auch die Betriebskosten. Der Transmitter ist klein und lässt sich leicht am Einsatzort installieren, um das reine N2 zu überwachen.
Es handelt sich um einen Analysator und eine galvanische Trennbarriere in einem Gerät. Die Steuereinheit befindet sich im sicheren Bereich, und der Sensor wird am Einsatzort installiert, um Spuren von O2 im N2 zu überwachen, um die Reinheit zu bestätigen oder sicherzustellen, dass das LOC-Gleichgewicht für die Prozesssicherheit eingehalten wird. Er enthält drei konfigurierbare Alarmausgänge.
Diese einfach zu bedienenden tragbaren Sauerstoffanalysatoren können in sicheren oder gefährlichen Bereichen eingesetzt werden, um zuverlässige Stichprobenkontrollen des Sauerstoffgehalts im Spurenbereich durchzuführen und die Stickstoffreinheit am Ort der Produktion zu bestätigen.
In explosionsgefährdeten Bereichen befinden sich die Generatoren in einem geschlossenen, sicheren Bereich, und wenn es zu einem Gasleck kommt, würde der N2-Gehalt in diesem Bereich ansteigen und schließlich nicht mehr genügend Sauerstoff vorhanden sein, wodurch das Personal durch Hypoxie gefährdet wäre. Die Installation von Umgebungssauerstoff-Analysatoren - wie dem Ntron Oxy-Tx oder Dynament FGD10 - Festes Gaswarngerät, stellt sicher dass Alarme ausgelöst werden, um das Personal auf die Gefahr aufmerksam zu machen.
Im explosionsgefährdeten oder sicheren Bereich bestätigt ein Taupunkt-Transmitter wie der Michell Easidew PRO I.S. oder Easidew PRO XP die Trockenheit der aus dem Kompressor austretenden Luft bzw. den Feuchtegehalt des N2 am Einsatzort.
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