DE102021119834A1 - Device for measuring the methane content of a gas - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Methangehalts eines Gases, vorzugsweise in einer Biogasanlage, mit einer ersten Gaszuführung, die Gas aus einer ersten Quelle erhält, einer zweiten Gaszuführung, die Gas aus einer zweiten Quelle erhält, einem ersten steuerbaren Ventil, das mit der ersten oder der zweiten Gaszuführung verbunden ist, einer Pumpe, die mit dem ersten Ventil verbunden ist, einer Küvette, deren eines Ende mit der Pumpe verbunden ist, wobei die Länge der Küvete zwischen 150mm und 800mm beträgt, einem zweiten steuerbaren Ventil, das mit der Küvette verbunden ist, und ausgelegt ist, das Gas in der Küvette zu halten oder aus der Küvette ausströmen zu lassen, einer IR-Strahlungsquelle, die angeordnet ist, um IR-Strahlung durch die Küvette zu senden, wobei die IR-Strahlungsquelle als idealer Schwarzstrahler ausgebildet ist, einer Filtereinrichtung, die angeordnet ist, um die durch die Küvette hindurchgelaufene Strahlung zu filtern; einem IR-Detektor, der angeordnet ist, um die durch die Filtereinrichtung gefilterte Strahlung zu detektieren und ein Messsignal zu erzeugen; und einer Auswerteeinrichtung, die mit dem IR-Detektor verbunden ist und ausgelegt ist, die vom IR-Detektor erzeugten Messsignale auszuwerten und daraus den Methangehalt des zugeführten Gases aus der ersten Quelle relativ zu dem Methangehalt des Gases aus der zweiten Quelle zu ermitteln.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen des Methangehalts in einem Gas und eine Biogasanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a device for measuring the methane content of a gas, preferably in a biogas plant, with a first gas supply that receives gas from a first source, a second gas supply that receives gas from a second source, a first controllable valve that is connected to the first or the second gas supply, a pump, which is connected to the first valve, a cuvette, one end of which is connected to the pump, the length of the cuvette being between 150mm and 800mm, a second controllable valve, which is connected to the cuvette, and adapted to maintain the gas in the cuvette or to vent the gas out of the cuvette, an IR radiation source arranged to transmit IR radiation through the cuvette, the IR radiation source being an ideal black body is formed, a filter means, which is arranged to filter the radiation passed through the cuvette; an IR detector arranged to detect the radiation filtered by the filter device and to generate a measurement signal; and an evaluation device that is connected to the IR detector and is designed to evaluate the measurement signals generated by the IR detector and to determine the methane content of the supplied gas from the first source relative to the methane content of the gas from the second source the invention a method for measuring the methane content in a gas and a biogas plant with a device according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Methangehalts eines Gases, vorzugsweise innerhalb eines Membranzwischenraums zwischen einer inneren Membran und einer äußeren Membran eines Membransystems, vorzugsweise in einer Biogasanlage. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen des Gehalts von Methan in einem Gas, vorzugsweise in einem Membranzwischenraum zwischen einer inneren Membran und einer äußeren Membran eines Membransystems, vorzugsweise einer Biogasanlage, und eine Anlage, vorzugsweise Biogasanlage, mit einem Membransystem, das eine innere Membran und eine äußere Membran aufweist, und einer Vorrichtung zum Messen des Methangehalts eines Gases im Membranzwischenraum des Membransystems.The present invention relates to a device for measuring the methane content of a gas, preferably within a membrane gap between an inner membrane and an outer membrane of a membrane system, preferably in a biogas plant. The invention also relates to a method for measuring the methane content in a gas, preferably in a membrane space between an inner membrane and an outer membrane of a membrane system, preferably a biogas plant, and a plant, preferably a biogas plant, with a membrane system that has an inner membrane and an outer membrane, and a device for measuring the methane content of a gas in the membrane space of the membrane system.
Vorrichtungen zum Messen des Methangehalts eines Gases sind allgemein bekannt. Sie werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt und umfassen üblicherweise einen sogenannten nicht-dispersiven Infrarotsensor, der auch als NDIR-Sensor bezeichnet wird. Die wichtigsten Bestandteile eines solchen Sensors zur Gasanalyse sind eine Quelle für Infrarotstrahlung, eine durchstrahlte Röhre bzw. Küvette mit dem zu analysierenden Gas, ein Wellenlängenfilter und ein Infrarot-Detektor. Das zu untersuchende Gas wird entweder in die Probenkammer gepumpt oder die fundiert in diese Kammer. Die Konzentration des gesuchten Gases wird elektro-optisch über das Ausmaß der Absorption einer spezifischen Wellenlänge im Infrarotspektrum gemessen. Das Licht der InfrarotQuelle (IR = Infrarot) durchstrahlt dabei das Gas in der Probenkammer sowie das Filter und trifft dann auf den IR-Sensor. Das Filter hat die Aufgabe, aus dem Spektrum der Lichtquelle nur ein sehr schmales Spektrum durchzulassen, dessen Frequenzbereich so gewählt wird, dass es von den Molekülen des untersuchten Gases effektiv absorbiert wird. Idealerweise sollten die anderen im Gasgemisch der Probe enthaltenen Gase Licht dieser Wellenlänge nicht absorbieren. Die verwendeten IR-Signale werden vielfach moduliert oder gepulst, um bspw. thermische Phänomene kompensieren zu können.Devices for measuring the methane content of a gas are well known. They are used in a wide variety of areas and usually include a so-called non-dispersive infrared sensor, which is also referred to as an NDIR sensor. The most important components of such a sensor for gas analysis are a source of infrared radiation, a tube or cuvette through which the gas to be analyzed is passed, a wavelength filter and an infrared detector. The gas to be examined is either pumped into the sample chamber or deep into this chamber. The concentration of the gas sought is measured electro-optically via the extent of absorption of a specific wavelength in the infrared spectrum. The light from the infrared source (IR = infrared) shines through the gas in the sample chamber and the filter and then hits the IR sensor. The filter has the task of letting through only a very narrow spectrum from the spectrum of the light source, the frequency range of which is selected in such a way that it is effectively absorbed by the molecules of the gas being examined. Ideally, the other gases contained in the gas mixture of the sample should not absorb light of this wavelength. The IR signals used are often modulated or pulsed in order to be able to compensate for thermal phenomena, for example.
Wie bereits erwähnt werden solche Sensoren zur Gasanalyse in unterschiedlichen technischen Anwendungsbereichen eingesetzt. In sogenannten Biogasanlagen, oder allgemein in Anlagen mit einem Membransystem bestehend aus einer inneren Membran und einer äußeren Membran, werden Sensoren eingesetzt, um Alarm zu geben, wenn das beim anaeroben Abbau entstehende Methan ungewollt in die Umgebung, d.h. unsbesondere in einem Membranzwischenraum zwischen innerer Membran und äußerer Membran, gelangt. Mittlerweile sind die staatlichen Vorgaben bei der Erfassung von Methan so streng, dass bestehende Systeme kaum in der Lage sind, Methanwerte von 100 ppm und darunter zu messen.As already mentioned, such sensors are used for gas analysis in different technical areas of application. In so-called biogas plants, or generally in plants with a membrane system consisting of an inner membrane and an outer membrane, sensors are used to give an alarm if the methane produced during anaerobic degradation is unintentionally released into the environment, i.e. in particular in a membrane gap between the inner membrane and outer membrane. In the meantime, the government regulations for measuring methane are so strict that existing systems are hardly able to measure methane values of 100 ppm and below.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Messen des Methangehalts eines Gases bereitzustellen, die insbesondere im Bereich von Biogasanlagen in der Lage ist, Werte von 100 ppm Methan oder weniger innerhalb eines Membranzwischenraums eines Membransystems zuverlässig zu erfassen.The object of the present invention is therefore to provide a device for measuring the methane content of a gas which, particularly in the field of biogas plants, is capable of reliably detecting values of 100 ppm methane or less within a membrane gap of a membrane system.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung zum Messen des Methangehalts eines Gases, vorzugsweise in einer Biogasanlage, gelöst, die folgende Merkmale aufweist:
- eine erste Gaszuführung, die Gas aus einer ersten Quelle erhält,
- eine zweite Gaszuführung, die Gas aus einer zweiten Quelle erhält,
- ein erstes steuerbares Ventil, das mit der ersten oder der zweiten Gaszuführung verbunden ist,
- eine Pumpe, die mit dem ersten Ventil verbunden ist,
- eine längliche Küvette, die mit der Pumpe verbunden ist, wobei die Länge der Küvette zwischen 150mm und 800mm beträgt,
- ein zweites steuerbares Ventil, das mit der Küvette verbunden ist, und ausgelegt ist, das Gas in der Küvette zu halten oder aus der Küvette ausströmen zu lassen,
- eine IR-Strahlungsquelle, die angeordnet ist, um IR-Strahlung durch die Küvette zu senden, wobei die IR-Strahlungsquelle als idealer Schwarzstrahler ausgebildet ist,
- eine Filtereinrichtung, die angeordnet ist, um die durch die Küvette hindurchgelaufene Strahlung zu filtern;
- einen IR-Detektor, der angeordnet ist, um die durch die Filtereinrichtung gefilterte Strahlung zu detektieren und ein Messsignal zu erzeugen; und
- eine Auswerteeinrichtung, die mit dem IR-Detektor verbunden ist und ausgelegt ist, die vom IR-Detektor erzeugten Messsignale auszuwerten und daraus den Methangehalt des zugeführten Gases aus der ersten Quelle relativ zu dem Methangehalt des Gases aus der zweiten Quelle zu ermitteln.
- a first gas supply receiving gas from a first source,
- a second gas supply receiving gas from a second source,
- a first controllable valve which is connected to the first or the second gas supply,
- a pump connected to the first valve,
- an elongated cuvette connected to the pump, the length of the cuvette being between 150mm and 800mm,
- a second controllable valve connected to the cuvette and adapted to keep the gas in the cuvette or to let the gas out of the cuvette,
- an IR radiation source arranged to emit IR radiation through the cuvette, the IR radiation source being designed as an ideal blackbody body,
- a filter means arranged to filter the radiation passed through the cuvette;
- an IR detector arranged to detect the radiation filtered by the filter device and to generate a measurement signal; and
- an evaluation device that is connected to the IR detector and is designed to evaluate the measurement signals generated by the IR detector and to determine the methane content of the supplied gas from the first source relative to the methane content of the gas from the second source.
Durch die Verwendung einer im Vergleich zu bisherigen Lösungen relativ langen Küvette und einem idealen Schwarzstrahler als IR-Strahlungsquelle können deutlich verbesserte Messergebnisse erzielt werden. Darüber hinaus können durch äußere Einflüsse verursachte Messfehler gerade bei der Verwendung in Biogasanlagen über die Betrachtung der Differenz zwischen Methangehalt aus der ersten und der zweiten Quelle vermieden werden.Significantly improved measurement results can be achieved by using a cuvette that is relatively long compared to previous solutions and an ideal black radiator as the IR radiation source. In addition, through external Measuring errors caused by influences can be avoided, especially when used in biogas plants, by considering the difference between the methane content from the first and second source.
Die Aufgabe der Erfindung wird damit vollständig gelöst.The object of the invention is thus completely achieved.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung besitzt die Küvette eine Länge von 160 mm. Diese Länge hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.In a preferred development, the cuvette has a length of 160 mm. This length has proven to be particularly advantageous.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Filtereinrichtung mehrere Filter auf, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen hindurchlässt, wobei die Wellenlängenbereiche wie folgt sind: 60nm, 90nm, 120nm und 180nm.In a preferred development, the filter device has a number of filters which allow radiation of different wavelengths to pass through, the wavelength ranges being as follows: 60 nm, 90 nm, 120 nm and 180 nm.
Durch die Verwendung einer Filtereinrichtung mit mehreren Filtern ist es möglich, mehrere Absorptionsspektren zu detektieren, was die Messgenauigkeit verbessert. Beispielsweise kann ein Filter so ausgewählt werden, dass es ein Frequenzband durchlässt, das von keinem Gas absorbiert wird.By using a filter device with multiple filters, it is possible to detect multiple absorption spectra, which improves the measurement accuracy. For example, a filter can be chosen to pass a band of frequencies that are not absorbed by any gas.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird die IR-Strahlungsquelle mit einer Frequenz von 2 Hz gepulst. Weiter bevorzugt wird die Leistung der IR-Strahlungsquelle moduliert, insbesondere werden 5 Leistungsstufen von jeweils 2 Sekunden durchlaufen.In a preferred development, the IR radiation source is pulsed at a frequency of 2 Hz. More preferably, the power of the IR radiation source is modulated, in particular 5 power levels of 2 seconds each are run through.
Diese Maßnahme hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Die Messgenauigkeit kann darüber weiter erhöht werden. So kann durch die Modulierung der Leistungsstufen eine Optimierung der Amplitudenauswertung erreichen. Insbesondere werden durch die Modulation Spitzenwerte unterschiedlicher Höhe erreicht. Damit ist es immer möglich, eine optimierte Auswertung durchzuführen, da man das beste Ergebnis zwischen Methan und einer Referenz zur Auswertung nutzt.This measure has proven to be particularly advantageous. The measurement accuracy can be further increased in this way. The amplitude evaluation can be optimized by modulating the power levels. In particular, the modulation achieves peak values of different heights. This means that it is always possible to carry out an optimized evaluation, since the best result between methane and a reference is used for the evaluation.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist ein weiteres Ventil vorgesehen, das ausgelegt ist, abwechselnd Gas der ersten und der zweiten Quelle an das erste Ventil zu führen. Bevorzugt werden das erste Ventil und das zweite Ventil während eines Messvorgangs geschlossen.In a preferred development, a further valve is provided which is designed to alternately supply gas from the first and the second source to the first valve. The first valve and the second valve are preferably closed during a measurement process.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren zum Messen des Gehalts von Methan in einem Gas gelöst, dass folgende Merkmale aufweist:
- - Zuführen des zu messenden Gases aus einer ersten Quelle in eine Messkammer, vorzugsweise in eine Küvette, die eine Länge von zwischen 150mm und 800mm aufweist;
- - nach einer vorgebebenen Zeitdauer, die ausreicht, dass sich das Gas in der Messkammer beruhigt, Bestrahlen der Messkammer mit einer von einem idealen Schwarzstrahler erzeugten IR-Strahlung, wobei die Leistung der Strahlung moduliert ist;
- - Filtern der durch die Messkammer hindurchgelaufenen Strahlung;
- - Erfassen der gefilterten Strahlung mit einem IR-Detektor;
- - Auswerten der vom IR-Detektor erfassten Strahlung und Speichern des Ergebnisses;
- - Durchführen der vorgenannten Schritte mit einem Gas aus einer zweiten Quelle, und
- - Vergleich der beiden Ergebnisse, um den Methangehalt des Gases aus der ersten Quelle relativ zu dem des Gases aus der zweiten Quelle zu ermitteln.
- - supplying the gas to be measured from a first source into a measuring chamber, preferably into a cuvette, which has a length of between 150mm and 800mm;
- - after a predetermined period of time, which is sufficient for the gas in the measuring chamber to calm down, irradiating the measuring chamber with IR radiation generated by an ideal black radiator, the power of the radiation being modulated;
- - filtering the radiation passed through the measuring chamber;
- - detecting the filtered radiation with an IR detector;
- - Evaluating the radiation detected by the IR detector and storing the result;
- - performing the above steps with a gas from a second source, and
- - Comparison of the two results to determine the methane content of the gas from the first source relative to that of the gas from the second source.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung besitzt die Messkammer eine Länge von 160mm. Weiter bevorzugt wird die IR-Strahlung gepulst, vorzugeben mit einer Frequenz von 2 Hz. Bevorzugt wird die IR-Strahlung über 5 Leistungsstufen von jeweils 2 Sekunden moduliert.In a preferred development, the measuring chamber has a length of 160 mm. More preferably, the IR radiation is pulsed, to be specified at a frequency of 2 Hz. The IR radiation is preferably modulated over 5 power levels of 2 seconds each.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Anlage, insbesondere Biogasanlage gelöst, die die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Methangehalts aufweist. Die Anlage weist dabei einen Substratraum, einen Gasspeicher, der oberhalb des Substratraums liegt und durch eine innere Membran begrenzt ist, und einen Membranzwischenraum auf, der oberhalb der inneren Membran liegt und durch eine äußere Membran, insbesondere eine Wetterschutzmembran nach Außen abgeschlossen ist, wobei der Membranzwischenraum eine Öffnung für Zuluft und eine Öffnung für Abluft aufweist. Der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dabei die Abluft als Gas aus der ersten Quelle und die Zuluft als Gas aus der zweiten Quelle zugeführt.The object on which the invention is based is also achieved by a plant, in particular a biogas plant, which has the device according to the invention for measuring the methane content. The system has a substrate space, a gas reservoir, which is located above the substrate space and is delimited by an inner membrane, and an intermediate membrane space, which is located above the inner membrane and is closed off to the outside by an outer membrane, in particular a weather protection membrane, with the Membrane cavity has an opening for supply air and an opening for exhaust air. The device according to the invention is supplied with the exhaust air as a gas from the first source and the supply air as a gas from the second source.
Der Einsatz der Erfindung gemessen Vorrichtung in einer Biogasanlage hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da durch die Differenzmessung sehr hohe Messgenauigkeiten zuverlässig erzielbar sind, die durch äußere Einflüsse nicht verfälscht werden. Solche äußeren Einflüsse können vielfältiger Natur sein, beispielsweise kann ein an einer Biogasanlage vorbeifahrendes Fahrzeug durch seine Abgase die Zuluft verunreinigen und damit zu einem verfälschten Messwert führen.The use of the measuring device according to the invention in a biogas plant has proven to be particularly advantageous, since very high measuring accuracies can be reliably achieved through the differential measurement, which are not falsified by external influences. Such external influences can be of various kinds, for example a vehicle driving past a biogas plant can contaminate the supply air with its exhaust gases and thus lead to a false measured value.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those to be explained below not only in the combination specified in each case, but also in other combinations NEN or can be used alone without departing from the scope of the present invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Biogasanlage; -
2 eine schematische Blockschaltdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Methangehalts; und -
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Messverfahrens.
-
1 a schematic representation of a biogas plant; -
2 a schematic block diagram of a device according to the invention for measuring the methane content; and -
3 a flow chart to explain the measurement method.
In
Die Biogasanlage 10 umfasst einen Reaktor 12, der mit einem Substrat 14 (Biomasse) gefüllt wird. Ferner weist die Biogasanlage ein Membransystem auf, das zumindest eine innere Membran 18 und eine äußere Membran 22 besitzt. Der Reaktor 12 ist nach oben hin durch die innere Membran 18, die nachfolgend auch als Gasmembran 18 bezeichnet wird, abgeschlossen, wobei das Biogas zwischen dem Substrat und der Gasmembran 18 in einem Gasspeicher 16 aufgefangen wird.The
Der Reaktor 12 ist durch die äußere Membran 22, die nachfolgend auch als Wetterschutzmembran 22 bezeichnet wird, gegenüber Umwelteinflüssen geschützt, wobei zwischen der Wetterschutzmembran 22 und der Gasmembran 18 ein Membranzwischenraum 20 gebildet wird.The
Die Wetterschutzmembran 22 wird durch sogenannte Stützluft gehalten, die über eine Zuluft-Öffnung 24 in den Membranzwischenraum 20 einströmt und über eine Abluft-Öffnung 26 ausströmt. Die Stützluft wird von einem Stützluftgebläse bzw. Verdichter 32 bereitgestellt und über eine Rohrleitung 34 zur Zuluft-Öffnung 24 geführt. Die Zuluft-Öffnung 24 liegt üblicherweise auf der gegenüberliegenden Seite der Abluft-Öffnung 26. Der von der Stützluft ausgeübte Druck auf die Wetterschutzmembran 22 ist so ausgelegt, dass sie gegenüber unterschiedlichen Belastungszuständen, die bspw. durch Windlast oder Schneelast verursacht werden, sicher abgestützt wird.The weather protection membrane 22 is held in place by what is known as supporting air, which flows into the
Das produzierte Biogas, das im wesentlichen Methan und Kohlendioxid aufweist, kann über eine Biogas-Auslassöffnung 30 aus dem Gasspeicher 16 für die Weiterverarbeitung ausgeleitet werden.The biogas produced, which essentially contains methane and carbon dioxide, can be discharged from the
Um Undichtigkeiten in der Gasmembran 18 zu erkennen, wird üblicherweise die aus der Abluft-Öffnung 26 abgeführte Stützluft auf ihren Methananteil geprüft. Mittlerweile sind die gesetzlichen Vorgaben (TRAS 120 „Sicherheitstechnische Anforderungen an Biogasanlagen“) so streng, dass 100 ppm Methan und weniger erkannt werden müssen.In order to detect leaks in the
Die Stützluft im Membranzwischenraum 20 wird für eine Gasanalyse über eine Rohrleitung 36 zu einer Messvorrichtung 40 geführt, die prüft, ob die Stützluft Methan enthält. Die Funktionsweise und der Aufbau der Messvorrichtung 40 werden nachfolgend anhand der
Aus
Das Messgasventil 44 kann gesteuert geöffnet und geschlossen werden, um so selektiv das zu analysieren Gas zu einer nachfolgenden Pumpe 46 zu führen.The
Die Pumpe 46 pumpt das Gas durch einen vorzugsweise zylindrischen Innenraum 56 einer Küvette 50, wobei das Gas durch eine Einlassöffnung 54 in den Innenraum 56 ein strömt und durch eine Auslassöffnung 58 ausströmt.The
Stromabwärts der Auslassöffnung 58 ist ein weiteres Ventil 52 vorgesehen, das ebenfalls gesteuert geöffnet und geschlossen werden kann.A
Wie sich aus der schematischen
Die Küvette 50 hat bevorzugt eine zylindrische Form und ist bevorzugt 150 mm bis 800 mm lang, wobei sich eine Länge von 160 mm als besonders vorteilhaft herausgestellt hat.The
Die beiden Längsenden der Küvette 50 sind aus einem Material gefertigt, dass Infrarotstrahlung durchlässt. Für die Gasanalyse des im Innenraum 56 befindlichen Gases wird nämlich von außen über ein Infrarot-Strahler 60 Infrarotlicht ein gestrahlt, sodass es sich parallel zur Längsachse über die gesamte Länge der Küvette ausbreitet und am gegenüberliegenden Ende austritt und auf einen Detektor 62 trifft. Da unterschiedliche Gase unterschiedliche Frequenzspektren absorbieren, kann anhand des vom Detektor erfassten Lichtspektrums auf die im Innenraum 56 enthaltenen Gase geschlossen werden.The two longitudinal ends of the
Bei dem Infrarot-Strahler 60 handelt es sich um einen idealen Schwarzstrahler, wie er beispielsweise von der Firma Axetris AG, Schweiz, unter dem Produktnamen EMIRS200_AT01T_BR060_Series oder EMIRS200_AT02V_BR060_Series erhältlich ist.The
Bei dem Detektor 62 handelt es sich um einen Vierkanaldetektor mit Filtereinrichtung 64, wie er beispielsweise von der Firma Infratec GmbH, Deutschland, unter dem Produktnamen LRM-284-# erhältlich ist. Für die vier Kanäle werden Filter im Bereich von 60nm, 90nm, 120nm und 180nm bevorzugt verwendet.The detector 62 is a four-channel detector with a filter device 64, such as is available from Infratec GmbH, Germany, under the product name LRM-284-#. Filters in the range of 60nm, 90nm, 120nm and 180nm are preferably used for the four channels.
Der Detektor 62 ist elektrisch mit einer Auswerteeinrichtung 66 verbunden, die die Auswertung der erfassten Signale vornimmt. Darüber hinaus steuert die Auswerteeinrichtung 66 auch die steuerbaren Ventile sowie die Pumpe an, um die Gasanalyse bzw. das Messverfahren durchzuführen. Das Messverfahren selbst wird später unter Bezugnahme auf die
In
Die Messvorrichtung 40 umfasst ferner noch ein Pulsationsdämpfungselement 48, das zwischen der Pumpe 46 und der Einlass-Öffnung 54 vorgesehen ist, und die Aufgabe hat, den von der Pumpe erzeugten Gasstrom zu vergleichmässigen.The measuring
Für eine Gasanalyse wird, wie in
Nach einer gewissen Zeit, die davon abhängt, wie lange es dauert, bis sich das Gas im Innenraum 56 beruhigt hat, kann mit der Messung begonnen werden.After a certain time, which depends on how long it takes for the gas in the interior 56 to settle, the measurement can begin.
Für die Messung wird der IR-Strahler 60 mit einer Frequenz von 2 Hz gepulst, sodass gepulste IR-Strahlung durch den Innenraum 56 über die gesamte Länge L der Küvette 50 gestrahlt wird. Der gegenüberliegende Detektor 62 erfasst diese gepulste IR-Strahlung, wobei die Filtereinrichtung 64 über vier Filter verfügte, die vier unterschiedliche Frequenzspektren an den Detektor 62 durchlässt. Die vier Frequenzspektren sind bevorzugt wie folgt: 60nm, 90nm, 120nm und 180nm.For the measurement, the
Der Detektor 62 wird so betrieben, dass die Detektorleistung jeweils für 2 Sekunden über insgesamt 5 Leistungsstufen moduliert wird. Diese Modulation ermöglicht eine Optimierung der Amplitudenauswertung der erfassten SignaleThe detector 62 is operated in such a way that the detector power is modulated over a total of 5 power levels for 2 seconds at a time. This modulation enables optimization of the amplitude evaluation of the recorded signals
Wie zuvor bereits erwähnt, absorbieren die unterschiedlichen Gase im Innenraum 56 unterschiedliche Frequenzspektren, sodass die Auswertung dieser Absorption Rückschlüsse auf die enthaltenen Gase sehr zuverlässig zulässt.As already mentioned above, the different gases in the interior 56 absorb different frequency spectra, so that the evaluation of this absorption allows very reliable conclusions to be drawn about the gases contained.
Die vom Detektor 62 erfassten Messsignale werden ausgewertet und abgespeichert. Im nächsten Schritt wird nun das vorherige Messverfahren noch einmal durchgeführt, dann jedoch für das andere Gas V1 bzw. V2.The measurement signals detected by the detector 62 are evaluated and stored. In the next step, the previous measurement method is carried out again, but then for the other gas V1 or V2.
Anschließend können die Messwerte für das Gas V1 und das Gas V2 miteinander verglichen werden, um auf diese Weise festzustellen, wie sich der Methananteil in den beiden Gasströmen unterscheidet. Ist ein Unterschied festzustellen, könnte dies auf ein Leck in der Gasmembran 18 hindeuten.The measured values for gas V1 and gas V2 can then be compared with one another in order to determine how the methane content in the two gas streams differs. If there is a difference, this could indicate a leak in the
Da der Membranzwischenraum 20 ein großes Raumvolumen aufweisen kann, muss davon ausgegangen werden, dass die einströmende Stützluft nicht unmittelbar wieder aus diesem Membranzwischenraum 20 ausströmt. Vielmehr wird sie eine gewisse Zeitdauer in dem Membranzwischenraum 20 verbleiben. Das bedeutet jedoch auch, dass ein einzelner Differenz-Messwert alleine noch nicht ausreicht, um eine Leckage festzustellen.Since the
Es ist vielmehr erforderlich, dass beschriebene Messverfahren innerhalb beispielsweise einer Stunde mehrmals d. h. beispielsweise jede 5 Minuten durchzuführen und einen Messwert-Trend der Differenz-Messwerte zu analysieren. Nur wenn der Trend über diesen Zeitraum hin zu größeren Differenzen geht, kann auf eine Leckage sicher geschlossen werden. In einem solchen Fall wird die Messvorrichtung 40 dann einen Alarm ausgeben, um die Notwendigkeit einer Untersuchung der Anlage anzuzeigen.Rather, it is necessary to carry out the measurement method described several times within, for example, an hour, ie for example every 5 minutes, and to analyze a measured value trend of the difference measured values. A leak can only be reliably concluded if the trend over this period is towards larger differences. In such a case, the measuring
Nach einer Zeitdauer von beispielsweise 5 Stunden kann der beschriebene Messvorgang wiederholt werden.After a period of 5 hours, for example, the measurement process described can be repeated.
Die beschriebene Messvorrichtung, wie sie in
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