In-situ-Gasanalysator TDLS8000

Yokogawas neuer TDLS™8000 beinhaltet alle führenden Laser-Spektroskopie-Analysetechnologien in einem einzigen robusten Gerät. Das Plattform-Design eignet sich besonders gut für In-situ-Messungen und macht Probenentnahme- oder -aufbereitungssysteme überflüssig. Der berührungslose Sensor gestattet den Einsatz in unterschiedlichen Prozessumgebungen, einschließlich korrosiver, abrasiver und kondensierender Medien. Die Plattform der ersten Generation hat sich bereits in zahlreichen Anwendungen zur Messung von O2, CO, CH4, NH3, H2O und anderen Gasen, deren Absorptionsspektrum im nahen Infrarot (NIR) liegt, bewährt. In der zweiten Generation bietet die Plattform ein noch höheres Maß an Zuverlässigkeit. Gleichzeitig gehen Installation und Wartung deutlich schneller von der Hand und auch anspruchsvolle Anwendungsanforderungen werden erfüllt oder übertroffen.

Das bewährte Laserspektrometer wurde darauf ausgelegt, allen Anforderungen gerecht zu werden und dabei anwender- und wartungsfreundlich zu sein.

 

 

Merkmale

  • SIL2, TruePeak mit intelligenter Lasertechnologie
  • Intuitive Bedienung mit Touchscreen
  • HART- und Modbus TCP-Kommunikationsstandard
  • Automatische 8-stufige Signalverstärkung zur Anpassung an schwierige Anwendungen
  • Vollständig vor Ort reparierbar mit 50-tägiger Speicherung von Daten und Spektren
  • Kompakte und dennoch robuste Bauweise für eine Einmanninstallation
  • Ex-Schutz-Klassifizierung Zone 2/Div 2 oder Zone 1/Div 1

Systemkonfiguration

Hohe Zuverlässigkeit

  • Referenzzelle
    Eine interne Referenzzelle im Lasermodul garantiert Peak-Locking bei der Spurenanalytik von Gasen.
  • Automatische Signalverstärkung (Auto-Gain)
    Die automatische Signalverstärkung sorgt für einen großen Signalbereich auch bei dynamischen Schwankungen der Transmission.

  • Validierung
    Die Validierung kann manuell, ferngesteuert oder automatisch auf tägliche, wöchentliche oder monatliche Intervalle zu einer vom Anwender festgelegten Zeit erfolgen.
  • SIL2-zertifiziert
    Gemäß DIN EN 61508 (SIL) entwickelt und zertifiziert; SIL2 bei Einsatz eines Analysators, SIL3 bei Einsatz von zwei Analysatoren.

TruePeak

Mit TruePeak kann die Fläche des Absorptionspeaks bestimmt werden. Dadurch wird der Einfluss wechselnder Hintergrundgase eliminiert und eine einfache Druck- und Temperaturkompensation ermöglicht.

Intuitiv bedienbarer Touchscreen

  • Bedienerschnittstelle mit farbigem 7,5-Zoll-LCD-Touchscreen
    Einfache Bedienung
    Bereitstellung sämtlicher Informationen, einschließlich Trenddarstellungen; kein PC für die Wartung erforderlich
    Kann abgesetzt installiert werden
    TDLS8000 TouchScreen
  • Mini-Display
    Einfache Ausrichtung dank Transmissionsanzeige an beiden Enden
    TDLS8000 display

Technische Standard-Daten

Probengase Konzentration von O2, CO, CO oder CH4, CO2, CO + CO2, H2O, NH3, NH3 + H2O, H2S und HCl in Verbrennungsabgasen und Prozessgasen
Messsystem Spektroskopie mit durchstimmbarem Diodenlaser
Messkomponenten und -bereiche Messkomponente Min. Bereich Maximalbereich
O2 0–1 % 0–25 %
CO (ppm) 0–200 ppm 0–10 000 ppm
CO + CH4 CO 0–200 ppm 0–10.000 ppm
CH4 0–5 %
NH3 0–30 ppm 0–50.000 ppm
H2O (ppm) ohne HC 0–30 ppm 0–30.000 ppm
H2O (ppm) mit HC 0–30 ppm 0–30.000 ppm
CO (%) 0–20 % 0–50 %
CO (%) + CO2 (%) 0–30 % 0–100 %
 NH3 + H2O NH3 0–30 ppm 0–5.000 ppm
H2O 0–5 % 0–50 %
H2S 0–5 % 0–100 %
CO2 (%) – oberer Bereich 0–1 % 0–5 %
CO2 (%) – erweiterter Bereich 0–30 % 0–50 %
H2O (%) 0–10 % 0–100 %
HCl 0–50 ppm 0–5.000 ppm
Länge des optischen Pfads Optische Entfernung zwischen Lasereinheit und Detektoreinheit; Standard: 0,5 bis 6 m, Max.: 30 m
Ausgangssignal 2 Kanäle, 4 bis 20 mA DC
Ausgangssignalarten: Prozessgaskonzentration, Transmission, Prozessgastemperatur, Prozessgasdruck
Ausgangsbereich: 3,0 bis 21,6 mA DC
Digitale Kommunikation HART, Ethernet
Kontaktausgänge 2 Kanäle, Kontaktbelastbarkeit: 24 V DC, 1 A
DO:
Funktion: Aktiv bei Warnung/Kalibrierung/Validierung/Aufwärmen/Wartung
Fehler:
Funktion: Aktiv bei Normalbetrieb; nicht aktiv bei Fehlerbedingung oder bei fehlender Systemspannung
Ventilregelungsausgang 2 Kanäle
Funktion: Aktivierung der Kalibrier- oder Validier-Magnetventile für Nullgas, Bereichsgas oder Validiergas
Ausgangssignal: 24 V DC, max. 500 mA pro Klemme
Alarm Warnung:
Gaskonzentration niedrig/hoch, Übertragungsgrad niedrig, Prozessdruck niedrig/hoch, Prozesstemperatur niedrig/hoch, Validierung erforderlich, Validierungsfehler, Null-/Bereichskalibrierungsfehler, nicht prozessbezogener Alarm, externer Alarm
Fehler:
Lasermodultemperatur niedrig/hoch, Lasertemperatur niedrig/hoch, Detektorsignal hoch, Peakmitte außerhalb Bereich, Referenzpeakhöhe niedrig, Absorption zu hoch, Transmission verloren, Referenztransmission niedrig, Referenzpeakhöhe hoch, Störung der Lasereinheit, Lasermodulfehler, Dateizugriffsfehler, E2PROM-Zugriffsfehler
Kontakteingänge
(Digitaleingang)
2 Kanäle
Funktion:
Externer Alarm/Kalibrierungsstart/Validierungsstart/Probenstromumschaltung
Kontaktdaten:
Spannungsfreier Kontakteingang
Eingangssignal: Offen:
100 kΩ oder mehr, Schließen-Signal: 200 Ω oder weniger
Eingangssignal
(Analogeingang)
2 Kanäle, 4 bis 24 mA DC
Eingangssignalarten: Prozessgastemperatur, Prozessgasdruck
Selbstdiagnose Temperatur der Lasereinheit, Temperatur der Sensorregelungseinheit, Lasertemperatur, Detektorsignalpegel, Speicherfunktionen Lesen/Schreiben, Zustand des „Line-Locking“ der Peakposition
Kalibrierung Kalibrierverfahren: Nullpunkt und Bereichskalibrierung
Kalibriermodus: Manuell, Automatisch, Lokale Auslösung durch die Bedienerschnittstelle
Validierung Validierverfahren: bis zu 2 Punkte
Validiermodus: Manuell, Automatisch, Lokale Auslösung durch die Bedienerschnittstelle
Spannungsversorgung 24 V DC ±10 %
Aufwärmzeit 5 min
Schutzart IP66, NEMA Typ 4X
Klassifizierungen der explosionsgefährdeten Bereiche Division 1, Zone 1: Explosionsschutz/Druckfeste Kapselung; FM, cFM, ATEX, IECEx (beantragt)
Division 2, Zone 2: Nicht zündfähig/Typ n; FM, cFM, ATEX, IECEx, KOSHA, NEPSI
Prozessgasbedingungen Prozessgastemperatur: max. 1 500 °C
Prozessgasdruck: max. 1 MPa, min. 90 kPa
Staubgehalt des Prozessgases: 20 g/m3 oder weniger
Installationsbedingungen Betriebsumgebungstemperatur: –20 bis 55 °C
Lagertemperatur: –30 bis 70 °C
Luftfeuchtigkeit: 0 bis 95 % relative Luftfeuchtigkeit bei 40 °C (nicht kondensierend)
Montageflansch: ASME B 16.5, DIN, JIS
Gasanschlüsse: 1/4-Zoll-NPT oder 1/4-Zoll-Rc
Spülgas:
   Empfohlene Spülgase
   O2 -Analysator: N2 (≥ 99,99 %, anwendungsabhängig)
 H2O-ppm-Analysator: N2 (≥ 99,99 % mit < 20 ppm H2O zur Speisung der optionalen Trocknungseinheit)
CO, CO oder CH4, CO2, CO+CO2, NH3, NH3+H2O, H2S, HCl;
   N2 (≥ 99,99 %, anwendungsabhängig) oder Instrumentenluft  CO-, NH3 -Analysator: N2 (≥ 99,99 %, anwendungsabhängig) oder Instrumentenluft
Spülgasdurchfluss:
   5–20 l/min für die Optik
   5–30 l/min für die Prozessfenster
Spülgasanschlüsse:
   1/4-Zoll-NPT (-G1, -C2, -D2, -C2, -D1, -C1),
   1/4-Zoll-Rc (-G2, -S2, -E2, -J2, -E1, -J1)

Leistungsdaten

Messgas Wiederholbarkeit Linearität
O2 ±1 % vom Messwert oder ±0,01 % O2; größerer Wert ±1 % SE
CO (ppm) ±2 % vom Messwert oder ±1 ppm CO; größerer Wert ±1 % SE
CO + CH4 CO ±1 % vom Messwert oder ±1 ppm CO; größerer Wert ±2 % SE
CH4 ±4 % vom Messwert oder ±0,02 % O4; größerer Wert ±4 % SE
NH3 ±2 % vom Messwert oder ±1 ppm NH3; größerer Wert ±2 % SE
H2O (ppm) ohne
HC
±2 % vom Messwert oder ±0,1 ppm H2O; größerer Wert ±1 % SE
H2O (ppm) mit HC ±2 % vom Messwert oder ±0,1 ppm H2O; größerer Wert ±1 % SE
CO (%) ±1 % vom Messwert oder ±0,01 % CO; größerer Wert ±1 % SE
CO (%) + CO2 (%) CO ±1 % vom Messwert oder ±0,1 % CO; größerer Wert ±1 % SE
CO2 ±1 % vom Messwert oder ±0,1 % CO2; größerer Wert ±1 % SE
NH3 + H2O NH3 ±2 % vom Messwert oder ±1 ppm NH3; größerer Wert ±2 % SE
H2O ±4 % vom Messwert oder ±0,05 % H2O; größerer Wert ±2 % SE
H2S ±1 % vom Messwert oder ±0,005 % H2S; größerer Wert ±1 % SE
CO2 (%) – oberer Bereich ±1 % vom Messwert oder ±0,005 % CO2; größerer Wert ±1 % SE
CO2 (%) – erweiterter Bereich ±1 % vom Messwert oder ±0,02 % CO2; größerer Wert ±1 % SE
H2O (%) ±1 % vom Messwert oder ±0,004 % H2O; größerer Wert ±1 % SE
HCl ±1 % vom Messwert oder ±2,5 ppm H2O; größerer Wert ±2 % SE

Bedienerschnittstelle YH8000

Die YH8000 ist eine Bedienerschnittstelle, die eigens für den TDLS8000-Gasanalysator entwickelt wurde.

  • Bedienerschnittstelle mit farbigem 7,5-Zoll-LCD-Touchscreen
  • Einfache Bedienung
  • Kann abgesetzt installiert werden
  • Anschluss von bis zu 4 Einheiten

Technische Daten

Anzeige Farbiger 7,5-Zoll-TFT-LCD-Touchscreen, 640 x 480 (VGA)
Kommunikation Ethernet; RJ-45-Anschluss, Kommunikationsgeschwindigkeit; 100 Mbps
Schutzgrad
des Gehäuses
IP65, NEMA-Typ 4X
Gewicht 4 kg
Montage Montage am Analysator (Vorderseite, linke Seite, rechte Seite) mit Neigungsfunktion, Rohrmontage oder Schalttafelmontage
Kabelzuführungen 1/2-Zoll-NPT oder M20 x 2
Installations-
bedingungen
Betriebsumgebungstemperatur: –20 bis 55 °C
Lagertemperatur: –30 bis 70 °C
Luftfeuchtigkeit: 10 bis 90 % relative Luftfeuchtigkeit bei 40 °C (nicht kondensierend)
Spannungsversorgung 24 V DC ±10 %
Klassifizierungen der
explosionsgefährdeten Bereiche
Division 2, Zone 2: Nicht zündfähig/Typ n; FM, cFM, ATEX, IECEx, KOSHA, NEPSI

Das unkomplizierte und robuste TDLS8000-System gewährleistet zuverlässige Analysen bei einem geringen Wartungsaufwand.

Verbrennung in befeuerten Öfen, Sicherheit und Lebenszyklusmanagement

Die Messung von CO + CH4 mit dem TDLS8000 von Yokogawa liefert zuverlässige Informationen, die Folgendes ermöglichen:

Fired Heater Combustion Safety and Lifecycle Management

  • Optimierung der Verbrennungseffizienz
  • Erhöhung der Sicherheit
  • Verlängerung der Lebensdauer der Wärmetauscher
  • Gesteigerte Durchsatzleistung der Heizung

 

O2-Messung mit begrenzter

O2- Konzentration zum Zwecke der Sicherheit sowie der Prozessüberwachung und -steuerung Der Yokogawa TDLS8000 O2 Analysator bietet die folgenden Vorzüge:

Limited O2 Concentration

  • Betrieb ohne Probenentnahmesystem
  • Schnelle Analyse
  • Interferenzfreie Analyse
  • Geringerer Wartungsaufwand

 

Übersicht:

Fired heaters are used for various processes in oil refining and petrochemical plants.

Übersicht:

In maintaining and managing industrial plants, monitoring waste water pH/ORP is both a legal obligation and an unavoidable necessity for protecting the environment. Monitoring without an attentive eye can lead to severe consequences.

Industrien:
Übersicht:

Considering safety and environmental issues such as combustion efficiency and decreasing NOX and CO in exhaust gas, it has become important to control O2 concentration in garbage incineration processes.

Übersicht:

H2S management of exhaust gas in black liquor recovery boilers is required to meet an environmental regulations.

Applikations-beschreibungen
3.6 MB
Übersicht:

Industrial Combustion sources such as thermal cracking furnaces and, process heaters play a critical role in the process industry.

Übersicht:

The ammonia (NH3) gas is injected to remove the NOx and thus reduce the NOx concentration in the stack flue gas. With conventional NH3 analyzers that perform measurements indirectly, NH3 concentrations are obtained through a sampling system. Therefore, there are problems with the maintenance and running costs of the sampling system, and time delays in measurement. The TDLS200 Laser Analyzer is the solution to all these problems.

Industrien:
Übersicht:

O2 measurement in hydrocarbon vapor is used for safety monitoring in vacuum distillation columns in petroleum refining. With conventional paramagnetic oxygen analyzers, O2 concentrations are obtained through an extractive sampling system, which conditions the sample prior to being analyzed.

Applikations-beschreibungen
Übersicht:

Storage tanks are used in a variety of industries ranging from holding crude oil to holding feedstock for vinyl chloride monomer (VCM).

Übersicht:

If water is present after the dry chlorine tower in brine electrolysis plants, the downstream compressor is corroded or the product quality is deteriorated. The moisture level is measured before and after the compressor to prevent the corrosion of the compressor and the deterioration of quality.

Übersicht:

O2 measurement is used to safely recover flue gas containing a high concentration of CO from a converter furnace. With conventional paramagnetic oxygen analyzers, O2 concentrations are obtained through a sampling system to recovery flue gas. Therefore, there are problems with the maintenance and running costs of the sampling system, and time delays in measurement.

Industrien:
Übersicht:

Spectrometric technology can assess many critical characteristics about products, but it has limits. It can be challenging to determine when the line has been crossed

Industrien:
Übersicht:

With fired heaters, users hope to get greater efficiency and reduced emissions but often are disappointed. Given the number of fired heaters operating every day and their importance in the process industries, any improvements realized across the board will have huge impacts. More units can reach their potential with some simple changes in work practices and technology upgrades.

Übersicht:

SABIC is a global manufacturer of polymer resins, film and sheet products, special additives, and chemical intermediates. With operations in more than 50 countries, the company has an enormous variety of processes and plant designs to make its range of products. With so many plants, processes and products, there are frequent opportunities to make improvements with hardware and instrumentation.

A case in point is a reaction process in which oxygen gas is sparged into the reactor, and there is a resulting outlet gas stream. Proper and timely measurement of the oxygen content in this outlet stream is of key importance for reaction control and safety. Reaction progress, control of raw materials input, and reaction sequencing are all affected and dependent on the value of the oxygen concentration reading. The reactor contents and outlet stream can also be in the flammable range depending on conditions, so safety and process considerations call for continuous monitoring of the vent line contents.

A Two-Fold Measuring Function

The safety considerations of monitoring oxygen content in the vent line are very important. As long as the oxygen level remains below a limit, the mixture can be kept below the flammable range and will not undergo combustion. If the process allows the concentration to exceed this limit, it shuts off the oxygen flow to the sparging headers. But this safety consideration is only one of the reasons the measurement is important.

Secondly, the amount of oxygen bubbling through the liquid is an indicator of what is happening in the reaction. Oxygen consumption depends on reaction chemistry and it is a direct indication of the status of the process. Accurate reading of overhead oxygen content is especially important for control of reactant addition and temperature control.

The Challenges of Consistent Measurement

Technologies to measure oxygen in a gas stream are not new, and there are countless applications in chemical manufacturing and other industries where oxygen levels need to be monitored. Combustion processes of any size invariably use some type of oxygen sensor in the flue gas stream to maintain efficiency.

SABIC’s situation proved to be more challenging than most typical applications due to a mix of specific conditions. For many years operators struggled while working with paramagnetic and electrochemical cell sensors due to degradation of the cells, moisture and debris from the process. These sensors are both very common and used in a wide variety of oxygen measuring applications, but they have some key limitations that became apparent when reviewing this process.

Paramagnetic analyzers are sensitive to vibrations and cross-contamination from other gases. Although the application for these reactors does not call for measuring trace amounts of oxygen, there are also sensitivity issues at very low concentrations. Electrochemical cells should be replaced routinely and have sensitivity to different pressures, temperatures and cross-contamination.

Our sampling systems experienced high failure rates with electrochemical components including sampling lines being plugged from the process, filter element clogging, and failing pumps. Moreover, since an individual test during production took more than two minutes, a possibility existed that a climbing oxygen level may not be identified soon enough.

Paramagnetic and electrochemical cell oxygen analyzers have a three-month verification frequency, and the manufacturers recommended maintaining this regimen precisely. Although the testing does not take long, production was delayed in some situations while performing the verification. Delays and Emergency work due to the failures of these types of analyzers resulted in a significant amount of lost production. Due to these and other issues, a more robust oxygen analyzer technology was required.

Tuning in to Laser Technologies

One technology used commonly in combustion processes is tunable diode laser (TDL) spectroscopy, capable of detecting and measuring a variety of gasses, including oxygen, within many contexts. Theoretically, it has the capability to measure oxygen when mixed with toluene, but there was some concern about it being practical for this specific application.

A TDL analyzer sends a beam with a controlled wavelength range through the gas being analyzed to determine which products are present based on which specific wavelengths of light are absorbed. The problem in this case related to the duct size, because the transmitter and receiver should be a minimum distance apart to ensure adequate absorption.

The duct diameter here was less than half the normally recommended distance, so there was some concern as to whether it would deliver its full degree of accuracy, or even work at all. SABIC’s engineers felt the potential benefits to be gained were more than enough to justify installing one analyzer as a test. The performance would be easy to evaluate since the existing sensors were still fully operational and working in parallel.

After two weeks of operation, it was clear the Yokogawa TDL analyzers were performing very well (Figure 1). It was true that they were not delivering the full degree of precision they were capable of due to the short scanning distance, but the precision was high enough to satisfy the needs of the process.

Figure 1. While the duct size for this application was smaller than is usually recommended for TDL analyzers, the tunable diode lasers reliably provided readings with a high enough degree of accuracy for the application, while eliminating the maintenance problems associated with the earlier sensing technologies.

Once installed, the new analyzers proved very reliable and required far less validation and maintenance than the earlier technologies. One issue proved to be debris carried into the duct from the process blocking the light transmission path between the transmitter and receiver. Adjustments to a nitrogen purging system and better control of the process itself minimized this effect, leading to virtually trouble-free operation.

Facilitating the Safety Function

All of these TDL analyzers have been installed for over two years now, with no failures due to the TDLA’s to date. Some units were outfitted with the Yokogawa TDLS200 analyzer, while others were outfitted with the Yokogawa TDLS8000 models. There are other manufacturers of this technology but we chose Yokogawa for this application.

There have been occasional visibility blockage incidents, but these are rare after adjustments to the purge system. Overall, these TDL analyzers have supported higher levels of production, and added another layer of protection to the unit.

Übersicht:

Yokogawa Europe expert Arthur Groenbos discusses tunable diode laser gas analysis for combustion management in fired heaters. While fired heaters are used throughout refining and petrochemical processes as the source of process heat, they carry inherent risks and costs that make operating without current technologies problematic.

Übersicht:

Präsentation auf der NAMUR-Hauptsitzung 2016: Prozesstaugliche Laserspektrometrie – schnell, sicher, selektiv

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