Hoe kiest u de juiste TDLAS lasergasanalysator voor uw branche?

Invoering

Industrieën moeten veilig, efficiënt en wettelijk veilig blijven. Gasconcentraties die verloren gaan en/of niet correct worden gemeten, vormen niet alleen een juridisch en commercieel risico, maar kunnen ook tot incidenten leiden. Het analyseren van gassen onder hoge procesomstandigheden met stof, hoge temperaturen en/of corrosieve gassen is een uitdaging voor het meten van het proces en de betrouwbaarheid ervan.

Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) biedt een oplossing voor het probleem van constante, realtime en interferentie-vrije immunoassay-metingen voor veeleisende industriële toepassingen. Waar meetnauwkeurigheid en meetsnelheid van het grootste belang zijn, is TDLAS de eerste keuze. Dit artikel heeft als doel praktische informatie te verschaffen over de TDLAS-technologie, de mogelijke configuraties en de selectie daarvan voor het beoordelen van lange-, wettelijke- en meetbare-relaiscapaciteit.

Wat is TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)?

Afstembare diodelaserabsorptiespectroscopie (TDLAS) is een robuuste optische gasmeetmethode die wordt gebruikt in industriële toepassingen. De absorptiegolf lengte van het doelgas wordt bepaald door een laser af te stemmen. De laser wordt vervolgens door een gasmonster geleid. Dit regelt de absorptie van de laser door het gas. De absorptie is evenredig met de gasconcentratie.

Deze methode biedt een snelle respons, minimale interferentie met achtergrondgassen en is geschikt voor zware procesomstandigheden. Ze biedt specifieke meetmogelijkheden en gasspecificiteit. Dit maakt haar ideaal voor complexe gasmengsels.

Volgens experts op het gebied van procesanalyse zijn lasergebaseerde spectroscopiemethoden essentieel geworden voor toepassingen die "hoge selectiviteit en realtime meting zonder monsterconditionering" vereisen, waardoor TDLAS een voorkeursoplossing wordt in moderne industrieën.

Hoe TDLAS werkt

TDLAS-metingen maken gebruik van de wet van Beer-Lambert om het verband te schatten tussen de gasconcentratie in het monster en de absorptie van het gasmonster. Het gas absorbeert tijdens het proces een bepaalde hoeveelheid energie in de vorm van een laser. Het apparaat meet het verlies aan intensiteit en absorptie en zet deze met behulp van signaalverwerking om in concentratie.

Een typisch TDLAS-systeem bestaat uit een afstembaar diodelaser, een optisch pad om de interactie van het gas met de laserstraal mogelijk te maken, een detector en een verwerkingseenheid die het signaal vertaalt. Het ware potentieel van TDLAS-technologie schuilt in de selectiviteit. Elk gas in het monster heeft een unieke spectrale vingerafdruk, waardoor deze technologie het doelgas kan isoleren met verwaarloosbare kruisinterferentie.

Bij de integratie van TDLAS in een proces is het essentieel om te begrijpen welke invloed de overige gassen in het proces op de metingen kunnen hebben. Het systeem moet dan ook op deze invloeden worden afgestemd.

Voordelen van TDLAS-analysatoren

TDLAS maakt snelle en nauwkeurige gasmetingen mogelijk. Ze ontwerpen hun gasanalysatoren specifiek met snelle gasmeettechnologie die in de lasertechnologie wordt toegepast. De precisie van de laser zorgt voor betrouwbare en consistente prestaties. Dit leidt tot lagere onderhoudskosten en maakt routinematige evaluaties efficiënter.

• Beperkt kruisbesmetting bij selectieve gasdetectiemetingen
• Helpt het snelle tempo van industriële besluitvorming te handhaven.
• Uitstekende prestaties bij zwaar industrieel gebruik.
• Geen dure en periodieke vervanging van onderdelen nodig.
• Geschikt voor hoge temperaturen of corrosieve omgevingen.
• Gunstig voor de veelzijdigheid van het systeem, omdat het de gasconcentratie in allerlei verschillende omgevingen kan meten.
• Lage bedrijfskosten, reparatie van gassystemen

Beperkingen en afwegingen

TDLAS-technologie biedt prestatievoordelen, maar voor sommige toepassingen zijn alternatieven nodig. Kopers moeten rekening houden met een aantal beperkingen voordat ze deze technologie aanschaffen, aangezien deze mogelijk niet overeenkomen met budgetlimieten, procesomstandigheden en operationele en installatieverwachtingen.

• De initiële investering is groter dan bij conventionele analysers.
• Meestal wordt slechts één gas gemeten. Maximaal twee.
• Geavanceerde systeemconfiguraties nodig voor multigasmonitoring.
• Belemmeringen in het optische pad kunnen leiden tot onnauwkeurigheden in metingen.
• Door stof en vervuiling zijn periodieke reiniging en/of spoeling van de systemen noodzakelijk.
• Extreme trillingen nodig voor extreme trillingsniveaus.
• Beschermende behuizingen zijn nodig voor extreme temperatuurschommelingen.

Soorten TDLAS-analysatoren

1. In-situ TDLAS-systemen

In-situ TDLAS-systemen meten gasconcentraties door een laser door de gasstroom in de procesleiding of schoorsteen te sturen. Omdat er geen monstername nodig is, blijft de meetnauwkeurigheid behouden en worden de resultaten direct weergegeven. Deze opstelling wordt gebruikt wanneer snelle respons en systeemeenvoud van het grootste belang zijn.

• Meet de gasproductie rechtstreeks in het proces of de schoorsteen.
• Biedt een zeer snelle, realtime respons.
• Geen monstervoorbereiding of transport nodig.
• Voorkomt fouten door monsterverlies of -verontreiniging.
• Geschikt voor omgevingen met hoge temperaturen, corrosieve omstandigheden of stof.
• Mogelijk kunnen er problemen ontstaan ​​met vervuiling van de ramen of beperkte toegang voor onderhoud.

2. Extractieve TDLAS-systemen

Extractieve TDLAS-systemen nemen een gasmonster uit het proces, conditioneren het en analyseren het vervolgens in een gecontroleerde omgeving. Deze aanpak verbetert de meetstabiliteit onder uitdagende omstandigheden, maar brengt wel extra complexiteit en reactievertraging met zich mee. Het is de voorkeursmethode wanneer precisie onder gecontroleerde omstandigheden belangrijker is dan snelheid.

• Extraheert en conditioneert gas vóór analyse.
• Zorgt voor schonere en stabielere meetomstandigheden.
• Gemakkelijkere toegang voor onderhoud en kalibratie
• Kan meerdere meetpunten ondersteunen
• Tragere reactie als gevolg van monstertransport en -conditionering.
• Hogere systeemcomplexiteit en onderhoudsvereisten

Vergelijking van in-situ versus extractieve TDLAS

Kritische selectiecriteria voor TDLAS-analysatoren

1. Uw toepassingsspecifieke behoeften definiëren

Bij het kiezen van een TDLAS-analysator Een systematische beoordeling van de procesomstandigheden, de gewenste meetspecificaties en de wettelijke beperkingen is noodzakelijk. Elke parameter heeft invloed op de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid.

Door de reikwijdte van een applicatie correct te definiëren, wordt ervoor gezorgd dat een analyzer vanaf het begin nauwkeurig geconfigureerd is, in plaats van dat deze later tegen hogere kosten moet worden aangepast.

2. Doelgas en concentratiebereik

We beginnen met het doelgas en de concentratie ervan. Of u nu sporen in de orde van ppb wilt detecteren of metingen bij hoge concentraties wilt uitvoeren, de juiste laser golflengte en optische padlengte moeten voor uw analysator worden ingesteld.

Water, waterstofsulfide, methaan, koolmonoxide, kooldioxide, ammoniak, waterstofchloride en zuurstof zijn voorbeelden van specifieke doelgassen waarvoor TDLAS-systemen bijzonder geoptimaliseerd zijn. Omdat gassen specifieke absorptielijnen hebben, kan de keuze voor de juiste configuratie op dit punt een hoge gevoeligheid en stabiele prestaties over het volledige meetbereik garanderen.

Als de configuratie op dit punt niet is ingesteld om de mogelijke prestaties voor het specifieke doelgas te maximaliseren, zullen de detectie- en meetprestaties aanzienlijk slechter zijn.

3. Procesomstandigheden en omgevingsfactoren

Het ontwerp van een analysator en de kwaliteit van de metingen worden beïnvloed door de procesomstandigheden. Bij veranderingen in temperatuur en druk veranderen de gasdichtheid en het absorptiegedrag van het gas. Hiermee moet rekening worden gehouden, wat kan worden gedaan door middel van ontwerpcompensatie of systeemconfiguratie.

Ook de samenstelling van het achtergrondgas van de analysator, vaak de matrix genoemd, moet in overweging worden genomen. Als er andere gassen in de meetstroom aanwezig zijn met overlappende absorptielijnen met het te meten gas, kunnen deze de meting verstoren. Het selecteren van de juiste golflengten en het ontwerp van het systeem kunnen dit probleem verhelpen.

Stof en deeltjes vormen een veelvoorkomend probleem in veel industrieën. Deze kunnen zich in het optische pad nestelen en/of vervuiling van het venster veroorzaken. Dit kan na verloop van tijd leiden tot een verslechtering van het signaal. Een hoge luchtvochtigheid kan condensatie en ijsvorming op het venster veroorzaken in systemen die een extractief monster nemen; dit kan metingen beïnvloeden en systeemcomponenten beschadigen. Oplossingen hiervoor kunnen bestaan ​​uit verschillende spoelsystemen, verschillende filters en verschillende systeemconfiguraties.

4. Vereisten voor de reactietijd

De reactietijd moet aansluiten bij de manier waarop de meting in het proces wordt gebruikt.

• Realtime respons (seconden): Vereist voor verbrandingsregeling, veiligheidsvergrendelingen en snelle procesaanpassingen waarbij onmiddellijke feedback cruciaal is.
• Gemiddelde meetwaarden (minuten): Geschikt voor emissiemonitoring en rapportage waarbij stabiliteit belangrijker is dan snelheid.

Door dit vroegtijdig vast te leggen, wordt voorkomen dat het systeem te gedetailleerd wordt gespecificeerd, terwijl tegelijkertijd wordt gewaarborgd dat het aan de operationele behoeften voldoet.

5. Classificatie van gevaarlijke zones en veiligheid

In de olie- en gasindustrie en veel chemische verwerkingsindustrieën is veiligheidscertificering van geïnstalleerde analyseapparatuur vereist. Een analyseapparaat dat wordt gebruikt in een geclassificeerde/explosieve of gevaarlijke zone, is gecertificeerd volgens normen zoals ATEX of IECEx.

Het voldoen aan deze certificeringen geeft aan dat de apparatuur is ontworpen om veilig te kunnen worden gebruikt onder de gespecificeerde omstandigheden, waardoor het risico op ontsteking en schending van de veiligheidsvoorschriften op de locatie tot een minimum wordt beperkt.

6. Wettelijke en nalevingsvereisten

Wettelijke naleving is net zo belangrijk als veiligheid bij de selectie van analyseapparatuur. Milieu- en arbeidsnormen, vastgesteld door milieu- en arbeidsinspectieautoriteiten, richten zich op het definiëren van de toelaatbare emissiegrenzen en specificeren de vereiste precisie en nauwkeurigheid in combinatie met de meting.

Niet-naleving kan leiden tot sancties of beperkingen op de bedrijfsvoering. Ook de meet- of prestatienormen die zijn vastgesteld door ASTM, ISO en andere industrienormen moeten worden nageleefd. Naleving minimaliseert problemen op de lange termijn met de bedrijfsvoering en audits, en maximaliseert de betrouwbaarheid van de gegevens.

7. Budget en totale eigendomskosten

Het totale budget moet de initiële investering, de installatiekosten, de kalibratiekosten, het onderhoud en de operationele kosten omvatten. TDLAS-systemen hebben doorgaans een hogere aanschafprijs, maar lagere investeringskosten op de lange termijn vanwege lagere onderhoudskosten en minder verbruiksartikelen.

8. Praktisch selectie-inzicht

Een gestructureerde aanpak zorgt ervoor dat de juiste keuze wordt gemaakt zonder onnodige complexiteit.

• Definieer eerst de procesparameters: het gastype, het concentratiebereik, de temperatuur, de druk en de storende componenten moeten duidelijk worden vastgesteld voordat de producten worden beoordeeld.
• Evalueer de omgevingsomstandigheden: houd rekening met stof, vocht en installatiebeperkingen om latere prestatieproblemen te voorkomen.
• Stem de mogelijkheden van de analyzer af op de toepassing: voorkom overdimensionering door alleen de functies te selecteren die nodig zijn voor uw proces.
• Controleer tijdig of aan de eisen wordt voldaan: Zorg ervoor dat aan de certificeringen en normen wordt voldaan voordat de selectie definitief wordt gemaakt.

Deze aanpak leidt tot een TDLAS-systeem dat nauwkeurig, betrouwbaar en kosteneffectief is gedurende de gehele levenscyclus.

Conclusie en volgende stappen in de TDLAS-selectie

Mits op de juiste wijze gekozen, bieden TDLAS-analysatoren een hoge mate van nauwkeurigheid en voorspelbaarheid bij gasmetingen, terwijl ze weinig onderhoud vereisen, zelfs in veeleisende industriële omgevingen. De analysatoren maken gebruik van geavanceerde detectietechnologie, waardoor ze extreem bestand zijn tegen storingen en langdurig hoogwaardige metingen leveren, waar andere conventionele sensoren vaak minder goed presteren.

Door het gastype, de procesomstandigheden, de installatiemethode en de naleving van de regelgeving te integreren, maakt een gestructureerde selectie het mogelijk om de analysator toe te passen waar geen aanpassing nodig is, wat resulteert in een verbeterde betrouwbaarheid, een langere levensduur en een stabiel werkingsproces.

Omdat industriële gasanalyse gericht is op de productie van snellere, beter verbonden en slimmere systemen, zorgen de aanpasbaarheid en meetnauwkeurigheid van TDLAS-analysatoren voor een groeiende vraag ernaar.

Zelfverzekerde en effectieve implementatiebeslissingen vloeien voort uit de juiste selectiecriteria, een zorgvuldige evaluatie van de mogelijkheden van de leverancier en een correlatie tussen de opgegeven specificaties en de daadwerkelijke procesuitdagingen.