DE102006005901B3

DE102006005901B3 - Gasanalysevorrichtung und Verwendung einer Gasstrahlpumpe

Info

Publication number: DE102006005901B3
Application number: DE200610005901
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Rumm
Original assignee: M and C PRODUCTS; M&C Products Analysentechnik GmbH
Current assignee: M&C TechGroup Germany GmbH
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasanalysevorrichtung sowie eine Verwendung einer Gasstrahlpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasanalysevorrichtung sowie eine Verwendung einer Gasstrahlpumpe.
Gasanalysevorrichtungen dienen dazu, ein Gas, beispielsweise ein Prozessgas, aufzunehmen und zu analysieren. Zu diesem Zweck weist eine Gasanalysevorrichtung einen Gasanalysator, in dem das zu analysierende Gas analysierbar ist, auf.
Bevorzugt ist das zu analysierende Gas dem Gasanalysator getrocknet zuzuleiten, da hierdurch die Genauigkeit der Analyse erhöht und insbesondere auch eine Taupunktunterscheidung des zu analysierenden Gases im Gasanalysator verhindert werden kann.
Zur Trocknung des Gases werden Kondensatabscheider eingesetzt. In diesen werden die feuchten Bestandteile des zu analysierenden Gases, also insbesondere Wasser, von dem zu analysierenden Gas getrennt. Das so von den feuchten Bestandteilen getrennte, getrocknete Gas wird dem Gasanalysator zugeleitet.
Die Zuleitung des Gases zum Kondensatabscheider und zu dem diesem nachgeschalteten Gasanalysator kann mittels einer Gasstrahlpumpe erfolgen.
Das im Kondensatabscheider anfallende Kondensat wird üblicherweise über eine elektrisch betriebene Pumpe, insbesondere eine Membran- oder Schlauchpumpe, aus dem Kondensatabscheider abgeführt.
Entsprechend aufgebaute Gasanalysevorrichtungen haben sich zwar grundsätzlich bewährt. Nachteilig ist bei diesen jedoch insbesondere, dass sie aufgrund der elektrisch betriebenen Pumpe zum Ableiten des Kondensats nur unter hohem Kosten- und Wartungsaufwand in explosionsgeschützten Einrichtungen eingesetzt werden können. Ferner ist nachteilig, dass elektrisch betriebene Pumpen regelmäßig aufwendig gewartet werden müssen.

DE 835 355 B beschreibt ein Ansaugegerät für Gase, bei dem das zum Betrieb der Dampfstrahlpumpe verwendete Treibmittel durch einen Kanal geführt wird und das Messgas dort mitreißt. Am Ende des Kanals kondensiert das Treibmittelgas und wird dem Treibmitteltank erneut zugeführt. Zur Kondensation des Treibmittels wird dieses an den Wänden eines Luftkühlers, den auch das Messgas passiert, kondensiert. US 2,987,921 beschreibt eine Vorrichtung zur Reinigung eines staubbeladenen Gasstromes, um diesen einer Analyse zuführen zu können. Aus DE 19 43 669 C2 geht eine Einrichtung zur Analyse von in Heißdampf enthaltenen Fremdstoffen hervor. Bei den beiden vorgenannten Vorrichtungen werden zu analysierendes Gas und anfallendes Kondensat über gemeinsame Leitungswege transportiert. DE 1 957 155 A offenbart, Analysegas mit Hilfe einer Gasstrahlpumpe einem Flammenionisationsdetektor zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasanalysevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen eine Gasanalysevorrichtung gemäß Anspruch 1.

Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, das im Kondensatabscheider anfallende Kondensat mittels einer Gasstrahlpumpe aus dem Kondensatabscheider abzuführen. Der Vorteil einer solchen Gasanalyseeinrichtung liegt insbesondere darin, dass die zur Abführung des Kondensats verwendete Gasstrahlpumpe keine mechanisch bewegten Teile aufweist und die Gasanalysevorrichtung dadurch unter geringem Kosten- und Wartungsaufwand insbesondere auch in explosionsgeschützten Einrichtungen eingesetzt werden kann. Ferner ist die Gasanalysevorrichtung durch die entsprechende Verwendung einer Gasstrahlpumpe zum Abführen des Kondensats äußerst wartungsfreundlich.

Als Gasstrahlpumpe kann eine beliebige Gasstrahlpumpe nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Das Grundprinzip einer Gasstrahlpumpe besteht bekanntermaßen darin, dass aus einer Düse ein gasförmiger Strahl mit hoher Geschwindigkeit austritt, der Flüssigkeit, Gas oder Feststoff mitreißt. Bei der vorliegenden Erfindung reißt der Gasstrahl der Gasstrahlpumpe über den Ableitungsweg das im Kondensatabscheider anfallende Kondensat und über den Gasleitungsweg das dem Gasanalysator zugeleitete Gas mit.

Die Gasstrahlpumpe ist dem Gasanalysator sowie den Abscheidern in Strömungsrichtung des Gases beziehungsweise der abgeschiedenen Stoffe nachgeschaltet.

Die Gasanalysevorrichtung weist zwei separate Leitungswege auf. Über einen ersten Leitungsweg wird das – noch Kondensat und gegebenenfalls Verunreinigungen enthaltende – zu analysierende Gas zunächst dem Kondensatabscheider – und gegebenenfalls weiteren Abscheidern, siehe unten – und anschließend dem Gasanalysator zugeleitet. Diese Leitung wird nachfolgend auch als Gasleitungsweg bezeichnet.

Über einen zweiten Leitungsweg wird das im Kondensatabscheider anfallende Kondensat – und die in den gegebenenfalls weiteren Abscheidern anfallenden Stoffe – ebenfalls mittels einer Gasstrahlpumpe aus dem Kondensatabscheider – und gegebenenfalls aus den weiteren Abscheidern – abgeleitet. Dieser weitere Leitungsweg wird nachfolgend auch als Ableitungsweg bezeichnet.

Gasleitungsweg und Ableitungsweg können aus beliebigen Leitungselementen nach dem Stand der Technik bestehen, zum Beispiel aus Leitungen aus Stahl, Glas, Kunststoff oder Silikon.

Durch den Gasanalysator ist das zu analysierende Gas insbesondere chemisch und/oder physikalisch analysierbar.

Als Kondensatabscheider kann eine beliebige Vorrichtung nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, durch die eine Flüssigkeit aus einem feuchten Gas abscheidbar ist, zum Beispiel Gaskühler, insbesondere mechanische Gaskühler, oder Flüssigkeitsabscheider, wie zum Beispiel Membransysteme. Bei letzteren wird das Gas gegen eine Membran, zum Beispiel aus GORE-TEX^®, geleitet; dabei passiert das Gas die Membran, während die feuchten Bestandteile des Gases von der Membran zurückgehalten und als Kondensat aufgefangen werden.

Es kann wenigstens ein weiterer Abscheider im Gasleitungsweg angeordnet sein, der in Reihe zu dem Kondensatabscheider geschaltet und dem Gasanalysator vorgeschaltet ist. Wenigstens einer der weiteren Abscheider kann beispielsweise ein Partikelabscheider sein.

Durch den Partikelabscheider kann das zu analysierende Gas von partikelförmigen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staub, befreit werden.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die in den weiteren Abscheidern abgeschiedenen Stoffe mittels der wegen wenigstens einen Gasstrahlpumpe aus den Abscheidern über den Ableitungsweg abführbar sind.

Nach einer Ausführungsform weist die Gasanalysevorrichtung allein eine Gasstrahlpumpe auf. Bei dieser Ausführungsform sind mittels derselben Gasstrahlpumpe zum einen das zu analysierende Gas dem Gasanalysator über den Gasleitungsweg zuleitbar und zum weiteren das Kondensat aus dem Kondensatabscheider und die in den gegebenenfalls weiteren Abscheidern abgeschiedene Stoffe aus den Abscheidern über den Ableitungsweg abführbar. Vorteil dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass nur eine einzige Gasstrahlpumpe benötigt wird.

Es können jedoch auch zwei oder auch mehrere Gasstrahlpumpen vorhanden sein. Bei dieser Ausführungsform sind mittels einer ersten Gasstrahlpumpe das zu analysierende Gas dem Gasanalysator über den Gasleitungsweg zuleitbar und mittels einer weiteren Gasstrahlpumpe das Kondensat aus dem Kondensatabscheider und die in den weiteren Abscheidern abgeschiedenen Stoffe aus den Abscheidern über den Ableitungsweg abführbar. Vorteil bei dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass die erste Gasstrahlpumpe das zu analysierende Gas dem Gasanalysator stets zuverlässig zuleitet, auch wenn beispielsweise die weitere Gasstrahlpumpe kurzzeitig durch das Kondensat oder einen anderen abgeschiedenen Stoff verstopft ist.

Soweit neben dem Kondensatabscheider weitere Abscheider in der Gasanalysevorrichtung vorhanden sind, kann vorgesehen sein, dass der Ableitungsweg verzweigt ausgebildet ist, wobei jeder Abscheider mit einem separaten Zweig des Ableitungsweges verbunden ist. Bevorzugt münden diese Zweige in ein gemeinsames Leitungsstück, das zur Gasstrahlpumpe führt. Der Ableitungsweg kann aber auch parallele Leitungsstücke umfassen, die separat von einem Abscheider in die Gasstrahlpumpe führen.

Die Gasstrahlpump kann auf einen definierten Vordruckwert einstellbar sein. In diesem Fall saugt die Gasstrahlpumpe stets eine definierte Gasmenge ein. Dabei wurde festgestellt, dass der Strömungswiderstand entlang des Gasleitungsweges durch den Gasanalysator häufig höher ist als der Strömungswiderstand entlang des Ableitungsweges.

Dies kann insbesondere bei dem Einsatz von nur einer einzigen Gasstrahlpumpe in der Gasanalysevorrichtung dazu führen, dass die Teilstrommenge, die durch den Ableitungsweg gesaugt wird, im Verhältnis zu der Teilstrommenge, die durch den Gasleitungsweg – und damit durch den Gasanalysator – gesaugt wird, zu Gunsten der durch den Ableitungsweg gesaugten Teilstrommenge verschoben wird. Um die Teilstrommengen in einem solchen Fall wieder zu Gunsten der durch den Gasleitungsweg beziehungsweise der durch den Gasanalysator gesaugten Teilstrommenge zu verschieben, ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Strömungswiderstand im Ableitungsweg einstellbar ist, insbesondere beispielsweise über ein Ventil. Wird nunmehr festgestellt, dass die durch den Gasanalysator gesaugte Teilstrommenge im Verhältnis zu der durch den Ableitungsweg gesaugten Teilstrommenge zu gering ist, wird der Strömungswiderstand im Ableitungsweg erhöht, so dass sich die Teilstrommenge zu Gunsten der durch den Gasleitungsweg gesaugten Teilstrommenge erhöht.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Gasströmungsmesser im Gasleitungsweg angeordnet ist, der in Reihe zu dem Gasanalysator geschaltet und diesem vorgeschaltet und dem Kondensatabscheider und den weiteren Abscheidern nachgeschaltet ist. Anhand der am Gasströmungsmesser gemessenen Gasstrommenge, die durch den Gasleitungsweg strömt, ist das im Ableitungsweg angeordnete Ventil einstellbar. Hierzu kann beispielsweise auch eine Regelung vorgesehen sein, durch die der Strömungswiderstand im Ableitungsweg in Abhängigkeit von dem am Gasströmungsmesser gemessenen Wert automatisch einstellbar ist.

Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch die Verwendung einer Gasstrahlpumpe zum Abführen von in einem Kondensatabscheider einer Gasanalysevorrichtung anfallenden Kondensat aus, wobei in dem Kondensatabscheider anfallendes Kondensat über einen separaten Leitungsweg (Ableitungsweg) mittels der Gasstrahlpumpe aus dem Kondensatabscheider abgeführt wird.

Die Gasanalysevorrichtung kann zur Analyse eines beliebigen Gases eingesetzt werden, beispielsweise zur Analyse eines Prozessgases, beispielsweise eines Prozessgases eines Kraftwerkes.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Gasanalysevorrichtung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.

Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Gasanalysevorrichtung mit nur einer Gasstrahlpumpe und

2 eine schematische Darstellung einer Gasanalysevorrichtung mit zwei Gasstrahlpumpen.

Die Gasanalysevorrichtung nach 1 weist einen Gasleitungsweg 1 und einen Ableitungsweg 2 auf. Der Gasleitungsweg 1 besteht aus den Teilstücken 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 und 1.5. Entlang des Gasleitungsweges 1 wird das zu analysierende Gas in Pfeilrichtung geleitet.

Der Ableitungsweg 2 besteht aus den Teilstücken 2.1, 2.2. und 2.3 und mündet am Knotenpunkt 3 in das Teilstück 1.5 des Gasleitungsweges 1 ein. Entlang des Ableitungsweges 2 werden die aus den Abscheidern abgeführten Stoffe in Pfeilrichtung abgeführt.

Zu analysierendes Gas ist über das Teilstück 1.1 des Gasleitungsweges 1 in die Gasanalysevorrichtung einleitbar, illustriert durch den Pfeil 5.

In der Strömungsrichtung des Gases führt das Teilstück 1.1 zunächst in den Kondensatabscheider 7, hier in Form eines Membransystems. Über das Teilstück 1.2 führt der Gasweg 1 weiter in einen Partikelabscheider 9, über das Teilstück 1.3 weiter in den Gasströmungsmesser 11 und von diesem über das Teilstück 1.4 weiter in den Gasanalysator 13. Dabei wird das zu analysierende Gas dem Gasanalysator 13 mittels der Gasstrahlpumpe 17 zugeleitet, deren Saugstutzen über das Teilstück 1.5 des Gasleitungsweges 1 mit der Ausgangsseite des Gasanalysators 13 verbunden ist, wodurch das zu analysierende Gas in der vorgenannten Strömungsrichtung durch den Kondensatabscheider 7, den Partikelabscheider 9, den Gasströmungsmesser 11 und anschließend durch den Gasanalysator 13 gesaugt wird.

Bei der Gasstrahlpumpe 17 ist das in den Treibmittelanschluss der Gasstrahlpumpe 17 einströmende Treibgas mit dem Pfeil 19 und das aus dem Druckstutzen austretende Gas-/Flüssigkeits-/Partikel-Gemisch mit dem Pfeil 21 bezeichnet.

Der Ableitungsweg 2 ist verzweigt ausgebildet und weist zwei Zweige beziehungsweise Leitungsstücke 2.1 und 2.2 auf, die in das gemeinsame Teilstück 2.3 des Ableitungsweges 2 münden. Zur Einstellung des Strömungswiderstandes im Ableitungsweg 2 weist das Teilstück 2.3 ein Ventil 23 auf. Das Teilstück 2.3 des Ableitungsweges 2 mündet am Knotenpunkt 3 in das Teilstück 1.5 des Gasleitungsweges 1 ein.

Das Teilstück 2.1 des Ableitungsweges 2 ist mit dem Kondensatabscheider 7 und das Teilstück 2.2 des Ableitungsweges 2 mit dem Partikelabscheider 9 verbunden.

Beim Betrieb der Gasanalysevorrichtung gemäß 1 wird das zu analysierende Gas durch die Gasstrahlpumpe 17 zunächst in Pfeilrichtung 5 in das Teilstück 1.1 der Gasanalysevorrichtung eingesaugt. Ferner passiert das zu analysierende Gas zunächst den Kondensatabscheider 7, in welchem das Gas von seinen flüssigen Bestandteilen, die als Kondensat ausfallen, abgetrennt wird. Im nachfolgenden Partikelabscheider 9 wird das getrocknete Gas von Verunreinigungen in Form von Partikeln gereinigt. Das zu analysierende Gas wird über den Gasströmungsmesser 11 anschließend in den Gasanalysator 13, in dem das Gas chemisch und physikalisch analysiert wird, gesaugt. Über das Leitungsstück 1.5 wird das analysierte Gas anschließend in den Saugstutzen der Gasstrahlpumpe 17 eingesaugt.

Das im Kondensatabscheider 7 abgeschiedene Kondensat sowie die im Partikelabscheider 9 abgeschiedenen Partikel werden über die Teilstücke 2.1 beziehungsweise 2.2 des Ableitungsweges 2 aus den Abscheidern 7, 9 abgeführt. Dabei werden das Kondensat und die Partikel zunächst über die Leitungsstücke 2.1 und 2.2, anschließend durch das gemeinsame Leitungsstück 2.3 und schließlich – ab dem Knotenpunkt 3 – über das letzte Teilstück des Leitungsstückes 1.5 in den Saugstutzen der Gasstrahlpumpe 17 eingesaugt. In der Gasstrahlpumpe 17 werden das analysierte Gas, das Kondensat sowie die Partikel miteinander vermischt und, wie durch den Pfeil 21 angedeutet, am Druckstutzen der Gasstrahlpumpe 17 aus dieser ausgetragen.

Der Strömungswiderstand im Ableitungsweg 2 wird in Abhängigkeit von dem am Strömungsmesser 11 abgelesenen Wert mittels des Ventils 23 eingestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 weisen Gasleitungsweg 1 und Ableitungsweg 2 je eine separate Gasstrahlpumpe auf. In Hinblick auf die Ausführungsform nach 1 sind entsprechende Gegenstände der Vorrichtung dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach 1 und 2 liegt darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 das Teilstück 2.3 des Ableitungsweges 2 nicht in das Leitungsstück 1.5 des Leitungsweges 1, sondern unmittelbar in den Saugstutzen einer weiteren Gasstrahlpumpe 25 einmündet. Durch die erste Gasstrahlpumpe 17 wird das zu analysierende Gas damit durch den Kondensatabscheider 7, den Partikelabscheider 9, den Gasströmungsmesser 11 und den Gasanalysator 13 gesaugt. Die Gasstrahlpumpe 25 dient zum Abführen des im Kondensatabscheider 7 angesammelten Kondensats sowie zum Abführen der im Partikelabscheider 9 gesammelten Partikel.

Claims

Gasanalysevorrichtung mit einem Gasleitungsweg (1), welcher von einem Kondensatabscheider (7), dem über ein Teilstück (1,1) des Gasleitungsweges (1) zu analysierendes Gas zuführbar ist, zu einem Gasanalysator (13) und von dem Gasanalysator (13) zu einer diesem nachgeschalteten Gasstrahlpumpe (17) führt, und einem separaten Ableitungsweg (2), der von dem Kondensatabscheider (7) zu einer diesem nachgeschalteten Gasstrahlpumpe (17, 25) führt, wobei über den Gasleitungsweg (1) zu analysierendes Gas mittels der Gasstrahlpumpe (17) dem Kondensatabscheider (7) und dem diesem in Strömungsrichtung des Gases nachgeschalteten Gasanalysator (13) zuleitbar ist und wobei in dem Kondensatabscheider (7) Kondensat des zu analysierenden Gases abscheidbar und über den Ableitungsweg (2) mittels der Gasstrahlpumpe (17, 25) aus dem Kondensatabscheider (7) abführbar ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Strömungswiderstand im Ableitungsweg (2) einstellbar ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Strömungswiderstand im Ableitungsweg (2) über ein Ventil (23) einstellbar ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens ein weiterer Abscheider (9) im Gasleitungweg (2) angeordnet ist, der in Reihe zu dem Kondensatabscheider (7) geschaltet und dem Gasanalysator (13) vorgeschaltet ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 4, bei der wenigstens einer der weiteren Abscheider ein Partikelabscheider (9) ist.
Gasanalysevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die in den weiteren Abscheidern abgeschiedenen Stoffe über den Ableitungsweg (2) mittels der Gasstrahlpumpe (17, 25) aus den Abscheidern abführbar sind.
Gasanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der mittels derselben Gasstrahlpumpe (17) zum einen das zu analysierende Gas dem Gasanalysator (13) über den Gasleitungsweg (1) zuleitbar und zum weiteren das Kondensat aus dem Kondensatabscheider (7) und die gegebenenfalls in den weiteren Abscheidern abgeschiedenen Stoffe aus den Abscheidern über den Ableitungsweg (2) abführbar sind.
Gasanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der mittels einer ersten Gasstrahlpumpe (17) das zu analysierende Gas dem Gasanalysator (13) über den Gasleitungsweg (1) zuleitbar und mittels einer weiteren Gasstrahlpumpe (25) das Kondensat aus dem Kondensatabscheider (7) und die gegebenenfalls in den weiteren Abscheidern abgeschiedene Stoffe aus den Abscheidern über den Ableitungsweg (2) abführbar sind.
Gasanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der ein Gasströmungsmesser (11) im Gasleitungweg (1) angeordnet ist, der in Reihe zu dem Gasanalysator (13) geschaltet und diesem vorgeschaltet und dem Kondensatabscheider (7) und den weiteren Abscheidern nachgeschaltet ist.
Verwendung einer Gasstrahlpumpe (17, 25) zum Abführen von in einem Kondensatabscheider (7) einer Gasanalysevorrichtung anfallendem Kondensat, wobei in dem Kondensatabscheider (7) anfallendes Kondensat des zu analysierenden Gases über einen Ableitungsweg (2) mittels der dem Kondensatabscheider (7) nachgeschalteten Gasstrahlpumpe (17, 25) aus dem Kondensatabscheider (7) abführbar ist, wobei der Ableitungsweg (2) von einem zum Gasanalysator (13) führenden Gasleitungsweg (1) separat ist.