DE3327154C2

DE3327154C2 -

Info

Publication number: DE3327154C2
Application number: DE3327154A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Dipl.-Kfm. 4400 Muenster De Huebner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1988-06-09
Also published as: DE3327154A1; US4642296A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Methan in Luft, ins besondere im Wetterstrom unter Tage, wobei die normale Zusammensetzung von Luft als Vergleichsbasis dient. In diesem Normalzustand hat Luft eine Kon zentration von ca. 78% Stickstoff (N₂) und von ca. 21% Sauerstoff (O₂).

Das Messen (und das Verarbeiten) von Kenngrößen der Umgebungsatmosphäre ist in vielen Anwendungsfällen notwendig, um Informationen zu gewinnen, die ggf. das Einleiten von Sicherungsmaßnahmen oder Rettungsmaßnahmen erlauben. Insbesondere im untertätigen Bergbau sind solche Verfahren seit langem bekannt und werden ständig praktiziert. Bei solchen Verfahren bzw. bei zur Durchführung solcher Verfahren geeigneten Meßeinrichtungen sind verschiedene Meßsysteme bekannt. So ist es bekannt, für die Messung der Konzentrationen von explosiven und brennbaren Gasen mit dem Meßsystem "katalytische Verbrennung" zu arbeiten, bei der Messung von Konzentra tionen von toxischen Gasen das Meßsystem "Chemosorption an Metalloxid- Halbleiter" zu verwenden, die Messung der Konzentration von Sauerstoff durch das Meßsystem "chemische Stromerzeugung" vorzunehmen und beispiels weise Kohlendioxid quantitativ durch das Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" zu bestimmen. Für die Messung ein und derselben Kenngröße der Umgebungsatmos phäre gibt es verschiedene Meßsysteme, die aus unterschiedlichen Gründen bzw. unter unterschiedlichen Randbedingungen anwendbar sind. Insbesondere ist der Nachweis von Methan bei geringen Prozentsätzen besonders gut mit dem Meßsystem "katalytische Verbrennung" möglich, bei hohen Prozentsätzen liefert jedoch das Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" zuverlässigere und rich tigere Meßergebnisse. Häufig stehen dem an sich wünschenswerten Einsatz eines bestimmten Meßsystems aber sicherungstechnische Bedenken entgegen, so daß anstelle des meßtechnisch optimalen Meßsystems ein anderes Meß system eingesetzt werden muß.

Bei dem nachveröffentlichten Stand der Technik, von dem die Erfindung aus geht (nachveröffentlichte DE-OS 32 43 542) wird für die Messung der Konzen tration von Methan in der Umgebungsatmosphäre Luft so gearbeitet, daß ein Meßsystem, nämlich das Meßsystem "katalytische Verbrennung" für den Normal fall benutzt und von diesem ersten Meßsystem bei Auftreten eines Störfalls auf ein zweites Meßsystem, hier nämlich das Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" umgeschaltet wird. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß das Meßsystem "katalytische Verbrennung" zwar genau ist, jedoch sicherheitstechnische Probleme aufwirft, wenn die Konzentration von Methan einen bestimmten un teren Grenzwert überschreitet. Erreicht die Methankonzentration die soge nannte untere Explosionsgrenze - UEG -, so muß spätestens auf das sicher heitstechnisch unproblematische Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" umgeschal tet werden. Für den Störfall mit entsprechend erhöhter Methankonzentration begnügt man sich dann mit einer weniger genauen Messung der Kenngröße, die jedoch die Einhaltung gewünschter Sicherheitserfordernisse noch erlaubt. Es gilt jedoch, daß auf das Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" schon dann um geschaltet wird, wenn dieses Meßsystem wegen der noch zu geringen Konzen tration von Methan an sich noch keine sehr genauen Meßwerte liefern kann.

Im übrigen sind an sich meßtechnische Substitionsverfahren bekannt, bei denen meßtechnisch eine eigentlich interessierende Kenngröße durch eine andere, leichter, besser, sicherer od. dgl. meßbare Kenngröße substituiert wird (vgl. die DE-OS 25 40 324). Diesen Verfahren liegt die Erkenntnis zu grunde, daß verschiedene Kenngrößen mitunter so miteinander korreliert sind, daß Veränderungen der einen Kenngröße auf Veränderungen bei einer anderen Kenngröße sicher schließen lassen. Beim so bekannten Verfahren wird z. B. anstelle des Anreicherungsgrades organischer Verunreinigungen im Abwasser der biochemische Sauerstoffbedarf ermittelt, der direkt zum Anreicherungs grad korreliert ist.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten, nachveröffentlichten Stand der Tech nik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben mit dem einerseits die Konzentration des interessierenden Methans in der Umge bungsatmosphäre Luft stets sehr genau bestimmt werden kann, bei dem anderer seits Nachteile oder Gefährdungen durch das verwendete Meßsystem ausge schlossen sind.

Nach der Erfindung ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß zur indirekten Bestimmung der Konzentration von Methan die Konzentration von Sauerstoff in der Luft mittels eines nicht explosionsgefährlichen Meß systems gemessen und aus den Meßwerten der Konzentration von Sauerstoff die Konzentration von Methan in der Luft rechnerisch bestimmt wird. Vor zugsweise wird mit dem Meßsystem "chemische Stromerzeugung" für die Mes sung der Konzentration von Sauerstoff gearbeitet.

Voraussetzung für die zuvor gegebene Lehre ist es, daß tatsächlich nur das interessierende Methan als Ursache für eine Änderung der Konzentration von Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre in Frage kommt. Davon ausgehend liegt der Lehre die Erkenntnis zugrunde, daß ein Zuführen von Methan in die Um gebungsatmosphäre notwendigerweise zu einem Sinken der Konzentration von Sauerstoff (und einem entsprechenden Sinken der Konzentration von Stick stoff) führt. Ist man also absolut sicher, daß der Umgebungsatmosphäre als zusätzliches Gas nur Methan zugeführt worden sein kann, so läßt ein Sinken der Konzentration von Sauerstoff qualitativ und quantitativ genau auf einen Anstieg der Konzentration von Methan schließen. Damit ist es möglich, durch Messung der Konzentration von Sauerstoff mit einem sicherheitstechnisch un gefährlichen Meßsystem, beispielsweise mit dem Meßsystem "chemische Stromer zeugung", auf indirektem Wege eine sehr genaue Bestimmung der interessieren den Kenngröße - Konzentration von Methan - zu erhalten. Anstelle der für niedrige Konzentration von Methan, die aber schon oberhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) liegen, aus sicherheitstechnischen Gründen notwen digen Wahl des Meßsystems "Wärmeleitfähigkeit", das in der Meßgenauigkeit zu wünschen übrig läßt, kann nun eine einerseits völlig ungefährliche, ande rerseits sehr genaue Messung nach dem Meßsystem "chemische Stromerzeugung" erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung nochmals kurz in Verbindung mit einer Zeich nung erläutert; es zeigt

Fig. 1 in einem schematischen Diagramm die Funktionsbeziehungen beim Messen und Verarbeiten von Kenngrößen der Umgebungsatmosphäre, hier beispielhaft im Wetterstrom unter Tage und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anlage zum Messen und Verarbeiten von Kenngrößen der Umgebungsatmosphäre.

In der schematischen Darstellung in Fig. 1 erkennt man eine Mehrzahl von Kenngrößen der Umgebungsatmosphäre, nämlich verschiedene Gaskonzentratio nen 1, 2, 3, 4, die Lufttemperatur 5, den Luftdruck 6, die relative Luft feuchtigkeit 7, die Luftgeschwindigkeit 8 und eine nicht näher spezifizier te Kenngröße 9. Diese Kenngrößen werden einem Meßgerät 10 zugeführt. Im Meß gerät 10 werden auch noch die Zeit 11 und der Ort 12 der Messung festgehal ten. Diese Daten werden durch eine Anschluß- und Übertragungseinrichtung an eine nicht dargestellte Zentraleinheit übertragen.

Bei den verschiedenen Gaskonzentrationen sind schematisch angegeben eine erste Methankonzentration 1, eine zweite Methankonzentration 2, eine Sauer stoffkonzentration 3 und eine Kohlenmonoxidkonzentration 4. Die erste Methan konzentration 1 wird im Bereich von 0 bis 5% CH₄ mit dem Meßsystem "kata lytische Verbrennung" gemessen. Die zweite Methankonzentration 2 wird im Bereich bis 100% CH₄ mit dem Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" gemessen. Die Sauerstoffkonzentration 3 wird im Bereich von 0 bis 21% mit dem Meß system "chemische Stromerzeugung" bestimmt. Schließlich wird Kohlenmon oxidkonzentration 4 bis zu 300 vpm mit dem Meßsystem "Chemosorption an Metall oxid-Halbleiter" ermittelt. Aus Sicherheitsgrunden wurde bei der Ermittlung der Methankonzentration oberhalb von 5% CH₄ auf das zweite Meßsystem, also die zweite Methankonzentration 2 umgeschaltet, obwohl das dortige Meßsystem "Wärmeleitfähigkeit" nur bei sehr hohen Prozentsätzen der Methankonzentra tion wirklich zuverlässige Ergebnisse liefert.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann, wenn man sicher ist, daß ausschließlich Methan der Umgebungsatmosphäre zugeführt wird, lediglich die Sauerstoffkonzentration 3 gemessen. Da die Sauerstoffkonzentration 3 mit der Methankonzentration korreliert ist, läßt sich die Methankonzentra tion aus den Meßwerten der Sauerstoffkonzentration 3 rechnerisch bestimmen. Das Meßsystem "chemische Stromerzeugung", das für die Messung der Sauer stoffkonzentration 3 verwendet wird, ist sicherheitstechnisch unbedenklich.

Fig. 2 zeigt, wie eine entsprechende Anlage zum Messen und Verarbeiten von Kenngrößen der Umgebungsatmosphäre aufgebaut sein kann. Zwei Meßgeräte 10 sind, wie eine Mehrzahl anderer, nicht dargestellter Meßgeräte, an ein Steuer- und Signalübertragungsnetz 14 und über dieses an einen Zentralrech ner 15 angeschlossen. Von dem Zentralrechner 15 werden verschiedene, nur schematisch dargestellte Peripheriegeräte 16 angesteuert. Vom Zentralrech ner 15 kann beispielsweise dann, wenn einwandfrei feststeht, daß die Umge bungsatmosphäre außer den Bestandteilen normaler Luft nur noch Methan als explosionsgefährliches Gas enthält, bei Ansteigen der Konzentration von Methan über 5% von dem Meßbereich erste Methankonzentration 1 mit dem Meßsystem "katalytische Verbrennung" auf den Meßbereich Sauerstoffkonzen tration 3 mit dem Meßsystem "chemische Stromerzeugung" umgeschaltet werden. Der Meßbereich zweite Methankonzentration 2 mit dem Meßsystem "Wärmeleit fähigkeit" wird hier also nicht eingesetzt. Genauere Ergebnisse werden näm lich gewonnen, wenn mittels des Zentralrechners 15 aus den Meßwerten der Sauerstoffkonzentration 3 die tatsächliche Methankonzentration rechnerisch bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Konzentration von Methan in Luft, insbeson dere im Wetterstrom unter Tage, wobei die normale Zusammensetzung von Luft als Vergleichsbasis dient, dadurch gekennzeichnet, daß zur indirekten Bestimmung der Konzentration von Methan die Konzentration von Sauerstoff in der Luft mittels eines nicht explosionsgefährlichen Meß systems gemessen und aus den Meßwerten der Konzentration von Sauerstoff die Konzentration von Methan in der Luft rechnerisch bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Sauerstoff mittels des Meßsystems "chemische Stromerzeugung" gemessen wird.