Wie Durchflussmesser Gase zum Riechen bringen

Wie bringen Massendurchflussregler ein Gas zum riechen?

Wussten Sie eigentlich, dass natürliches Gas (Erdgas mit Methan als Hauptbestandteil) für Menschen geruchlos ist?

Die meisten von uns verbinden mit Gas einen mehr oder weniger durchdringenden und unangenehmen Geruch. Dieser Geruch kommt allerdings nicht vom Methan selbst sondern von beigemengten Stoffen, die es uns Menschen ermöglichen, Gas zu riechen.

Wie bereits gesagt, ist Methan und genauso andere Brenngase wie Ethan, Propan oder Butan für den Menschen geruchlos, allerdings sind sie alle auch sehr leicht entflammbar. Es müssen also gewisse Sicherheitsregularien von Seiten des Gesetzgebers aufgestellt werden, die es uns Menschen ermöglicht, austretendes Gas wahrzunehmen und damit als potentielle Gefahrenquelle zu erkennen.

Früher war das relativ einfach, denn das Gas stank tatsächlich. Aber auch damals war es nicht das Methan selbst, sondern schwefelhaltige Beimengungen, die oft natürliche Bestandteile von Erdgas sind und nicht entfernt wurden, bevor das Gas zum Endverbraucher gelagt ist. Heutzutage kommt aus unseren Leitungen und Gasflaschen aber ein aufgereinigtes Gas, so dass die Behörden einen Weg finden mussten, diesen Warn-Effekt künstlich zu erzeugen. Diese Regularien werden weltweit von Sicherheitsbehörden der einzelnen Regierungen aufgestellt.

LEL (Lower Explosive Limit) und UEL (Upper Explosive Limit)

Wie behandelt man also Gas, damit es für Menschen wahrnehmbar wird?

Das ist also die Frage des Tages zu diesem Thema. Hier kommt die Gasodorierung ins Spiel.

Die Odorierung wird durchgeführt, um den Warn-Effent zu erreichen, das Gas wird für Menschen wahrnehmbar und kann damit als potentielle Gefahr erkannt werden. Es muss also auch schon funktionieren, wenn nur kleine Mengen Gas in der Luft sind (Gassleckage) und das, bevor sich ein explosives Gemisch aus Gas und Luft bildet.

Wie man in der Grafik sieht, gibt es eine untere Explosionsgrenze (LEL = lower explosion level) und eine obere Explosionsgrenze (UEL = upper explosion level). Liegt die Konzentration des Gases in der Luft unterhalb der unteren Explosionsgrenze, ist das Gemisch zu „mager“ (< LEL), so wird keine Verbrennung stattfinden. Ist das Gemisch zu „fett“ – die Konzentration des Gases in der Luft liegt also über der oberen Explosionsgrenze (> UEL)- so findet nur eine teilweise Verbrennung statt.

Kritisch wird es in dem Bereich zwischen diesen Grenzen, dort bildet sich ein explosionsfähiges Gemisch. Daher ist es extrem wichtig, dass die Menschen in der Umgebung austretendes Gas rechtzeitig riechen können, bevor die Konzentration zu hoch wird und die untere Explosionsgrenze überschreitet.

Heutige Sicherheitsbestimmungen geben vor, dass Gas in der Luft ab einem bestimmten Level erkennbar sein muss, dieser liegt bei 20 % der unteren Explosionsgrenze. Dabei darf das zugesetzte Odorierungsmittel natürlich nicht gesundheitsschädlich sein, muss aber deutlich und für jedermann wahrnehmbar sein.

Wann wird das Odorierungsmittel dem Gas zugesetzt?

Das hängt tatsächlich vom Typus der Gasleitung ab. Man unterscheidet hier zwischen „Verteilernetzen“ und „Überlandleitungen“. Unter einem Verteilernetz versteht man lokale Erdgasversorgungssysteme, die aus einer Hauptleitung und verschiedenen Serviceleitungen bestehen, z.B. Gasleitungen mit lokalen Endverbrauchern wie man sie im Haushalt findet. ALLE diese Verteilernetzleitungen müssen odoriert werden, für die Überlandleitungen gelten abweichende gesetzliche Vorschriften, wann odoriert werden muss.

Was riecht man denn da nun?

Für die Odorierung gibt es eine Vielzahl verschiedener Odorierungsmittel wie z.B. Tetrahydrothiophen (THT) oder Mercaptane. Die Auswahl des Odorierungsmittels hängt ebenso von den Eigenschaften des zu odorierenden Gases wie dem Aufbau der Leitungen und den Umgebungsbedingungen ab. Tetrahydrothiophen THT ist ein häufig verwendetes Odorierungsmittel. THT ist unter Umgebungsbedingungen eine sehr leicht flüchtige Flüssigkeit mit einem ausgesprochen unangenehmen Geruch.

Kontrollierte Beimengung von THT mittels Massendurchflussregelung

Bronkhorst hat zusammen mit einem niederländischen Gasversorger eine Methode entwickelt, um THT deren Biogas beizumischen. Das Biogas wurde durch anaerobe Zersetzung von organischen Stoffen erzeugt und auf Erdgasqualität aufgereinigt, um es in das niederländische Gasnetz einzuspeisen. Da kommerzielles Erdgas in den Niederlanden mindestens 18 mg THT pro Kubikmeter Gas enthalten muss (in Deutschland sind es etwa 20 mg/m³ Gas), muss der Prozess der Zugabe zu dem kommerziellen Gas sehr genau erfolgen.

Herkömmlicherweise wird THT über eine Pumpe mit festem Hubvolumen in das Gas eingebracht. Jedoch können niedrige Gasströmungsraten in Kombination mit einer Pumpe für die diskontinuierliche Injektion dazu führen, Das das THT nicht vollständig verdampft und als Flüssigkeit in den Gasleitungen verbleibt. THT mischt sich nicht vollständig mit dem Gas und es kommt zu starken Schwankungen in der THT-Konzentration. Eine homogene Injektion von THT ist daher viel besser. Hinzu kommt die Tatsache, dass THT eine recht teure Substanz ist und die Gaslieferanten allein deshalb ein großes Interesse daran haben, die Dosierung möglichst reproduzierbar und genau zu halten.

Direkte Pumpensteuerung mit Massendurchflussregler

Als beste Lösung hat sich eine Regeleinheit bestehend aus einer Pumpe und einem Massendurchflussregler. Dank eines integrierten PID-Reglers kann der Massendurchflussregler die Pumpe direkt steuern. Durch diese Kombination ist es möglich, sowohl kontinuierlich als auch genau zu dosieren.

Den kompletten Applikationsbericht zur Odorierung von Erdgas können Sie hier lesen.

ATEX Zone 1 Coriolis-Massendurchflussmesser

Einsatz in Gefahrenbereichen

Es muss natürlich auch in Betracht gezogen werden, dass Gasanwendungen sehr oft unter die Regularien für Gefahrenbereiche fallen (ATEX, Explosionsschutz), also bestimmte Schutzklassen erfüllt sein müssen. (Erd-)Gas ist prinzipiell sehr leicht brennbar und bildet mit Luft explosionsfähige Gemische. Daher unterliegen diese Anlagen den Richtlinien für Gefahrenbereiche.

In den meisten Ländern sind diese Gefahrenbereiche nach ATEX Zone 1 oder Zone 2 klassifiziert. Damit einhergehend müssen bestimmte Anforderungen an Materialien, Anschlüsse und Sicherheitsstandards erfüllt werden, damit ein Messinstrument in solchen Umgebung betrieben werden darf.

Je nach benötigter Schutzklasse kann Bronkhorst Lösungen für die Odorierung von Erdgas Instrumente in ATEX/IECEx Zone 1 oder 2 anbieten. Bronkhorst hat Lösungen für die Odorierung von Gasströmen von 10 bis 8000 m³ entwickelt. Die Menge an Odorierungsmittel kann zwischen 5 und 50 mg/m³ eingestellt werden und ist damit konform mit praktisch allen nationalen Odorierungsvorschriften weltweit.

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