Übersicht
Der auf Wärmeleitfähigkeitsmessung basierende Wasserstoff-Analysator (für den Messbereich in Prozent) nutzt das einzigartige physikalische Prinzip der im Vergleich zu anderen Gasen außergewöhnlich hohen Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff (H2). Dank eines verschleißfreien und hochstabilen Wärmeleitfähigkeitsdetektors (WLD) liefert das Gerät schnell reagierende Konzentrationsmesswerte im Bereich von 0 % bis 100 %. Dieser robuste Analysator kommt vielfältig zum Einsatz – etwa bei der Spülung und Reinheitsüberwachung wasserstoffgekühlter Generatoren in Kraftwerken, in Anlagen zur Wasserelektrolyse (grüner Wasserstoff), bei Schutzatmosphären für die metallurgische Wärmebehandlung (H2/N2-Mischung) sowie in chemischen Synthesekreisläufen – und leistet damit einen entscheidenden Beitrag zur Wasserstoffsicherheit und Prozesseffizienz.
Prinzip
Das Probengas strömt in die Wärmeleitfähigkeitsmesszelle. Ein Thermistor oberhalb der Membran sorgt für eine konstante Temperatur. Dadurch bildet sich ober- und unterhalb der Membran ein kleiner Hohlraum, in den das Messgas diffundieren kann. Auf diese Weise wird der durch die Wärmeleitfähigkeit des Probengases verursachte Wärmeverlust durch Erwärmung kompensiert. Die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Membrantemperatur benötigte Leistung ist ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit des gemessenen Gases.
Anwendung
• Grüner Wasserstoff & Wasserelektrolyse
Überprüfung der Wasserstoffreinheit: Online-Zertifizierung der H2-Gasreinheit am Ausgang des Elektrolyseur-Stacks (Bereich 95 % bis 100 %), bevor das Gas in Trockner oder Verdichterstufen gelangt.
Sicherheitsverriegelung (Wasserstoff in Sauerstoff): Überwachung von Spurenkonzentrationen des H2-Übertritts in den Sauerstoffstrom (0 % bis 4 % H2 in O2), um das Erreichen der unteren Explosionsgrenze (UEG) zu verhindern.
• Stromerzeugung (Wasserstoffgekühlte Generatoren)
Überwachung des dreistufigen Gasaustauschs: Entscheidende Prozessüberwachung während der Wartungszyklen des Generators: Austausch von Luft gegen Kohlendioxid (Luft → CO2), anschließend von Kohlendioxid gegen Wasserstoff (CO2 → H2) und umgekehrt. Dies verhindert die Bildung explosiver Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische im Turbinengehäuse.
Aufrechterhaltung der H2-Reinheit zur Turbinenkühlung: Kontinuierliche Online-Überwachung der H2-Reinheit (typischerweise >95 % bis 99 %) im Generator während des Betriebs. Ein Absinken der Reinheit erhöht die Gasreibung (Ventilationsverluste), was den Wirkungsgrad der Turbine verringert und zu Überhitzung führt.
• Metallurgie & Wärmebehandlung von Metallen
Schutzatmosphäre beim Blankglühen: Präzise Überwachung des H2-Anteils in Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemischen (typischerweise 5 % bis 75 % H2) in Durchlaufglühöfen für Stahl, Kupfer oder Messing. Dies gewährleistet eine reduzierende Atmosphäre, die Oxidation des Metalls verhindert und eine blanke Oberfläche garantiert.
Steuerung von Haubenglühöfen: Regelung exakter Wasserstoffkonzentrationen bei Glühprozessen mit 100 % reinem Wasserstoff zur Optimierung der Wärmeübertragungsraten und der mechanischen Eigenschaften von Stahlcoils.
• Chemische Verfahrenstechnik & Synthesekreisläufe
Zufuhr zum Ammoniaksynthesereaktor: Kontinuierliche Messung des stöchiometrischen H2:N2-Verhältnisses (ideal 3:1) im Einsatzgas, um die Effizienz der Ammoniakumwandlung zu maximieren und Schäden am Katalysator zu vermeiden.
Recycle-Gas beim Hydrocracken in Raffinerien: Überwachung der Wasserstoffabnahme und -konzentration in Hochdruck-Recycle-Gasströmen innerhalb von Hydrotreatern zur Steuerung der Katalysatorlebensdauer.
Vorteil
★ Integrierte Temperatur- und Feuchtigkeitskompensation
Ohne eine geeignete Feuchtigkeitskompensation kann Wasserdampf in Gasströmen die auf der Wärmeleitfähigkeit basierende Wasserstoffmessung erheblich beeinträchtigen. Dies führt bei normaler Feuchtigkeit typischerweise zu Messfehlern im Bereich von 1–5 Vol.-% H₂; unter extremen Bedingungen – etwa bei hoher Sättigung, Temperaturschwankungen oder teilweiser Kondensation – können die Abweichungen mehr als ±10 % des Messwerts betragen.
Messkomponenten und Messbereiche
• H2: 0 ~ 1 % ~ 100 %
Ausführliche Informationen finden Sie in der Beschreibung des Wasserstoff-Analysators.