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Misurazione di CO fino al limite di esplosività nei sistemi RTO | LEL

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Monitoraggio di CO nei sistemi RTO: sicuro.

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Misurazione del CO in atmosfere potenzialmente esplosive: sfide nei sistemi RTO

I sistemi di ossidazione termica rigenerativa (RTO) sono indispensabili nell’industria chimica per il trattamento dei gas di scarico contenenti COV. Tuttavia, quando diversi flussi di emissione – ad esempio, provenienti da processi criogenici con COV e da gas di scarico contenenti CO – vengono combinati in una camera di miscelazione comune, sorgono requisiti di misurazione particolari. La misurazione continua del CO fino al limite inferiore di esplosività (LEL) rappresenta un’operazione di misurazione critica per la sicurezza che richiede una tecnologia analitica specializzata.

Noi di Fresenius Umwelttechnik abbiamo sviluppato soluzioni per tali applicazioni che garantiscono protezione contro le esplosioni, tempi di risposta rapidi e valori di misura affidabili anche in condizioni di processo impegnative. In questo articolo illustriamo le sfide tecniche legate alla misurazione di CO ad alta concentrazione nei sistemi RTO e come i moderni analizzatori LEL con tecnologia NDIR le superino.

Requisiti di processo: quando due flussi di gas diventano una sfida

Nell’applicazione in esame, due diversi flussi di emissioni vengono combinati in una camera di miscelazione prima di essere convogliati insieme al sistema RTO. Il monitoraggio delle emissioni avviene nel condotto di scarico comune dopo la miscelazione, con le seguenti condizioni caratteristiche:

- Portata volumetrica: 3.500 Nm³/h

- Temperatura di processo: normalmente 35-40 °C, massimo fino a 60 °C

- Intervallo di pressione: 0,7-1,1 bar (è necessaria la compensazione della pressione)

- Concentrazione di CO: fino al 12,5% in volume (equivalente a 145 g/m³ o 100% LEL)

La sfida principale risiede nella misurazione del CO in concentrazioni esplosive. Al 12,5% in volume, la miscela gassosa si trova esattamente al limite inferiore di esplosività del monossido di carbonio. Allo stesso tempo, è necessario garantire tempi di risposta rapidi per rilevare tempestivamente le variazioni rilevanti per il processo ed evitare il superamento dei valori limite di sicurezza.

Sfide tecniche della misurazione del CO ad alta concentrazione

Formazione di condensa e condizionamento del campione

Quando si combinano diversi flussi di gas — in particolare nei processi criogenici relativi ai COV — possono verificarsi gradienti di temperatura che portano alla formazione di condensa. La condensa non solo distorce i risultati di misurazione, ma può anche causare corrosione e ostruzioni nel sistema analitico. È quindi essenziale un efficace raffreddamento del gas e una separazione della condensa prima della misurazione vera e propria.

Tempi di risposta rapidi nonostante il condizionamento del campione

Nelle applicazioni critiche per la sicurezza, i tempi di risposta rapidi sono fondamentali. Il tempo T90 — ovvero il tempo necessario per raggiungere il 90% del valore finale durante una variazione di concentrazione — deve essere il più breve possibile, anche tenendo conto del necessario condizionamento del campione. Ciò richiede percorsi di flusso ottimizzati e portate volumetriche del campione sufficienti per i metodi di misurazione dell’atmosfera sul posto di lavoro.

La soluzione: analizzatore LEL SC300 con tecnologia NDIR a doppio raggio

Per questo compito di misurazione impegnativo, utilizziamo l’analizzatore LEL SC300, sviluppato specificamente per la misurazione di gas combustibili ad alte concentrazioni. Il sistema si basa sulla collaudata tecnologia NDIR a doppio raggio (infrarosso non dispersivo) e offre vantaggi decisivi per questa applicazione:

Tecnologia NDIR a doppio raggio per una misurazione precisa del CO

La misurazione a infrarossi non dispersiva sfrutta la proprietà di assorbimento specifica del monossido di carbonio nella gamma degli infrarossi. Il principio a doppio raggio compensa automaticamente gli effetti di contaminazione e invecchiamento della sorgente a infrarossi, garantendo un’elevata stabilità a lungo termine e ridotte esigenze di manutenzione. La cella di misura a temperatura stabilizzata viene mantenuta costantemente a 50 °C per ridurre al minimo le sensibilità incrociate dovute alle fluttuazioni di temperatura: un vantaggio decisivo rispetto ai sensori a pellistore catalitico.

Protezione antiesplosione integrata

L’SC300 LEL è dotato di dispositivi antincendio sia all’ingresso che all’uscita dell’analizzatore. Questi impediscono in modo affidabile la propagazione di fiamme o esplosioni tra l’analizzatore e il processo. Il design soddisfa i requisiti per l’uso in atmosfere potenzialmente esplosive e garantisce i più elevati standard di sicurezza.

Erogazione del gas campione ad alte prestazioni

Una pompa del gas campione integrata eroga continuamente 4 l/min di gas campione attraverso il sistema. Questa portata volumetrica relativamente elevata è fondamentale per garantire tempi di risposta rapidi e assicura che vengano prelevati campioni rappresentativi dal flusso principale di gas. La pompa è progettata per mantenere una portata costante del gas campione anche in presenza di lievi fluttuazioni di pressione nel processo (0,7-1,1 bar).

Integrazione del sistema e condizionamento del campione

Raffreddatore di gas esterno per la rimozione della condensa

Prima di entrare nell’analizzatore, il gas campione passa attraverso un raffreddatore di gas esterno. Ciò riduce in modo controllato la temperatura del gas e separa in modo affidabile i condensati formatisi. Il campione raffreddato ed essiccato raggiunge quindi la cella di misura a temperatura stabilizzata, dove è possibile effettuare misurazioni precise e riproducibili. Questo condizionamento del campione è essenziale per evitare errori di misurazione dovuti all’umidità e ai condensati.

Compensazione della pressione per valori di misurazione stabili

Poiché la pressione di processo può variare tra 0,7 e 1,1 bar, l’SC300 è dotato di compensazione della pressione integrata. Ciò corregge automaticamente i valori di misura e garantisce misurazioni precise della concentrazione anche in presenza di fluttuazioni di pressione. Questa funzione è indispensabile soprattutto nelle misurazioni ad alta concentrazione, dove anche piccole deviazioni possono avere rilevanza per la sicurezza.

Regolazione quotidiana del punto zero

Per garantire la massima precisione di misura, viene eseguita quotidianamente una regolazione automatica del punto zero utilizzando aria ambiente non contaminata. Questa routine di calibrazione compensa gli effetti di deriva e garantisce che la misura rimanga affidabile anche per lunghi periodi di funzionamento. La regolazione del punto zero è automatizzata e non richiede alcun intervento manuale da parte del personale operativo.

Caratteristiche prestazionali: Tempo T90 e campo di misura

Le prestazioni complessive del sistema sono caratterizzate dai seguenti parametri:

Parametro
Valore / Specifiche

Campo di misura CO
0 – 12,5 % vol. (0 – 145 g/m³, 0 – 100 % LEL)

Tempo T90 (compreso il condizionamento del campione)
5 secondi

Portata volumetrica del gas campione
4 l/min

Temperatura della cella di misura
50 °C (stabilizzata)

Compensazione della pressione
0,7 – 1,1 bar

Precisione di misura
±2% LEL

Particolarmente degno di nota è il tempo T90 di soli 5 secondi, compreso l’intero condizionamento del campione. Ciò consente un monitoraggio quasi in tempo reale della concentrazione di CO e permette di reagire rapidamente alle variazioni di processo. Soprattutto nelle applicazioni critiche per la sicurezza, in cui è necessario rilevare tempestivamente l’avvicinarsi del limite di esplosività, questo tempo di risposta rapido riveste un’importanza cruciale.

Conclusione: sicurezza grazie a una tecnologia di misura specializzata

La misura di CO ad alta concentrazione nei sistemi RTO con flussi di gas misti rappresenta uno dei compiti più impegnativi nell’analisi dei gas di processo. La combinazione di concentrazioni esplosive, diverse fonti di emissione e l’esigenza di tempi di risposta rapidi richiede una tecnologia analitica specializzata che vada ben oltre gli analizzatori di gas standard.

Con l’analizzatore SC300 LEL basato sulla tecnologia NDIR a doppio raggio, offriamo una soluzione che soddisfa tutti i requisiti relativi alla sicurezza e alla tecnologia di misurazione. L’integrazione di dispositivi antincendio, un sistema di alimentazione del gas campione ad alte prestazioni, il raffreddamento esterno del gas e la compensazione automatica della pressione garantisce valori di misurazione affidabili anche nelle condizioni di processo più impegnative.

Il tempo T90 di 5 secondi, compreso il condizionamento del campione, consente un monitoraggio quasi continuo e una risposta rapida ai valori di concentrazione critici. Ciò contribuisce in modo significativo alla sicurezza di processo e protegge sia le apparecchiature che il personale dai pericoli derivanti dalle miscele di gas esplosivi.

Agli operatori di impianto e agli ingegneri di processo che devono affrontare compiti di misurazione simili, offriamo una consulenza completa sulla progettazione e l’integrazione di analizzatori LEL in sistemi RTO esistenti o di nuova realizzazione. Contattateci per sviluppare insieme la soluzione ottimale per la vostra applicazione specifica.

Domande frequenti (FAQ) sulla misurazione del CO nei sistemi RTO

Perché è necessario misurare il CO fino al limite di esplosività?

La misurazione fino al limite inferiore di esplosività (LEL) è necessaria per rilevare e prevenire tempestivamente la presenza di miscele gassose esplosive. Per il CO, il LEL è pari al 12,5% in volume. Al di sotto di questo limite non sussiste alcun rischio di accensione; al di sopra di esso, in presenza di una fonte di accensione, possono verificarsi esplosioni. Il monitoraggio continuo consente di adottare tempestivamente contromisure in conformità alla norma TRGS 722 e protegge il personale e le apparecchiature.

Quali certificazioni sono richieste per gli analizzatori LEL nei sistemi RTO?

Gli analizzatori LEL in atmosfere potenzialmente esplosive richiedono la certificazione ATEX ai sensi della Direttiva 2014/34/UE. Inoltre, l’operatore deve eseguire la classificazione delle zone secondo la direttiva ATEX 1999/92/CE e redigere un documento di protezione contro le esplosioni ai sensi del § 6, comma 9, del GefStoffV. Per il monitoraggio delle emissioni è richiesta la conformità alla norma EN 14181.

Perché la tecnologia NDIR è migliore dei sensori catalitici?

I sensori NDIR offrono diversi vantaggi rispetto ai sensori catalitici a pellistore: sono insensibili ai veleni per catalizzatori (ad es. composti di zolfo), hanno una durata di vita più lunga (nessuna usura del sensore), non richiedono una calibrazione periodica e forniscono valori di misurazione più precisi in presenza di elevate concentrazioni di CO. La tecnologia a doppio raggio compensa inoltre automaticamente gli effetti dell’invecchiamento della sorgente a infrarossi.

Con quale frequenza devono essere testati gli analizzatori LEL?

Secondo la norma TRGS 500 e la direttiva ATEX 1999/92/CE, i dispositivi di allarme gas devono essere testati da personale qualificato prima della messa in servizio, dopo modifiche significative e a intervalli regolari. Gli intervalli di prova devono essere definiti nella valutazione dei rischi, in genere con cadenza annuale. L’analizzatore LEL SC300 esegue quotidianamente regolazioni automatiche del punto zero, il che prolunga gli intervalli di manutenzione.

Quali valori limite di CO si applicano agli impianti RTO?

Secondo la TA Luft, i limiti di emissione di CO per gli impianti RTO nell’industria chimica sono in genere < 100 mg/Nm³ nei gas di scarico depurati. Tuttavia, per il monitoraggio di sicurezza a monte dell’RTO, il monitoraggio del LEL è fondamentale: al 12,5% in volume di CO (equivalente a 145 g/m³ o al 100% del LEL), il sistema deve essere spento immediatamente per prevenire esplosioni.

Leggi l’articolo originale su freseniusinstruments.com: https://freseniusinstruments.com/blog/22055/co-measurement-up-to-the-explosion-limit-in-rto-systems-lel/?lang=en