Durchflussregler der Gasgruppen A, B, C oder D für explosionsgefährdete Bereiche

• Gruppe A/B: extrem leicht entflammbar, höchste Gefährdung
• Gruppe C: Mittelstufe
• Gruppe D: geringste Entzündungsgefahr^[i]

• Acetylen: chemisch instabil → nur in speziellen Lagereinrichtungen
• Wasserstoff: Schwierigkeiten bei der Eindämmung + Materialrisiko
• Sonstiges: Standardverfahren für komprimiertes oder kryogen verflüssigtes Gas

Wenn bei einem Prozess Methan, Wasserstoff, Propan, Acetylen oder Ethylen zum Einsatz kommt, ist die Steuerung nur ein Teil des Problems. Eine echte Einschränkung besteht darin, ob für den Prozess eine Bereichseinstufung vorliegt.

Die meisten Gasmessgeräte befinden sich außerhalb der Gefahrenzone. Sie leiten Signale in Schalttafeln, aus Gehäusen heraus und in Spülsysteme weiter. Das System wächst, und mit ihm steigt auch die Komplexität. Gehen wir es einmal anders an: Bringen wir den Regler dorthin, wo sich das Gas befindet.

Die eigensicheren Massendurchflussregler von Alicat sind für folgende Anwendungen konzipiert: Umgebungen der Klasse 1, Division 1 und der ATEX-Zone 0, 1, in denen möglicherweise ständig explosionsfähige Gase vorhanden sind, während andere für Umgebungen der Klasse 1, Division 2 und der ATEX-Zone 2 vorgesehen sind – also für Gefahrenbereiche, in denen explosionsfähige Gase gelegentlich auftreten können. Dabei handelt es sich um Massendurchflussregler, Massendurchflussmesser, elektronische Druckregler und Manometer, die für den Einsatz direkt in der Gefahrenzone ausgelegt sind und über integrierte Steuerungsfunktionen, digitale Kommunikation sowie Echtzeit-Prozesstransparenz verfügen.

Instabilität unter Druck.

• Kann nicht als einfaches komprimiertes Gas gelagert werden
• In Aceton gelöst in einer porösen Zylindermatrix gelagert^[ii]
• Freies Acetylen wird instabil und kann sich ohne Sauerstoff explosionsartig zersetzen^[iii]

• Darf in den Anwendungssystemen ~15 psig nicht überschreiten
• Schon hoher Druck allein kann eine Zersetzung auslösen, nicht nur eine Entzündung^[iv]

• Erfordert Rückbrandverschlüsse und Rückschlagventile
• Rückfluss oder Druckspitzen können eine Explosion stromaufwärts in die Zylinder ausbreiten

• Als komprimiertes Gas gelagert oder kryogene Flüssigkeit
• Sehr kleines Molekül, dringt durch Dichtungen, die andere Gase zurückhalten
• Erfordert eine hochzuverlässige Abdichtung und eine sorgfältige Materialauswahl

• Extrem niedrige Zündenergie, weit unterhalb der Werte für statische Entladungen^[v]
• Die Speicherung unter hohem Druck erhöht nicht nur das Risiko eines Rohrbruchs, sondern auch die durch Leckagen verursachte Gefahr

• Eine schnelle Diffusion und eine geringe Dichte führen zu:
  1. Schnelles Vermischen mit Luft
  2. Weite Ausbreitungszonen
• Erfordert eine präzise Regelung bei niedrigen Durchflussraten

• Wasserstoffversprödung in Metallen, insbesondere unter Druckwechselbeanspruchung

• Gespeichert als komprimiertes oder verflüssigtes Gas
• Weniger anspruchsvoll als Wasserstoff, erfordert aber dennoch eine kontrollierte Einhausung

• Geringere Zündenergie als bei Gasen der Gruppe D, erfordert strengere Sicherheitsmargen^[vi]
• Die Explosionsgefahr ist größer als bei Propan oder Methan

• Reaktionsgas, das in chemischen Prozessen verwendet wird
• Die Strömungsstabilität ist wichtig, weil:
• Die Reaktionsgeschwindigkeiten hängen direkt vom Durchfluss ab
• Die Instabilität überträgt sich auf die Prozessvariabilität

• Kann als komprimiertes Gas oder in verflüssigter Form (LNG) gelagert werden
• Leichtes Gas steigt nach oben und sammelt sich in geschlossenen Hohlräumen an

• Verhalten von herkömmlichem Druckgas
• Das Hauptrisiko ist die Ansammlung, nicht die Druckinstabilität

• Erfordert eine stabile Regelung bei geringen Durchflussmengen beim Mischen und Dosieren
• In Kraftstoffsystemen übliche hohe Durchflussraten

• Wird als verflüssigtes Gas unter mäßigem Druck gelagert
• Schwerer als Luft, sammelt sich an tief gelegenen Stellen

• Durch das Phasengleichgewicht bedingte Abhängigkeit des Drucks von der Temperatur
• Durch die Beheizung des Tanks steigt der Druck rasch an

• Eine Phasenveränderung während des Entzugs kann folgende Auswirkungen haben:
• Druckstabilität
• Leistung des Reglers

Wasserstoff → Auslegung unter Berücksichtigung von Leckagen und Entzündung → schnelle Reaktion, leckageempfindlich

Ethylen → Auslegung unter Berücksichtigung der Regelstabilität → stabile, präzise Dosierung erforderlich

Methan → Auslegung unter Berücksichtigung von Volumen und Anreicherung → kontinuierliche Mengenregelung

Propan → Auslegung unter Berücksichtigung von Phasenbildung und Ansammlungen → Steuerung des Phasenverhaltens

Klasse I, Division 1 oder Zone 0 bedeuten eine dauerhafte Exposition. Die Geräte müssen so betrieben werden, dass kein Zündpfad entsteht.

Klasse I, Division 2 bzw. Zone 2 lassen unterschiedliche Annahmen zu. Eine Gefährdung besteht nur unter außergewöhnlichen Bedingungen. Größere Flexibilität bei der Installation.

Unterschiede bei der Klassifizierung beeinflussen Entscheidungen:

• wo sich die Steuerung befindet
• ob eine Entlüftung oder eine Druckbeaufschlagung erforderlich ist
• Wie viele Komponenten benötigt Ihr System?
• Wie sich Signale ausbreiten

Bei multivariaten Messgeräten wie den Laminar-Differenzdruckmessgeräten von Alicat reicht ein einziges Gerät aus innerhalb der Zone ersetzt mehrere Geräte außerhalb des Systems.

• Klasse I, Division 1, Klasse I, Division 2 (ATEX und IECEx Zone 0, Zone 1, Zone 2)
• Integriertes Regelventil, ohne externen Antriebskreis
• Weitere Messgrößen: Massenstrom, Volumenstrom, Druck, Temperatur – alles in einem Gerät
• Ein Regelverhältnis von bis zu 10.000:1 ermöglicht einen größeren Regelbereich mit weniger Geräten
• Dank der digitalen Kommunikation und der gut sichtbaren Anzeige im Arbeitsbereich lassen sich Daten problemlos aufzeichnen und Fehlerbehebungen mühelos durchführen.

Kein Spülgas. Keine geteilte Architektur.

Das Ergebnis ist eine einfachere P&ID-Auslegung: weniger Fehlerquellen, schnellere Inbetriebnahme.