Flammenionisationsdetektor (FID) mit beheizter Messzelle zur Messung des Gesamt-Kohlenwasserstoff-Gehaltes (VOC) in Gasen

Der FID (Flammen-Ionistations-Detektor) zur Messung des Summenwertes organisch gebundenen Kohlenstoffs (Org-C) in Gasen wird in den unterschiedlichsten Bereichen von Industrie, Umweltschutz sowie Forschung und Entwicklung eingesetzt. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der schnellen UEG-Überwachung, der Arbeitsplatzüberwachung und Emissionsmessung bis zur Analyse der Abgase chemischer Prozesse bzw. aus Verbrennungsmaschinen wie Motoren.

Das Messprinzip des FID beruht auf der Bildung intermediärer geladener Spezies bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer Wasserstoffflamme. Hierzu werden konstante Massenströme des Messgases sowie des Wasserstoffs einer Brennerdüse zugeführt und in einer laminaren Diffusionsflamme verbrannt. Während des Verbrennungsvorgangs bilden sich aus den Kohlenwasserstoffen kurzlebige Ladungsträger, deren Menge wiederum nur von der Menge der organisch gebundenen Kohlenstoffatome im Messgas abhängt.  In guter Näherung ist es dabei unerheblich,  in welcher Verbindung der Kohlenstoff vorliegt. Das gilt umso mehr, je enger die Substanzklassen sind, die im Gemisch vorliegen (nur Aliphate, nur Aromate).

Messgröße ist letztlich die Leitfähigkeit des Flammenraums, die in der Regel gemessen wird, indem zwischen der Düse und einem Metallring im Flammenraum eine Spannung angelegt und die Stromstärke gemessen wird.

Messaufgaben:

• Leckageüberwachung, Arbeitsplatzüberwachung
• Abgas- und Abluftmessung
• Schnelle Explosionsschutz-Überwachung
• Überwachung von Abgasen aus Verbrennungs- und anderen Prozessen
• Methan- Nicht-Methan-Messung

Zulassungen /Zertifikate:

MCerts (Sira MC 050062/04 vom 19.12.2019
nach MCERTRS Performance Standard V4 vom Juli 2018 in Übereinstimmung mit EN15267 QAL 1

Technische Ausführung im ThermoFID

Umgebungsluft wird über einen heißen katalytischen Konverter geführt, wobei enthaltene Kohlenwasserstoffe verbrannt werden, so dass nun kohlenwasserstofffreie Brennluft zur Verfügung steht. Diese Brennluft kann auch als Nullluft zur Nullpunktjustierung herangezogen werden. Falls notwendig, kann zusätzlich die Umgebungsluft mittels Adsorber vor dem Eintritt in das Gerät vorgereinigt werden.

Entscheidend für eine exakte und reproduzierbare Messung ist die Konstanz des Massenstrom, mit dem das Messgas der Düse zugeführt wird. Auch Schwankungen im Druck des Messgases dürfen weder die Druckverhältnisse in der Brennkammer noch den Massenstrom des Messgases beeinflussen.

Eine spezielle Gasführung für das Messgas und für die Versorgungsgase garantiert eine sehr hohe Langzeitkonstanz der Massenströme. Selbst Druckschwankungen des Messgases zwischen 300 mbar unter und 1.600 mbar über Atmosphärendruck führen zu keiner signifikanten Signalabweichung. Zur Einstellung eines konstanten Massenstroms des Messgases wird die Druckdifferenz konstant geregelt. Zwei unabhängige elektronische Differenzdruckregler halten den Differenzdruck gegenüber Atmosphärendruck immer auf einem gleichen Wert. Dadurch ist gewährleistet, dass weder Luftdruckschwankungen noch Höhenunterschiede den Messwert beeinflussen können.

Alternativ zu konventionellen Messgaspumpen werden beheizte Druckluft-betriebene Strahl- bzw. Injektorpumpen eingesetzt, die hinter der Brennkammer bzw. der Flammensperre angeordnet sind.
Injektorpumpen sind wartungsfrei, bieten höhere Toleranz gegen Kondensate sowie ölige Messgasbestandteile.

An keiner Stelle kommt das Messgas in direkten Kontakt mit den eingesetzten Regelarmaturen. Dies gilt sogar für die elektronische Durchflussüberwachung des Messgasstromes. Dieser Aufbau des Thermo-FIDs führt zu sehr kleinen Totvolumina. Dies wiederum hat extrem kurze Ansprechzeiten der Messung zur Folge.

Um Kondensation der Verbrennungsprodukte und damit einhergehende Korrosion zu vermeiden, ist der ganze Detektorblock auf Temperaturen zwischen 120 °C und 200 °C beheizt.<\b>

Grenzen der FID-Messtechnik: Tetrachlorkohlenstoff, Formaldehyd, Ameisensäure

Bei organischen Verbindungen mit Heteroatomen wie Halogenen oder Sauerstoff fällt das FID-Signal deutlich schwächer aus, weil bei deren Verbrennung weniger bzw. kaum intermediäre Ladungsträger entstehen. Dies gilt umso mehr, je weniger CH-Bindungen eine Komponente aufweist, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff CCl₄ oder Formaldehyd CH₂O oder Ameisensäure HCOOH.

Für solche Anwendungen empfiehlt sich anstatt eines FID eher der Umstieg auf einen FTIR-Analysator.