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Methan (CH₄) ist ein farbloses, geruchloses und hochentzündliches Gas, das sowohl auf natürliche Weise als auch durch industrielle und biologische Prozesse entsteht. Die Überwachung des Methangehalts ist in Abwassersystemen, Deponien, Industrieanlagen und Energiebetrieben für die Sicherheit, die Betriebseffizienz und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften von entscheidender Bedeutung. Eine zuverlässige Erkennung ermöglicht die zeitnahe Identifizierung von Leckagen, verringert Explosionsrisiken und unterstützt Maßnahmen zur Reduzierung von Treibhausgasen.
Methan (CH₄) ist ein einfacher Kohlenwasserstoff, der aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen besteht. Es entsteht auf natürliche Weise durch anaerobe Zersetzung in Feuchtgebieten, Deponien und Abwasseraufbereitungsanlagen und wird auch industriell bei der Öl- und Gasförderung, im Kohlebergbau und in der chemischen Industrie erzeugt.
Bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung entsteht Methan häufig als Nebenprodukt der anaeroben Vergärung, bei der Mikroorganismen organische Stoffe in sauerstofffreien Umgebungen zersetzen. Dieses Gas kann für erneuerbare Energien aufgefangen oder sicher abgelassen werden, um eine Ansammlung zu verhindern. Aufgrund seiner hohen Entflammbarkeit und seines Treibhauspotenzials – mehr als 25-mal so hoch wie das von Kohlendioxid – ist jedoch eine kontinuierliche Überwachung sowohl für die Sicherheit als auch für die Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.
Die Überwachung von Methan ist unerlässlich, um Leckagen zu erkennen, Explosionen zu verhindern und die Einhaltung der Luftqualitäts- und Arbeitsschutzstandards zu gewährleisten. Konzentrationen über der unteren Explosionsgrenze (UEG) von etwa 5% in der Luft stellen eine ernsthafte Brand- oder Erstickungsgefahr dar, während selbst geringe Emissionen zur Anreicherung von Treibhausgasen und zu Effizienzverlusten im Prozess beitragen.
Eine genaue Methanüberwachung ermöglicht es dem Betreiber:
Der Methangehalt kann je nach Prozessanforderungen, erforderlicher Genauigkeit und Standortbedingungen mit verschiedenen Methoden gemessen werden. Im Allgemeinen setzen Anlagen auf eine Kombination aus regelmäßigen Tests und kontinuierlicher Überwachung, um die Sicherheit und Transparenz des Betriebs zu gewährleisten.
Zu den gängigen Messmethoden gehören:
Eine genaue Messung hängt von einer ordnungsgemäßen Kalibrierung, einem stabilen Probenfluss und der Kompensation von Temperatur und Druck ab. Der richtige Ansatz ergibt sich aus den Standortbedingungen, der Überwachungshäufigkeit und den Sicherheitsanforderungen – nicht nur aus dem Sensortyp.
Das Verständnis der Variablen, welche die Methanbildung und -erkennung beeinflussen, trägt zu einem sichereren Betrieb und einer zuverlässigeren Überwachung bei.
Biologische Aktivität: Methan entsteht durch anaerobe Vergärung organischer Stoffe in sauerstoffarmen Umgebungen wie Fermentern, Lagunen und Deponien. Temperatur, pH-Wert und Beladungsrate beeinflussen die Produktionsraten.
Temperatur und Druck: Die Löslichkeit von Methan nimmt mit steigender Temperatur oder sinkendem Druck ab, was zur Freisetzung von Gas in geschlossenen Räumen führt. Saisonale oder prozessbedingte Schwankungen können zu Konzentrationsspitzen führen.
Systemdesign und Belüftung: Eine unzureichende Gasabsaugung oder Belüftung kann zu gefährlichen Ansammlungen führen, während fehlerhafte Dichtungen oder Rohrleitungen eine unbeabsichtigte Gaswanderung ermöglichen können.
Sensorplatzierung: Da Methan leichter als Luft ist, sollten Sensoren möglichst auf Deckenhöhe installiert werden, um in geschlossenen Räumen eine genaue Erkennung zu gewährleisten.
Die geringe Dichte und Entflammbarkeit von Methan erschweren die Überwachung. Schnelle Ausbreitung, Feuchtigkeit, Staub und Temperaturschwankungen können die Messwerte beeinflussen, während Abweichungen bei der Kalibrierung oder Verschmutzungen der Sensoren zu Ungenauigkeiten führen können. Regelmäßige Stichproben bieten nur begrenzte Einblicke in schwankende Bedingungen, was die Bedeutung von Systemen zur kontinuierlichen Echtzeitüberwachung für sicherheitskritische Umgebungen unterstreicht.
Eine zuverlässige Methanüberwachung erfordert Geräte, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen stabile, kontinuierliche Daten liefern. Tragbare Geräte eignen sich für Stichproben oder die Überprüfung der Einhaltung von Vorschriften, während fest installierte Lösungen oder Online-Analysegeräte bevorzugt für folgende Zwecke eingesetzt werden:
Diese Systeme liefern sofortige Messwerte, die eine automatisierte Reaktion unterstützen, beispielsweise die Auslösung von Lüftungs- oder Abschaltsequenzen, wenn die Konzentration die Sicherheitsgrenzwerte überschreitet. Durch die Integration in Anlagensteuerungssysteme oder digitale Plattformen kann der Betreiber Leistungstrends verfolgen, die Einhaltung von Vorschriften sicherstellen und ein proaktives Gefahrenmanagement unterstützen.
Methan wird häufig zusammen mit Gasen wie Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlendioxid (CO₂) und Sauerstoff (O₂) gemessen, um die Luftqualität, die Verbrennungseffizienz und die Leistung der anaeroben Vergärung zu bewerten. Die gemeinsame Überwachung dieser Parameter liefert ein vollständiges Bild der Gaszusammensetzung und gewährleistet einen sicheren Betrieb und eine optimale Energierückgewinnung in Abwasser-, Deponie- und Industrieanwendungen.
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