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SERVING THE GAS INDUSTRY WORLDWIDE

Technische Produktinformation

PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PR ROZESS GAS SCHR ROMA ATOGRAPH PGC 9000 VC

RMG Messtechnik GmbH

PGC9000VC_d_2711.indd 1

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Einsatzbereiche und Funktionsweise

2

Einsatzbereiche

Funktionsweise

Der Prozess-Gaschromatograph PGC 9000 VC analysiert die Zusammensetzung von Erdgas und bestimmt dessen 11 wichtigste Komponenten in mol%-Anteilen. Aus diesen Anteilen werden dann mit Hilfe der Stoffwerte der Komponenten die Größen Brennwert, Heizwert, Normdichte Dichteverhältnis und Wobbezahl berechnet (nach ISO 6976), optional auch die Methanzahl. Diese Größen lassen sich, ebenso wie die Anteile der Komponenten, über analoge oder digitale Schnittstellen ausgeben.

Herzstück des Gaschromatographen ist eine Kapillare, die sogenannte Säule. Diese Kapillare ist innen mit einem speziellen Silikonmaterial beschichtet und dient dazu, die Komponenten eines Gasgemisches zu trennen.

Die Säule wird ständig von Helium durchströmt, das als Trägergas für den Transport durch die Säule dient.

Zur Analyse wird eine abgemessene Menge Erdgas am Eingang der Säule in den Heliumstrom injiziert. Auf dem Weg durch die Säule treffen die Moleküle der Erdgaskomponenten auf die beschichtete Innenwand und werden für kurze Zeit an der Wand festgehalten (Adsorption).

Da Moleküle der verschiedenen Gaskomponenten unterschiedlich lang festgehalten werden, verlassen die einzelnen Komponenten die Säule zu unterschiedlichen Zeiten. Über diese Zeiten lassen sich die Komponenten identifizieren.

Zulassung Der Prozess-Gaschromatograph PGC 9000 VC ist in zwei Ausführungen für eichpflichtige Messungen zugelassen: - als Brennwertmessgerät für Brennwert, Normdichte und Kohlendioxid-Anteil.

- als Gasbeschaffenheitsmessgerät für Brennwert, Normdichte und 11 Gaskomponenten (siehe Tabelle) Der PGC 9000 VC liefert somit eichfähig die Analysewerte, die für eine Zustands- oder Brennwertmengenumwertung mit Berechnung der Kompressibilitätszahl nach GERG 88-S oder AGA 8 benötigt werden.

Arbeitsbereiche Eichpflichtige Messungen sind beim Gasbeschaffenheitsmessgerät innerhalb folgender Arbeitsbereiche möglich: Komponente

Anteil (mol%)

Stickstoff

0 - 22

Methan

65 - 100

Kohlendioxid

0 - 12

Ethan

0 - 14,5

Propan

0-

5

i-Butan

0-

0,9

n-Butan

0-

1,6

neo-Pentan

0-

0,06

i-Pentan

0-

0,12

n-Pentan

0-

0,12

Hexan

0-

0,08

(0 - 20*)

Säulenwand

Beschichtung

Gasmolekül

Wärmeleitfähigkeitsdetektor

Adsorption

Trennung der Komponenten durch unterschiedliche Durchbruchzeiten t

zeitliche Verteilung am Eingang

t

zeitliche Verteilung am Ausgang

Nach Verlassen der Säule strömt das Gas durch einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor, der die Mengenanteile der einzelnen Komponenten misst. Immer wenn eine Komponente die Säule verlässt, erfolgt eine Änderung der Wärmeleitfähigkeit des Gases, die vom Detektor gemessen wird. Aus dieser Änderung lässt sich der Mengenanteil dieser Komponente berechnen.

Um eine konstante Messgenauigkeit zu gewährleisten, wird der Gaschromatograph in regelmäßigen Abständen automatisch kalibriert, indem ein Gasgemisch bekannter Zusammensetzung analysiert wird.

* bei Brennwertmessgerät

Normdichte: Brennwert:

0,7 - 1 kg/m3 7,0 - 14 kWh/m3

Messunsicherheit Bei den eichamtlich gemessenen Größen beträgt die Messunsicherheit: Brennwert, Normdichte: < ±0,25% Kohlendioxid-Anteil: < ±0,3 mol%

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Aufbau Der Prozesschromatograph PGC 9000 VC besteht aus folgenden Komponenten: - Die Probenentnahmesonde dient zur Entnahme des zu analysierenden Messgases aus der Gasleitung.

- Die Druckreduzierstufe verringert und stabilisiert den Druck des Messgases.

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Aufbau und Merkmale

- Die Gasversorgungseinheit enthält die Flaschen für das Trägergas (Helium) und die Kalibriergase.

- Der Messwertaufnehmer CP 4002 mit Gasverteilung (Ventilblock zur Umschaltung zwischen Mess- und Kalibriergasen) ist die eigentliche Analyseeinheit. Sie enthält 2 Messsäulen.

- Der Analysenrechner GC 9000 steuert die Analyse und berechnet Brennwert und Normdichte.

- Das Messwertregistriergerät speichert die Ergebnisse der Mess-, Kalibrier- und Prüfgasanalysen, die per DSfGBus übertragen werden.

- Ein Industrie-PC mit Datenspeicherprogramm (optional) speichert auch Daten, die nicht in den MRG-Archiven enthalten sind und befindet sich außerhalb des Eichkreises.

Merkmale

Die Rohrleitung von der Probenentnahmesonde zur Druckreduzierstufe kann beheizt werden. Dies ist erforderlich, wenn das Gas feucht ist und Kondensatbildung zu erwarten ist.

• Kein Säulentausch bei der jährlichen Nacheichung erforderlich

• Kurze Analysendauer von 3 Minuten • Hohe Langzeitstabilität Durch eine niedrige Säulentemperatur wird die Alterung der Säulen verlangsamt.

• Geringer Gasverbrauch durch Miniaturisierung • Vollautomatische Nachkalibrierung

3

• Mehrstromausführung für maximal 4 Messgaseingänge möglich • Sättigung der Säulen mit Wasser führt nicht zur Zerstörung (Regeneration durch Ausheizen im Gerät, ohne Ausbau der Säulen)

• Wartungsarm: Der Wartungsaufwand des Betreibers beschränkt sich auf die Protokollierung von Betriebsparametern.

Alle Komponenten sind mit Edelstahlleitungen verrohrt, die Anschlüsse erfolgen über Swagelok-Verschraubungen.

• Einbau im wetterfesten Schutzschrank zur Aufstellung im Freien (Option)

3 MRG 2203

5

7

Gasverteilung

4

I

P

OXOS 08

6

CP4002Messwerk

GC 9000

I

Rohrleitung beheizt

2

DS 901 P

4

14

8

9

10

1 11

12

Heizung

Heizung

Messgas

13

15

16

1.) Probenentnahmesonde 2.) Druckreduzierstufe 3.) Messwertaufnehmer CP 4002 (mit OXOS 08) 4.) Druckmessumformer 5.) Eingänge 2 bis 4 bei Mehrstromausführung 6.) Analysenrechner GC 9000 7.) Druckreduziereinheit (Messgas) 8.) Druckreduziereinheit (Internes Kalibriergas) 9.) Druckreduziereinheit (Externes Kalibriergas) 10.) Druckreduziereinheit (Trägergas) 11.) Internes Kalibriergas, 10 12.) Externes Kalibriergas, 10 13.) Trägergas (Helium), 10 14.) Gasversorgungseinheit 15.) Messwertregistriergerät 16.) Industrie-PC mit Datenspeicherprogramm

Aufbau der Gesamtanlage

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Probenentnahmesonde und Druckreduzierstufe

Probenentnahmesonde

Druckreduzierstufe Die Druckreduzierstufe DRS 200 regelt den Eingangsdruck von maximal 100 bar auf einen Ausgangsdruck im Bereich 0,14-7 bar. Sie ist eingebaut in einen beheizten und isolierten Polyesterschutzschrank mit Sichtfenster.

In der Druckreduzierstufe sind enthalten: • Eingangsfilter • Prüfanschluss mit Minimesskupplung und Absperrventil • Druckregler nach DIN 3380 • Vor- und Hinterdruckmanometer am Druckregler • Sicherheitsabblaseventil (SBV) • Koaleszenzfilter zur Kondensatabscheidung (Option)

Analysenleitung (Edelstahl Ø 6x1)

Wärmeisolierung Isolierverschraubung Absperrventil

4

Verschraubung Anschweißmuffe (½”-14NPT)

ca.50 mm

Sonde Ø 6mm

Bohrung 8mm in der Gasleitung

Anschrägung gegen die Strömungsrichtung Gasleitung DN100-800

Die Rohrleitung von der Probenentnahmesonde zur Druckreduzierstufe kann beheizt werden. In diesem Fall wird die Heizung in der Druckreduzierstufe angeschlossen.

Die Abblaseleitung des SBV und die Atmungsleitung des Druckreglers werden als 12 mm Rohr ausgeführt.

Probenentnahmesonde Typ PES 50

Die Probenentnahmesonde ist an der Öffnung angeschrägt, wodurch weniger Kondensat in die Analysenleitung gelangt. Eine Isolierverschraubung sorgt für die galvanische Trennung von Gasleitung und Analysenleitung. Beim alternativ lieferbaren Typ PPS 02-R lässt sich die Sonde mit einem Spezialwerkzeug unter Druck einund ausfahren.

Abblaseleitung des SBV (12 mm Rohr)

Die Druckreduzierstufe DRS 200 ist lieferbar im Anschraubgehäuse zur Wandmontage oder auf einem Ständer. Ausgerüstet mit einem Wetterschutzdach kann die Ständerausführung auch im Freien aufgestellt werden.

Atmungsleitung des Druckreglers (12 mm Rohr)

Strömungswächter für SBV

Druckminderer 100/0,14-7 bar

Sicherheitsabblaseventil (SBV) Filter Koaleszenzfilter

Ex-Heizung 100 W Bohrung Ø 11

Prüfanschluss (Minimesskupplung)

Absperrhahn Belüftung

Messgaseingang

Ausgang Kondensat

Messgasausgang

520 mm 612 mm 660 mm

Druckreduzierstufe DRS 200 (Wandgehäuse)

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Messwertaufnehmer CP 4002

Messwertaufnehmer CP 4002 Der Messwertaufnehmer CP 4002 ist als Non-Ex Ausführung oder als Ex-Ausführung mit druckfest gekapseltem Gehäuse lieferbar. Im Gehäuse befinden sich das Messwerk mit zwei Säulen, die Steuerelektronik und die Druckaufnehmer für Mess- und Trägergas.

Ebenfalls im Gehäuse befindet sich die Gasverteilung, d.h. ein Ventilblock, mit dem zwischen den einzelnen Messgas- und Kalibriergaseingängen hin- und hergeschaltet werden kann. Durch eine spezielle Ventilanordnung („Double Block and Bleed“) wird gewährleistet, dass keine Kontamination mit Gas aus den anderen Eingängen erfolgt.

Abströmleitung E1

Insgesamt können bis zu 4 Messgasströme analysiert werden. Die Reihenfolge, in der die verschiedenen Messgase aufgeschaltet werden, und die Analysenzahl können am Analysenrechner programmiert werden.

Durch eine Bypass-Leitung kann ein Teil des Messgases am Messwerk vorbeigeleitet werden. Dadurch erhöht sich der Durchfluss in der Zuleitung, und es wird immer aktuelles Messgas analysiert. Der Durchfluss durch die Bypass-Leitung kann mit einem Nadelventil eingestellt werden.

Der Aufstellungsraum für den Messwertaufnehmer CP 4002 muss nicht klimatisiert sein, die Umgebungstemperatur kann im Bereich von -10 bis 55°C beliebig schwanken. Zur Temperaturüberwachung genügt ein Min./Max.-Thermometer, ein Temperaturschreiber ist nicht erforderlich.

5

Ex-Ausführung

E2

3 Analysenrechner

1 Gaseingänge: A. Trägergas

(Eingangsdruck 5,5bar)

B. int. Kalibriergas

(Eingangsdruck 2-3bar)

C. ext. Kalibriergas (Eingangsdruck 2-3bar)

1850

2

M. Messgase

(Eingangsdruck 2-3bar)

4 A B C M1 M2 M3

Zweiströmer Dreiströmer Vierströmer

450

M4

Einströmer

400

1.) Messwertaufnehmer Typ CP 4002 mit Ventilsteuerung, druckfest gekapselt.

2.) EEx e Anschlussdose 3.) Schwebekörper-Durchflussmesser für Bypass-Leitungen der Messgase.

4.) Gaseingangsmodul mit Filter.

(Gaseingang wahlweise auf linker oder rechter Seite)

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Der Analysenrechner steuert die Analyse und berechnet aus den Messwerten die prozentualen Anteile der Komponenten. Aus den Anteilen berechnet er nach ISO 6976 die Größen Brennwert und Normdichte sowie die nicht eichfähigen Größen Wobbezahl, Dichteverhältnis und Heizwert. Über den Analysenrechner erfolgt auch die Bedienung des Prozessgaschromatographen. Hier lassen sich die Betriebsarten auswählen oder die Ergebnisse ablesen.

Der Analysenrechner ist eine Variante des RMG Flow Computers. Er hat folgende Merkmale: • Einfache Bedienung: Alle Konfigurationsdaten, Messund Rechenwerte sind in Form einer Tabelle übersichtlich abgelegt. Mit Pfeiltasten lassen sich alle Zellen der Tabelle erreichen und damit anzeigen. Darüber hinaus sind die wichtigsten Größen wie z.B. der Brennwert mit einem Tastendruck direkt erreichbar.

• Bus-Schnittstelle (RS 485) zum Anschluss an einen DSfG-Bus, MODBUS oder RMG-Bus, wobei der RMGBus ausschließlich zur Datenübertragung vom Analysenrechner zum Mengenumwerter dient.

• Frontschnittstelle zur Datenauslesung und Parametrierung sowie für Servicezwecke • 4 frei programmierbare Stromausgänge 0/4-20 mA • Kassettengehäuse zum Einbau in 19“-Baugruppenträger • Montage in bis zu 1000 m Entfernung vom Messwertaufnehmer CP 4002 möglich

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Gasversorgungseinheit

Gasversorgungseinheit

6

Eine Flaschenheizung sorgt dafür, dass in den Kalibriergasen keine Entmischung erfolgt oder schwere Komponenten an den Flaschenwänden kondensieren.

Ein Stellplatz der Gasversorgungseinheit dient der Aufnahme einer Reserveflasche für Trägergas. Für die beiden Trägergasflaschen kann eine manuelle oder automatische Umschalteinheit installiert werden.

Eine 10 -Trägergasflasche reicht für ca. 6 Monate, eine Kalibriergasflasche im eichamtlichen Betrieb für 3 Jahre.

Beim Brennwertmessgerät ist eine Flasche im nichteichamtlichen Betrieb für über 10 Jahre verwendbar.

In der Gasversorgungseinheit sind die Gasflaschen (10 ) für Trägergas (Helium) und Kalibriergase untergebracht (Sonderausführungen mit 50 -Trägergasflaschen sind möglich). Für die automatische Kalibrierung wird das „interne“ Kalibriergas verwendet. Hierin sind alle vom PGC 9000 VC analysierten 11 Komponenten in bekannter Zusammensetzung enthalten. Das „externe“ Prüfgas wird zur jährlichen Überprüfung während der Nacheichung verwendet und entspricht in seiner Zusammensetzung dem überwiegend analysierten Messgas.

D1

D2 4

1

115

D3 4 2 3

6

8

9 10

130

1300

1.)

2.)

3.)

4.)

5.)

6.)

Umschalteinheit manuell für zwei Trägergasflaschen int. Kalibriergasflasche mit Vordruckminderer und SBV (beheizt) ext. Prüfgasflasche mit Vordruckminderer und SBV (beheizt) Thermostat für Flaschentemperatur EEx(e) Klemmendose für Ex- Flaschenheizung EEx(i) Klemmendose für Kontaktmanometer (Trägergasflaschen) 9.) Hochdruckspirale (Edelstahl) mit Flaschenanschluss nach DIN 477, Nr. 6 10.) Hochdruckspirale (Edelstahl) mit Flaschenanschluss nach DIN 477, Nr. 1 oder Flaschenanschluss nach DIN 477, Nr. 14 Option: 7.) Raumthermostat 8.) Ex-Magnetventil für Gasabschaltung int. Kalibriergas, Prüfgas

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5

660

ext. Prüfgas 10 ltr.

Trägergas 10 ltr.

5

A B C

int. Kalibriergas 10 ltr.

A B C

Trägergas 10 ltr.

1450

7

500

Anschlüsse: A) Trägergasausgang B) int. Kalibriergasausgang C) ext. Prüfgasausgang D1) Abblaseleitung (Trägergas) D2) Abblaseleitung (int. Kalibriergas) D3) Abblaseleitung (ext. Prüfgas) Die Ausgänge A,B,C können wahlweise auf rechter oder linker Seite montiert werden.

Zuleitungen zu den Anschlüssen A, B, C: 1/8“ Rohr auf Swagelok-Verschraubung Zuleitungen zu den Anschlüssen D1-D3: 12mm Rohr auf Swagelok-Verschraubung

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PROZESS-GASCHROMATOGRAPH PGC 9000 VC Technische Daten

Technische Daten MESSWERTAUFNEHMER CP 4002 Umgebungstemperatur

-10°C bis +55°C, keine Klimatisierung erforderlich

Schutzart - Ex-Ausführung - Non-Ex Ausführung

IP 54 IP 43

Zündschutzart Ex-Gerät

II2 G EEx de IIB T5

Trägergas

Helium 5.0

Gewicht - Ex-Ausführung - Non-Ex Ausführung

75 kg 60 kg

Spannungsversorgung

24 V DC / 230 V AC

Leistungsaufnahme

80 W *)

Prozessanschlüsse - Träger-, Analysen- und Kalibriergas - Abgas

1/8“ Swagelok 6 mm Swagelok

Gasverbrauch - Trägergas - Messgas

ca. 8 ml/min ca. 40 ml/min

7

*) Strom beim Einschalten: 25 A für ca. 10 ms

GASVERSORGUNGSEINHEIT Abmessungen

B x H x T = 1300 x 1450 x 500 mm

Spannungsversorgung

230 V AC

Leistungsaufnahme

100 W pro beheizte Flasche

ANALYSENRECHNER GC 9000 Abmessungen

B x H x T = 213 x 128,4 x 300 mm (42 TE / 3 HE)

Spannungsversorgung

24 V DC / 230 V AC

Leistungsaufnahme

30 W

Ausgänge

Relaiskontakt für Alarmmeldungen (potentialfrei, max. 24 V, 100 mA) 4 galvanisch getrennte Analogausgänge (potentialfrei, 0/4-20 mA, Zuordnung frei wählbar)

Schnittstellen

Frontplatte: 1 x RS 232 C Rückwand: 4 x RS 232 C 1 x DSfG oder RMG-Bus

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SERVING THE GAS INDUSTRY WORLDWIDE

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DEUTSCHLAND RMG Regel + Messtechnik GmbH Osterholzstraße 45 D-34123 Kassel Fon +49 (0)561 5007-0 Fax +49 (0)561 5007-107

WÄGA Wärme-Gastechnik GmbH Osterholzstraße 45 D-34123 Kassel Fon +49 (0)561 5007-0 Fax +49 (0)561 5007-207

RMG Messtechnik GmbH Otto-Hahn-Straße 5 D-35510 Butzbach Fon +49 (0)6033 897-0 Fax +49 (0)6033 897-130

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USA

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Technische Änderungen vorbehalten

Stand 11/2008

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Prozess-Gaschromatograph PGC 2000 VC

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