レーザガス分析計

波長可変半導体レーザガス分析計TDLSシリーズは、脱硝設備におけるNH3,プロセス・燃焼設備におけるCOや酸素濃度などを素早い応答速度で連続測定を行います。高温、高圧、腐食性ガスや刺激性ガス雰囲気、高ダスト濃度等厳しい条件下で安定した測定を行う堅牢なプロセス分析計です。

  • 過酷な条件下でも燃焼排ガス等のプロセスガス中のO2, CO (+CH4), H2O, NH3 (+H2O)を高精度に安定して測定します。堅牢小型で設置・維持コストを削減、燃焼排ガス NH3 脱硝プロセス、爆発防止の安全監視やプロセス不純物の上限監視など、安全操業に貢献します。

  • サンプリング不要、直接ダクトに挿入、設置用フランジは片側だけ。スペース的に両端につけることが難しく高速測定・高速応答をあきらめていたアプリケーションにも、使用できるようになりました。設置方法も従来より簡単で、既設サンプリング装置からも容易にリプレースできます。

概要:

概要

塩ビモノマープロセスにおけるオキシ塩素化反応工程では、反応器入口・出口ガス中の O2 濃度は、反応の制御・原料ガスの比率を調整する重要な指針であり、また爆発防止の点からも重要な測定項目となっています。
従来はサンプリング装置を介して磁気式酸素濃度計で測定していますが、センサが汚れた場合に交換が必要になるなど、メンテナンスの点で問題になっています。それらの問題を解決するのが「TDLS200SJ レーザガス分析計」です。

 

お客様の期待

  • メンテナンスコストの削減
  • TIIS 防爆
  • O2 濃度制御に反映可能
  • 連続監視
  • 耐ダスト、耐食

 

プロセス概略

塩ビモノマープロセスにおけるオキシ塩素化反応工程では、反応器入口・出口ガス中の O2 濃度をサンプリング装置を介して磁気式酸素計で測定しています。この O2 濃度測定は、製品の品質、また爆発防止の点からも重要なものです。プラントによっては二重化されている所もあります。そのため防爆規格を取得した高信頼の O2濃度測定が必要になります。

塩ビモノマープロセスにおけるO2濃度測定

 

YOKOGAWA のソリューション

従来はフィルターを介しても測定ガスでセンサが汚れる場合がありました。その際にはセンサ交換が必要になり、メンテナンスの点で問題になっています。レーザガス分析計はフィルターを介した測定ガスなら問題なく測定することができます。またフローセルを使用することで、センサは測定ガスと非接触となります。そのため、もし汚れが付着したとしても、接ガス部(フローセル)の窓ガラスを清掃すれば問題なく測定を続けることができます。

YOKOGAWA のソリューション

測定システム構成例

  • TDLS 本体(O2 計、TIIS 防爆)
    TDLS200SJ-B-X1-N-N-PA □□ -PB □□ -N
    注:□□にはパージ配管長(m)を指定してください。
  • モジュール間ケーブル(発光部-受光部間)
    WT200SJ-PA-0 □□ -N
  • モジュール間ケーブル(発光部-内圧監視ユニット間)
    WT200SJ-PB-0 □□ -N
    注:□□にはケーブル長(m)を指定してください。
  • フローセル
    K9745DD(モネル製)

留意点

  • 電源:100 V AC、50/60Hz
  • 内圧パージガス:N2
    流量は 6L /min 以上
  • 必要に応じてサンプルライン、フローセルはスチームトレースなどで加熱保温施工をしてください。
  • 腐食性ガスを含む場合、モネル製フローセルの使用を推奨します。
業種:
概要:

概要

石油精製プラントの減圧蒸留装置における安全監視用に、炭化水素蒸気中の酸素濃度測定が行われています。従来の磁気式酸素計は、サンプリングして前処理をし測定するため、応答が遅く、安全システム上非常にクリティカルな課題となっています。さらに、サンプリング装置の保守やランニングコストに問題も多く、例えば、測定ガス中に含有する高濃度H2Sは、サンプリング装置や分析計の早期腐食を引き起こします。別の問題として、サンプリング装置内での結露や、前処理は測定成分の体積濃度を変えてしまい、実際のプロセス中のサンプル状態と異なってしまいます。TDLS200 レーザガス分析計はこれらの問題を解決します。

 

お客様の期待

  • ノンサンプリング、サンプリング装置メンテナンスコスト、ランニングコストの削減
  • 高速応答での安全システムを実現
  • 連続監視、高精度 O2 濃度の監視

 

プロセス概略

減圧蒸留装置は常圧蒸留装置からの残油を大気圧より低い圧力下で蒸留分離する装置です。蒸留は絶対圧力 2 ~ 15kPa、温度 370 ~ 380℃の条件下で、炭化水素の分解が起きないように操業されます。この減圧下では漏えいによる酸素の含有が爆発につながる恐れがあるため、酸素濃度の管理が重要です。通常、酸素濃度は 2 ~ 5%に設定され、不活性ガスで蒸気をパージするように操業されます。このため、酸素濃度測定には高速応答と高信頼性が求められます。

優位性

  • 従来の磁気式酸素濃度計との比較
    磁気式酸素濃度計はインライン測定ができないため、真空に近い減圧下から真空ポンプで測定ガスをサンプリングする必要あり、実現が困難な場合もあります。また、外気のリークも発生することも有り、測定の信頼性に問題があります。
    TDLS200 はサンプリングせず、蒸留ラインで酸素濃度を直接測定できます。レーザ光がプロセス内を透過するだけで、高速で信頼性が高く、保守も容易になります。
  • 他のレーザ式ガス分析計との比較
    2f 法を採用したレーザ式ガス分析計では、減圧により酸素の吸収スペクトルが非常に鋭いピーク形状に変化するため、正確な測定が困難です。一方、TDLS200 はスペクトル面積法を採用しており、原理的にスペクトル面積がリニアに圧力に比例するため容易に圧力補正ができ、減圧下でも正確な測定ができます。次頁に圧力変化テストデータ(TDLS200 測定結果)を示します。
減圧蒸留塔
減圧蒸留塔

 

YOKOGAWA のソリューション

測定システム

  • TDLS本体(O2計)
    TDLS200-S-X1-2-5/Z Z:超低圧力
  • 絶縁フランジ
    K9745CA 絶縁フランジ材質:316/316LSS サファイア窓;O2測定用 Oリング;カルレッツ4079 (注)測定ガス圧仕様のフランジを選択します。
  • 圧力補正
    測定ガス圧力を測定し、圧力補正用信号(4-20mA)としてTDLS200に入力します。
測定システム

 

圧力変化テストデータ

右のグラフは測定ガスの酸素濃度を 21%->4%->0.8% に変化させ、更に絶対圧を 100kPa から 20kPa まで変化させた時の測定結果です。
TDLS200 による測定値は圧力変化の影響を受けず、安定して正確に酸素濃度を測定しています。

圧力 100kPa ~ 20kPa での酸素濃度測定値
業種:
概要:

概要

塩水電解プラントにおいて Dry 塩素塔の後に水分が含まれると、後流のコンプレッサが腐食され、また、製品品質が低下します。コンプレッサの前後にて水分を測定し、コンプレッサの腐食問題や品質低下を防止しています。
従来の五酸化リン(P2O5)電解式微量水分計は、接触式でプロセスガスを測定しているため、センサの劣化や応答時間遅れ、高メンテナンス性や高ランニングコストが問題になっています。
これらの問題を解決するのが「TDLS200 レーザガス分析計」です。

 

お客様の期待

  • 非接触測定により劣化の少ない高信頼性測定
  • 腐食性ガスでも劣化がなく測定でき、
  • メンテナンスコスト、ランニングコストを削減
  • H2O 濃度変化に高速応答・高安定測定

 

プロセス概略

塩水電解プラントで生成した塩素ガスは、Wet 塩素塔で水分を除去し、乾燥塔へ送られます。乾燥塔では、硫酸水溶液を用いて塩素ガスを乾燥させ、乾燥塩素ガスは Dry 塩素塔へ送られます。乾燥塩素ガスは Dry 塩素塔で水分が除去され、コンプレッサにて液化・製品化されます。

電解プラント

 

YOKOGAWA のソリューション

フィールドデータ

五酸化リン(P2O5)電解式と違い、 TDLS200 はサンプルの微量水分の変化に高速に応答します。

TDLS200 と P2O5 電解式水分計との応答性比較
4.91 ppm Cylinder H2O サンプルの 1 時間

TDLS200 レーザガス分析計微量水分測定の構成例

サンプリング装置によりプロセスガスをフローセルに導入し測定します。

TDLS200 微量水分計サンプリング 装置の特長

 独自のサンプリングにより、高感度測定を実現(最小レンジ 0-30 ppm)を実現
 取り外すことなしに現場校正が可能
 パージガス中の水分影響を極力低減したサンプリング装置

TDLS200
  • TDLS 本体
    TDLS200
     特注にて対応いたします。

留意点

  • ユーティリティ
    電源:100 V AC、50/60Hz
    計装空気および N2
     サンプリング盤および発光部、受光部ケース内
     パージ :計装空気 10 L/min
     レーザ光透過部パージ :N2 流量 5 L/min
業種:
概要:

概要

煙道排ガス中の NOx 削減のために、NH3 注入による脱硝が行われています。
従来の間接測定式 NH3 計では、サンプリング装置を介してNH3 濃度を求めていました。そのためサンプリング装置のメンテナンス、ランニングコスト、また測定の時間遅れという事が問題になっています。これらの問題を解決するのが「TDLS8000 レーザガス分析計」です。

 

お客様の期待

  • サンプリングレス、サンプリング装置メンテナンスコスト、ランニングコストの削減
  • 高速応答、NH3 注入量の制御に反映可能、NH3 注入量の削減・最適化
  • 連続監視、NH3 排出量の監視、環境問題への配慮
  • 脱硝装置の延命化、エアーヒータの硫安析出の削減

 

プロセス概略

煙道排ガス中の NOx 削減のために、NH3 注入による脱硝、または集塵設備の集塵率向上と腐食防止のために NH3 の注入が 行われています。NH3 を過剰注入するとランニングコストが高くなり、また残留 NH3 が増加し異臭の発生源となります。そのため、排ガス中の NH3 を測定し、制御・監視しています。

ボイラ燃焼排ガス脱硝プロセス例 (オイル、ガス燃料)

YOKOGAWA のソリューション

従来のサンプリング装置を介した間接測定式 NH3 計ではなく、ダイレクトに排ガス中の NH3 濃度を測定でき、メンテナンスコスト、ランニングコストを低減できます。

フィールドデータ

NH3 注入量と測定値(設置例 A 点 / 脱硝装置なし)の変化の様子
NH3 注入量と測定値(設置例 A 点 / 脱硝装置なし)の変化の様子

TDLS8000 は、 NH3 の注入量の変化に対し高速な応答を示します。これにより NH3 の最適注入量の制御・監視ができます。

測定システム

  • TDLS 本体(NH3 計)
    TDLS8000-G□-A1-□□-A1-J-N
    (注)□には配線配管口を、□□にはフランジ取り合いを指定してください。
  • HMIユニット
    YH8000-G□-E-N
    (注)□には配線口を指定してください。
  • ケーブル
    K9775WA~WG
    必要な長さを5~60mから選択してください。
  • アクセサリ
    必要に応じて、DC電源、プロセス縁切り用ボール弁などを準備ください。 温度・圧力変動が大きい場合はアナログ入力または伝送器と接続してください。

ユーティリティ

  • パージガスには計装空気またはN2を準備してください。光学系用:2~20L/min、プロセス窓用:5~30L/min

留意点

  • ダスト濃度
    1mあたり20g/Nm3以下を目途としてください。このダスト量を超える場合はご相談ください。
業種:
概要:

ごみ焼却プロセスでのO2濃度は、燃焼効率はもちろん、排ガスのNOx、CO削減といった安全や環境への配慮においても重要な管理項目となっています。従来、一般的にプロセス制御に多く用いられてきたのは、ジルコニアセンサを用いた排ガスのO2測定です。この方式では、センサが燃焼部の後段に設置されることから、燃焼環境の変化に対する応答に相応の時間を要し、燃焼効率よりも安全を優先した制御が選択されていました。つまり可燃性ガスであるCOの発生を抑えることが最優先となり、O2量のマージンを大きくとって運転されていました。また、排ガス中に多く含まれる高温のダストにより、メンテナンス面の課題を抱えていました。

「レーザガス分析計 TDLSシリーズ」をキープロダクトとした、横河電機のゴミ焼却プロセスにおける排ガス測定のアプリケーションは、高温のダストを含む環境下でO2濃度を直接測定し、リアルタイムに監視できます。また、排ガスとセンサ部分が非接触なため、メンテナンスコストの大幅な削減を実現します。

すでに日本国内のごみ焼却場で、本格運用されています。

ごみ焼却プロセスでのリアルタイムO2測定で燃焼の効率化とNOX、CO削減を推進

 

「TDLSシリーズ」とは?

直接、排ガスにレーザ光を照射することで、O2をはじめ、CO、HCl、CH4、NH3、H2Oや、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。
TDLS8000は、従来機(TDLS200)に比べ、小型化と機能の向上を実現。タッチパネルを採用し、直感的な操作を追求しています。

 

TDLS導入によるメリット

最高1,500℃までのO2濃度を測定可能

従来使用されてきたジルコニアセンサは、温度の制限(通常最高700℃)があるため、燃焼部より後段に設置され、理想的な応答を得ることができません。ダストを除去する前処理のタイムラグもあります。そのため、O2量の急激な変化に追従することは困難でした。
「TDLSシリーズ」は、バーナー付近の約1,000℃に達したガスを直接測定できます。最高1,500℃まで安定して測定します。

高ダストでもオートゲイン機能で正確に

高ダストの排ガス中では、測定のためのレーザ光が減衰します。しかし、「TDLSシリーズ」はオートゲイン機能を搭載しており、受光したレーザの信号を自動計算で増幅し、レーザ光が減衰した中の測定でも十分な信頼性を発揮します。また、「TDLSシリーズ」は、スペクトル面積法を採用することで、燃焼中の排ガスと停止中の大気の両方の酸素濃度を補正なく正確に測定することが可能です。

消耗品なし。圧倒的なコストパフォーマンス

「TDLSシリーズ」は、プロセスラインとは堅牢なガラス製の窓で仕切られており、センサ部が排ガスと非接触のため、部品の消耗が発生しません。一度取り付けてしまえば、ランニングコストがほとんどかからないのが特長です。
万一、部品交換が必要になったときも、現場で、安全かつ容易に着脱できます。

制御系との親和性を高めるYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、制御システムとの高い親和性を実現するソリューションサービスを提供します。これは、横河電機の制御系ラインナップとさまざまな測定機器を組み合わせた製造プロセスのトータルソリューションを導くサポートです。
ゴミ焼却プロセスという、非生産部分でのコストダウンや環境保全にも、横河電機は大きく貢献します。

概要:

プラントのリスク管理上、プロセスガスの酸素濃度測定が必然であることは言うまでもありません。測定にあたっては、一般的にサンプリング装置が使われています。しかしプロセスガスの抽出が必要となるため、測定までタイムラグが発生し、リアルタイムな数値をとれませんでした。支燃性ガスである酸素の濃度が急速に上昇した場合、手遅れとなる可能性も否定できません。
サンプリング装置による測定では、リスク管理に求められる即応性を、充分満たせていないのが実情です。
この課題を解決するのが、横河電機のTDLSレーザガス分析計を中心としたによる酸素安全計装のソリューションです。
TDLSは、プロセスガスを5秒以下で直接測定が可能なので、イニシャルコスト、ランクニングコストともに抑えることができます。また、機能安全の国際規格IEC61508の安全度水準SIL2適合の認証を取得しており、高い安全性を併せて提供します。 同ソリューションは、石油精製プラントでの炭化水素蒸気中の酸素濃度測定を始め、エチレンオキサイドの反応器での酸素濃度コントロールや、タンクのヘッドスペースガスの酸素濃度測定などに利用されており、安全性はもちろん、生産効率の向上にも貢献しています。

プロセスガスの酸素濃度を、5 秒以下で直接測定。SIL2 認証の安全計装ソリューション。

 

TDLS導入によるメリット

プロセスのラインに直接設置し、プロセスガスにレーザー光を照射することで、O2、CO、CH4、NH3、H20 に加え、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。
センサー部はガラス製の窓で仕切られており、プロセスガスと非接触のため、高温、高圧、腐食性ガス、刺激性ガス、高ダスト濃度など過酷な条件でも安定した測定が行えます。
従来機のTDLS200の後継機であるTDLS8000は、スマート化設計により機能を向上。
タッチパネルを採用し、さらに優れた操作性を実現しています。

高速分析により、緊急時も確実に対応

5秒以下の周期で測定したデータは、遠隔の監視室のアラートや緊急遮断をする安全制御機器との接続により、万一の事態に迅速に対応することができます。
TDLS8000は国際規格IEC61508に基づいた、安全度水準SIL2適合の認証を取得しているので、1台でSIL2までの安全ループに適用することが可能です。また、2台使用することでSIL3の安全ループへの適用も可能です。さらに、危険が迫る事態でも、被害を最小限に抑える防爆仕様を各種取り揃えています。

圧力、温度、塵などに影響を受けず、正確に測定

サンプリング装置では、プロセスガスを分析できるように、圧力、温度を調整し、除塵や除湿を行う必要があります。これによってガス自体が性情を変え、データの信憑性が著しく下がる場合があります。
TDLSシリーズは、測定によってプロセスガスを変容させることがありません。また他の計装とのソリューションでデータを補正し、あらゆる条件でも正確な数値をアウトプットすることができます。

堅牢でシンプルな設計で信頼性向上

最も手間のかかるサンプリング装置が不要であり、センサー部がプロセスガスに直接接することがないため、部品の消耗が発生せず、ランニングコストがほとんどかかりません。
取付け方法もさまざまなパターンを用意。既存のあらゆるラインに対応することが可能です。また、プロセスラインとは堅牢なガラス製の窓で仕切られているため、万一計器を交換する場合に着脱しても、高い安全性を確保できます。

 

さらなるニーズに応えるYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、プロセスガスを直接測定するという、高速かつ信頼性の高いソリューションを、酸素安全計装の新しいスタンダードとして提供していきます。また、測定データの出力には、4-20 mAのアナログ信号、HART通信およびMODBUS/TCPといった豊富なインタフェースを備えており、様々なシステム機器との接続が可能です。安全計装システムProSafe-RSやフィールド機器EJX、YTAなどの機能安全規格適合製品、プロセス制御システムCENTUMなどと組み合わせることにより、プラント全体の効率的な操業と安全の実現を、トータルソリューションとして提供し、お客様の多様なニーズにお応えしていきます。

業種:
概要:

黒液回収ボイラにとって、排ガス中に含まれるH2Sの管理は、安全面・環境面において必須の要件です。従来、サンプリング方式により測定されていましたが、吸引管の詰まりやフィルタ交換等のメンテナンスに手間がかかり、また、ガスと接触するセンサの劣化が避けられませんでした。
「レーザガス分析計 TDLSシリーズ」をキープロダクトとした、横河電機の黒液回収ボイラにおけるH2S測定のアプリケーションは、高温の排ガスを直接測定できるため、吸引管などのサンプリング用の設備が不要です。また、センサが排ガスに接触しないため、劣化の心配がありませんしません。これらの機能により、メンテナンスコストの大幅な削減を可能にします。

「TDLSシリーズ」とは?

直接、プロセスガスにレーザーレーザ光を照射することで、H2Sをはじめ、O2、CO、HCl、CH4、NH3、H2Oや、近赤外線領域に吸収をもつさまざまなガスの濃度を測定できます。TDLS8000は、従来機(TDLS200)に比べ、小型化と機能の向上を実現。タッチパネルを採用し、直感的な操作を追求しています。

 

TDLSシリーズ導入によるメリット

消耗品なし。圧倒的なコストパフォーマンスH2O

「TDLSシリーズ」は、プロセスラインと堅牢なガラス製の窓で仕切られており、センサ部が排ガスと非接触のため、部品の消耗がありません。一度取り付けてしまえば、メンテナンスコストがほとんどかからないのが特長です。
万一、部品交換が必要になったときも、分析計を設置した状態のまま、現場の作業員が安全かつ容易に着脱できます。

高ダストでも、オートゲイン機能で正確な数値に

高ダストの排ガス中では、測定のためのレーザ光が減衰します。しかし、「TDLSシリーズ」はオートゲイン機能を搭載しており、受光したレーザの信号を自動計算で増幅。 レーザ光が減衰した中の測定でも、十分な信頼性を発揮します。また、「TDLSシリーズ」は、スペクトル面積法を採用によりすることで、燃焼中の排ガスと停止中の大気の両方の酸素濃度を補正なく正確に測定することが可能です。

最高500℃まで、H2S濃度を測定可能

「TDLSシリーズ」は、高温で腐食性の強い排ガスでも直接測定できます。H2Sを最高500℃まで、リアルタイムに安定に測定可能です。

黒液回収ボイラのH2S量監視を高精度かつメンテナンスフリーで

 

進化する製紙工場のサポートにYOKOGAWAのソリューション

横河電機は、制御システムとの高い親和性を実現するソリューションサービスを提供します。これは、横河電機の制御系ラインナップと様々な測定機器を組み合わせた製造プロセスのトータルソリューションを導くサポートです。
効率化や環境保全に常に向き合い、地域の理解を得ながら発展を続けてきた製紙工場。黒液をボイラの燃料として使用し、その残渣から薬品を生成、回収率が98%を超える黒液回収ボイラは、その到達点の一つとい言えるでしょう。
横河電機は、この高性能な黒液回収ボイラのさらなる進化を支援し、安全と環境保全の次のスタンダードづくりに大きく貢献していきます。

※黒液とは
木材パルプの製造過程で、木材を化学的に分解・分離する際に発生する黒い液体で、樹脂を主成分とするバイオマスです。そのため化石燃料の代替エネルギーとしても注目を集めています。

 

業種:

本件に関する詳細などは下記よりお問い合わせください


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