プロセス制御と排出ガス監視のための気体分析

プロセス制御、排出ガス監視、製品品質、プラントの安全を支えているのは、ガスの組成や濃度、粉塵量、視程、煙の検知などに関する信頼性の高い測定値です。Endress+Hauserの製品ラインナップには、ガスアナライザおよび計測システム一式、粉塵および粒子測定、排出ガスデータ取得、状態監視、トンネル監視用センサなどが網羅されています。

• 効率的なプロセス制御： プロセスの制御、製品歩留まりの向上、一貫した製品品質の維持の基礎となるのは、継続的な測定値です。
• 信頼性の高い測定結果： 測定技術および計測システム一式は、測定作業、ガス組成、および測定点における条件を踏まえ、構成が決まります。
• プラントの安全と環境規制の遵守： 継続的な監視により、危険なレベルのガス濃度が特定され、また安全な操業と規制遵守の記録に必要な測定値や排出データが得られます。
• 高いシステム可用性： 自己監視、内部リファレンスチェック、交換可能なモジュール、およびリモート診断により、メンテナンスの必要性を早期に検出し、ダウンタイムを低減します。
• 容易な統合と試運転： 標準化されたインタフェースと、あらかじめ設置・相互接続され、工場で試験済みのシステムにより、設置作業が軽減され、現場での試運転が簡素化されます。
• 低いライフサイクルコスト： メンテナンス要件が低く、消耗品も少なく、またモジュール式コンポーネントや状態ベースのサービスを採用しているので、耐用期間を通じた運転コストが削減されます。

適切な産業用ガスアナライザを選択するには、まず最初に、測定対象となるガス成分と濃度範囲を確認します。どの測定原理やシステム設計が適切なのかは、ガスマトリックスや測定点における条件（温度、圧力、水分、粉塵負荷、成分の腐食性・毒性・可燃性など）によって決まります。

用途に応じて、測定はin-situアナライザを用いてプロセス内で直接行うことも、抽出式システムを用いて行うことも可能です。サンプルを採取する場合は、サンプリングおよびガスのコンディショニングの過程で、分析するまで、当該ガス成分をそのままに保つ必要があります。これにより、ホット・ウェット方式とコールド・ドライ方式のどちらのシステムが必要なのかが決まります。

さらに、設置条件、危険区域に関する要件、インタフェース、およびメンテナンスコンセプトにより、最終的な仕様が決まります。この結果、スタンドアロンのアナライザ、モジュラーシステム、または用途に適した計測システム一式といったソリューションが導かれます。

同じアナライザ技術でも、果たす役割は産業によって異なります。化学プラントや製油所では、閉ループ制御、製品品質、危険なガス組成の早期検出のためにオンライン分析が採用されています。鉱業、鉱物、金属産業では、気体分析を利用して、焼成、製錬、焼結におけるプロセスや排出ガスを監視することで、環境規制の遵守とプロセス安全性が向上します。電力および廃棄物発電プラントでは、燃焼や排ガス処理から最終的な排出測定点に至るまで、複数の段階で測定が行われます。船舶の場合は、システムは振動、限られたメンテナンス可能時間、変動する運転条件、また船級型式承認の要件にも対応する必要があります。

あとから実験室で得られる分析結果では間に合わないような地点に関しては、プロセスガスアナライザはオンラインでデータを提供します。こうした値を制御システムに組み込むことで、反応、燃焼段階、またはガス処理工程を稼働中に調整することができます。同じ技術を用いて、原料や製品の品質を検証したり、ガス組成における安全上重要な変化を検知することも可能です。

必要な構成は、単一のin-situ機器、モジュール式の抽出型アナライザ、あるいはサンプリング機器とコンディショニング機器と制御機器を備えた完全な気体分析システムなどです。それと同時に、分析方法、プロセス接続、ハウジング、インタフェース、および危険場所向けの設計も選択します。これにより、用途にとって不要なシステムスコープを追加せずに、ガスストリームや測定作業に適したソリューションを実現することができます。

排出ガス監視は、「工場から何が排出されるのか」、「それをどのように記録する必要があるのか」という、別の疑問にも答えます。排出ガス連続監視システム（CEMS）は、当該施設で指定されている汚染物質および基準パラメータを測定します。燃料、プロセス、ガス浄化の各段階でガスマトリックスが決定されます。また、適用される規則によって、どのような成分、測定範囲、品質保証手順が必要なのかが決まります。

アナライザは、こうしたチェーンの一部にすぎません。CEMSには、ガスのサンプリングとコンディショニング、粉塵およびガス流量の測定、制御機器、排出ガスデータ管理などが含まれる場合もあります。モジュール式キャビネットなら、要件が変化しても、測定コンポーネントを追加することができます。大規模なプロジェクトでは、工場でシェルター一式を組み立て、連結し、試験することも可能です。こうすることで、現場での作業やインタフェースの数が削減され、迅速な設置と試運転が可能になります。

粉塵の測定と監視では、煙突での粒子の排出を記録したり、フィルタバッグの損傷を検知したり、粉砕、注入、その他のプロセス段階での濃度を追跡することができます。こうした作業で必要になる機器は、必ずしも同一ではありません。測定場所、予想される濃度、粒子の特性、ダクトの形状、ガスの流速、ガスの状態といった、あらゆる要素が機器の選択に影響を与えます。

低濃度～中濃度域では散乱光式の計測機器が使用されるのに対し、中濃度～高濃度域やダクト径が大きい場合は透過式の計測機器が使用されます。コンパクトなプローブ構造なので、片側から取り付けでき、自己監視機能によってルーチン作業の負担が軽減されます。飽和状態の煙道ガスには異なるアプローチが必要です。水滴が粒子としてカウントされてしまうので、粉塵濃度を測定する前に、抽出バイパスによってガス流の一部を露点以上に加熱するのです。 

コンプライアンスレポートでは、適用される規則に基づき、測定値と動作状態を収集・確認・保存・提示する必要があります。MEAC300のようなデータ収集・処理システムを使用すれば、アナライザからの信号は、限度値超過、ステータス情報、各種レポートを含む、トレーサブルな排出量データや稼働データへと変換されます。

監視ボックスは、これとは異なる役割を果たし、現在と過去の機器データを組み合わせることで、アナライザやシステムの状況の変化を可視化します。この情報を活用すれば、操作チームとサービスチームは、何らかの対応が必要かどうかを判断することができます。また、サービス訪問前に、必要なスペアパーツを含め、作業を準備することもできます。

道路トンネルでは、専用のセンサーがそれぞれ異なる役割を担っています。空気質測定機器は、CO（および機器の構成によってはNOまたはNO₂）とともに視程を監視し、換気制御のためのデータを提供します。空気の流速と方向も別途測定します。煙感知器は、数秒以内に煙の粒子を検知し、トンネル制御システムに警報を発します。用途によっては、専用の視程測定機器を使用し、トンネル内の視程を追加で測定します。

波長可変半導体レーザー吸光分光法（TDLAS）ガスアナライザは、さまざまなプロセス用途において濃度測定を行います。利用可能なアナライザについて詳しくご覧になり、測定作業に最適なソリューションを見つけてください。

蛍光消光（QF）アナライザは、幅広いプロセス用途において迅速で連続的な酸素測定を行います。利用可能なアナライザについて詳しくご覧になり、測定作業に最適なソリューションを見つけてください。

ラマン分光法アナライザは、幅広いプロセス用途においてガス組成の測定を行います。利用可能なアナライザについて詳しくご覧になり、測定作業に最適なソリューションを見つけてください。