プロセスガス分析装置を正しく選択するには？原理と分析方法の説明

シャロン・イェ

技術営業 - エネルギーと環境

不適切なプロセスガス分析装置を不適切なアプリケーションに使用すると、安全性、コンプライアンス、そしてコストのかかるダウンタイムのリスクが生じます。自信を持って適切な判断を下す方法を学びましょう。

プロセスガス分析装置を選択するには、業界の規制や特定のプロセス要件に合わせて、ガスの組成、環境条件、精度のニーズ、ライフサイクルコストを評価する必要があります。

適切な分析装置の選択は、ほんの第一歩に過ぎません。長期的な性能、精度、安全性を確保するには、何が本当に重要な要素なのか、そしてそれらをどのように賢く評価するのかを理解する必要があります。

適切なプロセスガス分析装置を選択することがなぜそれほど重要なのか?

複雑なプロセス環境で不適切な分析装置を使用すると、漏れの未検出、燃焼比の不正確さ、毒性物質への曝露、高額な規制罰金など、甚大な被害をもたらす可能性があります。残念ながら、多くの施設では、故障が発生するまでこのリスクを過小評価しています。

問題は不正確なデータから始まります。 分析計の不適合は、対象ガスに正しく反応しなかったり、交差感度の影響を受けたり、過酷な条件下では急速に劣化したりする可能性があります。これらのエラーは気づかないうちに蓄積され、プロセス制御の悪化、製品品質の低下、エネルギー消費の増加につながります。

コンプライアンスと安全性が危機に瀕している場合、問題はさらに深刻になります。 石油化学、発電、廃棄物処理などのプロセス産業は、厳格な排出基準と安全基準によって規制されています。信頼性の低いガスデータのために報告要件を満たさない場合、操業停止、罰金、さらには安全事故につながる可能性があります。

解決策は賢い選択にあります。 適切なプロセスガス分析計を選択することで、正確でリアルタイムな測定が可能になり、燃焼の最適化、廃棄物の削減、異常値への迅速な対応が可能になります。適切な分析計は単なるツールではなく、プロセスにおける戦略的な資産となります。

信頼できるデータは産業パフォーマンスの基盤です。 適切な分析装置、つまり特定のガス、条件、アプリケーションに合わせて設計された分析装置を選択することで、業務に自信が持てるようになります。だからこそ、企業は信頼できるサプライヤーに頼るのです。 エセガス機器だけでなく、プロセスエコシステム全体を理解しています。

分析装置を選択する際に考慮すべき重要なプロセスパラメータは何ですか?

プロセスガス分析計の選定は、ガスの種類だけでなく、そのガスが存在する環境全体を考慮する必要があります。正確で信頼性の高い測定を行うには、エンジニアは機器の性能を複数の重要なプロセスパラメータと整合させる必要があります。たった一つの要素を見落とすだけでも、性能の低下、頻繁なメンテナンス、あるいは完全な故障につながる可能性があります。

1. 対象ガスとその化学的性質

最も基本的な考慮点は どのガスか 測定対象は酸素、CO₂、NOx、メタン、それともVOC混合物でしょうか？それぞれのガスは、利用可能な検出原理によって反応が異なります。赤外線（NDIR）、熱伝導率（TCD）、電気化学セル、レーザーベースの方法など、様々な方法があります。

重要な考慮事項：

分子量と極性
吸収スペクトル（光学的方法の場合）
他の化合物との反応性
安全分類（有毒、可燃性、不活性）

ガスの化学的挙動に適合する技術を選択すると、感度と選択性の両方が保証されます。

2. ガス濃度範囲

各分析装置には特定の検出限界と直線性範囲があります。その範囲外の装置を選択すると、測定値が不安定になったり、データが切り捨てられたりする可能性があります。

あなたは次のように尋ねる必要があります: 微量ガス（ppmまたはppb）を測定していますか？それともバルク濃度（%レベル）を測定していますか？例えば、不活性化アプリケーションでppm単位の酸素を測定するには、20.9%の周囲空気を監視するよりもはるかに高い感度が必要です。

経験則として、極端な場合だけでなく、通常の動作ポイントの周囲で最適な精度を持つアナライザーを選択します。

3. 圧力と温度条件

ガス分析装置は、特定の圧力と温度条件下で校正されます。しかし、実際のプロセス、特に精製、化学製品製造、燃焼においては、ガスは高温、真空、あるいは高圧状態にある場合があります。

温度と圧力の影響:

ガス密度は光路長や熱伝導率に影響する
センサーの寿命と校正ドリフト
必要なサンプル調整（冷却、圧力調整、ろ過）

信頼性の高い分析装置は、これらの条件に耐えるか、サンプル処理システムとシームレスに連携してこれらの条件を標準化する必要があります。

4. 妨害物質の存在

汚染物質など 湿気、ほこり、酸、炭化水素、またはその他の反応性ガス 正確なガス検知を妨げる可能性があります。一部のセンサーは水蒸気や特定の溶剤に非常に敏感で、測定値に誤差が生じたり、センサー部品が劣化したりする可能性があります。

汚染度の高い環境では、 分析装置は、内部補正機構（波長フィルタリングなど）を備えるか、ガス処理システム（乾燥機、フィルタ、スクラバー）と組み合わせる必要があります。

5. 流量とサンプリングダイナミクス

アプリケーションは連続、バッチ、それともスポットサンプリングですか？ガスはセンサーを直接通過しますか（in-situ）、それともプローブを介して抽出しますか（extractive）？これらの要因は以下に影響します：

センサー応答時間
アナライザーの設置場所
メンテナンスの必要性（例：プローブ、フィルターの洗浄）

急速に変化するプロセスでは、サンプル輸送に伴う応答時間と遅延が重大な問題となる場合があります。プロセスのスピードに対応できる分析装置が必要です。

6. 周囲環境および設置環境

ガスそのもの以外にも、 物理的環境 分析装置が稼働する場所。屋外に設置されますか？高湿度または腐食性エリアですか？ATEXゾーン1/2に指定されている危険区域ですか？

これは次の影響をもたらします:

保護等級（IP65以上）
防爆住宅の必要性
耐腐食性材料（例：ステンレス鋼）
振動または熱シールドの要件

	それが重要な理由	一般的な考慮事項	分析装置の選択への影響
ターゲットガスと化学	ガスの種類によって検出技術は異なる	分子量、反応性、赤外線吸収、安全クラス	互換性のある検出方法（NDIR、TCD、FIDなど）を選択します
濃度範囲	分析装置は精度を保つために最適な範囲内で動作する必要がある	ppm、ppb、%、微量対バルク測定	検出限界と直線範囲が一致する分析装置を選択する
圧力と温度	プロセス条件はガス密度とセンサー性能に影響を与える	高温の排気ガス、加圧容器、真空ライン	サンプリングシステムまたは耐久性の高い分析装置が必要
干渉物質	汚染物質は測定値を歪めたり、センサーを損傷したりする可能性がある	湿気、ほこり、酸、VOC、バックグラウンドガス	フィルター、乾燥機、干渉補償の必要性
フロー＆サンプリングダイナミクス	サンプリング方法は応答時間と安定性に影響します	インサイチュー vs 抽出、高速プロセス vs 低速プロセス	設置、遅延時間、分析装置の設計に影響します
設置環境	環境ストレスにより分析装置の寿命が短くなったり故障の原因となる可能性がある	屋外、危険区域、腐食しやすい区域	IP等級、防爆筐体、ステンレス鋼構造

インストール環境はアナライザーの選択にどのように影響しますか?

最先端のガス分析装置であっても、設置環境が適切でなければ、早期に故障する可能性があります。分析装置の設置場所（屋内か屋外か、安全区域か危険区域か）は、その性能、信頼性、そしてメンテナンスの必要性に大きな影響を与える可能性があります。そのため、設置条件はプロセス条件と同様に慎重に評価する必要があります。

1. 屋内設置と屋外設置

問題点： 多くの分析装置は気候制御された研究室向けに設計されていますが、産業施設はしばしば過酷な天候にさらされます。

悪化： 雨、日光、湿気、氷点下の気温により、ハウジングが腐食したり、光学系が曇ったり、センサーのキャリブレーションに影響が出る可能性があります。

解決策： 屋外に設置する場合は、アナライザーが適切な筐体定格 (通常は IP65 以上) を備え、ヒーター、サンシールド、換気などの保護機能が備わっていることを確認してください。

ヒント： エセガス アナライザーは、屋外で長期間の性能を発揮できるように HVAC とパージシステムを統合した耐候性キャビネットを備えています。

2. 危険区域または爆発性区域（ATEX/IECExゾーン）

問題点： 可燃性ガスまたは蒸気は爆発の危険を伴うため、特別な注意が必要です。

悪化： 標準分析装置をゾーン 1 またはゾーン 2 のエリアで使用すると、安全規則に違反し、人員を危険にさらす可能性があります。

解決策： ATEX/IECExガイドラインに準拠した防爆（Ex d）または本質安全（Ex i）設計の認定を受けた分析装置をお選びください。また、現地の規制（NEC、CNExなど）にも準拠している必要があります。

注意： エセガス 適切なケーブルグランド、火炎防止装置、密閉ハウジングを備えた Ex 認定ソリューションを提供します。

3. 振動と機械的ストレス

問題点： コンプレッサー、タービン、または回転機器に取り付けると、分析装置は一定の振動にさらされます。

悪化： 振動により、時間の経過とともに接続が緩んだり、光路がずれたり、回路基板が損傷したりする可能性があります。

解決策： 耐久性の高い機械設計、振動を減衰するマウント、光ファイバーまたはリモートサンプリングヘッドを使用して、分析装置を機械的ストレスから分離します。

4. 腐食性または粉塵の多い環境

問題点： 肥料工場、製鉄所、廃水処理場などの多くの工業地域には、腐食性ガス (HCl、NH₃ など) や重い粒子が含まれています。

悪化： これらの要素は分析装置の光学系を劣化させ、センサーを腐食させ、サンプリングラインを詰まらせます。

解決策： 耐腐食性材料（例：316Lステンレス鋼、PTFE）、エアパージシステム、またはインラインフィルターを備えた分析装置を使用してください。可能な場合は、非接触（in-situ）方式を検討してください。

5. 電気ノイズと信号干渉

問題点： 高電圧機器、可変周波数ドライブ (VFD)、および電力スイッチングシステムは、EMI/RFI ノイズを生成します。

悪化： これにより、アナログ/デジタル信号が妨害され、誤報が発生したり、敏感なコンポーネントが損傷したりする可能性があります。

解決策： シールドされた筐体、適切な接地、および光または絶縁通信プロトコル (光ファイバー、絶縁された RS485 経由の Modbus など) を備えたアナライザーを選択します。

ESEGAS プロセスガス分析装置製品の特徴は何ですか?

エセガス 産業分野の信頼性と精度を追求した、堅牢なプロセスガス分析装置ラインナップを提供しています。モジュール設計、高い選択性、そして複数の検出技術との互換性を備えたシステムは、石油化学から環境モニタリングまで、幅広い用途に対応します。

当社は、以下を含むさまざまなタイプのプロセスガス分析装置を提供できます。

☑ オンラインプロセスガス分析装置

☑ ポータブルプロセスガス分析装置

☑ 抽出プロセスガス分析システム

☑ TDLプロセスガス分析装置

現場のニーズに応えるさまざまな設置方法とさまざまな測定技術

ESEGAS アナライザーの特長としては、カスタマイズ可能なセンサー構成、防爆ハウジング、リアルタイムのデータ転送、DCS や PLC などの制御システムへの統合などがあります。同社は長期サポート、校正サービス、リモート診断に力を入れており、要求の厳しい業界では同社のアナライザーが好まれる選択肢となっています。