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Analyse des gaz in situ ou par extraction : quand chaque méthode de mesure s'avère rentable dans l'industrie

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In situ ou par extraction ?

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La surveillance continue des gaz de procédé est un élément essentiel pour garantir l'efficacité et la sécurité des installations dans les secteurs de la chimie, de la production de biogaz et de la surveillance des émissions.

Avant l'installation, il convient toutefois de prendre une décision stratégique fondamentale : les mesures doivent-elles être effectuées directement dans le flux de procédé (in situ) ou par échantillonnage (extractif) ? Ces deux approches présentent des avantages évidents, mais entraînent des coûts d’investissement et d’exploitation différents. Quelle méthode est économiquement viable pour quelle application ?

Analyse des gaz en ligne : mesure directe dans le flux de procédé

Dans le cadre de l’analyse in situ, les capteurs ou les composants optiques sont placés directement sur la conduite ou la cheminée. Le gaz est mesuré avec des temps de réponse rapides sans quitter le procédé. À cette fin, des méthodes optiques de pointe – telles que la spectroscopie par diode laser accordable (TDLAS) – envoient leur signal lumineux à travers le flux de gaz en mouvement.

Il convient de distinguer cette approche de la mesure en ligne, où la cellule de mesure est située dans une conduite de dérivation par laquelle le gaz circule. Ces deux méthodes ont un point commun : elles effectuent des mesures non extractives, ce qui signifie qu’aucun conditionnement externe du gaz n’est nécessaire.

Les principaux avantages de la mesure de gaz in situ

- Valeurs mesurées en temps réel : les données sont disponibles pratiquement sans délai.

- Faible intervention : aucun conditionnement complexe n’est nécessaire, car le fluide reste directement dans le processus.

- Résistance aux hautes températures : l’utilisation de la température du processus permet des mesures fiables, même avec des gaz chauds et humides.

Limites et défis de la technologie

Étalonnage difficile : les travaux d’étalonnage et de validation doivent être effectués directement sur le lieu de mesure, souvent difficile d’accès.

Atténuation du signal : une forte formation de poussière ou une turbidité dans le flux gazeux peut atténuer le signal.

Effort de maintenance : les fenêtres optiques s’encrassent et nécessitent un nettoyage et un réglage réguliers.

Alignement précis : les unités émettrices et réceptrices doivent être alignées avec exactitude sur le trajet de mesure.

Limitation du nombre de composants : en général, un seul composant par trajet de mesure peut être détecté, ce qui limite globalement le choix des méthodes de mesure.

Analyse extractive des gaz : la précision grâce à un conditionnement contrôlé des gaz

La méthode extractive suit une approche fiable pour la caractérisation des gaz : une pompe à gaz prélève en continu un échantillon représentatif directement au niveau du processus. Avant que l’analyse proprement dite du gaz n’ait lieu, le fluide est conditionné via des conduites chauffées et des refroidisseurs de gaz efficaces – ce qui signifie qu’il est spécifiquement purifié, séché et amené à une température stable.

Ce n’est qu’ensuite que le gaz pénètre dans l’analyseur de gaz (tel que la série compacte Smart ou le Gas Analyzer 320 de Fresenius). Le grand avantage de cet environnement contrôlé dans la cellule de mesure : les facteurs d’interférence tels que l’humidité ou les particules sont éliminés de manière fiable, ce qui garantit des valeurs mesurées extrêmement stables et précises.

Avantage économique : commutation efficace des points de mesure

L’un des principaux avantages de l’approche extractive réside dans la commutation des points de mesure :

- Réduction des coûts : un seul analyseur de gaz peut desservir jusqu’à huit points de processus en rotation automatique grâce à des électrovannes internes.

- Analyse multicomposants : plusieurs composants gazeux sont détectés simultanément à chaque point de mesure individuel.

- Mesure cyclique : la détection s’effectue de manière séquentielle (l’un après l’autre, et non simultanément), ce qui réduit considérablement les coûts matériels par point de mesure dans les installations complexes.

Remarque importante concernant la surveillance des émissions : la commutation n’est pas autorisée dans le cadre de la surveillance continue des émissions exigée par la loi. Dans ce cas, une entrée de gaz d’échantillonnage dédiée, sans commutation, est utilisée pour garantir la continuité des données de mesure.

Comparaison des coûts : investissement par rapport aux coûts de maintenance courants

1. Acquisition et installation (CAPEX)

Les systèmes in situ semblent souvent moins coûteux pour un point de mesure unique, car ils ne nécessitent ni conduites d’échantillonnage ni refroidisseurs de gaz. Cependant, les coûts augmentent avec chaque point de mesure supplémentaire, car chaque point nécessite sa propre unité de mesure. Un analyseur par extraction, en revanche, peut être raccordé à plusieurs points via un système d’échantillonnage multipoint, ce qui réduit le coût par point de mesure.

2. Exploitation et maintenance (OPEX)

Les systèmes extractifs nécessitent un entretien régulier des filtres et des refroidisseurs de gaz afin d’éviter toute contamination et la formation de condensats. Les capteurs in situ ne nécessitent que peu d’entretien mécanique, mais peuvent se détériorer au contact de gaz agressifs ; le remplacement d’un capteur directement sur le conduit s’avère alors souvent complexe, tout comme le nettoyage des fenêtres optiques encrassées.

3. Effort d’étalonnage et temps d’arrêt

Les systèmes extractifs nécessitent traditionnellement un réétalonnage périodique, parfois à l’aide de gaz d’essai coûteux ; les systèmes laser in situ s’étalonnent souvent automatiquement via des cellules de référence intégrées. C’est précisément là qu’interviennent les analyseurs NDIR de Fresenius Umwelttechnik, qui couvrent deux méthodes NDIR en fonction de l’application, de la plage de mesure et de la longueur d’onde de mesure :

Cette auto-référence est une caractéristique de la technologie NDIR à double pression. Elle ne s’applique pas aux autres principes de mesure – tels que la mesure de l’oxygène par NDUV, paramagnétique ou à l’oxyde de zirconium ; dans ces cas-là, l’étalonnage spécifique au principe concerné reste nécessaire. Cet avantage en matière d’étalonnage réduit ainsi sensiblement les coûts d’exploitation courants des systèmes NDIR extractifs sans pour autant remplacer complètement le travail de base.

Aide à la décision : quelle méthode est la plus adaptée à votre installation ?

L’analyse de gaz in situ s’avère particulièrement rentable lorsque des temps de réponse très rapides de l’ordre de la seconde sont requis ou lorsqu’un gaz pur doit être détecté en un seul point de mesure facilement accessible.

L’analyse extractive des gaz révèle ses atouts dès lors que des mélanges gazeux agressifs, humides ou chauds doivent être conditionnés de manière contrôlée, ou lorsque des analyses multigaz de haute précision (NDIR ou NDUV) sont requises – avec plusieurs composants par point de mesure et plusieurs points de mesure desservis de manière cyclique. Une entrée de gaz d’échantillonnage dédiée est utilisée pour la surveillance continue des émissions.

La combinaison de la matrice gazeuse et des points de mesure est déterminante

Il n’y a pas de solution « meilleure » en général, mais seulement une solution « plus économique pour votre processus spécifique ». Ceux qui connaissent la matrice gazeuse de leur gaz d’échantillonnage et planifient stratégiquement le nombre et l’accessibilité des points de mesure prendront une décision durable. Les mesures in situ se distinguent par leur rapidité et le nombre de points de mesure individuels, tandis que les mesures par extraction sont adaptées aux matrices gazeuses exigeantes, aux analyses multigaz et aux points de mesure multiples.

Vous ne savez pas quelle méthode permettra de réduire durablement vos coûts d’exploitation ? Contactez les experts en applications de Fresenius Umwelttechnik : nous analyserons votre procédé et travaillerons avec vous pour trouver la solution la plus adaptée sur le plan technique et économique.

Foire aux questions (FAQ)

Quelle est la différence entre la mesure in situ et la mesure par extraction ?

Dans le cas d’une mesure in situ, l’analyseur est installé sur la conduite et effectue la mesure directement dans le gaz de process, sans prélèvement d’échantillon. Dans le cas d’une mesure par extraction, un échantillon est prélevé, conditionné (filtré, séché, à température contrôlée), puis analysé dans un analyseur séparé.

Combien de points de mesure un analyseur extractif peut-il surveiller ?

Jusqu’à huit points de processus peuvent être desservis en rotation automatique via un commutateur interne de points de mesure – de manière cyclique, l’un après l’autre, et non simultanément. Une entrée dédiée est utilisée pour un point de mesure des émissions qui doit être surveillé en continu.

Un système extractif nécessite-t-il des gaz d'essai coûteux ?

Cela dépend du principe de mesure. Avec la méthode NDIR à double référence de pression, le système est auto-référencé et ne nécessite ni gaz zéro ni gaz d'essai. Avec la méthode NDIR à double faisceau, une correction régulière du point zéro suffit généralement, l'étalonnage du point final n'étant nécessaire que dans des cas particuliers. Pour la mesure NDUV ou de l’oxygène, les réglages spécifiques au principe concerné s’appliquent.

Quelle méthode réagit le plus rapidement ?

Les systèmes laser in situ fournissent des valeurs mesurées en environ deux secondes, car le gaz n’est pas transporté. Les systèmes extractifs prennent généralement entre 20 et 40 secondes, temps de transport compris.

Quelle méthode convient à la surveillance des émissions ?

La surveillance des émissions devant être continue, on utilise une entrée de gaz d’échantillonnage dédiée sans commutation du point de mesure. Le choix de la méthode appropriée (in situ ou par extraction) dépend de la matrice gazeuse, de la précision requise et des conditions de processus.

Lire l'article original sur freseniusinstruments.com : https://freseniusinstruments.com/blog/22912/in-situ-vs-extractive-gas-analysis-when-each-measurement-method-pays-off-in-industry/?lang=en