Wykrywanie i pomiar gazów palnych (wybuchowych) w praktyce

Dobór detektora do wykrywania i pomiarów gazów wybuchowych

Oczywiście istnieje o wiele więcej miejsc, gdzie zagrożenie mogą stanowić substancje palne, a które nie są objęte instalacjami stacjonarnymi. Zgodnie z przepisami tam też należy określić rodzaj zagrożeń i sposób zabezpieczenia prowadzonych prac. Jednak wybór rodzaju zabezpieczeń nie leży już w gestii projektanta obiektu tylko osoby odpowiedzialnej za zabezpieczenie prac. Co oczywiste, służba BHP, weryfikując zarówno bezpieczeństwo obiektu, jak i tymczasowe zabezpieczenia miejsc prac, musi posiadać odpowiednią wiedzę. Tymczasem dobór detektora, w obu przypadkach, nie jest prosty.

Niektóre miejsca umożliwiają łatwą identyfikację zagrożeń gazowych, jak stałe instalacje, np. instalacja gazu ziemnego czy acetylenu, ponieważ w normalnych warunkach atmosfera zawiera powietrze, a jedynie w przypadku awarii pojawia się gaz palny. Inne lokalizacje także umożliwiają łatwą identyfikację zagrożenia, jak prace w kanałach i studzienkach ściekowych, gdzie niebezpiecznym gazem palnym będzie metan stanowiący główny składnik biogazu będącego produktem rozkładu materii organicznej. Jednak w tym przypadku dochodzą inne czynniki, jak obniżenie tlenu wypieranego przez składniki biogazu czy możliwość zakłócania sensora przez niektóre substancje składowe. Najtrudniejszymi sytuacjami z punktu widzenia detekcji substancji palnych są jednak miejsca, gdzie mogą pojawiać się różne gazy lub opary, nierzadko tworząc mieszaniny, np. w przemyśle petrochemicznym czy lakierniczym. To wszystko oznacza, że do każdego rodzaju zagrożeń trzeba dopasować odpowiednią technologię pomiaru i znać jej słabe strony. Tym samym, aby detektor mógł spełniać swoją rolę, liczy się to, co jest w środku. Jakie mamy rodzaje sensorów gazów palnych?

Sensory półprzewodnikowe a gazy palne

Technologia półprzewodnikowa, którą stosuje się raczej w systemach stacjonarnych, jest niedroga, ale ma wiele wad. Nie jest selektywna (czyli reaguje na wiele innych substancji), jest wrażliwa na warunki zewnętrzne (wilgotność i temperaturę), wymaga tlenu do pomiaru gazu palnego, jest nieodporna na gazy zakłócające i zatruwające, a jej pomiar jest nieliniowy. To powoduje, że ma ona bardzo ograniczone zastosowanie, głównie do pomieszczeń o niezmiennych warunkach i niskim ryzyku zakłóceń, gdzie gaz może się pojawić tylko w wyniku awarii, jak np. kotłownie gazowe, gdzie wymagane jest jedynie powiadomienie o przekroczeniu.

Sensory katalityczne a gazy palne

Technologia katalityczna bazuje z kolei na reakcji spalania, co daje większą selektywność. Spalanie składa się z elementu reaktywnego i pasywnego, co eliminuje wpływ warunków zewnętrznych. Pomiar jest liniowy, czyli rosnące stężenie gazu daje proporcjonalny sygnał. Sensorów tego typu używa się w większości zastosowań stacjonarnych, jak garaże podziemne, ładowanie akumulatorów, instalacje gazowe i gazów technicznych. Sensory katalityczne mają też zastosowanie w miernikach przenośnych, jednak mają też pewien wymóg. Do pomiaru wymagany jest tlen, co powoduje, że nie powinno się ich stosować w przestrzeniach zamkniętych, np. pracach w studniach i kanałach ściekowych. Dodatkowo sensory katalityczne nie są odporne na przekroczenia zakresu, więc nie powinno się ich stosować w miejscach, gdzie podejrzewane są bardzo wysokie stężenia.

Sensory podczerwone a gazy palne

W takich pracach dużo lepiej sprawdzą się sensory podczerwone (ang. infrared, IR), które jako jedyne nie wymagają tlenu do pomiaru gazu palnego i są całkowicie odporne na przekroczenia zakresu lub substancje zatruwające. Dlatego detektory z podczerwonymi sensorami gazów palnych, jak te przedstawione na fot. 1, to podstawowe wyposażenie zakładów branży wodno-kanalizacyjnej czy telekomunikacji.Sensory MPS – pomiar różnych węglowodorów Wszystkie powyższe technologie mają jednak poważną wadę. Wprawdzie reagują także na inne gazy palne oprócz kalibracyjnego, jednak prawidłowy pomiar podają tylko dla wybranych (tych, na które są wzorcowane – kalibrowane). Wyniki dla innych gazów lub oparów palnych obarczono znacznymi błędami, sięgającymi nawet powyżej 60%. Przykładowo detektor katalityczny skalibrowany na metan, mierząc heksan, pokaże wynik o 50% mniejszy (np. zamiast 50% DGW pokaże jedynie 25% DGW).

Kalibracja sensorów

Sensor podczerwony skalibrowany na metan, mierząc 20% DGW etanu, wyjdzie poza skalę. Czyli aby detektor poprawnie pokazywał substancję, to musi być na nią skalibrowany. Co jeżeli nie wiemy, co mierzymy, potrzebujemy różnych pomiarów lub mamy mieszaninę różnych substancji palnych? Do takich pomiarów używa się mierników z sensorem MPS (ang. Molecular Property Spectrometer, spektrometr właściwości molekularnych). Mimo poważnej nazwy to jedynie typ sensora, który jednak potrafi podać bliski rzeczywistości pomiar dla różnych substancji palnych (tzw. TrueLEL, ang. true – prawdziwy, i LEL – DGW), a także może zakwalifikować je do jednej z sześciu grup w zależności od wielkości cząsteczek. Tego typu sensorów używa się w jednostkach ratowniczych np. zakładowej straży pożarnej, branży petrochemicznej, lakierniczej, chemicznej i wszędzie tam, gdzie nie jesteśmy pewni, z czym mamy do czynienia lub mamy wiele substancji w obiekcie. Jak każda technologia, także ta ma słabą stronę i może być zakłócana przez ditlenek węgla.

Wybierając miernik lub detektor, pamiętajmy, że marka, producent czy kolorowy folder są mniej istotne niż to, co chcemy mierzyć i jaką technologią. Powyższe jest jedynie przybliżeniem tematyki, którą warto szerzej zgłębiać w dostępnych publikacjach lub na szkoleniach oferowanych na rynku.

Przypisy

¹  Wg norm PN-EN 60079-29-2:2015-09 i PN-EN 45544-4:2016-09 współczynniki 0,8-1,2 stanowią ciężar zbliżony do ciężaru powietrza (1,0).
²  Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. nr 109, poz. 719). § 2.1. Ilekroć w rozporządzeniu jest mowa o: 1) materiałach niebezpiecznych pożarowo – należy przez to rozumieć: b) ciecze palne o temperaturze zapłonu poniżej 328,15 K (55°C).

Przeczytaj również: Magazynowanie opakowanych towarów niebezpiecznych

Galeria

Zobacz więcej