Wyposażenie stanowisk pracy

Detektory gazów

Przewodnik po przenośnej detekcji gazów

Podział zagrożeń gazowych

Wszystkie gazy inne, od tych występujących w znanym i nadającym się do oddychania powietrzu mogą stanowić zagrożenie. Kluczem do oceny niebezpieczeństwa związanego z obecnością w atmosferze danego gazu, jest jego stężenie. Nawet nieszkodliwe gazy takie jak argon, azot czy hel mogą okazać się niebezpieczne. Ich nagłe uwolnienie wypiera życiodajny tlen stwarzając ryzyko uduszenia. Wyróżniamy trzy podstawowe kategorie zagrożeń gazowych:

  • Zagrożenia wybuchem (EX) – gazy palne i wybuchowe
  • Zagrożenia tlenowe (O2) – zamartwica z powodu wyparcia tlenu lub zwiększona palność spowodowana podwyższonym stężeniem tlenu
  • Zagrożenia zatruciem (TOX) – gazy toksyczne

Bez narzędzi pomocniczych w postaci detektorów gazowych, ludzie nie potrafią rozpoznać wymienionych zagrożeń dostatecznie szybko, tak aby uchronić się przed ich niebezpiecznym oddziaływaniem. Przykładem może być siarkowodór, który w niskim stężeniu możemy wyczuć dzięki charakterystycznemu zapachowi zepsutych jajek. Nie pomaga to jednak w ocenie stężeń śmiertelnie wysokich. Uciekając w miejsce w którym nie wyczuwamy charakterystycznego zapachu, sądzimy błędnie, że jesteśmy bezpieczni co niejednokrotnie było przyczyną tragicznych wypadków. Oprócz wspomnianego zagrożenia związanego ze zbyt niskim stężeniem tlenu, równie niebezpieczne może być jego podwyższone stężenie, gdyż nadmiar tlenu może spowodować samoczynny zapłon materiałów łatwopalnych. Dlatego też niezbędna jest detekcja wspomnianych trzech typów zagrożeń: EX, O2 i TOX, w celu ochrony ludzkiego życia i mienia, ale także środowiska.

Gazy toksyczne (TOX)

Toksyczność gazów używanych i emitowanych w procesach przemysłowych określa się przy użyciu eksperymentów laboratoryjnych, podczas których oblicza się wartość LC50. Skrót LC50 (od angielskiego „lethal concentration”) oznacza stężenie gazu w powietrzu, które spowoduje śmierć 50% zwierząt laboratoryjnych, gdy wdychane jest przez pewien okres czasu (zwykle cztery godziny). Substancje toksyczne dzielimy na:

  • T+ silnie toksyczne LC50<0,5 g/m3

Arsenowodór, brom, chlorek boru, cyjanowodór, czterofluorek siarki, diboran, dwutlenek azotu, fluor, fluorek boru, fluorowodór, fosforowodór, fosgen, ozon, siarkowodór, sześciofluorek wolframu, tlenek azotu

  • T toksyczne LC50=0,5 g/m3

Acetonitryl, amoniak, benzen, bromek metylu, chlor, chlorowodór, cyjan, dwusiarczek węgla, dwutlenek siarki, metanol, tlenek węgla, trifluorek azotu

W oparciu o tę wartość oraz dodatkowe badania naukowe i BHP,  autoryzowane komisje w poszczególnych krajach wydają prawne zalecenie dotyczące dopuszczalnych wartości stężeń danych substancji w PPM – są to tzw. Wartości graniczne. Wartości graniczne określa się w celu ochrony zdrowia pracowników. Jeżeli na przestrzeni całej kariery nie będzie on wdychał gazów o stężeniu przewyższającym wartości graniczne ich, to jego zdrowie nie będzie zagrożone.

Gazy wybuchowe (EX)

W przypadku gazów palnych najważniejszym parametrem jest DGW (dolna granica wybuchowości). DGW definiujemy jako stężenie gazu palnego (w % objętości) w palnej mieszance gaz-powietrze, które może ulec zapłonowi w standardowych warunkach. Im niższa wartość DGW tym bardziej niebezpieczny jest dany gaz (mniejsza jego objętość stwarza zagrożenie wybuchu). DGW wszystkich znanych gazów wybuchowych mieści się w przedziale od 0,5 do 15% objętości w mieszance gaz-powietrze. Jednak w przypadku gazów o wyjątkowo niskiej DGW (np. 0,5% obj. dla propanu), ustawienie alarmów detektora bezpośrednio na wartość DGW może okazać się wyjątkowo niebezpieczne. Dlatego powszechnie stosowanym środkiem zapobiegawczym jest pomiar w %DGW i ustawienie alarmu np. na 50% DGW. Dzięki temu możemy zapobiegać tworzeniu się atmosfer wybuchowych lub odpowiednio szybko ewakuować personel z miejsc zagrożonych wybuchem.

Rodzaje sensorów pomiarowych

Sensory elektrochemiczne

Wiele gazów toksycznych bardzo łatwo reaguje i w pewnych warunkach może zmienić swój skład chemiczny. Sensor elektrochemiczny jest mikroreaktorem generującym niewielki (aczkolwiek mierzalny) prąd w obecności gazów reaktywnych. Składa się on z przynajmniej dwóch elektrod,  - elektrody pomiarowej oraz przeciwelektrody. Są one ze sobą powiązane na dwa sposoby: z jednej strony przez elektrolit (płyn przewodzący jony), z drugiej zaś przez zewnętrzny obwód elektryczny. Gaz wpada przez porowatą membranę do sensora wypełnionego elektrolitem i jeśli jest on reaktywny, to między elektrodami wygenerowany zostanie prąd. Natężenie zmierzonego prądu jest następnie przetwarza na wskazanie detektora w PPM. 

Źródło: Dräger Polska

Sensory katalityczne

Istotą działania tego sensora jest utlenianie gazów palnych z użyciem tlenu i wyzwalanie w ten sposób ciepła reakcji. Osiągnięto to poprzez użycie specjalnego, odpowiednio wygrzanego materiału katalitycznego, zmieniającego nieznacznie swoją temperaturą w wyniku ciepła reakcji. Miara tego wzrostu z kolei jest wskazaniem stężenia gazowego. Element detekcyjny sensora stanowi porowaty element ceramiczny  z miniaturową cewką platynową wewnątrz.  Przez cewkę płynie prąd rozgrzewając pellistor  do kilkuset stopni Celsjusza. Dzięki wykonaniu z materiału katalitycznego, temperatura pellistora będzie nadal wzrastać w obecności gazów palnych, zwiększając również rezystancję cewki. Ową zmianę możemy zmierzyć elektronicznie i przeliczyć na stężenie gazu. Ponieważ sensor dokonuje spalania gazów łatwopalnych, to sam mógłby stać się przyczyną zapłonu. Zapobiega temu umieszczenie na wlocie sensora krążka spiekanego, który wpuszcza gaz do wnętrze sensora, jednocześnie izolując go od otoczenia. 

Źródło: Dräger Polska

Sensory podczerwone (IR)

W tej metodzie pomiaru stężenia gazowego wykorzystano zjawisko pochłaniania przez węglowodory promieniowania w zakresie długości fal odpowiadających podczerwieni (od 3,3 do 3,5 mikrometra). Wewnątrz sensora umieszczono nadajnik podczerwieni (IR) emitujący fale, które po odbiciu od reflektora (lustrzane wnętrze sensora) pada na detektor. Poprzez przerywacz płomieni (tak jak w przypadku sensora katalitycznego) do wnętrza sensora przedostaje się mieszanka gazowa. Ponieważ główne składniki powietrza – tlen, azot i argon nie pochłaniają promieniowania w zakresie podczerwieni intensywność promieniowania padającego na detektor może ulec osłabieniu tylko na skutek obecności węglowodorów. Jeżeli tak się stanie, emitowany jest sygnał elektryczny przetwarzany następnie na wskazanie np. %DGW. Wysoka cena sensorów podczerwonych  podyktowana jest ich innowacyjną budową,  która z kolei zapewnia wyższą żywotnością sensora (w stosunku do katalitycznych) oraz możliwość pomiaru przy bardzo niskich stężeniach tlenu.

Źródło: Dräger Polska

Sensory PID

Wiele gazów wybuchowych jest śmiertelnie niebezpieczne jeszcze zanim osiągną swoją DGW, w wyniku czego sam pomiar sensorem EX może nie być wystarczający. Sensory PID pozwalają na pomiar stężenia toksycznych substancji organicznych w PPM, jeszcze zanim osiągną one swoją dolną granicę wybuchowości. Powietrze zasysane jest przez wlot do wnętrza sensora, gdzie lampa UV generuje fotony jonizujące wybrane cząsteczki w strumieniu gazu . Większość substancji organicznych uznawanych za niebezpieczne ulega jonizacji po ekspozycji lampą pomiędzy dwoma elektrodami (jedna do pomiaru napięcia, a druga do natężenia prądu). Zmierzone natężenie prądu pozwala na określenie stężenia mierzonej substancji. Dodatkową zaletą sensorów PID jest możliwość pomiaru całych grup substancji (zarówno toksycznych jak i wybuchowych) bez potrzeby posiadania kilku osobnych sensorów, eliminując potrzebę zakupu dodatkowych urządzeń detekcyjnych w przypadku nietypowych kombinacji mierzonych gazów.

Źródło: Dräger Polska

Przed wyborem detektora

Wybór właściwej metody pomiarowej jest ściśle związany z rodzajem sensorów jakich powinniśmy używać do przeprowadzenia pomiarów. Każdy z ww. sensorów posiada swoje atuty oraz ograniczenia. Z tego powodu przed ostatecznym wyborem detektora gazowego warto również zadać sobie następujące pytania:

- Jakie inne substancje są obecne oprócz mierzonych? (czułości skrośne sensorów i wynikające z nich zaburzenia pomiarów).

- Czy stosowane są pomiary krótkookresowe, długookresowe czy też ciągłe? (detektory przenośne, stacjonarne lub pomiar strefowy)

- Czy potrzebujemy analizować zmierzone detektorem dane czy będziemy jedynie używać go jako narzędzia ostrzegawczego? (potrzebne dodatkowe oprogramowanie do zarządzania danymi do ich dalszej analizy)

- Czy pomiary będą odbywały się w miejscach trudno dostępnych np. kanalizacje, kontenery, zbiorniki? Czy chcemy dokonać pomiaru na odległość zanim wkroczymy do badanego pomieszczenia? (odpowiednie oprzyrządowanie np. pompka zasysającą próbkę gazu i odpowiedni wężyk/sonda)

- Ile kosztuje serwis urządzenia? (gwarancja, żywotność sensorów, czasookres kalibracji)

Sprawdź naszą ofertę przenośnych detektorów gazowych.