Bezprzewodowe detektory gazu, czyli proste i skuteczne pomiary atmosfery
W zakładach produkcyjnych mogą występować zagrożenia dla bezpieczeństwa pracowników związane z możliwością pojawienia się różnych gazów i oparów. Dlatego też stosuje się w takich miejscach różne systemy monitorujące atmosferę, co pozwala na uruchomienie zabezpieczeń, zwiększenie wentylacji, zatrzymanie prowadzonych procesów lub odcięcie dopływu gazu. Zastosowanie detektorów bezprzewodowych pozwala budować skuteczniejsze i prostsze do instalacji systemy detekcji i ostrzegania przed zagrożeniami.
Procesy przemysłowe, takie jak na przykład związane z wydobyciem ropy i gazu, rafinacją, produkcją chemiczną oraz wytwarzaniem energii, ale też z czynnościami prowadzonymi w wielu innych branżach, często wiążą się z obecnością toksycznych i palnych gazów. Mogą one stwarzać bardzo poważne zagrożenie, jeśli wydostaną się do atmosfery. Detekcja gazu służy do wykrywania toksycznych składników w powietrzu i jeśli ich poziom przekroczy ustalony limit, to urządzenie wysyła sygnał o wycieku.
Obecnie takie systemy detekcji są już bardzo dokładne, elastyczne i niezawodne. Muszą zapewniać odpowiednią czułość i dokładność pomiaru stężenia niebezpiecznych cząstek w powietrzu, ale nie mogą utrudniać codziennej pracy zakładu poprzez generowanie fałszywych alarmów. Cyfryzacja całej struktury przemysłowej i zarządzania nią powoduje, że również elementy związane z bezpieczeństwem muszą być dziś cyfrowe i też w taki sposób komunikować się z nadrzędnymi systemami.
Zakłady wdrażają urządzenia do wczesnego ostrzegania przed zagrożeniami, w tym m.in. do wykrywania gazu. Wymagają one jednak kosztownej infrastruktury i rzadko obejmują wszystkie potencjalne punkty nieszczelności. Dlatego od kilku lat obserwuje się trend do rozszerzania istniejącego zasięgu przewodowego wykrywania gazu o bezprzewodowe czujniki, które mogą znacząco zwiększyć zasięg monitoringu przy znacznie mniejszych nakładach finansowych. Konieczność montażu okablowania do komunikacji to równocześnie utrudnienie przy wprowadzaniu zmian i modernizacji obiektu. Czujniki wyposażone w moduły łączności bezprzewodowej pozwalają łatwo dostosować system do aktualnych potrzeb i umieszczać takie elementy związane z bezpieczeństwem nawet w miejscach o utrudnionym dostępie.
Jaki detektor do pomiaru gazu?
Podstawą sprawnego systemu detekcji gazów jest dobór odpowiedniego rodzaju czujników i ich właściwe rozmieszczenie. Pod uwagę bierze się rodzaj substancji, która ma być wykrywana, możliwe jej stężenia i ciężar w stosunku do powietrza, a także kierunek, w jakim może się rozprzestrzeniać.
Kolejny etap to rodzaj zastosowanych sensorów. Najczęściej stosowane są czujniki elektrochemiczne, półprzewodnikowe, katalityczne i na podczerwień. Kolejny krok to sposób, w jaki gaz ma docierać do detektorów – czy ma być zasysany do czujnika, czy czujnik ma działać na zasadzie dyfuzji. Projektując taką instalację, należy również określić, czy ma być ona przewodowa, czy zgodnie z nowymi trendami bezprzewodowa i jakiej będzie wymagała obsługi.
Ogólnie detektory gazu klasyfikuje się według mechanizmu działania (półprzewodniki, utlenianie, katalityka, fotojonizacja, podczerwień itp.). Detektory gazu typu stałego mogą być używane do wykrywania jednego lub więcej rodzajów gazu. Łączy się je z systemem SCADA w celu ciągłego monitorowania.
Detektory elektrochemiczne gazu używane są w wielu różnych środowiskach, takich jak rafinerie, turbiny gazowe, zakłady chemiczne, podziemne magazyny gazu itp. Czujniki katalityczne są powszechnie stosowane do pomiaru gazów palnych powodujących zagrożenie wybuchem. Mierzą wszystkie gazy palne, ale są bardziej wrażliwe na mniejsze cząsteczki, które szybciej dyfundują przez spiek.
Detektory fotojonizacyjne (PID) wykorzystują lampę UV o wysokiej energii fotonów do jonizacji substancji chemicznych w próbkowanym gazie. Na poziomach od kilku ppb do kilku tysięcy ppm można wykryć szeroki zakres związków. Głównymi zaletami takich detektorów jest wysoka czułość, a ograniczeniem mała specyficzność dla wykrywanych związków. Czujniki punktowe na podczerwień (IR) wykorzystują promieniowanie przechodzące przez znaną objętość gazu. Na przykład tlenek węgla pochłania fale o długości około 4,2-4,5 μm. Natomiast czujniki obrazu na podczerwień mogą skanować otoczenie laserem, szukając rozproszonego światła na długości fali linii absorpcyjnej dla wykrywanego gazu. Pasywne mierzą zmiany widmowe i szukają określonych sygnatur wskazujących na obecność gazów.
Z kolei czujniki półprzewodnikowe (MOS) wykrywają gazy w wyniku reakcji chemicznej, która zachodzi, gdy gaz wchodzi w bezpośredni kontakt z czujnikiem. Czujniki półprzewodnikowe są powszechnie używane do wykrywania wodoru, tlenu, oparów alkoholu i szkodliwych gazów, takich jak tlenek węgla. Do wykrywania wycieków wykorzystuje się też detektory ultradźwiękowe – wykrywają emisję akustyczną powstającą, gdy gaz wydostaje się z małej nieszczelności. Stosuje się też detektory wykorzystujące odbicie światła do wykrywania zmian w matrycy folii polimerowej zawierającej hologram.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Pomiar i test
Multimetry cyfrowe – kombajn w torbie elektryka
U źródeł powstania pierwszych multimetrów w latach 70. poprzedniego stulecia leżała chęć scalenia w jedno urządzenie wszystkich przyrządów, które każdy elektryk nosił w swojej podręcznej torbie, w tym m.in. wskaźników napięcia czy mierników rezystancji izolacji. Po rewolucji cyfrowej wszystko się zmieniło, zminiaturyzowało, a multimetry zostały wzbogacone o szereg nowych funkcji – ze zdolnością do dwustronnej komunikacji na czele.
Detektory gazu – regulacje prawne
Detekcję gazów i konieczność zastosowania odpowiednich detektorów reguluje wiele przepisów od ogólnych związanych z ochroną przeciwpożarową obiektów (na przykład zawartych w opublikowanym w Dz.U. 2010 nr 109 poz. 719 – rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów), jak też dotyczących BHP (Dz.U. 2003 nr 169 poz. 1650 – Obwieszczenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z 28 sierpnia 2003 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy).
Istnieje też cały pakiet przepisów związanych z regulacjami dotyczącymi różnych branż i obiektów. Przepisy te dotyczą np.: garaży podziemnych, kotłowni, hal ogrzewanych nagrzewnicami gazowymi, chłodni amoniakalnych, oczyszczalni ścieków, biogazowni, chlorowni i stacji uzdatniania wody, baz paliw, zakładów petrochemicznych, browarnictwa, przemysłu spirytusowego i spożywczego oraz wielu innych w tym na przykład statków i obiektów morskich.
Określa się w nich rodzaje gazów, które powinny być wykrywane i dopuszczalne poziomy ich stężeń. Na przykład w sterylizatorniach w przypadku stosowania sterylizacji gazowej tlenkiem etylenu należy instalować sygnalizatory przekroczenia dopuszczalnych stężeń tlenku etylenu na stanowiskach pracy itp. Niestety można mieć zastrzeżenia do jakości stanowionego w naszym kraju prawa. Jest tu dużo nieścisłości i brak jasnych interpretacji. Stale też są wprowadzane zmiany i warto na to zwrócić uwagę.
Cały system detekcji gazów powinien odpowiadać założeniom certyfikacji SIL (Safety Integrity Level) i zaleca się, żeby był na poziomie SIL2. Poziom SIL to miara liczby zadziałań do wystąpienia usterki/błędu definiowanej przez THR (ang. tolerable hazard rate – współczynnik tolerowanego zagrożenia). Polska norma PN-EN 61508-1:2010 (odpowiednik normy IEC 61508-1) dla pracy ciągłej ustala dla SIL2, THR na poziomie ≥10−7<10−6, a w przypadku pracy na żądanie THR na poziomie ≥10−3<10−2.
Detektory gazu – przegląd rynku
Rynek bezprzewodowych detektorów gazu szybko się rozwija. Jak wynika z badania Data Bridge Market Research, będzie on rósł w latach 2021-2028 rocznie średnio o 5,74% i oczekuje się, że osiągnie wartość 2,24 mld dolarów do 2028 r. Rosnąca świadomość w zakresie wprowadzania bezpieczeństwa pracowników na stanowiskach pracy wiąże się ze wzrostem zapotrzebowania m.in. właśnie na bezprzewodowy system detekcji gazów.
Analitycy rynkowi wśród głównych graczy, dostawców związanych z branżą bezprzewodowych detektorów gazu wymieniają takie firmy jak: Emerson Electric, Honeywell International, Agilent Technologies, Drägerwerk, Yokogawa, MSA, Teledyne Technologies, Siemens, United Electric Controls, Sensidyne, LP, Pem-Tech, Crowcon Detection Instruments, Tek Troniks, Ambetronics Engineers, Global Detection Systems, Bacharach, Gastronics, TycoFIS, Beijing Sdl i 3M.
Na pewno zalety technologii bezprzewodowych będą marginalizowały, tam gdzie tylko jest to możliwe, systemy przewodowe. Dlatego obecnie raczej takie rozwiązania należy brać pod uwagę, budując system detekcji gazów. Oczywiście zawsze podstawą jest dokumentacja projektowa wykonana przez uprawnionego projektanta.
