Google+

FLUKE - Nie można mierzyć napięcia bez przewodów pomiarowych

W wielu branżach warunki pracy wystawiają pracowników na zagrożenie ze strony gazów. Wynika to z faktu, iż emisja groźnych gazów jest nierzadko efektem ubocznym wielu procesów produkcyjnych czy ogólnie technologicznych. Dotyczy to oczywiście przemysłu chemicznego, ale też paliwowego, wydobywczego, samochodowego czy metalurgii.

Fot. 1. Jednostka centralna systemu detekcji gazów o nazwie modularPAG może obsłużyć
do 500 detektorów gazów. Wyposażono ją w monitor LCD do komunikowania
stanów alarmowych czy awaryjnych oraz w system komunikacji w oparciu
o protokuł Modbus RTU. Centralka pozwala na swobodne programowanie funkcji
wejściowych i wyjściowych Fot. 1. Jednostka centralna systemu detekcji gazów o nazwie modularPAG może obsłużyć do 500 detektorów gazów. Wyposażono ją w monitor LCD do komunikowania stanów alarmowych czy awaryjnych oraz w system komunikacji w oparciu o protokuł Modbus RTU. Centralka pozwala na swobodne programowanie funkcji wejściowych i wyjściowych. Fot. PRO-SERVICE

Kilka słów wstępu

Ludzie pracujący w wyżej wymienionych sektorach gospodarki muszą mieć zapewnione bezpieczeństwo poprzez cykliczne lub stałe wykrywanie i określanie stopnia stężenia gazów oraz ich składu. Sytuacja, w której gazy występują w nieznanym i niekontrolowanym składzie jest niedopuszczalna. Oznacza ona bezpośrednie niebezpieczeństwo oddechowe, obojętne czy gaz (mieszanina gazów) występuje w postaci sprężonej, rozprężonej czy też skroplonej. Dlatego w wielu branżach obowiązkowe jest stosowanie odpowiednich mierników, detektorów bądź całych systemów detekcji gazów szkodliwych ze względu na toksyczność bądź zagrażających z uwagi na swą wybuchowość. Ale nie tylko toksyczność i wybuchowość stanowią zagrożenie. Niektóre z pozoru niegroźne gazy (azot, hel) pojawiając się w dużych ilościach mogą powodować efekt wyparcia tlenu w obrębie określonej przestrzeni, co grozi niedotlenieniem ludzi tam się znajdujących. Co więcej – sam tlen też jest niebezpieczny, gdyż jego podwyższone stężenie podnosi gwałtownie jego palność. Zagrożenie ze strony gazów pojawia się też czasem w gospodarstwach domowych, w garażach czy też w sieciach kanalizacyjnych i oczyszczalniach ścieków. Obojętne jednak gdzie byśmy się znajdowali, wykrywanie sytuacji zagrożenia gazowego to zadanie dla detektorów gazów – urządzeń nieodzownych, wymaganych przez przepisy i zwyczajny zdrowy rozsądek.

Rodzaje detektorów gazów i ich charakterystyka

Fot. 2. DUOmaster CO/LPG G jest 2-modułowym detektorem z sensorami elektrochemicznymi dla CO oraz półprzewodnikowymi
dla LPG. Stosowany jest w garażach i parkingach
podziemnych. Komunikuje się w oparciu o protokół Modbus Fot. 2. DUOmaster CO/LPG G jest 2-modułowym detektorem z sensorami elektrochemicznymi dla CO oraz półprzewodnikowymi dla LPG. Stosowany jest w garażach i parkingach podziemnych. Komunikuje się w oparciu o protokół Modbus Fot. PRO-SERVICE Fot. 3. Tmaster CO/LPG/NO2 G jest 3-gazowym detektorem tlenku
węgla CO (sensor selektywny), propanu-butanu (sensor
nieselektywny) LPG i dwutlenku azotu NO2 (sensor selektywny).
Stosowany jest w garażach i parkingach podziemnych.
Posiada 2-modułowa budowę, a zasilany jest prądem 12V DC Fot. 3. Tmaster CO/LPG/NO2 G jest 3-gazowym detektorem tlenku węgla CO (sensor selektywny), propanu-butanu (sensor nieselektywny) LPG i dwutlenku azotu NO2 (sensor selektywny). Stosowany jest w garażach i parkingach podziemnych. Posiada 2-modułowa budowę, a zasilany jest prądem 12V DC. Fot. PRO-SERVICE

Zanim przejdziemy do klasyfikacji detektorów gazów, należy wspomnieć o tym, co stanowi „serce” tych urządzeń, czyli o sensorach – modułach zmieniających swoje parametry pod wpływam różnego rodzaju gazów. Cztery najczęściej spotykane rodzaje sensorów w detektorach to sensory katalityczne, elektrochemiczne, półprzewodnikowe oraz sensory IR (Infra-Red czyli działające w oparciu o podczerwień). Wszystkie one mają różną charakterystykę, budowę, zasadę działania, zakresy pomiarowe oraz selektywność, ale łączy je jedno – zmienność parametrów w miarę upływu czasu. Stąd konieczność ich kalibrowania, co ułatwia coraz powszechniejszy system wymiennych modułów z sensorem. Moduły takie zawierają sensor i niezbędną elektronikę potrzebną do kalibracji, co oznacza, że użytkownik może wymontować moduł z sensorem bez demontażu całego detektora, po czym skalibrować go bądź wymienić na nowy już skalibrowany.
Detektory gazów można dzielić według różnych klasyfikacji. Dość częstym jest podział na detektory jednogazowe, które wykrywają tylko jeden konkretny gaz, oraz wielogazowe czyli takie, które są w stanie stwierdzić obecność i określić stężenie kilku różnych gazów – często trzech, czterech, a nawet sześciu różnych gazów. Jednak najbardziej logicznym jest podział na detektory mobilne (przenośne) i stacjonarne. Te pierwsze to najczęściej niewielkie urządzenia, jedno-, dwu- lub trzy-gazowe,wycieków gazów we wszelkiego rodzaju instalacjach gazowych, lub w urządzeniach takich jak gazomierze czy palniki gazowe. Znajdują też zastosowanie przy kontroli szczelności zbiorników gazu bądź rurociągów. Mobilne detektory dostępne na rynku wykrywają większość gazów wybuchowych takich jak np. propan butan czy metan. Działają z reguły w oparciu o sensory półprzewodnikowe z płynną lub skokową regulacją czułości. Wyposaża się je najczęściej w długą i elastyczną sondę pomiarową, która pozwala sięgnąć do miejsc trudnodostępnych, choć sama kompaktowa budowa tych urządzeń już pomaga działać w miejscach ciasnych. Ponadto nowoczesne detektory mobilne oferują wyświetlacze LCD lub z diodami LED, ułatwiające odczyt danych przy słabym oświetleniu, sygnalizują dźwiękiem nawet niewielkie wycieki oraz – co dziś bardzo ważne – oferują możliwość zapisania zebranych danych w podręcznej pamięci i coraz częściej przesłania ich np. za pośrednictwem lokalnej sieci WiFi czy też przy pomocy protokołu BlueTooth. Szczelne i udaroodporne obudowy oraz wydajne akumulatory – pozwalające na wielogodzinne użytkowanie bez konieczności ładowania – to już oczywistość.
Detektory stacjonarne to urządzenia o najczęściej dwóch lub trzech progach alarmowych, służące do samodzielnego i ciągłego kontrolowania obecności danego gazu (lub kilku gazów) w jednym miejscu lub wykrywania i sygnalizacji pojawienia się określonego gazu w stężeniu szkodliwym dla człowieka w określonej przestrzeni. Wyposaża się je w opisane wcześniej wymienne moduły z sensorami różnego rodzaju, które można łatwo co kilka lat kalibrować lub wymieniać na nowe. Detektory stacjonarne często tworzą w zakładach przemysłowych (i w wielu innych obiektach) swoiste sieci, sterowane przez podłączoną do nich światłowodami centralkę główną, która dodatkowo „obudowana” jest takimi elementami instalacji jak choćby urządzenia alarmowe czy urządzenia wykonawcze. Tak stworzone systemy stacjonarne działają w sposób permanentny, monitorując wiele miejsc jednocześnie w oparciu o sensory jedno- jak i wielogazowe. Warto zauważyć, że obecnie zapis zdarzeń, przekazywanie alarmu do odpowiednich służb, uruchamianie wentylacji lub wstrzymywanie procesów odpowiadających za emisję wykrytych gazów, to zadania realizowane przez niemal wszystkie nowoczesne systemy stacjonarne, które od kilku lat opierają się na stacjonarnych detektorach adresowalnych, czyli takich, które komunikują się z centralką dwukierunkowo w oparciu np. o protokół Modbus.

Wybór i rozmieszczenie detektorów stacjonarnych

Fot. 4. ALTER S.A – dwugazowy detektor
przenośny GD-8 wykrywa gaz
ziemny i LPG Fot. 4. ALTER S.A – dwugazowy detektor przenośny GD-8 wykrywa gaz ziemny i LPG

Właściwie zanim dojdzie do rozmieszczenia detektorów, wpierw musi nastąpić ich prawidłowy dobór do miejsc dla nich przeznaczonych. Dobór ten powinien uwzględnić szereg istotnych czynników, m.in. takich jak temperatura, wilgotność, rodzaj gazu, którego obecność jest przewidywana oraz potencjalne ryzyko pojawienia się innych gazów, które mogą zakłócać pomiar oraz rodzaj sensora zastosowanego w detektorze. Ważne jest określenie progów alarmowych, które nie mogą być zbyt niskie (ryzyko wywoływania niepotrzebnych alarmów) ani zbyt wysokie (ryzyko zbyt późnego alarmowania o obecności gazu). Pozostałe kwestie to choćby zapewnienie zasilania awaryjnego czy sposób wizualizacji i zapisu wyników, bądź kwestia sterowania urządzeniami wykonawczymi.
Ponieważ detektor wykrywa gaz tam gdzie jest zainstalowany, należy wybierać miejsca, w których gaz się gromadzi i jest najszybciej wykrywalny, przy czym ciężar gazu (jego opadanie lub wznoszenie się w powietrzu) musi być uwzględniony obligatoryjnie, jeśli system ma zadziałać prawidłowo. Dla przykładu – detektor tlenku węgla powinien znajdować się około 150-200 cm nad poziomem podłogi, zaś detektor ciężkiego LPG musi być zamontowany co najwyżej 25-30 cm nad podłogą. Ogólna zasada mówi, że dla gazów lżejszych od powietrza detektory powinny być montowane mniej więcej na wysokości głowy dorosłego człowieka, zaś dla cięższych od powietrza na wysokości rzędu 10-40 cm nad posadzką – ale nigdy nad zagłębieniami w podłożu. Rozmieszczając detektory należy mieć też na uwadze ruch powietrza w ich otoczeniu, na który wpływają m.in. otwory nawiewne i wywiewne. Trzeba też unikać miejsc nasłonecznionych i takich, w których może się pojawić para wodna, woda, spaliny piecowe, pyły i wszelkie inne substancje stanowiące zakłócenie pomiaru. Oczywistością jest zabezpieczenie detektorów przed udarami mechanicznymi i wpływem pól elektromagnetycznych (np. nieprawidłowy montaż bezpośrednio pod przewodami wysokiego napięcia).

Kalibracja przede wszystkim

Fot. 5. Pixabay.com – domowy detektor dwutlenku węgla. Fot. 5. Pixabay.com – domowy detektor dwutlenku węgla.

Sensory umieszczone w wymiennych modułach zmieniają z czasem swoje właściwości, co prowadzi do nieuchronnego przekłamania pomiarów detektora i ewentualnego stworzenia niebezpiecznej dla ludzi sytuacji, w której detektor zbyt późno, bądź wcale nie sygnalizuje obecności szkodliwego gazu. Kalibrację należy wykonywać zgodnie ze wskazówkami producenta detektora (modułu), który precyzyjnie określa warunki dokonania kalibracji – tak, by zapewnić prawidłowe wskazania modułu. Podczas kalibracji sensor wystawiany jest na działanie mieszaniny określonego gazu z powietrzem. Precyzja przygotowania tej mieszaniny oraz metoda podania jej na sensor jest ściśle określona przez producenta i kategorycznie należy się trzymać podanych przez niego wskazań. Proces kalibracji to dobra okazja do weryfikacji warunków, w jakich dany detektor pracuje i do ewentualnego dokonania korekt w ustawieniach parametrów pracy całego systemu. Zdarza się, że wykwalifikowany fachowiec dochodzi do wniosku, iż wymagana jest wymiana modułu z sensorem na inny, zawierający bardziej odpowiedni rodzaj sensora dla warunków panujących w kontrolowanym pomieszczeniu czy obiekcie.

Podsumowanie

Systemy detekcji gazów oparte na różnego rodzaju detektorach (sensorach) powinny być zawsze dopasowane do specyfiki obiektu w którym funkcjonują. Wspierane przez urządzenia uzupełniające – np. czujniki przeciwpożarowe czy czujniki temperatury, wilgotności i ciśnienia – oraz przez urządzenia wykonawcze (zawory, sygnalizatory akustyczno-optyczne) tworzą struktury o bardzo szerokich możliwościach, które należy umieć wykorzystać. Zdarza się jednak, że tak duże możliwości wykorzystywane są w sposób niepełny, czasem zaledwie w 50 procentach i dzieje się to na skutek albo przeszacowania potrzeb obiektu (przepłacenie za zbyt rozbudowaną instalację), albo na skutek braku wiedzy i umiejętności osób obsługujących instalację. Dlatego projektowanie i montaż systemów detekcji gazów wybuchowych i toksycznych należy zlecać wyspecjalizowanym podmiotom, które posiadają odpowiednie możliwości techniczne, wiedzę, umiejętności oraz – co bardzo ważne – uprawnienia.

Fot. 6. Programowalny kontroler detekcji „DINster 3xRS Fot. 6. Programowalny kontroler detekcji „DINster 3xRS". Fot. PRO-SERVICE

Łukasz Lewczuk
Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Przedsiębiorstwo Gazex,
Hekato Electronics Sp. z o.o.,
Alter S.A.,
Pro-Service Sp. z o.o.,
Alarm-Ex Sp. z o.o.