בחירת טכנולוגיות הגילוי הטובות ביותר למדידת גזים ,רעילים ,דליקים ואדים של תרכובות אורגניות נדיפות

 סביבת העבודה בתעשייה חושפת את העובדים לגזים רעילים , דליקים ונפיצים .

עובדים העלולים להיחשף למספר סיכונים משתמשים במכשירים שבתוכם מותקנים מספר רגשים לגילוי סוגים שונים של גזים ובריכוזים שונים

הרגשים הנפוצים ביותר הם רגשים למדידת גז דליק (גבול נפיצות תחתון באחוזים, %LEL)), חמצן, פחמן חד-חמצני ומימן גופרתי.

 מרבית המכשירים מרובי-הרגשים מצוידים בארבעת רגשים אלה, לפחות. אולם, במקרים רבים רגשים אלה אינם מסוגלים למדוד את כל הסיכונים הקיימים באוויר.

הרגשים הנמצאים בגלאי גז ניידים יעילים במיוחד בגילוי החומרים שאותם הם נועדו למדוד. הבעיה היא שהמשתמשים לעתים קרובות אינם מודעים למגבלות, ומשתמשים ברגשים באופנים שתוצאתם קריאות בלתי מדויקות. חשוב מאוד שהמשתמשים במכשירים אלה יבינו שהרגשים הכלולים בתוך המכשירים אינם יכולים למדוד כראוי את החומרים שהם לא נועדו למדוד.

החדשות הטובות הן שהתקדמות הטכנולוגיה , מזעור הגלאים מאפשריםו טווח רחב של טכנולוגיות וסוגי רגשים הזמינים לשימוש בתוך מכשירים ניידים מרובי-רגשים. אם סוג אחד של רגשים אינו יעיל עבור גז מסוים אין פירוש הדבר שלא קיימות חלופות. המגבלה היחידה היא שהמכשיר חייב להיות גמיש מספיק כדי לשמש בטכנולוגיות הגילוי המתאימות ביותר.

רגשים לחמצן, פחמן חד-חמצני ומימן גופרתי מתוכננים למדידת סוג יחיד של גז.. הגז היחיד שאליו מגיבים רגשים של חמצן הוא חמצן. רגשים אלקטרוכימיים שתוכננו למדידת גז מוגדר עשויים להיות בעלי

 Cross sensitivity גבוה . למרות שיצרני רגשים מתכננים את המוצרים שלהם כך שתגובתם לגזים השונים מהגז המוגדר שהם צריכים למדוד תהיה קטנה ככל האפשר, לא קיים תכנון מושלם. לדוגמה, רגשים לפחמן חד-חמצני עשויים להגיב גם למימן וכן לאדים הנפלטים מחומרים אלכוהוליים, ממסים ותרכובות אורגניות נדיפות אחרות (VOC). מאחר שרוב ההפרעות המזיקות הן שגיאות חיוביות, האפשרות שהרגש עלול לספק מדי פעם קריאות הגבוהות מהערך האמיתי של ריכוז פחמן חד-חמצני לא מהווה, בדרך כלל, חשש בטיחותי. פירוש הדבר שהעובדים עוזבים את האתר הנגוע מעט מוקדם יותר. באופן דומה, הקריאות של רגש למימן גופרתי עלולות להיות מושפעות מחשיפה לגזים כגון מתאן .

 1

גמישות בבחירת הרגשים המבוקשים היא קריטית! גלאי הגז תוצרת GFG מדגם G460 יכול להיות מצויד גם בחיישןNDIR וגם בחיישן PID‎‏ בו זמנית; יחד עם רגש חמצן הכולל עוד שלושה ערוצים למדידת גז רעילים.

 כיצד רגשים לאדים דליקים מגלים גז

רגשי גבול נפיצות תחתון מסוג “סליל להט” מגלים גז בעזרת חמצון קטליטי או “שריפת” הגז על גבי משטח פעיל או חומר קרמי המצופה בקטליזטור (pellistor) הנמצא בתוך הרגש

רגשים אלו מגיבים למגוון נרחב של גזים ואדים ניצתים, אולם הם אינם מסוגלים להבדיל בין גזים דליקים שונים. באופן כללי, ככל שהמולקולה גדולה יותר כך התגובה היחסית חלשה יותר. לדוגמה, כאשר רגש גבול נפיצות תחתון מסוג “סליל להט” שכויל למדידת מתאן (4‏‎‏CH) נחשף ל-50% LEL של מתאן, המכשיר מציג קריאה של 50% LEL. אולם, אם אותו המכשיר נחשף ל-50% LEL פנטאן (C5H12) הוא יציג קריאה של 25% LEL בלבד.

קיימות שיטות גילוי חלופיות שאינן מושפעות מאילוצים אלה. רגשים מסוג סליל להט הם עדיין הפתרון הטוב ביותר מבחינת יחס עלות-תועלת ליישומים רבים. יחד עם זאת, יהיה גם נכון לומר כי במקרים רבים הגישה הטובה ביותר תהיה לכלול סוג נוסף, אחד או יותר, של רגש בתוך המכשיר.

 2

הגלאי מדגם G460 מסוגל לעשות שימוש במגוון רחב של רגשים וטכנולוגיות גילוי, לרבות O2, רגש סליל להט LEL רגיל, גז דליק ופחמן דו-חמצני NDIR, PID וביותר מעשרים סוגים שונים של רגשים אלקטרוכימיים מוגדרי-חומרים למדידת גזים רעילים.

 אילו סוגי רגשים אחרים זמינים למדידת גזים דליקים ותרכובות אורגניות נדיפות?

החלופות העיקריות למדידת גזים דליקים ותרכובות אורגניות נדיפות הן גלאי מוליכות חום (TCDs), גלאי פוטו-יינון (PIDs) ורגשים מסוג NDIR.

  •  רגשים לגלאי מוליכות חום
    רגשים לגלאי מוליכות חום הם סוג מיוחד של רגשים המשמשים לגילוי טווח נרחב של ריכוזי גז דליק.
    הרגש כולל שני סלילים המורכבים מתיל דקיק המצופה בחומר קרמי ליצירת משטחים. המשטחים נמתחים בין שתי זרועות המצויות בכיוונים מנוגדים של מעגל חשמלי מסוג גשר וויטסטון. משטח הייחוס מבודד מהאוויר המנוטר בתוך תא אטום. המשטח הפעיל נחשף לאוויר העובר ניטור לשם גילוי הגז.
    אם יש נוכחות של גז דליק במשקל קטן יותר ממשקל האוויר (כגון מימן או מתאן), המשטח הפעיל יפלוט חום באטמוספירה הדלילה באופן יעיל יותר מאשר במשטח הייחוס. אם יש נוכחות של גז במשקל גבוה יותר ממשקל האוויר (כגון פרופאן) המשטח מבודד על ידי האטמוספירה הכבדה יותר.
    המגבלות העיקריות של רגשי מוליכות חום הן הדיוק של הרגש בריכוזים נמוכים של גז, וההשפעות העשויות להיגרם משינויים בהרכב האוויר הנבדק על הקריאות. רגשי מוליכות חום אינם מומלצים לשימוש בחללים סגורים שם קיימת האפשרות למחסור בחמצן
  • גלאי פוטו-יינון (PID) למדידת תרכובות אורגניות נדיפות
    אדי ממס, דלק ואדים אחרים של תרכובות אורגניות נדיפות נפוצים בקביעות בסביבות עבודה רבות. למרביתם יש באופן מפתיע ערכי סף חשיפה לרעילות נמוכים. עבור רוב התרכובות האורגניות הנדיפות – מגיעים לערכי סף החשיפה לרעילות הרבה לפני שמגיעים לריכוז שמספיק להפעלת האתראה של LEL. מכשירים המצוידים בגלאי פוטו-יינון הם בדרך כלל הבחירה הטובה ביותר למדידת ריכוזי סף חשיפה של תרכובות אורגניות נדיפות.
    גלאי פוטו-יינון עושים שימוש בקרינת אולטרה-סגול שמקורה בנורה הממוקמת בתוך הגלאי בתור מקור האנרגיה הנדרשת לפליטת אלקטרון מהמולקולות הניטרליות של התרכובות האורגניות הנדיפות, תוך יצירת זרם חשמלי היחסי לריכוזו של החומר המזהם. כמות האנרגיה הנדרשת להוצאתו של אלקטרון יחיד ממולקולת המטרה מכונה בשם אנרגיית היינון (IE). ככל שהמולקולה גדולה יותר, כך קל יותר לגלות אותה! תכונה זו בדיוק הפוכה למאפייני הביצועים של רגש לחומר דליק מסוג סליל להט קטליטי.
  • רגשים מסוג NDIR למדידת גזים דליקים
    רגשים מסוג Non-dispersive infrared NDIR מודדים את הגז כפונקציה של בליעת אור אינפרא-אדום באורך גל ספציפי או בטווח של אורכי גל.
    מולקולות שונות בולעות אור אינפרא-אדום באורכי גל שונים. כאשר קרינת אינפרא-אדום עוברת דרך תא חישה הכולל בתוכו מזהם ספציפי, רק אורכי הגל התואמים את ספקטרום הבליעה של אותה מולקולה ייבלעו. שאר הקרינה עוברת דרך התא מבלי שתופרע. עבור מספר סוגים של מולקולות (למשל, גזים דליקים) אפשר למצוא שיא בליעה שאינו משותף לסוגים אחרים של מולקולות העשויות להימצא בתערובת המנוטרת. במקרה של גז דליק, אורך הגל השימושי ביותר הוא 3.3 מיקרומטרים (μm). הגלאי הפעיל ברגשים מסוג NDIR לגז דליק מודד את כמות האור האינפרא-אדום הנבלע באורך גל זה. גלאי ייחוס מודד את כמות האור באורך גל אחר כאשר אין כל בליעה. ככל שריכוז הגז הדליק גבוה יותר, כך תהיה הפחתה גדולה יותר בכמות האור המגיע לגלאי הפעיל, בהשוואה לאות הייחוס.
    רגשים מסוג NDIR לגז דליק הם בעלי מספר יתרונות בהשוואה לרגשים מסוג סליל להט. רגשי NDIR אינם צריכים חמצן לפעילותם. הם גם אינם חשופים לנזק כתוצאה מחשיפה לחומרי הרעלה לרגשים. לבסוף, שלא כמו רגשים מסוג סליל להט, כן ניתן להשתמש בהם למדידת ריכוז גבוה של גז דליק מעל ריכוז LEL של 100%.
    אחת מהמגבלות החשובות ביותר של רגשים מסוג NDIR לגז דליק היא שלא ניתן להשתמש בהם למדידת מימן (H2). ביישומים בהם גז מימן עשוי להימצא, יש לצייד את המכשיר בסוג רגש שכן מגיב היטב לנוכחות של מימן, כגון רגש סליל להט LEL או רגש אלקטרוכימי המסוגל למדוד מימן בטווח הנדרש.
    מכשיר הניטור למספר גזים מדגם G460 של חברת GfG Instrumentation מסוגל למדוד בו-זמנית עד שישה גזים מסוכנים שונים הנמצאים באטמוספירה. הגלאי מדגם G460 תוכנן לגמישות מרבית, והוא מסוגל להשתמש ביותר מ-20 רגשים אלקטרוכימיים שונים מוגדרי-חומרים וכן בגלאי פוטו-יינון ורגשי NDIR למדידת פחמן דו-חמצני וגז דליק.
    גלאי מדגםG460 הוא אחד מהמכשירים היחידים הקיימים היום בשוק המסחרי המסוגלים לכלול בתוכם הן רגש מסוג NDIR והן רגש מסוג PID באותו מכלול. ניתן גם להתאים אותו כך שיוכל לכלול הן רגש מסוג סליל להט והן רגש מסוג NDIR באותו המכלול. יש במכשיר מקום זמין להוספת רגש למדידת חמצן וכן עד שלושה ערוצים נוספים למדידה אלקטרוכימית של גזים רעילים.

דוגמאות לתצורות רגש שהותאמו ליישומים מוגדרים:

  • מכשירים המשמשים בבתי זיקוק למדידת טווחי ppm של אדי תרכובות אורגניות נדיפות, מימן LEL, פחמימנים באורך C9-C1 (מתאן עד לנונאן), פחמן חד-חמצני ומימן גופרתי
    אנשי בטיחות וגיהות בתעשיית בתי הזיקוק עוסקים באופן שגרתי במגוון רחב של תרכובות אורגניות נדיפות רעילות כגון הקסאן, טולואן, קסילן ובנזן, וכן באדים הנפלטים מהמוצרים המופקים שם למכירה (למשל, דיזל, בנזין, דלק סילוני וכיו”ב). אנשי בטיחות וגיהות מבינים שלא מספיק להסתמך על הקריאות מרגש LEL כדי לקבוע אם מתהווה מצב סכנה, או לא, בשל נוכחות ריכוזים רעילים של אדי תרכובות אורגניות נדיפות. למקרים כאלה מצויד גלאי מדגם G460 ברגש סטנדרטי מסוג סליל להט LEL% (המסוגל לגלות את כל הפחמימנים באורך C1 – C9 וכן מימן), רגש חמצן, רגש PID ורגש אלקטרוכימי כפול-ערוצים מסוג “COSH” המסוגל לספק קריאות עצמאיות הן עבור פחמן חד-חמצני והן עבור מימן גופרתי.
  •  מכשיר המשמש למדידת חמצן (O2) וגז דליק בטווח של אחוזי LEL במהלך נהלים הכוללים הזרמת גז אינרטי לכלי קיבול בבתי זיקוק
    על מנת להפחית את הסיכון לפיצוץ, בבתי זיקוק ובמפעלים כימיים רבים מקובל להחליף את החמצן שבחללים של מיכלים וכלי קיבול בגז אינרטי כגון חנקן או פחמן דו-חמצני. באופן רגיל, ישנן שתי קריאות השוות בחשיבותן במהלך נוהלי הזרמה אלה. ריכוז החמצן חייב להישאר מתחת לערך סף מוגדר (במתקנים רבים ערך הסף הוא 2.0% חמצן בנפח). הקריאה השנייה היא מדידה ישירה של כמות הגז הדליק הנמצא בחלל של כלי הקיבול. בסוגי הגזים הדליקים שנתקלים בהם לעתים קרובות, נכלל גם הגז מימן.

    3

דיגום של כלי קיבול שאליהם הוזרמו גזים אינרטיים מחייב לעתים קווי דגימות ארוכים מאוד. השימוש במשאבת דיגום ממונעת וניתנת לחיבור מאפשר למקם את הגלאי מדגם G460 במרחק של עד 150 מטרים מנקודת הדיגום.

 הפתרון המיטבי במקרה זה הוא גלאי מדגם G460 המצויד ברגש חמצן הכולל בתוכו אתראה “הפוכה” המופעלת כאשר הריכוז עולה מעל 2.0% בנפח, רגש LEL% אינפרא-אדום לגז דליק (שאינו מחייב נוכחות חמצן לשם גילוי הגז), וכן רגש אלקטרוכימי למימן בעל טווח של 4-1% (ריכוז ה-LEL עבור מימן הוא 4.2% נפחי). גלאי מדגם G460 צריך לכלול בתוכו גם משאבה ממונעת ניתנת לחיבור לשם דיגום האוויר בחלל כלי הקיבול באמצעות צינורית ומכלול בדיקה. מאחר שאין צורך לדלל את הדגימה באוויר חופשי כדי לקבל את הקריאות, אין צורך למקם את המכשיר באזור נטול מזהמים המרוחק מנקודת ביצוע הניטור.

לסיכום:

אין סוג אחד ויחיד של רגש מושלם לכל היישומים. ארבעת הרגשים הבסיסיים (LEL/חמצן/פחמן חד-חמצני/מימן גופרתי) בהם משתמשים במרבית המכשירים מרובי-הרגשים מהווים נקודת התחלה טובה, אולם ייתכן שהם לא יוכלו לנטר כהלכה את הנוכחות של כל החומרים המסוכנים האפשריים.

 המפתח להצלחה הוא הבנת סביבת הניטור, והתועלות והמגבלות הספציפיות של הרגשים הנבחרים. הטכנולוגיות והרגשים זמינים לרוב, כל עוד המכשיר שלך מסוגל לתמוך בשימוש בהם.

 

כללי