Как детектирование опасных газов защищает жизни и рабочие места

Увеличение количества опасных газов представляет серьезную угрозу для человечества в целом и для работников во многих отраслях. Эти газы могут поступать из естественных или антропогенных источников: химическая промышленность, нефтепереработка, каменная, пластмассовая и пищевая переработка. Из-за риска их утечки в окружающую среду необходимы процедуры безопасности для защиты окружающей среды и работников. Разные типы газоанализаторов используются для обнаружения разных газов, таких как распространенные загрязнители: угарный газ, сероводород, хлористый сульфонил, фосин, нитрозилхлорид.

Каталитические датчики

Пеллистор/Каталитические бусины (CB) датчики, существующие почти столетие, могут реагировать на легковоспламеняющиеся газы: водород, кислород, сероводород, метан, бутан, пропан, угарный газ. У них две бусины: активная, покрытая катализатором, снижающая температуру воспламенения окружающего газа. В результате горения эта бусина нагревается, создавая температурную разницу с эталонной бусиной. Тепло вызывает изменение сопротивления в зависимости от типа и концентрации газа. Поскольку бусина является одним плечом Вейтстонового моста, это изменение сопротивления производит выходной напряженный сигнал. Каталитические датчики горючих газов быстры и точны при обнаружении одиночного газа. Однако эта технология подвержена отравлению датчика при воздействии силиконов и свинцовых соединений.

Кроме того, в датчиках множественного обнаружения газов эти датчики могут давать ложные показания для всех остальных газов, если они откалиброваны на один газ. Правильный выбор горючего газа для калибровки зависит от промышленного приложения и потенциальной газовой опасности этой конкретной отрасли. Например, для дистрибьютора пропана опасность — пропан; в канализации главная опасность — метан.

В сложной среде с множеством горючих газов при выборе датчика нужно учитывать ряд вопросов, наиболее важным из которых является Нижний Предел Взрывоопасности (LEL) — наименьшая концентрация (в процентах объема) газа в воздухе, способная вызвать вспышку огня при наличии источника зажигания.

• Каковы горючие газы?

• Какой газ наиболее преобладает?

• Каковы их концентрации в процентах от LEL?

• Какой тип датчика нужен — для одного газа или множественных?

Датчики молекулярно-свойственного спектрометра (MPS), проприетарная технология NevadaNano (Спаркс, Невада), могут обнаруживать присутствие легковоспламеняющихся или горючих газов, включая смеси, и классифицировать их как водород, метан, легкий газ, средний газ или тяжелый газ. Они могут быстро обнаруживать широкий спектр горючих газов, включая водород и тяжелые углеводороды. В отличие от каталитических бусин, MPS датчики не могут быть отравлены, потому что измерение основано на физических свойствах, а не химических реакциях. Они не требуют калибровки и предлагают функцию fail-safe и встроенную диагностику для уведомления пользователя, если датчик становится непригодным или скомпрометированным.

Трансдьюсер MPS датчика горючих газов — это микромеханическая мембрана со встроенным джоулевым нагревателем и термометром сопротивления. MEMS-трансдьюсер монтируется на печатной плате и упаковывается в прочный корпус, открытый к окружающему воздуху. Присутствие горючего газа вызывает изменения в термодинамических свойствах воздушно-газовой смеси, которые измеряются трансдьюсером.

Системный подход к персональному мониторингу безопасности

Universal Site Monitoring (USM) — Дарвин NT, Австралия — спроектировал и разработал интегрированную систему носимых устройств персонального мониторинга безопасности, коммуникационных хабов и программного обеспечения для отчетности и управления.

Ручной персональный монитор безопасности Hero поставляется в стандартной версии, модель 825, и сертифицированной ATEX/IECEx версии, модель 715. Он обнаруживает Угарный газ (CO), Сероводород (H₂S), взрывоопасные газы (LEL) и Кислород (O₂), используя каталитические датчики. Включает микроконтроллеры, газоанализаторы, датчик температуры, акселерометр, гироскоп, динамик для звуковых сигналов тревоги, сотовый модуль, GNSS и Zigbee.

Газоанализаторы используют внешний модуль аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который конвертирует аналоговый выход датчиков в цифровой формат. Цифровые данные передаются в микроконтроллер с использованием последовательного протокола связи I2C.

Акселерометр и гироскоп вместе с GNSS используются для определения позиции работника, скорости над землей, высоты, скольжений, поезданий и падений.

Универсальный интерфейс данных (UDI) — умная система оповещения и навигации — это веб-приложение, разработанное для контрольной комнаты для мониторинга живых данных, поступающих от Персонального монитора безопасности. Персональный монитор безопасности отображает все данные на ЖК-экране и отправляет их в Universal Data Interface для мониторинга в реальном времени, аналитики, настройки и связи, используя доступную сеть — сотовую, GNSS или Zigbee. Компания объединила аппаратное обеспечение и программное обеспечение UDI в решение для безопасности подключенных работников с интегрированной 2G/3G/4G сотовой связью.

Триггеры и тревоги можно устанавливать удаленно из контрольной комнаты для высокой или низкой концентрации обнаружения газа, а уровень тревог также можно настраивать в соответствии с требованиями объекта. Удаленный оператор может определять разные стадии тревог, критические или предупреждающие, и устанавливать их в ответ на конкретные концентрации четырех обнаруживаемых газов. Например, пользователь может установить предупреждающий триггер/тревогу в ответ на 10 PPM угарного газа или ниже, или изменить уровень тревоги с предупреждающего на критический в ответ на 100 PPM угарного газа или выше.

Накладной газоанализатор (Clip-On)

Более передовая технология датчика молекулярно-свойственного спектрометра (MPS) использована в низкоэнергетических (BLE) Clip-On газоанализаторах USM. Этот датчик сертифицирован, стабилен, иммунен к отравлению и не требует калибровки. Он может обнаруживать до пятнадцати легковоспламеняющихся LEL газов, а также водород, атмосферное давление, температуру и влажность. Clip-On позволяет конечным пользователям мониторить газовые риски в поле, соединяя их мобильный парк телефонов с Universal Data Interface, используя мобильное приложение General Asset Monitor для Android и iOS устройств.

Биометрический монитор

USM также разрабатывает внутренне безопасный Биометрический монитор, который чувствует кислород в крови работника, частоту сердечных сокращений и температуру тела. Данные передаются в реальном времени в Universal Data Interface через Персональный монитор безопасности или мобильное приложение General Asset Monitor. Это устройство может мониторить показатели здоровья работника с заданными параметрами и помочь спасти жизни в опасных средах. Если у работника известно сердечное заболевание и определенное количество ударов сердца может быть опасным, уровень тревоги можно установить для этого конкретного работника. Всякий раз, когда их пульс превышает заданное значение, тревога срабатывает, пока живые данные продолжают отправляться удаленному оператору в контрольную комнату. Удаленный оператор может видеть статус тревоги на панели управления и немедленно связаться с человеком или вызвать экстренную помощь.

Точки доступа Mesh (MAP)

Mesh Access Points (MAP) позволяют передавать данные беспроводно между Персональным монитором безопасности и Universal Data Interface через протокол связи Zigbee. Устройства Zigbee передают сигналы на коротком расстоянии (10-100 метров), но поскольку MAP использует mesh-сеть, каждое устройство получает и повторяет сигналы, пересылая их другим сетевым устройствам в радиусе действия. Это решает проблему получения данных в сложных средах с опасными газами, высокими температурами, плохим качеством воздуха и влажностью, а также плохой прямой видимостью в таких местах, как подземные шахты.

Удовлетворение потребностей разных отраслей

Угарный газ — одно из самых опасных веществ в сталелитейной промышленности, особенно вокруг доменных печей.

Множество газов ассоциируются с горным делом и обычно делятся на горючие, токсичные и удушающие типы. Некоторые из более распространенных газов: метан, углекислый газ (CO₂), угарный газ (CO), оксиды азота (NO, NO₂), сероводород (H₂S) и диоксид серы (SO₂). Метан — самый распространенный горючий взрывоопасный LEL газ. Он легче воздуха, без запаха и взрывается при концентрациях от 5% до 15%. Эти опасные газы часто обнаруживаются при подземной разработке и при буровых работах как на поверхности, так и под землей.

Работники нефтегазовой отрасли сталкиваются с риском пожара и взрыва из-за воспламенения легковоспламеняющихся паров или газов. Горючие газы, такие как скважинные газы, парообразования и сероводород, могут выделяться из скважин, грузовиков, производственного оборудования или наземного оборудования, такого как танки и шейкеры. Источники зажигания могут включать статическое электричество, электрическую энергию, открытое пламя, молнию, сигареты, резак и сварочные инструменты, горячие поверхности и трение тепло.

Интегрированный мониторинг безопасности

Цель интегрированной системы мониторинга опасной атмосферы — защитить работников, предоставляя точную информацию о текущем состоянии окружающей среды, включая опасные газы, температуру и влажность. Эта технология также помогает в спасательных операциях во время катастроф, предоставляя информацию о точном месте аварии, где находится персонал, и обеспечивая двустороннюю связь между оператором контрольной комнаты Universal Data Interface и работниками в опасности.

Эту статью написал Умер Фарук, технический инженер по продажам, Universal Site Monitoring (Дарвин NT, Австралия). Для дополнительной информации свяжитесь с г-ном Фаруком по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. или посетите здесь .