Gyakorlati problémák, megoldások a metán és a szén-monoxid érzékelők és mérőműszerek üzemeltetésében, ellenőrzésében Előadó: Stieber József A KÉOSZ Műszer és méréstechnikai bizottságának vezetője
Bevezető A Gázipar, a Tüzeléstechnika és a Kéményseprőipar két fontos gáz jelenlétét detektálja folyamatosan: a földgázét és a szén-monoxidét. Az elsőt azért, mert az már igen kis koncentrációban (4,8 tf%) a levegőbe jutva robbanóképes elegyet alkot, a másodikat pedig azért, mert az már igen kis koncentrációban (1000 ppm) a levegőbe jutva halálos mérgezést okozhat. Nem mindegy, hogy mivel és hogyan érzékelünk, detektálunk a katasztrófa elkerülése érdekében.
A földgáz (metán) érzékelése A földgáz több mint 85%-ban metánt (CH4) tartalmaz, így annak érzékelése a metán, mint éghető gáz komponensen keresztül történik. Kétféle tartományban érzékeljük, attól függően, hogy szivárgási helyet kell beazonosítanunk vagy a robbanóképes elegy képződést kell megakadályoznunk. A mérőműszer kijelzése történhet ppm-ben, tf%-ban, ARH%-ban, vagy mindháromban.
Átszámítások 100 tf% = 1 000 000 ppm 1 tf% = 10 000 ppm 100 ARH% = 4,8 tf% CH4 = 48 000 ppm 1 ARH% = 0,048 tf% CH4 = 480 ppm A metán FRH értéke = 15 tf% = 150 000 ppm A metán relatív sűrűsége = 0,65 (15 C-on), tehát szobahőmérsékleten könnyebb a levegőnél
Gyakorlati méréstartományok Csővezetékek földalatti szivárgásának felderítéséhez: 0,1 50 ppm(0,1 ARH%) Csőkötések föld feletti szivárgási helyének beazonosításához: 10 1000 ppm(2 ARH%) Kazánházakban, gázfogadókban telepített mérőeszközöknél vagy a személyi monitoroknál: 480 48 000 ppm(1 100 ARH%) Zóna0ésZóna1.(Ex)besorolásúterekben: 500 1 000 000 ppm(0,05 100 tf%)
Elektrokémia mérőcellák Előnye a nagyfokú érzékenység (1 1000 ppm), és a rendkívül kis fogyasztás(1 ma alatt) Hátránya az érzékelő mérgekkel szembeni rossz tűrőképesség, lassú érzékelési idő, alacsony méréstartomány, magas ár (20 30000 Ft), a nedvességre történő keresztérzékenység és a relatív rövid élettartam(3 5 év). Alkalmazása: gázipari, Ex-es térben történő alkalmazása nem ismert, kizárólag laboratóriumokban történő telepített szivárgás detektálásra használják.
Tipikus elektrokémiai mérőcella
Diffúz-félvezető szenzorok Előnye a nagyfokú érzékenység(10 48 000 ppm), kis fogyasztás és az olcsó ár(2500 5000 Ft/db) Hátránya az érzékelő mérgekkel szembeni rossz tűrőképesség, gyenge hosszútávú stabilitás, a szénhidrogénekre történő keresztérzékenység és a relatív rövid élettartam(3 8 év). Alkalmazása: hordozható gázszivárgáskeresőkben és telepített (Zóna II. Ex) gázveszélyjelzőkben egyaránt alkalmazzák, utóbbiban valamennyi hátránya szembetűnő.
Diffúz-félvezetőt is tartalmazó műszer Dupla kijelzés: digitális, felhasználóbarát, állandó kijelzés tf% és PPM / LEL (ARH) skálán. Automatikus PPM/ARH váltás. Három mérési skála: PPM skála: 0-10000 ppm, alsó határ50 ppm LEL skála: 0-100 % LEL(ARH)alsó határ0,1 % GAS skála: 0-100tf%, alsó határ 0,2 %. Méréstartomány: 50 ppm-től 100 tf%-ig. GAZOMAT -CATEX 3 9
Katalitikus szenzorok, pellisztorok Előnye a nagyfokú stabilitás (6 12 hó), a széles hőmérsékleti tartományban történő üzemeltetés (-20 +85 C) és az érzékelő mérgekkel szembeni jó ellenálló-képesség. Hátránya a szénhidrogénekre történő keresztérzékenység és a nagy fogyasztás (150 350 ma), a kis érzékenység(480 ppm) Alkalmazása: általában telepített gázveszélyjelzőkben, de korszerű, kis-fogyasztású változatait hordozható személyi monitorokban is használják, akár Zóna 0. besorolású Ex-es térben is.
Hordozható műszer pellisztora
Infravörös elnyeléses (IR) szenzorok Előnye a nagyfokú stabilitás (12 hó), a széles hőmérsékleti tartományban történő üzemeltetés (-10 +65 C), a szénhidrogénekkel szembeni alacsony keresztérzékenység, az alacsony fogyasztás és az érzékelő mérgekkel szembeni kiváló ellenálló-képesség. Hátránya a CO2-re és a vízgőzre való nagyfokú keresztérzékenység, mivel ezek elnyelési spektruma a metán közvetlen közelében van. Legalább kétszer annyiba kerül, mint egy pellisztor(40 60 000 Ft) Alkalmazása: telepített gázveszély-jelzőkben, vegyi üzemekben de korszerű, kis-fogyasztású változatait hordozható személyi monitorokban is használják, akár Zóna 0. besorolású Ex-es térben is.
Telepített IR érzékelők szerkezeti rajza
Láng-ionizációs detektorok (FID) Előnye a nagy érzékenység (2 100 000 ppm), a gyors reakcióidő és az érzékelő mérgekkel szembeni jó ellenálló-képesség. Hátránya a szénhidrogénekre történő totális keresztérzékenység és a folyamatos hidrogén-gáz ellátásának igénye, ami nagy tömeget igényel. Rendkívül drága módszer(2-3 MFt/készülék) Alkalmazása: általában földgáz-vezeték hálózatok szivárgás-felderítő autóiban alkalmazzák, beépítve, de robosztus felépítése ellenére létezik hordozható változata is.
FID-el felépített szivárgáskeresés Flame ionisation principle An air sampling is done and brought to a flame created by H 2. Véhicule de Surveillance de Réseau The intensity of this flame determines the methane concentration contained in the air DISADVANTAGES Need a gas bottle (mixture of H2 and N2) as a fuel for the apparatus, has to be changed regularly (until once a day), risks for the user Not selective to different gas types Needs a regular calibration (once a month at least) Long time to get back to zero
Lézer-spektroszkópiás szenzorok Előnye a nagyfokú stabilitás (12 hó), a páratlan érzékenység (0,1 100 000 ppm), a szénhidrogénekkel és vízgőzzel szembeni teljes érzéketlenség azaz kiváló szelektivitás metánra, az alacsony fogyasztás és az érzékelő mérgekkel szembeni kiváló ellenálló-képesség. Hátránya a FID műszerekkel szemben, hogy mechanikai behatásokra érzékeny, optikai egységet tartalmaz és a többi módszerrel összehasonlítva drága(2 2,2 MFt/db) Alkalmazása: földgáz-vezeték hálózatok szivárgás-felderítő autóiban alkalmazzák, beépítve, de létezik hordozható változatban is, mely rendkívüli érzékenységével és reakcióidejével tűnik ki társai közül.
Laser technology The Inspectra System uses a laser diode which is adjusted on the methane wavelength. Signal = intensity level = Σ all absorptions LED Methane Water Laser Absorption level zero λ Laser absorption max InspectraLaser_DIST_200407_ Rev01_05_06_09 GAZOMAT INSPECTRA LASER 18
The laser technology Advantages of the laser technology : A high selectivity and a high sensitivity to methane (ppm scale) Insensitivity to other hydrocarbons, chemicals and alcohols Intrinsically safe technology (no hot spots) Physical measurements and not hydrochemical Does not change the gas sample Not sensitive to flow fluctuations No more hydrogen (FID) No more risk of flame extinction No more piezzo (electric starter) No more false indications InspectraLaser_DIST_200407_ Rev01_05_06_09 GAZOMAT INSPECTRA LASER 19
Lézer-spektroszkópiás kéziműszer Charger for the battery 230 V to connect on mains and directly on the apparatus Gas trap trolley ensures gas sampling directly from ground surface. Carrying straps fixed on the apparatus, adjustable for the user and giving him best comfort for the operations InspectraLaser_DIST_200407_ Rev01_05_06_09 GAZOMAT INSPECTRA LASER 20
A berendezések kivitele Hordozható, diffúz érzékeléssel, pumpa nélkül (személyi gázmonitorok, pellisztorokkal vagy gázszivárgáskeresők diffúz-félvezetőkkel, pellisztorokkal) Hordozható, beépített mintavevő pumpával (szivárgási hely beazonosítására pellisztorral, FID-el, Lézer-spektroszkópiás érzékelővel, esetleg beszállás előtti ellenőrzés pellisztorral) Telepített, diffúz érzékeléssel, pumpa nélkül (hagyományos kazánházi gázérzékelők, kiértékelő-riasztó központtal) Telepített, nagy távolságból, vagy több helyről történő mintaelszívással(speciális területek, vegyipar) Gépjárműbe telepített, mintaelszívással (szivárgási hely beazonosítás FID-vel vagy Lézer-spektroszkópiával)
Védelmi módok Ex-környezetben nem alkalmazható: kizárólag gázszivárgási helyek beazonosítására alkalmazható (ARH 40%-ig), Ex-térben alkalmazni tilos! Gyújtószikra-mentes kivitelű Nyomásálló-tokozású Utóbbi két esetben a feltüntetett Zónabesorolásban, és környezeti feltételek mellett, időszakosan felülvizsgálva Ex-es térben is alkalmazható.
A környezet kihívásai Telepített berendezéseknél az állandó igénybevétel, változó környezeti hőmérséklet, az időszakosan vagy állandóan fellépő érzékelő mérgek, karbantartásokból származó szénhidrogének jelentősen csökkentik az élettartamot és az érzékenységet. Hordozható berendezéseknél a tárolási és a szállítási körülmények és a mindig változó környezeti feltételek (hőmérséklet, víz bejutása a készülékbe, környezeti por stb.) hozzáadódnak a telepített készülékek veszélyeztető tényezőihez.
A környezeti elemek hatásai Magas hőmérséklet = idő előtti megszakadás Változó hőmérséklet = nullpont vándorlás Érzékelő mérgek = érzékenység csökkenése Szénhidrogének = téves riasztások, öregedés Víz bejutása = meghibásodás, érzéketlenség Por lerakódása = érzékenység csökkenése Szállítás, rázkódás = mechanikus hibák
Szerviztapasztalatok Valamennyi kategóriára érvényes, hogy a felhasználó (annak ellenére, hogy Önmaga nem tudja megítélni a berendezés helyes működését) igyekszik a szerviz intervallumokat kihúzni és csak akkor szervizeltetni a készüléket, ha az már meghibásodott. Ennek veszélye abban rejlik, hogy a készülék a meghibásodás előtt jóval korábban már érzéketlenné válik és a valós gázszivárgást nem fogja érzékelni!
Felhasználói tévhitek Sokan úgy gondolják, hogy a szenzorhibát a készülék úgy is kijelzi és ha elöregszik, akkor elmászik a nullpontja, tehát téves riasztást okoz Ez igaz arra az esetre, ha az érzékelő megszakad, ilyenkor valóban hibajelzés ad. A nullpont elmászás történhet pozitív, de akár negatív irányba is, melyet a készülékek többsége nem jelez. Az érzékelő mérgek általában az érzékenységet rontják le, miközben a nullpont stabil marad.
Kalibrálási tapasztalatok Gázszivárgás felderítésére szolgáló kézi és gépjárműbe épített műszerek a folyamatos igénybevétel miatt 6 havonta ellenőrzést és azt követően kalibrációt igényelnek. A kalibrációt 1 ponton (tip. 100 vagy 1000 ppm) kell elvégezni, Akkreditált Kalibrálólaborban. Gázveszély érzékelők és személyi gázmonitorok esetében az életvédelem és a folyamatos üzemi körülmények miatt 3 havonta kell elvégeztetni az ellenőrzést és a kalibrációt 2 ponton (tip. ARH 20% és ARH 40%), Akkreditált Kalibrálólaborral.
Az önellenőrzésről Egyes korszerű hordozható személyi védőeszközök rendelkeznek dokkolóállomással egybekötött önkalibráló egységgel, melyet a felhasználó bármikor alkalmazhat a műszer önellenőrzésére és az érzékenység beállítására(gázzal történő kalibráció). Ezek a hasznos egységek is megkívánják, hogy évente 1 alkalommal szakszerviz és akkreditált Kalibrálólabor ellenőrizze a készüléket
A szén-monoxid érzékelése Ott, ahol a földgáz elégetése megtörténik, az égéstermékből szén-monoxid is keletkezik, mely már kis koncentrációban is igen mérgező, színtelen, szagtalan, szobahőmérsékleten a levegővel közel azonos fajsúlyú gáz. Az emberi élet megóvására mind az iparban, mind pedig a lakossági szolgáltatási körben elterjedtek a szén-monoxid mérők, riasztók. Vajon mindent tudunk róluk?
A szén-monoxid élettani hatása Mérgező hatása azzal magyarázható, hogy a vér hemoglobinjában található vas-atomokkal stabil komplexet, szén-monoxid-hemoglobint képez, ezzel a szervezet oxigén-felvételét akadályozza. Már 300 ppm(0,03 tf%) koncentráció is fejfájást, szédülést, émelygést okoz, 1000 ppm(0,1 tf%) koncentráció azonban 3 percen belül légzésbénuláshoz és halálhoz vezet!
A szén-monoxid riasztók alkalmazása A gáziparban használatos személyvédelmet ellátó szén-monoxid monitorokat minden tekintetben úgy kell kezelnünk, mint ahogyan azt a személyi metán-monitoroknál tárgyaltuk. A szén-monoxid érzékelőknek az alábbi alkalmazási területeit ismerjük, melyben a kötelező ellenőrzések és/vagy kalibrálások időintervallumai is rögzítésre kerültek:
megnevezés alkalmazási terület ellenőrzési ciklus szabályzás módja CO-gáz-analizátor vizsgáló-laborok ellenőrzés minden mérés előtt, kalibrálás évente ISO 17025 szerint CO-füstgázelemző tüzeléstechnika kalibrálás évente ISO 9001 szerint személyi CO monitor biztonságtechnika kalibrálás 6 havonta gyártó ajánlására és szabványokra hivatkozva mélygarázsok CO életvédelem kalibrálás évente ISO 9001 szerint és érzékelői társasházakban, a gyártó ajánlására parkoló garázsokban háztartási CO riasztók háztartási alkalmazás égéstermék visszaáramlásból adódó CO mérgezés elkerülésére Nincs kijelölve, a gyakorlatban nem is viszik sem kalibrálásra, sem pedig ellenőrzésre a Gyártók általában nem szabályozzák le a gépkönyvekben az ellenőrzés fontosságát és ciklusát
Probléma felvetés Amint az a táblázatból is látható, a 0 1000 ppm tartományban dolgozó CO érzékelők és mérőműszerek (melyek között sok, hasonló mérési elven dolgozó készülék található) a háztartási CO riasztók kivételével rendszeresen ellenőrzött/kalibrált mérőeszközök. Felhasználójuk rendszeresen visszajelzést kap a készülék állapotáról, annak mérési pontosságáról és a jelzés funkcióvizsgálatáról.
Miért fontos a háztartási CO riasztók rendszeres ellenőrzése/kalibrálása? 1. Mert ezeket a készülékeket az égéstermék- visszaáramlásból, kéményhibából, tüzelőberendezéskés-hibából származó szénmonoxid mérgezések elkerülése céljából gyártották és az akárhalálos kimenetelt is okozó balesetek elkerülésére vásárolják a Felhasználók.
CO (!) Elszívó Berende-zés Elszívó berendezés üzemeltetésének veszélye B típusú tüzelőberendezésnél Nyílászárók cseréje után
2. Mert ezek a készülékek mérési elvüket tekintve az alábbi két csoportba sorolhatóak, figyelembe véve azok korlátait is: mérési elv, érzékelés módja elektrokémiai mérőcella tápellátás szenzor élettartam Keresztérzékenység és téves riasztás élettartamot befolyásolja elektrokémiai telepes 5 6 év nem érzékeny meleg, száraz üzemmód más gázokra, környezetben vegyi kiszárad az anyagokra érzékelő diffúz-félvezető mérőcella csak hálózati üzemmód 6 8 év téves riasztást produkál alkohol származékokra, oldószer gőzökre konyhai zsírok, olajgőzök, hajlakkok, dezodorok
További érvek 3. Mert ezek a készülékek csak a hangjelző és az elektronikai áramkör önteszt üzemmódját tartalmazzák (ezek helyes működéséről a felhasználó bármikor egy gombnyomással meggyőződhet), de az érzékelő meghibásodásáról, érzéketlenné válásáról, elzsírosodásáról semmiféle visszajelzést nem kapunk!
4. Mert ezek között a készülékek között mint Gyártóban, mint műszaki paraméterekben, mint pedig árban jelentős különbség mutatkozik, így egyformán hozzájuthatunk a gyenge minőségű és a professzionális termékhez is, és mindkettő Gyártója a teljes biztonságot kínálja számunkra egy életen át!
5. Mert több hazai kalibráló-laboratórium visszajelzései alapján tudjuk, hogy már a 2 éves készülékek között is gyakori a nem megfelelő működésű, reakcióidejű készülék. Megjegyzendő, hogy valamennyi készülék működését az EN 50291:2001 szabvány szerint ellenőrizzük, mely Magyarországon is kötelező érvényű
Szakmai javaslattétel a rendszeres ellenőrzésre: Ezeknek a készülékeknek a funkcióvizsgálatát, reakcióidejét is mérési pontosságát csak olyan szervezet ellenőrizheti, aki rendelkezik a megfelelő használati etalonokkal, a vizsgálati eljárás lefolytatásához szükséges szakmai tapasztalattal és a megfelelő bizonylatolás lehetőségével. Erre jelenleg csak a NAT által kifejezetten erre a területre akkreditált kalibráló-laboratóriumok alkalmasak!
A kalibrálást kétévente ajánlatos elvégeztetni, olyan laboratóriummal, akinek a tevékenységi körében ez a feladat szerepel és megfelelő bizonyítványt képes erről felmutatni. Fel kell hívni a Vásárló figyelmét arra, hogy a termék megvásárlásával nem kap hosszú évekre elegendő garanciát a megfelelő működésre, hanem annak ellenőriztetése az Ő jól felfogott érdeke.
És végül: Lehetővé kell tenni a Vásárló/felhasználó számára, hogy ezekhez az információkhoz hozzájusson, a Laboratóriumok névjegyzékét megismerhesse. Itt jön a képbe a Kéményseprők és a tüzeléstechnikai szakemberek, valamint a gázipari üzembe-helyezők felelőssége és együttműködési készsége. Számítunk a segítségükre!
Köszönetnyilvánítás Megköszönöm a KÉOSZ vezetőségi tagjainak az értékes javaslattételeit, melyekkel hozzájárultak ennek az előadásnak a megszerkesztéséhez. Megköszönöm a figyelmüket!