Wie Gefährliche-Gas-Detektion Leben und Arbeitsplätze schützt

Eine Zunahme gefährlicher Gase stellt eine schwere Bedrohung für die Menschheit allgemein und für Arbeiter in vielen Industrien dar. Diese Gase können aus natürlichen oder menschengemachten Quellen stammen wie Chemieindustrie, Erdölraffinerien, Stein-, Kunststoff- und Lebensmittelverarbeitung. Aufgrund des Risikos, dass sie in die Umwelt austreten, sind Sicherheitsverfahren notwendig, um Umwelt und Arbeiter zu schützen. Verschiedene Arten von Gasdetektoren werden eingesetzt, um verschiedene Gase zu detektieren, wie häufig auftretende Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, Sulfonylchlorid, Phosphin und Nitrosylchlorid.

Katalytische Sensoren

Pellistor/Katalytische-Perlen-Sensoren (CB), die es seit fast einem Jahrhundert gibt, können auf brennbare Gase wie Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Methan, Butan, Propan und Kohlenmonoxid reagieren. Sie haben zwei Perlen: eine aktive Perle, beschichtet mit einem Katalysator, der die Temperatur senkt, bei der das umgebende Gas entzündet. Durch die Verbrennung erwärmt sich diese Perle, was einen Temperaturunterschied zur Referenzperle verursacht. Die Wärme bewirkt einen Widerstandsänderung in Abhängigkeit von Art und Konzentration des Gases. Da die Perle ein Schenkel einer Wheatstone-Brücke ist, erzeugt diese Widerstandsänderung ein Ausgangsspannungssignal. Katalytische Perlen-Brennstoffsensoren sind schnell und präzise bei der Detektion eines einzelnen Gases. Allerdings ist diese Technologie anfällig für Sensorvergiftung durch Exposition gegenüber Silikonen und Bleiverbindungen.

Darüber hinaus können diese Sensordetektoren in Mehrgas-Detektionssensoren falsche Messwerte für alle anderen Gase liefern, wenn sie auf ein einzelnes Gas kalibriert sind. Die richtige Wahl des brennbaren Gases für die Kalibrierung hängt von der Industrieanwendung und der potenziellen Gasgefahr dieser bestimmten Industrie ab. Beispielsweise ist für einen Propangasverteiler die Gefahr Propan; in Kanälen ist die Hauptgefahr Methan.

In einer komplexen Umgebung mit mehreren brennbaren Gasen müssen bei der Sensorewahl mehrere Fragen berücksichtigt werden, am wichtigsten die Untere Explosionsgrenze (UEG) – die niedrigste Konzentration (in Volumenprozent) eines Gases in Luft, die in Gegenwart einer Zündquelle einen Flammenblitz erzeugen kann.

• Welche brennbaren Gase sind vorhanden?

• Welches Gas ist am häufigsten?

• Wie hoch sind ihre Konzentrationen als Prozent der UEG?

• Welchen Sensortyp benötigen Sie – Einzelgas oder Mehrgas?

Molecular Property Spectrometer (MPS) Sensoren, eine proprietäre Technologie von NevadaNano (Sparks, NV), können das Vorhandensein brennbarer oder entzündbarer Gase, einschließlich Gemischen, detektieren und sie als Wasserstoff, Methan, leichtes Gas, mittleres Gas oder schweres Gas klassifizieren. Sie können ein breites Spektrum brennbarer Gase, einschließlich Wasserstoff und schwerer Kohlenwasserstoffe, schnell detektieren. MPS-Sensoren können im Gegensatz zu katalytischen Perlen-Sensoren nicht vergiftet werden, da die Messung auf physikalischen Eigenschaften statt chemischen Reaktionen basiert. Sie benötigen keine Kalibrierung und bieten ein Fail-Safe-Feature und integrierte Diagnostik, um den Benutzer zu benachrichtigen, wenn ein Sensor unbrauchbar oder beeinträchtigt wird.

Der Wandler des MPS Brennbaren Gassensors ist eine mikrobearbeitete Membran mit eingebettetem Joule-Heizer und Widerstandsthermometer. Der Mikro-Elektromechanische-System (MEMS) Wandler ist auf einer Leiterplatte montiert und in einem robusten, der Umgebungsluft offenen Gehäuse verpackt. Das Vorhandensein eines brennbaren Gases verursacht Änderungen in den thermodynamischen Eigenschaften des Luft/Gas-Gemischs, die vom Wandler gemessen werden.

Ein Systemansatz für persönliche Sicherheitsüberwachung

Universal Site Monitoring (USM) – Darwin NT, Australien – hat ein integriertes System aus tragbaren persönlichen Sicherheitsüberwachungsgeräten, Kommunikations-Hubs und Berichts- und Management-Software entworfen und entwickelt.

Der Hero Handheld Personal Safety Monitor kommt in einer Standardversion, Modell 825, und einer ATEX/IECEx-zertifizierten Version, Modell 715. Er detektiert Kohlenmonoxid (CO), Schwefelwasserstoff (H₂S), explosive Gase (UEG) und Sauerstoff (O₂), wobei katalytische Sensoren verwendet werden. Er umfasst Mikrocontroller, Gassensoren, einen Temperatursensor, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher für akustische Alarme, ein Mobilfunkmodul, GNSS und Zigbee.

Die Gassensoren verwenden ein externes Analog-Digital-Wandler-Modul (ADC), das das analoge Ausgangssignal der Sensoren in ein digitales Format umwandelt. Die digitalen Daten werden über ein I2C-Serielles Kommunikationsprotokoll an einen Mikrocontroller übertragen.

Beschleunigungsmesser und Gyroskop, zusammen mit GNSS, werden verwendet, um die Position des Arbeiters, Geschwindigkeit über Grund, Höhenlage, Ausrutschen, Stolpern und Stürze zu bestimmen.

Das Universal Data Interface (UDI) Smart Alert und Navigationssystem ist eine webbasierte Anwendung, die für die Leitstelle entwickelt wurde, um die Live-Daten vom Personal Safety Monitor zu überwachen. Der Personal Safety Monitor zeigt alle Daten auf einem LCD-Bildschirm an und sendet sie an das Universal Data Interface für Echtzeit-Überwachung, Analytik, Konfiguration und Kommunikation, wobei das verfügbare Netzwerk genutzt wird – entweder Mobilfunk, GNSS oder Zigbee. Das Unternehmen hat die Hardware und das Universal Data Interface (UDI) Smart Alert und Navigationssoftware zu einer Connected-Worker-Sicherheitslösung mit integrierter 2G/3G/4G-Mobilfunkkonnektivität kombiniert.

Auslöser und Alarme können aus der Leitstelle ferngesteuert für hohe oder niedrige Gaskonzentrationen gesetzt werden, und die Alarmstufen können auch gemäß den Anforderungen des Standorts konfiguriert werden. Der Fernbediener kann verschiedene Alarmstufen definieren, kritische oder Warnalarme, und diese als Reaktion auf spezifische Konzentrationen der vier detektierten Gase einstellen. Beispielsweise kann der Benutzer den Warnauslöser/Alarm als Reaktion auf 10 ppm Kohlenmonoxid oder darunter einstellen oder die Alarmstufe von Warnung auf kritisch ändern als Reaktion auf 100 ppm Kohlenmonoxid oder darüber.

Clip-On Gassensor

Die fortschrittlichere Molecular Property Spectrometer (MPS) Sensortechnologie wurde in USMs Low Energy (BLE) Clip-On Gas Sensoren eingesetzt. Dieser Sensor ist zertifiziert, stabil, immun gegen Vergiftung und erfordert keine Kalibrierung. Er kann bis zu fünfzehn brennbare UEG-Gase sowie Wasserstoff, atmosphärischen Druck, Temperatur und Feuchtigkeit detektieren. Der Clip-On ermöglicht Endnutzern, Gasrisiken im Feld zu überwachen, indem sie ihre Mobiltelefonflotte über die mobile General Asset Monitor Anwendung für Android und iOS Geräte mit dem Universal Data Interface verbinden.

Biometrischer Monitor

USM entwickelt auch einen inhärent sicheren Biometrischen Monitor, der die Blutsauerstoffsättigung, Herzfrequenz und Körpertemperatur der Arbeiter erfasst. Die Daten werden in Echtzeit an das Universal Data Interface Smart Alert und Navigationssystem über den Personal Safety Monitor oder die General Asset Monitor Mobile App übertragen. Dieses Gerät kann die Gesundheitsmetriken des Arbeiters mit festgelegten Parametern überwachen und hilft, Leben in gefährlichen Umgebungen zu retten. Wenn bekannt ist, dass ein Arbeiter eine Herzerkrankung hat und eine bestimmte Herzfrequenz gefährlich sein kann, kann ein Alarmlevel für diesen spezifischen Arbeiter eingestellt werden. Wann immer deren Herzfrequenz den definierten Wert überschreitet, wird der Alarm ausgelöst, während Live-Daten weiterhin an den Fernbediener in der Leitstelle gesendet werden. Der Fernbediener kann den Alarmstatus auf dem Dashboard sehen und sofort den Einzelnen kontaktieren oder Notfallhilfe senden.

Mesh Access Points

Mesh Access Points (MAP) ermöglichen die drahtlose Datenübertragung zwischen dem Personal Safety Monitor und dem Universal Data Interface über das Zigbee-Kommunikationsprotokoll. Zigbee-Geräte senden Signale über kurze Distanzen (10 bis 100 Meter), aber da der MAP ein Mesh-Netzwerk nutzt, empfängt jedes Gerät Signale und wiederholt sie, indem es sie an andere Netzwerkgeräte in Reichweite weiterleitet. Dies löst das Problem des Dateneingangs in schwierigen Umgebungen mit gefährlichen Gasen, hohen Temperaturen, schlechter Luftqualität und Feuchtigkeit sowie schlechter Sichtverbindung in Orten wie unterirdischen Minen.

Bedürfnisse verschiedener Industrien erfüllen

Kohlenmonoxidgas ist eine der gefährlichsten Substanzen in der Stahlindustrie, besonders um Hochofen herum.

Zahlreiche Gase sind mit dem Bergbau verbunden und werden allgemein in brennbare, toxische und erstickende Typen unterteilt. Zu den häufigeren Gasen gehören Methan, Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO, NO₂), Schwefelwasserstoff (H₂S) und Schwefeldioxid (SO₂). Methan ist das häufigste brennbare explosive UEG-Gas. Es ist leichter als Luft, geruchlos und explodiert bei Konzentrationen zwischen 5 % und 15 %. Diese gefährlichen Gase werden oft bei der unterirdischen Erschließung und sowohl bei oberirdischen als auch unterirdischen Bohrungen detektiert.

Arbeiter in der Öl- und Gasindustrie sind dem Risiko von Feuer und Explosion durch Entzündung brennbarer Dämpfe oder Gase ausgesetzt. Brennbare Gase wie Grubengase, Dämpfe und Schwefelwasserstoff können aus Bohrungen, LKWs, Produktionsanlagen oder Oberflächenanlagen wie Tanks und Schiefer-Schüttlern freigesetzt werden. Zündquellen können statische Elektrizität, elektrische Energie, offene Flammen, Blitze, Zigaretten, Schneid- und Schweißwerkzeuge, heiße Oberflächen und Reibungshitze sein.

Integrierte Sicherheitsüberwachung

Ziel eines integrierten Gefahrstoff-Atmosphären-Überwachungssystems ist es, Arbeiter durch die Bereitstellung präziser Informationen über den aktuellen Zustand der Umgebung, einschließlich gefährlicher Gase, Temperatur und Feuchtigkeit, zu schützen. Diese Technologie unterstützt auch Rettungsaktionen bei Katastrophen, indem sie Informationen über den genauen Unfallort, wo sich Personal befindet, und durch bidirektionale Kommunikation zwischen dem Universal Data Interface Leitstellenbetreiber und den gefährdeten Arbeitern bereitstellt.

Dieser Artikel wurde von Umer Farooq, Technical Sales Engineer, Universal Site Monitoring (Darwin NT, Australien) verfasst. Für weitere Informationen kontaktieren Sie Herrn Farooq unter This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. oder besuchen Sie hier .