Gyakorlati problémák, megoldások a metán és a szén-monoxid érzékelők és mérőműszerek

üzemeltetésében, ellenőrzésébenüzemeltetésében, ellenőrzésébenElőadó:

Stieber József

A KÉOSZ Műszer és méréstechnikai bizottságának vezetője

Bevezető

• A Gázipar, a Tüzeléstechnika és a Kéményseprő-ipar 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 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, mintéghető gáz komponensen keresztül történik.

• Kétféle tartományban érzékeljük, attól• Kétféle tartományban érzékeljük, attólfüggően, hogy szivárgási helyet kellbeazonosítanunk vagy a robbanóképes elegyképződést 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 ppm1 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 szivárgásánakfelderítéséhez: 0,1…50 ppm (0,1 ARH%)

• Csőkötések föld feletti szivárgási helyénekbeazonosításához: 10…1000 ppm (2 ARH%)beazonosításához: 10…1000 ppm (2 ARH%)

• Kazánházakban, gázfogadókban telepítettmérőeszközöknél vagy a személyi monitorok-nál: 480…48 000 ppm (1…100 ARH%)

• Zóna 0 és Zóna 1. (Ex) besorolású terekben:

500…1 000 000 ppm (0,05…100 tf%)

Elektrokémia mérőcellák

• Előnye a nagyfokú érzékenység (1…1000 ppm), ésa rendkívül kis fogyasztás (1 mA alatt)

• Hátránya az érzékelő mérgekkel szembeni rossztűrőképesség, lassú érzékelési idő, alacsonyméréstartomány, magas ár (20…30000 Ft), améréstartomány, magas ár (20…30000 Ft), anedvességre történő keresztérzékenység és arelatív rövid élettartam (3…5 év).

• Alkalmazása: gázipari, Ex-es térben történőalkalmazása nem ismert, kizárólaglaboratóriumokban történő telepített szivárgásdetektálásra 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 rossztűrőképesség, gyenge hosszútávú stabilitás, aszénhidrogénekre történő keresztérzékenység ésszénhidrogénekre történő keresztérzékenység ésa relatív rövid élettartam (3…8 év).

• Alkalmazása: hordozható gázszivárgás-keresőkben és telepített (Zóna II. Ex) gázveszély-jelzőkben egyaránt alkalmazzák, utóbbibanvalamennyi hátránya szembetűnő.

Diffúz-félvezetőt is tartalmazó műszer

• Három mérési skála :� PPM – skála : 0-10 000 ppm, alsó határ 50 ppm� LEL – skála : 0-100 % LEL (ARH) alsó határ 0,1 %

GAZOMAT - CATEX 3 9

határ 0,1 %� GAS – skála : 0-100 tf%, alsó határ0,2 %.

• Méréstartomány : 50 ppm-től 100tf%-ig.

• Dupla kijelzés : digitális, felhasználóbarát, állandó kijelzés tf% és PPM / LEL (ARH) skálán. Automatikus PPM/ARH váltás.

Katalitikus szenzorok, pellisztorok

• Előnye a nagyfokú stabilitás (6…12 hó), a széleshőmérsékleti tartományban történő üzemeltetés(-20…+85 °C) és az érzékelő mérgekkel szembenijó ellenálló-képesség.

• Hátránya a szénhidrogénekre történő• Hátránya a szénhidrogénekre történőkeresztérzékenység és a nagy fogyasztás(150…350 mA), a kis érzékenység (480 ppm)

• Alkalmazása: általában telepített gázveszély-jelzőkben, de korszerű, kis-fogyasztású változataithordozható 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 hőmérsékletitartományban történő üzemeltetés (-10…+65 °C), aszénhidrogénekkel szembeni alacsony keresztérzékenység,az alacsony fogyasztás és az érzékelő mérgekkel szembenikiváló ellenálló-képesség.

• Hátránya a CO2-re és a vízgőzre való nagyfokú• Hátránya a CO2-re és a vízgőzre való nagyfokúkeresztérzékenység, mivel ezek elnyelési spektruma ametán közvetlen közelében van. Legalább kétszer annyibakerül, mint egy pellisztor (40…60 000 Ft)

• Alkalmazása: telepített gázveszély-jelzőkben, vegyiüzemekben de korszerű, kis-fogyasztású változataithordozható személyi monitorokban is használják, akár Zóna0. besorolású Ex-es térben is.

Telepített IR érzékelők szerkezeti rajza

Láng-ionizációs detektorok (FID)

• Előnye a nagy érzékenység (2…100 000 ppm), agyors reakcióidő és az érzékelő mérgekkelszembeni jó ellenálló-képesség.

• Hátránya a szénhidrogénekre történő totáliskeresztérzékenység és a folyamatos hidrogén-gázkeresztérzékenység és a folyamatos hidrogén-gázellátásának igénye, ami nagy tömeget igényel.Rendkívül drága módszer (2-3 MFt/készülék)

• Alkalmazása: általában földgáz-vezeték hálózatokszivárgás-felderítő autóiban alkalmazzák,beépítve, de robosztus felépítése ellenére létezikhordozható változata is.

FID-el felépített szivárgáskeresés

Flame ionisation principle

Véhicule de Surveillance

de Réseau

An air sampling is done and brought to a flame created by H2.

The intensity of this flame determines the methane concentration contained in the air 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 vízgőzzelszembeni teljes érzéketlenség azaz kiváló szelektivitásmetánra, az alacsony fogyasztás és az érzékelő mérgekkelszembeni kiváló ellenálló-képesség.szembeni kiváló ellenálló-képesség.

• Hátránya a FID műszerekkel szemben, hogy mechanikaibehatásokra érzékeny, optikai egységet tartalmaz és a többimódszerrel összehasonlítva drága (2…2,2 MFt/db)

• Alkalmazása: földgáz-vezeték hálózatok szivárgás-felderítőautóiban alkalmazzák, beépítve, de létezik hordozhatóváltozatban is, mely rendkívüli érzékenységével ésreakcióidejével tűnik ki társai közül.

Laser technology Laser technology

The Inspectra System uses a laser diode which is adjusted on the methane wavelength.

Signal = intensity levelSignal = intensity level= = ΣΣ all absorptionsall absorptions

InspectraLaser_DIST_200407_Rev01_05_06_09

GAZOMAT – INSPECTRA LASER 18

λλ

LEDLED MethaneMethane

WaterWater

Absorption level zeroAbsorption level zero

absorption max absorption max

LaserLaser

LaserLaser

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)

InspectraLaser_DIST_200407_Rev01_05_06_09

GAZOMAT – INSPECTRA LASER 19

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

Lézer-spektroszkópiás kéziműszer

Charger for the battery 230 V to

connect on mains and directly on the apparatus

InspectraLaser_DIST_200407_Rev01_05_06_09

GAZOMAT – INSPECTRA LASER 20

Carrying straps fixed on the apparatus,

adjustable for the user and giving him best

comfort for the operations

Gas trap trolley ensures gas sampling directly from ground surface.

the apparatus

A berendezések kivitele

• Hordozható, diffúz érzékeléssel, pumpa nélkül

(személyi gázmonitorok, pellisztorokkal vagy gázszivárgás-keresők diffúz-félvezetőkkel, pellisztorokkal)

• Hordozható, beépített mintavevő pumpával (szivárgási helybeazonosítására pellisztorral, FID-el, Lézer-spektroszkópiásbeazonosítására pellisztorral, FID-el, Lézer-spektroszkópiásérzékelővel, esetleg beszállás előtti ellenőrzés pellisztorral)

• Telepített, diffúz érzékeléssel, pumpa nélkül (hagyományoskazánházi gázérzékelők, kiértékelő-riasztó központtal)

• Telepített, nagy távolságból, vagy több helyről történőmintaelszívással (speciális területek, vegyipar)

• Gépjárműbe telepített, mintaelszívással (szivárgási helybeazonosítás FID-vel vagy Lézer-spektroszkópiával)

Védelmi módok

• Ex-környezetben nem alkalmazható: kizárólaggázszivárgási helyek beazonosításáraalkalmazható (ARH 40%-ig), Ex-térben alkalmaznitilos!

• Gyújtószikra-mentes kivitelű• Gyújtószikra-mentes kivitelű

• Nyomásálló-tokozású

Utóbbi két esetben a feltüntetett Zóna-besorolásban, és környezeti feltételek mellett,időszakosan felülvizsgálva Ex-es térben isalkalmazható.

A környezet kihívásai

• Telepített berendezéseknél az állandóigénybevétel, változó környezeti hőmérséklet, azidőszakosan vagy állandóan fellépő érzékelőmérgek, karbantartásokból származószénhidrogének jelentősen csökkentik azélettartamot és az érzékenységet.szénhidrogének jelentősen csökkentik azélettartamot és az érzékenységet.

• Hordozható berendezéseknél a tárolási és aszállítási körülmények és a mindig változókörnyezeti feltételek (hőmérséklet, víz bejutása akészülékbe, környezeti por…stb.) hozzáadódnak atelepített készülékek veszélyeztető tényezőihez.

A környezeti elemek hatásai

• Magas hőmérséklet = idő előtti megszakadás

• Változó hőmérséklet = nullpont vándorlás

• Érzékelő mérgek = érzékenység csökkenése

• Szénhidrogének = téves riasztások, öregedés• Szénhidrogének = téves riasztások, öregedés

• Víz bejutása = meghibásodás, érzéketlenség

• Por lerakódása = érzékenység csökkenése

• Szállítás, rázkódás = mechanikus hibák

Szerviztapasztalatok

Valamennyi kategóriára érvényes, hogy afelhasználó (annak ellenére, hogy Önmaganem tudja megítélni a berendezés helyesműködését) igyekszik a szerviz intervallumokatkihúzni és csak akkor szervizeltetni akihúzni és csak akkor szervizeltetni akészüléket, ha az már meghibásodott. Ennekveszélye abban rejlik, hogy a készülék ameghibásodás előtt jóval korábban márérzéketlenné válik és a valós gázszivárgást nemfogja érzékelni!

Felhasználói tévhitek

• Sokan úgy gondolják, hogy a szenzorhibát akészülék úgy is kijelzi és ha elöregszik, akkorelmászik a nullpontja, tehát téves riasztástokoz…Ez igaz arra az esetre, ha az érzékelőmegszakad, ilyenkor valóban hibajelzés ad.megszakad, ilyenkor valóban hibajelzés ad.

• A nullpont elmászás történhet pozitív, de akárnegatív irányba is, melyet a készülékek többségenem jelez. Az érzékelő mérgek általában azérzékenységet rontják le, miközben a nullpontstabil marad.

Kalibrálási tapasztalatok

• Gázszivárgás felderítésére szolgáló kézi ésgépjárműbe épített műszerek a folyamatosigénybevétel miatt 6 havonta ellenőrzést és aztkövetően kalibrációt igényelnek. A kalibrációt 1ponton (tip. 100 vagy 1000 ppm) kell elvégezni,Akkreditált Kalibrálólaborban.ponton (tip. 100 vagy 1000 ppm) kell elvégezni,Akkreditált Kalibrálólaborban.

• Gázveszély érzékelők és személyi gázmonitorokesetében az életvédelem és a folyamatos üzemikörülmények miatt 3 havonta kell elvégeztetni azellenőrzést és a kalibrációt 2 ponton (tip. ARH20% és ARH 40%), Akkreditált Kalibrálólaborral.

Az önellenőrzésről

• Egyes korszerű hordozható személyivédőeszközök rendelkeznek dokkoló-állomással egybekötött önkalibráló egységgel,melyet a felhasználó bármikor alkalmazhat aműszer önellenőrzésére és az érzékenységműszer önellenőrzésére és az érzékenységbeállítására (gázzal történő kalibráció).

• Ezek a hasznos egységek is megkívánják, hogyévente 1 alkalommal szakszerviz és akkreditáltKalibrálólabor 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.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.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 személyvédelmetellátó szén-monoxid monitorokat mindentekintetben úgy kell kezelnünk, mint ahogyanazt a személyi metán-monitoroknál tárgyaltuk.

• A szén-monoxid érzékelőknek az alábbialkalmazási területeit ismerjük, melyben akötelező ellenőrzések és/vagy kalibrálásokidőintervallumai 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 mélygarázsok CO

érzékelői

életvédelem

társasházakban,

parkoló garázsokban

kalibrálás évente ISO 9001 szerint és

a gyártó ajánlására

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…1000ppm tartományban dolgozó CO érzékelők ésmérőműszerek (melyek között sok, hasonlómérési elven dolgozó készülék található) aháztartási CO riasztók kivételével rendszeresenháztartási CO riasztók kivételével rendszeresenellenőrzött/kalibrált mérőeszközök.

• Felhasználójuk rendszeresen visszajelzést kapa készülék állapotáról, annak mérésipontosságáról és a jelzés funkcióvizsgálatáról.

Miért fontos a háztartási CO riasztók rendszeres ellenőrzése/kalibrálása?

• 1. Mert ezeket a készülékeket az égéstermék-visszaáramlásból, kéményhibából, visszaáramlásból, kéményhibából, tüzelőberendezéskés-hibából származó szén-monoxid mérgezések elkerülése céljából gyártották és az akár halálos kimenetelt is okozó balesetek elkerülésére vásárolják a Felhasználók.

CO (!)

Berende-zés

Elszívó

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

tápellátás szenzor

élettartam

Kereszt-

érzékenység és

téves riasztás

élettartamot

befolyásolja

elektrokémiai telepes 5…6 év nem érzékeny meleg, száraz elektrokémiai

mérőcella

telepes

üzemmód

5…6 év nem érzékeny

más gázokra,

vegyi

anyagokra

meleg, száraz

környezetben

kiszárad az

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 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 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. 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 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 • 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.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.megszerkesztéséhez.

Megköszönöm a figyelmüket!