Le basi del rilevamento dei gas

L'evoluzione del rilevamento dei gas è cambiata notevolmente nel corso degli anni. Nuove idee innovative, dai canarini alle apparecchiature di monitoraggio portatili, forniscono ai lavoratori un monitoraggio continuo e preciso dei gas. Le apparecchiature di rilevamento dei gas possono essere suddivise in monitoraggio dei gas mediante sensori e tecnologia di percorso dei gas, interfaccia utente che informa le persone o le apparecchiature di qualsiasi azione necessaria e sistema di gestione dell'alimentazione che mantiene il tutto carico e funzionante. A questo pacchetto possiamo ora aggiungere una quarta considerazione: la tecnologia di comunicazione e registrazione.

Tipi di sensori

Rivelazione per foto-ionizzazione (PID)

La tecnologia PID è generalmente considerata la tecnologia di scelta per il monitoraggio dell'esposizione a livelli tossici di COV. I sensori includono una lampada come fonte di luce ultravioletta (UV) ad alta energia. L'energia della luce UV eccita le molecole di COV (Composti Organici Volatili) con carica neutra, rimuovendo un elettrone e lasciandole cariche. Una corrente scorre quindi tra due piastre cariche all'interno del sensore e la concentrazione di gas è proporzionale alla corrente.

Elettrochimica

I sensori elettrochimici misurano il gas che entra attraverso un piccolo foro nella faccia della cella, passa attraverso un filtro per umidità e olio in PTFE e raggiunge un elettrodo attraverso una soluzione elettrochimica. La portata e la sensibilità del sensore possono essere variate utilizzando fori di dimensioni diverse: i fori più grandi forniscono una sensibilità e una risoluzione maggiori, mentre i fori più piccoli riducono la sensibilità e la risoluzione ma aumentano la portata. Il tipo di gas misurato viene scelto attraverso la selezione del materiale dell'elettrodo, la selezione dell'elettrolita e talvolta l'uso di filtri per bloccare i tipi di gas indesiderati.

Perle catalitiche (Pellistor)

I sensori a pellistore sono costituiti da due bobine di filo abbinate, ciascuna racchiusa in perle di ceramica. La corrente passa attraverso le bobine di resistenza, riscaldandole a circa 230˚C. Una delle perle contiene un materiale catalizzatore, quindi quando una miscela di aria e gas infiammabile entra nel sensore, entra in contatto con le perle e brucia in prossimità di quella contenente il catalizzatore. Ciò determina una differenza di temperatura tra questa sfera attiva e l'altra "di riferimento". La differenza di temperatura provoca una differenza di resistenza, che viene misurata; la quantità di gas presente è direttamente proporzionale alla variazione di resistenza, quindi la concentrazione del gas come percentuale del suo limite inferiore di esplosività (% LEL*) può essere determinata con precisione. I sensori a pellistore sono ampiamente utilizzati nell'industria, tra cui le piattaforme petrolifere, le raffinerie e gli ambienti di costruzione sotterranei come le miniere e le gallerie.

Sensori a infrarossi

Gli emettitori di infrarossi all'interno del sensore generano ciascuno un fascio di luce IR. Ogni fascio attraversa un campione di atmosfera e viene misurato da un fotoricevitore. Un fascio "di misura", con una frequenza di circa 3,3μm, viene assorbito dalle molecole di idrocarburi gassosi, quindi l'intensità del fascio si riduce se è presente una concentrazione adeguata di un gas con legami C-H. Un fascio "di riferimento" (di solito intorno a 3,0μm) non viene assorbito dal gas, quindi arriva al ricevitore con la massima intensità. La %LEL di gas presente è determinata dal rapporto dei fasci misurati dal fotoricevitore.

Spettrometro delle proprietà molecolari™ (MPS™)

I sensori MPS™ rappresentano la nuova generazione di rilevatori di gas infiammabili. MPS™ è in grado di rilevare rapidamente molti tipi di gas e di identificare contemporaneamente oltre 15 gas infiammabili caratterizzati. Fino a poco tempo fa, chi aveva bisogno di monitorare i gas infiammabili doveva scegliere un rilevatore di gas infiammabili tradizionale, contenente un sensore a pellistor calibrato per un gas specifico, oppure un sensore a infrarossi (IR) che varia anch'esso in uscita a seconda del gas infiammabile da misurare e quindi deve essere calibrato per ogni gas. Pur rimanendo soluzioni vantaggiose, ognuna di esse presenta ambienti in cui può essere utilizzata e ambienti da evitare. Ad esempio, sia i pellistor che i sensori a infrarossi richiedono una calibrazione regolare e i sensori catalitici a pellistor necessitano anche di frequenti bump test per assicurarsi che non siano stati danneggiati da contaminanti contenenti veleni permanenti (noti come agenti di "avvelenamento del sensore") o da condizioni difficili. In alcuni ambienti, i sensori devono essere sostituiti frequentemente, il che è costoso in termini di denaro, tempi di inattività e disponibilità del prodotto. La tecnologia IR non è in grado di rilevare l'idrogeno, che non ha una firma IR, e sia i rivelatori IR che quelli a pellistor a volte rilevano incidentalmente altri gas (cioè non calibrati), fornendo letture imprecise che possono innescare falsi allarmi o preoccupare gli operatori. La soluzione è il sensore MPS che rileva sia l'idrogeno che altri gas infiammabili, li identifica e applica la giusta calibrazione per ogni gas o gas costituente di qualsiasi miscela che monitora.

Alcuni strumenti utilizzano una pompa per fornire campioni di aria o gas al sensore.

Tipi di rilevamento

Fisso

I rilevatori di gas fissi sono dispositivi permanenti che rimangono montati in un'unica posizione. Possono essere installati in configurazioni a singolo rivelatore, in configurazioni a rivelatori multipli di piccole e grandi dimensioni e in un loop indirizzabile "a margherita". I rilevatori di gas fissi sono generalmente installati ovunque vi sia un rischio per gli impianti, gli edifici o le installazioni e possono rilevare accumuli lenti o perdite importanti per fornire un avviso precoce o automatico di fuoriuscita di gas da una particolare fonte. Spesso sono impostati per attivare altre misure di sicurezza, in modo da poter aprire sfiati, avviare ventilatori, chiudere valvole o persino arrestare automaticamente i processi una volta rilevato un problema. Spesso sono impostati per avvisare una sala di controllo o il personale di sicurezza di una fuga di gas potenzialmente pericolosa, in modo da consentire alle persone di intervenire. Possono anche far scattare gli allarmi per avviare un'evacuazione. D'altra parte, i rilevatori di gas fissi non sono solitamente progettati per evitare che un lavoratore entri in contatto con il gas, anche se alcuni sistemi hanno una componente di copertura dell'area nella loro progettazione. I rilevatori di gas portatili sono il modo migliore per proteggere le persone che rischiano di entrare in contatto con accumuli o rilasci di gas tossici o infiammabili.

Ogni rilevatore fisso di gas deve comunicare con un pannello di controllo. Il pannello di controllo è il fulcro del sistema di rilevamento fisso di gas, che confronta le quantità di gas con i livelli preimpostati e fornisce varie opzioni per le funzioni di ingresso e uscita. I pannelli di controllo dei gas sono normalmente collocati in un'area sicura, ma possono essere installati in zone pericolose se opportunamente alloggiati. Comunicano con le teste dei sensori di rilevamento del gas o con i trasmettitori e possono essere collegati in rete a un punto centrale in modo da poter monitorare a distanza più pannelli/sistemi di controllo. Esistono diversi metodi di comunicazione con i rilevatori di gas fissi. Il più comune è quello analogico, ma c'è una crescente richiesta di comunicazioni digitali e wireless. Sono inoltre disponibili varie funzioni tramite il rilevatore per migliorare l'efficienza e ridurre il tempo trascorso dal personale in luoghi potenzialmente pericolosi, riducendo così il rischio per le persone.

Portatile

I rilevatori di gas portatili sono dispositivi di protezione personale che monitorano continuamente la zona di respirazione dell'utente. Essendo generalmente di dimensioni ridotte, questi dispositivi portatili, leggeri e robusti, vengono portati sulla persona e costruiti in modo da essere ergonomici e indossati in modo discreto. A volte vengono utilizzati anche per controllare gli spazi confinati, come le cisterne, dove il tipo di rischio di gas è noto, prima che qualcuno vi entri. Sono destinati al monitoraggio a distanza ravvicinata e di solito non sono adatti al monitoraggio continuo a lungo termine di spazi più ampi. I rilevatori di gas portatili sono il modo più sicuro e collaudato per proteggere i singoli lavoratori durante gli spostamenti.

I rilevatori portatili memorizzano le informazioni sull'esposizione ai gas per tutta la durata del turno, nonché gli eventi come gli allarmi o i quasi incidenti. Questi dati possono essere trasmessi a un portale basato su cloud per consentire numerosi vantaggi, come una maggiore efficienza operativa e la conformità alla sicurezza, oltre a fornire un meccanismo robusto e flessibile per fornire preziose informazioni utili. Le soluzioni dati offrono vantaggi tangibili a flotte portatili di tutte le dimensioni, sia che i rilevatori di gas vengano utilizzati in loco, fuori sede o in entrambi i casi. I rilevatori di gas portatili costano in genere meno dei sistemi fissi e la maggior parte è alimentata a batteria. D'altra parte, ogni utente deve essere adeguatamente addestrato per utilizzare il proprio rilevatore portatile. Inoltre, i rilevatori portatili non sono in genere collegati direttamente ad altri sistemi di sicurezza. Se il rilevatore lancia un allarme, l'utente è quindi tenuto a intervenire autonomamente per ridurre il rischio per sé o per gli altri.