Urządzenia do pomiaru stężeń gazów szkodliwych i zawartości tlenu

Rozporządzenia 437 i 438 Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z 1 października 1993 r. ( DzU z 15 października 1993 r. nr 96) regulują sprawy bezpieczeństwa i higieny pracy w oczyszczalniach ścieków i przy eksploatacji, remontach oraz konserwacji sieci kanalizacyjnych. Między innymi wymagane jest dokonywanie pomiarów stężeń gazów szkodliwych i zawartości tlenu w powietrzu.

Należy się spodziewać, że wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy wzrosną. Realizowany przez Ministerstwo Pracy i Polityki Społecznej program wieloletni „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy” – II etap, okres realizacji lata 2011-2013 (uchwała Rady Ministrów z 15 września 2010 r.) przewiduje: „kontynuację prac legislacyjnych i normalizacyjnych w celu bieżącego uwzględniania w prawie polskim postanowień wszystkich dyrektyw UE w dziedzinie bezpieczeństwa i higieny pracy, a także w celu wdrożenia do zbioru polskich norm odpowiednich norm europejskich z tej dziedziny”.

Uwaga, gaz!

W oczyszczalniach i kanałach prawie zawsze występuje podwyższone stężenie siarkowodoru i dwutlenku węgla oraz pojawia się metan.

Najbardziej niebezpieczny dla pracowników jest silnie toksyczny siarkowodór. Jest cięższy od powietrza, zalega w studzienkach i różnego rodzaju zagłębieniach. Na szczęście ma charakterystyczny, drażniący zapach zgniłych jaj i człowiek wyczuwa go nawet przy bardzo małych stężeniach (próg wyczuwalności zapachu: 0,18mg/m³ (ok. 0,13 ppm = 0,000013%). Niestety, podwyższone stężenie powoduje natychmiastowe porażenie zakończeń nerwowych, wskutek czego nie reagują one na zapach siarkowodoru.

Dwutlenek węgla nie jest toksyczny, ale jako gaz cięższy od powietrza wypiera tlen i często przyczynia się do niedotlenienia organizmu, utraty przytomności, a w skrajnych przypadkach do śmierci przez uduszenie. Jego obecność przyśpiesza oddychanie i akcję serca, co wspomaga pochłanianie gazów toksycznych.

Wydaje się, że najmniej niebezpieczny jest metan. Jako gaz znacznie lżejszy od powietrza łatwo się wentyluje. Jednakże w sprzyjających warunkach może tworzyć mieszaninę wybuchową z powietrzem i stanowić realne zagrożenie. Metan jest bezwonny i można go wykryć tylko przy pomocy specjalistycznych urządzeń.

 

Aby określić stężenie gazu, należy dokonać konwersji wielkości fizycznej (stężenie gazu) na wielkość elektryczną (prąd, napięcie), którą łatwo zmierzyć. Służą do tego sensory gazu. Powszechnie stosuje się sensory katalityczne, elektrochemiczne, półprzewodnikowe oraz absorpcyjne w podczerwieni.

Dwa pierwsze mają liniowe charakterystyki przetwarzania i można w oparciu o nie zbudować mierniki stężeń gazów. Sensory półprzewodnikowe posiadają silnie nieliniową charakterystykę i nadają się do detektorów progowych (sygnalizują przekroczenie określonych stężeń gazów).

Sensory katalityczne stosuje się do pomiaru stężeń gazów wybuchowych, elektrochemiczne do toksycznych i tlenu. Sensory półprzewodnikowe można stosować do wykrywania gazów zarówno toksycznych, jak i wybuchowych. Ze względu na bardzo dużą czułość świetnie sprawdzają się w wykrywaczach nieszczelności.

Sensory absorpcyjne w podczerwieni, potocznie zwane sensorami infra-red, wykorzystują do pomiaru zjawisko pochłaniania promieniowania podczerwonego. Gazy pochłaniają charakterystyczne dla siebie częstotliwości promieniowania. Mierząc stopień pochłaniania konkretnej częstotliwości, można określić rodzaj gazu i jego stężenie. Najczęściej stosowane są do precyzyjnego pomiaru CO₂ i metanu.

Gazy wybuchowe mierzy się w procentach dolnej granicy wybuchowości (do kilku procent objętościowo), a toksyczne w ppm-ach (milionowych częściach) lub miligramach na m³. Do pomiaru gazów toksycznych potrzebne są urządzenia 1000 razy czulsze niż w przypadku gazów wybuchowych.

Należy pamiętać, że powszechnie stosowane mierniki stężeń i wykrywacze gazów to nie analizatory składu powietrza. Trzeba wiedzieć, że ich wskazania mogą być zakłócane przez inne gazy o podobnych właściwościach chemicznych do gazu mierzonego. Ponadto na ich wskazania może mieć wpływ temperatura i wilgotność. W zależności od typu sensora czynniki te mają większe lub mniejsze znaczenie dla wyniku pomiaru.

Używane są przenośne i stacjonarne urządzenia do pomiaru i wykrywania niebezpiecznych stężeń gazów. W przypadku stosowania urządzeń przenośnych, trzeba stworzyć procedury posługiwania się nimi i egzekwować od pracowników ich stosowanie. Należy zapewnić wymaganą ilość sprzętu, odpowiednie warunki przechowywania oraz łatwość dostępu, uwzględnić konieczność ładowania akumulatorów.

Systemy stacjonarne działają w sposób ciągły, niezależnie od postępowania pracowników. Przekroczenie ustalonych stężeń sygnalizowane jest akustycznie i optycznie. Mogą też być automatycznie aktywowane systemy ograniczające groźbę zatrucia (np. intensywna wentylacja, odcięcie dopływu czynnika toksycznego lub wstrzymanie procesu technologicznego). Dodatkowo sygnał alarmu powinien być przekazywany do służb lub osób zobowiązanych do sprawdzenia jego przyczyny. Wskazania systemu mogą być w sposób ciągły archiwizowane, co daje obraz warunków na stanowiskach pracy.

Oczyszczalnie ścieków są obiektami trudnymi do monitorowania ze względu na zmienne występowanie par i gazów zakłócających, dużą wilgotność, znaczne różnice stężeń substancji niebezpiecznych w różnych miejscach. W przypadku systemów stacjonarnych bardzo istotny jest optymalny wybór miejsca instalacji detektora oraz właściwe określenie progów alarmowych. Przy ocenie zagrożenia na stanowisku pracy należy sprawdzać, czy są przekraczane dopuszczalne stężenia. Zdefiniowane są trzy rodzaje stężeń gazów toksycznych: NDS¹, NDSCh² i NDSP³. Dla siarkowodoru NDS wynosi 7 mg/m³ (ok. 5 ppm = 0,0005%), a NDSCh 14 mg/m³ (ok. 10 ppm = 0,0010%) (Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z 16 grudnia 2011 r. poz. 1621).

 Niestety, dla siarkowodoru nie określono NDSP. Przy stężeniach 60-70 mg/m³ działa drażniąco na oczy, przy 140-210 mg/m³ po paru godzinach występuje zatrucie, a przebywanie w stężeniu powyżej 700 mg/m³ grozi ciężkim zatruciem, a nawet śmiercią.

Urządzenia przenośne poza wskazywaniem wartości chwilowych powinny mieć możliwość uśredniania pomiaru w czasie i sygnalizować przekroczenia wartości NDS i NDSCH. Ważne jest, aby dawały możliwość sprawdzenia stanu powietrza w kanałach przed zejściem do studzienek. Zasysanie powietrza z głębokości kilku, kilkunastu metrów jest trudne. Dlatego lepszym rozwiązaniem wydaje się opuszczenie urządzenia w głąb studzienki. Oczywiście musi mieć ono możliwość zmierzenia i zapamiętania najwyższych stężeń siarkowodoru i metanu oraz minimalnego poziomu tlenu. Głębokość studzienki nie ma w takim przypadku znaczenia bo limitowana jest długością linki, na której opuszcza się miernik.

Przy wyborze urządzeń należy sprawdzić, czy posiadają stosowne atesty i certyfikaty, czy warunki panujące w obiekcie umożliwiają prawidłową pracę (temperatura, wilgotność, zagrożenie wybuchem, zakres pomiarowy, występowanie substancji zakłócających i grożących zniszczeniem sensora). W razie wątpliwości warto zapoznać się z polską normą PN-EN 60079-29-2 maj 2010: „Wybór, instalacja, użytkowanie i konserwacja detektorów gazów palnych i tlenu”. Po dokonaniu wyboru należy bezwzględnie przestrzegać warunków stosowania urządzeń podanych w instrukcji obsługi (wybór miejsca instalacji, terminy kalibracji, trwałość sensorów, zachowanie drożności filtrów, właściwe ładowanie i terminowa wymiana akumulatorów).

 

Bardzo istotną czynnością eksploatacyjną jest kalibracja. Sensory gazów różnią się zasadą działania i oczywiście parametrami metrologicznymi. Mają inne zakresy pomiarowe, większą bądź mniejszą selektywność, różnią się podatnością na zakłócenia i żywotnością. Wszystkie sensory zmieniają parametry w miarę upływu czasu i wymagają okresowych korekt wskazań, czyli kalibracji. Polega ona na poddaniu sensora działaniu mieszaniny określonego gazu z powietrzem i wykonaniu regulacji. Bardzo istotny jest sposób i precyzja przygotowania takiej mieszaniny oraz jej podanie na sensor. Kalibracja powinna być wykonywana zgodnie z procedurą określoną przez producenta. Tylko znajomość konstrukcji urządzenia i parametrów pracy sensora umożliwia ustalenie właściwego sposobu kalibracji.

 Bardzo ważne jest, aby tę tak istotną czynność wykonywały osoby o odpowiedniej wiedzy i doświadczeniu. Nieświadomość faktu, że do prawidłowej kalibracji wymagana jest wiedza, doświadczenie i odpowiedni sprzęt, powoduje, iż często ta kluczowa czynność eksploatacyjna zlecana jest firmom lub osobom zupełnie do tego nieprzygotowanym. Wystarczy, że przy przygotowywaniu mieszaniny kalibracyjnej pominie się parę wodną lub poda ją na sensor z nieodpowiednią prędkością przepływu czy przy niewłaściwej temperaturze, a kalibracja będzie błędna. Detektor zareaguje na gaz nieprawidłowo, co może doprowadzić do wypadku lub spowodować fałszywe alarmy.

Często o wyborze zleceniobiorców decyduje cena usługi, a nie przygotowanie merytoryczne i techniczne. Wykorzystują to firmy nierzetelne. Przyjmują zlecenia ze świadomością, że nie są w stanie ich należycie wykonać. Ale przekonanie, że zlecający nie ma możliwości weryfikacji ich pracy, stanowi silną zachętę. Zlecający powinien zawsze sprawdzać, czy zleceniobiorca ma uprawnienia, wiedzę i możliwości techniczne do przeprowadzenia określonych czynności eksploatacyjnych. Instrukcje obsługi z reguły zawierają informacje pomagające zweryfikować potencjalnych zleceniobiorców. W przypadku wątpliwości bardzo pomocny jest Internet. Łatwo można odnaleźć producenta lub dystrybutora urządzeń i uzyskać pomoc.

 

Warte uwagi jest rozwiązanie, w którym oferowane detektory wyposażono w wymienny moduł sensora. Taki moduł zawiera sensor gazu i wszystkie niezbędne elementy elektroniczne potrzebne do jego kalibracji. W przypadku konieczności kalibracji użytkownik może we własnym zakresie wymontować moduł sensora i poddać go kalibracji bądź wymienić na inny, już skalibrowany. Operacje te są przeprowadzane bez konieczności wymontowywania detektora z instalacji. To unikatowe rozwiązanie techniczne znakomicie ułatwia i obniża koszty eksploatacji systemów detekcji gazów. Inteligentne moduły sensorów wyposażone są w procesor i zapamiętują parametry pracy sensora, takie jak: ilość alarmów, czas pracy w stanach alarmowych, ilość przekroczeń zakresów pomiarowych oraz ewentualne stany awaryjne. Przy kalibracji można prześledzić, w jakich warunkach pracują detektory i ewentualnie dokonać korekt w ustawieniach parametrów pracy systemów bądź zaproponować zmianę sensorów na inne. W przypadku zmiany technologii w zakładzie pracy i zmiany rodzajów substancji niebezpiecznych nie trzeba wymieniać detektorów – wystarczy wymienić moduły sensorów na odpowiednie, co jest rozwiązaniem prostszym, szybszym i tańszym. Dostępne są moduły sensora wyposażone w każdy z wymienionych typów sensorów.

Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. (DzU nr 109, poz. 719) uznaje stacjonarne systemy gazów wybuchowych za urządzenia przeciwpożarowe. Treść paragrafów 3 i 4 tego rozporządzenia nakazuje użytkownikom stosowanie się do instrukcji producentów i przeprowadzanie kontroli nie rzadziej niż raz w roku oraz określa osoby odpowiedzialne za prawidłową eksploatację urządzeń.

Niestety, doświadczenie pokazuje, że detektory gazów często eksploatowane są nieprawidłowo. Zdarza się, że osoby za to odpowiedzialne nie znają lub nawet nie posiadają instrukcji ich obsługi.

Pracownicy odpowiedzialni za prawidłowy stan infrastruktury technicznej powinni mieć świadomość, że w przypadku awarii, wypadku lub szczegółowej kontroli mogą ponieść konsekwencje prawne i finansowe nieprawidłowej eksploatacji urządzeń.

Tylko bezwzględne przestrzeganie instrukcji obsługi gwarantuje prawidłową pracę urządzeń i zapewnia bezpieczeństwo pracownikom oraz monitorowanym obiektom.

 

 

 

 

Krzysztof Chmielewski, Gazex