השימוש בגזים לתהליכים הנו חלק בלתי נפרד מהתעשייה בעולם, ובין היתר קירור ומיזוג אוויר.
תהליכים אלו דורשים תכנון, התקנה וביצוע ע"י מומחים לנושא, יחד עם עמידה בתקנים מחמירים עקב סכנה של דליפת גזים רעילים, נפיצים וכדומה.
קיימים תקנים בהוראות החוק המחויבים ביישום ואשר נועדו להגנה על חיי אדם בסביבת העבודה. יחד עם סכנה לחיי אדם קיימים שיקולים נוספים אשר יש לקחת בחשבון, כגון: פגיעה בסביבה, עלות הגז המשתחרר לאוויר, פגיעה בתפקוד המתקן אפילו עד כדי עצירתו ואף פגיעה בסחורה הנמצאת בתהליך הייצור או האכסון.
לפיכך הולך ומתפתח תחום גלאי הגז ומערכות ההתראה המאפשרות ניטור, קבלת התראות בזמן אמת וכן טיפול בסילוק האוויר המזוהם, ועד סגירת המערכת למניעת נזק או אסון.
בתחום הגלאים הנייחים ניתן היום לנטר כמעט את כל סוגי הגזים הקיימים וניתן להתאים סוג חיישן לכל אפליקציה.
להלן סקירה כללית, תחומים ואופן פעולה של סוגי חיישנים שונים:
חיישנים קטליטים:
פופולריים ביותר בגילוי גזים נפיצים או אמוניה.
המדידה מתבצעת ע"י אלמנט חימום ומדידת השינוי בהתנגדות האלמנט בתנאי שריפה שונים (ריכוז חמצן או גז בסביבת האלמנט).
חיישנים אלו הנם זולים יחסית ובעלי אורך חיים של עד 5 שנים, זמן התגובה שלהם הנו כ-20-30 שניות ויעילים יותר בתחום שמעל ל- 1000 ppm (Part per Milion).
חיישני מוליך למחצה semi conductors:
גם חיישנים אלו מבצעים את המדידה ע"י שינוי התנגדות של חצי מוליך בתנאי שריפה שונים. חיישנים אלו יכולים לשמש בגילוי גזים נפיצים, רעילים וגם גזי קירור.
יש הטוענים כי חיישנים אלו מתפקדים טוב יותר בגילוי גזים נפיצים בריכוז הנמוך מ-1000 ppm.
חיישני מוליך למחצה הנם זולים יחסית ובעלי אורך חיים ארוך, הם רגישים, יציבים ויכולים לשמש למדידת תחום רחב של גזים כגון גזי קירור למיניהם: אמוניה, הידרוקרבון ואפילו תערובות.
החיסרון בסוג זה של חיישנים הוא שלא ניתן לכייל אותם למדידת סוג אחד של גז, דהיינו גזים אחרים אשר יכולים להמצא בסביבה, ישפיעו על הגלאי. יכול בעיקר להתאים לקבלת התראות מסביבה בה ישנו שימוש בתערובות גזים.
חיישני אינפרא אדום:
טכנולוגית האינפרא אדום משתמשת בעובדה כי לכל סוג גז יש תחום ספיגה לקרני אינפרא המאפיין אותו. מדידת עוצמת הקרן המוחזרת מאפשרת לקבוע את ריכוז הגז באוויר.
בעבר חיישני אינפרא אדום שימשו לגילוי גז אחד בלבד והיו מדוייקים מאוד עד כדי 1 ppm אך יתרון זה הפך לחיסרון כאשר נדרש גילוי של תערובות בסביבות בהן נעשה שימוש במגוון גזים. במקרים אלו נדרשו מספר גלאים לפי סוגי הגזים שבשימוש בתערובת, והדבר ייקר מאוד את מחיר המערכת.
לאור הדרישה פותחו דגמים חדשים עם גל אינפרא אדום רחב יותר, המאפשר גילוי של תערובות גזים. אך שוב, בכל יתרון קיים גם חיסרון ויכולות הדיוק של הגלאי נפגעו מכך. כיום חיישני אינפרא אדום משמשים בעיקר לגילוי CO2.
חיישנים אלקטרוכימיים:
חיישנים אלו משמשים בעיקר לגילוי גזים רעילים ואמוניה אך אינם מתאימים לפריאון.
החיישנים בנויים מתאים אלקטרו כימיים המכילים 2 אלקטרודות הטבולות בחומר אלקטרו כימי, המייצר תגובה שלילית במגע עם גזים.
תגובה זו מייצרת זרם בין האלקטרודות וזה משתנה באופן יחסי לריכוז הגז.
חיישנים אלו מאוד מדוייקים ויכולים להגיע לרמה של 0.02 ppm, ומתאימים בעיקר לגזים רעילים אשר אין אפשרות לגלותם בצורה אחרת, וכאשר נדרשת רמת דיוק גבוהה ביותר.
השימוש בחיישנים אלו יקר מאוד הן בשל תחום הגילוי הנמוך אך בעיקר בשל העובדה שאורך חייהם הנו רק שנה אחת עד שנתיים ותדירות ההחלפה גבוהה.
למרות זאת כיום גלאים אלו זמינים לתחום גילוי של 0-1000 ppm ועם אורך חיים ארוך יותר, מינימום שנתיים תחת אחריות ועד 3 שנים בשימוש נורמטיבי. חיישנים אלו מומלצים לגילוי אמוניה ברמות של 0-1000 ppm.
חשוב לדעת! חיישנים אלו עלולים להגיב כאשר יחול שינוי לחות פתאומי בחלל, אך יתייצבו חזרה במהרה.
כמו כן אורך חיי החיישנים יתקצר כאשר יותקנו בסביבה שבה תמיד ישנן כמויות קטנות של אמוניה באוויר, במקרים אלו כדאי לשקול סוג חיישן אחר.
התאמת סוגי גלאים לגז הנמדד
שיטות מדידה – יתרונות וחסרונות:
ישנם 2 סוגי שיטות מדידה:
חיישנים מרוחקים – החיישנים מותקנים בשטח הנדרש לניטור ובעזרת חיווט חשמלי ניתן לקשר את החיישנים למרכזיה המטפלת בהתראות.
החסרון היחיד בשיטה זו הוא מחיר מעט גבוה מאחר ודרוש חיישן לכל אזור.
יחידת חישה מרכזית המשתמשת בדגימת אוויר מהשטח הנדרש לניטור – האוויר המנוטר נשאב באמצעות צינוריות פלסטיק דקות אל מרכז חישה ושם נבדק.
שיטה זו מיושמת בעיקר כאשר רוצים לחסוך את עלות החיישנים, אך החסרונות בשיטה זו רבים מידי:
– הדגימה אינה מבוצעת ברציפות מאחר וקיים זמן מחזור בסבב הדגימות. זמן זה יחד עם זמן התגובה של החיישן עצמו, מאריך את זמן התגובה של המערכת.
– אבק מהסביבה נשאב אל הצינוריות ועלול לגרום לסתימות, בעיקר כאשר מותקן פילטר בקצה הצינורית.
– פגם בצינוריות עלול לגרום למדידה לא נכונה ואף לדליפת גזים מהצינורית.
– קשה למנוע קיפולים בזמן התקנת הצנרת, דבר אשר יפגע במדידה. בנוסף, אם קיימת תקלה ביחידה המרכזית, כל המערכת אינה מתפקדת.
בשל כל הסיבות הללו, עדיף תמיד לשקול התקנת גלאים עצמיים מרוחקים, גם אם העלות ההתחלתית גבוהה יותר.
מדריך:
ריכוזי הגז ניתנים למדידה בכמה צורות, להלן חלק מצורות המדידה המקובלות יותר.
1) אחוז נפח: נמדד באחוזים ומתיחס לכמות הגז הנמדד באחוזים ביחס לנפח החלל הנמדד. 1% = 10,000 ppm
2) ריכוז בנפח: נמדד ב- Mg/M3 בתנאים של 20°C ו- 1 אטמוספירה ppm = Mg/M3
3) (Parts per Milion) PPM: מספר החלקיקים של החומר הנמדד מתוך מיליון חלקיקי האוויר בחלל.
4) LEL – מתיחס רק לגזים נפיצים ומשמעותו: Lower Explosive Limit – דהיינו הגבול העליון המותר שמעליו קיימת סכנת התפוצצות או התלקחות.
מקובל למדוד גזים אלו ב-% מתוך ה LEL ז"א 100% שווה ל LEL
מצ"ב גבולות LEL למספר גזים פופולריים.
| אחוזי נפח
לגבול LEL |
סוג הגז |
| 15% | AMMONIA |
| 1.6% | BUTANE |
| 1.9% | LPG |
| 5.0% | METHANE |
| 12.5% | CARBON MONOXIDE |
| 4% | HYDROGEN |
| 2.1% | PROPANE |
5) TWA (Time Weighted Averages) זמן החשיפה הממוצע המותר לרוב האנשים זמן זה נקבע לפי:
(Permissible Exposure Limits) – PELs – גבול מותר
(Recommended Exposure Limits) – RELs – גבול מומלץ
(Threshold Limit Valves) – TLVs – גבול בטוח
גבולות אלו מחושבים לפי ממוצע של 8 שעות ביום, 40 שעות בשבוע, 50 שבועות בשנה.
6) (Short-term Exposure Limit) – STEL – גבול מותר לחשיפה לזמן קצר. נתון זה משתנה ממדינה למדינה ונע בין 10 ל-15 דקות.
מה כדאי לדרוש
מכלול הגלאי עצמו צריך להתאים לחיבור לסוגי בקרה שונים לפיכך רצוי לבחור גלאים המאפשרים את החיבורים הבאים:
יציאה אנאלוגית רציפה הניתנת לבחירה (4-20mA,0-20mA,1-5V,0-10V)
מגעים יבשים הניתנים לכיול לפי דרישות המשתמש (הפעלת התראה מקומית, הפעלת מפוח פינוי אויר, וכו').
רצוי כי לגלאי תהיה יציאת תקשורת מובנית המאפשרת התחברות למרכזיה אוגרת נתונים ושולחת התרעות בזמן אמת ע"ג SMS,נורות אזהרה, צופר וכו'.
כיום ניתן להזמין את הגלאים בהתאמה לאפליקציות שונות, לדוגמא: מוגני התפוצצות, להתקנה בתעלות ולהתקנה בחדרים בטמפ' נמוכות עד -40 °C.
כמו כן ניתן ורצוי להתקין לכל גלאי צג דיגיטלי מקומי.
בנוסף כדאי לדרוש אפשרות לחיישן בר החלפה בגלאי, כאשר קיים צורך בכיול או החלפה, אין צורך להחליף את כל הגלאי וניתן לרכוש או לכייל רק את החיישן, דבר היוצר יתרון עצום בעלויות האחזקה לגלאים.
מיקום הגלאי בסביבת המדידה
אין חוקים ברורים לגבי כמות ומיקום הגלאים אך ישנם מספר הנחיות פשוטות ויעילות.
ראשית יש לקחת בחשבון כי הגלאי בודק נקודה אחת בחלל הנמדד אם הגז הדולף לא יגיע אל הגלאי, לא תתקבל התראה.
שטח כיסוי
שטח הכיסוי של כל גלאי אינו מוחלט ולכן קשה לקבוע כמה גלאים דרושים לשטח נתון.
התקן הבריטי EN378 קובע כי שטח הכיסוי של גלאי בחדר מכונות הנו 36m2 שטח זה יכול לגדול במידה וקיימת זרימת אויר בחדר.
בחדרי קירור, בשל תנועת האויר על ידי מפוחי המאייד שטח הכיסוי גדל עד 50-100m2.
בחניונים מאווררים שטח הכיסוי הנו אף גדול יותר.
מיקום הרגש
מיקום הרגש נקבע לפי משקל הגז (קל או כבד מהאויר).
במידה והגז הנמדד כבד מהאויר יש למקם את הרגש קרוב ככל הניתן לריצפה תוך התחשבות בסכנות הצפה, שטיפה ואבק.
במידה והגז קל מן האויר, יש למקם את הרגש גבוה ככל הניתן בחדר ואולי אף על התקרה (בחדרים בטמפרטורה גבוהה, אויר חם הנלכד למעלה בחדר עלול לשמש כחוצץ לגז ואז רצוי להתקין את הגלאי כ 30 ס"מ מתחת לקו התקרה).
במידה ומשקל הגז שווה למשקל האויר יש למקם את הגלאי בערך בגובה הפנים.
כמו כן קיימות הנחיות נוספות להתקנת הגלאים בסביבות שונות כגון: מקומות פתוחים, חדרי מכונות, יטא"ות, חדרי מלון וכו'.
להלן המלצות התקנים הבינלאומיים לרמות אזעקה נדרשות, זמני כיול והחלפה לרגשים בהתאם לסוג הרגש.
הנחיות לכיול / החלפה:
