ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ

Η αυξανόμενη χρήση αερίων (υγραερίου ή φυσικού αερίου) σε οικιακές χρήσεις αλλά και η βιομηχανική χρήση εύφλεκτων ή τοξικών αερίων δημιουργεί την ανάγκη ανίχνευσης πιθανών διαρροών τους. Ο έγκαιρος εντοπισμός μιας διαρροής αερίου είναι κρίσιμος για την προστασία της ανθρώπινης ζωής, την αποφυγή δηλητηριάσεων ή ασφυξίας, καθώς και για την πρόληψη εκρήξεων – πυρκαγιών. Παρακάτω θα περιγράψουμε τη συμπεριφορά και τα βασικά χαρακτηριστικά των κυριότερων αερίων ώστε να μπορεί κάποιος να σχεδιάσει σωστά ένα σύστημα ή μια εγκατάσταση ανίχνευσής τους.

Ιδιότητες των αερίων.

1. Δεν έχουν σταθερό σχήμα ή όγκο
Τα αέρια παίρνουν το σχήμα και τον όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκονται, επειδή τα σωματίδιά τους κινούνται ελεύθερα.
2. Είναι συμπιεστά
Μπορούν να συμπιεστούν εύκολα, δηλαδή να μειωθεί ο όγκος τους όταν αυξηθεί η πίεση.
3. Ασκούν πίεση
Τα μόρια των αερίων συγκρούονται συνεχώς με τα τοιχώματα του δοχείου και έτσι ασκούν πίεση προς όλες τις κατευθύνσεις.
4. Έχουν μικρή πυκνότητα
Σε σύγκριση με τα υγρά και τα στερεά, τα αέρια έχουν πολύ μικρότερη πυκνότητα, επειδή τα μόριά τους απέχουν πολύ μεταξύ τους.
5. Διαστέλλονται με τη θέρμανση
Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, τα μόρια κινούνται γρηγορότερα και το αέριο διαστέλλεται (αυξάνει ο όγκος του).
6. Διαχέονται εύκολα
Τα αέρια αναμειγνύονται γρήγορα μεταξύ τους (διάχυση), π.χ. η μυρωδιά ενός αρώματος σε ένα δωμάτιο.

Κατηγορίες αερίων.

Τα αέρια που συνήθως καλούμαστε να ανιχνεύσουμε τα χωρίζουμε σε τρείς γενικές κατηγορίες, εκρηκτικά, τοξικά και ασφυξιογόνα.

 

Εκρηκτικά είναι τα αέρια που, από ένα σημείο συγκέντρωσης και πάνω, δημιουργούν εκρηκτικό μίγμα με τον αέρα.

Παραδείγματα εκρηκτικών αερίων

Φυσικό αέριο , Προπάνιο, Βουτάνιο, Υγραέριο (LPG), Υδρογόνο, Ασετυλίνη, Αμμωνία.

 

Τοξικά είναι τα αέρια που, όταν διαρρεύσουν, μπορούν να προκαλέσουν βλάβες σε ζωντανούς οργανισμούς.

Εμποδίζουν τη μεταφορά ή τη χρήση του οξυγόνου στο αίμα και στους ιστούς, παρότι υπάρχει επαρκές οξυγόνο στο περιβάλλον.

Παραδείγματα τοξικών αερίων

  • Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) → δεσμεύεται με την αιμοσφαιρίνη.
  •  Κυανιούχα (CN⁻) → εμποδίζουν τη χρήση του οξυγόνου σε κυτταρικό επίπεδο.
  •  Υδρόθειο (H₂S)

 

Ασφυξιογόνα είναι τα αέρια που προκαλούν ασφυξία, δηλαδή δυσκολία ή αδυναμία στην αναπνοή, παρεμποδίζοντας την πρόσληψη ή τη χρήση του οξυγόνου από τον οργανισμό. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει διάφορους τύπους αερίων, που δρουν με διαφορετικούς μηχανισμούς.

Δρουν εκτοπίζοντας το οξυγόνο από τον αέρα, χωρίς να αντιδρούν χημικά με τον οργανισμό.

Παραδείγματα ασφυξιογόνων αερίων

  • Αζωτο (Ν 2 ),
  • Ήλιο (He).
  • Μεθάνιο (CH₄)
  •  Διοξείδιο του άνθρακα (CO₂)

➤ Ο κίνδυνος εδώ είναι η έλλειψη διαθέσιμου οξυγόνου για αναπνοή.

Σημείωση: ορισμένα αέρια, όπως η αμμωνία, είναι ταυτόχρονα εκρηκτικά και τοξικά, ανάλογα με τη συγκέντρωση.

 

Εκρηκτικά αέρια.

Σε περίπτωση που το αέριο που θέλουμε να ανιχνεύσουμε είναι εκρηκτικό το βασικό χαρακτηριστικό που μας ενδιαφέρει είναι το χαμηλότερο σημείο εκρηκτικότητας (L.E.L. από το Lower Explosion Limit) και είναι η περιεκτικότητα του αερίου στο μίγμα αερίου αέρα πάνω από την οποία το μίγμα γίνεται εύφλεκτο εκρηκτικό. Αν το αέριο φτάσει  και ξεπεράσει αυτό το όριο, οποιαδήποτε φλόγα, σπινθήρας, ηλεκτροστατική εκκένωση ή και θερμό σώμα μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξη-έκρηξη.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

  • Ένα ppm είναι 1 μέρος σε 1,000,000 συνολικά μέρη. Γενικά τα ppm (μονάδα ανά εκατομμύριο) είναι η μικρότερη μονάδα μέτρησης. 10.000 ppm = 1% κατ’
    όγκο
  • LEL (Lower Explosive Limit): η ελάχιστη συγκέντρωση ενός εύφλεκτου αερίου ή ατμού στον αέρα, κάτω από την οποία το μίγμα ΔΕΝ μπορεί να αναφλεγεί ή να εκραγεί.
  • UEL (Upper Explosive Limit) είναι η μέγιστη συγκέντρωση ενός αερίου ή ατμού στον αέρα, πάνω από την οποία το μίγμα ΔΕΝ μπορεί να αναφλεγεί ή να εκραγεί.

Συμπερασματικά:

Κάτω από το LEL: πολύ λίγο καύσιμο-δεν καίγεται

Μεταξύ LEL και UEL: επικίνδυνη ζώνη-φωτιά / έκρηξη

Πάνω από το UEL: πολύ καύσιμο, λίγο οξυγόνο-δεν καίγεται

Παράδειγμα:

Προπάνιο (C 3 H 8 )

LEL≈2,1 %

UEL≈9,5 %

Συνεπώς εκρηκτικό μίγμα υπάρχει μόνο μεταξύ 2,1 % και 9,5 % στον αέρα.

  •  Κάθε αέριο έχει διαφορετικό LEL ή σημείο όπου το αέριο θα καεί ή θα γίνει
    εκρηκτικό
  •  Οι περισσότερες εύφλεκτες ενώσεις γίνονται εκρηκτικές σε όγκο μικρότερο από
    5%
  •  Κάθε αέριο έχει διαφορετικό ελάχιστο και μέγιστο όριο ανάφλεξης (LEL και
    UEL)

 

Τοξικά αέρια.

Τα τοξικά αέρια είναι αέρια ή ατμοί που, όταν εισπνευστούν (ή σε ορισμένες περιπτώσεις έρθουν σε επαφή με το δέρμα), μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές
βλάβες στην υγεία ή και θάνατο, ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις

Συνηθισμένα παραδείγματα

  • Μονοξείδιο του άνθρακα (CO): Άχρωμο, άοσμο· προκαλεί υποξία χωρίς
    προειδοποίηση.
  • Χλώριο (Cl₂): Ερεθιστικό, προκαλεί βλάβες στους πνεύμονες.
  • Αμμωνία (NH₃): Ισχυρά ερεθιστική για μάτια και αναπνευστικό.
  • Υδρόθειο (H₂S): Μυρωδιά «σάπιου αυγού», αλλά σε υψηλές συγκεντρώσεις
    αναισθητοποιεί την όσφρηση.
  • Διοξείδιο του αζώτου (NO₂): Προκαλεί φλεγμονή στους πνεύμονες.

Πηγές έκθεσης

  • Βιομηχανικά ατυχήματα και αποθήκευση χημικών
  • Καύση καυσίμων (λέβητες, τζάκια, γεννήτριες)
  • Οικιακά προϊόντα και καθαριστικά (ιδίως σε κακό αερισμό)
  • Σήψη οργανικών υλικών ή λύματα

 

ΤΥΠΟΙ ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ

Τους ανιχνευτές τους χωρίζουμε σε κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο της εξόδου τους, τον τύπο του αισθητηρίου και το περιβάλλον για το οποίο έχουν φτιαχτεί να λειτουργούν. Οι ανιχνευτές που λειτουργούν αυτόνομα και εκείνοι που συνεργάζονται με συμβατικούς πίνακες πυρανίχνευσης έχουν σαν έξοδο επαφή ρελέ που ενεργοποιείται σε προρυθμισμένη συγκέντρωση αερίου. Αυτοί που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις έχουν αναλογική έξοδο (4-20mA) και συνεργάζονται μόνο με ειδικούς πίνακες που διαθέτουν τις ανάλογες εισόδους. Οι τύποι των αισθητηρίων που χρησιμοποιούνται στους ανιχνευτές αερίων είναι:

Καταλυτικοί.

Χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση εκρηκτικών αερίων (σε συγκεντρώσεις που μετριούνται σε % L.E.L.). Η διάρκεια ζωής τους είναι συνήθως 5 χρόνια. Σταδιακά χάνουν την ευαισθησία τους (με ρυθμό περίπου 5% ανά έτος) γι’ αυτό και χρειάζονται περιοδική αναβαθμονόμιση 1 έως 2 φορές ανά έτος.

Ηλεκτροχημικοί.

Χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση τοξικών αερίων σε μικρές συγκεντρώσεις (συγκεντρώσεις που μετριούνται σε ppm). Η διάρκεια ζωής τους είναι
2 έως 3 χρόνια. Η ευαισθησία τους επηρεάζεται από την υγρασία και την χαμηλή θερμοκρασία γι’ αυτό και χρειάζονται περιοδική αναβαθμονόμηση μια έως
δύο φορές ανά έτος.

Υπέρυθροι.

Χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση αερίων που δεν μπορούν να ανιχνευτούν με τους άλλους ανιχνευτές (π.χ. διοξείδιο του άνθρακα).
Έχουν υψηλότερο κόστος αλλά και πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους άλλους δύο τύπους τα κυριότερα από τα οποία είναι:
– Δεν επηρεάζονται από υγρασία και θερμοκρασία περιβάλλοντος.
– Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μέτρηση πολύ μικρής ή μεγάλης συγκέντρωσης
του ίδιου αερίου.
– Δεν επηρεάζεται η ευαισθησία τους αν βρεθούν ξαφνικά σε πολύ μεγάλη
συγκέντρωση του αερίου
– Δεν “δηλητηριάζονται” από αέρια που προκαλούν μόνιμη βλάβη στους άλλους δύο
τύπους.
– Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση περισσότερων από ένα αέρια
ταυτόχρονα.

Ημιαγωγικοί αισθητήρες (MOS)

Ανιχνεύουν αλλαγές αγωγιμότητας παρουσία αερίων. Χρήσιμοι για γενική προειδοποίηση.

Φορητοί πολυανιχνευτές & σταθερά συστήματα

Φορητά για επιτόπιους ελέγχους, σταθερά για συνεχή παρακολούθηση εγκαταστάσεων.

Πού χρησιμοποιούνται

  • Βιομηχανία πετρελαίου & αερίου
  • Χημικά εργοστάσια
  • Αποθήκες καυσίμων
  • Λεβητοστάσια, κουζίνες υγραερίου
  • Υπόγειοι χώροι, σήραγγες
  • Οικιακή χρήση

Κατηγορίες συστημάτων ανίχνευσης

1. Συμβατικά / απλά συστήματα

Πρόκειται για ανιχνευτές που ενεργοποιούνται όταν ανιχνεύσουν συγκέντρωση πάνω από ένα κατώφλι (threshold). Συνδέονται με πίνακες πυρανίχνευσης (συμβατικούς ή διευθυνσιοδοτούμενους) και μπορούν:

  • να δώσουν συναγερμό (σειρήνες / φάροι),
  • να διακόψουν την παροχή αερίου μέσω ηλεκτροβάνας,
  • να διακόψουν το ρεύμα για αποφυγή σπινθήρων,
  • να ενεργοποιήσουν ανεμιστήρες εξαερισμού.

2. Αναλογικά / προηγμένα συστήματα

Αναγκαία σε βιομηχανίες, αποθήκες χημικών και εργαστήρια υψηλών προδιαγραφών.

Σε αντίθεση με τους απλούς ανιχνευτές, οι αναλογικοί:

  • παρακολουθούν συνεχώς τη συγκέντρωση αερίων,
  • δίνουν πολλαπλά επίπεδα προειδοποίησης,
  • καταγράφουν δεδομένα,
  • συμμορφώνονται με πιστοποιήσεις ATEX, IECEx, SIL.

Τοποθέτηση και συντήρηση

  • Ελαφρύτερα αέρια (φυσικό αέριο, υδρογόνο): αισθητήρες ψηλά.
  • Βαρύτερα αέρια (προπάνιο, βουτάνιο): αισθητήρες χαμηλά.
  • Σε μεγάλες εγκαταστάσεις απαιτείται μελέτη αερισμού και σημείων συγκέντρωσης.
  • Απαραίτητη η τακτική βαθμονόμηση (calibration), καθώς οι ανιχνευτές χάνουν μέρος της ευαισθησίας τους με τον χρόνο.

Σημείωση: Πως καταλαβαίνουμε γρήγορα εάν ένα αέριο είναι ελαφρύτερο ή βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Βρίσκουμε την μοριακή μάζα του αερίου από τον μοριακό τύπο Π.Χ το C 3 H 8 έχει μοριακή μάζα 12*3+1*8=44 g/mol. Γνωρίζουμε ότι η μοριακή (μέση) μάζα του αέρα είναι περίπου 29 g/mol. Διαιρούμε την μοριακή μάζα του αερίου με την μοριακή (μέση) μάζα του αέρα και στην προκειμένη περίπτωση βρίσκουμε : 44/29=1,52. Συνεπώς το προπάνιο είναι 1,52 φορές βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα.

Κριτήρια επιλογής

  • Τύπος αερίου που χρησιμοποιείται.
  • Επίπεδο κινδύνου (οικιακός χώρος, βιομηχανία, εργαστήριο).
  • Απαιτήσεις κανονισμών / πιστοποιήσεων.
  • Κόστος εγκατάστασης και συντήρησης.

Η υπερδιαστασιολόγηση μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολικό κόστος και τελικά στην εγκατάλειψη του έργου. Ωστόσο, η πλήρης απουσία ανίχνευσης είναι σαφώς πιο επικίνδυνη. Ένα μεσαίο επίπεδο προστασίας, σωστά μελετημένο, είναι προτιμότερο από την καθόλου προστασία.

Η ανίχνευση αερίων αποτελεί βασικό κεφάλαιο για την ασφάλεια, την πρόληψη ατυχημάτων και τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς.

  • Για οικιακές εφαρμογές και μικρούς χώρους, ένα απλό σύστημα πυρανίχνευσης
    με ανιχνευτές αερίου μπορεί να προσφέρει επαρκή ασφάλεια με μικρό κόστος.
  • Για βιομηχανίες και εγκαταστάσεις υψηλού κινδύνου, τα αναλογικά συστήματα
    είναι απαραίτητα, παρά το υψηλότερο κόστος.

Η σωστή επιλογή, μελέτη και τακτική συντήρηση των συστημάτων αυτών αποτελεί επένδυση που σώζει ζωές και προλαμβάνει καταστροφές.

Τι ορίζει η τρέχουσα νομοθεσία-Ασφάλεια & Κανονισμοί

  • Η ανίχνευση στοχεύει στην πρόληψη, όχι στην επιβεβαίωση κινδύνου από μη
    ειδικούς.
  • Τα συστήματα πρέπει να πιστοποιούνται και να συντηρούνται τακτικά.
  • Τα όρια συναγερμού ορίζονται συνήθως ως ποσοστό του LEL σύμφωνα με
    πρότυπα όπως αυτά που υιοθετούν οργανισμοί π.χ. OSHA (ή τα αντίστοιχα
    ευρωπαϊκά πρότυπα).

Οι ανιχνευτές αερίου απευθύνονται τόσο σε ιδιώτες όσο και επαγγελματίες. Ειδικότερα για τους ιδιοκτήτες εστιατορίων, μαγειρείων αλλά και γενικότερα για όσες επιχειρήσεις χρησιμοποιούν φιάλες προπανίου σε εσωτερικούς χώρους, η εγκατάσταση ενός συστήματος ανίχνευσης αερίου κρίνεται υποχρεωτική από τον
νόμο. Επίσης για τις βιομηχανίες που χρησιμοποιούν φιάλες αερίων πρέπει να λαμβάνονται σχετικά μέτρα ανίχνευσης όπου ορίζει η εκάστοτε νομοθεσία. Η ZISIS FIRE & SAFETY SOLUTIONS διαθέτει εξειδικευμένους μηχανικούς οι οποίοι αναλαμβάνουν να πραγματοποιήσουν την προσφορά, την μελέτη και την τελική εγκατάσταση των ανιχνευτών αερίου στο χώρο σας ή να επιλύσουν οποιοδήποτε θέμα αντιμετωπίζετε σχετικά με την ασφάλεια της εγκατάστασή σας.

 

ΕΥΘΥΜΙΟΣ Η. ΖΗΣΗΣ
Διπλ. Χημικός Μηχανικός Α.Π.Θ, MSc
Χημικός Ναυτιλίας-Επιθεωρητής επικινδύνων αερίων
Τεχνικός Ασφαλείας
Ενεργειακός Επιθεωρητής
Μελετητής και εγκαταστάτης συστημάτων πυρασφάλειας-πυρόσβεσης