راهنمای دتکتورهای دودی مکشی یا اسپیراتینگ ها برای مهندسین

اثر رقیق‌سازی
حساسیت یک سامانه تشخیص مکشی به دو عامل اصلی بستگی دارد: تعداد سوراخ‌های نمونه‌برداری در شبکه لوله‌کشی و آستانه‌های قابل برنامه‌ریزی تشخیص دود. تعداد سوراخ‌های نمونه‌برداری می‌تواند بر میزان رقیق‌سازی هوای بازگشتی به محفظه حسگر تأثیر بگذارد.
برای مثال، زمانی که دود از یک سوراخ نمونه‌برداری وارد می‌شود، غلظت دود به‌دلیل عبور از سایر سوراخ‌هایی که هوای پاک (بدون دود) را جذب می‌کنند، کاهش می‌یابد. زمانی که این هوای تمیز با هوای آلوده به دود ترکیب می‌شود و به محفظه تشخیص وارد می‌گردد، هوای آلوده به دود رقیق می‌شود. به این پدیده «اثر رقیق‌سازی» گفته می‌شود (شکل ۷ در پایین).

در شکل ۷، رنگ خاکستری نشان‌دهنده دودی است که از دورترین سوراخ نمونه‌برداری در لوله وارد می‌شود. این دود در حین عبور از لوله با هوای پاک ترکیب شده و غلظت آن کاهش می‌یابد. اثر رقیق‌سازی به‌طور مستقیم با تعداد سوراخ‌های نمونه‌برداری در شبکه لوله‌کشی مرتبط است. هرچه تعداد سوراخ‌ها بیشتر باشد، حجم هوایی که به سمت ASD منتقل می‌شود نیز بیشتر شده و در نتیجه دود معلق در هوا بیشتر رقیق می‌شود.
برای مثال، اگر لوله نمونه‌برداری ۵۰ متر (۱۶۴ فوت) طول داشته باشد و در هر ۵ متر (۱۶ فوت) یک سوراخ تعبیه شده باشد، در مجموع ۱۰ سوراخ از جمله درپوش انتهایی خواهیم داشت.

در این مثال ساده، فرض می‌شود که هر سوراخ مقدار تقریباً برابری از هوا را وارد می‌کند. اگر یک منبع دود با غلظت ۲٪ انسداد بر متر (obs/m) در انتهای لوله قرار گیرد و از سایر سوراخ‌ها دود وارد نشود، دود در مسیر حرکت خود با هوای پاک ترکیب می‌شود. زمانی که نمونه به آشکارساز می‌رسد، غلظت آن به ۰.۲٪ obs/m، یا یک‌دهم مقدار اولیه کاهش یافته است. بنابراین، اگر آستانه هشدار اولیه روی ۰.۲٪ obs/m تنظیم شده باشد، غلظت دود در خارج از سوراخ باید بیش از ۲٪ obs/m باشد تا هشدار به صدا درآید.

در نتیجه، هرچه طول لوله و تعداد سوراخ‌های نمونه‌برداری بیشتر باشد، سامانه بیشتر در معرض اثر رقیق‌سازی قرار می‌گیرد. در این شرایط، بهتر است بر اساس بدترین حالت ممکن طراحی صورت گیرد.
در واقعیت، محاسبه رقیق‌سازی به سادگی مثال بالا نیست و عوامل بیشتری دخیل‌اند. هر سامانه ویژگی‌های متفاوتی دارد، بنابراین محاسبه دقیق آن بسیار پیچیده است. عواملی که بر نرخ رقیق‌سازی تأثیر می‌گذارند شامل اندازه و تعداد سوراخ‌ها، سه‌راهی‌ها و زانویی‌ها در شبکه لوله‌کشی، قطر لوله، و عوامل محیطی مانند دما، فشار و رطوبت هوا می‌شوند.

 

زمان انتقال

زمان انتقال، مدت‌زمانی است که ذرات دود برای رسیدن به محفظه حسگر در دتکتور دودی مکشی نیاز دارند. این زمان (بر حسب ثانیه) از لحظه ورود ذرات به نقطه نمونه‌برداری تا رسیدن آن‌ها به محفظه تشخیص اندازه‌گیری می‌شود. این زمان‌ها با استفاده از نرم‌افزار طراحی دتکتور دودی مکشی محاسبه شده و در فرآیند راه‌اندازی و تأیید نهایی در میدان، به‌صورت عملی ارزیابی و تأیید می‌گردند.

چندین پارامتر در تعیین زمان انتقال تأثیرگذار هستند، از جمله:

• اندازه و تعداد سوراخ‌های نمونه‌برداری
• تنظیم سرعت مکنده (دور بر دقیقه)
• تنظیم حساسیت آشکارساز
• مقدار کل و چیدمان لوله‌های نمونه‌برداری

استانداردها و آیین‌نامه‌های مدرن، زمان‌های انتقال مشخصی را برای کلاس‌های مختلف دتکتورهای دودی مکشی الزام می‌کنند. حداکثر زمان انتقال ممکن است بسته به نوع کاربرد، از ۶۰ ثانیه برای دتکتورهای بسیار زودهنگام، ۹۰ ثانیه برای دتکتورهای زودهنگام، یا ۱۲۰ ثانیه برای دتکتورهای استاندارد متغیر باشد.

برای تعیین زمان‌های مجاز انتقال، به استانداردهای EN 54-20، NFPA 72، NFPA 76 و آیین‌نامه‌های محلی مربوطه مراجعه شود.

 

1 شرح. سیستم کاربرد محلی باید شامل یک منبع ثابت دی‌اکسید کربن باشد که به‌طور دائم به یک سیستم لوله‌کشی ثابت متصل شده و نازل‌ها به‌گونه‌ای چیده شده باشند که مستقیماً به درون آتش تخلیه شوند.

6.1.2 کاربردها. سیستم‌های کاربرد محلی باید برای اطفاء حریق‌های سطحی در مایعات قابل اشتعال، گازها و جامدات کم‌عمق استفاده شوند، در شرایطی که خطر محصور نشده باشد یا محفظه با الزامات سیلاب کامل مطابقت نداشته باشد.

6.1.3 الزامات عمومی. سیستم‌های کاربرد محلی باید مطابق با الزامات مربوطه در فصل‌های قبلی و همچنین الزامات اضافی مشخص‌شده در این فصل، طراحی، نصب، آزمایش و نگهداری شوند.

6.1.4 الزامات ایمنی.

6.2 مشخصات خطر.

6.2.1 گستره خطر. خطر باید به‌گونه‌ای از سایر خطرات یا مواد قابل اشتعال جدا شده باشد که آتش به بیرون از ناحیه محافظت‌شده گسترش نیابد.

6.2.1.1 کل ناحیه خطر باید تحت حفاظت قرار گیرد.

6.2.1.2 ناحیه خطر باید شامل تمام مناطقی باشد که با مایعات قابل اشتعال یا پوشش‌های جامد کم‌عمق پوشیده شده‌اند یا ممکن است پوشیده شوند، مانند مناطقی که در معرض نشت، تراوش، چکه کردن، پاشیدن یا میعان هستند.

6.2.1.3 ناحیه خطر همچنین باید شامل تمام مواد یا تجهیزات مرتبط مانند قطعات تازه پوشش‌داده‌شده، صفحات تخلیه، هودها، کانال‌ها و غیره باشد که می‌توانند باعث گسترش آتش به بیرون یا هدایت آن به داخل ناحیه محافظت‌شده شوند.

6.2.1.4 مجموعه‌ای از خطرات مرتبط به یکدیگر می‌تواند با تأیید مرجع صلاحیت‌دار به گروه‌ها یا بخش‌های کوچکتری تقسیم شود.

6.2.1.5 سیستم‌های مربوط به چنین خطراتی باید به گونه‌ای طراحی شوند که در صورت نیاز، حفاظت مستقل و فوری برای گروه‌ها یا بخش‌های مجاور فراهم کنند.

6.2.2 محل خطر.

6.2.2.1 خطر می‌تواند در داخل اتاق سرور، به‌صورت نیمه‌پوشیده یا کاملاً در فضای باز قرار داشته باشد.

6.2.2.2 ضروری است که تخلیه دی‌اکسید کربن به گونه‌ای انجام شود که باد یا جریان‌های شدید هوا موجب کاهش اثربخشی حفاظت نشوند.

6.3 الزامات مربوط به دی‌اکسید کربن.

6.3.1 کلیات. مقدار دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای سیستم‌های کاربرد محلی باید بر اساس نرخ کلی تخلیه مورد نیاز برای پوشش‌دهی ناحیه یا حجم محافظت‌شده و مدت زمانی که باید تخلیه حفظ شود تا اطفاء کامل انجام گیرد، تعیین شود.

6.3.1.1 ذخیره‌سازی پرفشار.

6.3.1.1.1 برای سیستم‌هایی با ذخیره‌سازی پرفشار، مقدار محاسبه‌شده دی‌اکسید کربن باید ۴۰ درصد افزایش یابد تا ظرفیت نامی سیلندرهای ذخیره‌سازی تعیین شود، زیرا تنها بخش مایع در فرآیند تخلیه مؤثر است.

6.3.1.1.2 این افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی سیلندر برای بخش سیلاب کامل در سیستم‌های ترکیبی کاربرد محلی – سیلاب کاملالزامی نیست.

6.3.1.2 مقدار دی‌اکسید کربن موجود در ذخیره باید به اندازه‌ای افزایش یابد که بخار شدن مایع در حین خنک‌سازی لوله‌ها را جبران کند.

6.3.2 نرخ تخلیه. نرخ تخلیه نازل‌ها باید با استفاده از روش سطحی طبق بخش 6.4 یا روش حجمی طبق بخش 6.5 تعیین شود.

6.3.2.1 نرخ کلی تخلیه سیستم باید برابر با مجموع نرخ‌های تخلیه تک‌تک نازل‌ها یا تجهیزات تخلیه استفاده‌شده در سیستم باشد.

6.3.2.2 برای سیستم‌های کم‌فشار، اگر بخشی از ناحیه خطر قرار است با سیلاب کامل محافظت شود، نرخ تخلیه آن بخش باید به‌گونه‌ای باشد که غلظت مورد نیاز را در مدت‌زمانی برابر یا کمتر از زمان تخلیه بخش کاربرد محلی تأمین کند.

6.3.2.3 برای سیستم‌های پرفشار، اگر بخشی از ناحیه خطر قرار است با سیلاب کامل محافظت شود، نرخ تخلیه برای آن بخش باید با تقسیم مقدار مورد نیاز برای سیلاب کامل بر ضریب 1.4 و مدت‌زمان تخلیه کاربرد محلی به دقیقه، طبق معادله زیر، محاسبه شود:

جایی که:

Qₜₒₜ = نرخ جریان برای بخش سیلاب کامل [پوند/دقیقه (کیلوگرم/دقیقه)]
Wₜₒₜ = مقدار کل دی‌اکسید کربن برای بخش سیلاب کامل [پوند (کیلوگرم)]
tₗ = زمان تخلیه مایع برای بخش کاربرد محلی (دقیقه)

6.3.3 مدت‌زمان تخلیه.

6.3.3.1 حداقل زمان تخلیه مایع از تمام نازل‌ها باید ۳۰ ثانیه باشد.

6.3.3.2 تمام نازل‌های کاربرد محلی که یک خطر واحد را محافظت می‌کنند باید به‌صورت همزمان برای مدتی که کمتر از حداقل زمان تخلیه مایع نباشد، مایع را تخلیه کنند.

6.3.3.3 زمان حداقل باید برای جبران شرایط خطری که به دوره خنک‌سازی طولانی‌تری برای اطمینان از اطفاء کامل نیاز دارد، افزایش یابد.

6.3.3.4 در صورتی که احتمال دارد فلز یا مواد دیگر به دمایی بالاتر از دمای اشتعال سوخت برسند، زمان مؤثر تخلیه باید افزایش یابد تا مدت زمان کافی برای خنک‌سازی فراهم شود.

6.3.3.5 اگر سوخت دارای نقطه خوداشتغالی پایین‌تر از نقطه جوش باشد، مانند موم پارافین و روغن‌های پخت‌وپز، زمان مؤثر تخلیه باید افزایش یابد تا امکان خنک‌سازی سوخت و جلوگیری از آتش‌گیری مجدد فراهم شود.

6.3.3.5.1 حداقل زمان تخلیه مایع باید ۳ دقیقه باشد.

6.4 روش نرخ به‌ازای مساحت.

6.4.1 کلیات. روش طراحی سیستم بر اساس مساحت باید در مواردی استفاده شود که خطر آتش‌سوزی عمدتاً شامل سطوح صاف یا اشیاء کم‌ارتفاع مرتبط با سطوح افقی باشد.

6.4.1.1 طراحی سیستم باید بر اساس داده‌های فهرست‌شده یا مورد تأیید برای نازل‌های منفرد باشد.

6.4.1.2 استفاده از این داده‌ها در مقادیر بالاتر یا پایین‌تر از حدود تعیین‌شده مجاز نیست.

6.4.2 نرخ تخلیه نازل. نرخ طراحی تخلیه از طریق نازل‌های منفرد باید بر اساس موقعیت یا فاصله پاشش مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص تعیین شود.

6.4.2.1 نرخ تخلیه برای نازل‌های نوع سقفی باید صرفاً بر اساس فاصله از سطحی که هر نازل از آن محافظت می‌کند، تعیین شود.

6.4.2.2 نرخ تخلیه برای نازل‌های کنار مخزن باید صرفاً بر اساس پرتاب یا فاصله مورد نیاز برای پوشش سطح مورد محافظت توسط هر نازل تعیین شود.

6.4.3 مساحت به‌ازای هر نازل. حداکثر مساحتی که توسط هر نازل محافظت می‌شود باید بر اساس موقعیت یا فاصله پاشش و نرخ طراحی تخلیه، مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص تعیین شود.

6.4.3.1 همان عواملی که برای تعیین نرخ طراحی تخلیه استفاده شده‌اند باید برای تعیین حداکثر مساحت محافظت‌شده توسط هر نازل نیز استفاده شوند.

6.4.3.2 بخش خطر تحت حفاظت نازل‌های نوع سقفی منفرد باید به‌عنوان یک ناحیه مربعی در نظر گرفته شود.

6.4.3.3 بخش خطر تحت حفاظت نازل‌های کنار مخزن یا خطی منفرد باید مطابق با محدودیت‌های فاصله‌گذاری و تخلیه در تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص، به‌صورت ناحیه‌ای مستطیلی یا مربعی در نظر گرفته شود.

6.4.3.4 هنگامی که غلتک‌های پوشش‌داده‌شده یا اشکال نامنظم مشابه قرار است محافظت شوند، مساحت خیس‌شده پیش‌بینی‌شده باید برای تعیین پوشش نازل استفاده شود.

6.4.3.5 در مواردی که سطوح پوشش‌داده‌شده باید محافظت شوند، مساحت به‌ازای هر نازل می‌تواند تا حداکثر ۴۰ درصد بیشتر از مقادیر مشخص‌شده در تأییدیه‌ها یا فهرست‌ها افزایش یابد.

6.4.3.5.1 سطوح پوشش‌داده‌شده به سطوحی اطلاق می‌شود که برای تخلیه طراحی شده‌اند و به‌گونه‌ای ساخته و نگهداری می‌شوند که تجمع مایع در سطحی بیش از ۱۰ درصد از ناحیه محافظت‌شده رخ ندهد.

6.4.3.5.2 بند 6.4.3.5 در مواردی که باقیمانده مواد به‌صورت سنگین تجمع یافته باشد، اعمال نمی‌شود. (به 6.1.2 مراجعه شود.)

6.4.3.6 در مواردی که نازل‌های کاربرد محلی برای محافظت از عرض دهانه‌هایی استفاده می‌شوند که در بندهای 5.2.1.4 و 5.2.1.5 تعریف شده‌اند، مساحت به‌ازای هر نازل طبق تأییدیه خاص می‌تواند تا حداکثر ۲۰ درصد افزایش یابد.

6.4.3.7 در مواردی که آتش‌سوزی‌های مایعات قابل اشتعال با لایه عمیق قرار است محافظت شوند، باید حداقل فضای آزاد(freeboard) به اندازه 6 اینچ (152 میلی‌متر) در نظر گرفته شود، مگر اینکه در تأییدیه یا فهرست نازل به شکل دیگری ذکر شده باشد.

6.4.4 موقعیت و تعداد نازل‌ها. تعداد کافی از نازل‌ها باید برای پوشش کامل ناحیه خطر بر اساس واحدهای سطحی محافظت‌شده توسط هر نازل استفاده شود.

6.4.4.1 نازل‌های کنار مخزن یا خطی باید مطابق با محدودیت‌های فاصله‌گذاری و نرخ تخلیه مشخص‌شده در تأییدیه‌ها یا فهرست‌های خاص نصب شوند.

6.4.4.2 نازل‌های نوع سقفی باید عمود بر ناحیه خطر نصب شده و در مرکز ناحیه تحت حفاظت آن نازل قرار گیرند.

6.4.4.2.1 نصب نازل‌های نوع سقفی با زاویه‌ای بین ۴۵ درجه تا ۹۰ درجه نسبت به سطح ناحیه خطر، مطابق با بند 6.4.4.3 نیز مجاز است.

6.4.4.2.2 ارتفاعی که برای تعیین نرخ جریان مورد نیاز و پوشش سطح استفاده می‌شود باید فاصله از نقطه هدف روی سطح محافظت‌شده تا سطح جلویی نازل، در امتداد محور نازل، باشد.

6.4.4.3 نصب نازل با زاویه.

6.4.4.3.1 زمانی که نازل‌ها با زاویه نصب می‌شوند، باید به نقطه‌ای هدف‌گیری شوند که از سمت نزدیک ناحیه تحت حفاظت توسط نازل اندازه‌گیری شده باشد.

6.4.4.3.2 این موقعیت باید با ضرب عامل هدف‌گیری کسری موجود در جدول 6.4.4.3.2 در عرض ناحیه تحت حفاظت توسط نازل، محاسبه شود.

6.4.4.4 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که از هرگونه مانعی که ممکن است باعث اختلال در پاشش دی‌اکسید کربن شود، دور باشند.

6.4.4.5* اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که اتمسفر اطفاء حریق را بر روی مواد پوشش‌داده‌شده‌ای که بالاتر از سطح محافظت‌شده قرار دارند، ایجاد کنند.

6.4.4.6 تأثیرات احتمالی جریان هوا، باد و جریان‌های اجباری باید با محل قرارگیری اسپرینکلرها یا افزودن اسپرینکلرهای اضافی برای محافظت از نواحی بیرونی خطر جبران شود.

6.5 روش بر اساس حجم

6.5.1* کلیات. روش طراحی سامانه بر اساس حجم زمانی استفاده می‌شود که خطر آتش‌سوزی شامل اشیای سه‌بعدی و نامنظمی باشد که به‌راحتی قابل تبدیل به سطوح معادل نیستند.

6.5.2 محفظه فرضی. نرخ کل تخلیه سامانه باید بر اساس حجم یک محفظه فرضی که به‌طور کامل خطر را در بر می‌گیرد، تعیین شود.

6.5.2.1 این محفظه فرضی باید بر پایه یک کف بسته واقعی باشد، مگر اینکه تمهیدات خاصی برای شرایط کف در نظر گرفته شده باشد.

6.5.2.2 دیواره‌ها و سقف محفظه فرضی باید حداقل ۲ فوت (۰٫۶متر) از خطر اصلی فاصله داشته باشند، مگر اینکه دیواره‌های واقعی وجود داشته باشند، و این محفظه باید تمام نواحی احتمال نشت، پاشش یا ریختن مواد را پوشش دهد.

6.5.2.3 هیچ‌گونه کاهشی در محاسبه حجم برای اشیای جامد موجود در داخل این فضا نباید اعمال شود.

6.5.2.4 حداقل بُعد ۴ فوت (۱٫۲ متر) باید در محاسبه حجم محفظه فرضی لحاظ شود.

6.5.2.5 اگر خطر در معرض باد یا جریان‌های اجباری قرار دارد، حجم فرضی باید به اندازه‌ای افزایش یابد که زیان‌های سمت بادگیر جبران شود.

6.5.3 نرخ تخلیه سامانه

6.5.3.1 نرخ کل تخلیه برای سامانه پایه باید معادل ۱ پوند در دقیقه بر فوت مکعب (۱۶ کیلوگرم در دقیقه بر متر مکعب) از حجم فرضی باشد.

6.5.3.2* اگر محفظه فرضی دارای کف بسته بوده و بخشی از آن با دیواره‌های دائمی و پیوسته‌ای که حداقل ۲ فوت (۰٫۶ متر) بالاتر از خطر قرار دارند (در شرایطی که دیواره‌ها به‌طور معمول بخشی از خطر نباشند) تعریف شده باشد، نرخ تخلیه می‌تواند به‌صورت متناسب کاهش یابد، به شرطی که این کاهش از ۰٫۲۵پوند در دقیقه بر فوت مکعب (۴ کیلوگرم در دقیقه بر متر مکعب) برای دیواره‌های واقعی که محفظه را کاملاً احاطه کرده‌اند، کمتر نباشد.

6.5.4 محل و تعداد اسپرینکلرها. تعداد کافی از اسپرینکلرها باید بر اساس نرخ تخلیه سامانه و حجم فرضی برای پوشش کامل حجم خطر استفاده شود.

6.5.4.1 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای قرار داده و هدایت شوند که با همکاری بین اسپرینکلرها و اشیای داخل حجم خطر، گاز دی‌اکسید کربن در داخل فضای خطر باقی بماند.

6.5.4.2 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که تأثیرات احتمالی جریان هوا، باد یا جریان‌های اجباری جبران شود.

6.5.4.3 نرخ طراحی تخلیه از طریق اسپرینکلرهای منفرد باید بر اساس محل نصب یا فاصله پرتاب، مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های خاص مربوط به آتش‌سوزی‌های سطحی تعیین شود.

6.6 سیستم توزیع
6.6.1 کلیات. سامانه باید به‌گونه‌ای طراحی شود که تخلیه مؤثر دی‌اکسید کربن را به‌سرعت و پیش از آنکه مقادیر زیادی گرما توسط مواد داخل اتاق سرور جذب شود، فراهم کند.
6.6.1.1 منبع دی‌اکسید کربن باید تا حد ممکن نزدیک به اتاق سرور قرار گیرد، اما در معرض آتش نباشد، و مسیر لوله‌کشی نیز باید تا حد امکان مستقیم و با حداقل پیچ‌وخم باشد تا دی‌اکسید کربن به‌سرعت به محل آتش برسد.
6.6.1.2 سامانه باید برای عملکرد خودکار طراحی شود، مگر اینکه مقامات ذی‌صلاح اجازه عملکرد دستی را صادر کرده باشند.

6.6.2* سامانه‌های لوله‌کشی. لوله‌کشی باید طبق بند 4.7.5 طراحی شود تا نرخ مورد نیاز تخلیه را در هر اسپرینکلر تأمین کند.

6.6.3 اسپرینکلرهای تخلیه. اسپرینکلرهای مورد استفاده باید برای نرخ تخلیه، برد مؤثر، و الگوی یا محدوده پوشش تأیید شده یا دارای لیست معتبر باشند.
6.6.3.1 اندازه معادل اوریفیس استفاده شده در هر اسپرینکلر باید مطابق با بند 4.7.5 برای تطابق با نرخ طراحی تخلیه تعیین شود.
6.6.3.2 اسپرینکلرها باید با دقت و طبق نیازهای طراحی سامانه، مطابق با بخش‌های 6.4 و 6.5، نصب و جهت‌دهی شوند.

دسته‌بندی‌های پایش گاز:

1. گازهای قابل احتراق / اشتعال‌پذیر
   • خطر انفجار.
   • برای جلوگیری از انفجار، باید سطح گاز در هوا کمتر از حد پایین انفجار (LEL) برای هر گاز نگه داشته شود یا اکسیژن از محیط حذف شود.
   • معمولاً در بازه ۰ تا ۱۰۰ درصد از حد پایین انفجار یا در محدوده قسمت در میلیون (ppm) اندازه‌گیری می‌شود.
   • دتکتورهای گاز قابل احتراق به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیش از وقوع شرایط بالقوه انفجاری هشدار دهند.
2. گازهای سمی / محرک
   • برای سلامت انسان خطرناک‌اند؛ باید میزان تماس کارکنان با این گازها پایش شود.
   • معمولاً در محدوده قسمت در میلیون (ppm) اندازه‌گیری می‌شوند.
   • دتکتورهای گاز سمی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیش از رسیدن سطح گاز به غلظت زیان‌آور به کارکنان هشدار دهند.
   • برخی از دتکتورهای گاز سمی می‌توانند میانگین تماس در طول زمان را محاسبه کرده و مقادیر حد تماس کوتاه‌مدت (STEL) و میانگین وزنی زمان‌دار (TWA) را ارائه دهند.
3. اکسیژن
   • محیط‌هایی با میزان کم اکسیژن (کمتر از ۱۹.۵ درصد حجمی اکسیژن) «کم‌اکسیژن» تلقی شده و تنفس طبیعی انسان را مختل می‌کنند.
   • محیط‌هایی با میزان زیاد اکسیژن (بیش از ۲۵ درصد حجمی اکسیژن) «غنی از اکسیژن» تلقی شده و خطر انفجار در آن‌ها افزایش می‌یابد.
   • در بازه درصد حجمی اندازه‌گیری می‌شود (درصد طبیعی اکسیژن در هوا در سطح دریا ۲۰.۸ درصد حجمی است).
   • دتکتورهای اکسیژن به‌طور کلی به‌گونه‌ای تنظیم می‌شوند که در صورت کم بودن یا زیاد بودن بیش از حد اکسیژن در محیط، هشدار دهند.

 

فضاهای قابل احتراق

برای ایجاد شعله، وجود سه شرط ضروری است:
• یک منبع سوخت (مانند گاز متان یا بخارات بنزین)
• مقدار کافی اکسیژن (بیش از ۱۰ تا ۱۵ درصد) برای اکسید شدن یا سوختن سوخت
• یک منبع گرما (جرقه) برای شروع فرآیند

نمونه‌هایی از منابع گرما و جرقه:
• شعله‌های باز مانند شعله‌های فندک، مشعل، کبریت و مشعل‌های جوشکاری، رایج‌ترین منابع جرقه هستند.
• تابش در قالب نور خورشید یا سطوح داغ
• جرقه‌های ناشی از منابع مختلف مانند روشن یا خاموش کردن وسایل برقی، بیرون کشیدن دوشاخه‌ها، الکتریسیته ساکن یا کلیدهای الکتریکی

فضاهای قابل احتراق
عوامل مؤثر در فضاهای قابل احتراق

بخار در برابر گاز
اگرچه اصطلاحات «بخار» و «گاز» اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما معانی یکسانی ندارند. واژه «بخار» به ماده‌ای اطلاق می‌شود که اگرچه در حالت گازی وجود دارد، اما به‌طور معمول در دمای اتاق به صورت مایع یا جامد است. وقتی می‌گوییم یک ماده مایع یا جامد در حال سوختن است، در واقع بخار آن ماده است که می‌سوزد. «گاز» به ماده‌ای گفته می‌شود که به‌طور طبیعی در دمای اتاق در حالت گازی است.

فشار بخار و نقطه جوش
فشار بخار، فشاری است که زمانی ایجاد می‌شود که یک جامد یا مایع با بخار خودش در حالت تعادل قرار دارد. این فشار به‌طور مستقیم با دما مرتبط است. مثالی از فشار بخار، فشاری است که توسط بخار یک مایع در یک ظرف بسته نیمه‌پر ایجاد می‌شود. بسته به دما، فشار بخار تا یک آستانه مشخص افزایش می‌یابد. وقتی این آستانه برسد، فضا «اشباع‌شده» در نظر گرفته می‌شود.

فشار بخار و نقطه جوش یک ماده شیمیایی تعیین می‌کنند که چه میزان از آن احتمال دارد وارد هوا شود. فشار بخار پایین به معنای مولکول‌های کمتری از آن ماده در هواست که قابل اشتعال باشند، بنابراین به‌طور کلی خطر کمتری وجود دارد. این همچنین به این معناست که مولکول‌های کمتری برای آشکارسازی وجود دارد و ممکن است آشکارسازی دشوارتر شده و نیاز به تجهیزات با حساسیت بیشتر باشد. با افزایش فشار بخار و کاهش نقطه جوش، احتمال تبخیر افزایش می‌یابد. اگر ظروف حاوی این نوع مواد شیمیایی باز بمانند یا بر روی سطوح بزرگ پخش شوند، احتمال خطر بیشتری به‌وجود می‌آید.

نقطه اشتعال (Flashpoint)
یک ماده قابل اشتعال تا زمانی که به نقطه اشتعال خود نرسد، بخار یا گاز کافی برای شروع آتش تولید نمی‌کند. نقطه اشتعال، پایین‌ترین دمایی است که در آن یک مایع بخار کافی برای ایجاد شعله تولید می‌کند. اگر دما پایین‌تر از این مقدار باشد، مایع بخار کافی برای اشتعال تولید نمی‌کند. اگر نقطه اشتعال برسد و یک منبع خارجی اشتعال مانند جرقه وجود داشته باشد، ماده آتش خواهد گرفت. سند NFPA-325M از آژانس ملی حفاظت در برابر آتش (NFPA) تحت عنوان ویژگی‌های خطر آتش مواد قابل اشتعال، گازها و حلال‌های فرّار، نقطه اشتعال بسیاری از مواد رایج را فهرست کرده است.

نقطه اشتعال اهمیت دارد زیرا نشان‌دهنده میزان خطر ناشی از یک مایع قابل اشتعال است. به‌طور کلی، هرچه نقطه اشتعال پایین‌تر باشد، تشکیل مخلوط‌های قابل اشتعال سوخت و هوا آسان‌تر بوده و در نتیجه خطر بیشتر است.

دمای خوداشتعالی
اگر ماده‌ای تا دمای مشخصی—یعنی دمای اشتعال خودبه‌خودی (یا «خوداشتعالی»)—گرم شود، بیشتر مواد شیمیایی قابل اشتعال می‌توانند بدون وجود منبع خارجی اشتعال، تنها با انرژی گرمایی خود، به‌طور خودبه‌خودی آتش بگیرند.

چگالی بخار
چگالی بخار نسبت وزن یک حجم از بخار قابل اشتعال به حجم مساوی از هوا است. بیشتر بخارهای قابل اشتعال سنگین‌تر از هوا هستند، بنابراین به سمت زمین حرکت کرده و در نواحی پایین‌تر تجمع می‌یابند. گاز یا بخاری که چگالی بخار آن بیشتر از ۱ باشد ممکن است در سطوح پایین حرکت کرده و به دنبال یک منبع اشتعال بگردد (برای مثال: هگزان با چگالی بخار ۳.۰). گاز یا بخاری که چگالی بخار آن کمتر از ۱ باشد تمایل دارد به سمت بالا حرکت کند (برای مثال: متان با چگالی بخار ۰.۶). چگالی بخار در تعیین محل بهینه نصب دتکتور اهمیت دارد، زیرا به پیش‌بینی محل احتمالی تجمع گاز یا بخار در یک اتاق یا فضا کمک می‌کند.

حدود انفجار
برای ایجاد شعله، مقدار کافی گاز یا بخار باید وجود داشته باشد؛ اما مقدار بیش‌ازحد گاز می‌تواند اکسیژن موجود در فضا را جابه‌جا کرده و مانع از احتراق شود. به همین دلیل، برای غلظت‌های پایین و بالا، حد مشخصی وجود دارد که در آن احتراق می‌تواند رخ دهد. این حدود به عنوان حد پایین انفجار (LEL) و حد بالای انفجار (UEL) شناخته می‌شوند. این‌ها همچنین به عنوان حد پایین اشتعال‌پذیری (LFL) و حد بالای اشتعال‌پذیری (UFL) نیز شناخته می‌شوند.

برای حفظ احتراق، محیط باید ترکیب مناسبی از سوخت و اکسیژن (هوا) داشته باشد. LEL حداقل مقدار گاز مورد نیاز برای احتراق و UEL حداکثر مقدار آن را نشان می‌دهد. مقادیر دقیق LEL برای گازهای مختلف متفاوت است و به صورت درصد حجمی در هوا اندازه‌گیری می‌شوند. مقادیر LEL و UEL گازها در سند NFPA 325 درج شده‌اند.

LEL معمولاً بین ۱.۴٪ تا ۵٪ حجمی است. با افزایش دما، انرژی کمتری برای ایجاد احتراق مورد نیاز است و درصد گاز لازم برای رسیدن به ۱۰۰٪ LEL کاهش یافته و در نتیجه خطر افزایش می‌یابد. محیطی با سطح اکسیژن بالاتر باعث افزایش UEL گاز، همچنین نرخ و شدت گسترش شعله می‌شود. از آنجا که مخلوطی از چندین گاز شرایط را پیچیده می‌کند، LEL دقیق آن‌ها باید از طریق آزمایش مشخص شود.

بیشتر ابزارهای اندازه‌گیری گازهای قابل احتراق در محدوده LEL کار می‌کنند و قرائت گاز را به صورت درصدی از LEL نمایش می‌دهند. برای مثال: عدد ۵۰٪ LEL به این معناست که مخلوط گاز نمونه‌برداری‌شده شامل نیمی از مقدار گاز مورد نیاز برای حمایت از احتراق است.

هر غلظتی از گاز یا بخار که بین این دو حد قرار گیرد، در محدوده قابل اشتعال (انفجاری) قرار دارد. مواد مختلف دارای پهنای متفاوتی از محدوده اشتعال‌پذیری هستند — برخی بسیار گسترده و برخی دیگر باریک‌تر هستند. موادی که محدوده اشتعال‌پذیری وسیع‌تری دارند، معمولاً خطرناک‌تر محسوب می‌شوند، زیرا سطوح بیشتری از غلظت آن‌ها می‌تواند دچار اشتعال شود.

فضاهایی که در آن‌ها سطح غلظت گاز پایین‌تر از LEL است (سوخت کافی برای اشتعال وجود ندارد)، «لاغر» (lean) و غیرقابل اشتعال نامیده می‌شوند؛ و فضاهایی که سطح گاز بالاتر از UEL است (اکسیژن کافی برای اشتعال وجود ندارد)، «غلیظ» (rich) و غیرقابل اشتعال تلقی می‌شوند.

فضاهای سمی

پایش گازهای سمی
گاز سمی به گازی گفته می‌شود که توانایی آسیب رساندن به بافت‌های زنده، اختلال در سیستم عصبی مرکزی، ایجاد بیماری‌های شدید یا—در موارد حاد—مرگ را دارد، زمانی که از طریق بلع، تنفس یا جذب از راه پوست یا چشم وارد بدن شود. میزان لازم برای ایجاد این اثرات به‌طور گسترده‌ای با توجه به ماهیت ماده و مدت زمان تماس متفاوت است. «سمیت حاد» به تماس کوتاه‌مدت مانند یک مواجهه‌ی لحظه‌ای اشاره دارد. «سمیت مزمن» به تماس بلندمدت مانند مواجهه‌های مکرر یا طولانی اشاره دارد.

پایش گازهای سمی اهمیت دارد زیرا برخی از این مواد قابل مشاهده یا بوییدن نیستند و اثرات فوری ندارند. بنابراین شناسایی خطر گاز از طریق حواس فرد معمولاً خیلی دیر و پس از رسیدن غلظت به سطح زیان‌آور انجام می‌شود.

اثرهای سمی گازها از بی‌ضرر تا بسیار سمی متغیر است. برخی در مواجهه‌های کوتاه و در سطح پایین نیز تهدیدکننده‌ی زندگی هستند، در حالی که برخی دیگر تنها در مواجهه‌های مکرر و با غلظت بالا خطرناک‌اند. میزان خطری که یک ماده برای یک کارگر ایجاد می‌کند، به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل سطح غلظت گاز و مدت زمان تماس است.

حدود تماس مجاز
کنفرانس آمریکایی متخصصان بهداشت صنعتی دولتی (ACGIH) فهرستی سالانه و بازبینی‌شده از حدود مجاز تماس با ترکیبات صنعتی رایج منتشر می‌کند که با عنوان «مقادیر حد آستانه (TLV) و شاخص‌های تماس زیستی (BEI) بر اساس مستندات حدود آستانه مواد شیمیایی و عوامل فیزیکی» شناخته می‌شود. (برای سفارش نسخه‌ای از آن به www.acgih.org مراجعه کنید).
ACGIH مفهوم مقدار حد آستانه (TLV) را تعریف کرده است؛ TLV به غلظت مجاز یک ماده آلاینده در هوا گفته می‌شود که تصور می‌شود تقریباً همه کارگران بتوانند به‌طور مکرر و روزانه در طول عمر کاری خود در معرض آن قرار گیرند بدون اینکه دچار اثرات زیان‌آور شوند. این مقادیر بر اساس ترکیبی از تجربه صنعتی و مطالعات انسانی و حیوانی تعیین شده‌اند.

میانگین‌های وزنی زمانی (TWA)
مقادیر TLV معمولاً به‌صورت میانگین وزنی ۸ ساعته در نظر گرفته می‌شوند. جنبه میانگین‌گیری به این معناست که مواجهه‌هایی بالاتر از حد مجاز قابل‌قبول است، به شرطی که با دوره‌هایی از تماس کمتر از حد مجاز جبران شوند.

محدودیت‌های تماس کوتاه‌مدت (STEL)
محدودیت‌های تماس کوتاه‌مدت غلظت‌هایی هستند که بالاتر از میانگین ۸ ساعته‌اند و کارگران می‌توانند برای مدت زمان کوتاه در معرض آن‌ها قرار گیرند بدون اینکه دچار اثرات زیان‌آور شوند. (اگر غلظت به اندازه کافی بالا باشد، حتی یک بار تماس نیز می‌تواند اثرات مضر بر سلامت داشته باشد.)
STEL برای موقعیت‌هایی به‌کار می‌رود که در آن کارگر در معرض غلظت بالای گاز قرار دارد اما فقط برای مدت کوتاهی. این محدودیت‌ها به‌صورت میانگین وزنی ۱۵ دقیقه‌ای تعریف می‌شوند که نباید حتی در صورتی که میانگین ۸ ساعته کمتر از مقدار TLV باشد، از آن فراتر رود.

غلظت‌های سقفی (Ceiling Concentrations)
برای برخی از گازهای سمی، حتی یک تماس که از TLV فراتر رود می‌تواند برای سلامت کارگر خطرناک باشد. در این موارد، از غلظت‌های سقفی استفاده می‌شود تا سطوحی را مشخص کند که هرگز نباید از آن‌ها عبور شود.

حدود مجاز تماس (PELs)
حدود مجاز تماس (Permissible Exposure Limits) توسط اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده (OSHA) تدوین و اجرا می‌شوند. بخش ۱۹۱۰.۱۰۰۰ از بخش ۲۹ کد مقررات فدرال (CFR) این استانداردها را شامل می‌شود که مشابه مقادیر TLV سازمان ACGIH هستند، با این تفاوت که PEL به‌صورت قانونی الزام‌آور است نه صرفاً توصیه‌شده. با این حال، دقیق‌ترین مقادیر PEL معمولاً در برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) درج شده‌اند.

شرایط فوری خطرناک برای زندگی و سلامت (IDLH)
مؤسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) شرایط تماس IDLH را به‌عنوان شرایطی تعریف می‌کند که در آن، قرار گرفتن در معرض آلاینده‌های هوابرد می‌تواند منجر به مرگ، اثرات مضر فوری یا تأخیری دائمی بر سلامت شود یا مانع از فرار فرد از آن محیط گردد.
از آنجا که مقادیر IDLH برای تضمین توانایی کارگر در فرار از محیط خطرناک در صورت از کار افتادن تجهیزات حفاظت تنفسی تعیین شده‌اند، این مقادیر عمدتاً برای تعیین نوع مناسب وسایل حفاظت تنفسی مطابق با استانداردهای OSHA به‌کار می‌روند.

کاهش یا افزایش سطح اکسیژن

کمبود اکسیژن (Oxygen Deficiency)
هوای طبیعی محیط دارای غلظت ۲۰.۸ درصد حجمی اکسیژن است. زمانی که سطح اکسیژن به کمتر از ۱۹.۵ درصد از کل ترکیب هوا کاهش یابد، آن فضا «کم‌اکسیژن» در نظر گرفته می‌شود. در چنین محیط‌هایی، اکسیژن لازم برای ادامه‌ی حیات ممکن است با گازهای دیگری مانند دی‌اکسید کربن جایگزین شود. این امر منجر به ایجاد فضایی می‌شود که در صورت تنفس، می‌تواند خطرناک یا کشنده باشد.

کمبود اکسیژن همچنین ممکن است بر اثر زنگ‌زدگی، خوردگی، تخمیر یا سایر اشکال اکسایش که اکسیژن مصرف می‌کنند، ایجاد شود. در فرآیند تجزیه مواد، اکسیژن از جو برای تأمین واکنش اکسایش مصرف می‌شود.

تأثیرات کمبود اکسیژن ممکن است تدریجی یا ناگهانی باشد، که این موضوع به غلظت کلی اکسیژن و همچنین سطوح دیگر گازهای موجود در فضا بستگی دارد. به‌طور کلی، کاهش سطح اکسیژن محیط باعث بروز علائم فیزیولوژیکی زیر می‌شود:

درصد اکسیژن	اثرات فیزیولوژیکی
۱۹.۵ تا ۱۶	بدون اثر قابل مشاهده
۱۶ تا ۱۲	افزایش سرعت تنفس، افزایش ضربان قلب، اختلال در تمرکز، تفکر و هماهنگی حرکتی
۱۴ تا ۱۰	قضاوت نادرست، ضعف در هماهنگی عضلانی، خستگی سریع در اثر فعالیت، تنفس متناوب
۱۰ تا ۶	تهوع و استفراغ، ناتوانی در انجام حرکات شدید یا از دست دادن توان حرکتی، بیهوشی و در ادامه مرگ
کمتر از ۶	دشواری در تنفس، حرکات تشنجی، مرگ

غنی شدن اکسیژن (Oxygen Enrichment)
زمانی که غلظت اکسیژن در فضا به بالاتر از ۲۰.۸ درصد حجمی افزایش یابد، آن محیط «غنی از اکسیژن» محسوب می‌شود و مستعد ناپایداری خواهد بود. در نتیجه افزایش سطح اکسیژن، احتمال و شدت آتش‌سوزی ناگهانی یا انفجار به‌شدت افزایش می‌یابد.

 

فناوری‌های آشکارسازی گاز

امروزه انواع مختلفی از فناوری‌های آشکارسازی گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله رایج‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاتالیستی مهره‌ای (Catalytic Bead)
  • نیمه‌رسانای اکسید فلز (که با عنوان «حالت جامد» نیز شناخته می‌شود)
  • مادون قرمز نقطه‌ای با مسیر کوتاه (Point Infrared Short Path)
  • مادون قرمز باز با مسیر بلند (Open (Long Path) Infrared)
  • مادون قرمز فوتواکوستیک (Photoacoustic Infrared)
  • الکتروشیمیایی برای آشکارسازی گازهای سمی
  • الکتروشیمیایی برای آشکارسازی اکسیژن
  • رسانایی گرمایی (Thermal Conductivity)
  • یونیزاسیون نوری (Photoionization)
  • مادون قرمز غیرپراکندگی (NDIR)

جدول‌ها و نمودارهای صفحات بعدی عملکرد هر یک از این فناوری‌ها را به‌صورت خلاصه نمایش می‌دهند.

فناوری: کاتالیستی مهره‌ای (Catalytic Bead)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

اصل عملکرد:
از یک مهره کاتالیستی برای اکسید کردن گاز قابل احتراق استفاده می‌کند؛ پل ویتستون تغییر مقاومت ایجاد شده را به سیگنال الکتریکی دتکتور تبدیل می‌کند.

توضیح دقیق:
یک سیم پیچ با پوشش ماده‌ای شیشه‌ای یا سرامیکی که روی آن کاتالیزور قرار دارد، به صورت الکتریکی تا دمایی گرم می‌شود که بتواند گاز تحت پایش را بسوزاند (اکسید کند). این فرآیند گرما تولید کرده و دمای سیم را افزایش می‌دهد. با افزایش دمای سیم، مقاومت الکتریکی آن نیز افزایش می‌یابد. این مقاومت توسط مدار پل ویتستون اندازه‌گیری شده و این اندازه‌گیری به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود که توسط دتکتور گاز استفاده می‌شود. سنسور دوم به نام جبران‌کننده برای جبران تغییرات دما، فشار و رطوبت به کار می‌رود.

محدوده اندازه‌گیری:
درصدی از حد پایین انفجار (% LEL)

مزایا:
طول عمر بالا، حساسیت کمتر به تغییرات دما، رطوبت، تراکم و فشار؛ دقت بالا؛ پاسخ سریع؛ توانایی پایش گستره وسیعی از گازها و بخارهای قابل احتراق در هوا.

معایب:
مستعد مسمومیت سنسور؛ نیاز به هوا یا اکسیژن؛ طول عمر کاهش‌یافته در مواجهه‌های مکرر یا مداوم با غلظت‌های بالای LEL.

فناوری: نیمه‌رسانای اکسید فلز (Metal Oxide Semiconductor)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق؛ گازهای سمی

اصل عملکرد:
این دتکتور از اکسید فلزی ساخته شده است که در واکنش به حضور گاز، مقاومت آن تغییر می‌کند؛ این تغییر مقاومت اندازه‌گیری شده و به مقدار غلظت گاز تبدیل می‌شود.

توضیح دقیق:
یک ماده نیمه‌رسانا (اکسید فلز) روی یک بستر عایق بین دو الکترود قرار می‌گیرد.
بستر تا دمایی گرم می‌شود که حضور گاز می‌تواند باعث تغییر برگشت‌پذیر در رسانایی ماده نیمه‌رسانا شود. وقتی گازی وجود ندارد، اکسیژن به صورت یون روی سطح جذب شده و سنسور نیمه‌رسانا می‌شود؛ وقتی مولکول‌های گاز مورد نظر حضور دارند، جایگزین یون‌های اکسیژن شده و مقاومت بین الکترودها کاهش می‌یابد. این تغییر به‌صورت الکتریکی اندازه‌گیری شده و متناسب با غلظت گاز است.

محدوده اندازه‌گیری:
قسمت در میلیون (PPM)

مزایا:
حساسیت بالا (قادر به تشخیص غلظت‌های پایین)؛ دامنه دمای عملکرد وسیع؛ عمر طولانی.

معایب:
غیر اختصاصی (حساسیت متقاطع به ترکیبات دیگر)؛ خروجی غیرخطی؛ حساس به تغییرات رطوبت؛ مستعد مسمومیت.

 

 

فناوری: مادون قرمز نقطه‌ای با مسیر کوتاه (Point Infrared Short Path)
(همچنین با نام مادون قرمز غیرپخشی یا NDIR شناخته می‌شود)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

 

اصل عملکرد:
این فناوری از قابلیت جذب پرتو مادون قرمز توسط گازها استفاده می‌کند. دو نمونه گاز شامل گاز مورد نظر و یک گاز مرجع بی‌اثر در معرض تابش مادون قرمز قرار می‌گیرند. میزان عبور نور از هر نمونه اندازه‌گیری شده و با هم مقایسه می‌شود تا غلظت گاز هدف تعیین گردد.

 

توضیح دقیق:
از یک منبع مادون قرمز با مدولاسیون الکتریکی و دو آشکارساز استفاده می‌شود که انرژی مادون قرمز را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. هر آشکارساز به دامنه خاصی از طول موج مادون قرمز حساس است.
پرتو ساطع‌شده از منبع از طریق یک پنجره وارد حجم باز محفظه می‌شود. ممکن است از یک آینه در انتهای مسیر برای بازتاب انرژی و هدایت آن به سمت آشکارسازها استفاده شود.

وجود گاز قابل احتراق باعث کاهش شدت پرتو دریافتی توسط آشکارساز تحلیلی می‌شود، اما شدت پرتو دریافت‌شده توسط آشکارساز مرجع تغییر نمی‌کند.
میکروپروسسور نسبت این دو سیگنال را بررسی کرده و آن را به درصد حد پایین انفجار (%LEL) تبدیل می‌کند.

 

محدوده اندازه‌گیری:
درصد حد پایین انفجار (%LEL)

مزایا:
دقت و گزینش‌پذیری بالا
دامنه اندازه‌گیری وسیع
نیاز به نگهداری پایین
مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی مسموم‌کننده
عدم نیاز به اکسیژن یا هوا
پایداری کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای)
عملکرد ایمن در خطا (Fail-to-safe)
نسبت به دتکتورهای مسیر باز، اندازه‌گیری دقیق در محل نقطه‌ای

 

معایب:
مناسب برای تشخیص گاز هیدروژن نیست.

 

فناوری: مادون قرمز مسیر باز (Open Path Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

اصل عملکرد:
عملکرد مشابه دتکتورهای مادون قرمز نقطه‌ای دارد، با این تفاوت که منبع مادون قرمز از آشکارساز جدا شده است.

 

توضیح دقیق:
دتکتورهای مسیر باز مادون قرمز، مفهوم تشخیص نقطه‌ای را به مسیرهایی با طول تا ۱۰۰ متر گسترش می‌دهند. مانند نمونه‌های نقطه‌ای، این دتکتورها از دو پرتو استفاده می‌کنند:

• پرتو “نمونه” در طول موجی از مادون قرمز قرار دارد که توسط هیدروکربن‌ها جذب می‌شود.
• پرتو “مرجع” در طول موجی خارج از محدوده جذب گاز قرار دارد.

نسبت بین این دو پرتو به‌طور پیوسته مقایسه می‌شود:
در حالت بدون گاز، نسبت سیگنال‌ها ثابت باقی می‌ماند.
وقتی ابر گاز از مسیر عبور می‌کند، پرتو نمونه به نسبت غلظت گاز جذب یا تضعیف می‌شود، اما پرتو مرجع بدون تغییر باقی می‌ماند.
سیستم، حاصل‌ضرب غلظت متوسط گاز در عرض ابر گاز را محاسبه کرده و مقدار را به‌صورت درصد حد پایین انفجار بر متر (%LEL/m) نمایش می‌دهد.

 

محدوده اندازه‌گیری:
درصد حد پایین انفجار بر متر (%LEL/m)

 

مزایا:
دقت و گزینش‌پذیری بالا
دامنه اندازه‌گیری وسیع
نیاز به نگهداری پایین
مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی مسموم‌کننده
عدم نیاز به اکسیژن یا هوا
پایداری کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای)
عملکرد ایمن در خطا (Fail-to-safe)

 

معایب:
مناسب برای تشخیص گاز هیدروژن نیست
برخلاف فناوری نقطه‌ای، محل نشت گاز را به‌طور دقیق مشخص نمی‌کند
نیاز به مسیر باز و بدون مانع بین منبع و آشکارساز دارد

فناوری: مادون قرمز مسیر باز (Open Path Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال (Combustible gases)

 

اصل عملکرد:
مشابه دتکتورهای مادون قرمز نقطه‌ای (Point IR) عمل می‌کند، با این تفاوت که منبع تابش مادون قرمز و آشکارساز از یکدیگر جدا هستند.

 

توضیح تفصیلی:
دتکتورهای مسیر باز مادون قرمز، روش تشخیص نقطه‌ای را به مسیری با طول حداکثر ۱۰۰ متر گسترش می‌دهند. مانند فناوری نقطه‌ای، این سیستم از دو پرتو استفاده می‌کند:

• پرتو نمونه (Sample Beam): در طول موج مادون قرمز قرار دارد که توسط گازهای هیدروکربنی جذب می‌شود.
• پرتو مرجع (Reference Beam): خارج از محدوده جذب گاز قرار دارد و تحت تأثیر حضور گاز نیست.

نسبت شدت این دو پرتو به‌صورت پیوسته مقایسه می‌شود:
اگر گازی وجود نداشته باشد، نسبت دو سیگنال ثابت می‌ماند.
وقتی ابری از گاز از مسیر عبور می‌کند، شدت پرتو نمونه کاهش می‌یابد، ولی پرتو مرجع ثابت باقی می‌ماند.
سیستم با مقایسه این نسبت، مقدار حاصل‌ضرب میانگین غلظت گاز و عرض ابر گاز را محاسبه می‌کند.

واحد اندازه‌گیری: درصد حد انفجار پایین در واحد متر (%LEL/m)

 

مزایا:

• دقت و گزینش‌پذیری بالا
• دامنه وسیع اندازه‌گیری
• نیاز به نگهداری بسیار کم
• مقاوم در برابر مسمومیت شیمیایی
• نیاز نداشتن به هوا یا اکسیژن محیط
• پایداری بسیار خوب در کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون منظم)
• طراحی Fail-to-safe (ایمن در صورت بروز خطا)

 

معایب:

• برای تشخیص گاز هیدروژن مناسب نیست

• نسبت به فناوری نقطه‌ای، توانایی تعیین دقیق محل نشت گاز را ندارد
• نیاز به مسیر مستقیم و بدون مانع بین منبع و آشکارساز دارد

 

 

فناوری: مادون قرمز فوتواکوستیک (Photoacoustic Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال و گازهای سمی (Combustible gases; Toxic gases)

 

اصل عملکرد:
از توانایی جذب پرتو مادون قرمز توسط گاز و تغییرات فشار ناشی از آن استفاده می‌شود.

 

توضیح تفصیلی:
نمونه گاز در معرض نور مادون قرمز قرار می‌گیرد. زمانی که مولکول‌های گاز نور را جذب می‌کنند، ضربان یا پالس فشاری تولید می‌شود.
مقدار این پالس فشاری مستقیماً نشان‌دهنده غلظت گاز موجود است.
این تغییرات فشار توسط میکروفون یا سنسور حساس به فشار تشخیص داده می‌شود و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌گردد.

واحدهای اندازه‌گیری:

• درصد حد انفجار پایین (%LEL)
• درصد حجمی (% by volume)
• قسمت در میلیون (PPM)
• قسمت در میلیارد (PPB)

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• استفاده آسان
• مقاوم در برابر مسمومیت سنسور
• پایداری بلندمدت

 

معایب:

• برای تشخیص گاز هیدروژن مناسب نیست

 

فناوری: الکتروشیمیایی برای گازهای سمی (Electrochemical Toxic Gases)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای سمی (Toxic gases)

 

اصل عملکرد:
واکنش الکتروشیمیایی برای تولید جریانی که متناسب با غلظت گاز است.

 

توضیح تفصیلی:
سنسور شامل یک محفظه با ژل یا الکترولیت و دو الکترود فعال است:

• الکترود اندازه‌گیری (آند)
• الکترود متقابل (کاتد)
  یک الکترود سوم (مرجع) ولتاژ ثابت بین آند و کاتد را حفظ می‌کند.

نمونه گاز از طریق غشاء وارد محفظه می‌شود.

در آند واکنش اکسیداسیون و در کاتد واکنش کاهش رخ می‌دهد.
در نتیجه، یون‌های مثبت به سمت کاتد و یون‌های منفی به سمت آند حرکت می‌کنند.
این جریان الکتریکی متناسب با غلظت گاز سمی تولید می‌شود.

واحد اندازه‌گیری:
قسمت در میلیون (PPM) برای گازهای سمی

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• کاربری آسان

 

معایب:

• عمر مفید محدود
• تأثیرپذیر از گازهای مزاحم (interferents)
• کاهش طول عمر در محیط‌های بسیار خشک یا بسیار گرم

 

 

 

 

دتکتور گاز الکتروشیمیائی گازهای سمی

Electrochemical Toxic Sensor

 

 

فناوری: الکتروشیمیایی برای سنجش اکسیژن (Electrochemical Oxygen)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
کمبود یا غنی‌شدگی اکسیژن (O₂)

 

اصل عملکرد:
واکنش الکتروشیمیایی برای تولید جریانی که متناسب با غلظت اکسیژن است.

 

توضیح تفصیلی:
سنسور شامل محفظه‌ای حاوی ژل یا الکترولیت و دو الکترود است:

• الکترود اندازه‌گیری (آند)
• الکترود مرجع/متقابل (معمولاً از جنس سرب)

نمونه گاز از طریق غشاء وارد محفظه می‌شود.
واکنش اکسیداسیون در آند و واکنش کاهش در کاتد رخ می‌دهد.
جریان یونی ایجادشده، متناسب با غلظت اکسیژن، یک جریان الکتریکی تولید می‌کند که توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود.

واحد اندازه‌گیری:
درصد حجمی اکسیژن (% Volume)

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• کاربری آسان
• مقاوم در برابر سمّی شدن سنسور

معایب:

• عمر مفید محدود
• تأثیرپذیر از گازهای مزاحم (interferents)
• کاهش عمر در محیط‌های بسیار خشک یا بسیار گرم، یا در شرایط اکسیژن غنی‌شده

 

 

 

دتکتور گاز الکتروشیمیائی گاز اکسیژن

Typical Electrochemical Oxygen Sensor

 

 

دتکتور گاز  رسانایی حرارتی معمولی

Typical Thermal Conductivity Sensor

 

فناوری: رسانش گرمایی (Thermal Conductivity)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال و گازهای سمی

 

اصل عملکرد:
سنجش توانایی گاز برای انتقال حرارت با مقایسه آن با یک گاز مرجع (معمولاً هوا)

توضیح تفصیلی:
در این روش از دو سنسور استفاده می‌شود:

• سنسور آشکارساز (Detecting Sensor)
• سنسور جبران‌کننده (Compensating Sensor)

هر دو سنسور در یک پل ویتستون (Wheatstone Bridge) قرار دارند.
سنسور آشکارساز در معرض گاز موردنظر قرار دارد، در حالی که سنسور جبران‌کننده در محفظه‌ای با هوای تمیز مهر و موم شده است.
وقتی گاز وارد سنسور آشکارساز می‌شود، باعث خنک شدن آن می‌گردد که این امر مقاومت الکتریکی را تغییر می‌دهد.
این تغییر مقاومت متناسب با غلظت گاز است.
سنسور جبران‌کننده تضمین می‌کند که تغییر دما ناشی از خود گاز است نه دمای محیط یا عوامل دیگر.

واحد اندازه‌گیری:
PPM تا ۱۰۰٪ حجمی

 

مزایا:

• دامنه وسیع اندازه‌گیری

 

معایب:

• غیر اختصاصی (به سایر ترکیبات نیز واکنش نشان می‌دهد)
• برای گازهایی با رسانش گرمایی نزدیک به یک (مانند هوا، NH₃، CO، NO، O₂، N₂) مناسب نیست
• اندازه‌گیری گازهایی با رسانش گرمایی کمتر از یک دشوارتر است
• خروجی سیگنال همیشه خطی نیست

 

فناوری: یونیزاسیون نوری (Photoionization – PID)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای سمی (ترکیبات آلی)

 

اصل عملکرد:
مبنای آشکارسازی بر اساس یونیزه کردن گاز با استفاده از پرتو فرابنفش (UV)

 

توضیح تفصیلی:
دتکتور یونیزاسیون نوری (PID) از یک لامپ فرابنفش برای یونیزه کردن ترکیب موردنظر استفاده می‌کند.
مولکول‌های گاز تحت تابش فرابنفش یونیزه شده و یون‌ها تولید می‌شوند.
این یون‌ها روی یک الکترود جمع‌آوری می‌گردند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.
مقدار این جریان متناسب با غلظت گاز است و به‌صورت عددی در واحد PPM یا مقادیر زیر PPM (sub-ppm) روی نمایشگر دستگاه نشان داده می‌شود.

 

واحد اندازه‌گیری:
PPM و زیر PPM

 

مزایا:

• سرعت پاسخ‌دهی بسیار بالا
• توانایی تشخیص در سطوح بسیار پایین
• قابلیت تشخیص طیف گسترده‌ای از ترکیبات

 

معایب:

• هزینه بالا
• نیاز به نگهداری بیشتر
• نیاز به کالیبراسیون مکرر
• غیر اختصاصی بودن (عدم تمایز دقیق بین ترکیبات مشابه)
• حساسیت به رطوبت

 

دتکتور گاز فوتویونیزاسیون

Photoionization Sensor Design

روش‌های نمونه‌برداری گاز

سه روش اصلی برای نمونه‌برداری از گاز وجود دارد:

۱. نمونه‌برداری به روش انتشار (Diffusion Sampling)
۲. نمونه‌برداری با پمپ (Pumped Sampling)
۳. نمونه‌برداری با مکش (Aspirated Sampling)

 

نمونه‌برداری به روش انتشار (Diffusion Sampling)

در این روش، انتقال گاز به سمت حسگر از طریق حرکت طبیعی مولکول‌ها از ناحیه‌ای با غلظت بالا به ناحیه‌ای با غلظت پایین صورت می‌گیرد.
واژه «انتشار» به فرایندی اشاره دارد که در آن مولکول‌ها یا ذرات دیگر به دلیل حرکت حرارتی تصادفی خود با یکدیگر مخلوط می‌شوند.
شرایط محیطی مانند دما، جریان‌های هوا و سایر عوامل محیطی بر میزان و سرعت انتشار تأثیر می‌گذارند.

 

مزایا:

• نصب دتکتور دقیقاً در نقطه موردنظر برای نمونه‌گیری انجام می‌شود.
• پاسخ‌دهی سریع به دلیل عدم نیاز به انتقال نمونه
• عدم نیاز به پمپ یا فیلتر و در نتیجه نگهداری ساده‌تر

 

نمونه‌برداری با پمپ (Pumped Sampling)

در این روش، یک پمپ برای مکش نمونه گاز از یک مکان دوردست به داخل یا از میان حسگر به‌کار گرفته می‌شود.
با استفاده از نمونه‌برداری پمپی، امکان جمع‌آوری نمونه‌ها به‌صورت همزمان از دو یا چند محل مختلف وجود دارد.

 

مزایا:

• قابلیت نمونه‌گیری از فواصل دور
• امکان پایش هم‌زمان چند نقطه
• مناسب برای کاربردهایی که در آن حسگر نمی‌تواند مستقیماً در محل نمونه‌برداری نصب شود

 

توجه:

• این روش نیاز به تجهیزات مکانیکی (پمپ) دارد که ممکن است نیازمند نگهداری منظم باشند.
• ممکن است به زمان انتقال نمونه نیاز داشته باشد که باعث تاخیر در پاسخ‌دهی شود.

 

شرایط مناسب برای نمونه‌برداری پمپی (Pumped Sampling):

مواردی که این روش توصیه می‌شود:

• نقطه نمونه‌برداری بسیار گرم یا بسیار سرد است.
• دسترسی به محل نمونه‌برداری دشوار است.
• بخارهای سنگین وجود دارد که به‌خوبی با نیروهای طبیعی پخش نمی‌شوند.
• در برخی کاربردها، استفاده از پمپ می‌تواند سیستم را از کلاس ضدانفجار (XP) به کلاس کاربرد عمومی (GP) تبدیل کند.
  (در این حالت، ممکن است نیاز به نصب مهارکننده شعله (Flashback Arrestor) بین ورودی نمونه و حسگر باشد.)
• مناسب برای فضاهای بسته و محدود (Confined Spaces)

 

نمونه‌برداری آسپیره (Aspirated Sampling)

در این روش، نمونه گاز با استفاده از مکش غیرفعال یا جریان طبیعی به داخل یا از میان حسگر کشیده می‌شود.

 

مزایای نمونه‌برداری آسپیره نسبت به پمپی:

• هزینه پایین‌تر
• نگهداری کمتر به‌دلیل نبود قطعات متحرک
  (در مقایسه با پمپ که نیاز به تعمیرات دوره‌ای دارد)

 

لوله موئین، یک قطعه لوله انعطاف‌پذیر است که به لوله اصلی نمونه‌برداری متصل می‌شود و در انتهای آن یک سوراخ نمونه‌برداری قرار دارد. هدف از استفاده از این لوله‌ها، گسترش ناحیه نمونه‌برداری به دور از شبکه اصلی لوله‌ها است.

از لوله‌های موئین زمانی استفاده می‌شود که نمونه‌برداری از یک فضای بسته مانند یک کابینت یا سقف کاذب انجام می‌شود، یا در مواردی که به دلایل ظاهری یا امنیتی ضروری است. این روش، شبکه اصلی لوله‌کشی را پنهان می‌کند و تنها یک نقطه کوچک نمونه‌برداری در فضا باقی می‌گذارد. شکل ۵در زیر، لوله موئینی را نشان می‌دهد که از لوله اصلی نمونه‌برداری به پایین امتداد یافته و سوراخ نمونه‌برداری در محل مورد نظر قرار دارد.

نرم‌افزار طراحی، افزودن لوله‌های موئین و نقاط نمونه‌برداری به طراحی شبکه لوله را پشتیبانی می‌کند و جریان هوای مناسب در سیستم را محاسبه می‌نماید. حداکثر طول معمول برای لوله‌های انعطاف‌پذیر موئین ۸ متر (۲۶فوت) است، اما این مقدار می‌تواند بسته به محاسبات نرم‌افزار طراحی متغیر باشد. زمانی که چندین لوله موئین در یک شبکه استفاده می‌شود، طول هر یک از آن‌ها باید تقریباً برابر باشد تا تعادل سیستم حفظ شود.

توجه ۱: توصیه می‌شود از اجرای طولانی لوله‌هایی که هم دارای سوراخ‌های نمونه‌برداری استاندارد و هم نقاط نمونه‌برداری موئین هستند، خودداری شود، زیرا این امر می‌تواند جریان هوا را نامتعادل کرده و زمان پاسخ‌دهی نقاط موئین را کاهش دهد.

سوراخ‌های نمونه‌برداری
سوراخ‌های نمونه‌برداری می‌توانند مستقیماً روی لوله، روی یک درپوش انتهایی، یا در یک نقطه نمونه‌برداری در انتهای لوله موئین قرار گیرند. مهم‌ترین عامل، سوراخ‌کاری صحیح با قطری مطابق با مشخصات تعیین‌شده توسط نرم‌افزار طراحی است.

سوراخ‌های نمونه‌برداری باید پس از نصب شبکه لوله‌کشی ایجاد شوند. برای جلوگیری از مسدود شدن سوراخ‌ها توسط گرد و غبار و آلودگی، سوراخ‌ها باید در قسمت زیرین لوله‌های نمونه‌برداری و نه در بالای آن‌ها ایجاد شوند. این کار از ورود ذرات افتاده به درون سوراخ‌ها جلوگیری می‌کند. دستورالعمل‌های زیر هنگام سوراخ‌کاری لوله‌ها باید رعایت شود:

مقدمه
تشخیص گاز و نشت‌یابی دو فعالیت مجزا هستند که به موضوعی یکسان می‌پردازند، اما روش‌های آن‌ها بسیار متفاوت است.
تشخیص گاز شامل آنالیز نمونه‌های هوا برای تعیین وجود گاز مبرد است.
نشت‌یابی، بازرسی نظام‌مند یک سیستم تبرید به‌منظور مشخص کردن وجود نشتی است.
اصطلاحات تشخیص گاز و نشت‌یابی قابل جایگزینی با یکدیگر نیستند و نباید با هم اشتباه گرفته شوند.

دتکتورهای نشت معمولاً تجهیزات دستی هستند که توسط افراد حمل می‌شوند و برای شناسایی نشتی‌ها در سیستم‌های تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع مختلفی از دتکتورهای نشت در دسترس است، از روش‌های ساده‌ای مانند آب صابون گرفته تا ابزارهای الکتریکی پیشرفته.

دتکتورهای گاز معمولاً در نصب‌های ثابت به کار می‌روند و شامل تعدادی دتکتور هستند که در مکان‌هایی قرار می‌گیرند که در صورت نشت از تأسیسات، احتمال تجمع گاز مبرد وجود دارد.
این مکان‌ها به چیدمان اتاق ماشین‌آلات و فضاهای مجاور، پیکربندی سیستم و نوع مبرد بستگی دارند.

پیش از انتخاب دتکتور مناسب تشخیص گاز، باید به چند پرسش پاسخ داده شود:

• کدام گازها باید اندازه‌گیری شوند و در چه مقادیری؟
  – کدام اصل عملکرد دتکتور برای این کار مناسب‌تر است؟
  – چه تعداد دتکتور مورد نیاز است؟
  – دتکتورها در کجا و چگونه باید نصب و کالیبره شوند؟
• حدود هشدار مناسب کدام است؟
  – چند سطح هشدار لازم است؟
  – اطلاعات هشدار چگونه باید پردازش شود؟

این راهنمای کاربردی به این پرسش‌ها پاسخ خواهد داد.

 

فناوری دتکتور

انتخاب فناوری دتکتور برای تشخیص گاز مبرد به نوع گاز هدف و محدوده ppm مورد نیاز بستگی دارد.
دتکتورهای مختلفی وجود دارند که با گازهای رایج، محدوده‌های ppm مناسب و الزامات ایمنی برای سیستم‌های تبرید سازگارند.

EC – دتکتور الکتروشیمیایی
دتکتورهای الکتروشیمیایی عمدتاً برای گازهای سمی استفاده می‌شوند و برای آمونیاک مناسب هستند.
این دتکتورها شامل دو الکترود هستند که در یک محیط الکترولیت غوطه‌ور شده‌اند.
واکنش اکسایش/کاهش جریان الکتریکی تولید می‌کند که با غلظت گاز متناسب است.
این دتکتورها بسیار دقیق هستند (±۲٪) و عمدتاً برای گازهای سمی که به روش دیگری قابل شناسایی نیستند یا در مواردی که دقت بالا نیاز است، استفاده می‌شوند.
دتکتورهای EC مخصوص آمونیاک با محدوده تا ۰ تا ۵۰۰۰ ppm عرضه می‌شوند و طول عمر مورد انتظار آن‌ها حدود ۲ سال است که بستگی به میزان تماس با گاز هدف دارد.
تماس با نشت‌های بزرگ آمونیاک یا وجود دائمی آمونیاک در پس‌زمینه، طول عمر دتکتور را کاهش می‌دهد.
دتکتورهای EC تا زمانی که حساسیت آن‌ها بالای ۳۰٪ باشد، قابل کالیبراسیون مجدد هستند.
این دتکتورها بسیار انتخاب‌پذیر هستند و به ندرت دچار تداخل متقابل می‌شوند. ممکن است به تغییرات ناگهانی رطوبت واکنش نشان دهند اما به سرعت پایدار می‌شوند.

SC – دتکتور نیمه‌رسانا (حالت جامد)
عملکرد دتکتور نیمه‌رسانا بر پایه اندازه‌گیری تغییر مقاومت است (متناسب با غلظت)، زمانی که گاز روی سطح یک نیمه‌رسانا که معمولاً از اکسیدهای فلز ساخته شده، جذب می‌شود.
این دتکتورها برای طیف گسترده‌ای از گازها از جمله گازهای قابل اشتعال، سمی و گازهای مبرد قابل استفاده هستند.

ادعا می‌شود که این نوع دتکتورها در تشخیص گازهای قابل احتراق در غلظت‌های پایین تا ۱۰۰۰ ppm عملکرد بهتری نسبت به نوع کاتالیستی دارند. این دتکتورها کم‌هزینه، با طول عمر بالا، حساس هستند و می‌توان از آن‌ها برای تشخیص طیف گسترده‌ای از گازها از جمله تمامی مبردهای HCFC، HFC، آمونیاک و هیدروکربن‌ها استفاده کرد.

با این حال، این دتکتورها انتخاب‌پذیر نیستند و برای تشخیص یک گاز خاص در مخلوط یا در مواردی که احتمال وجود غلظت بالایی از گازهای تداخل‌زا وجود دارد، مناسب نیستند.

تداخل ناشی از منابع کوتاه‌مدت (مانند گاز اگزوز کامیون) که منجر به هشدارهای اشتباه می‌شود، را می‌توان با فعال کردن تأخیر در آلارم برطرف کرد.

دتکتورهای نیمه‌رسانا برای هالوکربن‌ها می‌توانند بیش از یک گاز یا یک مخلوط را به طور هم‌زمان تشخیص دهند. این ویژگی به‌ویژه در نظارت بر اتاق ماشین‌آلات با چندین مبرد مختلف مفید است.

P – دتکتور پلستور
پلستورها (که گاهی مهره یا کاتالیتیکی نیز نامیده می‌شوند) عمدتاً برای گازهای قابل احتراق از جمله آمونیاک استفاده می‌شوند و در سطوح بالای تشخیص، محبوب‌ترین دتکتورها برای این کاربرد هستند. عملکرد این دتکتور بر اساس سوزاندن گاز در سطح مهره و اندازه‌گیری تغییر مقاومت حاصل‌شده در مهره (که متناسب با غلظت است) می‌باشد.

این دتکتورها نسبتاً کم‌هزینه، جاافتاده و قابل‌فهم هستند و طول عمر خوبی دارند (عمر مورد انتظار ۳ تا ۵ سال). زمان پاسخ‌دهی معمولاً کمتر از ۱۰ ثانیه است.

در برخی کاربردها ممکن است دچار مسمومیت شوند.
مسمومیت به کاهش واکنش دتکتور نسبت به گاز هدف در اثر وجود (آلودگی) یک ماده دیگر در سطح کاتالیست گفته می‌شود که یا با آن واکنش می‌دهد یا لایه‌ای روی آن تشکیل می‌دهد که ظرفیت واکنش با گاز هدف را کاهش می‌دهد. رایج‌ترین مواد مسموم‌کننده ترکیبات سیلیکونی هستند.

پلستورها عمدتاً برای گازهای قابل احتراق استفاده می‌شوند و بنابراین برای آمونیاک و مبردهای هیدروکربنی در غلظت‌های بالا مناسب هستند. این دتکتورها تمامی گازهای قابل احتراق را تشخیص می‌دهند اما با نرخ‌های مختلف، و بنابراین می‌توان آن‌ها را برای گازهای خاص کالیبره کرد. نسخه‌های خاصی برای آمونیاک وجود دارد.

IR – مادون قرمز
فناوری مادون قرمز از این واقعیت بهره می‌برد که بیشتر گازها دارای باند جذب مشخصی در ناحیه مادون قرمز طیف هستند و از این ویژگی برای تشخیص آن‌ها استفاده می‌شود. مقایسه با پرتو مرجع امکان تعیین غلظت را فراهم می‌سازد.

اگرچه نسبت به دتکتورهای دیگر نسبتاً گران‌قیمت هستند، اما طول عمر بالایی تا ۱۵ سال، دقت زیاد و حساسیت متقابل پایین دارند.

به دلیل اصل اندازه‌گیری، دتکتورهای مادون قرمز ممکن است در محیط‌های دارای گرد و غبار دچار مشکل شوند، زیرا حضور ذرات زیاد در هوا ممکن است خوانش را مختل کند.

این دتکتورها برای تشخیص دی‌اکسید کربن توصیه می‌شوند و رایج هستند. اگرچه فناوری آن برای گازهای دیگر نیز وجود دارد، اما معمولاً در راه‌حل‌های تجاری مشاهده نمی‌شود.

کدام دتکتور برای مبرد خاص مناسب است؟
بر اساس گاز مبرد هدف و محدوده ppm مورد نظر، جدول زیر نمای کلی از مناسب‌بودن فناوری‌های مختلف دتکتورهای ارائه‌شده توسط دانفوس را ارائه می‌دهد.

زمان پاسخ‌دهی دتکتور
زمان پاسخ‌دهی، مدت‌زمان لازم برای خواندن درصد مشخصی از مقدار واقعی در اثر تغییر ناگهانی غلظت گاز هدف توسط دتکتور است.
زمان پاسخ‌دهی برای اغلب دتکتورها به صورت t90 بیان می‌شود، به این معنا که مدت‌زمانی که طول می‌کشد دتکتور ۹۰ درصد از غلظت واقعی را بخواند. شکل ۴ نمونه‌ای از دتکتوری با زمان پاسخ‌دهی t90 برابر با ۹۰ ثانیه را نشان می‌دهد.

همان‌طور که در نمودار مشخص است، واکنش دتکتور پس از عبور از ۹۰ درصد کندتر شده و مدت‌زمان بیشتری برای رسیدن به ۱۰۰ درصد نیاز دارد.

نیاز به تشخیص گاز
دلایل متعددی برای نیاز به تشخیص گاز وجود دارد. دو دلیل آشکار، محافظت از افراد، تولید و تجهیزات در برابر تأثیر نشت احتمالی گاز و رعایت مقررات است. دلایل مهم دیگر عبارتند از:

• کاهش هزینه خدمات (هزینه گاز جایگزین و مراجعه تعمیرکار)
  • کاهش هزینه مصرف انرژی به دلیل فقدان مبرد
  • خطر آسیب به محصولات ذخیره‌شده در اثر نشت گسترده
• امکان کاهش هزینه‌های بیمه
  • مالیات یا سهمیه مربوط به مبردهای ناسازگار با محیط زیست
  کاربردهای مختلف سامانه‌های تبرید به دلایل متفاوتی نیازمند تشخیص گاز هستند.

آمونیاک به عنوان ماده‌ای سمی با بوی بسیار خاص طبقه‌بندی می‌شود، بنابراین به‌طور طبیعی «هشداردهنده» است. با این حال، استفاده از دتکتورهای گاز برای صدور هشدار اولیه و پایش نواحی‌ای که همواره افراد حضور ندارند (مانند اتاق‌های ماشین‌آلات) الزامی است. باید توجه داشت که آمونیاک تنها مبرد رایج است که از هوا سبک‌تر می‌باشد. در بسیاری از موارد، این ویژگی باعث می‌شود آمونیاک به بالای ناحیه تنفسی صعود کرده و شناسایی نشتی برای افراد دشوار شود. استفاده از دتکتور گاز در نواحی مناسب، هشدارهای اولیه در صورت نشتی آمونیاک را تضمین می‌کند.

هیدروکربن‌ها به‌عنوان مواد قابل اشتعال طبقه‌بندی می‌شوند. بنابراین، ضروری است که غلظت آن‌ها در اطراف سامانه تبرید از حد اشتعال فراتر نرود.

مبردهای فلوئوردار همگی دارای اثرات منفی خاصی بر محیط زیست هستند و به همین دلیل باید از هرگونه نشتی آن‌ها جلوگیری کرد.

دی‌اکسید کربن (CO₂) مستقیماً در فرآیند تنفس دخیل است و باید متناسب با آن با آن برخورد شود. حدود ۰٫۰۴٪ دی‌اکسید کربن به‌طور طبیعی در هوا وجود دارد. در غلظت‌های بالاتر، برخی واکنش‌های منفی مشاهده شده است که با افزایش نرخ تنفس (حدود ۱۰۰٪ در غلظت ۳٪) آغاز شده و به از دست دادن هوشیاری و مرگ در غلظت‌های بالاتر از ۱۰٪ منجر می‌شود.

مقررات و استانداردها
الزامات مربوط به تشخیص گاز در کشورهای مختلف جهان متفاوت است. در صفحات بعد نمایی کلی از قوانین و مقررات رایج ارائه شده است.

اروپا
استاندارد ایمنی فعلی برای سامانه‌های تبرید در اروپا، EN 378:2016 است.

سطوح هشدار مشخص‌شده در EN 378:2016 به‌گونه‌ای تعیین شده‌اند که امکان تخلیه ایمن ناحیه را فراهم کنند. این سطوح بازتابی از اثرات ناشی از مواجهه بلندمدت با مبردهای نشت‌یافته نیستند. به‌عبارت‌دیگر، در EN 378 وظیفه دتکتور گاز، هشدار در هنگام وقوع نشتی ناگهانی و زیاد است، در حالی که تهویه اتاق ماشین و اقدامات کیفی سامانه باید اطمینان حاصل کنند که نشتی‌های کوچک تأثیرات منفی برای سلامتی ایجاد نکنند.

توجه
الزامات مربوط به دتکتور گاز در اروپا تحت پوشش قوانین ملی کشورهای مختلف قرار دارد و ممکن است با الزامات مندرج در EN 378 تفاوت داشته باشد.

با چند استثناء، دتکتور گاز مطابق با استانداردهای EN 378:2016 و ISO 5149:2014 برای تمام نصب‌هایی که احتمال دارد غلظت گاز در اتاق از حد عملی فراتر رود، الزامی است.

در مورد مبردهای سمی و قابل اشتعال، این موضوع تقریباً شامل تمام سامانه‌های صنعتی و تجاری می‌شود. در مورد مبردهای گروه A1، امکان طراحی سامانه‌های کوچکی وجود دارد که نیازی به دتکتور گاز ندارند. اما در بیشتر تأسیسات بزرگ، در صورت بروز نشتی عمده، احتمالاً غلظت مبرد از حد عملی فراتر خواهد رفت و در نتیجه استفاده از دتکتور گاز الزامی می‌گردد.

راهنمایی‌هایی در بخش ۳ استاندارد EN 378:2016 یا بخش ۳ استاندارد ISO 5149:2014 ارائه شده‌اند. الزامات این دو استاندارد بسیار مشابه بوده و در شکل ۵ خلاصه شده‌اند.

در صورتی که با انجام محاسبات مشخص شود غلظت مبرد در یک اتاق هرگز به حد عملی نمی‌رسد، دیگر نیازی به استفاده از دتکتور گاز ثابت نیست، به‌جز در مورد خاصی در استاندارد EN 378 که سیستم در زیرزمین نصب شده و بار مبرد آن از مقدار m2 فراتر رود (تقریباً معادل ۱ کیلوگرم پروپان). ISO 5149 چنین استثنایی را ندارد.

مقدار m2 برابر است با ۲۶ مترمکعب ضرب در LFL (حد پایین اشتعال‌پذیری). برای پروپان، این مقدار برابر است با:
۲۶ m³ × ۰٫۰۳۸ kg/m³ = ۰٫۹۸۸ kg
یا اگر LFL برحسب گرم اندازه‌گیری شود:
۲۶ m³ × ۳۸ g/m³ = ۹۸۸ g
در نتیجه، m2 دارای واحد نیست، چرا که واحد نهایی آن به واحد انتخاب‌شده برای LFL بستگی دارد.

بیشتر هیدروکربن‌ها دارای مقدار LFL مشابه هستند، بنابراین مقدار m2 معمولاً در حدود ۱ کیلوگرم است.

با این حال، اگر غلظت بتواند به حد عملی برسد، حتی برای مبردهای گروه A1، نصب دتکتور ثابت الزامی است – البته با چند استثناء جزئی.
حدود عملی برای مبردهای مختلف در پیوست II که از بخش ۱ استاندارد EN 378-2016 استخراج شده، ارائه شده است. در این جداول، حد عملی آمونیاک بر اساس سمیت آن تعیین شده است. حدود عملی هیدروکربن‌ها بر اساس قابلیت اشتعال آن‌ها و معادل ۲۰ درصد از حد پایین اشتعال‌پذیری تعیین شده‌اند. حدود عملی برای تمامی مبردهای گروه A1 بر اساس حد مواجهه با سمیت حاد (ATEL) تعیین شده است.
اگر کل بار مبرد در یک اتاق تقسیم بر حجم خالص اتاق بیشتر از «حد عملی» (مطابق پیوست II) باشد، به‌طور منطقی می‌توان نتیجه گرفت که باید سامانه دتکتور گاز ثابت نصب شود.
هر دو استاندارد EN378:2016 و ISO 5149:2014 الزام می‌کنند که دستگاه نمایشگری برای نشان دادن فعال شدن شیر اطمینان در سامانه‌هایی با مبرد ۳۰۰ کیلوگرم یا بیشتر نصب شود. یکی از روش‌ها، نصب دتکتور گاز در خط تخلیه است.

مقررات F-Gas
مقررات F-Gas (EC) شماره ۵۱۷/۲۰۱۴
یکی از اهداف مقررات F-Gas محدود کردن، جلوگیری و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای فلوئوردار تحت پوشش پروتکل کیوتو است. این دستورالعمل برای همه کشورهای عضو اتحادیه اروپا و همچنین سه کشور منطقه اقتصادی اروپا (EEA) شامل ایسلند، لیختن‌اشتاین و نروژ اجباری است.
این مقررات موضوعات متعددی از جمله واردات، صادرات و استفاده از گازهای سنتی HFC و PFC در تمام کاربردهایشان را پوشش می‌دهد. این مقررات از اول ژانویه ۲۰۱۵ لازم‌الاجرا شده است.

الزامات بازرسی نشتی به منظور پیشگیری از نشت و تعمیر هرگونه نشتی کشف‌شده، بر اساس معادل‌های دی‌اکسید کربن مبرد در هر مدار محاسبه می‌شود. معادل دی‌اکسید کربن برابر است با مقدار شارژ (کیلوگرم) ضرب در پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) مبرد.

بازرسی دوره‌ای نشتی توسط افراد مجاز با فرکانس زیر لازم است که بستگی به مقدار مبرد مصرفی دارد:
• معادل ۵ تن CO2 یا بیشتر: حداقل یک‌بار در هر ۱۲ ماه – به استثناء سیستم‌های کاملاً بسته که کمتر از ۱۰ تن معادل CO2 دارند
• معادل ۵۰ تن CO2 یا بیشتر: حداقل یک‌بار در هر ۶ ماه (۱۲ ماه در صورت وجود سامانه مناسب تشخیص نشتی)
• معادل ۵۰۰ تن CO2 یا بیشتر: حداقل یک‌بار در هر ۶ ماه. سامانه مناسب تشخیص نشتی الزامی است. سامانه تشخیص نشتی باید حداقل هر ۱۲ ماه یک‌بار بررسی شود.

 

پیوست G اطلاعات عمومی درباره دی‌اکسید کربن
این پیوست بخشی از الزامات این سند NFPA نیست، بلکه فقط برای اهداف اطلاعاتی ارائه شده است.
G.1 دی‌اکسید کربن به طور متوسط با غلظت حدود ۰.۰۴ درصد حجمی در جو وجود دارد. این ماده همچنین محصول نهایی طبیعی متابولیسم انسان و حیوانات است. دی‌اکسید کربن به چندین روش مهم بر برخی عملکردهای حیاتی تأثیر می‌گذارد، از جمله کنترل تنفس، گشاد شدن و تنگ شدن رگ‌های خونی – به ویژه در مغز – و تنظیم pH مایعات بدن. غلظت دی‌اکسید کربن در هوا نرخ آزادسازی دی‌اکسید کربن از ریه‌ها را کنترل می‌کند و بنابراین بر غلظت دی‌اکسید کربن در خون و بافت‌ها تأثیر می‌گذارد. افزایش غلظت دی‌اکسید کربن در هوا می‌تواند خطرناک شود، زیرا باعث کاهش نرخ آزادسازی دی‌اکسید کربن از ریه‌ها و کاهش دریافت اکسیژن می‌شود. اطلاعات بیشتر در مورد مواجهه با دی‌اکسید کربن را می‌توان از انتشارات شماره 76-194 اداره بهداشت و خدمات انسانی آمریکا (NIOSH) به دست آورد. ملاحظات ایمنی پرسنل در بخش ۴.۳ پوشش داده شده است.
جدول G.1 اطلاعاتی درباره اثرات حاد سلامتی ناشی از غلظت‌های بالای دی‌اکسید کربن ارائه می‌دهد.

دی‌اکسید کربن یک محصول تجاری استاندارد با کاربردهای فراوان است. این گاز شاید بیشتر به عنوان گازی که به نوشابه‌ها و سایر نوشیدنی‌های گازدار حالت “فیز” می‌دهد، شناخته شده باشد. در کاربردهای صنعتی، دی‌اکسید کربن به دلیل خواص شیمیایی، خواص مکانیکی به عنوان عامل فشاردهنده، یا خواص سرمایشی به صورت یخ خشک استفاده می‌شود.
در کاربردهای اطفاء حریق، دی‌اکسید کربن دارای چندین ویژگی مطلوب است. این گاز غیرخورنده، بدون آسیب‌رسانی و بدون باقی گذاشتن باقی‌مانده‌ای برای تمیزکاری پس از حریق است. همچنین فشار مورد نیاز برای تخلیه از طریق لوله‌ها و اسپرینکلرها را خود تأمین می‌کند. چون یک گاز است، به راحتی نفوذ کرده و به همه بخش‌های خطر گسترش می‌یابد. دی‌اکسید کربن رسانای الکتریسیته نیست و بنابراین می‌توان از آن در خطرات برقی فعال استفاده کرد. این گاز می‌تواند تقریباً برای تمام مواد قابل احتراق به جز چند فلز فعال، هیدریدهای فلزی و موادی مانند نیترات سلولز که دارای اکسیژن آزاد هستند، به طور مؤثر استفاده شود.
در شرایط معمول، دی‌اکسید کربن گازی بی‌رنگ و بی‌بو با چگالی حدود ۵۰ درصد بیشتر از چگالی هوا است. بسیاری از افراد ادعا می‌کنند که می‌توانند بوی دی‌اکسید کربن را حس کنند، اما این احتمالاً به دلیل وجود ناخالصی‌ها یا تأثیرات شیمیایی در بینی است. دی‌اکسید کربن به راحتی با فشرده‌سازی و سرمایش به مایع تبدیل می‌شود. با سرمایش و انبساط بیشتر، می‌توان آن را به حالت جامد نیز تبدیل کرد.
رابطه بین دما و فشار دی‌اکسید کربن مایع در منحنی شکل G.1 نشان داده شده است. با افزایش دمای مایع، فشار نیز افزایش می‌یابد. با افزایش فشار، چگالی بخار بالای مایع افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، مایع با افزایش دما منبسط شده و چگالی آن کاهش می‌یابد. در دمای ۸۷.۸ درجه فارنهایت (۳۱ درجه سانتی‌گراد)، مایع و بخار چگالی یکسانی دارند و در نتیجه فاز مایع ناپدید می‌شود. این دما به عنوان دمای بحرانی دی‌اکسید کربن شناخته می‌شود. در دمای زیر دمای بحرانی [۸۷.۸ درجه فارنهایت (۳۱ درجه سانتی‌گراد)]، دی‌اکسید کربن در یک مخزن بسته به صورت بخشی مایع و بخشی گاز است. بالاتر از دمای بحرانی، کاملاً به حالت گاز در می‌آید.
یکی از ویژگی‌های غیرمعمول دی‌اکسید کربن این است که نمی‌تواند به صورت مایع در فشارهای کمتر از ۶۰.۴ psi [۷۵ psi مطلق (۵۱۷ کیلوپاسکال)] وجود داشته باشد. این فشار نقطه سه‌گانه است که در آن دی‌اکسید کربن می‌تواند به صورت جامد، مایع یا بخار باشد. زیر این فشار، بسته به دما، دی‌اکسید کربن باید یا به صورت جامد یا گاز باشد.
اگر فشار در یک مخزن ذخیره‌سازی با تخلیه بخار کاهش یابد، بخشی از مایع تبخیر می‌شود و مایع باقی‌مانده سردتر می‌شود. در فشار ۶۰.۴ psi [۷۵ psi مطلق (۵۱۷ کیلوپاسکال)]، مایع باقی‌مانده به یخ خشک در دمای ۶۹.۹- درجه فارنهایت (۵۷- درجه سانتی‌گراد) تبدیل می‌شود. کاهش بیشتر فشار به فشار اتمسفری، دمای یخ خشک را به دمای طبیعی ۱۰۹.۳- درجه فارنهایت (۷۹- درجه سانتی‌گراد) کاهش می‌دهد.
همین فرآیند زمانی اتفاق می‌افتد که دی‌اکسید کربن مایع به اتمسفر تخلیه شود. بخش بزرگی از مایع به بخار تبدیل شده و حجم آن به شدت افزایش می‌یابد. بقیه به ذرات ریز یخ خشک در دمای ۱۰۹.۳- درجه فارنهایت (۷۹- درجه سانتی‌گراد) تبدیل می‌شود. این یخ خشک یا برف باعث می‌شود که تخلیه ظاهری ابری سفیدرنگ داشته باشد. دمای پایین همچنین موجب چگالش بخار آب موجود در هوای مکیده شده می‌شود، به طوری که مه آب معمولی تا مدتی پس از تصعید یخ خشک باقی می‌ماند.
دی‌اکسید کربن گازی بی‌رنگ، بی‌بو، غیررسانای الکتریکی و بی‌اثر است که یک محیط مناسب برای اطفاء حریق محسوب می‌شود. دی‌اکسید کربن مایع هنگام آزادسازی مستقیم به اتمسفر، به یخ خشک (“برف”) تبدیل می‌شود. گاز دی‌اکسید کربن ۱.۵ برابر سنگین‌تر از هوا است. دی‌اکسید کربن با کاهش غلظت اکسیژن، بخار سوخت، یا هر دو در هوا تا جایی که احتراق متوقف شود، آتش را خاموش می‌کند. (به بخش ۴.۳ مراجعه شود.)

سیستم‌های اطفاء حریق دی‌اکسید کربن در محدوده این استاندارد برای خاموش کردن آتش‌های مربوط به خطرات خاص یا تجهیزات در کاربری‌های زیر مفید هستند:
(۱) در جایی که یک محیط بی‌اثر و غیررسانای الکتریکی ضروری یا مطلوب باشد
(۲) در جایی که پاکسازی سایر محیط‌ها مشکل ایجاد کند
(۳) در جایی که نصب چنین سیستم‌هایی نسبت به سیستم‌هایی که از محیط‌های دیگر استفاده می‌کنند، اقتصادی‌تر باشد

برخی از انواع خطرات و تجهیزاتی که سیستم‌های دی‌اکسید کربن می‌توانند به طور رضایت‌بخشی از آن‌ها محافظت کنند شامل موارد زیر است:
(۱) مواد مایع قابل اشتعال (به بخش ۴.۵.۴.۹ مراجعه شود.)
(۲) خطرات الکتریکی مانند ترانسفورماتورها، کلیدها، قطع‌کننده‌های مدار، تجهیزات چرخشی و تجهیزات الکترونیکی
(۳) موتورهایی که از بنزین و سایر سوخت‌های مایع قابل اشتعال استفاده می‌کنند
(۴) مواد قابل احتراق معمولی مانند کاغذ، چوب و منسوجات
(۵) جامدات خطرناک

G.2 اطلاعات بیشتر درباره خواص فیزیکی دی‌اکسید کربن در “راهنمای مهندسی حفاظت از حریق SFPE” قابل دسترسی است.