Il principio e l'applicazione dei rilevatori di gas tossici e nocivi
Principio e applicazione dei rilevatori di gas tossici e nocivi/Il componente chiave dei rilevatori di gas sono i sensori di gas. I sensori di gas possono essere suddivisi in linea di principio in tre categorie:
A) Sensori di gas che utilizzano proprietà fisiche e chimiche, come il tipo a semiconduttore (controllo della superficie, controllo del volume, tipo a potenziale superficiale), tipo a combustione catalitica, tipo a conduttività termica solida, ecc.
B) Sensori di gas che utilizzano proprietà fisiche, come conduttività termica, interferenza ottica, assorbimento infrarosso, ecc.
C) Sensori di gas che utilizzano proprietà elettrochimiche, come elettrolisi a potenziale costante, batteria Gavanni, elettrodo ionico a membrana, elettrolita fisso, ecc.
In base al pericolo classifichiamo i gas tossici e nocivi in due categorie: gas combustibili e gas tossici. A causa delle loro diverse proprietà e pericoli, anche i loro metodi di rilevamento variano.
Il gas combustibile è il gas pericoloso più comune riscontrato in ambienti industriali come l’industria petrolchimica. È costituito principalmente da gas organici come gli alcani e da alcuni gas inorganici come il monossido di carbonio. L'esplosione di gas combustibili deve soddisfare determinate condizioni, ovvero una certa concentrazione di gas combustibili, una certa quantità di ossigeno e calore sufficiente per accendere la fonte di accensione. Questi sono i tre elementi essenziali dell'esplosione e nessuno di essi è indispensabile. In altre parole, l'assenza di una qualsiasi di queste condizioni non causerà un incendio o un'esplosione.
Quando i gas combustibili (vapore, polvere) e l'ossigeno vengono miscelati e raggiungono una certa concentrazione, si verificherà un'esplosione quando si incontra una fonte di fuoco con una certa temperatura. Chiamiamo limite di concentrazione di esplosione la concentrazione di gas combustibile che esplode quando incontra la fonte di fuoco, indicato come limite di infiammabilità, che è generalmente espresso in percentuale.
Nel nostro lavoro, i rilevatori che misurano questi gas utilizzando LEL sono comunemente usati come rilevatori di combustione catalitica. Il suo principio è un'unità di rilevamento a doppio ponte (comunemente indicato come ponte di Wheatstone). Uno di questi ponti in filo di platino è rivestito con sostanze di combustione catalitica. Finché qualsiasi gas infiammabile può essere acceso dall'elettrodo, la resistenza del ponte in filo di platino cambierà a causa delle variazioni di temperatura. Questa variazione di resistenza è proporzionale alla concentrazione del gas combustibile. La concentrazione del gas combustibile può essere calcolata attraverso il sistema circuitale e il microprocessore dello strumento. Sul mercato si possono trovare anche rilevatori VOL di conducibilità termica che misurano direttamente la concentrazione volumetrica di gas combustibili, ed esistono già rilevatori che combinano LEL/VOL. Il rilevatore di combustibili VOL è particolarmente adatto per misurare la concentrazione in volume (VOL) di gas combustibili in ambienti ipossici (carenti di ossigeno).
I gas tossici possono essere presenti sia nelle materie prime di produzione, come la maggior parte dei prodotti chimici organici (COV), sia nei sottoprodotti in varie fasi del processo di produzione, come ammoniaca, monossido di carbonio, idrogeno solforato e così via. Sono i fattori più pericolosi per i lavoratori. Questo tipo di danno non comprende solo danni immediati, come disagio fisico, malattia, morte, ecc., ma anche danni a lungo termine al corpo umano, come disabilità, cancro, ecc. Il rilevamento di questi gas tossici e nocivi è una questione a cui i paesi in via di sviluppo dovrebbero iniziare a prestare sufficiente attenzione.
Al momento, utilizziamo sensori di gas specializzati soprattutto per il rilevamento di gas tossici specifici. Può includere tutti i sensori di gas sopra elencati, nonché il rilevatore di fotoionizzazione descritto nei due capitoli precedenti. Tra questi, il metodo più comune per rilevare gas inorganici, con una tecnologia relativamente matura e i migliori indicatori completi, è il metodo dell'elettrolisi a potenziale costante, noto anche come sensori elettrochimici.
Il sensore elettrochimico è composto da due elettrodi di reazione - l'elettrodo di lavoro, il controelettrodo e un elettrodo di riferimento - posizionati in un elettrolita specifico (come mostrato nella figura sopra), quindi viene applicata una tensione sufficiente tra gli elettrodi di reazione per consentire a Redox di essere effettuata attraverso il gas da misurare rivestito con una pellicola catalitica di metalli pesanti, quindi la corrente generata durante l'elettrolisi del gas viene misurata attraverso il sistema di circuiti nello strumento, quindi il microprocessore interno calcola la concentrazione del gas.
Attualmente, i sensori elettrochimici in grado di rilevare gas specifici includono monossido di carbonio, idrogeno solforato, biossido di zolfo, ossido nitrico, biossido di azoto, ammoniaca, cloro, acido cianurico, ossido di etilene, acido cloridrico e così via.
La rilevazione del rilevatore VOC può utilizzare il rilevatore a fotoionizzazione introdotto nel capitolo precedente. Anche l'ossigeno è un fattore che richiede grande attenzione negli ambienti industriali, soprattutto in ambienti chiusi. Generalmente, quando il contenuto di ossigeno supera il 23,5%, si parla di ossigeno eccessivo (ossigeno arricchito), che può facilmente portare al rischio di esplosione; Quando il contenuto di ossigeno è inferiore al 19,5%, ciò indica una carenza di ossigeno (ipossia), che può facilmente portare al soffocamento, al coma e persino alla morte dei lavoratori. Il contenuto normale di ossigeno dovrebbe essere intorno al 20,9%. I rilevatori di ossigeno sono anche un tipo di sensore elettrochimico.
