Garantire la sicurezza dei lavoratori con un rilevamento accurato dei gas combustibili

Perché una sostanza bruci sono necessari tre elementi:

• Carburante
• Calore
• Ossigeno

Questo è il triangolo del fuoco, e tutti e tre gli elementi sono necessari per accendere un gas. Se uno qualsiasi di questi tre componenti viene rimosso, il rischio di incendio o esplosione viene eliminato. 

Il componente combustibile è spesso un rischio professionale nei settori industriali che necessitano di un gas particolare per svolgere il proprio lavoro o che è presente come prodotto o sottoprodotto della produzione. In tali ambienti, il rischio di combustione può essere mitigato gestendo il rilascio incontrollato o accidentale, le concentrazioni di ossigeno ed eliminando potenziali fonti di accensione.

In genere, per la protezione dei lavoratori e delle strutture, è necessario concentrarsi sul monitoraggio della concentrazione di gas e sulla vicinanza al limite inferiore di esplosività (%LEL) di un gas presente sul luogo di lavoro. Se la percentuale è pari al 100% LEL, è disponibile una quantità sufficiente di elemento combustibile per provocare l'accensione. È fondamentale che i lavoratori vengano avvisati con largo anticipo prima che la concentrazione del gas nell'ambiente raggiunga il 100% LEL. A seconda della regione, della giurisdizione legislativa e del protocollo aziendale, ciò potrebbe significare configurare i rilevatori di gas personali in modo da avvisare chi li indossa quando la presenza di gas raggiunge un limite LEL basso del 10% e poi avvertirli di evacuare se la concentrazione raggiunge un limite LEL alto del 20%. 

Tipi di gas combustibili

In generale, i gas combustibili utilizzati nei luoghi di lavoro rientrano in una di queste tre categorie:

• Gas idrocarburici
• Idrogeno gassoso
• Altri gas combustibili (ad es. ammoniaca)

La scienza alla base dei gas idrocarburici

I composti idrocarburici rappresentano la maggior parte dei rischi legati ai gas combustibili sul posto di lavoro. Questi composti organici sono costituiti esclusivamente da carbonio e idrogeno. Quando un gas idrocarburico si mescola con una quantità sufficiente di ossigeno e a temperature sufficientemente elevate, i legami idrocarburici vengono distrutti. Il calore estremo può essere prodotto quando la trasformazione scompone il composto in anidride carbonica e acqua, creando un rischio significativo di combustione.

Il rischio dell'idrogeno gassoso

Un processo simile avviene quando si applicano alte temperature all'idrogeno gassoso, ma, poiché non sono presenti atomi di carbonio, la reazione produce solo acqua e calore. A differenza del metano, l'idrogeno ha un intervallo di temperature molto ampio in cui è combustibile.

Prestare attenzione agli altri gas combustibili

Altri gas presenti nei luoghi di lavoro industriali possono essere piuttosto tossici oltre che combustibili a determinate concentrazioni. L'idrogeno solforato (H2S), ad esempio, è considerato un pericolo immediato per la vita non appena raggiunge 100 parti per milione (ppm), ma diventa combustibile a 40.000 ppm. Ciò significa che il gas è tossico molto prima che sussista il pericolo di esplosione. Spesso abbinato a un dispositivo con sensore di gas combustibili, un sensore di gas H2S dedicato fornisce un preallarme agli utenti quando i livelli di tossicità sono di bassa concentrazione e minacciano il benessere dell'utente. Una soglia di allarme bassa è spesso impostata a 10 ppm, mentre un allarme di gas elevato si attiva a 20 ppm. 

Altri esempi includono:

• L'ammoniaca (NH3) può essere immediatamente pericolosa a 300 ppm, con un LEL a 150.000 ppm. I sensori dedicati all'NH3 sono spesso impostati su un limite minimo di 25 ppm e un limite massimo di 50 ppm.
• Il monossido di carbonio rappresenta una minaccia tossica immediata a 1.200 ppm, con un LEL (limite inferiore di esplosività) di 109.000 ppm. I sensori dedicati al CO sono spesso impostati su un limite minimo di 50 ppm e un limite massimo di 100 ppm.
• L'acido cianidrico (HCN) è immediatamente pericoloso già a 50 ppm, con un LEL di 40.000 ppm. I sensori dedicati all'HCN sono spesso impostati su un limite minimo di 5 ppm e un limite massimo di 10 ppm.

Proprietà dei gas combustibili

Un gas combustibile non reagisce necessariamente allo stesso modo di un altro. Ecco quattro fattori che influenzano le loro reazioni. 

Intervallo di infiammabilità

Ogni gas combustibile ha un intervallo di infiammabilità. Oltre al limite inferiore di esplosività, esiste anche un limite superiore di esplosività (UEL). Se la concentrazione di gas supera l'UEL, non può più bruciare perché non c'è abbastanza ossigeno. L'intervallo di infiammabilità di un gas è la percentuale di concentrazione compresa tra il LEL e l'UEL. 

In termini di percentuale di volume nell'aria, l'idrogeno ha un limite LEL del 4% e un limite superiore di esplosività (UEL) del 75%. Il metano ha una banda di infiammabilità molto più ristretta, compresa tra il 5% LEL e il 17% UEL, mentre il propano è infiammabile da un 2,1% LEL a un 9,5% UEL e l'esano ha un 1,2% LEL e un 7,4% UEL.

Punto di infiammabilità

Il punto di infiammabilità di una sostanza liquida è la temperatura minima alla quale si produce nell'aria una quantità di vapore sufficiente a provocare la combustione se esposta a una fiamma o a una fonte di accensione. Tuttavia, le sostanze che rimangono allo stato gassoso alle normali temperature ambientali non hanno un punto di infiammabilità. Il pentano ha un punto di infiammabilità di -49 °C, quindi allo stato gassoso a temperatura ambiente e pressione atmosferica.

Temperatura di accensione

La temperatura di accensione è la temperatura minima alla quale un liquido vaporizza e si accende, senza una fonte di accensione. Questa può essere significativamente diversa dal punto di infiammabilità di una sostanza. Ad esempio, considerando il punto di infiammabilità del pentano pari a -49 °C, ben al di sotto della temperatura ambiente, la sua temperatura di accensione è di 260 °C. 

Densità relativa del vapore

Questa metrica confronta la densità di un gas con la densità dell'aria circostante. Se la densità relativa del vapore è inferiore a 1,0, tenderà a salire; se è superiore a 1,0, tenderà a scendere. I gas che tendono a salire includono:

• Idrogeno: 0,07
• Metano 0,55
• Acetilene: 0,90

Quelli che tendono a cadere includono:

• Etano: 1,04
• Propano: 1,56
• Butano: 2,05
• Pentano: 2,48
• Esano: 2,97

Conoscere il comportamento di un gas in base alla sua densità relativa di vapore può aiutare a determinare dove posizionare i sistemi di monitoraggio dei gas. Quelli con un valore superiore a 1,0 possono depositarsi più facilmente in spazi confinati, aumentando la probabilità di concentrazioni di gas più elevate (e conseguenti combustioni). 

Come monitorare i gas combustibili

I sistemi di rilevamento dei gas combustibili svolgono un ruolo fondamentale nella protezione dei lavoratori, fornendo avvisi in caso di presenza di gas combustibili nell'area. I sistemi devono:

• Fornire ai lavoratori un preallarme 
• Attivare i protocolli di sicurezza per evacuare le persone in luoghi sicuri.
• Fornire le posizioni delle esposizioni al gas per aiutare a indirizzare gli sforzi di mitigazione delle fughe di gas

I tre principali tipi di rilevatori di gas includono:

• Monitor di rilevamento fissi
• Monitor di area
• Rilevatori di gas personali

Un programma completo includerà una combinazione di diversi tipi per creare un sistema affidabile e completo.

Rilevatori fissi di gas

Questo sistema è spesso la prima linea di difesa di un'azienda. I rilevatori di gas fissi vengono posizionati in aree in cui sono presenti pericoli noti legati ai gas. Questi sistemi funzionano in modo continuo, in comunicazione con altri sistemi dell'impianto. Gli obiettivi sono fornire un allarme tempestivo in caso di possibile rilascio di gas, attivare lo spegnimento delle apparecchiature interessate e avviare l'evacuazione sicura dei lavoratori. I rilevatori di gas fissi sono installati in singoli punti di un impianto, quindi non forniscono un monitoraggio universale delle condizioni in tutti i punti.Alcuni cantieri utilizzano rilevatori di area "temporanei" come soluzioni più permanenti grazie alle loro capacità multigas e ad altre opzioni che offrono una maggiore flessibilità. 

Monitor di gas per aree

A volte, i sistemi fissi di rilevamento dei gas non sono pratici, ad esempio nei pressi dei parchi serbatoi, oppure devono essere disattivati per interventi di manutenzione. In questi casi, è possibile installare dei monitor di area in modo semi-fisso per fornire un allarme tempestivo in caso di eventi legati ai gas. I monitor di area possono anche essere utilizzati in situazioni temporanee o quando si ritiene necessario un ulteriore livello di monitoraggio, ad esempio in spazi confinati, lungo recinzioni e perimetri, cantieri edili, siti remoti e altro ancora. Possono anche essere utilizzati in situazioni di emergenza, ad esempio durante un incendio o un intervento con sostanze pericolose, per indicare e monitorare le zone sicure e tracciare i movimenti dei pennacchi di gas.

Quando si scelgono i sistemi di monitoraggio dell'area, si consiglia di verificare il grado di connettività, la durata, la facilità di implementazione e la durata prevista della batteria.

Rilevatori di gas personali

I rilevatori di gas indossabili e wireless sono la linea di difesa più importante per le persone. I dispositivi personali monitorano l'aria a cui sono direttamente esposti e devono essere indossati in prossimità della zona di respirazione dell'utente. Le aziende stabiliscono limiti predefiniti per ogni tipo di gas che rappresenta un rischio, con limiti dei sensori di gas combustibili comunemente fissati al 10% e al 20% LEL per gli allarmi di gas basso e alto, ben al di sotto del pericolo di esplosione della concentrazione del 100% LEL. Se viene raggiunto un livello di allarme di gas basso o alto, il dispositivo avvisa il lavoratore in tempo reale in modo che possa evacuare l'area in sicurezza e le squadre possano valutare la situazione.

Guasto del sensore: sicuro o pericoloso?

Se un sensore si guasta, a seconda del tipo di tecnologia, il guasto può essere di due tipi: guasto con funzione di sicurezza o guasto senza funzione di sicurezza. La differenza è fondamentale. Nel primo caso, il sensore avvisa gli utenti che non funziona più correttamente. Nel secondo caso, il sensore non avvisa l'utente e legge 0% LEL, dando una falsa sicurezza all'utente che tutto sia a posto e che continui a essere protetto. 

Questo è lo scopo dei test giornalieri di funzionalità: garantire che i sensori che leggono zero in circostanze normali funzionino correttamente quando esposti a una concentrazione nota di gas. Fortunatamente, la nuova tecnologia dello spettrometro di proprietà molecolari (MPS) che presentiamo di seguito è disponibile per i sensori di gas combustibili e aumenta la sicurezza dopo un test di funzionalità, consentendo ai lavoratori di monitorare in modo sicuro i gas infiammabili. I rilevatori di gas con sistema di sicurezza integrato offrono il massimo livello di protezione e la migliore possibilità di garantire il ritorno a casa in sicurezza dei lavoratori dopo il turno di lavoro.

Conformità

Spesso le aziende devono dimostrare che i dipendenti utilizzano regolarmente i dispositivi e che i rilevatori di gas sono stati sottoposti a bump test e calibrati secondo intervalli prestabiliti, in conformità con le linee guida normative quali quelle imposte dall'OSHA e dal NIOSH. 

• Test di funzionamento: molti sensori di gas forniscono una lettura pari a zero in un ambiente pulito, quindi è importante verificare che il sensore funzioni correttamente. Il test di funzionamento consiste nell'applicare una piccola quantità di gas al sensore per verificarne il corretto funzionamento. Questo passaggio conferma anche che tutte le spie luminose, gli allarmi acustici e le vibrazioni del rilevatore di gas funzionano come previsto.  
• La calibrazione dei sensori di gas richiede l'applicazione di una concentrazione nota di gas ai sensori specifici di un rilevatore di gas per un determinato periodo di tempo, al fine di confermare che il sensore fornisca letture accurate. Il processo di calibrazione può anche correggere la "deriva" del sensore e regolare i livelli di misurazione del sensore di gas per garantire che il dispositivo fornisca letture accurate. Le calibrazioni richiedono un po' più di tempo rispetto ai bump test e non devono essere eseguite con la stessa frequenza.

Tipi di sensori di gas combustibili LEL

Esistono tre tipi di sensori attualmente in uso che monitorano e misurano il limite inferiore di esplosività (LEL) dei gas combustibili:

• Sensori catalitici a perla (pellistor)
• Sensori a infrarossi non dispersivi (NDIR)
• Sensore spettrometro di proprietà molecolari (MPS)

Sensori catalitici a perline (pellistor)

Il misuratore di combustione catalitica è stato inventato negli anni '20. I sensori a pellistore utilizzano la combustione controllata per rilevare e misurare una varietà di gas infiammabili. I sensori contengono due bobine di platino, ciascuna incorporata in sfere ceramiche separate. La prima sfera è rivestita con un catalizzatore che favorisce l'ossidazione quando esposta a gas infiammabili, in modo che si accenda prima del normale. La seconda sfera è trattata per scoraggiare l'ossidazione catalitica e funge da riferimento. La prima sfera consente la combustione di una quantità molto piccola di gas infiammabile, generando calore e modificando la resistenza della bobina di platino. La variazione di resistenza è proporzionale alla quantità di gas infiammabile presente in un ambiente e viene tradotta in una lettura LEL% sullo schermo del rilevatore. 

I sensori Pellistor presentano tuttavia alcuni svantaggi. A causa della necessità di riscaldare costantemente le sfere, consumano molta energia e si scaricano molto più rapidamente rispetto alle alternative. Sono anche molto sensibili all'avvelenamento: l'esposizione ai vapori dei comuni detergenti industriali e lubrificanti (ad esempio WD-40) può danneggiare in modo permanente il sensore. Inoltre, poiché sono calibrati per un gas specifico, in genere il metano, hanno difficoltà a misurare con precisione l'esposizione ad altri idrocarburi con cui potrebbero venire a contatto.

Sensori a infrarossi non dispersivi (NDIR)

Inventata negli anni '70, questa tecnologia utilizza la luce infrarossa, che viene fatta passare attraverso un gas idrocarburo a una determinata lunghezza d'onda. I sensori a infrarossi (IR) (talvolta denominati sensori ottici o infrarossi non dispersivi/NDIR) rilevano la presenza di gas infiammabili misurando con precisione l'assorbimento della luce infrarossa a frequenze specifiche da parte di varie molecole di idrocarburi. All'interno del sensore, un emettitore di infrarossi fa passare la luce attraverso due percorsi. Un percorso viene utilizzato per misurare l'assorbimento della luce da parte dei gas, l'altro viene utilizzato come riferimento. I rilevatori di luce su entrambi i percorsi consentono al sensore LEL di misurare la quantità di gas infiammabili o combustibili presenti confrontando la quantità di luce assorbita in ciascun percorso. I sensori NDIR condividono lo stesso problema riscontrato nei sensori a perline catalitiche, in quanto leggono con precisione solo il gas per cui sono stati calibrati, piuttosto che la gamma potenziale di esplosivi con cui l'utilizzatore potrebbe entrare in contatto.  

Sensori dello spettrometro delle proprietà molecolari (MPS)

Lanciata nel 2020, questa nuova tecnologia utilizza un sensore avanzato per analizzare un gas, utilizzando proprietà specifiche del gas per classificare in modo appropriato il gas o la miscela di gas in una delle sei categorie: idrogeno, miscele contenenti idrogeno o gas naturale e gas/miscele leggeri, medi o pesanti. Questa tecnologia di sensori fornisce letture accurate dei gas combustibili per la sua durata prevista di oltre cinque anni con una calibrazione di fabbrica.

Sensore MPS: il primo rilevatore di gas infiammabili su cui puoi davvero contare

Blackline Safety e NevadaNano hanno collaborato per offrire alla vostra azienda la nuova generazione di rilevatori di gas combustibili. Combinando il rilevatore di gas G7 e il MPS ^TM sensore di gas infiammabili offrono un'affidabilità senza precedenti e una precisione indiscutibile, consentendo ai team di lavorare con la massima tranquillità, sapendo che i loro ambienti sono davvero sicuri.

Si tratta della prima grande innovazione nel campo dei rilevatori di gas combustibili degli ultimi quarant'anni e le sue caratteristiche e i suoi vantaggi rivoluzionari cambieranno in modo innovativo il modo in cui le aziende monitorano gli ambienti a rischio. 

Questo rilevatore multigas G7 fornisce un monitoraggio simultaneo altamente accurato per una dozzina dei gas infiammabili più comuni, senza la necessità di calibrare un gas specifico o utilizzare fattori di correzione. Questi includono:

Questa tecnologia all'avanguardia si integrerà perfettamente nel vostro attuale programma di sicurezza per il rilevamento dei gas, fornendo in modo rapido e semplice un monitoraggio della sicurezza senza precedenti per i vostri team e un'efficienza rivoluzionaria per la vostra azienda.

Sistema esclusivo di classificazione dei gas

I dati provenienti dal sensore MPS vengono trasmessi al Blackline Safety Cloud per la creazione automatica di report e la visualizzazione. Queste informazioni consentono alle aziende, ad esempio, di rilevare la presenza di idrogeno in un'area del loro processo in cui non era presente nelle misurazioni precedenti.

Le classificazioni dei gas e delle miscele di gas includono:

• Classe 1 — Idrogeno
• Classe 2 — Miscela di idrogeno e idrocarburi
• Classe 3 — Metano o gas naturale
• Classe 4 — Gas leggero o miscela di gas leggeri (etano, propano, butano, isopropanolo)
• Classe 5 — Gas medio o miscela di gas medi (pentano o esano)
• Classe 6 — Gas pesanti o miscele di gas pesanti (toluene o xilene)

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Siamo specializzati nell'aiutare le aziende a rispondere in tempo reale alle emergenze causate da gas tossici e combustibili, mettendo al primo posto la sicurezza dei lavoratori. La nostra visione è quella di trasformare l'ambiente di lavoro industriale attraverso una tecnologia di sicurezza connessa, per garantire che ogni lavoratore abbia la sicurezza necessaria per svolgere il proprio lavoro e tornare a casa sano e salvo.