tehnika sigurnosti - rudarsko-geološko-naftni...

$: Tehnika sigurnosti - Rudarsko-geološko-naftni fakultetrudar.rgn.hr/~mklanfar/nids_mklanfar/TEHNIKA...Principi mjerenja i indikacije plinova • Osnovni principi – Infracrveni (apsorpcija$
Tehnika sigurnostiTehnika sigurnosti

Principi indikacije plinova

Principi mjerenja i indikacije plinovaPrincipi mjerenja i indikacije plinova

• Osnovni principi– Infracrveni (apsorpcija elektromagnetskog zračenja u

IC spektru)– Kataliti čki (toplina reakcije izgaranja plina)– Elektrokemijski (kemijska reakcija plina na elektrodi

uzrokuje električni potencijal)– Fotoionizacijski (ionizacija plina UV-zračenjem

uzrokuje električni potencijal)– Kolorimetrijski (reagens osjetljiv na specifični plin

mijenja boju u prisutnosti plina)– Interferometrijski (razlika u indeksu loma svijetlosti

kroz različite plinove)


• Infracrveni– apsorpcija infracrvenih elektromagnetskih valova (svjetlosti)– razlika u intenzitetu dolaznog i odlaznog zračenja proporcionalna

sadržaju plina

molekula metana

reducirani intenzitet zbog apsorpcije

dolazni intenzitetzračenja


• Infracrveni– svojstvo plinova da apsorbiraju uski spektar valnih duljina– spektar specifičan za određeni plin, bez velikog preklapanja s

ostalim plinovima– omogućuje selektivnost mjerenja


• Infracrveni


• Kataliti čki– za gorive plinove i pare (primarno za metan u rudarstvu)– oksidacijom (gorenjem) plinova oslobađa se toplina– toplina je proporcionalna sadržaju mjerenog plina– bazira se na toplini reakcije

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 887 kJ

katalizator - snižava temperaturu paljenjagorivog plina (metan 650-750°C)

platinska nit – zagrijava se do temeperaturepaljenja (cca 400°C)

u prisutnosti gorivog plina izgaranjem sepovećava temperatura niti što uzrokuje

promjenu električnog otpora


• Kataliti čki– uglavnom do donje eksplozivne granice


• Kataliti čki


• Kataliti čki– zapravo indicira smjesu gorivih plinova, neselektivno– svaki plin u zraku koji senzor može potaknuti na gorenje– primarno su kalibrirani za detekciju metana ali mogu poslužiti i

za druge plinove


• Elektrokemijski– kemijska reakcija redukcije ili oksidacije plina na mjernoj elektrodi– galvanski članak (baterija) čiji napon ovisi o sadržaju mjerenog plina

mjerna elektroda – plemeniti metal (Pt)redukcija kisika

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

brojačka elektroda – olovo (Pb)oksidacijom se troši i prelazi u olovni oksid

2Pb + 4OH- → 2PbO + 4e- + 2H2O

molekule kisika


• Elektrokemijski– vrsta elektrolita i materijal elektroda ovise o ciljanom plinu– omogućuju selektivnost mjerenja– veliki je broj mjerljivih plinova ovom metodom

Plin Mjerna elektroda Brojačka elektroda

H2S H2S + 4 H2O —> H2SO4 + 7 H+ + 8e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O

CO CO + H2O —> CO2 + 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O

Cl2 2 H2O —> O2 + 4 H+ + 4e- 2 H+ + Cl2 + 2e- —> 2 HCl

SO2 SO2 + 2 H2O —> H2SO4 + 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O

H2 H2 —> 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 2e- —> H2O

NO NO+ 2 H2O —> HNO3+ 3 H+ + 3e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O

NO2 2 H2O —> O2 + 4 H+ + 4e- NO2 + 2 H + 2e- —> NO + H2O


• Elektrokemijski


• Fotoionizacijski– zračenje UV-spektrom privremeno izbija elektrone iz molekula plina

zbog čega postaju pozitivno nabijene (ionizacija)– elektroni i pozitivno nabijene molekule uzrokuju električni potencijal

na elektrodama proporcionalan sadržaju mjerenog plina


• Fotoionizacijski– svojstvo plinova i para da imaju različitu energiju ionizacije– ionizira sve plinove ispod energije ionizacije UV-lampe


• Fotoionizacijski– UV lampe različitih energija ionizacije omogućuju djelomičnu

selektivnost– namjena: za mjerenje hlapljivih organskih spojeva jer je njihova

energija ionizacije manja nego za uobičajene sastojke zraka– hlapljivi organski spojevi: formaldehid, pare benzina i dizel goriva,

razni odoranti


• Interferometrijski– razlika u indeksu loma svijetlosti (brzini širenja) kroz različite

medije (plinove)


• Interferometrijski

čisti zrak zrak s 4 % metana


• Kolorimetrijski– bazira se na promjeni boje reagensa specifičnog za određeni plin


Metode mjerenja i uređaji

Metode mjerenjaMetode mjerenja

• Analiti čke metode– dugotrajne (uzimanje uzoraka, laboratorijske analize)– potrebne kvalifikacije radnika– neke metode analize su skupe jer se obavljaju u posebno

opremljenim laboratorijima (IR i UV spektrometrija, plinska kromatografija…)

• Instrumentalne metode– u rudarstvu je najčešće potrebna trenutna indikacija plinova kako

bi se zaštitila radna sredina i osoblje, spriječile nezgode– prijenosni i stacionarni instrumenti koji omogućuju kontinuirano

praćenje sadržaja plinova ili trenutnu indikaciju, alarmiranje, služe kao osobna zaštita

– brzo, jednostavno za uporabu, dovoljno precizno, pouzdano, jeftino u odnosu na analitičke metode

Uređaji za indikaciju i mjerenjaUređaji za indikaciju i mjerenja

• Davyeva lampa• početkom 19. stoljeća engleski kemičar Humphry Davy• omogućuju osvetljavanje bezzapaljenja metana• metalna mrežica onemogućujeprijenos energije plamena u okolinu• platinska nit svjetli u prisutstvumetana nekoliko minuta nakongašenja lampe• simbol struke • pojavom električne rasvjetepostupno nestaju ali se zadržavajuzbog detekcije metana i deficitakisika• postoje razne izvedbe

Uređaji za indikaciju i mjerenjaUređaji za indikaciju i mjerenja• Davyeva lampa

• pojavom metana pojavljuje se plavičasti plamen• porastom koncentracije metana raste visina plamena sve do 6%

metana kada dolazi do eksplozije i gašenja unutar lampe• nedostatkom kisika smanjuje se visina plamena do 16% kisika

kada se lampa gasi• u prisustvu metana lampa gori i do 13 % kisika ali plavkastim

plamenom


• Metanometri (eksplometri)• koriste katalitički princip mjerenja


• Metanometri (eksplometri)


• Interferometri


• Indikatorske cjev čice za trenutne koncentracije plinova• kolorimetrijsko mjerenje


• Indikatorske cjev čice za mjerenje izloženosti• nije potrebna pumpa, rade na principu difuzije• indikacija (očitanje) ovisi o koncentraciji plina i vremenu izloženosti• mjerenje od 1 do 8 sati • izloženost: prosječna koncentracija u mjerenom vremenu (smjeni)

• izloženost = indikacija (ppm*h) / vrijeme (h)


• Indikatorske plo čice za trenutne koncentracije• kolorimetrijsko mjerenje• pločice sadrže reagens za mjerenje jednog plina• omogućuje 10 mjerenja


• Indikatorske plo čice za trenutne koncentracije• koriste se uz analizator• uređaj iz pločice očitava vrstu plina, kalibracijske parametre,

mjerni opseg• optički očitava koncentraciju

plina s mjerne kapilare i prikazuje na zaslonu


• Multifuncionalni prijenosni ure đaji• služe kao sredstva osobne zaštite – osoblje ih nosi za vrijeme

rada u potencijalno ugroženoj atmosferi• mjerenje trenutnih koncentracija• mjerenje izloženosti, memorija bilježi koncentraciju u određenim

vremenskim intervalima (nekoliko sekundi do nekoliko minuta)• zvučno i vizualno alarmiranje u slučaju prekoračenja dopuštenih

koncentracija


• Multifuncionalni prijenosni ure đaji• konfiguracija za mjerenje jednog plina


• Multifuncionalni prijenosni ure đaji• konfiguracija za mjerenje više plinova• omogućena izmjena i postavljanje

senzora za ciljane plinove• koriste infracrvene, katalitičke

i elektrokemijske senzore• sa ili bez ugrađene pumpe


• stacionarni ure đaji• fiksni (dio rudničkih instalacija)• služe za kontinuirano praćenje plinova• povezuju se u mrežu (žično ili bežično) s centralnom stanicom

koja pohranjuje i analizira podatke sa senzora• koriste se gdje postoje stalni izvori opasnosti i potreba za

trenutnom indikacijom i alrarmiranjem (npr. rudnici s metanskom atmosferom)

• uglavnom u trajnim prostorijama, ulazna i izlazna vjetrena okna


• stacionarni ure đaji• prenosivi• privremeno kontinuirano praćenje plinova


Sredstva osobne zaštite

Sredstva osobne zaštiteSredstva osobne zaštite

• Zaštitne maske (filtarske)

nepovratni ventil(izlaz pri izdisanju)

filtar(ulaz pri udisanju)

POLUMASKA MASKA

tijelo maske - obrazine


• Zaštitne maske (filtarske)• služe kao zaštita od specifičnih plinova ili smjese plinova• djeluju pročišćavanjem okolnog zraka - kemijskim vezivanjem

opasne tvari na adsorbent• za normalno disanje okolni zrak mora imati >15 % O2• adsorbent u filtru je potrošan – ograničeno vremensko djelovanje

(specificirano na filtru)• adsorbent u filtru ima svoj kapacitet - za ispravno djelovanje

koncentracija štetnog plina mora biti ispod dozvoljene – klasa filtra

• mogu poslužiti kao zaštita i izvanrednim okolnostima• najčešće su dio stalne radne opreme gdje su poznate štetnosti u

radnoj atmosferi


• Zaštitne maske (filtarske)


• Samospasioci• 80-90 % smrtnih slučajeva pri požarima i eksplozijama

uzrokovano je trovanjem ugljičnim monoksidom• samospasioci – u izvanrednim okolnostima (požari, eksplozije,

prodori opasnih plinova) omogućavaju disanje pri prolasku kroz ugroženu atmosferu i pri povlačenju (evakuaciji)

• nisu dio stalne radne opreme

• vrste:• filtracijski samospasioc – filtrira vanjski zrak• izolacijski samospasioc (autonomni aparati za disanje )

– dišni organi izolirani od vanjskog zraka• otvoreni krug disanja (izdah u atmosferu)• zatvoreni krug disanja (recirkulirajući, regenerativni)


• Filtracijski samospasioc


• odvlaživa č• aktivni ugljen impregniran litijevim kloridom

(9%) i kalcijevim bromidom (91%) • uklanja vlagu (radi katalizatora), donekle

uklanja SOx, NOx i H2S

• katalizator• poznat kao ‘hopkalit’• smjesa granula manganovog oksida,

bakrovog oksida i srebrnog oksida• koristi O2 iz okoline da bi oksidirao otrovni

CO u neotrovni CO22CO + O2 → 2CO2 + toplina

• upija vlagu iz zraka što mu skraćuje vrijeme djelovanja na CO


• izmjenjiva č topline• odvlaživač i katalizator – egzotermne

reakcije (temperatura pri višim koncentracijama CO i do 90 °C)

• izmjenjivač topline hladi zrak prije udisanja

• oslonac za bradu• zagrijano kućište• spriječava prijenos topline

• štipaljka za nos• spriječava udisanje kroz nos


• Filtarski samospasioc• vrijeme djelovanja ovisi o:

• plućnoj ventilaciji (fizičkom opterećenju)• sadržaju vlage u zraku• koncentraciji ugljičnog monoksida• konstrukciji (kapacitetu) samospasioca• definira se pri normalno disanju (30 l/min), 1% CO i

17 % O2 – djelovanje 30 do 80 minuta

• Prednosti i mane• potreban kisik u okolini (min. 17%)• koncentracija CO (max. 1,5 %)• lagan za nošenje


• Izolacijski aparat s komprimiranim zrakom(autonomni aparat s komprimiranim zrakom)• otvoreni krug disanja (udah iz uređaja, izdah u

atmosferu)• boce komprimiranog zraka• vrijeme korištenja 30-60 min, ovisi o kapacitetu

boca i fizičkom naporu korisnika• čelične boce su teške za nošenje• više ga koriste službe za spašavanje,

vatrogasci (u struci se ne naziva samospaciocem)


• Izolacijski aparat s komprimiranim zrakom(autonomni aparat s komprimiranim zrakom)


• Izolacijski samospasioc(autonomni regenerativi aparat)

• recirkulirajući susutav, potpuno izoliran od atmosfere

• upotreba bez obzira na koncentraciju štetnih plinova

• koristi se kisik izdisaja• omogućuje dulje korištenje (do 4 h)• apsorbira ugljični dioksid i vlagu• nadomjestak kisika iz vlastitig izvora

• podvrste (prema izvoru kisika)• koprimirani kisik (boca)• kemijski vezani kisik


• Izolacijski samospasioc s komprimiranim kisikom

dišna vrećica

usnikapsorpcijska patrona

boca komprimiranog kisika


• Izolacijski samospasioc s komprimiranim kisikom

• apsorpcijska patrona

- kacijev hidroksid, Ca(OH)2 (cca. 75%)- voda, H2O (cca. 20%)- natrijev hidroksid, NaOH (cca. 3%)- kalijev hidroksid, KOH (cca. 1%)


• Izolacijski samospasioc s kemijski vezanim kisikom

dišna vrećica

usnik

patrona KO2


• Izolacijski samospasioc s kemijski vezanim kisikom

• patrona kalijevog dioksida• aktivira se vlagom i CO2 iz izdaha (automatska regulacija količine

generiranog kisika• istovremeno apsorbira CO2 i generira kisik

kalijev dioksid CO2 i vlaga izdaha generirani kisik

apsorbirani CO2


• Testiranje samospacioca

tehnika sigurnosti - rudarsko-geološko-naftni...

Documents