Sicherheit für Arbeitnehmer durch genaue Erkennung brennbarer Gase

Drei Elemente sind erforderlich, damit ein Stoff verbrennen kann:

• Kraftstoff
• Hitze
• Sauerstoff

Dies ist das Feuerdreieck, und alle drei Elemente sind erforderlich, um ein Gas zu entzünden. Wenn eine dieser drei Komponenten entfernt wird, ist die Gefahr eines Brandes oder einer Explosion gebannt. 

Die Kraftstoffkomponente stellt häufig ein Berufsrisiko in Branchen dar, die für ihre Arbeit ein bestimmtes Gas benötigen oder in denen dieses Gas als Produkt oder Nebenprodukt der Produktion vorhanden ist. In solchen Umgebungen kann das Verbrennungsrisiko durch die Kontrolle unkontrollierter oder versehentlicher Freisetzungen, die Konzentration von Sauerstoff und die Beseitigung potenzieller Zündquellen gemindert werden.

In der Regel sollte der Schwerpunkt zum Schutz der Mitarbeiter und der Anlage auf der Überwachung der Gaskonzentration und der Annäherung an die untere Explosionsgrenze (%UEG) eines Gases am Arbeitsplatz liegen. Liegt der Prozentsatz bei 100 % UEG, ist genügend Brennstoff vorhanden, um eine Entzündung zu verursachen. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Mitarbeiter rechtzeitig benachrichtigt werden, bevor die Konzentration des Umgebungsgases 100 % UEG erreicht. Je nach Region, gesetzlicher Zuständigkeit und Unternehmensprotokoll kann dies bedeuten, dass persönliche Gasdetektoren so konfiguriert werden, dass sie den Träger warnen, wenn die Gaskonzentration einen unteren LEL-Grenzwert von 10 % erreicht, und ihn dann zur Evakuierung auffordern, wenn die Konzentration einen oberen LEL-Grenzwert von 20 % erreicht. 

Arten von brennbaren Gasen

Im Allgemeinen lassen sich brennbare Gase, die am Arbeitsplatz verwendet werden, in eine dieser drei Kategorien einteilen:

• Kohlenwasserstoffgase
• Wasserstoffgas
• Andere brennbare Gase (z. B. Ammoniak)

Die Wissenschaft hinter Kohlenwasserstoffgasen

Kohlenwasserstoffverbindungen sind für den Großteil der Gefahren durch brennbare Gase am Arbeitsplatz verantwortlich. Diese organischen Verbindungen bestehen ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Wenn sich ein Kohlenwasserstoffgas mit ausreichend Sauerstoff und ausreichend hohen Temperaturen vermischt, werden die Kohlenwasserstoffbindungen zerstört. Durch die Umwandlung, bei der die Verbindung in Kohlendioxid und Wasser zerfällt, kann extreme Hitze entstehen, was eine erhebliche Verbrennungsgefahr darstellt.

Das Risiko von Wasserstoffgas

Ein ähnlicher Prozess findet statt, wenn Wasserstoffgas hohen Temperaturen ausgesetzt wird, aber da keine Kohlenstoffatome vorhanden sind, entstehen bei dieser Reaktion nur Wasser und Wärme. Im Gegensatz zu Methan ist Wasserstoff in einem sehr breiten Temperaturbereich brennbar.

Achten Sie auf andere brennbare Gase

Andere Gase, die an industriellen Arbeitsplätzen vorkommen, können nicht nur bei bestimmten Konzentrationen brennbar sein, sondern auch sehr giftig. Schwefelwasserstoff (H2S) beispielsweise gilt bereits ab einer Konzentration von 100 ppm (Teile pro Million) als unmittelbare Lebensgefahr, wird jedoch erst ab 40.000 ppm brennbar. Das bedeutet, dass das Gas schon lange bevor Explosionsgefahr besteht giftig ist. Ein spezieller H2S-Gassensor, der häufig in einem Gerät mit einem Sensor für brennbare Gase kombiniert ist, warnt den Benutzer frühzeitig, wenn die Toxizität bei geringer Konzentration das Wohlbefinden des Benutzers gefährdet. Eine niedrige Alarmschwelle wird häufig auf 10 ppm festgelegt, während ein Alarm bei hoher Gaskonzentration bei 20 ppm ausgelöst wird. 

Weitere Beispiele sind:

• Ammoniak (NH3) kann bei 300 ppm unmittelbar gefährlich sein, mit einer UEG von 150.000 ppm. Spezielle NH3-Sensoren sind häufig auf einen unteren Grenzwert von 25 ppm und einen oberen Grenzwert von 50 ppm eingestellt.
• Kohlenmonoxid stellt bei 1.200 ppm eine unmittelbare toxische Gefahr dar, mit einer UEG von 109.000 ppm. Spezielle CO-Sensoren sind häufig auf einen unteren Grenzwert von 50 ppm und einen oberen Grenzwert von 100 ppm eingestellt.
• Cyanwasserstoff (HCN) ist bereits bei einer Konzentration von nur 50 ppm unmittelbar gefährlich, mit einer UEG von 40.000 ppm. Spezielle HCN-Sensoren sind häufig auf einen unteren Grenzwert von 5 ppm und einen oberen Grenzwert von 10 ppm eingestellt.

Eigenschaften brennbarer Gase

Ein brennbares Gas reagiert nicht unbedingt genauso wie ein anderes. Hier sind vier Faktoren, die ihre Reaktionen beeinflussen. 

Entflammbarkeitsbereich

Jedes brennbare Gas hat einen Entflammbarkeitsbereich. Neben einer unteren Explosionsgrenze gibt es auch eine obere Explosionsgrenze (UEL). Wenn eine Gaskonzentration die UEL überschreitet, kann es nicht mehr verbrennen, da nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. Der Entflammbarkeitsbereich eines Gases ist der Konzentrationsprozentsatz von der LEL bis zur UEL. 

Als Prozentsatz des Volumens in Luft hat Wasserstoff eine UEG von 4 % und eine OEG von 75 %. Methan hat einen viel engeren Entflammbarkeitsbereich von 5 % UEG und 17 % OEG, während Propan von 2,1 % UEG bis 9,5 % OEG entflammbar ist und Hexan 1,2 % UEG und 7,4 % OEG aufweist.

Flammpunkt

Der Flammpunkt einer flüssigen Substanz ist die niedrigste Temperatur, bei der sich in der Luft genügend Dampf bildet, um bei Kontakt mit einer Flamme oder Zündquelle zu entzünden. Substanzen, die bei normalen Umgebungstemperaturen in gasförmigem Zustand bleiben, haben jedoch keinen Flammpunkt. Pentan hat einen Flammpunkt von -49 °C und ist daher bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck gasförmig.

Zündtemperatur

Die Zündtemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit verdampft und sich ohne Zündquelle entzündet. Diese kann sich erheblich vom Flammpunkt einer Substanz unterscheiden. Beispielsweise liegt der Flammpunkt von Pentan bei -49 °C und damit deutlich unter Raumtemperatur, während seine Zündtemperatur bei 260 °C liegt. 

Relative Dampfdichte

Diese Kennzahl vergleicht die Dichte eines Gases mit der Dichte der Umgebungsluft. Ist die relative Dampfdichte kleiner als 1,0, steigt das Gas tendenziell auf; ist sie größer als 1,0, sinkt es tendenziell ab. Zu den Gasen, die zum Aufsteigen neigen, gehören:

• Wasserstoff: 0,07
• Methan 0,55
• Acetylen: 0,90

Zu denjenigen, die dazu neigen, fallen, gehören:

• Ethan: 1,04
• Propan: 1,56
• Butan: 2,05
• Pentan: 2,48
• Hexan: 2,97

Das Wissen darüber, wie ein Gas aufgrund seiner relativen Dampfdichte reagiert, kann dabei helfen, die richtige Position für Gasüberwachungssysteme zu bestimmen. Gase mit einem Wert von mehr als 1,0 können sich leichter in geschlossenen Räumen ansammeln, wodurch höhere Gaskonzentrationen (und damit Verbrennungen) wahrscheinlicher werden. 

Überwachung brennbarer Gase

Detektionssysteme für brennbare Gase spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz der Belegschaft, indem sie vor brennbaren Gasen in der Umgebung warnen. Die Systeme sollten:

• Arbeitnehmer frühzeitig warnen 
• Sicherheitsprotokolle aktivieren, um sie an sichere Orte zu evakuieren
• Geben Sie die Standorte der Gasausbreitung an, um die Maßnahmen zur Eindämmung von Gaslecks zu unterstützen.

Zu den drei wichtigsten Arten von Gasdetektoren gehören:

• Feste Detektionsmonitore
• Bereichsmonitore
• Persönliche Gaswarngeräte

Ein umfassendes Programm umfasst eine Mischung verschiedener Typen, um ein zuverlässiges und umfassendes System zu schaffen.

Stationäre Gaswarngeräte

Dieses System ist oft die erste Verteidigungslinie eines Unternehmens. Feste Gaswarngeräte werden in Bereichen installiert, in denen bekannte Gasgefahren bestehen. Diese Systeme arbeiten kontinuierlich und stehen in Verbindung mit anderen Anlagen. Ihr Ziel ist es, frühzeitig vor einer möglichen Gasfreisetzung zu warnen, die Abschaltung der entsprechenden Anlagen auszulösen und die sichere Evakuierung der Mitarbeiter einzuleiten. Feste Gaswarngeräte werden an einzelnen Punkten in einer Anlage installiert, sodass sie keine universelle Überwachung der Bedingungen überall gewährleisten.An einigen Arbeitsstätten werden „temporäre” Bereichsmonitore als dauerhaftere Lösungen eingesetzt, da sie mehrere Gase erkennen können und weitere Optionen bieten, die zusätzliche Flexibilität ermöglichen. 

Raumgasmonitore

Manchmal sind ortsfeste Gaswarnsysteme nicht praktikabel, beispielsweise in der Nähe von Tanklagern, oder sie müssen für Wartungsarbeiten deaktiviert werden. In diesen Fällen können Flächenmonitore semi-ortsfest eingesetzt werden, um frühzeitig vor gasbezogenen Ereignissen zu warnen. Flächenmonitore können auch in vorübergehenden Situationen oder dann eingesetzt werden, wenn eine zusätzliche Überwachungsebene als notwendig erachtet wird, z. B. in engen Räumen, entlang von Zaunlinien und Umzäunungen, auf Baustellen, an abgelegenen Standorten und mehr. Sie können auch in Notfallsituationen, z. B. bei Bränden und Gefahrgutunfällen, eingesetzt werden, um sichere Zonen anzuzeigen und zu überwachen und die Bewegung von Gaswolken zu verfolgen.

Bei der Auswahl von Bereichsüberwachungssystemen empfiehlt es sich, auf Konnektivität, Haltbarkeit, einfache Bereitstellung und erwartete Batterielebensdauer zu achten.

Persönliche Gasdetektoren

Tragbare, kabellose Gasdetektoren sind die wichtigste Schutzmaßnahme für Einzelpersonen. Persönliche Geräte überwachen die Luft, der sie direkt ausgesetzt sind, und sollten in der Nähe der Atemzone des Benutzers getragen werden. Unternehmen legen für jede Gasart vordefinierte Grenzwerte fest, wobei die Grenzwerte für Sensoren für brennbare Gase in der Regel bei 10 % und 20 % UEG für niedrige und hohe Gasalarme liegen – weit unter der Explosionsgefahr einer Konzentration von 100 % UEG. Wenn ein niedriger oder hoher Gasalarmwert erreicht wird, warnt das Gerät den Arbeiter in Echtzeit, damit er den Bereich sicher verlassen kann und die Teams die Situation überprüfen können.

Sensorausfall: Sicher oder unsicher?

Wenn ein Sensor ausfällt, kann dies je nach Technologie auf zwei Arten geschehen: entweder als „Fail-to-Safe“ oder als „Fail-to-Unsafe“. Der Unterschied ist entscheidend. Im ersten Fall warnt der Sensor den Benutzer, dass er nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Im zweiten Fall warnt der Sensor den Benutzer nicht und zeigt 0 % UEG an, wodurch dem Benutzer fälschlicherweise das Gefühl vermittelt wird, dass alles in Ordnung ist und er weiterhin geschützt ist. 

Dies ist der Zweck der täglichen Funktionstests – sicherzustellen, dass Sensoren, die unter normalen Umständen Null anzeigen, nachweislich funktionieren, wenn sie einer bekannten Gaskonzentration ausgesetzt werden. Glücklicherweise gibt es für Sensoren für brennbare Gase die neue MPS-Technologie (Molecular Property Spectrometer), die wir im Folgenden vorstellen und die nach einem Funktionstest die Zuverlässigkeit erhöht, mit der ein Mitarbeiter brennbare Gase sicher überwachen kann. Gasdetektoren mit Fail-to-Safe-Funktion bieten ein Höchstmaß an Schutz und die beste Chance, dass der Mitarbeiter nach seiner Schicht sicher nach Hause kommt.

Einhaltung

Häufig müssen Unternehmen nachweisen, dass ihre Mitarbeiter die Geräte regelmäßig verwenden und dass die Gaswarngeräte gemäß den vorgeschriebenen Intervallen, wie sie beispielsweise von OSHA und NIOSH festgelegt wurden, einer Funktionsprüfung unterzogen und kalibriert wurden. 

• Funktionsprüfung – Viele Gassensoren zeigen in einer sauberen Umgebung einen Nullwert an. Daher ist es wichtig, die ordnungsgemäße Funktion des Sensors zu überprüfen. Bei der Funktionsprüfung wird eine kleine Menge Gas auf den Gassensor aufgebracht, um die ordnungsgemäße Funktion des Geräts zu überprüfen. Dieser Schritt bestätigt auch, dass alle Warnleuchten, akustischen Alarme und Vibrationen des Gasmessgeräts wie erwartet funktionieren.  
• Zur Kalibrierung von Gassensoren muss eine bekannte Gaskonzentration für einen bestimmten Zeitraum auf die spezifischen Sensoren eines Gasdetektors aufgebracht werden, um sicherzustellen, dass der Sensor genaue Messwerte liefert. Der Kalibrierungsprozess kann auch die „Drift“ des Sensors korrigieren und die Messwerte des Gassensors anpassen, um sicherzustellen, dass das Gerät genaue Messwerte liefert. Kalibrierungen dauern etwas länger als Funktionstests und müssen nicht so häufig durchgeführt werden.

Arten von LEL-Sensoren für brennbare Gase

Derzeit werden drei Arten von Sensoren verwendet, die die untere Explosionsgrenze (UEG) von brennbaren Gasen überwachen und messen:

• Katalytische Perlen-Sensoren (Pellistor)
• Nichtdispersive Infrarot-Sensoren (NDIR)
• Molekulareigenschaftsspektrometer (MPS)-Sensor

Katalytische Perlen-Sensoren (Pellistor)

Der katalytische Verbrennungsmesser wurde in den 1920er Jahren erfunden. Pellistor-Sensoren nutzen kontrollierte Verbrennung, um eine Vielzahl brennbarer Gase zu erkennen und zu messen. Die Sensoren enthalten zwei Platinspulen, die jeweils in separate Keramikkügelchen eingebettet sind. Das erste Kügelchen ist mit einem Katalysator beschichtet, der die Oxidation fördert, wenn es brennbaren Gasen ausgesetzt ist, sodass es früher als normal entzündet wird. Das zweite Kügelchen ist so behandelt, dass es die katalytische Oxidation hemmt, und dient als Referenz. Die erste Perle ermöglicht die Verbrennung einer sehr geringen Menge brennbaren Gases, wodurch Wärme erzeugt und der Widerstand der Platinspule verändert wird. Die Widerstandsänderung ist proportional zur Menge des in einer Umgebung vorhandenen brennbaren Gases und wird in einen LEL%-Wert auf dem Bildschirm des Detektors umgewandelt. 

Pellistor-Sensoren haben jedoch einige Nachteile. Da die Kügelchen ständig beheizt werden müssen, verbrauchen sie sehr viel Strom und entladen sich viel schneller als die Alternativen. Außerdem sind sie sehr anfällig für Vergiftungen, da die Einwirkung von Dämpfen gängiger industrieller Reinigungs- und Schmiermittel (z. B. WD-40) den Sensor dauerhaft beschädigen kann. Und da sie auf ein Zielgas, in der Regel Methan, kalibriert sind, haben sie Schwierigkeiten, die Exposition gegenüber anderen Kohlenwasserstoffen, mit denen sie in Kontakt kommen können, genau zu messen.

Nichtdispersive Infrarot-Sensoren (NDIR)

Diese in den 1970er Jahren erfundene Technologie nutzt Infrarotlicht, das mit einer bestimmten Wellenlänge durch ein Kohlenwasserstoffgas geleitet wird. Infrarot-Sensoren (IR-Sensoren) (manchmal auch als optische Sensoren oder nichtdispersive Infrarot-Sensoren/NDIR bezeichnet) erkennen das Vorhandensein brennbarer Gase, indem sie die Absorption von Infrarotlicht bei bestimmten Frequenzen durch verschiedene Kohlenwasserstoffmoleküle präzise messen. Im Inneren des Sensors leitet ein Infrarotstrahler Licht durch zwei Pfade. Ein Weg dient zur Messung der Lichtabsorption durch Gase, der andere als Referenz. Lichtdetektoren auf beiden Wegen ermöglichen es dem UEG-Sensor, die Menge der vorhandenen brennbaren oder explosiven Gase zu messen, indem er vergleicht, wie viel Licht in jedem Weg absorbiert wird. NDIR-Sensoren haben das gleiche Problem wie katalytische Perlen-Sensoren, da sie nur das Gas, für das sie kalibriert wurden, genau messen können und nicht den gesamten Bereich potenzieller Explosivstoffe, mit denen der Träger in Kontakt kommen könnte.  

Sensoren für Moleküleigenschaftsspektrometer (MPS)

Diese neue Technologie wurde 2020 eingeführt und verwendet einen fortschrittlichen Sensor zur Analyse von Gasen. Dabei werden gasspezifische Eigenschaften genutzt, um das Gas oder Gasgemisch in eine von sechs Kategorien einzustufen: Wasserstoff, wasserstoffhaltige Gemische oder Erdgas sowie leichte, mittlere oder schwere Gase/Gemische. Diese Sensortechnologie liefert über ihre erwartete Lebensdauer von mehr als fünf Jahren mit einer Werkskalibrierung genaue Messwerte für brennbare Gase.

MPS-Sensor: Der erste Detektor für brennbare Gase, auf den Sie sich wirklich verlassen können

Blackline Safety und NevadaNano haben sich zusammengetan, um Ihrem Unternehmen die nächste Generation von Detektoren für brennbare Gase anzubieten. Durch die Kombination des G7-Gasdetektor und MPS ^TM Flammable Gas Sensor bieten beispiellose Zuverlässigkeit und unbestreitbare Genauigkeit, sodass Teams sicher sein können, dass ihre Umgebung wirklich sicher ist.

Dies ist die erste bedeutende Innovation im Bereich der Detektoren für brennbare Gase seit vier Jahrzehnten. Ihre bahnbrechenden Funktionen und Vorteile werden die Art und Weise, wie Unternehmen Risikoumgebungen überwachen, grundlegend verändern. 

Dieser G7-Mehrgasdetektor ermöglicht eine hochpräzise, gleichzeitige Überwachung von einem Dutzend der gängigsten brennbaren Gase, ohne dass eine Kalibrierung für ein bestimmtes Gas oder die Verwendung von Korrekturfaktoren erforderlich ist. Dazu gehören:

Diese hochmoderne Technologie lässt sich nahtlos in Ihr bestehendes Gaswarngeräte-Sicherheitsprogramm integrieren und bietet schnell und einfach eine beispiellose Sicherheitsüberwachung für Ihre Teams und bahnbrechende Effizienz für Ihr Unternehmen.

Exklusives Gasklassifizierungssystem

Die Daten des MPS-Sensors werden zur automatisierten Berichterstellung und Visualisierung an die Blackline Safety Cloud übermittelt. Anhand dieser Informationen können Unternehmen beispielsweise Wasserstoff in einem Bereich ihres Prozesses nachweisen, in dem er bei früheren Messungen nicht vorhanden war.

Zu den Klassifizierungen von Gasen und Gasgemischen gehören:

• Klasse 1 – Wasserstoff
• Klasse 2 – Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoff
• Klasse 3 – Methan oder Erdgas
• Klasse 4 – Leichtgas oder Leichtgasgemisch (Ethan, Propan, Butan, Isopropanol)
• Klasse 5 – Mittleres Gas oder mittleres Gasgemisch (Pentan oder Hexan)
• Klasse 6 – Schweres Gas oder schweres Gasgemisch (Toluol oder Xylol)

VERBINDEN SIE SICH MIT BLACKLINE SAFETY FÜR IHRE ANFORDERUNGEN IM BEREICH DER BRENNBAREN GASERKENNUNG

Wir sind darauf spezialisiert, Unternehmen dabei zu helfen, in Echtzeit auf Notfälle mit giftigen und brennbaren Gasen zu reagieren, wobei die Sicherheit der Mitarbeiter an erster Stelle steht. Unsere Vision ist es, den industriellen Arbeitsplatz durch vernetzte Sicherheitstechnologie zu verändern, damit jeder Mitarbeiter die Gewissheit hat, seine Arbeit zu erledigen und sicher nach Hause zurückzukehren.