Krótka historia detektorów gazów

Wybuchy metanu są szczególnie niebezpieczne w przestrzeniach zamkniętych. Ludzie zaczęli spotykać się z tego typu zagrożeniem od momentu rozpoczęcia pozyskiwania minerałów w wyrobiskach podziemnych. Eksplozje następowały w kopalniach soli, rud metali a później w kopalniach węgla.

Początkowo, dla poprawienia bezpieczeństwa górników, dokonywano wypalania metanu, który gromadził się pod stropem wyrobisk. Zajmowali się tym tzw. „pokutnicy”, najczęściej skazańcy, którzy w ten sposób wyrywali się z rąk kata. To oni jako pierwsi schodzili pod ziemię i używając pochodni na długich tyczkach, próbowali bezpiecznie wypalać zgromadzony metan. Niestety, zdarzało się, że powodowali groźne w skutkach wybuchy, gdy gazu zebrało się zbyt dużo. Innym sposobem była obserwacja zabieranych pod ziemię małych ptaszków, których organizmy szybciej reagowały na metan czy tlenek węgla niż ludzie. Gwałtowny rozwój górnictwa w okresie rewolucji przemysłowej zapoczątkował badania nad poprawą bezpieczeństwa pracy w kopalniach. Pierwszym istotnym wynalazkiem pozwalającym wykrywać obecność metanu, tlenku węgla czy niedobór tlenu była lampa Dovy’ego (1815 rok). Początkowo zasilano ją olejem a później benzyną lub spirytusem (lampa Pielera). Obserwując wysokość, kolor i zachowanie płomienia, można było określić rodzaj zagrożenia. Płomień otoczony był podwójną siatką drucianą o malutkich oczkach w celu ograniczenia możliwości zapłonu gazu na zewnątrz lampy. Niestety, zdarzały się przypadki, że sama lampa powodowała wybuchy. W Polsce lampy tego typu stosowane były jeszcze w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku.

W miarę rozwoju techniki pojawiały się nowe urządzenia wykorzystujące różne zjawiska fizyczne i chemiczne. Do wykrywania tlenku węgla zaczęto stosować szklane rurki wskaźnikowe, w których obserwowano zmianę koloru substancji aktywnej pod wpływem tego gazu. Stężenie metanu zaczęto mierzyć natomiast optycznymi miernikami interferencyjnymi i metanomierzami katalitycznymi, w których wykorzystuje się zjawisko zmiany rezystancji drutu platynowego pod wpływem wzrostu temperatury. Zmiana temperatury następowała w wyniku utleniania metanu w komorze pomiarowej. Ważnym wynalazkiem okazał się pelistorowy sensor katalityczny opatentowany w 1958 roku. Kilka lat później pojawił się sensor półprzewodnikowy, który do dziś doskonale sprawdza się w domowych detektorach gazów.

Obecnie do wykrywania gazów powszechnie stosuje się urządzenia elektroniczne nazywane detektorami gazu. Detektory zawierają elementy zwane sensorami, które zmieniają swoje parametry elektryczne pod wpływem gazów. Aktualnie w gazownictwie stosuje się kilka rodzajów sensorów. Różnią się one właściwościami i możliwościami metrologicznymi, co wynika z odmiennych zasad działania. Występują zatem sensory katalityczne, półprzewodnikowe, konduktometryczne, absorpcyjne w podczerwieni (infra-red) czy jonizacyjne. Do pomiaru stężeń tlenku węgla stosuje się sensory elektrochemiczne.

W użyciu są detektory przenośne i stacjonarne. W przypadku stosowania urządzeń przenośnych niezbędne są procedury posługiwania się nimi i egzekwowanie od pracowników ich przestrzegania. Należy zapewnić także wymaganą ilość sprzętu, odpowiednie warunki jego przechowywania i łatwość dostępu oraz uwzględnić konieczność ładowania akumulatorów. Systemy stacjonarne działają w sposób ciągły, niezależnie od postępowania pracowników. Przekroczenie ustalonych stężeń sygnalizowane jest akustycznie i optycznie, dodatkowo mogą zostać automatycznie aktywowane systemy ograniczające groźbę wybuchu czy zatrucia (np. włączenie wentylacji, odcięcie dopływu gazu lub wstrzymanie procesu technologicznego). Sygnał alarmu może być również przekazywany do służb lub osób zobowiązanych sprawdzić jego przyczynę. Wskazania systemu mogą być ponadto archiwizowane w sposób ciągły, co ułatwia ocenę bezpieczeństwa w monitorowanych strefach.

O wyborze urządzenia wyposażonego w konkretny sensor decyduje jego przeznaczenie. Detektory pomiarowe służą do aktualnego pomiaru stężeń gazu (sensory katalityczne, infra-red, jonizacyjne), detektory progowe ostrzegają o zagrożeniu wybuchem a wykrywacze nieszczelności pozwalają lokalizować miejsca wycieku gazu z instalacji (sensory półprzewodnikowe). Nowoczesnym rozwiązaniem są detektory laserowe. Zastosowanie w nich laserów o zmiennej częstotliwości emisji umożliwia wykrycie wycieku na odległość. Zamontowanie takiego detektora na pokładzie helikoptera pozwala kontrolować szczelność gazociągów na dużych, trudno dostępnych obszarach.

Dla zapewnienia bezpieczeństwa użytkownikom gazu przełomowe znaczenie miało zastąpienie gazu miejskiego gazem ziemnym. Wyeliminowano w ten sposób największe zagrożenie – silnie trujący tlenek węgla będący składnikiem gazu miejskiego. Ponadto gaz zaczęto nawaniać substancjami o bardzo intensywnym, charakterystycznym zapachu. Dzięki temu nawet niewielkie jego ilości są wyczuwane przez ludzi. Początkowo do nawaniania stosowano przedgon benzolu a obecnie powszechnie wykorzystuje się tetrahydrotiofen (THT). Prawidłowo położona instalacja, sprawne urządzenia gazowe i właściwa ich eksploatacja gwarantują bezpieczeństwo. Jeżeli jednak dochodzi do wypadków, to z reguły przyczyną jest błąd ludzki. Dlatego coraz powszechniej wykorzystuje się detektory i systemy detekcji gazów.

W Polsce obowiązuje kilkadziesiąt aktów prawnych regulujących stosowanie detektorów gazu. Do najistotniejszych należy Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, które określa zasady stosowania tych urządzeń w pomieszczeniach. Zgodnie z wyżej wymienionym dokumentem detektory sygnalizujące niedopuszczalny poziom stężenia gazu powinny być instalowane w piwnicach i suterenach oraz w pomieszczeniach, w których istnieje możliwość nagromadzenia gazu w wyniku stanów awaryjnych instalacji lub przyłącza gazowego. Sygnały alarmowe stanu zagrożenia wybuchem powinny być kierowane do służb lub osób zobowiązanych do podjęcia skutecznej akcji zapobiegawczej. W rozporządzeniu pojawia się określenie „urządzenie sygnalizacyjno-odcinające”. Oznacza to system detekcji gazu (metanu lub propanu-butanu) sprzężony z zaworem, który odcina dopływ gazu do instalacji, kiedy pojawi się on w monitorowanej przestrzeni powyżej dopuszczalnego stężenia. Rozwiązanie to musi być stosowane w pomieszczeniach, w których łączna nominalna moc cieplna zainstalowanych urządzeń gazowych jest większa niż 60 kW.

Rozwój techniki obejmuje również urządzenia zapewniające bezpieczeństwo. Systemy przeciwpożarowe, przeciwwłamaniowe, kontroli dostępu, jak również detektory gazów są coraz skuteczniejsze i bardziej niezawodne. Trzeba jednak pamiętać, że w stanach awaryjnych zawsze kluczowe znaczenie ma postępowanie ludzi. O bezpiecznej eksploatacji urządzeń technicznych należy mówić już w szkołach a może i przedszkolach. Jeżeli nauczymy dzieci, podstawowych zasad bezpiecznego używania urządzeń gazowych i elektrycznych, wskażemy właściwy sposób postępowania w przypadku stanów awaryjnych instalacji technicznych to w dorosłym życiu ułatwi im to unikanie i zapobieganie wypadkom.