بررسی استفاده ازمکانیزم حس‌گرهای تشخیص گاز در پیشگیری از حوادث ناشی از نشت گاز

چکیده

گاز طبیعی یکی از مهم‌ترین سوختهای پاک ودوستدار محیط زیست در دنیا به شمار می‌آید. این سوخت جز منابع اصلی در تأمین گرما در ساختمان‌ها و صنایع به شمار می‌آید. استفاده از این انرژی همواره با خطرات و چالش‌های زیادی به لحاظ نشت گاز و مخاطرات پس‌ازآن روبرو بوده است. یکی از روش‌های پیشگیرانه برای نشت‌یابی و اقدام سریع در جهت رفع آن، نصب حس‌گرهای نشت‌یاب و قطع جریان گاز در مکان‌های آسیب‌پذیر است. هدف از این مقاله پیشنهاد و معرفی سیستمی جهت تشخیص نشت و اعلان وضعیت هشدار و قطع جریان گاز می‌باشد.

کلمات کلیدی: گاز طبیعی – حس‌گر MQ-6 – بوق اخطار – چراغ هشدار – شیر برقی

1. مقدمه

گاز مایع و گاز طبیعی مخلوطی از گازهای هیدروکربنی مشتعل می‌باشد. این گازها به دلیل سازگاری بیشتر با محیط‌زیست به علت ایجاد دوده کمتر در فضا از دیرباز موردتوجه بوده است. استفاده از گاز در اماکن سرپوشیده و عمدتاً فاقد تهویه مناسب همیشه با مخاطراتی نظیر نشت گاز و انفجار و یا مسمومیت شدید با گازهای حاصل از احتراق همراه می‌باشد. نشت گاز طبق تعریف عبارت است از خروج ناخواسته گاز از محل ذخیره آن‌که به علل گوناگون و معمولاً به‌طور ناگهانی روی می‌دهد همواره امکان بروز پدیده نشت گاز در تأسیسات، خطوط لوله، شبکه‌های گازرسانی و منازل اعم از مدفون و یا روی کار وجود دارد. علیرغم تمام پیشگیری‌ها و پیش‌بینی‌هایی که جهت جلوگیری از بروز نشت در سیستم مشخص‌شده و اعمال می‌گردد بازهم امکان وقوع آن منتفی نیست و به‌عبارت‌دیگر همواره احتمال وقوع نشت وجود دارد. گازهای قابل اشتعال پس از استحصال از منابع فاقد بو و یا رنگ بوده و تشخیص آن غیرممکن می‌باشد لذا جهت آشکارسازی با یک ماده بودار (مرکاپتان) مخلوط شده تا در صورت بروز نشتی قابلیت تشخیص در محیط وجود داشته باشد. به‌هرحال افرادی که فاقد حس بویایی قوی می‌باشند نمی‌توانند به این نوع ایمنی اعتماد کنند. در اینجا وجود تجهیزات آشکارکننده های گاز جهت محافظت از افراد در برابر خطرات احتمالی می‌تواند به حفظ جان و مال انسان‌ها کمک کند. تاکنون مقالات زیادی در خصوص تکنیک‌های تشخیص نشت گاز منتشرشده است.  K.Padmapriya [1] در خصوص استفاده از تجهیزات بی‌سیم در بحث نظارت را پیشنهاد داد. در این مقاله استفاده از سیستم‌های هشداردهنده که شامل ارسال پیام کوتاه بر روی تلفن همراه را دارد تحقیق گردید. [1] Meenakshi Vidya سیستمی مبنی بر شناسایی نشت گاز و خروج گازاز طریق یک اگزوز فن را پیشنهاد داد. Selvapriya [1] سیستمی را پیشنهاد داد که در آن نشتی توسط حس‌گر گاز تشخیص داده‌شده و نتایج به‌صورت صوتی (بوق هشدار) و یا تصویری (نمایش بر روی LCD) نشان داده می‌شود. در این مقاله سعی بر آن شده است که علل ایجاد نشتی و روش ایجاد محیطی امن برای جلوگیری از تبعات ناشی از آن با استفاده از حس‌گر تشخیص گاز و اعلان هشدارها و قطع جریان گاز موردبحث قرار گیرد.

2. نشت گاز و علل آن

نشت گاز طبق تعریف عبارت است از خروج ناخواسته گاز از محل ذخیره آن‌که به علل گوناگون و معمولاً به‌طور ناگهانی روی می‌دهد و همان‌گونه که در مباحث قبلی اشاره گردید همواره امکان بروز پدیده نشت گاز در تأسیسات، خطوط لوله، شبکه‌های گازرسانی و منازل اعم از مدفون و یا روی کار وجود دارد و خصوصاً اگر در مکان‌های سربسته و محصور اتفاق بیفتد می‌تواند منجر به حوادث ناگوار و خسارات غیرقابل‌جبران گردد.

 نشت گاز به علل مختلف در لوله‌های گاز و تأسیسات گازی روی می‌دهد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

 1–  خوردگی

براثر نقص در عایق‌کاری و یا عدم اجرای حفاظت کاتدیک صحیح، سطوح خارجی لوله‌ها، امکان بروز خوردگی وجود دارد. اگرچه خوردگی‌ها عمدتاً در سطوح خارجی لوله‌ها اتفاق می‌افتد ولی امکان بروز خوردگی داخلی چه در لوله‌ها و چه در ظروف عملیات به علت وجود ترکیبات خوردندِ ای مانند هیدروژن سولفورِ و آب نیز وجود دارد.

2- سایش داخلی تضعیف شدن ضخامت لوله

 براثر وجود ناخالصی‌های همراه با گاز پدیده سایش اتفاق می‌افتد. معمولاً در محل خم لوله‌ها و یا در شیرهای کاهش‌دهنده فشار به علت افزایش سرعت گاز میزان سایش بیشتر است.

3- عوامل خارجی: مانند ضربه‌های مکانیکی، اعمال تنش‌های اضافی

4- نقص در ساختار متالورژیکی لوله، اتصالات، شیرها و سایر متعلقات

5- نقص در اجرا و نصب شیرها و سایر اتصالات فلجی و همچنین رزوه‌ای

6- نقص در جوش لوله‌ها و اتصالات جوشی

3. طبقه‌بندی نشت گاز
   نشت گاز معمولاً ممکن است به یکی از طرق زیر باشد که درهرصورت می‌بایست به‌عنوان یک پدیده خطرناک با آن مواجه شویم:
   1 – نشت تدریجی و کم از سیستم لوله‌کشی گاز و یا وسایل گازسوز که در صورت انتشار در فضای بسته به‌آرامی تجمع یافته و به حد قابل اشتعال می‌رسد. این حالت معمولاً در مواردی که محوطه فاقد تهویه کافی باشد پیش می‌آید.
   2 – نشت ناگهانی با حجم زیاد از سیستم لوله‌کشی و یا وسایل گازسوز که در اثر شکستگی و یا بروز نقص مکانیکی و یا براثر سهل‌انگاری اتفاق می‌افتد و درمدت کوتاهی فضای اطراف را پر و آماده انفجار می‌نماید.
   در مورد نشت‌های نوع اول وجود دستگاه‌های گاز یاب ثابت که در بخش بعدی به آن اشاره می‌گردد می‌تواند بسیار مفید واقع شود و قبل از آنکه میزان گاز در محیط به حد خطرناک نزدیک شود با کمک این دستگاه‌ها می‌توان به وجود نشتی پی برد و آن‌ها متوقف و یا محوطه را تهویه نمود. در مورد نشت‌های گروه دوم اقدامات ضربتی می‌بایست به مرحله اجرا درآید و کوچک‌ترین غفلت در این موارد موجب عواقب و خسارات جبران‌ناپذیر خواهد شد.

در ادامه در مورد سیستم آشکارساز نشتی گاز توسط حس‌گرهای تشخیص‌دهنده و موارد مربوط به اعلان و هشدار بروز نشتی را بررسی خواهیم نمود.

4. انواع آشکارسازهای نشت گاز

4-1. آشکار ساز دستی (قابل‌حمل)  
این نوع گازیابها قابل‌حمل بوده و توسط افراد در مسیر لوله گاز و یا محلهای موردنظر حرکت داده می‌شوند که در صورت برخورد با هرگونه نشتی با توجه به حساسیت دستگاه، به‌وسیله علائم هشداردهنده وجود گاز و میزان آن را اعلام می‌دارند. کاربرد این‌گونه گاز سنج‌ها عبارت‌اند از:
الف – کنترل لوله‌های روکار ازلحاظ وجود نشت‌های احتمالی
ب – اندازه‌گیری و حصول اطمینان از عدم وجود گاز قبل از اقدام به جوشکاری بر روی خطوط لوله و یا ظروف عملیاتی و یا هرگونه عملیات گرم دیگری که در داخل تأسیسات گازی صورت می‌گیرد.
ج – جهت اطمینان از عدم  وجود گاز در مکان‌های محصور مثل حوضچه‌ها، مخازن، موتورخانه و مانند آن‌ها و جلوگیری از ورود به آن‌ها.

تصویر 1: آشکارساز دستی جهت سنجش میزان نشتی گاز در محیط

4-2. آشکارسازهای ثابت

این سیستم از یک مرکز کنترل اصلی و تعدادی دستگاه‌های تشخیص‌دهنده و حساس به گاز که در نقاط مختلف تأسیسات نصب می‌گردند تشکیل‌شده است. معمولاً کاربرد عمده آن‌ها در سالن‌های تأسیسات، انبارها و یا محفظه‌های توربین‌ها است. تابلوی اصلی این سیستم که به کلیه دستگاه‌های حس کننده گاز مرتبط است در اتاق کنترل و یا مرکز آتش‌نشانی قرارمی گیرد و سنسورها (حس کننده‌ها) در نقاط مختلف تأسیسات یا انبار که احتمال نشت گاز در آن محل‌ها وجود دارد، نصب می‌گردند. هریک از حس‌گرها به‌محض تشخیص گاز با ارسال سیگنال به اتاق کنترل، اپراتور را از محل و میزان نشتی باخبر می‌سازند.

تصویر 2: آشکارساز ثابت جهت سنجش میزان نشتی گاز در محیط و اعلان هشدار

5. قطعات و نحوه انجام کار

درواقع آشکارسازها کمک شایانی در جلوگیری از حوادث و ضررهای مالی و جانی انجام می‌دهند. در این مقاله سعی بر آن شده که نحوه عملکرد دستگاه پس از نصب موردبررسی قرار گیرد. در این روش از حس‌گرهای نیمه‌هادی استفاده می‌شود. حس‌گر MQ6 دارای ماده حساس SNO2 است که در هوای پاک رسانایی کمتری دارد. در صورت بروز نشتی و افزایش غلظت آن رسانایی حس‌گر نیز افزایش‌یافته و تولید سیگنال می‌کند.MQ6 به گازهای پروپان، بوتان،LPG و گاز طبیعی واکنش نشان می‌دهد. این حس‌گر قادر به تشخیص گاز از غلظت 200ppm تا 10000ppm است که خروجی آن‌یک مقاومت آنالوگ است. این خروجی به سیستم پردازش کننده (برد الکترونیکی ) منتقل می‌شود به‌طوری‌که خروجی حس‌گر، ورودی برد الکترونیکی است. برد الکترونیکی وظیفه تولید هشدار بر اساس میزان غلظت گاز را بر عهده دارد. خروجی‌های این برد شامل بلندگو، چراغ اعلان هشدار قرمزرنگ و نمایش بر روی صفحه LCD می‌باشد. دیاگرام 1 نشان‌دهنده ساختار این تجهیز است.

دیاگرام 1: دیاگرام بلوک سیستم تشخیص نشت و اعلان هشدار

هرکدام از این خروجی‌ها تابع میزان غلظت گاز بوده و هرکدام با یک غلظت شروع به کار می‌نماید. بطوریکه در غلظت‌های پائین به بالا به ترتیب نمایشگر LCD فعال‌شده سپس چراغ هشدار قرمزرنگ و در نهایت بوق اخطار عمل می‌نماید. کلیه قطعات و تجهیزات مورد نیاز برای این منظور در تصویر 3 نمایش داده‌شده است.

تصویر 3: تجهیزات مورداستفاده در سیستم تشخیص گاز و اعلان هشدار

تمامی موارد فوق در طراحی سیستم‌های ایمنی موجود و قابل‌استفاده بوده است این سیستم در صورت حضور افراد در منزل و یا محیط کار بیشترین کارایی را دارد؛ اما نکته قابل‌توجه این است که در صورت عدم حضور افراد در محیطی که هشدار صادر گردیده با کوچک‌ترین جرقه‌ای خسارات جبران‌ناپذیری را به همراه دارد. در این مقاله سعی بر آن دارم که به این سیستم یک شیر برقی که قابلیت قطع جریان را در ورودی منزل یا محیط کار اضافه نمایم تا در صورت بروز نشتی منبع جریان ورودی گاز به‌طور کامل قطع و از مخاطرات آتی جلوگیری نماید. در تصویر 4 یک شیر برقی که در ورودی منزل بر سر مسیر جریان گاز قرار می‌گیرد نمایش می‌دهد.

تصویر 4: شیر برقی مخصوص قطع جریان گاز در صورت افزایش میزان غلظت گاز در محیط

این شیرها در بیرون از محیط مصرف گاز و عمدتاً پس از کنتور گاز بایستی نصب شود این تجهیز خاصیت ضد انفجار داشته و دارای گواهینامه ATEX با سطح حفاظت IP54 از مراکز معتبر می‌باشند که در صورت افزایش میزان غلظت گاز در محیط و دریافت فرمان از سیستم کنترل (برد الکترونیکی) مسیر جریان گاز را مسدود و از نشت جریان جلوگیری می‌کند. لذا دیاگرام شماره 1 به‌ صورت زیر تغییر می‌یابد. دیاگرام شماره 2 نمایش‌دهنده سیستم اعلان هشدار نشت گاز همراه با شیر قطع جریان گاز است.

دیاگرام 2: سیستم اعلان هشدار همراه با قطع جریان گاز

6. نتیجه‌گیری:

با توجه به آمار روبه افزایش و نگران‌کننده نشت گاز و انفجارهای بعدازآن لزوم ایجاد سیستم حفاظتی برای جلوگیری از مخاطرات ناشی از آن را بسیار مهم و اساسی نموده است. در کشور ایران میزان فوت ناشی از انفجار بر اساس آمار و محاسبه ریسک و مدل‌سازی پیامد نشت گاز در حدود 115 نفر با ضریب ریسک فردی 073/0 برآورد شده است (). از میزان خسارات مالی بدون فوت اطلاعات کاملی در دسترس نیست. از این مباحث می‌توان نتیجه گرفت نصب این سیستم هشدار و قطع جریان در منازل و کارگاه‌ها باقیمت بسیار ناچیز (در برابر میزان خسارات مالی و جانی برجای‌مانده از حوادث) می‌تواند از بروز این اتفاقات جلوگیری نماید. ازاین‌رو قرارگیری نصب این سیستم در پروسه لوله‌کشی گاز می‌تواند به‌عنوان یک الزام تلقی شده و انشعابات جدید را می‌توان با الزام در نصیب این سیستم برقرار نمود.

7. منابع و مآخذ

[1]- Mohammad Monirujjaman Khan-Department of Electrical and Computer Engineering, North South University, Bashundhara, Dhaka1229, Bangladesh; monirujjaman.khan@northsouth.edu; Sensor-Based Gas Leakage Detector System

[2]- صابر مرادی حنیفی- لیلا امیدی- غلامرضا مرادی – محاسبه ریسک و مدل‌سازی پیامد حادثه نشت گاز طبیعی با استفاده از نرم‌افزار ALOHA –فصلنامه بهداشت و ايمني کار جلد 9 /شماره 1 /بهار 1398 صفحات 13-2

تهیه کننده : مصطفی میکلانی

mikelani@gas-souzan.com