Co to jest czujnik siarkowodoru?
Czujnik siarkowodoru (H 2 S) to czujnik gazu, który można zbudować zgodnie z kilkoma różnymi specyfikacjami projektowymi do wykrywania poziomów siarkowodoru powstających podczas procesów przemysłowych i biologicznych. Takie czujniki są bardzo ważne w różnych gałęziach przemysłu, ponieważ siarkowodór jest niezwykle toksycznym gazem. Wdychanie od 500 do 1000 części na milion (ppm) objętościowo prawie zawsze powoduje natychmiastową utratę przytomności i śmierć. Niektóre czujniki siarkowodoru są komponentami awaryjnymi jednorazowego użytku, podczas gdy inne konstrukcje czujników H2S są zaprojektowane do wielokrotnego wykrywania gazu i utrzymują się przez wiele lat.
Wiele gałęzi przemysłu potrzebuje czujnika siarkowodoru, ale do najbardziej rozpowszechnionych należy przemysł petrochemiczny, w którym jest on naturalnym produktem ubocznym produkcji ropy naftowej i gazu ziemnego, oraz miejskie oczyszczalnie ścieków. Powiązane obszary, w których wytwarza się siarkowodór, obejmują hodowlę ryb lub akwakulturę, przechowywanie obornika na nawozy oraz regiony, w których występują gazy wulkaniczne lub gorące źródła. Rafinerie i zakłady koksownicze, które przekształcają węgiel w koks w procesie ogrzewania go w środowisku wolnym od tlenu, to także miejsca, w których krytyczny jest system wykrywania czujnika siarkowodoru. Gazownie, huty i garbarnie również wytwarzają gaz, a ponieważ jest to naturalny produkt uboczny rozpadu materii organicznej przez bakterie, stanowi także potencjalne zagrożenie dla kilku rodzajów fabryk przetwórstwa spożywczego.
Zdolność do naturalnego wykrywania niebezpiecznych, ale bardzo niskich poziomów siarkowodoru w powietrzu może być trudna z kilku powodów. Jednym z powodów jest to, że jest to bezbarwny i przezroczysty gaz, który jest cięższy od powietrza, dlatego ma tendencję do osiadania na niskich poziomach w budynkach, gdzie początkowo może pozostać niezauważony. Chociaż ma niski zapach zgniłego jajka w niskich stężeniach, zapach zmienia się na słodki na wyższych poziomach, co może dezorientować zmysły. Istnieje zatem kilka różnych metod wykrywania gazu w próbkach biologicznych w zależności od stężenia powietrza lub wody.
Typowa konstrukcja przenośnego czujnika do pracy ciągłej oparta jest na ogniwie paliwowym systemu mikroelektromechanicznego (MEM), które może pracować w zakresie od -22 ° do 122 ° Fahrenheita (-30 ° do 50 ° C) i wykorzystuje zasadę elektryczności odporność. Czujnik MEM zbudowany jest na materiale półprzewodnika z tlenku metalu (MOS) z mikroskopijnych warstw tlenku cyny lub złota metalicznego, które reagują na zmiany oporności elektrycznej w miarę ich przechodzenia przez siarkowodór. Takie czujniki mają krótkie czasy reakcji i mogą być dokładne nawet do 25 części na miliard (ppb), ale częściej są zaprojektowane tak, aby wykrywały tylko wyższe poziomy gazu. Są one jednak niedrogie i są powszechnie stosowane w trudnych warunkach klimatycznych, takich jak poszukiwanie i wydobycie ropy i gazu.
Czujnik siarkowodoru zaprojektowany do wykrywania gazu w wodzie i szlamie również opiera się na zasadzie potencjometrii lub zmian siły elektromotorycznej w wodzie. Detektory wody mogą mierzyć poziomy gazu poniżej 0,3 ppb i często są wbudowane w standardowe mierniki pH używane w przemyśle oczyszczania ścieków. Wymagają jednak częstej kalibracji, aby była dokładna, co zwykle jest planowane raz w miesiącu. Częsty problem z czujnikiem znoszenia występuje w przypadku jednostek wymaganych do pomiaru tak drobnych poziomów, co wskazuje, że wyświetlany odczyt wyjściowy jest przesunięty w stosunku do rzeczywistej zmierzonej wartości. W czujniku siarkowodoru stosowanym w środowisku ciekłym zakres znoszenia wynosi ± 0,5 miliwolta (mV) jest standardem, ale znoszenie często może osiągnąć do 2 mV w ciągu miesiąca w odczytach.
Inne typy czujników siarkowodoru są wbudowane w przenośne jednostki przenoszone przez personel służb ratowniczych, które są w stanie wykryć inne niebezpieczne gazy, takie jak tlenek węgla. Podobne typy jednostek umieszczonych w obiektach są odporne na korozję i wybuchy, które są dwiema właściwościami siarkowodoru. Są w stanie działać przez dwa do pięciu lat przy bardzo niskim zużyciu energii i bez pogorszenia zdolności ciągłego wykrywania po wystawieniu na działanie gazu.
Poziom czułości i czasy reakcji krótsze niż minuta zostały zwiększone w ostatnich latach dla czujnika siarkowodoru poprzez włączenie materiałów zaprojektowanych w skali nanometrycznej. Jest to zgodne z nowymi przepisami obowiązującymi w USA od 2010 r. Amerykańska Konferencja Rządowych Higienistów Przemysłowych (ACGIH) obniżyła dopuszczalne poziomy narażenia na gaz dla ośmiogodzinnej średniej ważonej z 10 ppm do 1 ppm oraz poziom narażenia krótkoterminowego wynoszący 15 ppm do 5 ppm.