Detektor biogazu

Detektor biogazu jest urządzeniem pełniącym bardzo ważną rolę ochronną ludzi oraz obiektów takich jak oczyszczalnie i przepompownie ścieków, reaktory, generatory zasilane biogazem, urządzenia infrastruktury wodno-ściekowej oraz wysypiska. Jeżeli mówimy o detektorze biogazu to w rzeczywistości stosujemy duże uproszczenie nazywając tak naprawdę grupę czujników wchodzących w jego skład, które wykrywają i mierzą takie gazy jak metan, siarkowodór, ditlenek węgla oraz tlen. Są to główne substancje, które powstają w wyniku fermentacji metanu oraz procesów gnilnych.

Niebezpieczeństwa jakie niesie ze sobą biogaz to zagrożenie wybuchem ze strony metanu, zagrożenie toksyczne ze strony siarkowodoru oraz ryzyko uduszenia ze względu na wypieranie tlenu przez metan i ditlenek węgla. To właśnie te zagrożenia należy monitorować czujnikami wchodzącymi w skład “detektora biogazu”.

Typowy skład biogazu zaprezentowano w poniższej tabeli:

Tabela 1
Źródło: Wikipedia

Gaz	jedn.	Składowanie odpadów	Obiekty oczyszczania ścieków	Fermentacja rolnicza
metan, CH4	%	44 - 64	57 - 67	53 -72
dwutlenek węgla, CO2	%	24 -34	32 - 41	14 -39
tlen, O2	%	<3	<1	<1
azot, N2	%	10 - 20	0,2 - 0,7	0,5 - 7,5
wodór, H2	%	0 - 1
siarkowodór, H2S	ppm	15 - 427	23 - 8000	10 - 30000
amoniak NH3	mg/m3	<100	<100	50 - 400

Od strony zagrożenia wybuchowego “czujnik biogazu” skupia się przede wszystkim nad zagrożeniem ze strony metanu. Jest to gaz wybuchowy, bezzapachowy, bezbarwny i gromadzący się głównie w górnych częściach pomieszczenia ponieważ jest gazem lżejszym od powietrza. W “detektorach biogazu” zaleca się stosowanie sensorów podczerwonych ponieważ są odporne na przekroczenia zakresu oraz działają w środowisku beztlenowym, a jak wynika z powyższej tabeli tlen w biogazie jest najczęściej wyparty przez inne składniki.

Kolejnym gazem jest ditlenek węgla. Jest to substancja wchodząca w skład biogazu i o ile przy niskich stężeniach nie stanowi zagrożenia to przy wyższych może doprowadzić do uduszenia na skutek wyparcia tlenu. Ditlenek węgla jest często uważany za bezpieczny co nie jest prawdą. W dużych stężeniach prowadzi do hiperkapni i kwasicy oddechowej. Stężenia rzędu 5-6% CO₂ w powietrzu są bardzo niebezpieczne i to nawet jeżeli jest wystarczająca ilość tlenu. Konieczność pomiaru ditlenku węgla zależy więc od jego ilości. Przy dużych stężeniach tego gazu ryzyko wyparcia tlenu będzie mniejsze od skutków działania samego CO₂.

Tabela 2

Stężenie CO2 (100%)	Stężenie O2	Stężenie N2
0%	20,9%	78,0%
5%	19,8%	74,1%
8%	19,2%	71,7%
10%	18,8%	70,2%

Powyższa tabela pokazuje poszczególne stężenia gazów w powietrzu przy emisji CO₂ o stężeniu 100%.

Tabela 3

Stężenie CH4 (50%)	Stężenie CO2 (50%)	Stężenie O2	Stężenie N2
0%	0%	20,9%	78,0%
2,5%	2,5%	19,8%	74,1%
4,0%	4,0%	19,2%	71,7%
5,0%	5,0%	18,8%	70,2%

Powyższa tabela pokazuje poszczególne stężenia gazów w powietrzu przy emisji CH₄ i CO₂ o stężeniu po 50% każdy.

Wyraźnie widać, że w pierwszym przypadku (tabela 2) detekcja tlenu nie jest wystarczająca ponieważ pierwszy poziom alarmowy (ostrzegawczy) ustawiany jest najczęściej na 19,0%, a wtedy ditlenek węgla jest bliski stężeniu 10,0% co stanowi poważne zagrożenie dla osób przebywających w pomieszczeniu. Jednak jeżeli ditlenku węgla w ogólnej emisji będzie tylko 50% jak w tabeli 3 to detekcja spadku tlenu zareaguje już przy stężeniu bliskim 5,0% CO₂. Jak widać zastosowanie detekcji tlenu do badania jego wyparcia przez CO₂ w przypadku biogazu jest możliwe o ile stężenie CO₂ w ogólnej emisji nie przekracza 50%. Trzeba jednak pamiętać, że CO₂ ma także wyznaczone wartości NDS (~0,5%) oraz NDSCh (~1,5%). Oznacza to, że doraźne pomiary prowadzone urządzeniami przenośnymi najczęściej nie będą wymagały monitorowania CO₂, o tyle stacjonarne “detektory biogazu” powinny mierzyć także ten gaz.

Szczególne znaczenie w biogazowniach oraz oczyszczalniach ma siarkowodór. W tych miejscach istnieje spore ryzyko, że może osiągać wysokie stężenia. Jest to gaz palny i wybuchowy, ale przede wszystkim toksyczny o charakterystycznym nieprzyjemnym zapachu przypominającym zgniłe jajko. W przypadku jeżeli stężenie osiągnie wartość pow. 200ppm siarkowodór poraża nerw węchowy i zapach przestaje być wyczuwalny co jest mylnie interpretowane jako brak zagrożenia. Konsekwencje jakie za sobą niesie przebywanie w pomieszczeniach o podwyższonym stężeniu siarkowodoru mogą doprowadzić do bardzo nieprzyjemnych powikłań zdrowotnych a niekiedy nawet do śmierci. Tym samym obowiązkową funkcją “detektorów biogazu” jest pomiar siarkowodoru wszędzie tam gdzie mogą przebywać ludzie.

Najważniejszym gazem dzięki, któremu człowiek jak i wiele organizmów żywych przy odpowiednim stężeniu jest w stanie oddychać to oczywiście tlen (O2). W przypadku biogazu istnieje ryzyko wyparcia tlenu przez gazy stanowiące większą część jego składu takie jak wcześniej opisany metan i dwutlenek węgla. Tym samym w każdej instalacji wykrywania biogazu konieczne jest zastosowanie detekcji tlenu.

Poza wyżej wymienionymi substancjami są jeszcze inne takie jak amoniak oraz wodór, które również wchodzą w skład biogazu. Jednak stężenie tych gazów jest na tyle niewielkie, że nie stanowi zagrożenia. W związku z tym wykrywanie i pomiar tego typu substancji w przypadku biogazu mija się z celem.

Biogaz najczęściej jest gromadzony w zbiornikach od, których prowadzi instalacja gazowa do urządzeń z niego korzystających. W przypadku wycieku gazu z takiej instalacji system detekcji ma za zadanie wykryć przy pomocy odpowiedniego czujnika biogazu oraz uruchomić za pomocą centrali sterującej urządzenia wykonawcze. Elementem wykonawczym w tego typu instalacji jest najczęściej zawór elektromagnetyczny, który odcina dopływ zapobiegając dalszemu gromadzeniu się gazu wewnątrz budynku. Odpowiednio zaprojektowany system detekcji gazu powinien chronić obiekt ale również i ludzi w nim przebywających przed toksycznym biogazem aby spełniał taką funkcję również musi mieć możliwość włączenia wentylacji mechanicznej.

Więcej informacji o systemach, w których stosowane są czujniki biogazu znajdą Państwo po kliknięciu w opisy obiektów poniżej: