Katalytische sensoren juist kalibreren: een praktische gids

Transcriptie

1 Katalytische sensoren juist kalibreren: een praktische gids Katalytische explosie (CatEx) sensoren zorgen voor een nauwkeurige en betrouwbare detectie van brandbare gassen mits ze optimaal zijn ingesteld voor de desbetreffende meetopdracht. Bij het uitvoeren van een kalibratie met een vervangend gas is het belangrijk om niet alleen de meest recente voorschriften in acht te nemen, maar ook enkele detectiegerelateerde kenmerken. 1

2 Sensoren gebaseerd op het principe van katalytische verbranding worden vaak gebruikt als een atmosfeer gecontroleerd of bewaakt moet worden op explosieve stoffen zoals methaan of nonaan. Het voordeel van deze zogenaamde katalytische verbrandingssensoren is dat ze elk brandbaar gas meten. Maar ze geven alleen een nauwkeurige meting weer voor het gas waarvoor ze zijn ingesteld. Hun gevoeligheid varieert afhankelijk van de stof ze zijn bijvoorbeeld over het algemeen minder gevoelig voor dampen dan voor gassen. Als een gasdetector met katalytische sensor is gekalibreerd op een stof waarvoor de sensor gevoelig is, zal de weergave in %LEL voor elke stof waarop de sensor ongevoeliger reageert 1 lager zijn dan de werkelijke concentratie van die stof. Omgekeerd, als een sensor is gekalibreerd op een gas waaraan deze niet gevoelig is, dan zal het apparaat voor alle andere gassen hogere concentraties weergeven dan er daadwerkelijk aanwezig zijn. Zo worden katalytische sensoren bijvoorbeeld als zeer ongevoelig beschouwd voor de damp nonaan. Als een sensor op nonaan is gekalibreerd en bijvoorbeeld methaan detecteert, zal het apparaat een hoger testresultaat laten zien voor methaan vanwege de grotere gevoeligheid voor deze stof. Een apparaat dat is gekalibreerd op nonaan geeft een vroegtijdig alarm voor alle aanwezige brandbare gassen. Wat betekent dit in de praktijk? Voordat een apparaat klaar is voor gebruik, moet het geconfigureerd worden voor de beoogde taak. Het is belangrijk om eerst de volgende vragen te beantwoorden: Welke gassen zijn mogelijk aanwezig? Hoe en met welk gas moet de (dagelijkse) functietest worden uitgevoerd? Hoe en met welk gas moet de kalibratie worden uitgevoerd? Welke alarmgrenzen moeten worden ingesteld? Hoe moet dit worden gedocumenteerd? In veel toepssingen kan ervan worden uitgegaan dat er verschillende brandbare gassen en dampen aanwezig zijn. Het is daarom raadzaam om een kalibratie te selecteren die u aan de veilige kant houdt. Dit kan worden gedaan met het doelgas dat moet worden gemeten, maar ook met behulp van een vervangend gas. Kalibratie met een doelgas of een vervangend gas? Er zijn verschillende redenen om bij het uitvoeren van kalibraties en functietesten een ander testgas dan het doelgas (bijv. nonaan) te kiezen: Eenvoudiger gebruik van het testgas: nonaan is bijvoorbeeld vloeibaar bij kamertemperatuur en is niet beschikbaar in testgascilinders. Het uitvoeren van een dampkalibratie zou arbeidsintensief zijn, en zeker onnauwkeurig zonder de juiste expertise en apparatuur. Mogelijke aanwezigheid: een testgas kan ook worden gebruikt als het naast het doelgas in de werkomgeving als mogelijk meetgas aanwezig kan zijn. Meer omvattende verificatie: Met het vervangende gas kunnen extra functies van de gasmeetinstrumenten worden gecontroleerd. Vanwege zijn eigenschappen is nonaan bijvoorbeeld het testgas bij uitstek voor toepassingen die maximale veiligheid en uiterst gevoelige kalibratie vereisen. 2

3 Nonaan is vloeibaar bij kamertemperatuur. Voor een doelgaskalibratie zou normaal gesproken de damp worden gebruikt die vrijkomt uit vloeibaar nonaan. In de praktijk is de vereiste nauwkeurigheid echter moeilijk te bereiken door middel van directe dampkalibratie. Daarom wordt kalibratie op nonaan meestal uitgevoerd met een ander testgas, een vervangend gas. Het correct omzetten van de gevoeligheid kan ofwel handmatig gebeuren met behulp van de technische specificaties van de fabrikant, ofwel automatisch door de gasdetector. NONAAN METEN: IS UW APPARAAT GESCHIKT? Een metrologische toelating is de enige manier om zeker te zijn. Het bewijs van metrologische geschiktheid voor brandbare gassen en dampen wordt geleverd door de norm NEN-EN (VDE ), Explosieve atmosferen Deel 29-1: Gasdetectoren Prestatie-eisen voor detectoren van brandbare gassen. Elke fabrikant van het apparaat bepaalt voor welk gas de metrologische prestaties worden getest. Slechts enkele fabrikanten hebben metrologisch toegelaten instrumenten voor nonaan waaronder Dräger, met zijn detectie-apparatuur in de Dräger X-am -serie. Juiste kalibratie bij risico op sensorvergiftiging Een nadeel van het principe van katalytische verbranding is het risico op vergiftiging van de sensor. Door omgevingsinvloeden kan de gevoeligheid van de sensor afnemen waardoor de reactietijd wordt beperkt. Polymeriserende stoffen, zoals styreen of acrylonitril, en gechloreerde of gefluoreerde koolwaterstoffen, siliconen, hybriden of zwavelhoudende verbindingen (bijvoorbeeld zwavelwaterstof 2 en mercaptanen) kunnen het katalysatorelement van de sensor vergiftigen. Er wordt vaak aangenomen dat de dagelijkse bumptest in al deze gevallen vergiftiging laat zien, maar dit is niet juist. De norm NEN-EN adviseert voor alle toepassingen met katalytische verbrandingssensoren waarbij methaan kan voorkomen, om ook de kalibratie van de gasdetectoren en de functietesten met methaan uit te voeren zelfs als het apparaat daadwerkelijk op een ander doelgas is ingesteld. Een vergiftigde detector zou een functietest niet doorstaan waarbij methaan is gebruikt als vervangend gas om de CatEx-sensor te testen. Als het apparaat met methaan is gekalibreerd, vertoont het hogere concentraties voor alle andere stoffen dan er daadwerkelijk aanwezig zijn, ervan uitgaande dat het apparaat nog steeds gekalibreerd kan worden. De hogere gevoeligheid zorgt voor meer veiligheid. In de praktijk zijn er twee methoden om mogelijke vergiftigingseffecten te compenseren. 1. Kalibratie van de katalytische verbrandingssensor op methaan en verlaging van de alarmgrenzen voor de Ex-sensor. Doorgaans (o.a. in Duitsland) zijn Ex-sensoren ingesteld op een alarmgrens van 20 %LEL (vooralarm) en 40 %LEL (hoofdalarm). Als een op methaan gekalibreerd apparaat in plaats daarvan wordt ingesteld op 10 %LEL en 20 %LEL (o.a. standaard in Nederland), worden de alarmen eerder geactiveerd zonder dat de werkelijke gevoeligheid van het apparaat wordt gewijzigd. Het nadeel van deze methode is dat lage concentraties van dampen mogelijk niet weergegeven kunnen worden omdat de gevoeligheid van de sensor niet wordt verhoogd en ze door het vangbereik van de sensor onderdrukt worden. 2. Kalibratie met een vervangend gas en handmatige of automatische berekening van een afwijkende gevoeligheid. Met deze oplossing moet ook de gevoeligheid voor methaan regelmatig worden getest. Door vergiftiging worden katalytische sensoren in eerste instantie selectief ongevoelig voor methaan; later verspreidt zich de ongevoeligheid ook naar andere gassen of dampen zoals propaan of nonaan. Dit staat bekend als selectieve vergiftiging. 3 In extreme gevallen reageert een selectief vergiftigde katalytische sensor helemaal niet meer op methaan. 3

4 Automatische kalibratie met vervangend gas voor meer flexibiliteit en veiligheid De katalytische CatEx 125 PR sensor van Dräger bevat een uitgebreide dataset die het mogelijk maakt de sensor te kalibreren met methaan op vrijwel alle andere brandbare gassen of dampen. Methaan wordt ingesteld als het test- en kalibratiegas, terwijl een ander gas (bijv. hexaan of nonaan) wordt ingesteld als het te meten gas. Andere gassen in de dataset kunnen ook worden gebruikt als test- en kalibratiegas. Zowel bij de handmatige kalibratie als bij gebruik van het automatische test- en kalibratiestation Dräger X-dock, voert het apparaat onafhankelijk de noodzakelijke conversieberekening uit en stelt het de vereiste gevoeligheid in. Door de grote hoeveelheid gegevens die in het apparaat zijn opgeslagen, wordt ook automatisch rekening gehouden met eventuele temperatuurinvloeden. Automatische kalibratie met vervangend gas voor meer Een kalibratie met een vervangend gas is over het algemeen minder nauwkeurig als een doelgaskalibratie de tolerantie ligt tussen +/-30%. Omdat gassen in de praktijk echter vaak in gemengde vorm voorkomen, is in elk geval een vervangende gevoeligheid voor ten minste één gas noodzakelijk. Daarom is het doel de noodzakelijke gevoeligheid te bereiken en tegelijkertijd de mogelijkheid van selectieve vergiftiging uit te sluiten, zodat de gebruiker veilig wordt gewaarschuwd. Dit wordt op betrouwbare wijze bereikt met behulp van de procedure zoals getoond in tabel 1: AUTOMATISCHE KALIBRATIE MET VERVANGEND GAS MET METHAAN DOELGASKALIBRATIE (bijv. op nonaan) (bijv. op pentaan en niet op methaan) Detectie van een selectieve Ja Nee methaanvergiftiging Hoge gevoeligheid handhaven Ja Afhankelijk van het doelgas Hoge nauwkeurigheid voor een (doel)gas Tolerantie van een kalibratie met vervangend gas: +/- 30 % Ja Mogelijkheid tot gebruik van Ja Ja een automatisch teststation Damp als detectiegas apparatuur Ja, afhankelijk van de fabrikant* Alleen mogelijk bij intensief gebruik van Documentatie van detectie-, Afhankelijk van het ontwerp van de fabrikant* Afhankelijk van het ontwerp van de fabrikant kalibratie- en functietestgassen Gebruik met gasmengsels Ja Ja Vergelijking van een methaan kalibratie met vervangend gas met een doelgaskalibratie * Ja, voor de Dräger X-am 2500 en X-am

5 De meervoudige gasdetector van Dräger kan zo worden geconfigureerd dat alleen Ex 4 wordt weergegeven als gasindicatie, hoewel op de achtergrond een specifiek meetgas is ingesteld. Uiteindelijk is het doel van deze kalibratie om alle brandbare gassen of dampen in kwestie te detecteren. Als er sprake is van selectieve vergiftiging, zal de kalibratie of de bumptest mislukken of wordt het apparaat gevoeliger ingesteld dan nodig is dus de veilige kant op. Daarom kan een kalibratie met vervangend gas alleen in de richting van grotere gevoeligheid worden uitgevoerd. Het systeem voorkomt het gebruik van methaan als doelgas als er al een ander gas is geselecteerd voor de kalibratie of test. Deze aanpak zorgt voor een veilige weergave van methaan volgens de specificaties van de NEN-EN norm, terwijl de noodzakelijke gevoeligheid voor de detectie van andere gassen of dampen wordt gewaarborgd. Bovendien wordt het proces volledig gedocumenteerd omdat de test-, kalibratie- en detectiegassen afzonderlijk worden weergegeven en in de testrapporten worden vermeld samen met de daadwerkelijk ingestelde concentraties. Door gebruik te maken van gasdetectie-apparatuur die de mogelijkheid biedt om een kalibratie met vervangend gas uit te voeren voor geselecteerde gassen en dampen, terwijl tegelijkertijd methaan als testgas voor de functietest/kalibratie wordt gekozen, voldoen gebruikers aan de eisen van de NEN-EN De automatische kalibratie met vervangend gas voor de Dräger X-am 2500 en de Dräger X-am 5000 vormt een eenvoudige en veilige oplossing voor katalytische verbrandingssensoren van het model CatEx 125 PR. Auteurs: Rüdiger Weich Product Manager Malte Berndt Product Manager Bettina Runge Product Manager METEN MET EEN OP NONAAN GEKALIBREERD GASMEETINSTRUMENT (EX) METEN MET EEN OP METHAAN GEKALIBREERD GASMEETINSTRUMENT (EX) Weergave (%LEL) Weergave (%LEL) Meetgas: Nonaan Meetgas: Methaan Methaan 2 Propaan 3 Nonaan Vereenvoudigde afbeelding als voorbeeld, gebaseerd op Bergdoll & Rudolph, BRANDSchutz 12/07, p Concentratie (%LEL) Methaan 2 Propaan 3 Nonaan Vereenvoudigde afbeelding als voorbeeld, gebaseerd op Bergdoll & Rudolph, BRANDSchutz 12/07, p Concentratie (%LEL) 3 Katalytische sensoren voor het meten van brandbare gassen en dampen hebben verschillende gevoeligheden bij de kalibratie op verschillende meetgassen. Voorbeeldafbeelding ter illustratie: De linker afbeelding toont een op nonaan gekalibreerde gasdetector met een katalytische verbrandingssensor. De concentraties 100 %LEL van methaan en propaan worden weergegeven voordat de werkelijke onderste explosiegrens is bereikt. De rechter afbeelding toont een op methaan gekalibreerde gasdetector. Het apparaat is minder gevoelig voor de gassen propaan en nonaan. 5

6 1 Ongevoelig betekent dat de sensor slechts een minimaal meetsignaal genereert (bijv. in mv/% van LEL). 2 De vergiftiging met zwavelwaterstof is voor moderne katalytische sensoren van minder belang, zelfs bij bumptesten met gasmengsels die zwavelwaterstof bevatten tijdens functietesten of kalibratie. Voorbeeld: sensor Dräger CatEx 125 PR: max. 2% verlies van gevoeligheid tijdens blootstelling aan ppm*h. Omdat bumptesten over het algemeen kort (een kwestie van seconden) en op lage concentraties (lage ppm) wordt uitgevoerd, heeft een dagelijkse test met gemengd gas vrijwel geen invloed op de gevoeligheid. 3 Voor de selectieve methaanvergiftiging zijn er theoretische verklaringen met betrekking tot activeringsenergie. 4 Ex staat voor explosieve gassen en dampen. BRONNEN/VERWIJZINGEN: NEN-EN : Explosieve atmosferen Deel 29-2: Gasdetectoren - Selectie, installatie, gebruik en onderhoud van detectoren van brandbare gassen en zuurstof NEN-EN : Explosieve atmosferen Deel 29-1: Gasdetectoren - Prestatie-eisen voor detectoren van brandbare gassen. Bergdoll, Rudolph: Welcher UEG-Wert ist der Richtige? (Wat is de juiste LEL-waarde?) in BRANDSchutz/ Deutsche Feuerwehr-Zeitung 12/2007, p. 865 e.v.; Gepubliceerd door: W. Kohlhammer GmbH UITGAVE Ontdek ons volledige assortiment van draagbare gasdetectie-apparatuur en vind de juiste oplossingen voor uw dagelijkse uitdagingen: DUITSLAND Revalstraße Lübeck Duitsland lt