گازهای مورد استفاده در گازسنجی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
۱. گازهای کالیبراسیون
گازهای کالیبراسیون ترکیبات گازی با غلظت دقیق و مشخصی هستند که برای تنظیم و ارزیابی عملکرد دستگاه‌های گازسنج به کار می‌روند. این گازها به عنوان استانداردهای مرجع در فرایند کالیبراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند تا اطمینان حاصل شود که دستگاه قادر به اندازهگیری دقیق غلظت گازهای مختلف در محیط‌های صنعتی و کاری است.
از جمله رایج‌ترین گازهای مورد استفاده در کالیبراسیون گازسنج‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- متان (CH₄):به عنوان یک گاز هیدروکربنی، متان به طور گسترده در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و همچنین در محیط‌های شهری به دلیل نشت از شبکه‌های گاز شهری یافت میشود.
- مونوکسید کربن (CO):یک گاز سمی و بی‌رنگ است که حاصل احتراق ناقص سوخت‌های فسیلی می‌باشد. این گاز در محیط‌های صنعتی و خانگی به ویژه در مناطقی که از وسایل گرمایشی استفاده میشود، می‌تواند تجمع یابد.
- سولفید هیدروژن (H₂S):گازی بسیار سمی و خورنده با بوی تخم مرغ گندیده است که معمولاً در صنایع نفت و گاز، تصفیه فاضلاب و برخی فرآیندهای صنعتی دیگر یافت میشود.
- دی‌اکسید کربن (CO₂):یک گاز گلخانه‌ای است که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و طبیعی تولید میشود. این گاز در صنایع غذایی، نوشابه سازی و همچنین در محیط‌های بسته مانند گلخانه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- اکسیژن (O₂):به عنوان یکی از اجزای اصلی هوا، اکسیژن برای تنفس موجودات زنده ضروری است. اندازهگیری دقیق غلظت اکسیژن در محیط‌های صنعتی و پزشکی بسیار مهم است.
همچنین گاز CH4 یا متان، پرکاربردترین و یکی از مهمترین گازهای مورد استفاده در گازسنجی است که در ادامه به این گاز بیشتر می‌پردازیم:
متان، گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بسیار قابل اشتعال است که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی وجود دارد. نشت این گاز می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری از جمله انفجار، آتش‌سوزی و مسمومیت را به دنبال داشته باشد. به همین دلیل، گازسنجی متان به عنوان یکی از مهمترین اقدامات ایمنی در صنایع مختلف به ویژه نفت و گاز، نیروگاهی و شیمیایی مطرح میشود.
۲. گازهای صفر
گاز صفر، گازی است که فاقد هرگونه گاز قابل تشخیص توسط دستگاه گازسنج است. به عبارت دیگر، این گاز یک محیط کاملاً پاک و عاری از هرگونه آلودگی گازی است. گاز صفر برای تعیین نقطه صفر دستگاه گازسنج استفاده میشود.
در ادامه به بررسی دقیقتر این موضوع می‌پردازیم.
متان یا CH4 چرا برای گازسنجی مناسب است ؟
گاز متان (CH₄) ساده‌ترین هیدروکربن و اصلی‌ترین جزء گاز طبیعی است. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه بوده و چگالی کمتری نسبت به هوا دارد. به همین دلیل، در صورت نشت به سرعت در هوا پخش شده و تشکیل مخلوط‌های قابل انفجار با هوا می‌دهد.
خطرات ناشی از نشت متان:
- انفجار:مخلوط متان و هوا در محدوده مشخصی از غلظت، به شدت قابل انفجار است. کوچکترین جرقه می‌تواند منجر به انفجار مخلوط شده و خسارات جانی و مالی فراوانی به بار آورد.
- خفگی:در محیط‌های بسته، نشت متان می‌تواند منجر به کاهش غلظت اکسیژن شده و خطر خفگی را افزایش دهد.
- اثر گلخانه‌ای:متان یکی از گازهای گلخانه‌ای قوی است که در مقایسه با دی‌اکسید کربن، اثر گرمایش جهانی بیشتری دارد. انتشار متان در جو به تشدید تغییرات اقلیمی کمک میکند.
تشخیص نشت متان: به دلیل بی‌رنگ و بی‌بو بودن متان، تشخیص نشت آن به سادگی امکان‌پذیر نیست. از این رو، در صنایع و تاسیساتی که با گاز طبیعی سروکار دارند، از حسگرهای گاز برای تشخیص نشت متان استفاده میشود. این حسگرها به محض تشخیص افزایش غلظت متان، آلارم می‌دهند تا اقدامات ایمنی لازم انجام شود.
روش‌های گازسنجی متان
برای اندازهگیری غلظت متان در هوا از روش‌های مختلفی استفاده میشود که به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:
گازسنجی مستقیم
در این روش، حسگرهای گاز به طور مستقیم در معرض گاز متان قرار می‌گیرند و با اندازهگیری تغییرات فیزیکی یا شیمیایی ناشی از حضور گاز، غلظت آن را تعیین می‌کنند. از جمله حسگرهای رایج در گازسنجی مستقیم می‌توان به حسگرهای کاتالیتیکی، الکترو شیمیایی و نوری اشاره کرد.
گازسنجی غیرمستقیم
در این روش، نمونهای از هوا گرفته شده و به دستگاه آنالیز منتقل میشود. دستگاه آنالیز با استفاده از روش‌هایی مانند کروماتوگرافی گازی، غلظت اجزای مختلف نمونه از جمله متان را تعیین میکند.
کاربردهای گازسنجی متان در صنایع مختلف
گاز متان به عنوان اصلی‌ترین مؤلفه گاز طبیعی، به دلیل ویژگی‌های اشتعال‌پذیری و قابلیت تشکیل مخلوط‌های انفجاری با هوا، همواره تهدیدی بالقوه برای ایمنی در صنایع مختلف محسوب میشود. نشت گاز متان در محیط‌های صنعتی، مسکونی و تجاری می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری از جمله انفجار، آتش‌سوزی و مسمومیت به دنبال داشته باشد.
۱. سیستمهای گرمایشی و خنککننده: در سیستمهای گرمایشی و خنککننده مبتنی بر گاز طبیعی، نشت گاز می‌تواند منجر به ایجاد شرایط خطرناک شود. بنابراین، گازسنجی در این سیستم‌ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
۲. صنعت نفت و گاز: در تمام مراحل اکتشاف، استخراج، پالایش و انتقال گاز طبیعی، خطر نشت متان وجود دارد. از این‌رو، گازسنجی مداوم در تأسیسات نفت و گاز امری ضروری است.
۳. صنایع نیروگاهی: نیروگاه‌های حرارتی که از سوخت‌های فسیلی، به ویژه گاز طبیعی، استفاده می‌کنند، مستعد نشت متان هستند. گازسنجی در این نیروگاه‌ها برای اطمینان از ایمنی کارکنان و جلوگیری از حوادث ناگوار انجام میشود.
۴. صنایع شیمیایی: در فرآیندهای تولید مواد شیمیایی، امکان تولید گازهای قابل اشتعال مانند متان وجود دارد. لذا، گازسنجی در این صنایع برای تشخیص به موقع نشت گاز و جلوگیری از حوادث شیمیایی ضروری است.
اهمیت LEL در گازسنجی
LEL یا حد پایین اشتعال، پایینترین غلظت یک گاز قابل اشتعال در هوا است که در آن مخلوط گاز و هوا قابل اشتعال میشود. به عنوان مثال در گازسنجی متان، اندازهگیری LEL از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا به ما نشان می‌دهد که آیا غلظت متان در هوا به حدی رسیده است که خطر انفجار وجود داشته باشد یا خیر.
تست سیستم گاز و کاربرد آن در تشخیص نشت گاز
تست سیستم گاز یک روش معمول برای بررسی عملکرد سیستمهای تشخیص نشت گاز است. در این تست، مقدار مشخصی گاز به سیستم تزریق میشود و واکنش سیستم اندازهگیری میشود. این تست به منظور اطمینان از دقت و حساسیت سیستمهای گازسنجی انجام میشود.
گاز خروجی از چاه و چالش‌های گازسنجی در این بخش
گازهای موجود در چاه از چاه یکی از منابع اصلی انتشار متان است. گازسنجی در این بخش با چالش‌های خاصی روبرو است، از جمله:
- دما و فشار بالا:در چاه‌های نفت و گاز، دما و فشار بسیار بالا است که می‌تواند بر عملکرد حسگرهای گاز تأثیر بگذارد.
- وجود ترکیبات دیگر:علاوه بر متان، گازهای دیگری مانند هیدروژن سولفید نیز در گاز خروج از چاه وجود دارند که می‌توانند بر دقت اندازهگیری تأثیر بگذارند.
کروماتوگرافی و نقش آن در آنالیز گازهای مختلف
کروماتوگرافی یکی از روش‌های دقیق و حساس برای آنالیز گازهای مختلف از جمله متان است. در این روش، اجزای مختلف یک مخلوط گازی از یک ستون کروماتوگرافی عبور داده می‌شوند و بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی خود از هم جدا می‌شوند.
نتیجه‌گیری
گازسنجی به عنوان یک ابزار حیاتی برای اطمینان از ایمنی در صنایع مختلف، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. با توجه به خطرات ناشی از نشت ch4، استفاده از سیستمهای گازسنجی دقیق و قابل اعتماد ضروری است. با پیشرفت فناوریهای جدید، می‌توان انتظار داشت که در آینده سیستمهای گازسنجی با قابلیت‌ها و کارایی بالاتر ارائه شوند.
سؤالات متداول
- مهمترین تفاوت بین گازسنجی مستقیم و غیرمستقیم چیست؟ گازسنجی مستقیم به اندازهگیری مستقیم غلظت گاز در محیط مورد نظر میپردازد، در حالی که در گازسنجی غیرمستقیم، نمونهای از هوا گرفته شده و به دستگاه آنالیز منتقل میشود.
- LEL چیست و چرا اهمیت دارد؟LEL یا حد پایین اشتعال، پایینترین غلظت یک گاز قابل اشتعال در هوا است که در آن مخلوط گاز و هوا قابل اشتعال میشود. اندازهگیری LEL به ما کمک میکند تا خطر انفجار را ارزیابی کنیم.
- چه عواملی بر دقت اندازهگیری گاز متان تأثیر میگذارند؟دقت اندازهگیری گاز متان به عوامل مختلفی مانند نوع حسگر، دما، فشار، رطوبت، وجود تداخلات و کالیبراسیون دستگاه بستگی دارد.
- آینده گازسنجی به چه سمت و سویی میرود؟آینده گازسنجی به سمت استفاده از فناوریهای نوین مانند حسگرهای نانو، اینترنت اشیا و هوش مصنوعی پیش میرود که منجر به ایجاد سیستمهای گازسنجی دقیقتر، سریعتر و هوشمندتر خواهد شد.
- چه صنایعی بیشترین نیاز را به گازسنجی متان دارند؟صنایع نفت و گاز، نیروگاهی، شیمیایی و سیستمهای گرمایش و خنککننده از جمله صنایعی هستند که بیشترین نیاز را به گازسنجی متان دارند.
