بررسی ساختار و عملکرد آنالایزرهای گازی

بررسی ساختار و عملکرد آنالایزرهای گازی

با توجه به توسعه روز افزون صنعت و همچنین پالایشگاه ها و محیط های مرتبط با صنعت نفت و گاز ، حفاظت و مراقبت در برابر خطرات ناشی از نشت گاز ، انفجار و حریق در این اماکن از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. لذا آشنایی متخصصین دست اندر کار با انواع سیستم های آشکار ساز حریق و آنالایزرهای گاز و نحوه عملکرد آنها جهت انتخاب بهینه ، بسیار حائز اهمیت است.مواد جامد یا مایع در اثر دریافت حرارت زیاد، گازهای سمی ای متصاعد می کنند که محیط اطراف خود را خطرناک می کنند. این گازها بسیار شبیه به هوای تنفسی عمل می نمایند و از اتمسفر جدا نمی شوند.

مسمومیت هایی که به واسطه این گازها ایجاد می شود، در صورت درمان نشدن به موقع،موجب مرگ یا آسیب رسیدن به بخش هایی از سیستم تنفسی و عصبی شخص می شود. گازهای سمی به دلیل آنکه از طریق استنشاق وارد بدن می شوند، به راحتی وارد جریان خون شده و پس از چند ثانیه خود را به مراکز عصبی رسانده و اثرات شدیدی از خود بر جای می گذارند. از جمله این گازهای سمی می توان اکسیدهای کربن ، اکسیدهای سولفور ، اکسیدهای نیتروژن ، هیدروکربن ها و اکسید کننده ها را نام برد. از آنجا که برای کشف آنها نمی توان از یک فرمول یا روش معین استفاده کرد و می بایست برای هر یک از آنها روش بخصوصی بکار برد، از ادواتی به نام آنالایزرAnalyzer استفاده می شود.چگونگی کشف ، آشکارسازی و نیز آگاه شدن از انواع بخارها ، مایعات و ذرات پراکنده در هوا ، توسط شیمی دان ها و کارشناسان صنایع نظامی ، جدی تر بکار گرفته می شوند.آشکارساز های گاز با هدف نظارت مداوم بر پدیده های فیزیکی و شیمیایی گازها ساخته می شوند تا در کمترین زمان ممکن و در لحظات اولیه نشت گاز خطرناک ، هشدار اتوماتیک و در سطحی پیشرفته تر کنترل تجهیزات ایمنی و حفاظتی را بر عهده گیرند و از بروز حوادث ناگوار جلوگیری نمایند. به طور مثال در میدان جنگ به آشکارسازهایی نیاز است که نسبت به عوامل شیمیایی به کار گرفته شده و تشخیص نوع آنها ، می تواند از وقوع یک فاجعه جلوگیری کند.

آنالایزرهای گاز از نظر موارد مصرف ، به دو دسته اصلی آنالایزرهای گاز محیط و آنالایزرهای گاز حاصل از احتراق تقسیم می شوند. که هر کدام آنها نیز به نوبه خود ، به ۲ بخش تقسیم می شوند:

آنالایزرهای گازهای محیط به دو بخش محیط صنعتی و هوای پاک تقسیم می شوند که بخش اول شامل دتکتورهای گاز  و بخش دوم شامل ایستگاه های ثابت و سیار می باشند.

آنالایزرهای گازهای حاصل از احتراق نیز به دو بخش خروجی دودکش صنایع و خروجی اگزوز خودرو تقسیم می شوند.آنالایزرهای خروجی دودکش صنایع به دو صورت ثابت و پرتابل می باشند که پرتابل آن،علاوه بر استفاده در صنایع نظامی و جنگ ها ، در صنایع نفت و گاز کاربرد ویژه ای دارند.

به طور کلی هر آنالایزر از چند بخش تشکیل می شود که مهمترین بخش آن ، سنسور آن می باشد که وظیفه تشخیص شاخص مورد نظر را به عهده دارد. اطلاعات کسب شده توسط سنسور مذکور، به صورت داده های آنالوگ است که معمولا این اطلاعات توسط مدارات حالت دهنده Conditioning Circuits به بازه مقادیر قابل فهم برای مدارات تبدیل آنالوگ به دیجیتال Analog to Digital Convertor و یا پردازشگرها تبدیل می شود.پس از دیجیتال شدن ، اطلاعات برای پردازش به ریزپزدازشگرهای داخلی آشکارساز ارسال می گردند و بعد از تحلیل این اطلاعات و دریافت نتیجه مورد نظر در این بخش ، خروجی به مدارات انتقال داده ، برای ارسال به پردازنده و کنترل کننده کلی سیستم تحویل می شود که از نظر نوع این مدارات ، داده ها به پروتکل های ارتباطی مختلف تبدیل و ارسال می گردند. در تشخیص نوع گاز، انتخاب سنسور بسته به نوع کاربرد و انتظاری که از سیستم وجود دارد ، بسیار مهم است . چنانچه نوع سنسور و آشکارساز گاز بطور نامناسب انتخاب شوند، غملکرد تمامی سیستم با اختلال همراه خواهد بود.باید توجه نمود که هر سنسور مزایا و محدودیت های خاص خود را داراست .لذا انتخاب نادرست سنسور ، احتمال خروج از بازه عملکرد مناسب و مواجه با محدودیت ها و بعضا خروجی های غیر دقیق و نا به هنگام را در بر خواهد داشت.

آشکارسازی سنجش گازها در این آنالایزرها به شیوه های مختلفی صورت می گیرد:

آنالایزر با لامپ سیگنال Ultra Violet Lamp

آنالایزر با سنسورهای الکترو شیمیایی

آنالایزرهای کاتالیزوری

آنالایزر مادون قرمز

و…..

تمامی آنالایزرها به دو روش زیر، سنجش گاز را انجام می دهند که عموما روش اول کاربرد بیشتری در سنجش گازهای کنترلی و پروسه به کار گرفته می شود.

۱٫ روش استخراجی Extractive

– از طریق نمونه برداری- از طریق آماده سازی-از طریق آنالیز

در این روش با توجه به شکل، نمونه توسط نمونه گیر و با کمک پمپ مکش از محیط مورد نظر جذب می شود.پس ار عبور از مسیری که تحت مجاورت هیتر قرار داردHeated Line)) و بعد از آن عبور از خنک کننده تا ۵ درجه سانتی گراد، به سنسور و یا مهمترین و با ارزش ترین قسمت آنالایزر می رسد و در آنجا به روش های گوناگون که ذکر شد ، مورد سنجش قرار می گیرد.

البته این نکته قابل به ذکر است که در محیط های صنعتی ،به علت مجاورت دائم آنالایزر با گازهای مورد نظر ، عموما آشکارساز مادون قرمز ( به لحاظ دوام،دقت و پایداری بالا و همچنین هزینه مناسب) مورد استفاده قرار می گیرد.

بلوک دیاگرام مسیر عبور گاز به درون آنالایزر را مشاهده نمودید.گاز از ورودی وارد دستگاه می شود.سلنوئید ولوهای مربوطه تعیین می کنند که نمونه یا گاز کالیبراسیون به درون دستگاه منتقل شوند.یک سنسور فشار ، میزان فشار نمونه را چک می کند و سپس گاز به درون دستگاه منتقل شوند. یک سنسور فشار ، میزان فشار نمونه را چک می کند و سپس گاز به درون سنسور مادون قرمز Gas Filter Correlation Infrared GFC-IR دستگاه می رسد. منبع نور به صورت یک فیلامان است که وقتی به دمای معینی برسد ، طیف طول موج مادون قرمز مشخصی از خود ساطع می کند. این نور از یک چرخ گردان Correlation wheel که دارای سوراخ هایی استرد شده می باشد، عبور می کند.سپس از یک پنجره Optical Filter که فیلتر طول موج خاصی می باشد،رد شده و به درون سنسور می رسد.دیسک گردنده ، چرخش کرده و نور به نوبت از درون حفره ها به شرح زیر عبور می کند:

یک قسمت کدر محدود شده Dark Sector

قسمت دوم که یک حفره خالی است Measure Sector

و سوم که دارای یک سلول پر شده از گازهای درخواستی است. با عبور نور از هر یک از این سه قست ، یک سیگنال الکتریکی خاص از دتکتور خارج می شود:

سیگنال کدر: وقتی نور به قسمت کدر برخورد کرده و نمی تواند وارد سنسور دستگاه شود

سیگنال اندازه گیری : وقتی نور از قسمت خالی چرخ گذشته و با ورود به درون سل که گاز نمونه در آن قرار دارد، در تماس است . در این حالت طول موج های خاصی از نور توسط مولکول های گاز مورد نظر جذب شده و شدت نور متناسب با غلظت گازها افت می کند.

سیگنال رفرنس : هنگامی که نور ابتدا از سلولی که حاوی گاز مرجع است ، عبور می کند.در این حال طول موج هایی که توسط رفرنس جذب می شوند، کاملا جذب شده و حذف می گردند.به طوری که با عبور آن از درون نمونه حاوی گاز نمونه گیری شده ، جذب بیشتری صورت نمی گیرد. گیرنده نور یک سنسور PbSe است که توسط یک المان پلیترPeltier Element در دمای سرد ۳۰ درجه سانتی گراد، زیر صفر قرار دارد. سیگنال خروجی دتکتور توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال به قسمت پردازنده میکروپروسسوری منتقل می شود.

جذب طول موج مادون قرمز توسط گاز های مختلف

سیگنال های فوق برای هر گاز با یکدیگر مقایسه شده و پردازنده آنالایزر ،محاسبات لازم برای سنجش گاز را انجام می دهد. روش فوق GFC-IR نام دارد که مورد تایید استاندارد آژانس نظارتی در آمریکا US-EPA می باشد.

۲-روش درون پروسه In_Situ

سنجش گازهای درون پروسه بدون خرج نمونه : این روش اغلب در پروسه های کنترلی سیستم هایی مانند سنجش گاز O2 ,Co مورد استفاده قرار می گیرد.

هر چند مشابه نوع Extractive آن برای سنجش برخی گازها جهت موارد محیط زیستی هم کاربرد دارد که با محدودیت تنوع گاز همراه است و به همین علت برای سنجش در موارد محیط زیستی این روش پیشنهاد نمی شود. در این آنالایزرها از فرستنده و گیرنده بطوذ مستقیم و در مجاورت گاز استفاده می شود که مزیت زمان پاسخ دهی کوتاه ولی عیب سرویس دشوار در شرایط سخت ، مثلا در بالای ستون ها را می توان برای آنها نام برد.

در این نوع آنالایزرها رطوبت گاز داخل ستون در سنجش گاز بسیار موثر است. این رطوبت توسط سنسورهای رطوبتی که خود این آنالایزرها تعبیه شده اندازه گیری و ضریبی را در محاسبه و اندازه گیری گازها وارد می کند که نتیجه نهایی پس از اعمال این ضریب ، قابل مشاهده است.