Гетсиз.ру и компания Dräger представляют совместный проект, посвященный портативному газоанализу в промышленности. В серии ежемесячных публикации мы расскажем, как анализ воздуха помогает обеспечить безопасность на предприятии, представим мировые достижения в этой области и дадим рекомендации по подбору оптимальных решений для разных условий.
С химической точки зрения, воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газов. Основные – это азот (78%) и кислород (21%); неосновные, но не менее важные, – аргон, гелий, криптон, неон, ксенон, водород, озон и др. Изменение состава воздуха может быть чревато для здоровья и даже привести к летальному исходу. При этом смертельно опасные примеси далеко не всегда имеют запах, например, угарный газ его лишен. Если в повседневной жизни люди не так часто сталкиваются с внезапным небезопасным изменением воздуха, то на производстве это случается регулярно.
Газоанализ начался с горнодобывающей промышленности. Чтобы проверить шахту на рудничный газ, горняки использовали канареек. Такой способ не отличался гуманностью, да и надежностью тоже. Потому вполне логично, что в начале XX века с развитием науки на смену живым «датчикам» пришли химические приборы – индикаторные трубки.
Канарейки чрезвычайно чувствительны к газам, в том числе угарному и метану, и погибают даже при их незначительном присутствии. Рудокопы брали клетку с птичкой с собой в шахту. Если канарейка начинала беспокоиться, люди понимали, что им грозит опасность и спешно покидали выработку. К тому же канарейки постоянно поют, за счет чего служат своего рода звуковой сигнализацией: пока слышно пение, можно работать спокойно. Кстати, пернатые газоанализаторы в Великобритании использовали до 1986 года.
Первый патент на трубку для измерения концентрации вредных веществ в воздухе получили в 1919 году американцы Лэмб и Хувер. Изобретатели разработали состав, который позволял определить наличие угарного газа (монооксид углерода). Пемза, пропитанная смесью йода и серной кислоты, помещалась в стеклянную ампулу. Чтобы проанализировать атмосферу вокруг, нужно было отломить кончики трубки и с помощью резиновой груши прокачать воздух через реагент. Изменение его цвета свидетельствовало о наличии монооксида углерода. Изобретение Лэмба-Хувера стало первой химической газоизмерительной трубкой. Конечно, технология была далека от совершенства; метод позволял лишь обнаружить монооксид углерода, до определения количественного состава было еще далеко.
Газоанализ стал еще более востребованным в Первую мировую войну, когда воюющие стороны начали применять отравляющие вещества, от просто вредных, таких, как слезоточивый газ, до смертельно ядовитых хлора и фосгена. В 1930 году в Германии были созданы индикаторные трубки для экспресс-определения ядовитых газов в полевых условиях.
Изобретение эффективного противогаза положило конец химической войне, но отказываться от индикаторных трубок никто не собирался. В мирное время трубки стали использовать в промышленности и очень активно. Причины понятны: метод недорогой, не требует сложной аппаратуры и серьезной подготовки, результат, причем довольно точный (погрешность не более 25%) получается сразу на месте измерений. Первые трубки могли идентифицировать до 15 часто встречающихся сильнодействующих газов. Сегодня они распознают сотни веществ. Сейчас экспресс-анализ воздуха стал обыденной процедурой, без которой невозможно представить безопасную работу миллионов специалистов.
Люди vs автоматика
У анализа воздуха с помощью индикаторных трубок есть один недостаток. Это человеческий фактор. Сотрудник может забыть провести нужные измерения или сделать их не по инструкции – вариантов много. Проблемы исключаются за счет автоматических систем газоанализа, работающих без какого-либо стороннего вмешательства. Такие системы сами проведут анализ, и, в случае необходимости, предупредят о грозящей опасности.
Первые автоматические газоанализаторы появились в середине прошлого века, и это были алкотестеры. Первопроходцем здесь является Dräger, в 1953 году выпустивший аппарат Alcotest. Сегодня это фирменное название обозначает все приборы для проверки на трезвость. Alcotest тоже работал на основе индикаторных трубок, но не требовал дополнительных действий для получения результата. Проверяемому достаточно дунуть в трубочку, и аппарат определял концентрацию этанола в выдыхаемом воздухе.
В 60-70-е появились первые миниатюрные электрохимические датчики, в 80-е – технология измерения на основе поглощения инфракрасных лучей. Новые технологии тут же находили применение в портативных газоанализаторах. Сочетание разных датчиков в мобильных приборах позволяло одновременно замерять разные газы. Газоанализаторы для определения концентрации одного газа называются одноканальными, нескольких газов и паров – многоканальными. Мировой рекорд по числу одновременно измерямых газов принадлежит Dräger. В линейке компании имеется прибор, способный обнаружить и определить концентрацию сразу восьми газов и паров.
Сегодня техника для газового анализа развивается благодаря инновациям из различных отраслей, включая медицину и космонавтику. Перспективным направлением считается, например, пленка из ПТФЭ (политетрафторэтилен, фторопласт-4 или тефлон), которая пропускает газы, но блокирует жидкости.
Трагедия как двигатель прогресса
10 марта 1906 года во Франции произошло событие, потрясшее всю Европу. Взрыв в угольной шахте в городке Куррьер унес более тысячи жизней. Менее чем за две минуты стена пламени преодолела 100 км подземных галерей. Люди гибли в огне и под обрушившимися стенами забоя, умирали от отравления газами и удушья. Катастрофа привела к массовым забастовкам шахтёров, требующих улучшить условия труда. Катастрофа заставила власти принять закон о еженедельном отдыхе и уделять больше внимания безопасности, в том числе эффективному оснащению спасательных отрядов.
Немногих выживших шахтеров Куррьера удалось спасти благодаря дыхательным аппаратам Dräger. За два года до этого Бернхард Дрегер провёл серию испытаний, в результате которых появился первый обслуживаемый дыхательный аппарат, позже усовершенствованный с учетом замечаний горноспасателей. Разработка дала Dräger такое преимущество в отрасли, что американских горноспасателей стали называть называют «дрегермэнами».
Самые распространенные опасные газы
Тройку наиболее опасных часто встречающихся в промышленности газов составляют сероводород, угарный газ и углекислый газ. Именно их обнаружение является задачей номер один для газоанализа. Рассмотрим каждый подробно.
Сероводород (сернистый водород, H₂S) – соединение водорода и серы, в высокой концентрации вызывающее мгновенную смерть. Образуется при гниении белковых соединений, в составе которых содержаться аминокислоты с серой. Сероводород присутствует в канализации и очистных сооружениях, на мусорных полигонах, в природе – в составе попутных нефтяных газов. Соединение разрушает гемоглобин, вызывая гипоксию (кислородное голодание); первым под удар попадает мозг. Сероводород сильно – и узнаваемо – пахнет тухлыми яйцами. Почему же тогда люди не замечают его? Дело в том, что при небольшой концентрации H2S человек быстро адаптируется к неприятному запаху, а при большой из-за паралича обонятельного нерва практически сразу перестаёт его чувствовать.
Угарный газ (монооксид углерода, СО) – газ без вкуса и запаха, за чрезвычайную токсичность прозванный «молчаливым убийцей». Ежегодно от отравления монооксидом углерода в мире погибает 1,6 млн человек. Некоторые говорят, что ощущают запах угарного газа, но на самом деле это пахнущие примеси. СО выделятся при любых видах горения, содержится в выхлопных газах автомобилей. Монооксид углерода немного легче воздуха, потому в закрытом помещении концентрируется под потолком. Угарный газ лишает кровь возможности снабжать кислородом клетки организма. При концентрации СО свыше 1,2% летальный исход наступает через три минуты.
Углекислый газ (диоксид углерода, CO₂) – бесцветный газ со слабым кислым запахом. Небольшое количество двуокиси углерода всегда присутствует в воздухе. Углекислый газ скапливается в шахтах, бродильных отделениях пивоварен, в канализационных колодцах. Отравление углекислым газом можно получить даже в плохо проветриваемых помещениях с большим количеством людей, например школьных классах или офисах. Безопасная для человека концентрация СО₂ составляет 0,03-0,2%, содержание около 3% вызывает удушье, более высокие дозы считаются смертельными и приводят к гибели от остановки дыхания.
Ex, Ox и Tox
В газоанализе выделяют три вида опасностей – Ex, Ox и Tox: риски взрыва, нехватки кислорода и отравления. При работе, особенно в замкнутом пространстве, нужно быть уверенным, что там достаточно кислорода и нет токсичных и взрывоопасных веществ. Газоизмерительная техника решает эти вопросы, обеспечивая постоянный контроль окружающей среды. В следующем выпуске «Академии газонализа» расскажем как с задачей справляются современные индикаторные трубки. Рассмотрим передовые системы этого вида анализа и особенности их эксплуатации на примере Dräger-Tube.
