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.
Второй выпуск Академии посвятим газоизмерительным индикаторным трубкам. Придуманные 100 лет назад, они остаются одним из самых простых и популярных способов экспресс-контроля воздуха. Индикаторная трубка, как и веком ранее, представляет собой стеклянную колбу, внутри которой находится смесь реагентов. На этом сходство заканчивается. Современные трубки – это по сути настоящие химические лаборатории, способные не просто определить наличие одной из немногих примесей – первые трубки «умели» идентифицировать не больше 15-и сильнодействующих газов, но и ее количество. Индикаторные трубки немецкой компании Dräger, мирового эксперта в области газоанализа, распознают около 500 различных веществ. В Dräger Tubes используется до 14 наборов реагентов, иногда в одной трубке. Благодаря этому Dräger Tubes имеют высокую селективность (избирательность), то есть способны обнаружить как конкретное вещество (например, диоксид углерода), так и целую группу веществ (к примеру, хлорированные углеводороды) и даже класс (трубка Политест для измерения легкоокисляемых веществ).
Как устроена трубка?
Так что же такое индикаторная трубка? Упрощенно – это стеклянная ампула с химическим составом, меняющим цвет при контакте с определенным газом. Поэтому трубки еще называют колориметрическими (анг. color – «цвет») химическими датчиками.
Оба конца трубки запаяны. Чтобы провести анализ, нужно отломить концы и с помощью специального насоса прокачать через ампулу определенный объем воздуха (так называемая ускоренная диффузия). Внутри трубки произойдет контролируемая химическая реакция, в результате которой содержимое ампулы изменит цвет. Шкала, нанесенная на трубку, позволяет оценить длину изменившейся окраски и, соответственно, концентрацию того или иного газа или токсичного вещества.
Классификация индикаторных трубок
Колориметрические трубки бывают двух типов – для кратковременных и долговременных измерений. Первые предназначены для прямого анализа на месте в течение небольшого времени, обычно от 10 секунд до 15 минут в зависимости от трубки и пробоотборного насоса. Трубки для долговременных измерений позволяют измерить среднюю концентрацию за период, как правило от 1 до 8 часов. Насос в этом случае не нужен; воздух проходит через трубку за счет естественной диффузии. В России применяют главным образом трубки для кратковременных измерений, поэтому дальше речь пойдет исключительно о них.
Типы Dräger Tubes для кратковременных измерений:
— без предварительных слоев
Весь заполняющий слой в этих трубках – индикаторный.
— с одним и двумя предварительными слоями
Предварительные слои нужны, чтобы поглощать влагу, отфильтровывать примеси или преобразовывать вещества в измеряемую форму. Фильтрация также позволяет избежать так называемой перекрестной чувствительности, когда «нецелевые» химические компоненты искажают данные измерения нужного вещества (пример: при измерении хлора в присутствии сероводорода в определенной концентрации показания будут выше фактических).
— комбинация двух трубок
Предварительная и индикаторная трубки соединены коротким куском шланга. Реагенты в предварительной трубке служат для того же, что предварительный слой в одной.
— с соединяющим шлангом
Аналогично предыдущему варианту состоит из индикаторной и дополнительной трубок. Однако после того, как концы обеих будут вскрыты, трубки нужно соединить резиновым шлангом самостоятельно. Дополнительная может устанавливаться как до, так и после индикаторной. До – служит как предварительный слой в стандартной трубке, после – поглощает продукты, которые образуются при реакции в индикаторной.
— со встроенной ампулой с реактивом
Некоторые реагенты химически несовместимы и хранятся отдельно до момента измерения. В дополнение к индикаторному слою трубки снабжены встроенной ампулой с реактивом, в роли которого могут выступать пар, жидкость или гранулы.
— для совместных измерений
Набор из пяти трубок в едином корпусе вставляется в адаптер, который устанавливается в насос. Он прокачивает воздух через все пять трубок одновременно. Совместные комплекты разрабатываются как система, потому не рекомендуется использовать в них другие трубки, это может приводить к ошибочным результатам.
Особенности пользования индикаторными трубками
При работе с индикаторными трубками необходимо учитывать их диапазон измерений и чувствительность, а также влажность воздуха. Так в линейке Dräger есть девять моделей трубок для измерения сероводорода.Трубка максимальной чувствительности имеет диапазон 0,2-5 ppm, минимальной – 20000-400000 ppm.
ppm (от англ. parts per million – «частей на миллион») миллионная доля, единица измерения концентрации, равная 1·10 −6 от базового показателя. По смыслу аналогична проценту. В случае объёмных концентраций 1 ppm = 1 см³/1 м³. Так, объёмная концентрация углекислого газа в земной атмосфере составляет около 380 ppm, что означает, что в каждом кубометре воздуха 380 мл – углекислый газ.
Dräger Tubes могут работают при относительной влажности до 95%, что позволяет применять их практически в любых условиях.
Измерительные системы
Система измерений на основе Dräger Tubes кроме газоизмерительной трубки включает пробоотборный насос. Определенным трубкам должны соответствовать определенные виды насосов; ведь насос должен не только прокачивать правильный объем воздуха через трубку, но и делать это с нужной скоростью. В противном случае возможны ошибки измерений. Два самых популярных пробоотборных насоса Dräger – ручной Accuro и автоматический X-act 5000.
Dräger Accuro относится к сильфонному типу («гармошка»). Насос весом около 250 г легко управляется одной рукой, выдавая за качок 100 мл воздуха. Простота и надежность Accuro позволяют проводить измерения в чрезвычайных условиях и труднодоступных местах – на пожарных лестницах, в колодцах и т.д.
Dräger X-act 5000 представляет собой автоматический аспиратор, за работу которого отвечает электронная система управления. Электроника обеспечивает требуемые характеристики воздушного потока для трубки или тест-комплекта. Для этого достаточно совместить штрих-код на упаковке трубок со считывателем на передней части X-act 5000. Система считает данные и установит нужный режим прокачки воздуха.
Для большей наглядности информация, как то: определяемое вещество, диапазон измерений трубки и число качков насоса, выводится на дисплей. Дисплей – с яркой подсветкой, благодаря которой аспиратором можно пользоваться даже в темноте. Встроенное программное обеспечение позволяет задавать величину потока и время прокачки вручную. Эта функция предназначена для забора проб в специальные трубки для анализа в лаборатории. Насос в прочном корпусе переносится одной рукой или на плечевом ремне. Работать с X-act 5000 можно даже в защитных перчатках. Все это делает устройство подходящим для самых суровых условий, в том числе замкнутых пространств со взрывоопасными газами.
Обе модели насосов могут использоваться для дистанционного отбора проб. «Дальность» работы Accuro составляет 15 м, X-act 5000 – до 30 м. При отборе проб на расстоянии важно учитывать воздух, который находится внутри удлинительного шланга, соединяющего трубку и насос. Если этого не сделать, результаты скорее всего будут недостоверны, поскольку через индикаторную трубку пройдет меньше анализируемого воздуха, чем нужно.
Анализ сжатого воздуха
Проверка качества сжатого воздуха – это отдельный вид измерений с особыми требованиями. В этом случае приходится анализировать сжатый воздух для дыхания при высоком или низком давлении. При давлении, которое отличается от атмосферного, количество воздуха, пропущенного через трубку, регулируется не числом качков насоса, а временем прокачки при заданном значении воздушного потока. Он регулируется специальным редуктором, рассчитанным на строго определённое входное давление. Каждая из индикаторных трубок требует уникального значения потока, поэтому трубки одновременно устанавливаются в специальный коллектор с индивидуальными гнездами.
Продукты линейки Aerotest на основе Dräger Tubes измеряют содержание токсичных веществ, кислорода и углекислого газа в баллонах, дыхательных аппаратах и системах подачи сжатого воздуха.
Аналогичный мониторинг, но при низком давлении (до 15 бар), осуществляет Dräger Aerotest Alpha.
Оба прибора могут комплектоваться импактором Dräger Oil, разработанным для проверки сжатого воздуха на содержание масляных аэрозолей. В сочетании с импактором система Dräger Aerotest дает уникальный уровень контроля.
Обнаружение воздушных потоков
Визуализатор воздушных потоков, разновидность индикаторной трубки, помогает обнаружить слабые потоки воздуха, определить их источник, направление и скорость.
Это необходимо для контроля вентиляции горных выработок, для обнаружения утечек в промышленных помещениях и лабораториях, наладки вентиляционных систем и систем кондиционирования. Внутри визуализатора содержится пористый материал, пропитанный серной кислотой. Если вскрыть концы трубки и прокачать через нее воздух, начнет выделяться легкий белый дым. Именно он помогает отследить направление движения воздушных потоков.
Оценка показаний индикаторных трубок
Индикаторные трубки, как и любые измерительные приборы, требуют корректной оценки показаний. В случае трубок, это еще более важно, так как от газоанализа напрямую зависят жизни людей.
Специалисты Dräger рекомендуют постоянно наблюдать за трубкой во время измерения, чтобы удостовериться в отсутствии неконтролируемой полной окраски всего индикаторного слоя. Иногда это случается очень быстро – при высоких концентрациях даже на первом качке насоса. Оценивать показания необходимо сразу после измерений. Не стоит хранить использованную трубку в качестве доказательства; через какое-то время цвет может измениться даже у ампулы, закрытой резиновыми крышками. Еще одно условие – достаточное освещение, но не прямой солнечный свет. Ультрафиолет вызывает изменение окраски прореагировавших веществ.
Помогает оценить результаты анализа лист белой бумаги в качестве фона для трубки. Неплохой эффект дает и сравнение использованной трубки с аналогичной неиспользованной.
Важно! При оценке показаний индикаторных трубок необходимо учитывать полную длину участка изменившегося цвета.
Индикаторные трубки являются простым, недорогим и проверенным методом анализа газов. В некоторых случаях, например, при определении сложных и редких веществ таких как йод и метил-бензол, трубкам нет альтернативы. Несмотря на свою простоту, индикаторные трубки позволяют надежно контролировать воздух рабочей зоны, обеспечивая безопасность работающим там людям.
Полная информация о Dräger Tubes содержится в Справочнике по индикаторным трубкам (доступен для скачивания здесь).
В следующем выпуске
Темой следующего выпуска «Академии газоанализа Dräger» станут портативные газоанализаторы.
Мобильное приложение Dräger Voice содержит данные о 1700 опасных веществ. Функция поиска позволяет получать информацию не только о средствах газоанализа, но и защитном снаряжении. Приложение работает без подключения к интернету, регулярно обновляется в соответствии с российскими нормами. Доступно в App Store и Google Play.
