Utiliser des détecteurs de gaz inflammables PPM pour augmenter la sécurité

REMARQUE : Le sponsor de ce contenu peut vous contacter pour plus d'informations sur ce sujet. Cliquez ici pour refuser de partager votre adresse e-mail avec ce sponsor. (Ce lien ne vous désabonnera d'aucune autre liste de diffusion BIC).

Figure 1 : Réponse sélective en ppm H2 en présence de gaz interférentiels.

L'une des technologies de détection de gaz inflammables les plus utilisées est le capteur LIE.

LIE, abréviation de "Lower Explosive Limit", est définie comme la concentration la plus faible (en pourcentage) d'un gaz ou d'une vapeur dans l'air qui peut propager une explosion. Par exemple, le méthane (CH4) et l'hydrogène (H2), deux des gaz industriels inflammables les plus courants, présentent des valeurs LIE de 5 % et 4 % en volume dans l'air, respectivement. L'accent mis sur les détecteurs LIE en tant que technologie de pointe pour les produits inflammables est naturel en raison du danger évident d'explosions, de l'historique de l'exploitation minière et des lois sur l'entrée dans les espaces confinés qui exigent spécifiquement la détection LIE.

Les détecteurs de gaz inflammables LIE sont clairement une partie importante d'un programme de détection de gaz, mais en raison de leur technologie sous-jacente, ils sont plus efficaces pour mesurer des concentrations de gaz inflammables relativement élevées. Les concentrations à 100 % de la LIE (concentration minimale d'un gaz inflammable présent pour entretenir la combustion) mentionnées ci-dessus pour le CH4 et le H2 correspondent respectivement à 50 000 ppm et 40 000 ppm. Les réglementations anti-incendie typiques exigent des alarmes de gaz à 10 % LIE et 20 % LIE. La technologie habituelle de ces capteurs 100 % LIE est un circuit en pont de Wheatstone avec un pellistor actif (avec catalyseur) et un pellistor passif (sans catalyseur) qui interagissent avec le gaz inflammable mesuré. Dans la pratique, cette technologie n'est souvent pas très fiable à 5 % LIE et moins, bien qu'elle soit souvent déployée comme seule technologie de détection pour les mesures d'inflammables. Bien que les détecteurs de gaz inflammables LIE soient souvent utilisés dans l'industrie, ils ne sont pas très efficaces pour mesurer le H2 en dessous de 2000 ppm et le CH4 en dessous de 2500 ppm.

Figure 2 : Armoire à gaz typique pour contenir les bouteilles et contrôler la livraison du gaz aux processus.

Bien que moins fréquemment utilisés, des capteurs de gaz inflammables de haute qualité optimisés pour la plage de concentration en ppm ont été développés et sont disponibles sur le marché. Ces capteurs sont parfaitement adaptés aux scénarios de détection de gaz où les concentrations qui doivent être mesurées sont nettement inférieures à la plage LIE normale d'un détecteur de gaz inflammable typique. Certains des capteurs de qualité supérieure de ce type utilisent la technologie semi-conductrice dite "à fil chaud" en combinaison avec la technologie des tamis moléculaires, ils ont même la capacité de mesurer spécifiquement le gaz inflammable d'intérêt. Voir le graphique de la courbe de réponse (Figure 1) utilisant un capteur H2 ppm spécifique à l'hydrogène ci-dessous. Le capteur ne répond pas seulement à une concentration de gaz inflammable inférieure aux capacités d'un capteur LIE normal, un mélange de H2 et d'éthanol (Et-OH) et d'alcool isopropylique (IPA) réagit presque exclusivement au H2 et non aux autres substances.

Pour illustrer l'efficacité de cette technologie dans la pratique, nous décrivons un exemple spécifique d'armoires à gaz où les capteurs de gaz inflammables ppm sont particulièrement efficaces. Une situation courante dans les usines de semi-conducteurs et de gaz, entre autres environnements industriels, est l'utilisation de bouteilles de gaz dopant avec une petite quantité d'une substance dans une concentration élevée de gaz inflammable; généralement, plus de 90 % de gaz inflammables. H2 est couramment utilisé de cette manière avec une plus petite quantité d'une substance dopante telle que la phosphine (PH3). Gardez à l'esprit que le PH3 est très toxique et a une TLV de 50 ppb. Ces bouteilles de gaz sont souvent utilisées dans une armoire à gaz (voir Figure 2).

Dans le tableau 1 ci-dessous, nous énumérons diverses concentrations hypothétiques que vous pourriez voir dans une telle bouteille de gaz dopant.

Tableau 1 : Scénario modèle pour le dopant phosphine PH3 dans un équilibre d'hydrogène H2.

Même avec des concentrations de gaz PH3 (dopant) de 10 %, la bouteille contient 90 % d'hydrogène. C'est bien au-dessus de 100% LIE pour l'hydrogène (quatre pour cent en volume) ci-dessus. Si vous aviez une panne catastrophique du système et que le gaz s'écoulait librement dans les zones ambiantes ou dans les gaz d'échappement, vous pourriez avoir des mélanges explosifs qu'un capteur LEL normal à haute concentration capterait. Cependant, les rejets de gaz dans les armoires à gaz ou d'autres systèmes de distribution de gaz sont rarement catastrophiques. Habituellement, ce sont de très petites fuites qui se développent avec le temps. Dans notre exemple, dans le tableau I, nous avons imaginé une petite fuite réaliste qui ne délivre que 250 ppm de H2 aux détecteurs et calcule diverses concentrations ambiantes du gaz PH3 (dopant) qui en résulte. Il est important de souligner qu'un capteur LIE standard à 100 % ne détectera pas du tout ce petit événement de fuite. De plus, à des concentrations de dopant PH3 très souvent utilisées, même ce scénario de fuite de faible niveau produit des niveaux > LDL de PH3 dans l'environnement. Il est également vrai que les grosses fuites commencent presque toujours par de petites fuites. Du point de vue de l'augmentation du facteur de sécurité pour de tels systèmes et, espérons-le, de la prévention d'une fuite catastrophique, il y a clairement certains avantages. De plus, dans ce scénario, vous pouvez avertir les utilisateurs des risques toxiques en définissant vos plages de détection de gaz inflammables autour des valeurs TLV du gaz dopant.

Figure 3 : Système DOD EC20 avec capteurs d'hydrogène PPM pour une application de dopage

Un exemple concret d'une configuration de détection de gaz utilisant des détecteurs de gaz inflammables ppm est illustré à la figure 3, où 20 points de détection de gaz surveillent 20 points dans des zones ambiantes et d'échappement où des fuites de gaz ppm peuvent se produire fréquemment. Il existe de nombreux autres scénarios couramment rencontrés où la mesure des concentrations de gaz inflammables à de faibles niveaux se traduira par un niveau de sécurité plus élevé. Nous soutenons qu'il est toujours préférable d'avoir le plus tôt possible une indication d'une fuite de mélange de gaz potentiellement inflammable/explosif et que la technologie de détection de gaz ppm doit être utilisée dans le cadre du système de sécurité des gaz. De plus, grâce à la détection du gaz vecteur inflammable, vous pouvez également augmenter la sécurité contre les dangers des gaz dopants hautement toxiques parfois introduits dans des mélanges gazeux à fortes concentrations de gaz inflammables.

Contactez votre représentant DOD Technologies local pour plus d'informations ou visitez DODtec.com.