PPM 可燃性ガス検知器を使用して安全性を向上

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図 1: 干渉ガス中の選択的 ppm H2 応答。

最も頻繁に使用される可燃性ガス検知技術の 1 つは LEL センサーです。

LEL は「爆発下限」の略で、爆発を伝播する可能性のある空気中のガスまたは蒸気の最低濃度 (パーセント) として定義されます。 たとえば、最も一般的な可燃性の工業用ガスの 2 つであるメタン (CH4) と水素 (H2) は、空気中でそれぞれ 5 体積パーセントと 4 体積パーセントの LEL 値を示します。 爆発の明らかな危険性、採掘の歴史、および特に LEL 検出を必要とする密閉空間立入法を考慮すると、可燃性物質の頼りになる技術として LEL 検出器に注目が集まるのは当然のことです。

LEL 可燃性ガス検知器は明らかにガス検知プログラムの重要な部分ですが、その基礎となる技術により、比較的高い可燃性ガス濃度の測定により効果的です。 上記の CH4 と H2 の 100 パーセント LEL (燃焼を促進するために存在する可燃性ガスの最小濃度) 濃度は、それぞれ 50,000 ppm と 40,000 ppm に相当します。 一般的な火災規制では、10% LEL と 20% LEL のガス警報器が必要です。 これらの 100% LEL センサーの通常の技術は、測定対象の可燃性ガスと相互作用するアクティブ (触媒あり) ペリスターとパッシブ (触媒なし) ペリスターを備えたホイートストン ブリッジ回路です。 実際には、この技術は可燃性測定の唯一の検出技術として導入されることが多いにもかかわらず、5 パーセント以下の LEL ではあまり信頼性が高くないことがよくあります。 LEL 可燃性ガス検知器は産業界でよく使用されますが、2000 ppm 未満の H2 および 2500 ppm 未満の CH4 の測定にはあまり効果的ではありません。

図 2: シリンダーを保持し、プロセスへのガスの供給を制御するための一般的なガスキャビネット。

あまり使用されていませんが、ppm 濃度範囲に最適化された高品質の可燃性ガス センサーが開発され、市場で入手可能です。 このようなセンサーは、測定する必要がある濃度が一般的な可燃性ガス検知器の通常の LEL 範囲を大幅に下回るガス検知シナリオに最適です。 このタイプの高品質センサーの中には、いわゆる「熱線」半導体技術とモレキュラーシーブ技術を組み合わせたものがあり、対象となる可燃性ガスを特異的に測定する機能も必要です。 以下の水素固有 H2 ppm センサーを使用した応答曲線のグラフ (図 1) を参照してください。 このセンサーは、通常の LEL センサーの能力を下回る可燃性ガス濃度で反応するだけでなく、H2 とエタノール (Et-OH) およびイソプロピル アルコール (IPA) の混合物は、他の物質ではなくほぼ H2 のみに反応します。

この技術の実際の有効性を説明するために、ppm 可燃性ガスセンサーが特に効果的なガスキャビネットの具体例を概説します。 半導体工場やガス工場、その他の産業環境でよくある状況は、高濃度の可燃性ガスの中に少量の 1 つの物質が入ったドーパント ガス ボトルを使用することです。 通常、90% 以上が可燃性ガスです。 H2 は一般に、ホスフィン (PH3) などの少量のドーピング物質とともにこの方法で利用されます。 PH3 は非常に有毒であり、TLV は 50 ppb であることに注意してください。 これらのガスボトルは、ガスキャビネットでよく使用されます (図 2 を参照)。

以下の表 1 には、ドーパント ガスのボトルに含まれる可能性のあるさまざまな仮説濃度を示します。

表 1: 水素 H2 のバランスにおけるホスフィン PH3 ドーパントのモデル シナリオ。

PH3 (ドーパント) ガス濃度が 10% であっても、ボトルには 90% の水素が含まれています。 これは、上記の水素の 100 パーセント LEL (4 体積パーセント) をはるかに上回ります。 システムに壊滅的な故障が発生し、ガスが周囲エリアまたは排気ガスに自由に流れ込んだ場合、爆発性混合物が発生し、通常の高濃度 LEL センサーがそれを検出する可能性があります。 ただし、ガスキャビネットやその他のガス供給システムでのガスの放出が壊滅的な影響を及ぼすことはほとんどありません。 通常、これらは時間の経過とともに発生する非常に小さな漏れです。 表 I の例では、検出器に 250 ppm の H2 のみを供給する現実的な小さな漏れを想像し、その後発生する PH3 (ドーパント) ガスのさまざまな周囲濃度を計算しました。 一般的な標準の 100% LEL センサーでは、この小さな漏れイベントはまったく検出されないことを指摘することが重要です。 さらに、非常に頻繁に使用されるドーパント PH3 濃度では、この低レベルの漏洩シナリオでも、環境中に LDL レベルを超える PH3 が生成されます。 また、大きな漏れはほとんどの場合小さな漏れから始まることも事実です。 このようなシステムの安全率を高め、できれば壊滅的な漏れを防ぐという観点から見ると、明らかにいくつかの利点があります。 さらに、このシナリオでは、可燃性ガスの検出範囲をドーパント ガスの TLV 値付近に設定することで、ユーザーに有毒な危険性を警告できます。

図 3: ドーパント アプリケーション用の PPM 水素センサーを備えた DOD EC20 システム

ppm 可燃性ガス検知器を利用したガス検知セットアップの実例を図 3 に示します。ここでは、20 個のガス検知ポイントが、ppm ガス漏れが一般的に発生する可能性のある周囲および排気エリアの 20 個のポイントを監視しています。 他にも、可燃性ガス濃度を低レベルで測定することでより高いレベルの安全性が得られる、一般的に遭遇するシナリオが数多くあります。 私たちは、可燃性/爆発性混合ガスの漏れの兆候をできるだけ早く知ることが常に最善であり、ガス安全システムの一部として ppm ガス検出技術を利用する必要があると主張します。 さらに、可燃性キャリアガスの検出により、高濃度の可燃性ガスを含む混合ガスに時々混入する非常に有毒なドーパントガスの危険性からの安全性を高めることもできる場合があります。

詳細については、最寄りの DOD Technologies の担当者にお問い合わせいただくか、DODtec.com にアクセスしてください。