เนื้อหาวันที่ : 2006-03-22 15:46:49 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 5205 views

เทคนิคการตรวจสอบการรั่วไหลของก๊าซพิษ

ทุก ๆ วันนี้มีคนงานในโรงงานอุตสาหกรรมจำนวนมากที่ต้องปฎิบัติงานเกี่ยวข้องกับสารพิษอันตรายที่อยู่ในรูปของก๊าซมีพิษ ไอของสารพิษ หรือของเหลวมีพิษ การสัมผัสกับสารพิษไม่ทางใดทางหนึ่ง ที่จะนำมาสู่ความเจ็บป่วยได้ และนอกจากอันตรายที่เกิดกับผู้ปฎิบัติงานแล้วบางครั้งการรั่วซึมของสารพิษ

ทุก ๆ วันนี้มีคนงานในโรงงานอุตสาหกรรมจำนวนมากที่ต้องปฎิบัติงานเกี่ยวข้องกับสารพิษอันตรายที่อยู่ในรูปของก๊าซมีพิษ ไอของสารพิษ หรือของเหลวมีพิษ อย่างเช่น การปฏิบัติงานในบริเวณโรงงานผลิตก๊าซพิษ, บริเวณจัดเก็บสารพิษ หรือการขนส่งสารมีพิษ เป็นต้น คนงานดังกล่าวนี้จะต้องพบกับความเสี่ยงสูงมากที่จะได้รับการสัมผัสกับสารพิษไม่ทางใดทางหนึ่ง ที่จะนำมาสู่ความเจ็บป่วยได้ และนอกจากอันตรายที่เกิดกับผู้ปฎิบัติงานแล้วบางครั้งการรั่วซึมของสารพิษ ยังสร้างความเสียหายใหญ่หลวงต่อสิ่งปลูกสร้าง อาคาร หรือสถานที่ปฏิบัติงานได้

 
เพราะว่าที่ใดก็ตามที่มีสารพิษอยู่ ย่อมจะมีความเสี่ยงที่จะมีการรั่วซึม หรือเกิดการแพร่กระจายของสารพิษได้ การตรวจจับสารพิษอย่างต่อเนื่องจึงจะช่วยให้ความเสียหายไม่เกิดขึ้น และด้วยระบบตรวจจับสารพิษที่ทันสมัยที่มีใช้อยู่ปัจจุบันนี้ ก็ทำให้ข่าวคราวความเสียหายที่เกิดจากสารพิษ ลดน้อยลงจากอดีตมาก ในครั้งนี้ผู้เขียนจึงขอนำเอาเรื่องของระบบการตรวจจับการแพร่กระจายของสารพิษ กรณีการตรวจจับก๊าซพิษมานำเสนอเพื่อเป็นแนวทางสำคัญ ในการติดตั้งระบบตรวจจับก๊าซพิษรั่วไหล ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 4 ขั้นตอนดังนี้
 

1. เลือกใช้เซนเซอร์ที่เหมาะสม

2. ศึกษาถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อเกิดการรั่ว หรือแพร่กระจายของสารพิษ

3. ติดตั้งอุปกรณ์เซนเซอร์ที่ถูกต้อง และเหมาะสม

4. เชื่อมต่ออุปกรณ์ตรวจจับเข้ากับระบบเตือนภัย (Alarm System)

 

ขั้นตอนที่ 1. เลือกใช้เซนเซอร์ที่เหมาะสม

ก๊าซพิษมีคุณสมบัติแตกต่างกันมากมาย ทำให้การเลือกใช้เซนเซอร์เพื่อคอยตรวจจับการแพร่กระจาย ของก๊าซพิษ เกิดความยุ่งยากบ้าง อย่างไรก็ตาม มีหลักการเลือกเซนเซอร์ให้เหมาะสมมาใช้ในแต่ละงาน จะถูกกำหนดจาก 3 พารามิเตอร์ คือชนิดของก๊าซพิษที่จะทำการตรวจจับ, ก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่ในบริเวณโดยรอบ และสภาวะอากาศของบริเวณที่ติดตั้งเซนเซอร์ ในกรณีที่เป็นก๊าซพิษที่สามารถติดไฟได้นั้น เซนเซอร์ต้องสามารถตรวจจับได้ในระดับตั้งแต่ 0-100% ก่อนจะถึงระดับการติดไฟ(LFL) หรือสามารถตรวจจับได้ในระดับต่ำกว่าย่านการจุดระเบิด(LEL) และหากเป็นก๊าซพิษที่ไม่ติดไฟ เซนเซอร์ที่ใช้จะต้องสามารถตรวจจับได้ในย่าน 1 ในล้านส่วน (ppm)

 

เทคโนโลยีของเซนเซอร์ตรวจจับการแพร่กระจายของก๊าซ ซึ่งใช้กันอยู่ในปัจจุบันได้แก่ เซนเซอร์ Catalytic กับเซนเซอร์อินฟราเรด สำหรับการใช้งานในย่าน LFL และเซนเซอร์ชนิด Electrochemical กับเซนเซอร์ Solid State ที่ใช้กับงานตรวจจับในย่าน ppm

 
  • เซนเซอร์ Catalytic เหมาะสมที่จะใช้กับการตรวจจับก๊าซที่สามารถติดไฟได้ ในย่าน LFL โดยเมื่อมีการแพร่กระจายของก๊าซดังกล่าวผ่านเข้ามายังตัวเซนเซอร์ และเข้าไปถึงตัวเร่งปฎิกริยาที่ฉาบเคลือบอยู่กับขดลวดไฟฟ้า เป็นผลให้ค่าความต้านทานลัพธ์ในวงจรบริดจ์เกิดการไม่สมดุล และส่งสัญญาณเอาต์พุตออกมา ซึ่งเป็นค่าที่แปรผันอย่างเป็นสัดส่วนกับค่าความหนาแน่นของก๊าซ ข้อดีของเซนเซอร์ชนิดนี้ก็คือ มีความทนทานสูงมาก ราคาไม่แพง อายุการใช้งานยาวนาน และง่ายในการออกแบบใช้งาน แต่จะมีข้อเสียที่เกิดจากผลกระทบของความเป็นพิษของสารเร่งปฎิกริยาที่ใช้ในตัวเซนเซอร์ ซึ่งได้แก่ Silicon, Plasticizers และ Sulfur

  • เซนเซอร์อินฟราเรด ถูกใช้งานเพื่อตรวจจับการแพร่กระจายของก๊าซ ในย่าน LFL ได้เป็นอย่างดี และมีข้อได้เปรียบกว่าเซนเซอร์ Catalytic คือไม่ต้องกังวลอันตรายที่เกิดจากสารเร่งปฏิกิริยาภายในตัวเซนเซอร์ เนื่องจากเซนเซอร์อินฟราเรด จะอาศัยใช้อุปกรณ์ทางแสงทำหน้าตรวจจับก๊าซ อย่างไรก็ตามสิ่งที่ต้องระวังเมื่อใช้เซนเซอร์ชนิดนี้ ก็คือการเบี่ยงเบนของลำแสงตรวจจับ อันเกิดจากสิ่งกีดขวางใดๆ 
  • เซนเซอร์ชนิด Electrochemical ถือได้ว่าเป็นชนิดที่เหมาะสมมากที่สุด สำหรับการใช้ตรวจจับการแพร่กระจายของก๊าซ ในปริมาณต่ำ ในย่าน ppm อันเนื่องมาจากโครงสร้างภายในที่ประกอบไปด้วยอิเล็กโตรไลต์ ที่จะทำปฏิกิริยากับก๊าซที่ผ่านเข้ามายังตัวเซนเซอร์ และเป็นตัวกำหนดสัญญาณเอาต์พุตตอบสนองออกจากตัวเซนเซอร์ด้วย อย่างไรก็ตามเซนเซอร์ Electrochemical ที่มีใช้ในปัจจุบันนี้ สามารถตรวจจับก๊าซคลอไรต์, คาร์บอนมอนออกไซด์, ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และไฮโดรเจน แต่ยังไม่สามารถใช้ตรวจจับก๊าซประเภทไฮโดรคาร์บอนได้ ยังคงต้องรอการพัฒนาต่อไปในอนาคต

  • เซนเซอร์ชนิด Solid State มีโครงสร้างที่ประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำ Tin Oxide ซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ที่จะตอบสนองต่อก๊าซ โดยเมื่อมีการผ่านเข้ามาก็จะเกิดการเปลี่ยนค่าความต้านทาน เซนเซอร์ชนิดนี้สามารถตรวจจับก๊าซหลายชนิดได้ในย่าน ppm โดยมีข้อดีในเรื่องของความทนทาน อายุการใช้งานยาวนานและราคาไม่แพง แต่ก็มีข้อเสียในเรื่องค่าความแยกแยะต่ำ และเมื่อเซนเซอร์ตอบสนองกับก๊าซที่ปะปนอยู่ในธรรมชาติ ก็อาจทำให้เกิดความผิดพลาดในการอ่านค่าได้ การเลือกใช้งานเซนเซอร์ชนิดนี้ จึงอาจสร้างปัญหาในการปรับตั้งเครื่องบ้างพอสมควร
 

ขั้นตอนที่ 2 ทำความเข้าใจถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อเกิดการรั่ว หรือแพร่กระจายของก๊าซพิษ

คุณลักษณะการแพร่กระจายของก๊าซ เมื่อเกิดเหตุการรั่วไหล(Leak) ขึ้นมาก็คือแพร่กระจายเข้าสู่บรรยากาศ ในรูปแบบต่างๆกันตามคุณลักษณะเฉพาะทางฟิสิกส์ของก๊าซแต่ละชนิด โดยอัตราการแพร่กระจายของก๊าซ เข้าสู่บรรยากาศจะเป็นสัดส่วนกับค่าความหนาแน่นก๊าซ และมีความสัมพันธ์กับความหนาแน่นของอากาศด้วย ยกตัวอย่างเช่น ก๊าซไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศมาก จะสามารถแพร่กระจายสู่บรรยากาศได้อย่างรวดเร็ว เพราะว่าอากาศซึ่งมีก๊าซไฮโดรเจนมาเจือปนจะมีค่าความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศในบริเวณโดยรอบ ส่งผลให้เกิดกระแสการลอยตัวของอากาศผสมขึ้น คล้ายกันกับลักษณะการลอยตัวขึ้นของควันบุหรี่ (ดูรูปที่ 1)
 

 

รูปที่ 1 ลักษณะการแพร่กระจายเมื่อก๊าซเบากว่าอากาศ

 
ในขณะที่ก๊าซที่มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ ก็จะเกิดปรากฏการณ์ตรงกันข้ามกับที่กล่าวข้างต้น เพราะก๊าซที่หนักกว่าอากาศถูกสร้างขึ้นโดย การเปลี่ยนจากสภาวะของเหลว เป็นไอ ดังนั้นก๊าซที่มีความหนาแน่นกว่าอากาศ (ดูรูปที่ 2) จึงมีแนวโน้มที่จะเกาะตัวอยู่บริเวณพื้น และก๊าซที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับความหนาแน่นของอากาศก็จะไม่แพร่กระจายไปมากนัก แต่มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปตามกระแสของอากาศในบริเวณนั้นๆ

 

 

รูปที่ 2 ลักษณะการแพร่กระจายด้วยก๊าซหนักกว่าอากาศ

 
การทำความเข้าใจถึงลักษณะการเคลื่อนตัวของอากาศในหลายๆลักษณะ เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอากาศ จะส่งผลกระทบต่อการแพร่กระจายของก๊าซพิษ ดังนั้นเมื่อจะทำการกำหนดตำแหน่งติดตั้งเซนเซอร์ จะต้องพิจารณาถึงลักษณะการไหลเวียนของอากาศด้วย ไม่ใช่เพียงแค่พิจารณาแต่ระดับความหนาแน่นของก๊าซเท่านั้น
 

รูปที่ 3 เซนเซอร์ตรวจจับได้อย่างถูกต้อง

 
ดังตัวอย่างที่แสดงอยู่ในรูปที่ 3 เซนเซอร์ที่ได้รับการติดตั้งอยู่บนเพดาน ณ. ตำแหน่ง A จะสามารถตรวจจับก๊าซรั่วไหลได้อย่างถูกต้อง ตรงกันข้ามถ้าหากกระแสการไหลเวียนของอากาศเป็นดังในรูปที่ 4 แล้วจะเห็นได้ว่าเซนเซอร์จะไม่สามารถตรวจจับก๊าซรั่วไหลได้หากยังติดตั้งเซนเซอร์อยู่ ณ.ตำแหน่ง A ดังนั้นหากได้ทำการศึกษาถึงลักษณะการไหลเวียนของอากาศ แล้วเปลี่ยนไปติดตั้งเซนเซอร์ยังตำแหน่ง B เซนเซอร์ก็จะสามารถตรวจจับก๊าซได้ตามต้องการ

 

รูปที่ 4 เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซไม่ได้เมื่อติดตั้งอยู่ ณ ตำแหน่ง A

 
อุณหภูมิก็เป็นอีกตัวแปรหนึ่ง ที่จะส่งผลต่อการแพร่กระจายของก๊าซได้ด้วย ถ้าอุณหภูมิของอากาศบริเวณเพดานห้อง มีค่าสูงกว่าอุณหภูมิของอากาศบริเวณอื่นๆ แล้ว อากาศบริเวณเพดานห้องจะมีความหนาแน่นน้อย เนื่องจากอากาศร้อนจะลอยตัวสูงขึ้น และทำหน้าที่เหมือนผนังความร้อนปิดกั้นการแพร่กระจายตัวของก๊าซได้ในระยะเวลาชั่วขณะหนึ่ง ซึ่งช่วงระยะเวลาดังกล่าวนี้จะช่วยให้เซนเซอร์ทำการตรวจจับก๊าซได้ทัน เป็นการช่วยให้เซนเซอร์ทำงานได้ดียิ่งขึ้น (ดูรูปที่ 5) 

 

รูปที่ 5 แสดงผนังความร้อน Thermal Barrier เมื่อเกิดการสะสมของอุณหภูมิบริเวณเพดานห้อง

 

และเช่นเดียวกันกับกรณีที่ก๊าซรั่วไหลมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ และอยู่ในสถานะของเหลวอัดตัว (Compressed Liquids) เมื่อก๊าซเหล่านี้แพร่กระจายออกสู่บรรยากาศ ด้วยน้ำหนักที่มากกว่าอากาศจึงลอยตัวต่ำลงสู่พื้นในช่วงแรก ในช่วงเวลาต่อไปเมื่อก๊าซเหล่านี้ถูกทำให้อุ่นขึ้นโดยอากาศบริเวณโดยรอบ มันก็จะเริ่มลอยตัวขึ้นเหนืออากาศ ดังแสดงในรูปที่ 6   

 

 

รูปที่ 6 การเปลี่ยนสถานะความหนาแน่นของก๊าซเมื่ออุณหภูมิในห้องสูงขึ้น

 
ก๊าซที่รั่ว หรือแพร่กระจายไปทั่วบริเวณ อาจถูกดูดเข้าไปอยู่ในระบบระบายอากาศ (Ventilation System) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อทำการติดตั้งเซนเซอร์เพียงตัวเดียวอยู่ภายในห้องใหญ่ ระบบระบายอากาศ จะทำให้ก๊าซที่รั่วไหลเจือจาง และเซนเซอร์ตรวจจับไม่พบ ดังตัวอย่างที่แสดงอยู่ในรูปที่ 7 เป็นห้อง 3 ห้อง ที่มีระบบระบายอากาศไหลเวียนจากห้องแรก ไปยังห้อง 3 ซึ่งติดตั้งเซนเซอร์อยู่ ดังนั้นหากเกิดการรั่วไหลของก๊าซในห้องแรกแล้ว เซนเซอร์ในห้องที่ 3 ก็จะตรวจจับก๊าซได้น้อย หรืออาจจะไม่ได้เลย เนื่องจากก๊าซได้ถูกเจือจางลง (Dilution Effect) 
 

 

รูปที่ 7 ความผิดพลาดอันเกิดจากการติดตั้งเซนเซอร์ตรวจจับก๊าซภายในระบบระบายอากาศ

 
ในงานที่ต้องมีการตรวจจับก๊าซภายนอกอาคาร ผู้ออกแบบจะต้องคำนึงถึงผลกระทบเกี่ยวกับแรงลม และเรื่องของฤดูกาลด้วย กล่าวคือบางครั้งอุปกรณ์ที่ใช้ในระบบตรวจจับก๊าซรั่ว จะต้องถูกติดตั้งอยู่ในสภาวะแวดล้อมของอากาศที่ต่างกันในแต่ละช่วงเวลาใน 1 วัน โดยกลางวันอาจมีอากาศร้อนมาก ในขณะที่กลางคืนอากาศเย็น เมื่อเกิดความแตกต่างในเรื่องของอุณหภูมิระหว่างช่วงเวลากลางวัน กับช่วงเวลากลางคืนดังกล่าวนี้ การออกแบบก็จะต้องแน่ใจว่าเซนเซอร์จะยังคงทำงานได้ หรือหากอุปกรณ์ในระบบจำเป็นต้องติดตั้งอยู่กลางแจ้ง ตากฝน ฝุ่นละออง และสิ่งสกปรก ก็จำเป็นต้องเลือกใช้อุปกรณ์พิเศษซึ่งมีความทนทานต่อสภาวะดังกล่าวได้ ทั้งนี้การติดตั้งอุปกรณ์ก็จะต้องจัดการให้เหมาะสมด้วย
 

ขั้นตอนที่ 3 ติดตั้งอุปกรณ์เซนเซอร์ที่ถูกต้อง และเหมาะสม

การติดตั้งเซนเซอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ในการออกแบบระบบตรวจจับก๊าซรั่วไหล ทั้งนี้ก่อนทำการติดตั้งจะต้องทำการปรับตั้ง (Calibration) เซนเซอร์เสียก่อน เพื่อให้เซนเซอร์พร้อมที่จะทำงาน โดยตั้งค่า Zero และ Span ซึ่งโดยปกติจะใช้อากาศภายในห้องเป็นสภาวะปรับตั้ง Zero และใช้ก๊าซทดสอบ (Test Gas) สำหรับปรับตั้ง Span
 
ในขณะนี้ยังไม่มีมาตรฐานกำหนดจำนวนเซนเซอร์ที่ใช้ ต่อปริมาตรหรือพื้นที่ประสิทธิผล แต่หากเปรียบเทียบกับการออกแบบระบบป้องกันไฟไหม้ ซึ่งกำหนดให้อุปกรณ์ตรวจจับควัน 1 ตัว ครอบคลุมการทำงานในพื้นที่ไม่เกิน 900 ตารางฟุตของเพดานห้อง แนวทางนี้ก็อาจเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบระบบตรวจจับก๊าซได้บ้าง แต่ก็ยังไม่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ในทันที เนื่องจากยังขาดข้อกำหนดที่ยึดถือตามปริมาตร และพื้นที่ของห้อง
 
ในที่สุดแล้วการติดตั้งเซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ ก็ยังคงต้องพิจารณาตามข้อสังเกตข้างต้น ซึ่งได้กล่าวมาแล้วในขั้นตอนที่ 2 และบางครั้งก็อาจต้องติดตั้งเซนเซอร์ในจุดที่คาดว่า จะมีการรั่วซึมของก๊าซมากที่สุด เพราะเราต้องการให้เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซที่รั่วไหลได้ก่อน และส่งสัญญาณเตือนภัย ก่อนที่ก๊าซจะแพร่กระจายออกสู่บริเวณรอบๆ แม้บริเวณรอบๆดังกล่าวจะเป็นบริเวณที่ครอบคลุมการทำงานของเซนเซอร์ก็ตาม
 
ขั้นตอนที่ 4 เชื่อมต่อเซนเซอร์เข้ากับระบบเตือนภัย

รูปที่ 8 ระบบตรวจจับก๊าซรั่ว SmartMax II

 

ได้รับการออกแบบมาเพื่องานตรวจสอบพื้นที่ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่น หน่วยปรับสภาพน้ำเสีย, ท่อส่งก๊าซ หรือท่อในระบบคอมเพรสเซอร์ระบบตรวจจับนี้สามารถต่อกับเซนเซอร์ตรวจจับได้หลายชนิดเช่น Combustible, ppm, O2 เป็น

 
การเตือนภัยระดับสุดท้าย คือระดับสาม จะเป็นการเตือนเมื่อเกิดการทำงานผิดปกติของระบบต่างๆ, เตือนสภาวะการขาดพลังงานของระบบ และเตือนเมื่อการสื่อสารเกิดขัดข้อง เป็นต้น ระบบจะส่งสัญญาณเตือนเพื่อให้ผู้ควบคุมเข้ามาแก้ไข
 

โดยปกติในตัวเซนเซอร์ จะใช้รีเลย์เป็นตัวส่งสัญญาณโดยตรงไปขับแตรเสียง เนื่องจากการใช้รีเลย์จะมีความน่าเชื่อถือได้สูงกว่าการใช้ระบบสำรองขับแตรเสียงอีกทีหนึ่ง โดยจะขอยกตัวอย่าง เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซรั่วรุ่นหนึ่งคือ SmartMax II ที่ใช้รีเลย์ 3 ตัว รองรับการโปรแกรมสั่งการแตรเสียง และสั่งการเปิดไฟฉุกเฉินเมื่อระบบหลุดจากการควบคุม เอาต์พุตของ SmartMax II มี 2 แบบคือสัญญาณอะนาลอกมาตรฐาน 4-20 mA และสัญญาณดิจิตอลผ่าน I/O port RS-485 ทำให้สามารถเชื่อมต่อกับ PLC, ระบบควบคุมในกระบวนการผลิตหรือระบบ Data Acquisition ได้ในทันที 

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด