تعرف على علم الكيمياء
محتويات الموضوع
الكشف عن الغازات Detection of Gases
– للكشف عن الغازات لابد من معرفة بعض المفاهيم الهامة الخاصة بفيزياء الغازات وحدود التعرض كما يلي:
فيزياء الغازات Gas Physics
– الوزن النوعي: مقارنة بين وزن الغاز بالنسبة لوزن مجموعات الغازات التي يتكون منها الهواء معتبراَ أن وزن النوعي للهواء (1).
– درجة الحرارة: الغازات الباردة تنتشر ببطيء، بينما الغازات الساخنة تنتشر بسرعة.
– قانون جراهام: نسبة الانتشار للغازات ذات الوزن النوعي الأقل تكون أسرع.
– الضغط البارومتري: الضغط الأقل يساعد على الانتشار.
– قابلية الذوبان: القدرة للتذويب في الماء.
حدود التعرض Exposure Limit
حد القيمة العتبية TLV – TWA) Time weighted average)
– تعني قيمة التعرض المسموح بها للغاز لمدة ٨ ساعات في اليوم لمدة ٥ أيام في الأسبوع بدون تأثيرات ضارة.
حد التعرّض لمدى قصير TLV – STEL) Short time exposure limit)
– تعني القيمة المسموح الجائزة للتعرّض للغاز لمدة 10 دقيقة بحد اقصى ٤ مرات في اليوم مع وجود فاصل لمدة ساعة بين كل مرة والتي تليها.
– المقياس الأكثر دقة لقيمة الملوث في الهواء في الجو هو مقياس الجزء في المليون (PPM).
خطوات الكشف عن الغازات Gas detection steps
– للكشف عن الغازات يتم اتباع الخطوات الآتية كما يلي:
(1) معايرة وأعمال فحص مبدئي للجهاز قبل الاستخدام.
(2) التأكد من سلامة المكان وأن المعدة قد تم تجهيزها على نحو لائق (قد تم تأمينها، وعزلها).
(3) القيام باختبار الكشف على الغازات.
(4) تسجيل النتائج.
الفحص المبدئي لجهاز الكشف عن الغازات قبل الاستخدام
– الخطوات التالية لفحص ما قبل الاستخدام يجب القيام بها قبل بدأ عملية الكشف عن الغازات.
– واتبع تعليمات المصنع الخاصة بما قبل استخدام الجهاز وكذلك الخاصة بعملية الكشف عن الغازات.
(1) معايرة جهاز الكشف عن الغازات
– قبل استخدام أي جهاز خاص بالكشف عن الغازات يجب عليك القيام بفحص الجهاز وكذلك عمل معايرة الجهاز.
– يجب الأخذ في الاعتبار دائما أن هناك أناس يعتمدون عليك في حمايتهم من التعرض لأخطار نقص الأكسجين الغازات السامة والغازات القابلة للاشتعال.
– بالنسبة للأجهزة التي ليس لديها نظام عرض المعايرة الكترونياً أول شيء يجب فحصه في جهاز الكشف عن الغازات هو التأكد من وجود العلامات الخاصة التي تجعل مسئول الكشف عن الغازات قادرًا على معرفة موعد آخر عملية معايرة وكذلك موعد انتهاء صلاحية آخر معايرة تمت للجهاز.
– إذا كان جهاز الكشف ليست به العلامات الدالة على المعايرة أو كان الجهاز قد انتهت فترة صلاحية أخر موعد قد تمت فيه معايرته لا تستخدم الجهاز قم بإعادة الجهاز لإعادة معايرته.
– إذا كان الجهاز موجود عليه العلامات الخاصة به وقد تمت معايرته بالنسبة للغاز المراد الكشف عنه، عندئذ يتم القيام بالخطوة التالية من خطوات الفحص.
– بالنسبة لأجهزة القياس الإلكترونية الدقيقة، يتم معايرتها بطريقة إلكترونية.
(2) شحن بطارية الجهاز
– بعد ذلك، تأكد من أن شحن بطارية الجهاز كاف.
– قم بذلك عن طريق فحص مؤشر البطارية.
– إذا كان المؤشر يشير إلى أن البطارية ليس بها شحن كاف يجب عندئذ عدم استخدام الجهاز.
– اتبع جميع التعليمات الأخرى للشركة المصنعة والخاصة بخطوات فحص الجهاز قبل استخدامه.
(3) اختبار جهاز الكشف عن الغازات بواسطة أخذ عينة من الهواء
– الاختبار بواسطة عينة هو أحد الاختبارات المثالية والأساسية لأي جهاز يستخدم للكشف عن الغازات، ويتم فيه استخدام طلمبة يدوية وعينة اختبار (عصا سحب، خرطوم، الخ).
– بعد معايرة جهاز الكشف عن الغازات يتم بعد ذلك الفحص والتأكد عن طريق أخذ عينة كافية من الهواء من خلال الجهاز.
– قم بتوصيل الخرطوم إلى الجهاز، تأكد من ربط الخرطوم جيداً بالجهاز.
– بعد ذلك ضع إبهامك على نهاية طرف الخرطوم ولاحظ إشارة (إنذار / لمبة) التحذير الدالة على نقص الهواء.
– يجب أن تنطلق إشارات التحذير الصوتية / المرئية.
– إذا لم ترى إشارات التحذير، يجب فحص وصلات الخرطوم وإعادة الاختبار مرة أخرى.
– إذا استمر عدم استجابة إشارات التحذير الصوتية / المرئية، فلا بد من وجود تسريب في الجهاز وعندئذ يجب إعادة الجهاز للتصليح.
– تعتبر هذه الخطوة أساسية، لأنه عند وجود أي تسريب في عينة الاختبار يتسبب في حدوث تخفيف في العينة وقراءة خاطئة.
– هذه الاختبار لا يطبق لأي جهاز يستخدم خاصية الانتشار (لا توجد طلمبة ولا عينة اختبار).
(4) الوقت اللازم لأخذ العينة
– الوقت النموذجي لأخذ العينة باستخدام الخرطوم / عصا السحب القياسي (5 أقدام) تستلزم عملية سحب العينة إلى داخل الجهاز 20 ثانية.
– عند استخدام خرطوم ممتد يتم إضافة 6 ثوان لكل 10 قدم زائدة عن طول الخرطوم القياسي (5 أقدام). ومثال على ذلك:
- طول الخرطوم القياسي (5 أقدام) + 25 (10 + 10 + 5) قدم امتداد الخرطوم فيكون المجموع 30 قدم.
- الزمن القياسي لأخذ العينة (20 ثانية) + 15 ثانية ليكون المجموع 35 ثانية.
- يجب ألا يزيد طول الخرطوم عن 100 قدم.
– ليس كل أجهزة الكشف عن الغازات مجهزة بطلمبة قياسية وخرطوم ممتد لأخذ العينة.
– الوقت اللازم لأخذ العينة يجب أيضًا أخذه في الاعتبار عند استخدام أجهزة القياس بواسطة الانتشار لكي تحصل قراءة صحيحة ودقيقة.
التأكد من سلامة المكان وتأمين وعزل المعدة
– عند القيام بعملية الكشف عن الغازات، فأنت لست مسئول فقط عن تسجيل وقراءة ودقة ونموذجية الكشف والاختبار، ولكن أنت مسئول أيضًا عن تأمين موقع العمل والتأكد من تجهيزه التجهيز الكاف.
– قبل دخول أي فرد إلى الوعاء المحصور، حفرة، أو قبل البدء في أي عمل ساخن جميع الأفراد مسئولين عن التأكد من أن موقع العمل أو المعدة قد تم تجهيزهم وإعدادهم الإعداد الكاف.
– قبل القيام بالكشف عن الغازات، يجب بذل كل المجهودات الممكنة للتخلص من الغازات الموجودة في مكان أو التي تتضمنها المعدة.
– معدات التخلص من الغازات فقد تتضمن تلك العملية بعض المهام مثل الكسح بالبخار والغسيل بالماء والتهوية وتغطية فتحات الصرف بأغطية من البلاستيك.
– قبل البدء في عملية الكشف على الغازات الخطرة، يجب على من يقوم بالكشف على الغازات القيام بتحليل وتقييم للمخاطر وكذلك ارتداء مهمات الوقاية المناسبة.
– المسئول عن إجراء اختبار الكشف عن الغازات يجب عليه أن يقوم بفحص مكان العمل والبيئة المحيطة بموقع تنفيذ الأعمال خلال عملية الكشف عن الغازات.
– يجب عليك تجهيز المعدة التجهيز اللازم.
– عزل، غلق المعدة بأقفال الأمان، تصريف الضغوط، كسح أي رواسب زيتية أو غازية والتهوية الجيدة للمعدة.
– يجب دائماً غلق جميع فتحات الصرف والتصريف، إتمام غلق المعدة بأقفال الأمان وتأمين مصادر الغازات القابلة للاشتعال الموجودة في مكان العمل.
-عند القيام بأي أعمال ساخنة، يجب إزالة أي مواد قابلة للاشتعال قد تتواجد في أو بجوار منطقة العمل.
القيام باختبار الكشف على الغازات.
(1) قياس غاز الأكسجين
– يجب القيام باختبار قياس نسبة الأكسجين قبل الدخول لأي وعاء محصور.
– يجب القيام باختبار قياس نسبة الأكسجين قبل القيام باختبار قياس نسبة الغازات القابلة للاشتعال.
– إذا كانت نسبة الأكسجين أكبر من 23.5% ، لا يتم تنفيذ العمل بالمكان.
– إذا كانت نسبة الأكسجين أقل من 19.5% ، يجب استخدام جهاز مصمم خصيصاَ لاختبار الغازات الخاملة للكشف عن الغازات القابلة للاحتراق.
– وإذا كانت نسبة الأكسجين أقل من 19.5% ، لا يتم السماح بالدخول إلى الوعاء المحصور. ولا يتم السماح بالدخول إلا بعد ارتداء الأفراد لأجهزة التنفس (30 دقيقة أو الموصلة بمصدر دائم للهواء) ، ويجب أيضًا الحصول على بعض الموافقات الخاصة للدخول.
– الدخول إلى مكان به غازات خاملة غير مسموح به نهائياً. هذا النوع من الدخول يتطلب بعض أنظمة تنفس ذات متطلبات خاصة جداً (خوذة محكمة الغلق – نظام اتصال – مصدر هواء أساسي وأخر ثانوي)، ويجب أيضًا الحصول على بعض الموافقات الخاصة للدخول.
– الجدول التالي يوضح تأثرات نسب غاز الأكسجين Oxygen reduction rate effects كما يلي:
(2) قياس الغازات والأبخرة القابلة للاشتعال / الانفجار
– عند نسبة ١٠٪ للحد الأدنى للانفجار، لا يتم البدء في العمل.
– في العمليات التي تتضمن الدخول إلى أوعية محصورة، يتم تهوية المكان حتى يقل المستوى عن نسبة 10% للحد الأدنى للانفجار.
– عندما تكون نسبة الحد الأدنى للانفجار صفر أو أقل من ١٠٪، فهذا يشير فقط إلى عدم وجود الغازات القابلة للاشتعال.
– هذا لا يعني أنه لا توجد أي تركيزات من بعض المواد السامة مثل البنزين ولكن يجب القيام باختبار نسبة المواد السامة منفصلاً.
– للعمليات التي تشتمل على الدخول إلى أوعية محصورة أو أي أعمال ساخنة، يجب أن تكون قراءة نسبة الحد الأدنى للانفجار مساوية للصفر.
– الحد الأدنى للانفجار slow explosion limit هو أقل تركيز للغاز أو البخار في الهواء الجوي يمكن عنده حدوث الاحتراق.
– الحد الأقصى للانفجار Upper explosion limit هو أعلى تركيز للغاز أو البخار في الهواء الجوي والذي عنده ينتشر اللهب، أعلى من هذا التركيز يعتبر الخليط مشبعاً أكثر من اللازم فلا يحدث الاشتعال.
– نقطة الوميض هي أقل درجة حرارة والتي عندها يبدأ تحول الوقود السائل إلى بخار كاف لتكوين خليط قابل للاشتعال.
(3) قياس غاز كبريتيد الهيدروجين – السام
– يجب القيام باختبار قياس نسبة كبريتيد الهيدروجين قبل الدخول إلى الأوعية المحصورة التي تحتوي على زيت خام، مركبات تحتوي على مجموعة الأمينات أو مركبات تحتوي على الكبريت وكذلك قبل الدخول إلى أنظمة الصرف الصحي.
– لا يتم استخدام انابيب القياس الشعرية (Drager) لقياس نسبة كبريتيد الهيدروجين بدلاً من أجهزة القياس والمراقبة المستمرة وذلك في الحالات التي قد يحدث تولد وزيادة في تركيز كبريتيد الهيدروجين.
– أعلم أنه إذا كانت مؤشر بطارية جهاز قياس نسبة الغازات يشير إلى قرب نفاذ الشحن من الممكن أن تفسد الشريحة الخاصة بكبريتيد الهيدروجين حتى لو تم شحن الجهاز.
(4) قياس ثاني أكسيد الكربون – خانق
– يجب القيام باختبار الكشف عن غاز ثاني أكسيد الكربون في المناطق التي يوجد بها مصدر احتراق يستعمل في أو قرب الوعاء المحصور.
– من الممكن قياس نسبة ثاني أكسيد الكربون بواسطة جهاز القراءة المباشرة لنفس اللحظة.
(5) حالات خاصة (العمليات التي تشتمل على أعمال ساخنة)
– لا يستخدم جهاز للكشف عن الغازات القابلة للاحتراق بأخذ عينة من الهواء إذا كانت درجة الحرارة 44.54 سلزيوس أو أعلى من ذلك لأنه من الممكن أن تتكاثف المواد الهيدروكربونية على مبرد الجهاز.
– من الممكن أن يسجل الجهاز قراءة أقل من الواقعه لذا يجب أن تستشير حول التعليمات الخاصة بتلك الحالات.
– وفيما يلي جدول يوضح الحدود العتبية لبعض الغازات الأكثر انتشاراً كما يلي:
– يوضح الجدول السابق اختلاف في بعض القراءات وذلك على حسب التبعية فعلي سبيل المثال:
الحد العتبي PEL لغاز أول أكسيد الكربون موضح على انه 35 جزء في المليون بمرجعية كود الصناعات العلمية 1989م ، أما بمرجعية OSHA فان القيمة هي 50 جزء في المليون
أين يتم الكشف عن الغازات Where we can detect gases
(1) للغازات الأخف من الهواء
– يتم إجراء الكشف أعلى التانك ثم إجراء الكشف أسفل التانك.
– مثال: الميثان.
(2) للغازات الأثقل من الهواء
– يتم إجراء الكشف أسفل التانك ثم إجراء الكشف أعلى التانك.
– مثال: كبريتيد الهيدروجين – البيوتان – البروبان.
(3) التأكد من نظافة التانك
– أي وجود لرواسب أو فضلات من الممكن أن يغير نسب مكونات الهواء داخل أو حول التانك.
– من الضروري القياس والمتابعة المستمرة للهواء داخل التانك إذا كان من المحتمل تغير نسب مكونات الهواء داخل التانك.
أنواع الأجهزة الكاشفة Detector sensor types
(1) جهاز الكشف عن طريق انتشار العامل الحفاز
– جهاز الكشف عن الغازات باستخدام انتشار العوامل الحفازة هو الجهاز الأوسع انتشارًا للكشف عن الغازات والأبخرة القابلة للاشتعال.
– هذا الكاشف يبدأ بسلك ملفوف على شكل ملفات.
– هذه الملفات مقسمة إلى أزواج من عناصر المراجع والحساسات.
– بعد ذلك يوضع الحساس على دائرة مقاومات كهربية Wheatstone Bridge Circuit.
– عندما يتصل الغاز القابل للاشتعال مع الكاشف، يبدأ العنصر النشط في حرق الغاز مسبباً ارتفاعاً في درجة الحرارة.
– درجة حرارة عنصر المرجع Reference ستظل ثابتة لأنها غير قادرة على حرق الغاز.
– زيادة درجة الحرارة للعنصر النشط يتسبب في عدم اتزان الدائرة كهربياً وهذا يترجم إشارة موجبة لقابلية الاحتراق.
(2) جهاز الكشف الكهروكيميائي
– المركبات الأساسية في الجهاز الكهروكيميائي للكشف عن الغازات هي القضبان الكهربية (قضيب للعد وعادة قضيب مرجع) هذه القضبان توضع داخل علبة الكاشف وتكون متصلة بسائل متحلل كهربياً.
– القضيب العامل (Sensing electrode) يكون داخل الوجه الداخلي لغشاء التيفلون (Hydrophotic membrane) الذي يعمل على نفاذ الغاز إلى القضيب، ولكنه لا ينفذ الغاز إلى السائل المتحلل كهربیاً (Electrolyte)
– ينتشر الغاز خلال الغشاء إلى القضيب العامل.
-عندما يصل الغاز إلى القضيب العامل يحدث تفاعل كهروكيميائي: إما تفاعل أكسدة أو اختزال وذلك اعتماداً على نوع الغاز. مثلا، ثاني أكسيد الكربون من الممكن أن يؤكسد إلى أول أكسيد الكربون، أو الأكسجين من الممكن أن يختزل إلى ماء.
– تفاعل الأكسدة ينتج في تيار الالكترونات المنتقل من القضيب العامل إلى قضيب العد (Counting electrode) من خلال الدائرة الخارجية، وبالعكس فإن تفاعل الاختزال ينتج في تيار الالكترونات المنتقل من قضيب العد إلى القضيب العامل.
– هذا التيار من الالكترونات يشكل تيار كهربي، والذي يتناسب مع تركيز الغاز.
– الالكترونات الموجودة داخل جهاز الكشف يتم الكشف عنها ويتم تضخيم التيار وقياس الخارج طبقًا للمعايرة.
– حينئذ يظهر الجهاز تركيز الغاز. مثلاً جزء من المليون بالنسبة لحساس الغازات السامة ونسبة مئوية بالنسبة لحساس الأكسجين.
تسجيل النتائج
– يجب عند القيام بقياس الغازات الاقتراب بقدر الإمكان من مكان تنفيذ العمل.
– يجب أن يتم القياس بوقت لا يزيد عن ساعة عن بدأ العمل.
– هذه الاحتياطات الغرض منها تقليل احتمالية حدوث أي تغيير بموقع العمل بعد القيام بقياس الغازات وقبل البدء في العمل.
– يجب تسجيل نتائج اختبار قياس الغازات في المكان المخصص لها بتصريح العمل.
– يجب أيضًا تسجيل نتائج الاختبارات الدورية للغازات.
– دائماً تأكد من أن نتائج اختبار قياس الغازات ومتطلبات السلامة يتم مناقشتها مع الطاقم الذي يقوم بالعمل.
متابعة الكشف عن الغازات Continuous Monitoring
الكشف المستمر عن الغازات
– الكشف المستمر عن الغازات يكون مطلوب في الحالات الآتية كما يلي:
- عندما يكون من المحتمل تغير الهواء بمنطقة العمل.
- اللحام داخل الأوعية المحصورة.
- إثارة وإزالة الرواسب من تنك أثناء تنظيفه.
- عملية رش الدهانات أو التنظيف بواسطة مادة مذيبة داخل وعاء محصور
- العمليات التي تشتمل على معدات احتراق داخلي أو سخانات ذات لهب.
- لكل الأعمال الساخنة في مناطق المعالجة الحية.
الكشف الدوري عن الغازات
– الكشف الدوري عن الغازات مطلوب في الحالات التالية كما يلي:
- لأغلب الأعمال الساخنة.
- للأعمال التي تشتمل على الدخول لأوعية محصورة يجب التأكد من بقاء الهواء في مكان العمل أمن.
ملخص الخطوات الأساسية عند القيام باختبار قياس للغازات
– تذكر تلك الخطوات الأساسية عند القيام باختبار قياس للغازات كما يلي:
(1) قم باختيار جهاز قياس الغاز المناسب لتلك المهمة.
(2) تأكد من أن الجهاز معد لقياس الغازات المطلوب قياسها.
(3) تأكد من تواريخ المعايرة.
(4) افحص عاير، تأكد من سلامة الجهاز بواسطة أخذ عينة من الهواء الجوي واختبارها وكذلك اختبر الجهاز بواسطة مصدر معروف لمواد قابلة للاشتعال.
(5) قم باختبار للهواء الجوي، وأفحص جميع مصادر الغازات السامة أو الغازات الطيارة الملتهبة.
(6) أفحص مكان العمل والعزل للتأكد من أن الغازات لا يمكنها الدخول إلى منطقة العمل بعد القيام باختبار قياس الغازات.
(7) سجل نتائج قياسك للغازات.
(8) قم بعمل متابعة مستمرة لعملية قياس الغازات للتأكد من أن الهواء الجوي بمنطقة العمل لم يتغير.
المراجع:
– كتاب الدليل الفني لتدريب مفتشي السلامة والصحة المهنية. (دليل المتدرب – المستوى التخصصي) – الطبعة الأولى 2017 الصادر من وزارة القوى العاملة. – جمهورية مصر العربية والمعتمد من وزارة العمل الدولية.
Membrapor. ch, Electrochemical gas sensor
Combustible gas detection 7 july 2008 leaflet
