PPM 가연성 가스 감지기를 사용하여 안전성 향상

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그림 1: 간섭 가스가 존재하는 경우 선택적ppm H2 반응.

가장 자주 사용되는 가연성 가스 감지 기술 중 하나는 LEL 센서입니다.

LEL은 "Lower Explosive Limit"의 약자로 폭발을 전파할 수 있는 공기 중 가스 또는 증기의 가장 낮은 농도(백분율)로 정의됩니다. 예를 들어, 가장 일반적인 가연성 산업용 가스 중 두 가지인 메탄(CH4)과 수소(H2)는 공기 중 부피 기준으로 각각 5%와 4%의 LEL 값을 나타냅니다. 가연성 물질에 대한 기술로 LEL 감지기에 초점을 맞추는 것은 폭발의 명백한 위험, 광산 이력 및 LEL 감지를 특별히 요구하는 밀폐 공간 진입법으로 인해 자연스러운 것입니다.

LEL 가연성 가스 감지기는 분명히 가스 감지 프로그램의 중요한 부분이지만 기본 기술로 인해 상대적으로 높은 가연성 가스 농도를 측정하는 데 더 효과적입니다. 위에서 언급한 CH4 및 H2에 대한 100% LEL(연소를 지원하기 위해 존재하는 가연성 가스의 최소 농도) 농도는 각각 50,000ppm 및 40,000ppm에 해당합니다. 일반적인 화재 규정에서는 10% LEL과 20% LEL의 가스 경보를 요구합니다. 이러한 100% LEL 센서의 일반적인 기술은 측정 중인 가연성 가스와 상호 작용하는 활성(촉매 포함) 펠리스터와 수동(촉매 없음) 펠리스터가 포함된 휘트스톤 브리지 회로입니다. 실제로 이 기술은 가연성 측정을 위한 유일한 감지 기술로 배포되는 경우가 많음에도 불구하고 5% LEL 이하에서는 신뢰성이 떨어지는 경우가 많습니다. LEL 가연성 가스 감지기는 산업계에서 자주 사용되지만 H2는 2000ppm 미만, CH4는 2500ppm 미만을 측정하는 데는 그다지 효과적이지 않습니다.

그림 2: 실린더를 고정하고 공정으로의 가스 전달을 제어하는 ​​일반적인 가스 캐비닛.

활용 빈도는 낮지만,ppm 농도 범위에 최적화된 고품질 가연성 가스 센서가 개발되어 시장에 출시되었습니다. 이러한 센서는 측정해야 하는 농도가 일반적인 가연성 가스 감지기의 일반 LEL 범위보다 훨씬 낮은 가스 감지 시나리오에 이상적으로 적합합니다. 이러한 유형의 일부 고품질 센서는 분자체 기술과 결합하여 소위 "열선" 반도체 기술을 활용하며 관심 있는 가연성 가스를 구체적으로 측정할 수 있는 능력도 갖추고 있습니다. 아래의 수소 특정 H2ppm 센서를 활용한 응답 곡선 그래프(그림 1)를 참조하세요. 센서는 일반 LEL 센서 성능보다 낮은 가연성 가스 농도에서 반응할 뿐만 아니라 H2와 에탄올(Et-OH) 및 이소프로필 알코올(IPA)의 혼합물은 다른 물질이 아닌 H2에만 거의 독점적으로 반응합니다.

실제로 이 기술의 효과를 설명하기 위해 우리는ppm 가연성 가스 센서가 특히 효과적인 가스 캐비닛의 구체적인 예를 간략하게 설명합니다. 다른 산업 환경 중에서 반도체 및 가스 공장의 일반적인 상황은 고농도의 가연성 가스에 소량의 한 물질이 들어 있는 도펀트 가스 용기를 사용하는 것입니다. 일반적으로 90% 이상이 가연성 가스입니다. H2는 일반적으로 포스핀(PH3)과 같은 소량의 도핑 물질과 함께 이러한 방식으로 활용됩니다. PH3은 독성이 매우 강하며 TLV가 50ppb라는 점을 명심하십시오. 이러한 가스통은 가스 캐비닛에서 자주 사용됩니다(그림 2 참조).

아래 표 1에는 이러한 도펀트 가스 병에서 볼 수 있는 다양한 가상 농도가 나열되어 있습니다.

표 1: 수소 H2 균형에서 포스핀 PH3 도펀트에 대한 모델 시나리오.

PH3(도펀트) 가스 농도가 10%인 경우에도 병에는 90%의 수소가 포함되어 있습니다. 이는 위의 수소(부피 기준 4%)의 경우 100% LEL을 훨씬 초과합니다. 시스템에 치명적인 오류가 발생하고 가스가 주변 영역이나 배기 장치로 자유롭게 흘러 들어가는 경우 일반 고농도 LEL 센서가 포착할 수 있는 폭발성 혼합물이 있을 수 있습니다. 그러나 가스 캐비닛이나 기타 가스 전달 시스템에서 가스가 방출되어 치명적인 경우는 거의 없습니다. 일반적으로 시간이 지남에 따라 발생하는 매우 작은 누출입니다. 표 I의 예에서는 단지 250ppm의 H2만 검출기에 전달하고 그에 따른 PH3(도펀트) 가스의 다양한 주변 농도를 계산하는 현실적인 작은 누출을 상상했습니다. 일반적인 표준 100% LEL 센서는 이러한 작은 누출 이벤트를 전혀 감지하지 못한다는 점을 지적하는 것이 중요합니다. 또한 매우 자주 사용되는 도펀트 PH3 농도에서는 이 낮은 수준의 누출 시나리오에서도 환경에 > LDL 수준의 PH3가 생성됩니다. 큰 누출은 거의 항상 작은 누출로 시작된다는 것도 사실입니다. 이러한 시스템의 안전율을 높이고 치명적인 누출을 방지한다는 관점에서 볼 때 분명히 몇 가지 이점이 있습니다. 또한 이 시나리오에서는 도펀트 가스의 TLV 값 주위에 가연성 가스 감지 범위를 설정하여 사용자에게 독성 위험을 경고할 수 있습니다.