Il metodo utilizzato più comunemente per il monitoraggio continuo delle perdite di gas pericolosi consiste nel posizionare un certo numero di sensori nei luoghi in cui è più probabile che si verifichino tali perdite. Spesso questi sensori vengono collegati elettricamente ad un controller multicanale posizionato più lontano, in un’area sicura e priva di gas, con un display e dei dispositivi di allarme, di registrazione degli eventi, eccetera. Questo sistema è detto “a punto fisso”. Come indica il nome, il sensore viene posizionato in maniera permanente nell’area prescelta (ad es. una piattaforma offshore, una raffineria di petrolio, celle frigorifere all’interno di laboratori, eccetera).

La complessità dei sistemi per il rilevamento dei gas dipende dall’uso a cui sono destinati i dati raccolti. La registrazione dei dati consente di utilizzare le informazioni per l’individuazione della aree problematiche e l’applicazione di misure di sicurezza. In un sistema utilizzato solo come allarme le indicazioni fornite saranno semplici e non sarà necessario memorizzare i dati. Quindi nella scelta del sistema è importante sapere quale sarà l’uso delle informazioni raccolte per poter impiegare i componenti più adatti. Nel monitoraggio dei gas tossici l’utilizzo di sistemi multipunto si è rivelato rapidamente molto utile nella risoluzione di numerose problematiche legate all’esposizione nei luoghi di lavoro ed è prezioso sia per l’identificazione dei problemi che per informare i lavoratori e i dirigenti sulle concentrazioni degli inquinanti nei luoghi di lavoro.

Nella progettazione dei sistemi multipunto è necessario prestare attenzione a diversi componenti utilizzati e a come questi vengono collegati. Ad esempio quando si utilizzano sensori catalitici per il rilevamento, i cavi elettrici collegati ai sensori devono avere tre conduttori interni isolati da 1 mm quadrato, che trasportano non solo il segnale in uscita ma anche l’alimentazione al circuito elettrico a ponte, che è posizionato in prossimità del sensore per ridurre la caduta di tensione del segnale lungo i cavi.

Nei sistemi di monitoraggio dei gas tossici (e talvolta anche in quelli destinati ai gas infiammabili), l’atmosfera viene campionata in postazioni remote rispetto all’unità e i gas vengono portati ai sensori mediante pompe e tubi in materiale sintetico con diametro interno ridotto. Nella progettazione di tali sistemi è necessario prestare molta attenzione alla scelta di pompe e tubi di dimensioni adeguate e prevedere un’unità di campionamento sequenziale che esegua il campionamento di un tubo alla volta, nonché filtri che impediscano a polveri e acqua di arrestare il flusso del gas. Il diametro interno dei tubi è un fattore determinante, in quanto deve essere abbastanza grande da garantire tempi di risposta rapidi con pompe di dimensioni normali ma anche abbastanza piccolo da impedire la diluizione eccessiva del campione con l’aria. Ogni punto di campionamento deve essere collegato ad un tubo diverso; se più punti sono collegati ad un unico sensore centrale sarà necessario spurgare il sensore con aria pulita tra un campione e l’altro.

I controller utilizzati nei sistemi fissi possono essere posti in posizione centrale o distribuiti in punti diversi all’interno di un edificio, a seconda delle applicazioni. Sono collegati ad un pannello di controllo con configurazioni monocanale (una scheda di controllo per sensore) o multicanale: quest’ultima soluzione risulta particolarmente utile quando vi sono importanti limitazioni in termini di potenza, spazio o costo.

Le unità di controllo comprendono un misuratore sul pannello anteriore o un LCD che riportano la concentrazione di gas per ogni sensore; solitamente sono anche dotate di relè interni per il controllo di funzioni quali allarme, guasto e arresto. Il numero di livelli di allarme disponibili varia da un controller all’altro ma in genere è possibile impostare fino a 3 livelli, a seconda delle disposizioni di legge o delle pratiche in uso in un determinato settore. Altre funzioni utili sono l’azzeramento e l’inibizione degli allarmi, indicazioni di over range e uscite analogiche da 4-20mA. Spesso sono disponibili uscite digitali anche per interfacciare il controller con un DCS/BMS. È importante ricordare che lo scopo fondamentale dei sistemi di rilevamento dei gas consiste nell’individuare una concentrazione di gas prima che raggiunga livelli pericolosi e nell’avviare una procedura di attenuazione per prevenire i rischi. Se la concentrazione di gas si avvicina ad un livello pericoloso vengono avviati la procedura di arresto e i segnali di allarme.  Non è sufficiente limitarsi a registrare l’evento o a misurare i livelli di gas a cui è stato esposto il personale.

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Cavi e scatole di derivazione
Normalmente nei sistemi industriali per il rilevamento dei gas come quelli descritti sopra i sensori sono posizionati in diversi punti strategici all’interno dello stabilimento e a distanze variabili dal controller. In fase di installazione dei collegamenti elettrici al controller è importante ricordare che ogni cavo del sensore ha una resistenza di circuito diversa in base alla sua lunghezza. Con rivelatori a tensione costante la procedura di taratura richiede la presenza di un operatore vicino al sensore sul campo e di un’altro operatore vicino al controller. Per i rivelatori a corrente costante e per quelli con trasmettitore locale il dispositivo di campo può essere tarato separatamente dal controller.
I cavi dei sensori vengono protetti dai danni esterni mediante il passaggio all’interno di un condotto metallico o mediante l’utilizzo di un cavo con adeguata protezione meccanica. Ad ogni estremità del sensore è necessario inserire pressacavi di protezione; inoltre il sensore è montato su una scatola di derivazione per rendere semplici, “puliti” e a bassa resistenza i collegamenti ai morsetti. Inoltre è molto importante assicurarsi che le dimensioni dei pressacavi e le filettature delle viti siano compatibili con la scatola di derivazione e con il diametro esterno dei cavi utilizzati. È anche necessario utilizzare rondelle di tenuta per garantire che la parte compresa tra il rivelatore e la scatola di derivazione resista agli agenti atmosferici. Infine bisogna ricordare che i produttori di sensori normalmente indicano la massima resistenza di circuito (non la resistenza di linea) dei collegamenti dei sensori quando forniscono le informazioni necessarie per calcolare i diametri interni dei cavi per l’installazione.

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Collocazione dei sensori
“Quanti rivelatori servono?” e “Dove devono essere posizionati?”: queste sono due delle domande più frequenti in merito ai sistemi di rilevamento dei gas, e probabilmente sono anche tra le più complicate. A differenza di altri tipi di rivelatori di sicurezza, come rivelatori di fumo, non esiste una definizione chiara della posizione e della quantità di rivelatori necessari per le diverse applicazioni.

Per avere indicazioni precise vedere norme quali la EN50073:1999 “Guida alla scelta, installazione, uso e manutenzione delle apparecchiature per la rilevazione e la misura di gas combustibili o di ossigeno” Ove applicabile possono essere utilizzati anche codici di procedura internazionali quali il National Electrical Code (NEC) o il Canadian Electrical Code (CEC). Inoltre alcuni organismi normativi pubblicano delle specifiche contenenti i requisiti in materia di rilevamento del gas per specifiche applicazioni.  Questi testi di riferimento sono utili ma spesso risultano o troppo generici e quindi aridi di particolari oppure troppo focalizzati su una determinata applicazione e quindi inutili per la maggior parte delle altre applicazioni.

La posizione dei rivelatori deve essere stabilita sulla base del parere di esperti con conoscenza nella dispersione dei gas, dell’impiantistica e relativi dispositivi, tecnici della sicurezza e progettisti. È inoltre necessario tenere traccia dell’accordo raggiunto in merito al posizionamento dei rivelatori.

I rivelatori devono essere montati dove è più probabile che vi sia presenza di gas. In uno stabilimento industriale la protezione più elevata è necessaria intorno alle caldaie a gas, ai compressori, ai serbatoi in pressione, alle bombole e alle condutture. Le aree in cui le perdite sono più probabili sono le valvole, i manometri, le flange, i giunti a T, i collegamenti di riempimento o scarico, eccetera.

Esistono numerose considerazioni semplici, spesso anche ovvie, che aiutano a determinare la localizzazione dei rivelatori.

• Per rilevare gas più leggeri dell’aria (ad es. metano e ammoniaca) i rivelatori devono essere montati in alto e preferibilmente utilizzando un cono di raccolta.
• Per rilevare gas più pesanti dell’aria (ad es. butano e biossido di zolfo) i rivelatori devono essere montati in basso.
• Considerare il possibile comportamento delle fughe di gas in relazione a correnti d’aria naturali o forzate. Montare rivelatori nei condotti della ventilazione se necessario.
• Nella scelta della posizione dei rivelatori tenere conto dei possibili danni provocati da eventi naturali quali pioggia o inondazioni. Per i rivelatori montati in esterni è preferibile utilizzare il sistema di protezione dagli agenti atmosferici.
• Utilizzare un parasole per il rivelatore nel caso in cui questo venga utilizzato in un clima caldo ed esposto direttamente ai raggi solari.
• Considerare le condizioni di lavorazione: il butano e propano sono di norma più pesanti dell’aria, ma se rilasciati da una linea di lavorazione a temperatura elevata e/o sotto pressione potrebbero salire anziché scendere.
• I rivelatori dovrebbero essere leggermente distanziati dalle parti ad alta pressione per consentire la formazione di nubi di gas, altrimenti le perdite di gas potrebbero superare i rivelatori sotto forma di getti ad alta pressione e non essere rilevate.
• Tenere in considerazione la semplicità di accesso per permettere una facile calibrazione e manutenzione.
• I rivelatori dovrebbero essere installati nel punto prescelto rivolti verso il basso. Ciò garantisce che sulla parte anteriore del sensore non si raccolgano polvere e acqua, che potrebbero impedire l’ingresso dei gas.
• Per il posizionamento dei dispositivi a infrarossi a percorso aperto è importante assicurarsi che il raggio di infrarossi non sia bloccato o oscurato in maniera permanente. Un blocco temporaneo dovuto momentaneo passaggio di veicoli, personale, uccelli, eccetera può essere tollerato.
• Assicurarsi che le strutture su cui sono montati i dispositivi a percorso aperto siano resistenti e non soggette a vibrazioni.

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Le più comuni opzioni di montaggio dei sensori (.Pdf)

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Configurazioni di sistema più diffuse (.Pdf)

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Metodi di installazione
Sono essenzialmente tre i metodi di installazione utilizzati a livello mondiale per le apparecchiature elettriche in luoghi pericolosi:

1. Cavo con ingresso indiretto
2. Cavo con ingresso diretto
3. Conduit

Sistemi a cavo



Sono utilizzati soprattutto in Europa (nonostante i Codici Elettrici di Stati Uniti e Canada indichino che i cavi con rivestimento in acciaio e quelli con isolante minerale possono essere utilizzati nelle aree di classe 1, divisione 1 o zona 1). Le norme in materia di protezione contro le esplosioni stabiliscono che è necessario utilizzare sistemi a cavo con un’adeguata protezione meccanica. Spesso nelle aree in cui i cavi possono subire danni meccanici si usano cavi armati ( SWA); in alternativa i cavi stessi vengono inseriti in conduit di protezione aperti alle due estremità. Per collegare in maniera sicura i cavi all’involucro si utilizzano pressacavi certificati.

Ingresso indiretto dei cavi
L’ingresso indiretto si trova in un’area morsettiera a sicurezza aumentata “Ex e”. Sui cavi tra la camera contenente i morsetti e l’involucro principale si utilizzano barriere di linea. L’installatore deve poter accedere solo all’area morsetti, non all’involucro antideflagrante.

Ingresso diretto dei cavi
L’ingresso diretto viene eseguito all’interno dell’involucro antideflagrante. Devono essere utilizzati esclusivamente pressacavi appositamente certificati. È necessario prendere in considerazione il tipo e la struttura del cavo per scegliere il pressacavi corretto. L’integrità della protezione dipende dal fatto che l’installatore segua le procedure corrette.

 
Condotto passacavi
Questo è il sistema di installazione nelle aree pericolose più diffuso negli Stati Uniti. I cavi elettrici vengono fatti passare singolarmente all’interno di tubi metallici chiusi. Questi tubi sono collegati all’involucro mediante raccordi e devono avere una guarnizione ad una distanza non superiore ai 18 pollici da ogni punto di ingresso. L’intero sistema conduit è antideflagrante.

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