Der Gasdetektor ist mit einer Selbsttest-Funktion ausgestattet, die eine Überprüfung des Systems aus der Ferne und mit dem zu messenden Gas erlaubt. (Bild: Compur Monitors)
- Alle Maßnahmen zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines Gasdetektors prüfen in der Regel nur bestimmte Gerätekomponenten.
- Für einen neuen Gasdetektor wurde ein Selbsttest entwickelt, bei dem das zu messende Gas in winziger Menge durch einen Gasgenerator erzeugt wird.
- Der Selbsttest kann nach einem Alarmereignis auch manuell von fern ausgelöst werden. So kann der Anwender, ohne die Messwarte zu verlassen, feststellen ob die Gaswarnanlage vor Ort funktioniert.
Den Ausbruch toxischer Gase zu überwachen, ist eine heikle Aufgabe. Kein Wunder, dass an die Geräte hohe Ansprüche hinsichtlich der funktionalen Sicherheit gestellt werden. Ein neues System ermöglicht durch den Einsatz von Gasgeneratoren die Selbstüberwachung mit echtem Messgas und spart dadurch Kontroll- und Wartungsaufwand.
In Anlagen mit potenzieller Gasgefahr sind Gasdetektoren eine Selbstverständlichkeit. Sie messen die Konzentration gefährlicher Gase so empfindlich, dass eine Warnung erfolgt, lange bevor eine Situation gefährlich wird. Sofern in der fraglichen Anlage Menschen arbeiten, legt man die Alarmschwelle auf den sogenannten AGW = Arbeitsplatzgrenzwert. Dabei sollte man sich stets vor Augen halten, dass gerade dieser Größe die bedeutendste Ungenauigkeit innewohnt. Schließlich wird sie nicht empirisch ermittelt, sondern aus einer Vielzahl von Informationen aus verschiedenen Quellen hochgerechnet. Am Ende einigt man sich auf einen Grenzwert, der stark auf der sicheren Seite liegt. Hierzulande tut dies der Ausschuss für Gefahrstoffe, der AGS.
Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Gaskonzentration in einem Betrieb ohnehin null. Umso wichtiger ist es, dass die Gaswarnanlage zuverlässig einen Alarm auslöst, wenn einmal etwas schiefgeht. Man versucht also zunächst das Risiko in der Anlage zu quantifizieren. Rechenmodelle setzen die Ausfallwahrscheinlichkeit sicherheitsrelevanter Einrichtungen mit der Schwere der Folgen eines Ausfalls ins Verhältnis. Ist das Risiko bekannt, kann man ermitteln, um welchen Faktor ein Sicherheitssystem (SIS, Safety-Instrumented-System) das Risiko vermindert. Die funktionale Sicherheit eines Systems beschreibt dies.
Ausfallwahrscheinlichkeit eines Gasdetektors: Low Demand Modus
Die funktionale Sicherheit eines Systems wird in vier Stufen (Safety Integrity Level, SIL) eingeteilt: SIL 1 bis SIL 4, wobei SIL 4 die sicherste Stufe ist. Man berechnet den SIL indem man ermittelt, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Sicherheitseinrichtung gerade dann ausfällt, wenn sie gebraucht wird (probability of failure on demand, pfd), und wie hoch der Anteil der sff ist (sff: safe failure fraction). Diese Größe beschreibt den Anteil der Ausfälle, die nicht zu einer gefährlichen Situation führen, da sie bemerkt werden. Je geringer also die pfd und je höher die sff, umso höher der SIL. Um einen möglichst hohen SIL zu erzielen, verwenden die Hersteller sehr hochwertige Bauteile und bauen in die Software viele Überprüfungsroutinen ein.
Ein Gasdetektor arbeitet normalerweise im „Low Demand Mode“ daher genügt ein pfd-Wert zwischen 10-2 und 10-3, um SIL 2 zu erreichen. Ein gutes Beispiel für den Low Demand Mode ist der Airbag im Automobil. Solange kein Unfall passiert, ist es egal, ob er funktioniert oder nicht. Dasselbe gilt auch für einen Gasdetektor. Solange keine Leckage auftritt, richtet der Ausfall eines Gasdetektors keinen weiteren Schaden an.
Mit Ausnahme von Kohlenmonoxid entsprechen die im Gasdetektor eingesetzten Testgase dem jeweils zu messenden Gas. Dadurch sind aussagefähige Selbsttests möglich.Tab.: Compur Monitors
Selbsttest mit dem zu messenden Gas
Auch die schönste Statistik kann nicht vorhersagen, ob der noch so unwahrscheinliche gefährliche Ausfall in zehntausend Jahren stattfindet, oder gleich am nächsten Tag. Deshalb setzt Compur Monitors nicht nur auf funktionale Sicherheit, sondern zusätzlich auf einen Selbsttest mit dem zu messenden Gas. Alle Maßnahmen zur Reduzierung der pfd prüfen immer nur bestimmte Gerätekomponenten – aber nur das Aufgeben des zu messenden Gases auf den Sensor ist der ultimative Test für das gesamte Systems. Wir legen großen Wert darauf, den Selbsttest möglichst mit dem zu messenden Gas durchzuführen. Die Verwendung von Referenzgasen könnte das Ergebnis verfälschen oder dem Sensor schaden. So entstand die erste Generation der Gerätefamilie Statox 560. Diese misst toxische Gase. An Gasgeneratoren für brennbare Gase ist noch Grundlagenentwicklung zu leisten.
Beim Selbsttest passiert in einstellbaren Zeitabständen Folgendes: Der Messkopf aktiviert einen Gasgenerator. Dieser erzeugt elektrochemisch eine winzige Menge des zu messenden Gases. Dieses wird von einer kleinen Pumpe vor die Messzelle transportiert. Nun muss das Signal der Messzelle innerhalb einer bestimmten Zeit einen bestimmten Messwert erreichen. Dann wird die Zelle wieder freigespült, und der Messkopf geht wieder in den Messmodus. Die ganze Prozedur dauert maximal 2 min. Natürlich startet der Selbsttest nicht, während in der Umgebung Gas detektiert wird, oder wenn andere metereologische Parameter außerhalb der Spezifikationen liegen. Erreicht der Sensor den Sollwert nicht, wird an die Zentrale entweder „Systemfehler“ oder „Wartungsbedarf“ signalisiert, je nachdem ob die Messfähigkeit noch gegeben ist oder nicht.
Geschlossenes Ex-d-Gehäuse, Überwachung des Wartungsbedarfs
Die Elektronik ist zusammen mit der Anzeige und den Bedienelementen in einem Ex-d-Gehäuse mit Fenster untergebracht. Einmal angeschlossen, muss das Gehäuse nur in Ausnahmefällen geöffnet werden. Die Bedienung erfolgt mit einem magnetischen Pin durch das Fenster. Alle Verbrauchsteile befinden sich unterhalb dieses Ex-d-Gehäuses im sogenannten Sensormodul. Dieses ist mit der Elektronik über eine Sicherheitsbarriere verbunden. Es ist eigensicher, d. h., es kann ohne weitere Sicherheitsmaßnahmen geöffnet oder sogar abgenommen werden. Diese Schutzart erleichtert Wartungsmaßnahmen ungemein, da eigensichere Komponenten ohne Feuererlaubnisschein geöffnet werden dürfen. Als Sensoren kommen die Sensoren der Statox-505-Reihe zum Einsatz. Sie enthalten ein F-RAM auf dem alle wichtigen Sensorparameter wie Messgas, Messbereich, Kalibrierdaten, Gesamtdosis, Kalibrierhistorie und die Empfindlichkeit des Sensors gespeichert sind. Das Sensormodul kann bei Bedarf komplett ausgewechselt werden, es können aber auch einzelne Teile wie Generatorzelle oder Sensorzelle getauscht werden. Eine Kalibrierung vor Ort ist möglich, aber dank dieser Plug-and-Play-Technologie nicht unbedingt erforderlich.
Der Statox 560 ermittelt und speichert die insgesamt aufgenommene Gasdosis. Dies ist ein hilfreiches Werkzeug, um vorherzusagen, wann ein Sensor ersetzt werden muss. Da er darüber hinaus auch noch den Status „Wartungsbedarf“ ermittelt, gibt es so gut wie keine unangenehmen Überraschungen durch plötzliche Sensorausfälle.
Verschiedene Betriebsoptionen; Selbsttest nach Ereignissen
Der Messwert sowie die Betriebszustände werden über ein 4…20-mA-Analogsignal an die Zentrale übertragen. Der Statox 560 ist für den direkten Anschluss an eine Alarmzentrale oder ein Prozessleitsystem vorgesehen. Ein autarkes System kann mit dem ebenfalls SIL-2-konformen Statox-502- Control-Modul aufgebaut werden. Dieses kompakte Modul wird auf eine normale Hutschiene oder eine Power Rail geklippt. Es ist mit einer Digitalanzeige, Alarm-LED, einem 4…20-mA-Analogausgang sowie Alarmrelais ausgestattet. Diese können bis zu acht Ampere schalten.
Als weitere Option kann der Statox 560 als Stand-alone-Gasdetektor betrieben werden. Er ist mit Open-Kollektor-Ausgängen ausgestattet, mit denen lokal Relais für Alarm 1, Alarm 2 und Systemalarm angesteuert werden können. Ohne Umweg über eine Zentrale können vor Ort Alarmgeräte oder Aktoren wie Lüfter, Lüftungsklappen oder Ähnliches betätigt werden.
Gasdetektoren müssen nach einer Exposition überprüft werden. Schließlich will man sicher sein, dass sie nicht durch eine Überdosis vergiftet wurden. Also müsste nach einem Gasalarm sofort ein Techniker zum Messkopf gehen und diesen mit Gas beaufschlagen. Nur: Wenn unvorhergesehen Gas ausgetreten ist, gibt es für die Technik allerhand anderes zu tun.
Der Selbsttest des Statox 560 lässt sich auch manuell von fern auslösen. Ein Knopfdruck in der Messwarte schafft in kürzester Zeit Gewissheit. Der Anwender kann, ohne die Messwarte zu verlassen, feststellen ob die Gaswarnanlage vor Ort funktioniert. Mit der Gewissheit im Rücken, dass der Selbsttest bestanden wurde, kann man die Wartungsintervalle guten Gewissens auf das Maximum der empfohlenen Zeitintervalle strecken. Langfristig hilft das Messsystem Wartungspersonal und wertvolle Zeit zu sparen.
