Uporaba tehnologije plinskih senzorjev v Južni Afriki za reševanje okoljskih in varnostnih izzivov

Povzetek

Južna Afrika se kot ena najbolj industrializiranih držav v Afriki sooča z resnimi izzivi na področju kakovosti zraka in varnosti, ki izhajajo iz rudarstva, proizvodnje in urbanizacije. Tehnologija plinskih senzorjev, kot orodje za spremljanje v realnem času in natančno spremljanje, se v Južni Afriki pogosto uporablja v več ključnih sektorjih. Ta študija primera se osredotoča na uporabo plinskih senzorjev pri varnosti v rudnikih, spremljanju onesnaženosti zraka v mestih, nadzoru industrijskih emisij in pametnih domovih ter analizira njihov vpliv na izboljšanje varnosti, izboljšanje okolja in gospodarske koristi.

1. Scenariji uporabe

Edinstvena gospodarska struktura in družbeno okolje Južne Afrike zagotavljata različne scenarije uporabe plinskih senzorjev:

1. Spremljanje varnosti v rudnikih

• Ozadje: Rudarska industrija je steber južnoafriškega gospodarstva, a tudi sektor z visokim tveganjem. Podzemne dejavnosti so nagnjene k kopičenju strupenih in vnetljivih plinov (npr. metana (CH₄), ogljikovega monoksida (CO), vodikovega sulfida (H₂S)), kar lahko povzroči zadušitev, eksplozije in zastrupitve.
• Uporaba:
  • Fiksni in prenosni detektorji plina so obvezni v vseh podzemnih rudnikih.
  • Rudarji nosijo osebne večplinske senzorje za spremljanje svoje okolice v realnem času.
  • V ključnih predorih in delovnih površinah so nameščeni omrežni fiksni senzorji, ki neprekinjeno spremljajo koncentracije CH₄ in CO ter podatke v realnem času prenašajo v nadzorne centre na površini.
• Uporabljene vrste senzorjev: katalitski senzorji za zgorevanje (vnetljivi plini), elektrokemični senzorji (strupeni plini), infrardeči senzorji (CH₄, CO₂).

2. Spremljanje kakovosti zraka v mestih

• Ozadje: Večja mesta, kot sta Johannesburg in Pretoria, ter industrijska območja z visoko gostoto prebivalstva, kot je »Dolina ogljika« v provinci Mpumalanga, trpijo zaradi dolgotrajnega onesnaževanja zraka. Ključna onesnaževala vključujejo žveplov dioksid (SO₂), dušikov dioksid (NO₂), ozon (O₃) in trdne delce (PM2,5, PM10).
• Uporaba:
  • Vladna omrežja: Južnoafriška vlada je vzpostavila nacionalno omrežje za spremljanje kakovosti zraka, ki ga sestavljajo fiksne merilne postaje v več mestih. Te postaje so opremljene z visoko natančnimi senzorji plinov in senzorji trdnih delcev za spremljanje skladnosti in opozarjanje na javno zdravje.
  • Spremljanje na ravni skupnosti: V mestih, kot sta Cape Town in Durban, so skupnostne organizacije začele uporabljati cenovno ugodne, prenosne vozlišča za plinske senzorje, da bi zapolnile vrzeli v uradnem omrežju za spremljanje in pridobile podrobne podatke o onesnaženosti na ravni skupnosti.
• Uporabljene vrste senzorjev: senzorji iz kovinskih oksidov in polprevodnikov (MOS), elektrokemični senzorji, optični (lasersko sipanje) senzorji delcev.

3. Industrijske emisije in nadzor procesov

• Ozadje: V Južni Afriki so velike termoelektrarne, rafinerije, kemični obrati in metalurški obrati, ki so glavni viri industrijskih izpušnih plinov.
• Uporaba:
  • Sistemi za neprekinjeno spremljanje emisij (CEMS): Velike tovarne zakonsko predpisane namestijo CEMS na dimnike, pri čemer integrirajo vrsto plinskih senzorjev za neprekinjeno spremljanje emisij onesnaževal, kot so SO₂, NOx, CO in CO₂, s čimer zagotavljajo skladnost z nacionalnimi emisijskimi standardi.
  • Varnost in optimizacija procesov: V kemijskih in rafinerijskih procesih se senzorji uporabljajo za zaznavanje puščanja vnetljivih in strupenih plinov v cevovodih in reakcijskih rezervoarjih, s čimer zagotavljajo varnost opreme. Prav tako optimizirajo procese zgorevanja, izboljšujejo učinkovitost porabe goriva in zmanjšujejo nastajanje odpadnih plinov.
• Uporabljene vrste senzorjev: ultravijolična/infrardeča spektroskopija (za CEMS), senzorji s katalitskim zgorevanjem in elektrokemični senzorji (za zaznavanje puščanja).

4. Varnost stanovanjskih in poslovnih objektov (pametni domovi)

• Ozadje: V urbanih območjih je utekočinjeni naftni plin (UNP) pogosto gorivo za kuhanje, nepravilna uporaba pa lahko povzroči puščanje in eksplozije. Poleg tega je CO, ki nastane pri požarih, tihi »morilec«.
• Uporaba:
  • Vedno več gospodinjstev srednjega razreda in poslovnih obratov (npr. restavracij, hotelov) namešča pametne plinske alarme in alarme za ogljikov monoksid.
  • Te naprave imajo običajno vgrajene senzorje kovinskega oksida (MOS) ali elektrokemične senzorje. Če koncentracije utekočinjenega naftnega plina (LPG) ali ogljikovega monoksida (CO) presežejo varne ravni, takoj sprožijo visokoglasne avdiovizualne alarme. Nekateri napredni izdelki lahko pošiljajo tudi potisna obvestila na telefone uporabnikov prek omrežja Wi-Fi za oddaljena opozorila.
• Uporabljene vrste senzorjev: senzorji kovinsko-oksidno-polprevodniških (MOS) sistemov (za utekočinjeni naftni plin), elektrokemični senzorji (za CO).

2. Učinkovitost uporabe

Široka uporaba plinskih senzorjev je prinesla znatne koristi na več območjih v Južni Afriki:

1. Znatno izboljšana varnost na delovnem mestu

• Učinkovitost: V rudarskem sektorju so plinski senzorji postali tehnologija, ki rešuje življenja. Spremljanje v realnem času in zgodnja opozorila so drastično zmanjšala pojavnost eksplozij vnetljivih plinov in množičnih zastrupitev v rudnikih. Ko se koncentracije plina približajo nevarnim pragom, sistemi samodejno aktivirajo prezračevalno opremo ali izdajo ukaze za evakuacijo, kar rudarjem zagotavlja kritičen čas za pobeg.

2. Podatkovna podpora za okoljsko upravljanje

• Učinkovitost: Vsedržavno omrežje senzorjev kakovosti zraka ustvarja ogromne količine neprekinjenih okoljskih podatkov. Ti podatki služijo kot znanstvena podlaga za vlado pri oblikovanju in ocenjevanju politik nadzora onesnaženosti zraka (npr. emisijskih standardov). Hkrati objava indeksa kakovosti zraka (AQI) v realnem času pomaga ranljivim skupinam (npr. bolnikom z astmo) pri sprejemanju zaščitnih ukrepov v dneh z onesnaženim zrakom in s tem varovanju javnega zdravja.

3. Olajšanje skladnosti podjetij s predpisi in stroškovne učinkovitosti

• Učinkovitost: Za industrijska podjetja namestitev sistemov za spremljanje emisij zagotavlja zakonitost delovanja in se izogne ​​visokim globam za neskladnost. Poleg tega uporaba senzorjev pri nadzoru procesov optimizira delovne procese, zmanjšuje odpadke surovin in porabo energije, kar neposredno zmanjšuje obratovalne stroške.

4. Večja ozaveščenost skupnosti in javna udeležba

• Učinkovitost: Pojav cenovno ugodnih senzorjev za skupnost omogoča prebivalcem, da intuitivno razumejo raven onesnaženosti v svojem neposrednem okolju, s čimer se zmanjša odvisnost le od vladnih podatkov. To povečuje okoljsko ozaveščenost javnosti in opolnomoča skupnosti, da na podlagi dokazov pritiskajo na vlado in podjetja, ki onesnažujejo, s čimer spodbujajo okoljsko pravičnost in omogočajo nadzor od spodaj navzgor.

5. Zaščita življenja in premoženja v domovih

• Učinkovitost: Širjenje gospodinjskih senzorjev za plin/CO učinkovito preprečuje požare in eksplozije v domovih, ki jih povzročajo puščanja plina, pa tudi tragedije zaradi zastrupitve z CO med zimskim ogrevanjem, kar mestnim prebivalcem zagotavlja ključno zadnjo obrambno linijo.

3. Izzivi in ​​prihodnost

Kljub opaznim uspehom ostajajo izzivi pri promociji tehnologije plinskih senzorjev v Južni Afriki:

• Stroški in vzdrževanje: Nabava, namestitev in redna kalibracija visoko natančnih senzorjev povzročajo znatne tekoče stroške tako za vlado kot za podjetja.
• Natančnost podatkov: Cenovno ugodni senzorji so dovzetni za okoljske dejavnike, kot sta temperatura in vlažnost, kar včasih sproža vprašanja o natančnosti podatkov. Uporabljati jih je treba skupaj s tradicionalnimi metodami spremljanja.
• Tehnološke vrzeli: Oddaljena podeželska območja imajo težave z dostopom do zanesljivih omrežij za spremljanje.

V prihodnosti bo napredek na področju interneta stvari (IoT), umetne inteligence (UI) in senzorske tehnologije južnoafriško omrežje za spremljanje plinov usmeril k večji inteligenci, gostoti in stroškovni učinkovitosti. Senzorji se bodo integrirali z droni in satelitskim daljinskim zaznavanjem, da bi oblikovali integrirano omrežje za spremljanje »nebo-zemlja«. Algoritmi UI bodo omogočili natančno sledljivost virov onesnaženja in napovedna opozorila, kar bo zagotovilo močnejšo podporo trajnostnemu razvoju Južne Afrike ter varnosti in dobremu počutju njenih prebivalcev.

Zaključek

Z obsežno uporabo tehnologije plinskih senzorjev je Južna Afrika dosegla izjemne rezultate na področju varnosti v rudnikih, okoljskega spremljanja, industrijske skladnosti in zaščite domov. Ti »elektronski nosovi« ne služijo le kot stražarji, ki varujejo življenja, temveč delujejo tudi kot ključna orodja za spodbujanje okoljskega upravljanja in zelenega razvoja. Praksa Južne Afrike ponuja dragocen model za druge države v razvoju, ki si prizadevajo izkoristiti tehnološke inovacije za reševanje tradicionalnih izzivov.

Celoten komplet strežnikov in programskega brezžičnega modula, podpira RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN

Za več plinskih senzorjev informacije,

Prosimo, obrnite se na podjetje Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Spletna stran podjetja:www.hondetechco.com

Tel.: +86-15210548582