Wat is LEL en hoe werkt LEL gasdetectie?

LEL staat voor Lower Explosive Limit, in het Nederlands de onderste explosiegrens. Het is de laagste concentratie van een brandbaar gas in lucht waarbij het mengsel kan ontbranden. LEL gasdetectie meet die concentratie en geeft de meetwaarde weer in procenten van de LEL. Bij 100 % LEL is de onderste explosiegrens bereikt en kan het mengsel ontsteken. Een vast gasdetectiesysteem waarschuwt daar ruim voor, vaak al bij 10 % LEL.

Voor een projectleider die gasdetectie in een bestek of veiligheidsplan opneemt, is die eenheid het startpunt. Daaruit volgen de alarmgrenzen, de sensorkeuze, de plaats van de detectoren en de acties bij een alarm. Hieronder staat wat de LEL-waarde betekent en waarom die per gas en per norm verschilt. Verderop lees je hoe je hem met vaste gasdetectie continu bewaakt.

De betekenis van LEL en UEL

Een brandbaar gas ontbrandt alleen binnen een bepaalde mengverhouding met lucht. Bij te weinig gas in de lucht is het mengsel te arm om te ontsteken. Die ondergrens is de LEL. Zit er juist heel veel gas in de lucht, dan is het mengsel te rijk en ontbreekt er zuurstof. Die bovengrens heet de UEL, de Upper Explosive Limit of bovenste explosiegrens.

Tussen die twee waarden ligt het explosiegebied. Voor methaan loopt dat gebied ruwweg van 4,4 tot 16 volumeprocent. Een te rijk mengsel blijft gevaarlijk. Bij ventilatie of het openen van een deur verdunt het namelijk weer tot in het explosiegebied.

Bij gasdetectie is vooral de LEL van belang. Die grens wil je nooit naderen, dus daarop richt je de meting en de alarmering in.

De explosiegrenzen per gas

Elk brandbaar gas heeft zijn eigen explosiegrenzen. Waterstof ontbrandt bij een lagere concentratie dan ammoniak en propaan weer bij een lagere concentratie dan methaan. De tabel hieronder geeft de onderste explosiegrenzen volgens IEC 60079-20-1, de norm die in Europa onder ATEX wordt gebruikt.

De rechterkolom is het punt waar het in projecten misgaat. IEC 60079-20-1 en ISO 10156 komen bij methaan op een andere waarde uit, doordat de meetmethode verschilt. Neem een ruimte met 0,44 vol% methaan in de lucht. Een detector op de IEC-referentie leest daar 10 % LEL, een detector op de ISO-referentie 8,8 % LEL.

Leg in het bestek en in het veiligheidsplan daarom vast welke norm geldt. Zeker als je detectoren van verschillende leveranciers op één gasdetectiecentrale aansluit, moeten die op dezelfde referentie staan.

Van procenten van de LEL naar ppm

Sommige toepassingen vragen om ppm in plaats van % LEL. De omrekening is eenvoudig, want 1 volumeprocent is 10.000 ppm. Voor methaan met een LEL van 4,4 vol% ligt 100 % LEL dus op 44.000 ppm. Een alarm op 10 % LEL komt dan overeen met 4.400 ppm.

Voor brandbare gassen is %LEL vrijwel altijd de logische eenheid, omdat het risico explosiegevaar is. Bij giftige gassen werk je juist in ppm. Waterstofsulfide is bijvoorbeeld pas rond 4,3 vol% ontbrandbaar, terwijl de gezondheidsschade al bij een fractie van die concentratie begint. Bewaak je een ruimte op zowel explosiegevaar als toxiciteit, dan heb je twee meetprincipes en twee sets alarmgrenzen nodig.

Vaste LEL gasdetectie bewaakt de ruimte continu

Bij vaste LEL gasdetectie hangen de detectoren permanent op de risicoplekken in een ruimte of installatie. Ze meten onafgebroken en sturen hun meetwaarde via een 4-20mA-signaal of een busverbinding naar een gasdetectiecentrale, PLC of gebouwbeheersysteem. Het systeem is ook actief wanneer er niemand aanwezig is.

Dat is de reden dat een vaste opstelling in veel projecten de basis vormt. Een ketelhuis of een accuruimte loopt ook 's nachts risico wanneer er niemand rondloopt. Je bent dan niet afhankelijk van een medewerker die op het juiste moment meet. Per situatie staat beschreven wanneer vaste gasdetectie verplicht is.

Alarmgrenzen op 10 en 20 procent van de LEL

Een gasdetectiesysteem waarschuwt ver voor de onderste explosiegrens. In de praktijk ligt het eerste alarm vaak op 10 of 20 % LEL. Daarboven volgt een tweede grens, meestal tussen 20 en 40 % LEL. De exacte waarden komen uit de risicoanalyse en uit de acties die je eraan koppelt.

De getallen zeggen weinig zonder de actie die eraan hangt. Bij het eerste alarm start bijvoorbeeld extra ventilatie en krijgt de beheerder een melding. Het tweede alarm sluit de gastoevoer af en legt de installatie stil. Leg per niveau vast wie de melding krijgt en wie de ruimte mag betreden. Zonder die afspraken weet niemand wie bij een alarm wat doet.

Katalytische sensor of infrarooddetectie

Er zijn twee gangbare meetprincipes voor brandbaar gas en de keuze bepaalt mede het onderhoud.

Een katalytische sensor, ook wel pellistor, verbrandt het gas aan een verhit element en meet het temperatuurverschil. Dit type is breed inzetbaar. Het heeft wel zuurstof nodig om te werken. Ook kan de sensor vergiftigd raken door siliconen of zwavelverbindingen, wat in een omgeving met kitdampen of reinigingsmiddelen speelt.

Het tweede principe is infrarooddetectie, waarbij de sensor meet hoeveel infraroodlicht het gas absorbeert. Dit type raakt niet vergiftigd en werkt ook in een zuurstofarme omgeving. Daarmee is het geschikt voor koolwaterstoffen in de procesindustrie. Waterstof absorbeert echter geen infraroodlicht in het gebruikte gebied. Voor waterstofbewaking val je dus terug op een katalytische sensor of op een ander principe.

Waar plaats je de detectoren?

De positie van de detectoren bepaalt of een lek op tijd wordt gezien. Het uitgangspunt is de plek waar het gas zich bij een lekkage verzamelt. Dat hangt af van de dichtheid ten opzichte van lucht.

Methaan en waterstof zijn lichter dan lucht en stijgen op. Die detectoren hangen hoog, dicht bij het plafond en bij holtes in een verlaagd plafond. Propaan, butaan en de meeste dampen zijn zwaarder dan lucht en zakken naar de vloer. Zo'n detector hangt laag, bij putten en andere laaggelegen ruimtedelen.

Naast de dichtheid spelen luchtstromen mee. Bij geforceerde ventilatie beweegt het gas met de luchtstroom, dus een detector bij een afzuigpunt merkt een lek eerder op. Leg in het veiligheidsplan vast waarom een detector op een bepaalde positie hangt. Dat maakt de installatie uitlegbaar bij een audit en bij een latere wijziging.

Kalibratie houdt de meting betrouwbaar

Een sensor voor brandbaar gas veroudert. De gevoeligheid loopt terug door vervuiling en door blootstelling aan hoge concentraties. Een detector die niet wordt gecontroleerd kan onopgemerkt te laag gaan meten. Bij elk systeem hoort daarom een vast ritme van functionele tests en kalibratie met een referentiegas. Onze service en kalibratie zijn erop ingericht.

Wat de regelgeving vraagt bij brandbare gassen

Voor werkgevers begint de verplichting bij de Arbowet. Wie met brandbare gassen werkt, moet de risico's beoordelen en vastleggen in een explosieveiligheidsdocument. Daarin staan de risicoanalyse, de gevarenzone-indeling, de maatregelen en de voorlichting aan medewerkers. Daarnaast kunnen er per gebouwtype eisen gelden vanuit het Besluit bouwwerken leefomgeving, bijvoorbeeld voor parkeergarages en stookruimtes.