Please note that this page is only available in polish language.
Detektory gazów wybuchowych w ochronie przeciwpożarowej
Krzysztof Chmielewski
February 2021 (update: february 2022)
Malarnie i lakiernie
W malarniach i lakierniach, gdzie wytwarza się aerozole i pary ksylenu, toluenu czy octanu etylu, problem ten występuje równie często – zwłaszcza gdy wentylacja wyciąga 70% dołem, a 30% górą. Gdyby nie to, możliwe byłoby nawet określenie wysokości strefy zagrożonej wybuchem. Jednak umieszczanie tam detektorów nie jest uzasadnione, ponieważ system detekcji służyłby do potwierdzenia definicji strefy zagrożonej wybuchem. Pożar może powstać wtedy, gdy chmura palnych par rozprzestrzeni się poza strefę i dojdzie do zapłonu. Dlatego detektory powinny stać na straży strefy i kiedy trzeba, włączać laminarną wentylację awaryjną. Ciągłe podkreślanie większej wydajności i skuteczności wentylacji ukierunkowanej bez zawirowań jest ideą czysto teoretyczną, gdyż trudno o faktyczną dostępność na rynku odpowiednich nawiewników i wywiewników.
Pomieszczenia ładowania akumulatorów
W pomieszczeniach ładowania akumulatorów traktowanie wodoru jako gazu lżejszego od powietrza jest błędem. Wodór jest gazem ultralekkim, 14 razy lżejszym od powietrza. Przemieszczając się do góry, kominuje, nie zdąży zmieszać się z powietrzem, jak ma to miejsce w przypadku metanu, i zalega pod sufitem, skąd trzeba go usunąć. Gdy wyciągi są umiejscowione choćby pół metra poniżej poziomu stropu, jest to bardzo trudne, wręcz niemożliwe. Liczba wymian powietrza nie ma tu istotnego znaczenia, gdyż nie o powietrze chodzi, a wodór. Nawet wyciąg zlicowany z sufitem jest mało skuteczny, bo wydobywa więcej czystego powietrza ze środka pomieszczenia niż wodoru spod stropu. Będzie skuteczny, gdy ruch powietrza skierujemy równolegle do sufitu.
Umieszczenie detektora np. 25 cm poniżej najwyższego miejsca wyznacza wodorowi wolną drogę do wentylacji. Na tej drodze nie może być żadnych instalacji elektrycznych mogących spowodować zapłon. Zastanawiające, jak prosta byłaby wentylacja, gdyby sufit miał kształt okapu albo chociaż kalenicę. Przecież większość akumulatorni zbudowana jest wewnątrz hal magazynowo‐produkcyjnych i inwestor może mieć na to wpływ. Niestety, zamiast tego zdarzają się sufity podwieszane, niestanowiące dla wodoru przeszkody. Wobec tego wodór gromadzi się w przestrzeni międzysufitowej, czekając na zapłon. Niekiedy zamiast pomieszczeń dopuszczone są wydzielone miejsca do ładowania akumulatorów. Powinny być pod okapami, a system detekcji pilnowałby, czy okapy się nie przepełniają.
Maszynownie amoniakalne
W maszynowniach chłodni amoniakalnych najczęściej występuje problem wyboru stężeń alarmowych. Określenie jednostki stężenia amoniaku w procentach DGW jest nieporozumieniem. Już 10% DGW amoniaku stanowi dwukrotne przekroczenie dawki śmiertelnej, więc z całą pewnością skuteczniejszy będzie alarm przy znacznie niższym stężeniu mierzonym w jednostkach ppm. Przy zastosowaniu najkorzystniejszych w maszynowni detektorów z sensorami półprzewodnikowymi stężenia alarmowe będą zróżnicowane w zależności od częstotliwości odolejania sprężarek. Starsze tłokowe sprężarki częściej wymagają usuwania oleju znad tłoków niż nowe śrubowe. Amoniak będzie częściej uwalniany, przez co będzie zwiększał czułość detektorów. Dlatego powinny one mieć nieco wyższe progi. Wiedząc, że amoniak jest prawie dwa razy lżejszy od powietrza i że człowiek może sporadycznie przebywać bez szkody dla zdrowia nawet godzinę w stężeniu do 500 ppm, możemy – w zależności od wysokości maszynowni – przyjąć kryteria określające właściwe progi alarmowe.
Chlewnie i kurniki
Niestety, nikt i nic nie będzie w stanie pomóc właścicielom chlewni i kurników w ich eksploatacji, jeśli będą one ogrzewane nagrzewnicami gazowymi, szczególnie na propan‐butan (zimą na propan). Takie kurniki są narażone na zaprószenie ognia, więc zarówno właściciel, jak i ubezpieczyciel dla poprawy bezpieczeństwa chcieliby zainstalować system detekcji propanu. Jest to jednak niemożliwe. Detektory nie odróżniają propanu na tle najprzeróżniejszych gazów powstających w kurnikach wskutek biologicznego rozkładu odchodów, takich jak metan, etan, siarkowodór i amoniak. W związku z tym bardzo często będą się pojawiać fałszywe alarmy. Zastosowanie systemu sygnalizacyjno‐odcinającego dopływ gazu może skutkować tym, że zwierzęta wymarzną, gdy system bez powodu zamknie gaz podczas mrozów. Powinno się tam zatem budować kotłownie i stosować grzejniki wodne.
Inne typy obiektów
W innych systemach detekcji problemem jest bezkrytyczna wiara w skuteczność systemów detekcji ciężkich węglowodorów. Ciecze palne mają określoną temperaturę zapłonu, w której na ich powierzchni znajdują się pary w stężeniu palnym (100% DGW). Przykładowo dla ksylenu jest to 300C. Detektor, który ma alarmy ustawione na poziomie 20% DGW i 40% DGW, zimą w temperaturze kilku stopni raczej utopi się w ksylenie niż spowoduje alarm. Nie wykryje tu pary, ponieważ jej nie ma, więc zagrożenia też nie będzie. Dlatego należy pamiętać, że system detekcji służy do ochrony obiektu przed pożarem lub wybuchem, a nie do wykrycia wycieku czy nieszczelności. Z gazami lżejszymi od powietrza raczej nie ma problemów, gdyż są samowentylowalne. W zasadzie wystarczy otwór w dachu (wywietrzak) w najwyższym miejscu. Problem polega na tym, że tych najwyższych miejsc praktycznie się dzisiaj nie buduje. Generalnie dachy są płaskie – nawet wtedy, gdy do ogrzewania używa się gazu ziemnego. Pod spadzistym dachem byłoby bezpieczniej i taniej, ponieważ znacznie szybciej podczas awarii wykrylibyśmy metan w kalenicy i to za pomocą znacznie mniejszej liczby detektorów.
Planując instalację systemu detekcji danego gazu, warto zapoznać się z jego właściwościami i zastosować odpowiednią wentylację. To właśnie ona stanowi o bezpieczeństwie użytkowania obiektu, a detektory gazu tylko weryfikują jej jakość. Najstarszy i największy na naszym rynku producent systemów detekcji GAZEX poleca kontakt telefoniczny oraz mailowy z doradcami technicznymi, którzy pomogą skonfigurować optymalny system detekcji gazu, jak również skutecznej wentylacji awaryjnej sterowanej tym systemem.
W innych systemach detekcji problemem jest bezkrytyczna wiara w skuteczność systemów detekcji ciężkich węglowodorów. Ciecze palne mają określoną temperaturę zapłonu, w której na ich powierzchni znajdują się pary w stężeniu palnym (100% DGW). Przykładowo dla ksylenu jest to 300C. Detektor, który ma alarmy ustawione na poziomie 20% DGW i 40% DGW, zimą w temperaturze kilku stopni raczej utopi się w ksylenie niż spowoduje alarm. Nie wykryje tu pary, ponieważ jej nie ma, więc zagrożenia też nie będzie. Dlatego należy pamiętać, że system detekcji służy do ochrony obiektu przed pożarem lub wybuchem, a nie do wykrycia wycieku czy nieszczelności. Z gazami lżejszymi od powietrza raczej nie ma problemów, gdyż są samowentylowalne. W zasadzie wystarczy otwór w dachu (wywietrzak) w najwyższym miejscu. Problem polega na tym, że tych najwyższych miejsc praktycznie się dzisiaj nie buduje. Generalnie dachy są płaskie – nawet wtedy, gdy do ogrzewania używa się gazu ziemnego. Pod spadzistym dachem byłoby bezpieczniej i taniej, ponieważ znacznie szybciej podczas awarii wykrylibyśmy metan w kalenicy i to za pomocą znacznie mniejszej liczby detektorów.
W innych systemach detekcji problemem jest bezkrytyczna wiara w skuteczność systemów detekcji ciężkich węglowodorów. Ciecze palne mają określoną temperaturę zapłonu, w której na ich powierzchni znajdują się pary w stężeniu palnym (100% DGW). Przykładowo dla ksylenu jest to 300C. Detektor, który ma alarmy ustawione na poziomie 20% DGW i 40% DGW, zimą w temperaturze kilku stopni raczej utopi się w ksylenie niż spowoduje alarm. Nie wykryje tu pary, ponieważ jej nie ma, więc zagrożenia też nie będzie. Dlatego należy pamiętać, że system detekcji służy do ochrony obiektu przed pożarem lub wybuchem, a nie do wykrycia wycieku czy nieszczelności. Z gazami lżejszymi od powietrza raczej nie ma problemów, gdyż są samowentylowalne. W zasadzie wystarczy otwór w dachu (wywietrzak) w najwyższym miejscu. Problem polega na tym, że tych najwyższych miejsc praktycznie się dzisiaj nie buduje. Generalnie dachy są płaskie – nawet wtedy, gdy do ogrzewania używa się gazu ziemnego. Pod spadzistym dachem byłoby bezpieczniej i taniej, ponieważ znacznie szybciej podczas awarii wykrylibyśmy metan w kalenicy i to za pomocą znacznie mniejszej liczby detektorów.
Planując instalację systemu detekcji danego gazu, warto zapoznać się z jego właściwościami i zastosować odpowiednią wentylację. To właśnie ona stanowi o bezpieczeństwie użytkowania obiektu, a detektory gazu tylko weryfikują jej jakość. Najstarszy i największy na naszym rynku producent systemów detekcji GAZEX poleca kontakt telefoniczny oraz mailowy z doradcami technicznymi, którzy pomogą skonfigurować optymalny system detekcji gazu, jak również skutecznej wentylacji awaryjnej sterowanej tym systemem.
Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) – średnie ważone, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń. ↩
Najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh) – wartość średnia ważona, która nie powinna spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń, jeżeli utrzymuje się w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej niż 2 razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina. ↩
Najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe (NDSP) – wartość, która ze względu na zagrożenie zdrowia lub życia pracownika nie może być w środowisku pracy przekroczona w żadnym momencie. ↩
Sensor elektrochemiczny to rodzaj ogniwa wytwarzającego prąd elektryczny. Natężenie prądu jest proporcjonalne do stężenia gazu przenikającego do elektrolitu ogniwa. Dobierając odpowiedni elektrolit, można uzyskać wysoką selektywność sensora. Nie stuprocentową, ponieważ sensor może zareagować na inne gazy o odpowiednich, zbliżonych do gazu mierzonego, właściwościach chemicznych. W trakcie pracy elektrolit się zużywa i to zużycie jest uzależnione od intensywności i czasu pracy sensora oraz stężenia gazów w jego otoczeniu. Producenci podają żywotność sensora w czystym powietrzu, a stopień jego zużycia można jedynie określić, stosując odpowiednią procedurę z użyciem mieszaniny wzorcowej gazu. Dlatego niezbędne jest dokonywanie kalibracji detektorów zgodnie z ich instrukcją obsługi. Służby ratownicze wykorzystujące takie detektory, dla bezpieczeństwa, wykonują kalibrację po każdej akcji, w której wystąpiło duże stężenie gazów. Ten rodzaj sensorów wykorzystywany jest głównie do detekcji gazów toksycznych. ↩
Działanie sensora katalitycznego oparte jest na wykorzystaniu egzotermicznej reakcji katalitycznego utleniania. Sensor zawiera element aktywny, pokryty warstwą katalizatora i bierny – bez katalizatora. Oba elementy, umieszczone w odpowiednim układzie elektronicznym, mają identyczną rezystancję w tej samej temperaturze. W przypadku pojawienia się gazu palnego reakcja utleniania następuje tylko na elemencie aktywnym. Wydzielane ciepło jest proporcjonalne do stężenia gazu i powoduje wzrost temperatury i rezystancji elementu aktywnego. W układzie pojawia się napięcie, które łatwo zmierzyć i przetworzyć na wielkość stężenia gazu. Sensor nie jest selektywny – reaguje na każdy gaz utleniający się w obecności katalizatora. Przy jego pomocy można mierzyć stężenia gazów wybuchowych do 100% dolnej granicy wybuchowości. ↩
W sensorze infra-red wykorzystuje się zjawisko pochłaniania promieniowania podczerwonego przez wiązania chemiczne w cząsteczkach gazu. Różne wiązania pochłaniają promieniowanie o charakterystycznej dla siebie długości fali. Można zmierzyć stopień pochłaniania promieniowania prześwietlającego komorę pomiarową i na tej podstawie określić stężenie mierzonego gazu. Ten rodzaj sensorów najczęściej wykorzystuje się w detektorach do precyzyjnego pomiaru stężeń CO2, metanu i propanu-butanu. ↩
W sensorze półprzewodnikowym wykorzystuje się zjawisko powierzchniowej adsorpcji gazu na elemencie pomiarowym w ściśle określonej temperaturze. Zaadsorbowany gaz powoduje zmianę rezystancji półprzewodnika, która jest powiązana ze stężeniem gazu w powietrzu. Zmiana ta jest silnie nieliniowa i z tego powodu te sensory wykorzystuje się w detektorach progowych, sygnalizujących przekroczenie określonych stężeń gazów wybuchowych lub toksycznych. Odpowiednio dobierając skład półprzewodnika i temperaturę pracy elementu pomiarowego, można uzyskać znaczną selektywność sensora. ↩
§ 158. 1. Instalacje sygnalizujące niedopuszczalny poziom stężenia gazu mogą być stosowane w budynkach, w których jest ustanowiony stały nadzór, zapewniający podejmowanie działań zaradczych, a także w budynkach jednorodzinnych.
2. Czujki sygnalizujące niedopuszczalny poziom stężenia gazu w budynkach, o których mowa w ust. 1, powinny być instalowane w piwnicach i suterenach oraz w pomieszczeniach, w których istnieje możliwość nagromadzenia gazu przy stanach awaryjnych instalacji lub przyłącza gazowego.
3. Sygnały alarmowe stanu zagrożenia wybuchem w budynkach, z wyłączeniem budynków jednorodzinnych, powinny być kierowane do służb lub osób zobowiązanych do podjęcia skutecznej akcji zapobiegawczej.
4. Zabrania się instalowania urządzeń sygnalizacyjno-odcinających dopływ gazu do części mieszkalnej budynku wielorodzinnego. Nie dotyczy to indywidualnych urządzeń sygnalizacyjno-odcinających dopływ gazu do odrębnych mieszkań.
5. Urządzenia sygnalizacyjno-odcinające dopływ gazu należy stosować w tych pomieszczeniach, w których łączna nominalna moc cieplna zainstalowanych urządzeń gazowych jest większa niż 60 kW.
6. Zawór odcinający dopływ gazu do budynku, będący elementem składowym urządzenia sygnalizacyjno-odcinającego, powinien być instalowany poza budynkiem, między kurkiem głównym a wprowadzeniem przewodu do budynku.
§ 176. 9. Do pomieszczeń technicznych z zainstalowanymi kotłami o łącznej mocy cieplnej powyżej 60 kW do 2000 kW, zlokalizowanych w budynku o innym przeznaczeniu niż kotłownia, należy doprowadzić odrębny przewód gazowy, z którego nie mogą być zasilane pozostałe urządzenia gazowe w tym budynku. ↩
