Projektowanie systemów detekcji gazów na przykładzie wybranych obiektów – akumulatorownie, hale przemysłowe, garaże podziemne

Systemy detekcji gazów towarzyszą nam w wielu codziennych czynnościach. Ostrzegają przed wysokim stężeniem toksycznego tlenku węgla w garażach podziemnych, zabezpieczają budynki mieszkalne lub miejsce naszej pracy przed wybuchem gazu ulatniającego się z nieszczelnej instalacji, chronią nasze zdrowie w miejscu pracy informując o gromadzeniu się substancji niebezpiecznych dla organizmu. Często nie mamy świadomości, że istnieją. W niniejszym artykule omówiono kilka przykładów zastosowań systemów detekcji gazów w oparciu o obowiązujące przepisy i ponad 30-letnie doświadczenie wiodącego producenta, firmę GAZEX.

Akumulatorownie

W wielu obiektach przemysłowych wykorzystywane są pojazdy wyposażone w akumulatory trakcyjne takie, jak wózki widłowe czy maszyny sprzątające. Charakterystyka pracy akumulatorów trakcyjnych polega na ich naprzemiennym ładowaniu i rozładowywaniu. W procesie ładowania w wyniku reakcji elektrolizy wodnego roztworu kwasu siarkowego wydziela się wodór. Jest to gaz wybuchowy, którego dolna granica wybuchowości (DGW) wynosi 4% objętościowo w mieszaninie z powietrzem. Ze względu na swoje właściwości, wodór jest gazem bardzo niebezpiecznym – jest bezbarwny, bezwonny i lekki. Jego gęstość względna w stosunku do otaczającego powietrza wynosi 0,07 a gęstość dla warunków normalnych 0,082 kg/m³.

Zgodnie z zapisami z Rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy pomieszczenia (…), w których istnieje niebezpieczeństwo wydzielania się substancji sklasyfikowanych jako niebezpieczne, powinny być wyposażone w urządzenia zapewniające sygnalizację o zagrożeniach (Rozdział 6, §97, ust. 1 pkt 1). Rolę taką spełnia system detekcji wodoru montowany w pomieszczeniu ładowania akumulatorów. Oprócz sygnalizowania zagrożenia gromadzącym się gazem, system ten spełnia również przesłanki urządzenia przeciwpożarowego. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów rolą urządzeń przeciwpożarowych jest zapobieganie powstaniu, wykrywanie, zwalczanie pożaru lub ograniczanie jego skutków (Rozdział 1, §2, ust. 1, pkt 9). Zadaniem systemu detekcji wodoru jest sygnalizowanie niebezpiecznych stężeń tego gazu w pomieszczeniu, a także ochrona przed wybuchem dzięki współpracy z urządzeniami zewnętrznymi jakimi są system wentylacji mechanicznej oraz układ rozłączający dalsze ładowanie baterii akumulatorowych.

System detekcji wodoru w akumulatorowni

Dodatkowo w §3 ust. 1 Rozporządzenia w sprawie ochrony przeciwpożarowej (…) zaznaczono, iż urządzenia przeciwpożarowe w obiekcie powinny być wykonane zgodnie z projektem uzgodnionym przez rzeczoznawcę do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych. Wytyczne projektowania pomieszczeń, w których odbywa się proces ładowania akumulatorów opisane są m.in. w PN-EN 62485-3:2014 Wymagania bezpieczeństwa dotyczące akumulatorów i ich instalowania – Część 3: Akumulatory trakcyjne.

Typowym rozwiązaniem dla pomieszczeń akumulatorowni jest system detekcji wodoru w oparciu o detektory typu DEX-73/N, które przeznaczone są do użytkowania w strefach zagrożonych wybuchem gazów (Ex db IIC T4). Detektory współpracują z modułami sterującymi typu MD lub MDP. Uzupełnieniem są sygnalizatory optyczno-akustyczne SL-21 lub SL-32.

W procesie ładowania baterii akumulatorowych wodór produkowany jest w sposób ciągły, a jego emisja trwa jeszcze przez pewien czas po wyłączeniu prostowników (należy opierać się o dane podawane przez producentów akumulatorów). Ważne jest, aby system detekcji nie był traktowany jako sterownik wentylacji, która uruchamiana jest wyłącznie w momencie załączenia alarmu sygnalizującego powstanie niebezpiecznego stężenia wodoru w monitorowanym pomieszczeniu. System wentylacji powinien pracować w sposób ciągły i na bieżąco usuwać produkowany wodór nie dopuszczając do jego gromadzenia się. System detekcji pełni funkcję systemu bezpieczeństwa, który zadziała w momencie awarii wentylacji mechanicznej lub w przypadku zbyt małej wydajności wentylatorów wyciągowych, które w warunkach standardowej pracy nie są w stanie usunąć wodoru z pomieszczenia.

Akumulatorownie definiowane są jako pomieszczenie przeznaczone wyłącznie do ładowania baterii i ich konserwacji. Najczęściej spotykanymi rozwiązaniami są ładownie modułowe z okapem zlokalizowanym tuż nad bateriami (baterie ładowane na łożach rolkowych lub stalowych podstawach) lub okapy zbiorcze (baterie ładowane w komorach wózków). Zastosowanie okapów umożliwia skuteczne usuwanie emitowanego wodoru.

Detektory należy montować w najwyższych punktach pomieszczenia – w miejscach narażonych na gromadzenie się gazu. Pod uwagę należy wziąć konstrukcję stropu, stałe przeszkody architektoniczne tworzące pod stropem zamknięte przestrzenie lub dzielące go na strefy bez swobodnego przepływu powietrza (podciągi, konstrukcja nośna pomieszczenia).

Hale produkcyjne i magazynowe wyposażone w nagrzewnice lub promienniki gazowe

Zgodnie z wytycznymi zawartymi w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie w pomieszczeniach, w których łączna nominalna moc cieplna urządzeń gazowych przekracza 60 kW należy zastosować tzw. urządzenie sygnalizacyjno-odcinające dopływ gazu (Dz.U. Nr 75, poz. 690, Dział IV. Rozdział 7 Instalacja gazowa na paliwa gazowe, §158). Elementem składowym urządzenia sygnalizacyjno-odcinającego jest zawór odcinający dopływ gazu do budynku, który powinien być instalowany poza budynkiem, między kurkiem głównym a wprowadzeniem przewodu do budynku (§158 pkt 6). Obowiązek stosowania systemu sygnalizacyjno-odcinającego dopływ gazu dotyczy zatem m.in. kotłowni w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych i w budynkach użyteczności publicznej (kategoria zdefiniowana w §3, ust. 6), kuchni restauracyjnych i hotelowych, stołówek, hal przemysłowych i magazynowych z systemem grzewczym w postaci nagrzewnic lub promienników gazowych oraz innych pomieszczeń, w których łączna moc zainstalowanych urządzeń gazowych przekracza 60 kW.

Cyfrowy system detekcji gazu ziemnego w hali przemysłowej

Z myślą o optymalizacji kosztów związanych z wykonaniem instalacji systemu detekcji gazów w rozległych obiektach przemysłowych, firma GAZEX opracowała Cyfrowy System Detekcji Gazów (CSDG). Znalazł on szerokie zastosowanie w halach produkcyjnych i magazynowych wyposażonych w nagrzewnice lub promienniki zasilane gazem ziemnym lub gazem płynnym. Architektura systemu magistralowego oparta jest o moduł sterujący MDD-256/T. W systemie wykorzystano protokół komunikacyjny Modbus RTU, a transmisja danych odbywa się w standardzie RS-485. Za wykrywanie wycieków gazu odpowiedzialne są detektory DG-14/M (gaz ziemny) lub DG-15/M (propan/propan-butan). System współpracuje z zaworem lub zaworami MAG-3 odcinającymi dopływ gazu. Sygnał sterujący do zaworu przekazywany jest z modułu MDD-ZW. CSDG pozwala na lokalną sygnalizację wycieków gazu – sygnalizatory optyczno-akustyczne SL-21 lub SL-32 zamontowane w miejscach wskazanych przez projektanta uruchamiane są za pośrednictwem modułów wyjść alarmowych MDD-S2. W zależności od potrzeb, system może być rozbudowywany o moduły dodatkowe: wizualizacyjny MDD-L32/T, wykonawcze MDD-R4/T, MDD-C32/T.

Ilość zastosowanych detektorów zależna jest od kilku czynników: powierzchni chronionego pomieszczenia, ilości odbiorników gazu, rodzaju stropu, barier architektonicznych w postaci podciągów tworzących pod stropem zamknięte przestrzenie, pomiędzy którymi gaz nie może się swobodnie przemieszczać. W przypadku pomieszczeń ze stropem płaskim lub o niewielkim spadku detektory metanu umieszczane są zwykle pod stropem nad odbiornikami gazu. Jeśli pomieszczenie zwieńczone jest kalenicą, a przepływ gazu do najwyższego punktu nie jest ograniczony żadnymi barierami architektonicznymi, należy rozważyć umieszczenie detektorów nie nad odbiornikiem gazu, a w kalenicy.

Jeśli pomieszczenie zasilane jest gazem płynnym propan-butan, detektory umieszczamy 20-30 cm nad poziomem posadzki. Rozporządzenie w §157 ust. 8 zabrania stosowania instalacji gazowych zasilanych gazem płynnym w pomieszczeniach, których poziom podłogi znajduje się poniżej otaczającego terenu oraz w których znajdują się studzienki lub kanały instalacyjne i rewizyjne poniżej poziomu podłogi.

Garaże podziemne

Konieczność stosowania systemów detekcji CO i LPG w garażach podziemnych opisana jest w Rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 75, poz. 690, Dział III. Rozdział 10 Garaże dla samochodów osobowych, §108). System detekcji współpracuje z wentylacją bytową. W zależności od przyjętego przez projektanta rozwiązania może to być system wentylacji kanałowej lub strumieniowej.

Opracowany przez firmę GAZEX Cyfrowy System Detekcji Gazów (CSDG) umożliwia monitorowania stanu pracy poszczególnych urządzeń. Architektura systemu magistralowego oparta jest o moduł sterujący MDD-256/T. W systemie wykorzystano protokół komunikacyjny Modbus RTU, a transmisja danych odbywa się w standardzie RS-485. Za wykrywanie gazów odpowiedzialne są detektory typu DG-EN/M (model DG-22.EN/M dla CO oraz model DG-15.EN/M dla LPG). Moduł sterujący MDD-256/T może obsłużyć maksymalnie 224 detektory i 21 modułów wykonawczych.

Cyfrowy system detekcji gazu ziemnego w garażu podziemnym

Funkcjonalność modułów dodatkowych takich, jak MDD-L32/T (wizualizacja stanów 32 detektorów), MDD-C32/T (32 wyjścia typu OC), MDD-R4/T (dodatkowe wyjścia stykowe) pozwala realizować skomplikowane scenariusze pracy wentylatorów strumieniowych w rozległych halach garażowych. System wentylacji uruchamiany jest zgodnie opracowanym przez projektanta scenariuszem tak, aby zapewnić odpowiednie parametry jakości powietrza. CSDG umożliwia wizualizację stanów pracy poszczególnych detektorów na ekranie monitora po zainstalowaniu programu MDD256 View, dostępnego bezpłatnie na stronie oprogramowanie.

Uzupełnieniem systemów detekcji są tablice ostrzegawcze LED jednostronne lub dwustronne typu TP-4.s. Umieszczone na nich napisy informują użytkowników garażu o potencjalnym zagrożeniu związanym z nadmiernym stężeniem CO i LPG. Tablice mogą być umieszczone w hali garażowej wzdłuż alejek, po których poruszają się samochody, przed wejściem do garaży od strony klatek schodowych lub na zewnątrz budynku przy wjeździe od garażu. Tablice ostrzegawcze są elementem dodatkowym poprawiającym bezpieczeństwo użytkowania garażu podziemnego.

Dla użytkowników przywiązanych do tradycyjnych rozwiązań firma GAZEX opracowała unikatowe w swojej prostocie i niezawodne w działaniu rozwiązanie – detektory typu WG.EG (detektor CO model WG-22.EG, detektor LPG model WG-15.EG). W systemie detekcji CO i LPG opartym o detektory typu WG.EG wyeliminowano moduł sterujący jako urządzenie pośredniczące w przekazywaniu sygnału do układu sterowania wentylatora. Sterowanie pracą wentylatora realizowane jest za pomocą stycznika zewnętrznego zamontowanego w rozdzielnicy elektrycznej. W przypadku dużych obiektów, system detekcji można podzielić na strefy. Każda ze stref obsługiwana jest osobnym wentylatorem lub grupą wentylatorów wyciągowych. Systemy detekcji oparte o detektory typu WG.EG są popularnym rozwiązaniem stosowanym w garażach podziemnych w budownictwie mieszkaniowym wielorodzinnym, stacjach diagnostyki pojazdów, warsztatach samochodowych.

Gęstość tlenku węgla jest zbliżona do gęstości otaczającego powietrza. Jego dyfuzja wspomagana jest przez cykliczne załączanie systemu wentylacji bytowej (przewietrzanie czasowe), ruch pojazdów, otwieranie bramy wjazdowej i drzwi od klatek schodowych. Tlenek węgla wnika do organizmu wyłącznie przez układ oddechowy, zatem jako zalecaną wysokość montażu detektorów CO przyjęto 1,8 m nad poziomem posadzki. Nie zaleca się montażu urządzeń tuż pod stropem.

Propan-butan jest gazem blisko 2 razy cięższym od powietrza. W przypadku rozszczelnienia samochodowej instalacji gazowej będzie zalegać przy posadzce i może doprowadzić do powstania mieszaniny wybuchowej gazu z otaczającym powietrzem. Detektory LPG montuje się zatem nisko – dolna krawędź detektora maksymalnie 0,3 m nad poziomem posadzki. Standardowo detektory CO i LPG montowane są w tych samych miejscach. Detektor LPG zasilany jest bezpośrednio z zamontowanego wyżej detektora CO. Detektory LPG, ze względu na wysokość montażu, narażone są na uszkodzenia mechaniczne. W miejscach szczególnie eksponowanych warto je wyposażyć w osłony rurowe typu AR-1, zabezpieczające przed bezpośrednim kontaktem ze zderzakiem samochodu.