Detektor propanu-butanu C3H8-C4H10

Detektor propanu-butanu stanowi kluczowy element zapewnienia bezpieczeństwa w pomieszczeniach, gdzie używane są instalacje i urządzenia gazowe zasilane gazem płynnym. Wyciek gazu w takim miejscu niesie ze sobą ryzyko powstania atmosfery wybuchowej co przy sprzyjających warunkach prowadzi do wybuchu. Zadaniem czujnika propanu-butanu jest wykrycie zagrożenia w odpowiednim czasie pozwalającym na podjęcie odpowiednich kroków zapobiegających czy to przez ludzi (obsługę) czy automatycznie np. poprzez odcięcie dopływu gazu (instalacje gazowe) lub wentylację (np. parkingi dla pojazdów LPG).

Zarówno propan (C₃H₈) jaki butan (C₄H₁₀) to gazy cięższe od powietrza a ich współczynnik ciężaru względem powietrza wynosi odpowiednio 1,52 oraz 2,01. W praktyce oznacza to, że w przypadku wycieku mają one tendencję do rozprzestrzeniania przy podłożu (ścielenia). Propan-butan będzie się gromadził we wszelkiego rodzaju zagłębieniach, jak niecki, odwodnienia, odpływy czy studnie. W celu zapewnienia skutecznej detekcji wczesnego wycieku propanu i butanu, zaleca się montowanie czujników propanu-butanu blisko poziomu podłogi oraz w odpowiednich lokalizacjach zapewniających szybkie wykrycie ewentualnego wycieku tych gazów i reakcję pozwalającą na redukcję zagrożenia.

Poniżej przedstawiono podstawowe właściwości propanu i butanu w formie tabeli.

Właściwości propanu i butanu

Rodzaj gazu	Wzór	Współczynnik ciężaru w stosunku do powietrza przy temperaturze powietrza 0oC (powietrze = 1,0)	Dolna Granica Wybuchowości (DGW) wg normy PN-EN-60079-20-1 2010P	Górna Granica Wybuchowości (GGW) wg normy PN-EN-60079-20-1 2010P	Klasa temperaturowa	Grupa
Propan	C3H8	1,52	1,7 %v/v	10,9%v/v	T1	IIA
Butan	C4H10	2,01	1,4 %v/v	9,3%v/v	T2	IIA

W przypadku mieszaniny gazów wybuchowych, takich jak propan i butan, istotnym parametrem jest Dolna Granica Wybuchowości (DGW). Oznacza ona minimalną wartość stężenia gazu wybuchowego w powietrzu, która pod wpływem bodźca termicznego może spowodować wybuch. Zakres pomiarowy czujników propan-butanu dla ochrony pomieszczeń to 0-100% Dolnej Granicy Wybuchowości (DGW). Kluczowym aspektem zapewniającym bezpieczeństwo jest ustawienie odpowiednich progów alarmowych. Zaleca się zachować tzw. margines bezpieczeństwa szczególnie istotny w sytuacjach gdzie mimo zamknięcia źródła gazu nadal może on gromadzić się w wyniku wycieku jego pozostałości z instalacji gazowej.

Dzięki takiemu podejściu unikniemy przekroczenia Dolnej Granicy Wybuchowości (DGW) i zapewnimy bezpieczeństwo obiektu. Skuteczny system detekcji, którego częścią jest detektor propanu-butanu, umożliwia nie tylko uruchomienie progów alarmowych, ale także pomiar wyświetlany na detektorze, centrali lub wizualizacji (SCADA) dzięki, któremu obsługa obiektu ma możliwość podejmowania odpowiednich reakcji.

Czujniki propanu-butanu są częścią systemu zabezpieczającego przed wybuchem i stanowią element systemu ochrony pożarowej według obowiązujących regulacji prawnych. W związku z tym wymagane jest wykonanie projektu takiego systemu detekcji przez uprawnionego projektanta oraz uzgodnienie go z rzeczoznawcą ds. ochrony przeciwpożarowej. Obecnie obowiązujące przepisy prawne nie określają konkretnych progów alarmowych dla detektorów propanu-butanu. Oznacza to, że to projektant jest odpowiedzialny za określenie parametrów detektorów propan-butanu, w taki sposób aby system detekcji propan-butanu spełniał konkretne wymagania, co pozwoli na skuteczne zabezpieczenie obiektu przy wycieku tego paliwa.

Pierwszy próg czujników propanu-butanu nie powinien być ustawiany na poziomie niższym niż 10% zakresu pomiarowego. Przy typowym zakresie 0-100% DGW wartość 10% Dolnej Granicy Wybuchowości (DGW) jest odpowiednim kompromisem, który minimalizuje niepotrzebne alarmy, jednocześnie zapewnia odpowiedni poziom wczesnego ostrzegania w przypadku rzeczywistego wycieku propan-butanu.

Poniżej przedstawiono przykładowe wartości progów dla detektorów propanu-butanu stosowanych w systemach ochrony instalacji gazowych wraz z przykładowymi reakcjami urządzeń wykonawczych.

Zakres pomiarowy czujnika propanu-butanu 0-100% DGW

Progi alarmowe systemu detekcji dla obiektów z instalacją gazową
Poziom gazu	Rodzaj pomiaru	Próg alarmowy detektorów	Powiadomienie BMS	Reakcja urządzeń wykonawczych
10% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 1	√	alarm optyczny sygnalizatora
20% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 2	√	alarm akustyczny sygnalizatora
30% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 3	√	odcięcie dopływu paliwa za pomocą zaworu elektromagnetycznego wysyłanie informacji SMS do obsługi przez moduł GSM
40% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 4	√	włączenie wentylacji (dla obiektów, które mogą być w taką wyposażone)

Gaz płynny jest wykorzystywany także do zasilania pojazdów, a tym samym detektory propanu-butanu wykorzystywane są także w halach garażowych, warsztatach czy stacjach kontroli pojazdów (SKP). Zabezpieczeniem takich obiektów jest wentylacja mechaniczna, która ma za zadanie obniżyć stężenie gazu w pomieszczeniu i usunąć go. Warto wspomnieć, że sterowanie wentylacją od czujników propanu-butanu (LPG) jest inne niż od czujników tlenku węgla (CO) ponieważ o ile wentylacja bytowa spalin pozwala na oszczędne energetycznie, wielostopniowe uruchamianie kolejnych poziomów lub wentylatorów, o tyle wentylacja paliwa gazowego po pierwszym stopniu ostrzeżenia powinna być uruchamiana na pełnej mocy już na drugim stopniu. Szerzej to zagadnienie jest opisane w materiałach branżowych dla hal garażowych lub warsztatów i stacji kontroli natomiast poniżej prezentujemy typowe progi dla tych obiektów. Wielostopniowe sterowanie pozwala na lepsze wykorzystanie urządzeń wentylacyjnych przy minimalizacji zużycia energii, a jednocześnie alarmowanie użytkowników (które de facto powinno oznaczać wdrożenie procedury ewakuacyjnej obiektu) dopiero wtedy gdy zagrożenie jest realne i taki alarm jest uzasadniony.

Zakres pomiarowy czujnika propanu-butanu 0-100% DGW

Progi alarmowe dla obiektów z pojazdami zasilanymi propanem-butanem WENTYLACJA KANAŁOWA
Poziom gazu	Rodzaj pomiaru	Próg alarmowy detektorów	Powiadomienie BMS	Reakcja urządzeń wykonawczych
10% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 1	√	załączenie wentylacji na I biegu
20% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 2	√	załączenie wentylacji na II biegu
30% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 3	√	załączenie sygnalizacji optycznej tablice LPG w budynkach komercyjnych i publicznych przekierowanie pojazdów na inny parking za pomocą systemu wskazywania wolnych miejsc parkingowych MSR-Traffic
40% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 4	√	załączenie sygnalizacji akustycznej

Zakres pomiarowy czujnika propanu-butanu 0-100% DGW

Progi alarmowe dla obiektów z pojazdami zasilanymi propanem-butanem WENTYLACJA STRUMIENIOWA
Poziom gazu	Rodzaj pomiaru	Próg alarmowy detektorów	Powiadomienie BMS	Reakcja urządzeń wykonawczych
10% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 1	√	załączenie wentylacji 25%
20% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 2	√	załączenie wentylacji 100%
30% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 3	√	załączenie sygnalizacji optycznej tablice LPG w budynkach komercyjnych i publicznych przekierowanie pojazdów na inny parking za pomocą systemu wskazywania wolnych miejsc parkingowych MSR-Traffic
40% DGW	wartość bieżąca CV - current value	PRÓG 4	√	załączenie sygnalizacji akustycznej

Istnieje kilka technologii pomiarowych, w które może być wyposażony detektor propan-butanu. Dawniej popularną technologią były sensory półprzewodnikowe, których sposób działania, w skrócie, opiera się na materiale zmieniającym swoją przewodność w obecności gazu. Choć nadal stosowany, sensor tego typu posiada wiele wad, co wpływa negatywnie na jego skuteczność. Nie jest on odporny na zmiany temperatury oraz wilgotności, co prowadzi do zakłócenia pomiarów. Ponadto, ma niską selektywność, co oznacza, że reaguje także na inne gazy niż tylko te, które ma wykrywać. W rezultacie sensory półprzewodnikowe nie są rekomendowane do zastosowania w detektorach propanu-butanu.

Technologia półprzewodnikowa w detektorach propan-butan zastępowana jest przez technologię katalityczną. Działa ona w oparciu o reakcję spalania i porównanie sygnału z dwóch elementów z czego jeden jest elementem reagującym, a drugi stanowi punkt odniesienia. Tego typu rozwiązanie umożliwia wyeliminowanie w dużym stopniu czynników zewnętrznych ponieważ oba elementy znajdują się w tej samej temperaturze, wilgotności czy ciśnieniu. Sama reakcja zapewnia wysoką selektywność obejmując jedynie gazy palne, a jednocześnie liniowość pomiarów czujnika propan-butan dzięki czemu reakcje czujnika są proporcjonalne do ilości mierzonego gazu. Technologia katalityczna jest rekomendowana w większości typowych zastosowań jak garaże, warsztaty, kotłownie, hale z promiennikami, kuchnie, obiekty z infrastrukturą gazową czy laboratoria.

Kolejną technologią w detektorach propan-butanu jest wykorzystanie światła podczerwonego IR (ang. Infra Red). Ten rodzaj sensora działa na zasadzie pomiaru ilości światła podczerwonego dostarczanego od nadajnika do odbiornika (wewnątrz małego sensora). Gdy gaz palny pojawi się między tymi elementami, pochłania część widma co w rezultacie sensor odczytuje jako stężenie gazu. Sensor podczerwony jest całkowicie odporny na przekroczenia zakresu pomiarowego lub działanie substancji “zatruwających”. W przeciwieństwie do poprzednich technologii do pomiaru nie jest niezbędny tlen co powoduje, że jest rekomendowany do miejsc gdzie może go brakować (np. na skutek wyparcia przez inne gazy).

Wybierając odpowiedni detektor propan-butanu należy uwzględnić nie tylko technologię sensorów do wykrywania gazów, ale także wymagania samego obiektu.

W strefach zagrożenia wybuchem mogą być instalowane jedynie czujniki propan-butanu certyfikowane do pracy w takich miejscach (ATEX). Do większości miejsc podstawowym stopniem ochrony jest IP65 natomiast w miejscach gdzie mogą wystąpić trudne warunki pracy (np. kanały serwisowe na warsztatach, stacje paliw, obiekty morskie, przemysł) zastosowanie mają detektory z nasadkami IP66. Nie mniej istotnym aspektem jest również bezpieczeństwo integralne całego systemu detekcji. Projektując system detekcji musimy być pewni, że będzie on działał w określony sposób, a ewentualne usterki będą odpowiednio zgłaszane. Projektant systemu nie ma możliwości weryfikacji jego działania i zamiast wątpliwych zapewnień sprzedawcy lepiej kierować się certyfikatami, które zapewniają ochronę dla osoby projektującej. Dla systemów automatyki, a w tym detekcji gazów takim certyfikatem jest SIL (Safety Integrity Level). Rekomendowany poziom dla systemów i czujników propan-butanu to SIL2.

Szczegółowo opisane systemy detekcji gazów, w których stosowany jest detektor propan-butanu znajdą Państwo w materiałach i zakładkach poszczególnych branż: