(Nie)bezpieczne projektowanie systemów detekcji gazów

System scentralizowany czy detektory samodzielne

(garaże, hale z promiennikami, obiekty wielkopowierzchniowe)

Wydawałoby się, że w kontekście bezpieczeństwa nie ma różnicy pomiędzy zastosowaniem detektorów samodzielnych (czyli kompaktowych urządzeń, które są jednocześnie detektorem i jednostką sterującą – czyli po prostu detektorem z wyjściami sterującymi, najczęściej stykowymi), a zastosowaniem systemu scentralizowanego czyli detektorów podłączonych do centrali (analogowych gdzie każdy detektor ma swój przewód oraz cyfrowych gdzie detektory posiadają adresy i mogą być rozmieszczone na jednej lub wielu liniach). Sprawdźmy jednak czy te rozwiązania mogą mieć punkty niebezpieczne.

Duże powierzchniowo obiekty jak garaże czy hale często potrzebują wielu detektorów pomiędzy którymi są znaczne odległości. To oznacza wiele metrów przewodu i wiele potencjalnych miejsc uszkodzeń. Co się stanie gdy przerwany zostanie obwód zasilania?

Jak widać na powyższym schemacie w przypadku prostych detektorów samodzielnych, sterujących urządzeniami za pomocą styków, uszkodzenie linii zasilania nie jest w żaden sposób monitorowane. Użytkownik nie zostanie powiadomiony, że detektory znajdujące się za uszkodzeniem nie działają. Cyfrowy system rozpoznaje brak komunikacji z detektorami o określonych adresach i uruchamia sygnalizację awarii.

Podobna różnica będzie w przypadku usterki samego detektora. System cyfrowy identyfikuje urządzenie, które nie działa poprawnie. W przypadku detektorów samodzielnych ze stykami nie jest przesyłany sygnał o awarii. Niektóre modele czujników samodzielnych mogą być wyposażone w wyjście stykowe awarii, które umożliwia przesłanie sygnału o braku zasilania lub niektórych uszkodzeniach detektora, ale nie umożliwia ono zidentyfikowania wadliwego detektora (taki sygnał obejmuje całą linię). W obu powyższych przypadkach brak zasilania detektorów lub ich awaria może być ewentualnie dostrzeżona na urządzeniach przez użytkownika. Co oczywiste im większy system i mniejsza ilość pracowników tym trudniej przypadkiem zauważyć, że dioda na którymś detektorze się nie świeci lub świeci się na pomarańczowo (kolor awarii). Trzeba też pamiętać, że automatyczne systemy zabezpieczeń nie są projektowane i wdrażane po to aby użytkownicy musieli je dodatkowo kontrolować wizualnie.

Ze wszystkich możliwości definitywnie najgorszą sytuacją jest jednak uszkodzenie przewodu komunikacji (styków).

Wyraźnie widać, że w odróżnieniu od systemu cyfrowego przy uszkodzeniu przewodu styków (sterowania) detektory samodzielne nie zgłoszą żadnego komuniaktu o awarii. Dodatkowo same nie będą uszkodzone więc użytkownik nie ma możliwości wizualnego zauważenia usterki. Tego typu uszkodzenie może zostać wykryte jedynie przez przeprowadzenie poprawnego serwisu systemu z uwzględnieniem testu sterowania urządzeniami wykonawczymi przez każdy z detektorów systemu.

Lokalizacja detektorów, a zakłócenia

Rozmieszczając urządzenia pomiarowe oczywiście na pierwszym miejscu jest takie ulokowanie detektora aby migrujący i gromadzący się gaz mógł zostać wykryty w odpowiednim momencie. Nie wolno jednak zapominać, że nie liczy się tylko budowa obiektu i naturalne tendencje gazów do przemieszczania się w pionie i poziomie. W rzeczywistych warunkach trzeba wziąć pod uwagę wiele możliwych scenariuszy oraz czynniki, które mogą negatywnie wpływać na pomiar, wprowadzać zakłócenia, a nawet uniemożliwiać wykrycie gazu. Poniższe zdjęcia wskazują kilka miejsc i czynników, które negatywnie wpływają na detekcję gazu lub same urządzenia. Podczas projektowania rozmieszczenia, a także montażu detektorów należy unikać takich miejsc oraz uwzględniać dodatkowe zabezpieczenia. Kluczowe jest tu doświadczenie projektanta, które pozwoli na poprawne przewidywanie migracji gazu oraz wybór optymalnych lokalizacji wolnych od czynników zakłócających.

Nieprawidłowa wysokość montażu detektorów

Jednym z głównych parametrów wpływających na lokalizację detektorów jest przewidywane miejsce gromadzenia się danego gazu. W przypadku gazów lżejszych od powietrza będą one unosiły się do góry i gromadziły w najwyższych partiach pomieszczenia. Detektor umieszczony nisko nie będzie skuteczny. Trzeba pamietać, że nie chodzi tu o umieszczanie detektorów nad urządzeniami gazowymi tylko w miejscach gdzie gaz będzie się gromadził. Oczywiście zasada ta dotyczy także gazów cięższych od powietrza gromadzących się przy podłożu.

Powyższy przykład ilustruje błędną lokalizację detektora gazów cięższych od powietrza. Takie umiejscowienie urządzenia niesie za sobą wiele zagrożeń i wynika z wcześniejszych błędnych założeń projektowych obiektu. W przypadku gdy na obiekcie są używane gazy cięższe od powietrza nie powinno być w nich zagłębień, studni ani kratek połączonych z siecią kanalizacyjną. Próba ochrony ich poprzez umieszczanie w nich detektorów nie jest dobrym rozwiązaniem. Gdy gaz dostanie się do wnętrza nie ma żadnego zabezpieczenia (np. wentylacji), które mogłoby go usunąć. Panujące tam warunki znacznie przekraczają dopuszczone przez producentów. Detektory z założenia nie są hermetyczne, a więc kontakt z wodą powoduje ich zniszczenie i możliwe zwarcia instalacji. Nie trzeba chyba wspominać, że umieszczanie w studni niezabezpieczonego urządzenia zasilanego 230VAC stanowi zagrożenie dla życia.

Przepływy powietrza

Aby detektor mógł poprawnie wykrywać gazy powietrze nie może się zbyt szybko poruszać. Zbyt duży przepływ powietrza powoduje zaburzenia pomiaru, a nawet może uniemożliwiać pomiar. Dlatego detektory powinny być umieszczane w pewnej odległości od naturalnych i sztucznych nawiewów i wyciągów powietrza.

Istnieje możliwość pomiaru gazów w kanałach wentylacyjnych, ale wtedy stosowane są specjalne sondy kanałowe, które stabilizują przepływ powietrza na odpowiednim poziomie pozwalając na prawidłowy pomiar.

Substancje zakłócające

Detektory choć bardzo zaawansowane technologicznie, nie są doskonałe. Mogą reagować na wiele innych substancji niż pożądana (wzorcowa). To tzw. substancje zakłócające (cross'owe). Niektóre substancje mogą niszczyć sensor (tzw. substancje zatruwające). Oznacza to, że wybierając lokalizację detektorów należy ocenić czy w danym miejscu mogą występować inne czynniki chemiczne mogące mieć wpływ na działanie detektora. Do najczęstszych należą substancje uwalniane podczas procesów technologicznych lub prowadzonych prac, emisja z pojazdów, środki czyszczące czy emisja z naturalnych procesów. Eliminacja lub minimalizowanie ich wpływu nie jest łatwe i wymaga sporego doświadczenia od projektującego. Często też konieczne są modyfikacje systemu po pewnym czasie eksploatacji i tu może pomóc wybór cyfrowego systemu, który umożliwia wprowadzenie takich zmian.

Praca w trudnych warunkach

Obiekty wymagające zabezpieczenia często stanowią trudne środowisko pracy dla urządzeń elektronicznych. Detektory gazów posiadają zakres parametrów przewidziany przez producenta. Dodatkowo trzeba pamiętać o możliwych czynnikach mogących uniemożliwić prawidłową detekcję jak zanieczyszczenia, lakiery, tłuszcze czy woda w różnych stanach skupienia. W takich sytuacjach detektor często pokazuje tylko atmosferę jaka jest w komorze sensora. Jest to bardzo niebezpieczna sytuacja bowiem użytkownik nie jest informowany o zagrożeniu, a urządzenia zabezpieczające nie są uruchamiane.

Tego typu lokalizacje jak na fot.10 nie są przeznaczone na stały pobyt ludzi więc zamiast stacjonarnej nieefektywnej detekcji gazów lepszym rozwiązaniem mogą się okazać przenośne detektory gazów z pompką zasysającą np. typu Multi Gas Clip Pump wyposażone w podczerwony sensor gazów wybuchowych. Natomiast w trakcie długotrwałych prac stosuje się strefowe detektory gazów zapewniające nie tylko stały pomiar i sygnalizację lokalną, ale także powiadomienie alarmowe i przesyłanie pomiarów on-line np. do osoby nadzorującej prace czy służb BHP.

Obecność tła gazowego, a cel detekcji

Podobnie lokalizowanie detektorów w miejscach gdzie gazy występują ciągle ze względu na prowadzony proces lub zachodzące zjawiska fizyko-chemiczne np. w osadnikach oczyszczalni ścieków jak na fot.10, zbiornikach podziemnych, komorach lakierniczych, wannach ociekowych, komorach spalania czy okapach wyciągowych wentylacji (np. w ładowalniach akumulatorów, odsysania spalin, odciągach spawalniczych) także nie jest w większości prawidłowe. Większość typów detektorów pracując w tle gazowym (czyli ciągłej obecności gazu w powietrzu) ulega bardzo szybkiej degradacji. Takie miejsca powinny być odpowiednio zabezpieczone np. wyznaczeniem strefy zagrożenia wybuchem, ciągłą wentylacją itp. Ponieważ zagrożenie występuje tam stale.

Przykładowo nie ma sensu wykrywanie wodoru w okapie wentylacji wyciągowej ładowalni akumulatorów kwasowych ponieważ wiadomo, że wodór jest emitowany podczas procesu i po zakończeniu ładowania. W takim przypadku wentylacja wyciągowa ma pracować w trakcie całego procesu i po zakończeniu ładowania aby usuwać ten wodór. Natomiast detektory wodoru będą miały sens w samym pomieszczeniu ładowalni akumulatorów umożliwiając wykrycie wodoru i zatrzymanie ładowania w przypadku awarii wentylacji wyciągowej, nadmiernej ilości ładowanych akumulatorów (braku odbioru wodoru przez wentylację) czy ładowania akumulatorów poza okapami. Więcej piszemy o tym przypadku w materiałach projektowych detekcji dla ładowalni akumulatorów.

Detektory w standardowej detekcji gazów mającej na celu ochronę obiektów z założenia mają działać w czystym powietrzu i reagować jeżeli substancja pojawi się w nim na skutek awarii. Paradoksalnie celem systemu detekcji nie jest informowanie o wycieku gazu ani monitorowanie stężenia gazów w procesie. Celem systemu detekcji jest ochrona osób i obiektu. Natomiast do celów detekcji wycieków, uszkodzeń czy pomiaru stężenia gazów w procesach należy przewidzieć osobną detekcję procesową często opartą o inne rodzaje detektorów (wytrzymujące pracę w określonych warunkach). Oczywiście mogą znaleźć się zastosowania gdzie detektory "obiektowe" będą mogły być użyte do informowania o wyciekach, ale są to raczej wyjątkowe przypadki i wymagają szczegółowych konsultacji.

Podsumowanie

Jak widać powyżej detekcja gazów może nie być łatwym tematem projektowym i wymaga przewidzenia wielu szczegółów często niewidocznych na pierwszy rzut oka. Dlatego podczas projektowania Państwa obiektów zapraszamy do skorzystania z naszego bezpłatnego wsparcia dla projektantów. Kontakt do działu wsparcia projekty@detektory.pl

Informacje podane w artykule mają charakter poglądowy. P.T.SIGNAL oraz autor nie biorą odpowiedzialności za ich wykorzystywanie w jakikolwiek sposób w jakimkolwiek celu.

© Copyright Michał Domin P.T.SIGNAL 2023 Niniejszy artykuł objęty jest prawem autorskim. Kopiowanie, udostępnianie lub wykorzystywanie całości lub fragmentów bez zgody autora jest zabronione. Znaki towarowe, nazwy i loga użyte w artykule są własnością odpowiednich podmiotów i mogą być objęte stosowną ochroną prawną.
Ilustracje: Michał Domin
Zdjęcia z archiwum P.T.SIGNAL

Zawarte w publikacji materiały (w tym schematy) mogą być wykorzystwywane do wykonywania komercyjnych projektów systemów detekcji gazów.

Nota prawna w zakresie przywołania norm: cytaty i interpretacje cytatów w swobodnym tłumaczeniu pochodzących z norm są wykorzystywane na potrzeby publikacji na podstawie art.29 ustawy Prawo Autorskie oraz pkt 4.5 Regulaminu udzielania zezwoleń na korzystanie z praw autorskich i praw zależnych do Polskich Norm i innych dokumentów normalizacyjnych z dnia 24-03-2022 r.

Aktualizacja: 06.2023