Odcinanie gazu w obiektach technologicznych – funkcja ATQ

Paliwo gazowe w formie gazu ziemnego lub gazu płynnego jest wykorzystywane w różnych celach. Oprócz typowego zastosowania grzewczego znaczna ilość gazu jest wykorzystywana w celach technologicznych. Różnego rodzaju piece czy palniki zasilane gazem stanowią często główny element linii produkcyjnej. Istotnym elementem różniącym instalacje technologiczne od instalacji grzewczych jest często brak możliwości ich nagłego wyłączenia lub znaczne problemy z tym związane. Łatwo sobie wyobrazić piec hutniczy, w którym nie można pozostawić roztopionego metalu ponieważ oznaczałoby to praktycznie wymianę pieca. Linia technologiczna nie może być nagle wyłączona ponieważ jej "wsad" zostałby zniszczony, zablokował elementy urządzeń i spowodował znaczne straty. Oczywiście nawet w takich przypadkach istnieje często możliwość nagłego przerwania pracy ze względów bezpieczeństwa, ale straty przy tym generowane są często ogromne.

Jak więc pogodzić instalacje technologiczne z systemem detekcji gazów, którego głównym założeniem jest odcięcie gazu?

Odcinanie gazu w obiektach technologicznych – przepisy

Co ważne ustawodawca dostrzegł różnicę w rodzaju instalacji i wprowadził odpowiedni zapis:
Dz.U. 2022 poz. 1255 "Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie"

"§156.6. Wymagania dla instalacji gazowych, o których mowa w rozporządzeniu, nie dotyczą instalacji przeznaczonych dla celów rolniczych i produkcyjno-przemysłowych (technologicznych).”

Tym samym wymogi dla instalacji gazowych (w tym dla detekcji gazów) nie obowiązują instalacji technologicznych. Nie jest to jednak powód do zadowolenia. Nie oznacza to bowiem, że nic nie trzeba robić, a wręcz odwrotnie. Oznacza to, że całość zabezpieczeń takiej instalacji technologicznej spoczywa na barkach projektanta i nie ma on wsparcia w regulacjach prawnych. Tym samym przy jakimkolwiek zdarzeniu to projektujący będzie musiał udowodnić, że zabezpieczenie, które zastosował było skuteczne.

Odcinanie gazu w obiektach technologicznych - sprzeczne wymogi

Z jednej strony konieczne jest monitowanie wycieku gazu i w razie zagrożenia zabezpeczenie obiektu, a z drugiej strony nie można doprowadzić do nieuzasadnionego odcięcia gazu dla instalacji. Pogodzenie tego stanowi wyzwanie i musi być ściśle uzgodnione z technologami instalacji oraz właścicielem obiektu na etapie projektowania. Typowe rozwiązania gdzie detektor wywołuje alarm i odcina gaz są niedopuszczalne. Istnieją 2 drogi rozwiązania tego problemu:

Odcinanie gazu w obiektach technologicznych – rozwiązania

Pierwszym rozwiązaniem jest ograniczenie systemu detekcji wyłącznie do funkcji informacyjnej.
Czyli zakładamy, że przy wykryciu gazu system detekcji informuje obsługę, a to człowiek podejmuje dalsze decyzje. Takie rozwiązanie wymaga obsługi ciągłej obiektu (całodobowej) ponieważ nie można pozostawić obiektu bez ochrony. Co istotne system musi zapewnić informację o stężeniu gazu (system pomiarowy), a nie tylko o osiągnięciu progu alarmowego (system progowy). Operator otrzymując informację musi wiedzieć jakie jest bieżące stężenie gazu i postępować wg procedur przyjętych dla danej wartości. Do tego system musi zapewnić rzetelną informację, a więc operator nie może polegać na 1 czujniku, który zwyczajnie może ulec awarii lub się rozkalibrować. W takim przypadku należy zastosować 2 czujniki lub czujniki 2 sensorowe z sensorami wykonanymi w różnych technologiach (najczęściej sensor katalityczny i sensor podczerwony). Dzięki temu operator otrzymując informację będzie mógł łatwiej ocenić czy ma do czynienia z awarią czujnika czy z rzeczywistym zagrożeniem.

Drugim rozwiązaniem jest system detekcji z automatycznym odcinaniem gazu.
W wielu wypadkach całodobowe utrzymywanie obsługi jest niemożliwe i/lub konieczne jest automatyczne zabezpieczenie obiektu. Oczywiście takiego rozwiązania nie możemy opierać na tradycyjnym systemie detekcji, w którym którykolwiek czujnik zgłosi alarm to odcina cały proces technologiczny. W cyfrowych systemach MSR PolyGard2 dostępna jest funkcja ATQ – Alarm Trigger Quantity. Jest to technologia znana z innych systemów (np. pożarowych) gdzie alarm (wyjście sterujące) jest uruchamiany dopiero wówczas gdy odpowiednia liczba czujników zgłosi stan alarmowy. Przykładowo możemy zaprojektować, że dla danej instalacji do odcięcia gazu wymagane jest aby 2 detektory zgłosiły alarm na odpowiednim poziomie. Takie rozwiązanie pozwala zminimalizować fałszywe alarmy spowodowane usterką lub rozkaliborwaniem danego czujnika. Pamiętajmy, że stosując tego typu funkcję musimy zapewnić odpowiednio większą liczbę detektorów na obiekcie. Nie muszą one być zdublowane, ale powinno być ich na tyle dużo, aby potencjalne zagrożenie miało szansę na pobudzenie wymaganej przez nas liczby detektorów. Dobrze jest także stosować różne technologie wykrywania gazu np. katalityczną i podczerwoną co pozwala na dodatkową eliminację niektórych czynników zewnętrznych mogących oddziaływać na daną technologię pomiarową.

Wrażliwe technologie.
Przy tak kluczowych zastosowaniach należy stosować możliwie najodporniejsze technologie o niskiej reakcji na czynniki zewnętrzne. Zdecydowanie najgorszym wyborem są tu sensory półprzewodnikowe, które są wrażliwe na zmiany wilgotności i temperatury, a także na większość innych gazów lub susbstancji w powietrzu. Naturalna tendencja sensorów półprzewodnikowych do uczulania się z wiekiem także nie jest korzystna ponieważ może prowadzić do fałszywych alarmów. Technologia katalityczna jest pod tym względem znacznie odporniejsza, ale nie jest wolna od zagrożeń. Trzeba pamiętać, że może reagować na niektóre sustancje (szczególnie krzemiany). Obie technologie wymagają tlenu do pomiaru więc w środowiskach potencjalnie beztlenowych należy ich unikać. Najlepszym rozwiązaniem są detektory podczerwone (Infra-Red), które z racji konstrukcji są najmniej podatne na czynniki zewnętrzne.

Pamietajmy też o granicznych warunkach pracy urządzeń detekcyjnych. Wiele obiektów technologicznych może charakteryzować wysoka temperatura lub wilgotność. Warto dobrze przemyśleć dobór urządzeń w takich miejscach i skorygować ich rozmieszczenie.

Awaria, a nie alarm. Projektuj zgodnie z SIL

Niektóre systemy, przy uszkodzeniu przewodu, awarii elementu pomiarowego, a nawet komunikatach serwisowych zgłaszają alarm co jest niedopuszczalne. Tego typu zdarzenia powinny być kwalifikowane jako awaria i odpowiednio sygnalizowane obsłudze. Aby mieć pewność dobrego doboru najlepiej stosować systemy certyfikowane w zakresie SIL (Safety Integrity Level – poziom nienaruszlaności bezpieczeństwa). SIL stawia określone wymagania inżynierom i zapewnia określoną funkcjonalność urządzeń automatyki (nie tylko systemów detekcji). Dzięki temu unikniemy alarmów wywołanych przez nieprawidłową konstrukcję systemu, którą często trudno zweryfikować na etapie projektowania. Odpowiedni poziom dla systemów detekcji to SIL2.

Systemy "specjalnej troski" i koszty eksploatacji
Systemy w takich obiektach muszą pracować niezawodnie. Pamiętajmy, że producenci podają wymagania serwisowe i czasokresy eksploatacji dla normalnych warunków i czystego powietrza przewidując dość duże możliwe odchyłki w danym przedziale czasowym. W przypadku tak wrażliwych instalacji może to być ryzykowne. Dlatego projektując tego typu system projektant może i powinien podjąć decyzję o skróceniu wszelkich okresów serwisowych oraz przewidywanego czasokresu eksploatacji o połowę. Oczywiście to oznacza koszty dla użytkownika i dlatego warto stosować rozwiązania, które je obniżają. Oprócz standardowych wymiennych sensorów jest to możliwość kalibracji w miejscu instalacji oraz łatwy dostęp do elementów systemu (np. przez zastosowanie detektorów z sensorem wyniesionym typu PolyRange).

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