Detekcja gazów w przemyśle rafineryjnym, bazach paliw i stacjach benzynowych cz. 3/3

544

Część 3  dobór systemu detekcji gazów toksycznych i tlenu, lokalizacja detektorów, sygnalizacja, wizualizacja, uruchomienie i przeglądy techniczne Dobór systemu detekcji c.d. Gazy toksyczne i tlen charakteryzują się zarówno innymi parametrami, innemu rozmieszczeniu jak i odmiennym schematami sterowania.

SIARKOWODÓR – OBIEKTY TECHNOLOGICZNE

  0ppm             – brak alarmu

  5ppm             – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

(średnia ważona*)

10ppm             – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji lub układu wymiany

(średnia ważona*) powietrza

                                                           – powiadomienie operatora obiektu

20ppm             – alarm poziomu 3          – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                           – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

50ppm             – alarm poziomu 4           – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                             – zabezpieczenie procesu

                                                             – (opcjonalnie) zamknięcie procesu

* – 2 pierwsze progi alarmowe powinny być przeliczeniem średniej ważonej zgodnie z regulacjami o NDS, NDSCh. Brak tego parametru skutkuje zbyt wczesnym uruchamianiem alarmu i wentylacji. Natomiast progi powyżej NDSCh powinny być wartością chwilową aby ze względu na przekroczenie norm.

 W wyjątkowych przypadkach gdy zależy nam na szybkiej informacji o małym wycieku można zmodyfikować 1-szy próg i ustawić jego wartość jako chwilową ustawiając nawet niższą wartość. Nie jest jednak zalecane ustawienie progu alarmowego poniżej 5% wartości zakresu pomiarowego detektora ze względu na błąd pomiarowy. W przypadku H2S najniższa wartość może być ustawiona nawet na 3ppm, ale tylko dla czystych pomieszczeń. Do tego alarm z tak niskiego progu powinien być przesyłany jedynie osobom odpowiedzialnym za nadzór szczelności instalacji.

TLEN î (WERSJA NA SPADEK TLENU DLA POMIESZCZEŃ Z GAZAMI WYPIERAJĄCYMI)

20,9%v/v        – brak alarmu

19,0%v/v        – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

18,0%v/v        – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji (maks. wydajność)

                                                       – powiadomienie operatora obiektu

17,0%v/v        – alarm poziomu 3      – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

16,0%v/v        – alarm poziomu 4      – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                       – zabezpieczenie procesu

                                                       – (opcjonalnie) zamknięcie procesu

TLEN ì (WERSJA NA WZROST DLA POMIESZCZEŃ TLENOWNI LUB INSTALACJI TLENU)

20,9%v/v        – brak alarmu

22,0%v/v        – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

23,0%v/v        – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji (maks. wydajność)

                                                       – powiadomienie operatora obiektu

24,0%v/v        – alarm poziomu 3      – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

25,0%v/v        – alarm poziomu 4      – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                       – zabezpieczenie procesu

                                                       – (opcjonalnie) zamknięcie procesu – odcięcie dopływu tlenu

4 progowy cyfrowy system detekcji ma jeszcze tą zaletę, że może wykorzystywać detektor tlenu do pomiaru zarówno nadmiaru jak i niedoboru tego gazu (po 2 progi w górę i w dół). W miejscach magazynowania gazów wypierających jak np. azot (N2) oraz samego tlenu (O2), przy uproszczonym sterowaniu urządzeniami zabezpieczającymi możliwe jest zastosowanie 1 detektora zarówno na wzrost i na spadek tlenu. W przypadku tego gazu w zakładach przemysłowych zastosowanie znajdują detektory ze zmiennokolorowymi wyświetlaczami i lokalną sygnalizacją (za pomocą wbudowanego w detektor sygnalizatora). Takie rozwiązanie zapewnia bezpośrednią informację dla użytkowników danego pomieszczenia i jest bardzo popularne także w laboratoriach (m.in. laboratoriach petrochemicznych).

(Fot.3 Przykład cyfrowego detektora ze zmiennokolorowym wyświetlaczem)

TLEN ì î (WERSJA NA SPADEK I WZROST)

20,9%v/v        – brak alarmu

19,0%v/v        – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

                                                        – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                        – powiadomienie operatora obiektu

                                                        – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

18,0%v/v        – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji (maks. wydajność)

                                                        – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                        – zabezpieczenie procesu

                                                         – (opcjonalnie) zamknięcie procesu – odcięcie dopływu gazu wypierającego

23,0%v/v        – alarm poziomu 3      – załączenie I biegu wentylacji

                                                       – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie operatora obiektu

                                                       – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

25,0%v/v        – alarm poziomu 4      – załączenie II biegu wentylacji (maks. wydajność)

                                                        – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                        – zabezpieczenie procesu

                                                        – (opcjonalnie) zamknięcie procesu – odcięcie dopływu tlenu

Paliwa gazowe choć podobnie jak paliwa ciekłe są także wybuchowe, to mają odmienny charakter i parametry, a jednocześnie inny jest ich sposób magazynowania i przesyłu. Stąd ich scenariusze często różnią się od tych przyjętych dla paliw ciekłych.

LPG (PROPAN-BUTAN) – OBIEKTY TECHNOLOGICZNE

  0% DGW      – brak alarmu

10% DGW      – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

20% DGW      – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji lub układu wymiany powietrza

                                                       – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie operatora obiektu

30% DGW      – alarm poziomu 3        – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                        – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

40% DGW      – alarm poziomu 4      – zabezpieczenie procesu

                                                      – (opcjonalnie) zamknięcie procesu

                                                      – (opcjonalnie) odłączenie zasilania obiektu

 CNG (METAN) – OBIEKTY TECHNOLOGICZNE

  0% DGW      – brak alarmu

10% DGW      – alarm poziomu 1      – załączenie I biegu wentylacji

20% DGW      – alarm poziomu 2      – załączenie II biegu wentylacji lub układu wymiany powietrza

                                                       – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie operatora obiektu

30% DGW      – alarm poziomu 3       – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

                                                       – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

40% DGW      – alarm poziomu 4       – zabezpieczenie procesu

                                                       – (opcjonalnie) zamknięcie procesu

                                                        – (opcjonalnie) odłączenie zasilania obiektu

STACJE PALIW także będą się charakteryzowały odmiennym schematem sterowania i alarmowania ze względu na specyfikę ich obsługi. Biorąc pod uwagę sieciowy charakter tych obiektów warto wykorzystać możliwości cyfrowych systemów w zakresie transmisji danych przez port RS485 Modbus RTU. Dzięki temu operator nadzorujący stacje może otrzymać dane z tych obiektów niezależnie od ich obsługi.

 LPG (PROPAN-BUTAN) – STACJE PALIW

  0% DGW      – brak alarmu

10% DGW      – alarm poziomu 1      – powiadomienie operatora obiektu (np. dyżurną obsługę)

20% DGW      – alarm poziomu 2      – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                      – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

30% DGW      – alarm poziomu 3      – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

40% DGW      – alarm poziomu 4      – przesłanie sygnału do zaworu odcinającego

 

CNG (METAN) – STACJE PALIW

  0% DGW      – brak alarmu

10% DGW      – alarm poziomu 1      – powiadomienie operatora obiektu (np. dyżurną obsługę)

20% DGW      – alarm poziomu 2      – załączenie optycznego sygnału alarmowego

                                                      – powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS

30% DGW      – alarm poziomu 3      – załączenie akustycznego sygnału alarmowego

40% DGW      – alarm poziomu 4      – przesłanie sygnału do zaworu odcinającego

 Załączanie progów alarmowych to jedna z funkcji systemu. Drugą są bieżące pomiary wskazywane na wyświetlaczu i przekazywane do systemu nadzorczego. Umożliwia to obsłudze podgląd wartości w trakcie różnych procesów i realizację ewentualnych modernizacji w działaniu obiektu. Część z nich nie ma możliwości pełnego sprawdzenia wszystkich elementów na poziomie projektu, a jeszcze inne zmieniają się wraz z modyfikacjami obiektu. System detekcji musi być gotowy i dostosowywać się do tych zmian za pomocą programowalnej konfiguracji parametrów i urządzeń w ramach systemu. Szczególnie po pierwszym okresie eksploatacji system trzeba często „dopasować” do rzeczywistych warunków.

(Fot.4 Cyfrowa centrala systemu detekcji gazów z podglądem detektorów i funkcją 2 pomiarów równocześnie: wartości bieżącej (C) – po prawej, oraz wartości średniej (A) – po lewej. Parametr szczególnie przydatny przy pomiarze gazów toksycznych załączających progi alarmowe w oparciu o średnią ważoną oraz w miejscach krótkotrwałych przekroczeń lub gazów zakłócających powodujących fałszywe alarmy, które w ten sposób są częściowo eliminowane)

Wybór punktów pomiarowych.

Lokalizacja detektora jest elementem zapewniającym prawidłową detekcję gazu. Nawet najlepszy czujnik umieszczony w złym miejscu będzie bezużyteczny i nie ochroni obiektu w krytycznym momencie. Ponieważ jednak nie ma wytycznych w postaci przepisów lub standardowych rozwiązań najważniejsze jest doświadczenie i wiedza projektującego, który nie może sobie pozwolic na błąd w tak ważnej instalacji. Tu należy stanowczo zaznaczyć, że ani producent, ani dostawca lub instalator systemu detekcji nie są odpowiedni do wyznaczania miejsc montażu ani doboru urządzeń pomiarowych. To rola uprawnionego projektanta. Skomplikowane obiekty o wielu potencjalnych zagrożeniach warto konsultować z technologami, służbą BHP, służbą ochrony przeciwpożarowej oraz kierownikami poszczególnych działów, którzy na co dzień pracują z zagrożonymi instalacjami.

Podstawowym czynnikiem decydującym o rozmieszczeniu detektorów będą parametry fizyczne i „zachowanie” badanego gazu. Same urządzenia pomiarowe nie mają wpływu na migrację gazu, a co za tym idzie muszą być tak zlokalizowane aby gaz lub opary trafiły na nie.

Wysokość montażu detektora to jeden z wiodących czynników lokalizacji wymuszany przez ciężar gazu wykrywanego w stosunku do powietrza. Opary paliw oraz LPG ze względu na skład są cięższe od powietrza i będą miały tendencję do gromadzenia się w dolnych partiach pomieszczeń, natomiast bardzo lekki wodór czy CNG (metan)  będą migrowały w górę i gromadziły się pod sufitem. W specyficznych przypadkach możliwe jest inne rozmieszczenie pionowe (szczególnie jeżeli mamy do czynienia z małymi instalacjami na dużych halach). Z kolei umiejscowienie detektorów w poziomie ma dużo więcej kryteriów. W branży detekcji spotyka się pogląd, że detektor powinien być zlokalizowany od 6 do 10 metrów od potencjalnego źródła poprzez wrysowanie okręgów na rzucie budynku. Nie jest to poprawne podejście i ma zastosowanie jedynie przy standardowych budynkach jak parkingi podziemne. Obiekty przemysłowe wymagają określenia zagrożeń i doboru opartego na potencjalnych scenariuszach awarii (migracji gazu, spływania paliwa z wycieku itd.). Opary wymagają też nieco innego podejścia niż wycieki stabilnych gazów jak LPG. Szczególnie narażone pomieszczenia lub instalacje o wysokim stopniu zagrożenia mogą wymagać zwiększonej ilości detektorów ustawionych na trasie potencjalnego wycieku i czulszych ustawień.

Detektory gazów cięższych są lokalizowane przy podłożu z zachowaniem 20-30cm odstępu dla celów serwisu oraz unikania działania substancji ścielących się przy ziemi. Lokalizacja musi uwzględniać zagłębienia i miejsca zbierania się oparów, a w przypadku małych należy ocenić czy jest taka potrzeba. Ze względu na specyfikę obiektów petrochemicznych i trudne warunki zalecane jest aby detektory posiadały stopień ochrony IP66, a w niektórych lokalizacjach warto zastosować osłony przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Przeszkody (np. maszyny) o wysokości większej niż 30 cm znacząco ograniczają przepływ gazu i często wymagają dodatkowych punków pomiarowych  z kolei w pomieszczeniach wielopoziomowych mogą być konieczne dodatkowe punkty na poszczególnych poziomach aby system miał szansę zareagować w odpowiednim czasie.

Lekkie gazy jak wodór czy metan unoszą się i gromadzą w najwyższych miejscach więc przy ich rozmieszczeniu pod uwagę należy brać podciągi, belki lub inne elementy przysufitowe większe niż 30cm, wloty lub wyloty wentylacji, martwe strefy, skosy oraz świetliki. Kształt sufitu ma tu ogromne znaczenie. Jednocześnie należy uwzględnić późniejszy dostęp serwisowy i jeżeli nie jest możliwe zastosowanie detektora wyniesionego z sensorem na demontowalnym wysięgniku lub z dostępem od strony sufitu to należy tak umieścić detektory aby potem serwis miał szansę się do nich dostać. Tym samym nie należy umieszczać detektorów bezpośrednio nad maszyną lub linia produkcyjną. Taka lokalizacja uniemożliwia serwis i najczęściej nie polepsza pomiarów.

Rozmieszczając detektory gazów toksycznych musimy mieć na względzie nie tylko właściwości danego gazu, ale także samych pracowników. Tym samym często stosowane są zmiennokolorowe wyświetlacze informujące o stężeniach, wbudowane sygnalizatory akustyczne i często dodatkowy poziom detekcji na wysokości głowy człowieka.

Poziom tlenu z kolei jest traktowany jako zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom (przy detekcji spadku) lub zapewnienie bezpieczeństwa pożarowego (przy detekcji wzrostu). Tlen ma podobny ciężar do powietrza (jest nieznacznie cięższy), a tym samym detektory tego gazu montowane są na wysokości głowy człowieka. Ważnym dodatkiem w przypadku detektorów tlenu jest zmiennokolorowy wyświetlacz i wbudowany sygnalizator dzięki czemu pracownicy są bezpośrednio informowani o zagrożeniu.

 STACJE BENZYNOWE

Zagrożenia na stacjach paliw w zależności od produktów jakie oferują mogą dotyczyć LPG, CNG, benzyny i wodoru (w Polsce ilość stacji wodoru wynosi 9 wg danych z portali paliw alternatywnych). Głównymi zagrożeniami na większości pozostaje benzyna i LPG.

Podstawowe lokalizacje na stacjach to dystrybutory i studnie zaworowe.

(Fot.5 Przykład detektora zamontowanego w studni zaworowej. Pomimo klapy warunki w studni są trudne i detektor powinien spełniać warunki ochrony IP66.)

 

(Fot.6 Czujnik LPG zlokalizowany w dystrybutorze LPG)

Sygnalizacja.

Jasny przekaz informacyjny jest pierwszym elementem prawidłowej reakcji obsługi zakładu. Obecna ilość sygnalizatorów, punktów świetlnych i ostrzegaczy dźwiękowych wraz z rotacją i słabym wyszkoleniem personelu utrudnia prawidłową interpretację sygnałów. Projektujac system detekcji i sygnalizacji mamy szansę zminimalizować ten problem np. za pomocą podświetlanych tablic ostrzegawczych. Na tablicy może być umieszczony dowolny komunikat, a nawet piktogramy i podobnie jak sygnalizator tablica może być wyposażona w sygnał dźwiękowy. Warto pamiętać, że dla obcokrajowców język polski może nie być czytelny i łatwe do identyfikacji komunikaty piktogramowe mogą okazać się lepsze.

(Fot.7 Przykładowa podświetlana tablica ostrzegawcza używana w halach garażowych)

 

Wizualizacja.

Cyfrowa komunikacja to nie tylko doskonałe możliwości budowy systemu detekcji, ale przede wszystkim możliwość przesłania informacji przez wyjście RS485 Modbus RTU do systemów nadzorowania BMS i SCADA. Wizualizacja takiego systemu może być zrobiona pod daną instalację lub zaimplementowana w już istniejącym oprogramowaniu zakładu. Ważne, że nie tylko operator ma możliwość podglądu systemu na swoim komputerze, ale także upoważnione osoby mogą mieć dostęp np. poprzez telefon lub tablet dzięki czemu łatwiej nadzorować im własne strefy. System może przesyłać wszelkie informacje: pomiary, stany alarmowe, stany wyjść i wejść, a z nich mogą być tworzone raporty lub trendy do celów optymalizacji ochrony i procesów produkcji.

(Rys.6 Przykładowa wizualizacja systemu detekcji gazów – schemat blokowy)

 

(Rys.7 Przykładowa wizualizacja systemu detekcji gazów – rzut części zakładu)

Instalacja systemów detekcji gazów.

Wykonanie instalacji systemu detekcji gazów zgodnie z projektem powinno być powierzone starannemu wykonawcy posiadającemu doświadczenie w tego typu instalacjach. Warto sprawdzić czy posiada on odpowiednie uprawnienia w tym odpowiednie dla urządzeń o konstrukcji przeciwwybuchowej.

Pierwsze uruchomienie systemu detekcji.

Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. z 2010 poz.719)

“Rozdz.1 par.3. pkt.1. Urządzenia przeciwpożarowe w obiekcie powinny być wykonane zgodnie z projektem uzgodnionym przez rzeczoznawcę do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych, a warunkiem dopuszczenia ich do użytkowania jest przeprowadzenie odpowiednio dla danego urządzenia prób i badań, potwierdzających prawidłowość ich działania”.

Systemy ochronne muszą być starannie sprawdzone i przetestowane zanim obiekt zostanie oddany do użytkowania. Osoba wykonująca czynności testowo-rozruchowe musi posiadać odpowiednie uprawnienia oraz duże doświadczenie pozwalające na prawidłową ocenę konfiguracji i funkcjonalności systemu. Uruchomienie powinno zostać wykonane z użyciem gazów dopasowanych do danego urządzenia i potwierdzone adekwatnym protokołem.

Przeglądy i konserwacja.

Instalacje ochrony przeciwpożarowej i co za tym idzie systemy zabezpieczające przed wybuchem należy okresowo kontrolować i konserwować.

Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. z 2010 poz.719)

  • 3.2.Urządzenia przeciwpożarowe oraz gaśnice przenośne i przewoźne, zwane dalej “gaśnicami”, powinny być poddawane przeglądom technicznym i czynnościom konserwacyjnym, zgodnie z zasadami i w sposób określony w Polskich Normach dotyczących urządzeń przeciwpożarowych i gaśnic, w dokumentacji techniczno-ruchowej oraz w instrukcjach obsługi, opracowanych przez ich producentów.
  1. Przeglądy techniczne i czynności konserwacyjne powinny być przeprowadzone w okresach ustalonych przez producenta nie rzadziej jednak, niż raz w roku”.

W/w regulacja nie narzuca konkretnych terminów wykonywania kontroli wymagając od użytkowników aby stosowali sie do terminów przewidzianych w instrukcjach obsługi. Z uwagi m.in. na różne urządzenia i rozwiązania techniczne ustawodawca nie jest w stanie narzucić takiego terminu jednak dla bezpieczeństwa zapisano maksymalny okres 1 roczny między kontrolami w przypadku kiedy producent (lub wprowadzający na rynek w przypadku urządzeń zagranicznych) podaje dłuższy okres lub nie podaje go wcale. Dla systemów detekcji gazów producenci określili czasokres wynoszący 3 miesiące dla kontroli okresowej oraz rózne terminy dla kalibracji urządzeń w zależności od wybranej technologii pomiarowej.

Jednocześnie warto pamiętać, że takie przepisy umożliwiają odpowiednim organom podczas kontoli, a także ubezpieczycielom przy zawieraniu umów lub po zaistnieniu wypadku uprawnienie do żądania aktualnych dokumentów okresowych kontroli potwierdzających stan techniczny instalacji. Brak tych dokumentów szczególnie przy wypadku może mieć poważne konsekwencje dla osób odpowiedzialnych za bezpieczeństwo i właścicieli obiektu.

Ochrona pracowników i systemy współpracujące.

Podczas prac na obiektach petrochemicznych standardowym wyposażeniem są prznośne detektory wielogazowe. Ich zadaniem jest powiadomienie pracownika o niebezpiecznym stężeniu lub pomiar gazów przed wejściem do pomieszczenia lub przestrzeni zamkniętej.

Współczesnym problemem rozległych zakładów przy redukcji personelu stało się jednak zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom samodzielnie poruszającym się po zakładzie. Tradycyjne mierniki gazów nie zapewniają dodatkowych funkcji alarmowych, nie są wyposażone w komunikację ani lokalizację pracownika. Dlatego coraz szerzej stsowane są systemy bezpieczeństwa pracowników samodzielnych tzw. systemy blackline (ang. czarna lina). Obejmują one klasyczny miernik gazów wyposażony dodatkowo w czujnik bezruchu, czujnik upadku, alarm SOS, lokalizator GPS/GSM/BEACON, a nawet komunikację głosową GSM, komunikację Push-to-Talk i wiadomości tekstowe. Urządzenie pozwala monitorować pracownika oraz przesyłać dane pomiarowe do operatora.

(Fot.8 Pracownicy rafinerii wyposażeni w osobiste urządzenia bezpieczeństwa systemu ochrony pracowników samodzielnych tzw. systemu blackline)

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

Źródło: Michał Domin, www.detektory.pl

Zapraszamy do przeczytania wszystkich części artykułu!

Część 1  Zagrożenia gazowe, regulacje prawne i rola systemu detekcji gazów

Część 2  dobór systemu detekcji gazów i oparów wybuchowych