Systemy detekcji gazu w obiektach przemysłowych – wytyczne prawne i projektowe

Systemy detekcji gazu w przepisach prawnych

Systemy detekcji gazu w polskich przepisach są obecne w co najmniej kilkudziesięciu aktach prawnych, które określają wymagania względem stosowania systemów detekcji gazów, zależnie od rodzaju prowadzonej działalności. Zagadnienie to jest bardzo obszerne i nie sposób wymienić wszystkich przepisów i norm, dlatego artykuł skupi się na najważniejszych z nich.

Konieczność zastosowania urządzeń do sygnalizacji obecności gazów palnych, jak i toksycznych w otaczającej atmosferze, określają przepisy dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy wskazuje, że:

• § 97.1. – „Pomieszczenia przeznaczone do składowania lub stosowania materiałów niebezpiecznych pod względem pożarowym lub wybuchowym oraz pomieszczenia, w których istnieje niebezpieczeństwo wydzielania się substancji sklasyfikowanych jako niebezpieczne, powinny być wyposażone w:
  1) urządzenia zapewniające sygnalizację o zagrożeniach”.
  Z kolei Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań, dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej określa, że:
  • § 4.1 – „Aby zapobiegać wybuchom i zapewnić ochronę przed ich skutkami, pracodawca powinien stosować, odpowiednie do rodzaju działalności, techniczne lub organizacyjne środki ochronne. Określając środki ochronne, należy zapewnić realizację następujących celów w podanej kolejności:
  1)zapobieganie tworzeniu się atmosfery wybuchowej;
  2)zapobieganie wystąpieniu zapłonu atmosfery wybuchowej”,
  • § 12.1. – „Pracodawca powinien podjąć wszelkie niezbędne środki w celu zapewnienia, że miejsca pracy, urządzenia oraz elementy łączące, dostępne osobom pracującym zostały zaprojektowane, wykonane, połączone i zainstalowane, a także są utrzymywane i działają w sposób minimalizujący zagrożenie wybuchem”,
  • § 12.3. – „Jeżeli wystąpi taka konieczność, pracodawca powinien zapewnić, aby osoby pracujące zostały ostrzeżone za pomocą optycznych lub dźwiękowych sygnałów alarmowych, tak aby mogły opuścić przestrzeń zagrożoną przed zaistnieniem warunków powodujących wybuch”.

W przypadku zagadnień dotyczących ryzyka związanego z gazami toksycznymi warto zapoznać się z Rozporządzeniem Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r., w którym to określono wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń chemicznych i pyłowych czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dla większości czynników można znaleźć informacje o najwyższym dopuszczalnym stężeniu (NDS) oraz najwyższym dopuszczalnym stężeniu chwilowym (NDSCh). Podane wartości są średnią ważoną z okresu czasu występowania zagrożenia. Dodatkowo dla części substancji określone są także wartości najwyższego dopuszczalnego stężenia pułapowego (NDSP), które nie mogą być przekroczone w środowisku pracy w żadnym momencie, ze względu na zagrożenie zdrowia lub życia pracowników.

W polskim prawie istnieje również szereg przepisów i norm branżowych, które określają konieczność stosowania i sposób wykonania systemów detekcji gazów w zależności od rodzaju prowadzonej działalności. Dla przykładu można tu przywołać normę PN-EN 378-3+A1:2021-03 „Instalacje chłodnicze i pompy ciepła – Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Część 3: Usytuowanie instalacji i ochrona osobista”:

• „W celu ostrzegania przed niebezpieczeństwem wybuchu lub pożaru urządzeń w maszynowni oraz w celach kontrolnych, gdy ładunek jest większy niż 50 kg, wymagany jest czujnik R-717 działający przy stężeniu nieprzekraczającym: – 350 mg/m³ (alarm wstępny); – 21 200 mg/m³ (alarm główny)”.

Systemy detekcji gazu – właściwy dobór i montaż

Powyżej przywołano jedynie przykłady obowiązujących aktów prawnych i norm branżowych dotyczących systemów detekcji gazu. Jednak to nie z nimi mają problem projektanci systemów detekcji gazu. Z moich obserwacji i doświadczeń pozyskanych przez wiele lat pracy w obszarze szeroko pojętego bezpieczeństwa gazowego wynika, że największym wyzwaniem jest właściwy dobór urządzeń oraz prawidłowe rozmieszczenie punktów pomiarowych gazów palnych i toksycznych.

Po pierwsze w przypadku standardowych urządzeń przeznaczonych do detekcji gazów wykorzystujących sensory półprzewodnikowe, katalityczne, elektrochemiczne czy Infra Red należy zwrócić szczególną uwagę na kwestie związane zasięgiem działania czujnika. Mitem są okręgi o promieniu 8 czy 10 m od czujnika, które miałyby stanowić zasięg ich działania. Przyjęcie takich założeń jest bardzo niebezpieczne i może prowadzić do poważnych konsekwencji w postaci narażenia osób chronionych na wybuch bądź zatrucie spowodowane obecnością gazu niebezpiecznego w otoczeniu. Czujnik reaguje tylko na gaz, który do niego wniknął, tak więc montaż urządzenia, np. w odległości 0,5 m od źródła wycieku nie gwarantuje, że gaz zostanie wykryty.

Po drugie prawidłowa lokalizacja czujników wymaga znajomości zjawisk związanych z dyspersją gazów. Znaczenie będzie miał charakter uwolnienia, np. czy gaz wydostaje się z instalacji pod ciśnieniem (tzw. „jety”) czy może jego obecność wynika z zachodzącego procesu fermentacji w biogazowni. Ważne będzie również miejsce uwolnienia i określenie najbardziej prawdopodobnych punktów rozszczelnienia się instalacji. Warto tutaj przywołać normę PN-EN 60079-29-2:2015-09, która w sposób bardzo obszerny odnosi się do dostępnych rozwiązań w zakresie urządzeń do detekcji gazów oraz określa wymagania względem ich rozmieszczania na obiekcie, a także bieżącej obsługi czy konserwacji.

Należy ponadto pamiętać, że instalując systemy detekcji gazu głównym celem jest takie rozmieszczenie czujników, aby nagromadzenie gazu zostało wykryte zanim stworzy znaczące zagrożenie. Bazując na wspomnianych zależnościach, trzeba pamiętać, że czujniki powinny być umieszczone w miejscach ustalonych z:

• osobami, które posiadają wiedzę na temat dyspersji gazów,
• osobami, które znają wyposażenie zakładu,
• personelem ds. bezpieczeństwa.

Aspekty prawidłowego projektowania systemów detekcji gazu

Jednym z pierwszych kroków, który musi być wykonany w celu prawidłowego zaprojektowania systemu detekcji gazu jest określenie jego przeznaczenia. Przykładowo zakładając, że system ma służyć detekcji gazów wybuchowych, można zrealizować go na dwa sposoby, które mają różne cele, takie jak:

• wykrywanie stężeń niebezpiecznych poniżej DGW, ale w miejscach, w których gaz może się nagromadzić i osiągnąć stężenie powyżej DGW. Takie obszary nie zawsze znajdują się w pobliżu potencjalnych źródeł uwolnienia, mogą to być również miejsca o ograniczonym ruchu powietrza. W tym przypadku systemy detekcji gazu mogą zareagować na wyciek z opóźnieniem. Czujniki gazów cięższych od powietrza montuje się najczęściej w najniższych punktach, natomiast lżejszych (które mają tendencję do kumulowania się w obszarach górnych) pod stropem. Takie działania zdecydowanie zwiększają szansę na wykrycie obecności gazu palnego w stężeniu zagrażającym wybuchem, a to stanowi podstawowy cel, który system detekcji gazów powinien realizować. Należy jednak pamiętać, że taki sposób rozmieszczenia czujników nie gwarantuje wykrycia niewielkich wycieków z instalacji;
• szybkie wykrywanie wycieków gazów z konkretnych obszarów instalacji. W takich systemach detekcji gazu czujniki montuje się najczęściej bezpośrednio w okolicy źródła uwolnienia. Czujniki lub punkty próbkowania mogą być również rozmieszczone w odstępach na obwodzie chronionej instalacji. Alternatywnie można zastosować czujniki z otwartą ścieżką (może to jednak nie zapewniać wczesnego ostrzeżenia o wycieku gazu niebezpiecznego). System detekcji gazu tego typu można traktować jako wykrywacz nieszczelności w instalacji. Patrząc jednak na wcześniej wymienione zależności należy zapytać – jakie są szanse by trafić w strumień uwolnionego gazu? Jak przewidzieć dokładnie miejsce uwolnienia i tak zlokalizować czujnik, by wyciek został zauważony? Tu z pomocą przychodzą dodatkowe środki techniczne, takie jak bariery mechaniczne (mogą ukierunkować wyciek w taki sposób, aby mógł trafić do czujnika) lub stożki zbierające (pozwalają na skupienie gazu z większego obszaru). Niestety wspomniane rozwiązania także nie w pełni gwarantują, że wyciek zostanie wykryty.

Najlepszym i najbardziej kompletnym rozwiązaniem, zalecanym przez wspomnianą wcześniej normę jest wykrywanie wycieków możliwie najbliżej źródła uwolnienia oraz w miejscu gromadzenia się gazu. Niestety nie zawsze jest to możliwe, a ponadto wpływa niekorzystnie na koszt systemu detekcji gazu.

Rozmieszczanie czujników

Systemy detekcji gazu wiążą się ściśle z prawidłowym rozmieszczeniem czujników, jednak jest to o tyle utrudnione, że zachowanie gazów po uwolnieniu jest złożone i zależy od wielu parametrów. Wiedza o wpływie tych parametrów nie jest w praktyce wystarczająca do przewidzenia zasięgu i/lub prędkości narastania atmosfery niebezpiecznej. Dokładność przewidywania można poprawić poprzez stosowanie ogólnie przyjętych reguł empirycznych opracowanych przez ekspertów na podstawie ich dotychczasowych doświadczeń, a także eksperymenty na miejscu w celu symulacji i dokładnego opisania zachowania gazów. Obejmuje to stosowanie odczytów anemometrów lub bardziej szczegółowych technik, takich jak analiza zachowania się gazu znakującego lub numeryczna symulacja dyspersji gazu (odpowiednie oprogramowanie komputerowe).

Inne ogólne zasady rozmieszczania czujników systemów detekcji gazu na bazie PN-EN 60079-29-2:2015-09:

• urządzenia do wykrywania gazów powinny być umieszczone powyżej poziomu otworów wentylacyjnych wyciągowych i blisko sufitu, w celu wykrywania gazów lżejszych od powietrza oraz
  poniżej otworów wentylacyjnych wyciągowych i blisko podłogi lub gruntu, w celu wykrywania gazów cięższych niż powietrze,
• tam, gdzie wymagane jest wykrycie możliwego wnikania gazu lub oparów do budynku lub obudowy ze źródła zewnętrznego, czujniki lub punkty próbkowania należy umieszczać w pobliżu otworów wentylacyjnych. Urządzenia te powinny jednak stanowić jedynie dodatek do innych rozwiązań stosowanych do wykrywania uwolnień wewnątrz,
• jeśli sufity lub podłogi są podzielone na przedziały przez sprzęt lub inne przeszkody, czujniki lub punkty próbkowania powinny być zainstalowane w każdym przedziale.

Lista kontrolna czynników, które należy wziąć pod uwagę przy określaniu odpowiednich lokalizacji punktów w systemach detekcji gazu:

• miejsce montażu wewnątrz lub na zewnątrz,
• potencjalne źródła emisji – należy ocenić lokalizację i charakter potencjalnych źródeł pary/gazu (np. gęstość, ciśnienie, ilość, temperaturę źródła i odległość),
• dane chemiczne i fizyczne potencjalnych gazów/par,
• ciecze o niskiej lotności wymagają czujników w pobliżu potencjalnego źródła uwolnienia (oraz punktów niskiego alarmu lub działania),
• rodzaj i stężenia prawdopodobnego uwolnienia gazu (np. strumień pod wysokim ciśnieniem, powolne wycieki, rozlanie cieczy),
• obecność wnęk i dysz,
• topografia terenu,
• ruchy powietrza:
  – wewnątrz: wentylacja naturalna i mechaniczna, konwekcja,
  – na zewnątrz: prędkość i kierunek wiatru,
• wpływ temperatury,
• warunki środowiskowe obiektu,
• lokalizacja i liczba personelu na terenie obiektu,
• lokalizacja potencjalnych źródeł zapłonu,
• rozwiązania konstrukcyjne (takie jak ściany, koryta lub przegrody), które mogą umożliwiać gromadzenie się pary/gazu.

Więcej informacji o systemach detekcji gazu można uzyskać na stronie www.atestgaz.pl