Detekční systém ADS Pokyny pro projektování
Systém pro detekci úniku hořlavých a toxických plynů A.D.S. slouží k zabezpečení uzavřených objektů před nebezpečím výbuchu následkem úniku všech typů hořlavých plynů nebo před výskytem zvýšené koncentrace některých toxických plynů a par. V prvním případě se jedná o detekci obvykle 10 a 20% dolní meze výbušnosti, v druhém případě o nejvyšší přípustnou krátkodobou a průměrnou (24-hodinovou) koncentraci, stanovenou hygienickými předpisy. Aby mohly být využity všechny vlastnosti systému, je potřeba, aby vlastní instalaci předcházel projekt osazení celého objektu příslušným počtem detektorů, signalizačních a řídících prvků. Tato příručka obsahuje základní pokyny pro osazování chráněných objektů systémem A.D.S. Při projektování ochrany objektů před únikem plynů je třeba rozlišovat, jaké koncentrace detekovaných plynů mají být sledovány: hygienické - nejvyšší přípustné koncentrace (viz příloha 1) bezpečnostní - obvykle 10 a 20% dolní meze výbušnosti (viz příloha 2) 1. Základní vlastnosti detekčního systému ADS A.D.S. je systém pro detekci a kontinuální měření koncentrace toxických a výbušných plynů a par v koncentracích jednotek až tisíců ppm. Měřicím prvkem jsou polovodičové, elektrochemické, katalytické a infračervené senzory. Polovodičové senzory reagují na změnu koncentrace detekované látky změnou vodivosti polovodivé vrstvy, vyhřívané na určitou teplotu, která spolu se složením vrstvy určuje vlastnosti a selektivitu senzoru. Dlouholetý vývoj těchto senzorů přinesl jednak širokou škálu detekovatelných látek, jednak jejich dlouhou životnost a stabilitu. Jejich nedostatkem je v některých případech nedostatečná selektivita, se kterou je nutno při praktických aplikacích počítat. Konstrukční jednoduchost a moderní výrobní postupy polovodičových součástek umožňují jejich hromadnou výrobu a tím i nízkou cenu. Elektrochemické senzory se v podstatě chovají jako palivové články, v nichž na pracovní elektrodě jsou molekuly detekované látky oxidovány nebo redukovány a na opačné elektrodě dochází podle typu reakce ke spotřebě nebo vývoji kyslíku. Jejich hlavní předností je vysoká citlivost, vynikající selektivita a lineární závislost odezvy na koncentraci. Nevýhodou je jejich kratší životnost, která se pohybuje kolem dvou let, a vyšší cena ve srovnání s polovodičovými senzory. Infračervené senzory fungují na principu nedisperzní infračervené spektroskopie a na rozdíl od dříve uvedených typů jsou využitelné ve velmi širokém rozsahu koncentrací. Katalytické senzory spalují detekovanou složku na katalyzátoru, naneseném na povrchu platinového drátku, který reaguje na změnu teploty a tím i koncentrace změnou elektrického odporu. S výjimkou infračervených jsou všechny uvedené senzory použitelné pouze pro měření ve vzduchu nebo v plynech s dostatečným obsahem kyslíku. Detekčními prvky systému A.D.S. jsou detektory a snímače koncentrace. Ke zpracování signálu detektorů a snímačů slouží několik typů ústředen, které současně obsahují napájecí zdroj a mohou poskytovat další, např. regulační nebo přenosové funkce. 1.1. Detektory Měřicím prvkem detektorů je polovodičový nebo elektrochemický senzor. Jejich výstup je logický, řešený spínacím tranzistorem NPN. V klidovém stavu poskytují detektory proud 10-15 ma, který při dosažení nastavené úrovně koncentrace klesne na nulu. K napájení a ke zpracování výstupu detektorů slouží ústředny ASIN GDU1, GDU4 a GDU5. Detektory se dodávají v normálním, těžkém a Ex provedení. V označení detektorů se rozlišuje typ detektoru (polovodičový GDS a elektrochemický GDE), detekovaná látka, nastavené limity koncentrace oddělené lomítkem a označení typu (normální - bez označení, těžký -5 a nevýbušný Ex). Přiklad označení: Detektor čpavku polovod., 150 a 300 ppm, norm. provedení... GDS NH3 150/300 Totéž elektrochemický, těžké provedení... GDE NH3 150/300 5 Totéž elektrochemický, Ex provedení... GDE NH3 150/300 Ex
V základní nabídce jsou tyto detektory (detektory jiných látek nebo jiné nastavení limitů na vyžádání): Látka Označení Limity Princip Oxid uhelnatý GDE CO 30/150 ppm elchem. Amoniak GDS NH3 150/300 ppm polovodič Org. látky GDS HC 10/20% DMV polovodič Freony GDS FR 100/200 ppm polovodič Kyslík GDE O2 18/19% elchem. Vodík GDS H2 0,4/0,8% polovodič Metan GDS CH4 0,5/1% polovodič Propan-butan GDS PB 0,2/0,4% polovodič 1.2. Snímače koncentrace Snímače koncentrace jsou osazeny elektrochemickými, příp. katalytickými nebo infračervenými senzory. Vyžadují napájení 15 až 24 Vss a poskytují standardní proudový signál 4-20 ma, který je přímo úměrný měřené koncentraci. Dodávají se v normálním, těžkém a Ex provedení. K jejich napájení a dalšímu zpracování výstupního signálu slouží ústředny ASIN G2, ASIN G6 a ASIN DL8. V označení snímačů se rozlišuje typ (elektrochemický GTE, katalytický GTC, infračervený GTO), měřená látka, horní úroveň koncentračního rozsahu a označení provedení (normální bez označení, těžké -5 a nevýbušné Ex). Příklad označení: Snímač čpavku elchem., 0-100 ppm, norm. provedení... GTE NH3 100 Totéž, těžké provedení... GTE NH3 100 5 Snímač uhlovodíků katal., 0-5000 ppm, Ex provedení... GTC HC 5000 Ex V základní nabídce jsou tyto snímače: Látka Označení Min.rozsah Max.rozsah princip Oxid uhelnatý GTE CO 0-300 ppm 0 1000 ppm elchem. Amoniak GTE NH3 0-100 ppm 0-1000 ppm elchem. Oxid dusnatý GTE NO 0-100 ppm - elchem. Oxid dusičitý GTE NO2 0-10 ppm 0-50 ppm elchem. Chlor GTE Cl2 0-10 ppm 0-50 ppm elchem. Chlorovodík GTE HCl 0-30 ppm - elchem. Sulfan GTE H2S 0-10 ppm 0-100 ppm elchem. Vodík GTE H2 0-2000 ppm 0 4% elchem. Fluor GTE F2 0-1 ppm - elchem. Fluorovodík GTE HF 0-10 ppm - elchem. Org.látky GTC HC 0-2000 ppm 0 - DMV katalytický Oxid uhličitý GTO CO2 0 1% 0 5% infračervený Rel.vlhkost RVT 0 100% - kapacitní 2. Zabezpečení kotelen systémem ADS Provoz plynových zařízení se řídí normou ČSN 070703. Stručný výtah této normy pro potřeby tohoto textu:
166. Plynové zařízení podléhá periodickým zkouškám, kontrolám a revizím podle příslušných předpisů. V kotelnách I. a II. kategorie bez výfukových ploch nebo umístěných pod shromažďovacím prostorem (podle čl. 31, 33 a 34), musí být kontroly prováděny 1 x za 6 měsíců, revize 1 x za rok a 1 x měsíčně je nutno prověřovat funkci indikátorů plynu, zařízení podle čl. 71 a pojistek plamene. 167. V plynových kotelnách musí být následující vybavení pro zajištění bezpečnosti provozu a) v kotelnách III. kategorie (50 kw až 0,5 MW): - místní provozní řád - hasící přístroj sněhový S6 - pěnotvorný prostředek nebo vhodný detektor pro kontrolu těsnosti spojů - lékárnička pro první pomoc - bateriová svítilna - detektor oxidu uhelnatého b) v kotelnách II. kategorie (0,5 MW až 3,5 MW): - místní provozní řád - hasící zařízení stanovené projektem - pěnotvorný prostředek nebo vhodný detektor pro kontrolu těsnosti spojů - lékárnička pro první pomoc - bateriová svítilna - detektor oxidu uhelnatého c) v kotelnách I. kategorie (nad 3,5 MW) kromě vybavení předepsaného pro kotelny II. kategorie ještě: - analyzátor spalin (může sloužit pro více kotelen jednoho provozovatele) - detektor topného plynu - nosítka V případě zabezpečení kotelen se tedy jedná o sledování přítomnosti hořlavých plynů (zemní plyn, propan-butan), ale také toxického oxidu uhelnatého. Kotelny I. a II. kategorie umístěné v objektu se shromažďovacím prostorem (Rozumí se takové umístění, kdy kotelna se shromažďovacím prostorem sousedí, nebo půdorys shromažďovacího prostoru se zcela nebo zčásti kryje s půdorysem kotelny, a to ve všech podlažích nad i pod kotelnou.) musí být rovněž vybaveny detektory výskytu plynu v ovzduší. Detekce plynu je vždy dvoustupňpvá a nastavuje se takto: 1.stupeň (signalizační) při dosažení 10% DMV uvede do provozu optickou a akustickou signalizaci a havarijní větrání (pro zemní plyn při 0,5%) 2.stupeň (blokovací) při dosažení 20% DMV uzavře samočině hlavní uzávěr plynu pro kotelnu. Tato bezpečnostní opatření platí také pro kotelny používající jako topné medium propan-butan, umístěné pod úrovní terénu, a to bez ohledu na instalovaný výkon. Po výpadku napájení, který vede k signalizaci II. stupně, je nutné ústřednu uvést do provozního stavu jejím resetováním. Zvláštním případem je osazování plnících stanic na PB, které musí být vybaveny detektory výskytu nebezpečné koncentrace LPG se zvýšenými limity (Technická pravidla na plnírny, zkušebny a opravny - TPG G30101 a technická doporučení TD G80002 vydal GAS s r.o.): 1.stupeň 20% DMV 2.stupeň 40% DMV Příklad jednoduché detekce topného plynu je na obr. 1. Systém ADS umožňuje kromě úniku topného plynu a nebezpečné koncentrace oxidu uhelnatého detekovat také havarijní teplotu a zaplavení kotelny. K tomuto účelu slouží detektor havarijní teploty GDT a detektor zaplavení GDZ. Příklad úplného zabezpečení kotelny uvádí schéma na obr. 2. 2.1. Zásady osazování detektorů Pro detekci topných plynů v kotelnách se používají polovodičové detektory zemního plynu GDS CH4 nebo propan-butanu GDS PB. V kotelnách s prostředím bez nebezpečí výbuchu se osazují detektory v normálním provedení. Detektory v provedení Ex se používají na plnicích stanicích propan-butanu. Pokud je požadována detekce oxidu uhelnatého, používají se detektory GDE CO 30/150 pro kotelny a GDE CO 26/87 pro garáže. Pokud jde o počet detektorů potřebný pro zabezpečení daného prostoru, je třeba přihlédnout k těmto zásadám:
Vzdálenost mezi jednotlivými detektory by neměla být větší než 20 m, od stěny alespoň 1 m a ne více než 5 m. V úzkých prostorách (chodby, kolektory) a pod. do šířky 3 m je max. vzdálenost mezi detektory 10 m, od koncové stěny 7,5 m. Přednostně je třeba osazovat detektory nad kotel a jednotlivé regulační prvky rozvodu (regulátory, plynoměry, uzávěry apod.). Obecně je třeba osazovat detektor tak, aby se nacházel v místě s největší pravoděpodobností výskytu nejvyšší koncentrace detekované složky. V tomto ohledu je nutno brát ohled na profil stropu resp. podlahy, charakter proudění. Detektory plynů výrazně lehčích než vzduch (metan, zemní plyn, svítiplyn, vodík) je nutno osazovat v nejvyšších místech daného objektu, tedy na stropě a v jeho případných specifikách. Na stropě kromě výše uvedených požadavků je třeba osazovat detektor - nejméně 1 m od stropních vazníků nebo jiných podélných překážek - nejméně 1 m od výduchu větrání nebo klimatizace - nejméně 1,5 m od vstupních větracího otvoru (pokud je tento v úrovni stropu), avšak zde je třeba brát v úvahu intenzitu proudění. Pokud se v místnosti vyskytují stropní podhledy, podesty, galerie, montážní lavice apod. je třeba osadit kromě stropu i tato místa. Pro detekci těžkých plynů (např. propan, butan) se detektory osazují nejvýše 15 cm nad podlahu, včetně případných šachet, montážních jam a pod., na stěny, sloupy, sokly apod. Obr. 2. Zásady osazování detektorů 3. Zabezpečení podzemních garáží Pro bezpečnost provozu podzemních hromadných garáží platí ustanovení ČSN 736058 s dodatky z roku 1989. Tato norma stanoví nejvyšší trvale přípustnou koncentraci oxidu uhelnatého 87 ppm při maximální délce pobytu v garáži 30 minut. Delší pobyt se řídí směrnicí č. 66 ministerstva zdravotnictví, která určuje maximální čtyřiadvacetihodinovou koncentraci 26 ppm. Z toho vyplývá současný požadavek na detekci CO v garážích ve dvou úrovních jako 26 a 87 ppm a s ohledem na tyto hodnoty musí být také řešeno větrání. Aby byla zajištěna hospodárnost provozu větracího zařízení, dovoluje norma možnost použití přerušovaného větrání nebo snižování a zvyšování počtu zapojených větracích jednotek. Dosažení koncentrace 26 ppm CO vyvolává spuštění ventilace a při překročení 87 ppm musí být v garážích přerušen chod motorů a všechny osoby musí opustit garáž. Na tento stav musí být vhodným způsobem upozorněny osoby přítomné v garáži (zvukové a světelné znamení).
Pro detekci oxidu uhelnatého v garážích se používají detektory s logickým výstupem GDE CO 26/87 ppm (obj.č.1209) osazené elektrochemickým sensorem. Předností tohoto sensoru je vysoká selektivita tj. necitlivost na ostatní látky vyskytující se v prostoru garáží. Ústředna pro čtyři detektory GDE CO je ASIN-GDU4G (obr.4), reaguje na nastavené úrovně koncentrace se zpožděním 120sec a do původního stavu se vrací automaticky při poklesu koncentrace pod nastavenou úroveň opět se zpožděním 120sec. Tím je zabezpečeno, že systém nebude reagovat na náhodnou krátkodobou změnu koncentrace. Úsporu v pořizovacích nákladech představuje použití ústředny ASIN GDU4GS, která při zachování výše popsaných funkcí umožňuje připojení až 32 detektorů ve čtyřech skupinách po osmi (obr.5), na které ústředna reaguje sumárně, tj. nerozlišuje mezi jednotlivými detektory ve skupině. S ohledem na očekávaný vývoj v blízké budoucnosti je zřeba zmínit tří- až čtyřúrovňovou detekci předepsanou ve většině států EU, která se již běžně aplikuje i v ČR. Firma ASEKO pro tuto aplikaci nabízí čtyřúrovňovou detekci 48, 75, 95 a 250 ppm CO (obr.6). Tento systém sestává ze snímače koncentrace GTE CO 0-300 ppm s analogovým výstupem 4-20 ma a ústředny ASIN G8, která napájí a zpracovává signál až osmi připojených snímačů (obr.4). Ústředna řídí předepsanou reakci na dosažení jednotlivých koncentračních úrovní: 48 ppm I. stupeň ventilace (48 ppm) 75 ppm II. stupeň ventilace (75 ppm) 95 ppm III. světelné tabule "VYPNOUT MOTOR, OPUSTIT GARÁŽ", "ZÁKAZ VJEZDU, NEBEZPEČÍ OTRAVY" (95 ppm) 250 ppm IV. poplašné sirény (250 ppm) Po odeznění alarmových stavů se ústředna vrací automaticky do klidového stavu a zruší všechny zásahy. Detektory nebo snímače koncentrace se v garážích osazují na stěnách v nádechové výšce cca 1,60 m nad podlahou. Pokud jde o potřebný počet detektorů u prosté nečleněné plochy počítáme 400 m 2 na jeden detektor, u půdorysně členitých prostor platí zásady uvedené v kapitole 2.1. 4. Detekce toxických plynů a par V provozech chemického průmyslu se nachází řada pracovních prostor, které musí býti zabezpečeny proti překročení nejvyšší přípustné průměrné a mezní koncentrace. Tyto hodnoty obsahu toxických látek v pracovním prostředí jsou uvedeny ve Směrnici ministersrva zdravotnictví ČSR č. 66/1989. K tomuto účelu se dodávají snímače koncentrace s analogovým výstupem 4-20 ma řady GTE nebo GTC ve spojení s ústřednou ASIN G2 (obr.7) nebo ASIN DL8. První napájí, zpracovává signál a zobrazuje koncentraci u jednoho až dvou snímačů. Je vybavena třemi reléovými výstupy - 1. a 2. koncentrační limit a chyba snímače. Koncentrační limity jsou nastaveny ve výrobě podle požadavku uživatele. ASIN DL8 je ústředna pro 8 snímačů s mnoha dalšími funkcemi a spamětí pro ukládání měřených hodnot s následným přenosem do PC, kde požadované limity si nastavuje uživatel v dialogovém režimu.
Obr.2. Detekce plynu v kotelně Obr.3. Kompletní zabezpečení kotelny
Obr.4. Detekce CO v garážích s ústřednou ASIN GDU4G Obr.5. Detekce CO v garážích s ústřednou ASIN GDU4GS
Obr.6. Čtyřúrovňová detekce CO v garážích Obr.7. Detekce toxických plynů a par s ústřednou ASIN G2