URZĄDZENIA DO WYKRYWANIA UCHODZEŃ GAZU ORAZ DO ZABEZPIECZANIA
OBIEKTÓW BUDOWLANYCH PRZED ICH SKUTKAMI
Omawiając awarie występujące w aglomeracjach miejskich szczególną uwagę poświęca się uchodzeniom gazu ziemnego, którego niekontrolowane nagromadzenie może wywołać tragiczne w skutkach wybuchy.
Dlatego też, ogromne znaczenie nadaje się możliwościom i sposobom wczesnego ujawniania powstałych nieszczelności gazociągów ulicznych i instalacji gazowych w budynkach oraz wykrywaniu obecności gazu w obiektach kubaturowych.
Mówiąc o obiektach kubaturowych, określamy tym mianem budynki podpiwniczone jak i niepodpiwniczone, zgazyfikowane jak i nie wyposażone w instalację gazową oraz różnego rodzaju komory, studnie, kanały i włazy będące wyposażeniem uzbrojenia podziemnego miasta. .
Wykrywanie w/w nieszczelności, w/g obowiązującego podziału odpowiedzialności, spoczywa na:
a) dostawcy gazu w zakresie gazociągów przesyłających gaz (sieci gazowych).
b) właścicielach budynków w zakresie instalacji gazowej, w które te budynki są wyposażone.
URZĄDZENIA STOSOWANE DO WYKRYWANIA UCHODZEŃ SIECIOWYCH OMÓWIENIE
Wykrywające nieszczelności gazociągów zakłady gazownicze eksploatujące sieci gazowe, kierują specjalnie wydzielone brygady z określoną przepisami częstotliwością na kontrole tras gazociągów. W czasie kontroli badane jest, na obecność metanu, powietrze
pobrane znad gazociągu i z armatury będących jego wyposażeniem. Badaniami takimi objęte są również inne urządzenia podziemne położone w pobliżu kontrolowanego gazociągu. Są to wymienione wcześniej komory, włazy itp.
Dotychczasowy sposób sprawdzania i pobierania próbek powietrza odbywający się z użyciem metanomierza optycznego typ MG3, którego pomiar oparty jest na zmianie widma światła, zastępowany jest obecnie urządzeniami elektronicznymi o większej czułości pobierającymi próbki powietrza znad ziemi sondami umieszczonymi pod pojazdami lub wózkami ręcznymi.
Czułość tych urządzeń pozwala na rejestrowanie śladowych ilości metanu. Wyniki podawane są w ppm, co określa ilość cm3 metanu w jednym m3 pobranej próbki powietrza. Zastosowane czułe detektory płomieniowo jonizacyjne mierzą przewodność
płomienia, spalonej na siatce platynowej mieszanki wodom-tlenowej. Metan (CH4) zassany z miejsca uchodzenia, wzmacnia proces spalania, co jest rejestrowane w postaci zwiększonych wskazań.
Wyniki te mogą być rejestrowane automatycznie tworząc ważną dokumentację eksploatacyjną. Wykryte w ten sposób uchodzenia są następnie lokalizowane, zabezpieczane przed rozprzestrzenianiem i likwidowane przez służby gazowe.
Przed opisanymi zagrożeniami powinni zabezpieczać się również użytkownicy kanałów telekomunikacyjnych, cieplnych i innych, do których może przedostać się migrujący z nieszczelnego gazociągu gaz.
Służby te winny być wyposażone w urządzenia, którymi mogą wykonać pomiary stężenia metanu w obiektach kubaturowych tuż przed rozpoczęciem w nich pracy.
Są to różnego rodzaju mierniki, metanomierze, eksplozymetry o szerokim zakresie pomiarowym i progach alarmowych ustawionych względem DGW np. 10 %, 20 %, 50 % z akustycznym lub optycznym alarmem.
Systemy pomiarowe tych urządzeń opierają się na metodzie pomiaru mostkowego z wykorzystaniem w gałęzi mostka różnego rodzaju czujników np. półprzewodnikowych i termokatalitycznych (pellistorowych).
Urządzenia stosowane do wykrywania uchodzeń gazowych i mierzenia zawartości gazu w powietrzu powinny posiadać:
1. zatwierdzenie typu jako czujnikowe przyrządy pomiarowe dla gazownictwa. 2. znak bezpieczeństwa "B" IGNiG w Krakowie.
3. atest dopuszczający do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem GIG KDB w Mikołowie.
URZĄDDZENIA STOSOWANE DO WYKRYWANIA UCHODZEŃ GAZU W INSTALACJACH GAZOWYCH - OMÓWIENIE
Zarządzający budynkami zobowiązani są raz w roku przeprowadzać kontrolę instalacji gazowej, badając między innymi szczelność przewodów, urządzeń i podłączeń.
Do kontroli tych można stosować różnego rodzaju mierniki, wykrywacze, metanomierze i eksplozymetry, których zasadę działania oraz zakresy pomiarowe i alarmowe omówiliśmy w poprzednim rozdziale.
Wykryte tymi kontrolami nieszczelności powinny być niezwłocznie usunięte, gdyż zagrożenie wybuchem gazu w obiekcie budowlanym jest bardzo duże.
Każda awaria przebiega bowiem w sposób niekontrolowany, a wydobywający się gaz rozprzestrzeniać się może bardzo szybko. Potrzebne do wybuchu stężenie 5 % obj. będące DGW może powstać bardzo szybko, szczególnie w pomieszczeniach źle wentylowanych jak np. piwnice, sutereny. Z analizy rejestru zgłoszeń do Pogotowia Gazowego wynika, że 70 uchodzeń dotyczy instalacji gazowych i przyborów, które stanowią poważne zagrożenie wybuchowe, a których nie wychwyciły i nie zabezpieczyły w porę administracje domów.
URZĄDZENIA DO ZABEZPIECZANIA OBIEKTÓW BUDOWLANYCH PRZED WYBUCHEM GAZU - OMÓWIENIE
Użytkownicy i zarządcy budynków niezależnie od okresowych kontroli szczelności instalacji gazowych mogą podejmować inne działania np.:
1. Montowanie na przyłączach gazowych lub za kurkiem głównym urządzeń, którymi można ograniczyć skutki awarii dla aglomeracji miejskiej.
Są to podnoszące bezpieczeństwo obiektów budowlanych:
a) ograniczniki przepływu, które przy przekroczeniu dopuszczalnego natężenia przepływu gazu zamykają samoczynnie dopływ gazu uniemożliwiając jego dalsze rozprzestrzenianie, ograniczając w ten sposób zagrożenie.
b) urządzenie sterowane termicznie montowane za kurkiem głównym umożliwiające samoczynne zamknięcie dopływu gazu do instalacji wewnętrznej przy przekroczeniu temperatury 71 °C w otoczeniu zaworu.
2. Wyposażanie pomieszczeń w czułe urządzenia detekcyjne sygnalizujące wystąpienie stężenia gazu, a także mogące automatycznie odciąć dopływ gazu.
Urządzenia do zabezpieczania obiektów budowlanych przed wybuchem gazu można by przedstawić w/g następującego podziału:
I-a grupa - przenośne mierniki pracujące w zakresie DGW /eksplozymetry/ i pracujące w zakresie 0-100 % objętości /metanomierze/.
II-a grupa - zawory odcinające dopływ gazu w przypadku zerwania przyłącza, instalacji wewnętrznej czyli na skutek zwiększonego przepływu gazu ponad zadany lub przekroczenia temperatury w otoczeniu kurka głównego.
III-a grupa - stacjonarne sygnalizatory stężeń gazów wybuchowych o lokalnym lub ograniczonym zasięgu alarmowania, przeznaczone do zabezpieczania mieszkań i pomieszczeń ogólnodostępnych przed skutkami gromadzenia się gazu w wyniku niewłaściwego użytkowania odbiorników lub nieszczelności instalacji.
IV-a grupa - eksplozymetryczne systemy sygnalizacyjno-odcinające przeznaczone do zabezpieczania budynków przed skutkami wypływu gazu z instalacji oraz gromadzenia się wewnątrz budynku gazu migrującego z nieszczelnej, rozdzielczej sieci gazowej.
Decyzją Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z 04.04.1996 r., opublikowaną w Dzienniku Ustaw nr 45/96, możliwe jest instalowanie w budynkach jednorodzinnych i niemieszkalnych stale nadzorowanych, urządzeń sygnalizujących stężenie metanu i odcinających dopływ gazu przy przekroczeniu progu alarmowego, bądź samych sygnalizatorów w budynkach stale nadzorowanych.
Na terenie MOZG ok. 250.000 budynków mogłoby być objętych którymś z tych rozwiązań.
Systemy te, jako zalecane i dopuszczone do stosowania w/w rozporządzeniem, nie są obowiązkowe gdyż nie mogą zapewnić wykrycia gazu we wszystkich możliwych miejscach, a wymagają wzmożonego nadzoru im system jest bardziej rozbudowany.
Co prawda umiejętne rozmieszczenie czujek może wiele przypadków niebezpiecznego ulatniania się gazu zasygnalizować, stanowią one bowiem element wczesnego ostrzegania o niebezpieczeństwie i jako taki wart jest omówienia i przeanalizowania przypadków, gdzie powinien być stosowany jednostkowo.
WNIOSKI 1. Bogata oferta urządzeń proponowana przez producentów i dystrybutorów, których listę stanowi zał. nr l, stwarza możliwość dobrania urządzeń wykonanych w oparciu o najlepsze rozwiązania światowe, do potrzeb służb zarządzających sieciami i budynkami, a działających dla zapobieżenia awariom w aglomeracjach miejskich.
2. Systemy sygnalizacyjne nie mogą zastąpić codziennej dbałości o stan instalacji i aparaty gazowe oraz okresowych kontroli i koniecznych napraw w ramach prowadzonej bieżącej konserwacji. Na prace te przeznacza się dotychczas zbyt mało środków, nie można zatem dodatkowo uzyskanych pieniędzy angażować tylko w systemy ostrzegawcze, a trzeba przede wszystkim zadbać o funkcjonowanie systemu napraw.
EKSPLOZYMETRY - BADANIA I WYMAGANIA
Intensyfikująca się działalność gospodarcza w Polsce, powoduje wzrost zużycia, między innymi, substancji chemicznych jako paliw i surowców do produkcji. Rozwijająca się infrastruktura do obsługi substancji chemicznych, np. w postaci transportu kołowego, magazynów, instalacji produkcyjnych i przesyłowych powoduje wzrost zagrożeń pożarem i wybuchem. Do tego należy doliczyć infrastrukturę już istniejącą, której stan techniczny nie jest utrzymywany na właściwym poziomie. Celem ochrony instalacji przed wybuchem, przemysł chemiczny (a za nim inne) od końca lat sześćdziesiątych zaczął stosować eksplozymetry. Eksplozymetry umożliwiają wczesne wykrywanie palnych gazów i par w powietrzu, jeszcze przed osiągnięciem stężeń odpowiadających ich dolnej granicy wybuchowości (DGW). Gdy takie stężenie wystąpi, sygnał świetlny lub akustyczny eksplozymetru umożliwia podjęcie działań ograniczających niebezpieczeństwo pożaru lub wybuchu.
Ogólnie eksplozymetry można podzielić na przyrządy stacjonarne i przenośne. Stacjonarne, montowane są na stałe w miejscach o szczególnym zagrożeniu (zbiorniki, złącza rurociągów, zawory, lakiernie, suszarnie itd.).
W praktyce ratownictwa zastosowanie mają eksplozymetry przenośne, o niewielkim ciężarze. Eksplozymetry można również podzielić pod względem zastosowanego detektora składnika palnego. Stosowanych jest wiele technik, wykorzystujących, między innymi, przewodność termiczną, półprzewodnictwo, zjawiska fotoelektryczne, reakcje chemiczne, zjawiska optyczne (interferencyjne) oraz katalityczne spalanie. Detektory elektrochemiczne i półprzewodnikowe najlepiej sprawdzają się w wykrywaczach małych stężeń składników niebezpiecznych, mierzonych w p.p.m. i nazywane są najczęściej toksymetrami bądź wykrywaczami gazowymi. Przy większych stężeniach, mierzonych w procentach dolnej granicy wybuchowości, pracują one w górnych zakresach swoich możliwości i wskazania ich, w tych zakresach, obciążone są dużym błędem. Podwyższenia zakresu stosowania wykrywaczy gazowych do tej pory jeszcze nie udało się, w sposób zadowalający, zrealizować choć czynione są w tym kierunku próby. Trzeba tu jednak przyznać, że bardziej zaawansowane są badania mające na celu zwiększenie czułości czujników chemicznych, zwłaszcza półprzewodnikowych, do poziomu 10''- I ppm.
Tak więc do pomiaru wysokich stężeń, wyższych niż 5000 ppm najbardziej przydatne są eksplozymetry z detektorami katalitycznymi, działającymi na zasadzie katalitycznego spalania substancji palnej, wykorzystujące efekt Jolue'a.
Wykrywacz katalityczny (rys. 1 ) składa się z czujnika i elektronicznego układu pomiarowego. Elektroniczny układ pomiarowy wykorzystuje tzw. mostek Wheatston'a, w którym platynowa spirala (lub inny metal szlachetny) z naniesionym na jej powierzchnię katalizatorem, tworzy jedno z ramion mostka. Wprowadzony do komory badany gaz utlenia się na powierzchni katalizatora pod działaniem odpowiedniej temperatury. Proces spalania powoduje wzrost temperatury drutu oporowego (platynowej spiralki), a tym samym wzrost jego oporności. Potencjał wytworzony na mostku, w wyniku wzrostu oporności, jest miarą stężenia składnika palnego w powietrzu.
Ciepło spalania w pobliżu równowagi stechiometrycznej jest w przybliżeniu jednakowe dla wielu substancji palnych. Dlatego eksplozymetr nie może służyć do identyfikacji składnika palnego, a jedynie do określania jego stężenia.
Najbardziej rozpowszechnione są metanomierze (stosowane powszechnie w kopalniach metanowych) oraz przyrządy specjalizowane do wykrywania i pomiaru konkretnych gazów w powietrzu (tlenek węgla, gaz miejski lub ziemny, siarkowodór itp.). Praktycznie wszystkie eksplozymetry kalibrowane są przez producenta na gaz wzorcowy, najczęściej metan. Pomiar, tak wyskalowanym przyrządem stężeń par cieczy palnych, obarczony jest bardzo dużym błędem (wskazanie miernika nie odpowiada rzeczywistemu stężeniu palnego składnika). Pomiary takim przyrządem stężeń innych mediów niż metan są możliwe i dokładne pod warunkiem przeprowadzenia pełnej ich kalibracji na badane substancje. Przykład przebiegu charakterystyk kalibracji eksplozymetru GTM 67 A firmy OLDHAM przedstawia rys.?. Kalibracja przyrządów polega na wyznaczeniu zależności wskazań eksplozymetru od stężenia badanego składnika w powietrzu. W praktyce polega to na wytworzeniu w określony sposób mieszanin kalibracyjnych , o różnych, znanych stężeniach, zarejestrowaniu wskazań przyrządu przy danym stężeniu składnika palnego w mieszaninie i wykreśleniu tej zależności na wykresie (krzywa lub charakterystyka kalibracji) lub wyznaczeniu współczynnika przeliczeniowego. Niektórzy producenci eksplozymetrów dostarczają na życzenie odbiorców charakterystyki kalibracyjne dla innych mediów niż metan, lecz krzywe te nie są wynikiem indywidualnej kalibracji i odchyłki wskazań mogą dochodzić do 15% między poszczególnymi miernikami.
W praktyce służb ratowniczych, a szczególnie jednostek PSP, do użycia eksplozymetru może dojść w warunkach bardzo daleko odbiegających od standardowych i dlatego od tych przyrządów wymaga się, w pierwszym rzędzie, powtarzalności wskazań. Z uwagi na właściwości detektorów osiąga się to poprzez częste sprawdzanie tych przyrządów w warunkach laboratoryjnych. W zasadzie, każdy przyrząd po jednokrotnym użyciu w trakcie akcji ratowniczej, powinien być oddany do laboratorium celem ponownego skalibrowania. Uwaga ta dotyczy również wykrywaczy gazowych, których czujniki chemiczne są jeszcze mało selektywne, niestabilne w czasie a w odróżnieniu od czujników katalitycznych, mają niezbyt długi czas życia.
W CNBOP opracowano w oparciu o normy europejskie metodykę badań eksplozymetrów dla potrzeb pożarnictwa, uruchomiono również stanowisko do wytwarzania dowolnych mieszanin wzorcowych i dokonywania kalibracji eksplozymetrów. Możliwe jest również sprawdzanie wykrywaczy gazowych. Eksplozymetry dla
potrzeb PSP powinny spełniać wymagania norm PN-83/E-8110 i PN-84/E-08107 (potwierdzone Orzeczeniem Kopalni Doświadczalnej "Barbara" w Mikołowie) oraz charakteryzować się:
1. małymi wymiarami: iloczyn trzech wymiarów nie powinien przekraczać 750 cm3 (ze źródłami zasilania) przy czym iloczyn dwóch największych wymiarów nie powinien być większy niż 140 cm (tolerancja 10%),
2. masą nie większą niż 1000 g (ze źródłami zasilania i wyposażeniem koniecznym w warunkach pomiaru),
3. możliwością zasilania ze źródeł prądu stałego, ogólnie dostępnych w handlu; po zamontowaniu do przyrządu musi być spełniony warunek iskrobezpieczeństwa,
4. minimalnym czasem pomiaru,
5. możliwością odczytu wyniku pomiaru w warunkach zadymienia, 6. możliwością zapamiętywania wyników,
7. powtarzalnością pomiarów,
8. możliwością pobierania próbek gazowych z miejsc trudno dostępnych (wyposażenie w sondy ręczne),
9. możliwością operowania przyciskami przyrządu dłonią chronioną rękawicą,
10. możliwością przymocowania przyrządu do korpusu ratownika (na wysokości pasa lub piersi),
11. emitowaniem okresowego sygnału dźwiękowego, informującego że przyrząd pracuje,
12. utrudnioną możliwością nastawiania dwóch progów alarmowych, o zróżnicowanej częstotliwości,
13. odporną na uszkodzenia obudową,
14. być wyposażonym w jasną, przejrzystą, napisaną w języku polskim instrukcję obsługi. Prawdopodobnie w przyszłym roku, w Polsce, zostaną wprowadzone normy oparte na normach europejskich:
1. EN 50054/91 - Elektryczne przyrządy do wykrywania i pomiaru gazów palnych. Wymagania i metody badań.
2. EN 50057/91 - Elektryczne przyrządy do wykrywania i pomiaru gazów palnych. Wymagania dla przyrządów grupy II o zakresie pomiarowym do
100 % dolnej granicy wybuchowości (LEL).
3. EN 50058/91 - Elektryczne przyrządy do wykrywania i pomiaru gazów palnych. Wymagania dla przyrządów grupy II o zakresie pomiarowym do
100 % objętościowych (VIV).
Normy te umożliwią prowadzenie badań atestacyjnych i dokonywania uwierzytelnienia przyrządów eksplozymetrycznych i wykrywaczy gazowych, szczególnie, że przyrządy te mają znaczenie dla bezpieczeństwa życia i mienia oraz ochrony środowiska, i powinny zgodnie z ustawą z 1993 r. "Prawo o miarach" podlegać uwierzytelnieniu.
Innym celem tych norm jest zapewnienie minimalnych wymagań takich jak:
- iskrobezpieczność wszystkich elementów przyrządu,
- odporność na działanie korozyjnych gazów i par,
- konstrukcja przyrządu powinna umożliwiać regularne kontrole dokładności wskazań,
- konstrukcja przyrządu powinna umożliwiać obsługę jedną ręką i wykonywanie pomiarów w trudno dostępnych miejscach, np. z użyciem sond,
- sygnalizację pracy przyrządu,
- jednoznaczność odczytu z elementu wskazującego lub rejestrującego,
- świetlne elementy sygnalizacyjne przyrządu (jeśli są) powinny mieć następujące kolory:
- dla obecności gazu o potencjalnie niebezpiecznym stężeniu - czerwony,
- sygnalizację zakłócenia pracy przyrządu - żółty,
- sygnalizację włączenia zasilania przyrządu - zielony,
- elementy alarmujące (świetlne i akustyczne) powinny wymagać celem skasowania alarmu umyślnego, specjalnego działania,
- elementy nastawne przyrządu powinny mieć utrudniony dostęp, bez naruszania iskrobezpieczeństwa obudowy,
- sygnalizację niskiego poziomu napięcia zasilania,
- jednoznaczne oznakowanie i opisanie przyrządu na obudowie,
- instrukcję obsługi, zawierającą wszystkie istotne informacje do obsługi, kontroli i badania przyrządu.
Są to ważniejsze elementy tych norm. Nie wszystkie zostały tu wymienione. W normach tych brakuje najważniejszego elementu - umiejętności posługiwania się tymi przyrządami.
Choć wymagane jest wyposażanie przyrządów w instrukcje obsługi, to stanowią one ledwie wstęp do umiejętności posługiwania się tymi przyrządami. Konieczne jest zatem właściwe zaplanowanie i przeprowadzenie ćwiczeń, najlepiej poligonowych z tymi przyrządami.
Od dłuższego czasu obserwuje się, z pewnością słuszną, tendencję łączenia w jednym przyrządzie funkcji eksplozymetru i toksykometru. Dla celów Państwowej Straży Pożarnej eksplozymetr wraz z czujnikami na metan (gaz ziemny}, tlenek węgla (dymy pożarowe) i tlen jest rozwiązaniem, w większości wypadków, optymalnym. Ratownictwo chemiczne powinno posługiwać się bardziej rozbudowanymi przyrządami.
Jednak przyrządy te, w każdej konfiguracji, okresowo muszą być sprawdzane i kalibrowane a obsługujący je ciągle doskonalić się w ich obsłudze. Takie postępowanie zapewni wiarygodność dokonywanych pomiarów i trafność decyzji podejmowanych na ich podstawie.