Spis treści
- Zagrożenia związane z gazem ziemnym i LPG – detekcja gazu w kotłowni
- Detekcja gazu w kotłowni – kluczowe funkcje i lokalizacja czujników detekcji gazu
- Systemy detekcji gazu w kotłowni – automatyczne wyłączniki gazu i sygnalizacja alarmowa
- Detekcja gazu w kotłowni a normy i wymagania dotyczące bezpieczeństwa w tym pomieszczeniu
Zagrożenia związane z gazem ziemnym i LPG – detekcja gazu w kotłowni
Gaz ziemny to mieszanina złożona głównie z metanu (nawet 99% zawartości) oraz w różnych proporcjach z etanu (do 8% zawartości) i propanu (do 4% zawartości), a także innych węglowodorów wyższych w dużo mniejszych stężeniach. Może zawierać też azot, dwutlenek węgla czy hel, a w śladowych ilościach zanieczyszczenia, takie jak rtęć lub siarkowodór. Jego dolna granica wybuchowości (DGW) wynosi 4,4-5,3%, a górna granica wybuchowości (GGW) 14,8% stężenia objętościowego w powietrzu. Temperatura zapłonu to 190°C, natomiast samozapłonu 480-630°C. Do gaszenia ewentualnego pożaru wykorzystywane są: proszek i piana gaśnicza, dwutlenek węgla, woda (prądy rozproszone).
Gaz ziemny to związek skrajnie łatwopalny, a jego ogrzanie pod ciśnieniem stwarza zagrożenie wybuchowe. W kontakcie z powietrzem tworzy mieszaniny palne i wybuchowe. Jest bezbarwny i bezwonny, a także lżejszy od powietrza, stąd przy wycieku gromadzi się w górnych partiach pomieszczenia. Dla człowieka jest niebezpieczny z powodu duszących właściwości spowodowanych wypieraniem tlenu z powietrza. Przy rozprężaniu obniża temperaturę, co może spowodować termiczne uszkodzenia skóry i oczu.
Gaz płynny (inaczej gazol, gaz LPG – Liquefied Petroleum Gas) to mieszanina otrzymywana w wyniku uzdatniania gazu ziemnego w instalacji separacji niskotemperaturowej, zawierająca propan (15-60%) oraz butan i izobutan (30-84%). W składzie ma też niewielkie ilości etanu (≤4,5%), metanu (≤0,1%) i wyższych węglowodorów. DGW wynosi ok. 1,9%, natomiast GGW ok. 9,6% stężenia objętościowego w powietrzu. Temperatura zapłonu to -95°C w przypadku propanu i do -60°C dla butanu. Z kolei temperatura samozapłonu wynosi 470°C dla propanu i 365°C dla butanu. Środki gaśnicze dla gazu płynnego to proszki i piany gaśnicze, dwutlenek węgla oraz woda (prądy rozproszone). Nie należy jednak kierować bezpośrednich strumieni na palący się materiał oraz nie powinno się jednocześnie używać piany i wody, ponieważ woda niszczy pianę.
LPG podobnie jak gaz ziemny jest skrajnie łatwopalny, także podgrzanie go pod ciśnieniem grozi wybuchem. Tworzy z powietrzem mieszaniny łatwopalne i wybuchowe. Gaz płynny jest cięższy od powietrza, w związku z tym gromadzi się w dolnych partiach pomieszczeń i zagłębieniach. Podczas rozprężania powoduje obniżenie temperatury, co może doprowadzić do uszkodzeń termicznych skóry i/lub oczu u człowieka.
Polecany artykuł:
Detekcja gazu w kotłowni – kluczowe funkcje i lokalizacja czujników detekcji gazu
Najważniejszym elementem każdego czujnika jest sensor, ponieważ to on bezpośrednio odpowiada za detekcję. Dostępnych jest kilka rodzajów sensorów, najpopularniejsze z nich to:
- Półprzewodnikowe – czujniki działające progowo, czyli przy przekroczeniu określonych granicznych stężeń gazu. Wykorzystują przewodność elektryczną. Ich działanie polega na adsorpcji gazu w określonej temperaturze, co powoduje zmianę rezystencji półprzewodnika. Wykorzystywane do pomiaru gazów wybuchowych i toksycznych. Sensory są selektywne, o ile mają odpowiednio dobrany skład półprzewodnika i temperaturę pracy.
- Absorpcyjne (wykorzystujące podczerwień) – zachodzi w nich zjawisko absorpcji promieniowania podczerwonego przez wiązania chemiczne między cząsteczkami gazu. Poszczególne gazy pochłaniają wybrane długości fal. Po prześwietleniu komory pomiarowej możliwe jest określenie stężenia gazu. Ten rodzaj detektorów sprawdza się w przypadku dwutlenku węgla, metanu i propanu-butanu.
- Katalityczne – wykorzystują proces katalitycznego utleniania. Zbudowane są z dwóch katalizatorów – jednego reagującego na gaz, drugiego niereagującego. Podczas wykrycia gazu na katalizatorze aktywnym zachodzi utlenianie i wydziela się ciepło, wzrasta też napięcie proporcjonalne do stężenia gazu. Sensor nie jest selektywny, wykrywa różne gazy pojawiające się w otoczeniu czujnika. Umożliwia pomiary gazów wybuchowych do 100% DGW.
- Elektrochemiczne – działają w oparciu o ogniwo elektrolityczne. Wraz ze wzrostem stężenia gazu wzrasta natężenie prądu. Elektrolit dobiera się pod kątem gazu do detekcji. Należy pamiętać, że elektrolity zużywają się w czasie i pod wpływem intensywności pracy, a także z powodu występowania gazów w otoczeniu sensora. Należy je okresowo kalibrować, aby nadal skutecznie działały. Służą głównie do detekcji gazów toksycznych.
Aby detekcja gazu w kotłowni zapewniała skuteczną ochronę kluczowe jest cykliczne wykonywanie przeglądów i kalibracja urządzeń. Sensory zazwyczaj są wymienne, dzięki czemu w przypadku zużycia możliwa jest wymiana tylko tego komponentu, nawet bez konieczności demontażu czujnika.
Do pomiaru gazu ziemnego i płynnego wykorzystywane są zazwyczaj czujniki progowe – półprzewodnikowe, katalityczne i infra-red. Wykrywają one stężenie kilkukrotnie mniejsze od niebezpiecznego i generują alarm dźwiękowy i optyczny, zwykle po kilkunastu/kilkudziesięciu sekundach od wykrycia zagrożenia. Nowoczesne czujniki często wyposażone są w funkcje „test”, dzięki czemu użytkownik sam może sprawdzić poprawność działania. Niektóre urządzenia umożliwiają przekazywanie sygnałów do innych urządzeń przy przekroczonym stężeniu, takich jak np. wentylator, syrena alarmowa, zawór gazu.
- Przeczytaj też: Czy czujnik czadu wykryje gaz? Czym różni się czujnik czadu i gazu od czujnika dymu?
Żeby detektory mogły skutecznie działać, konieczne jest ich odpowiednie zlokalizowanie uwzględniające geometrię pomieszczenia, potencjalne źródło wycieku oraz właściwości samego gazu. Czujniki gazu ziemnego montuje się w odległości 15-30 cm od sufitu i zwykle maksymalnie 6 m od kotła gazowego. Miejsce montażu powinno być wyżej niż najwyżej zamontowane okno lub drzwi. Jeśli chodzi o gaz płynny, to detektory powinny być rozmieszczone nisko, ok. 15-30 cm nad posadzką oraz we wszelkich ewentualnych zagłębieniach pomieszczenia, a odległość od kotła to zazwyczaj maksymalnie 4 m. Czujnik nie powinien być lokalizowany w pobliżu okna lub drzwi. Dokładne odległości montażu należy każdorazowo sprawdzić w instrukcji producenta.
Detektory nie powinny być montowane w:
- miejscach brudnych i zakurzonych,
- tam, gdzie mogą być zasłonięte, np. przez wyposażenie pomieszczenia,
- w pobliżu miejsc, gdzie może wystąpić burzliwy przepływ powietrza: okna, wentylacja, klimatyzator,
- na zewnątrz budynku,
- przy urządzeniach emitujących silne pola magnetyczne lub elektryczne,
- w miejscach wilgotnych i narażonych na wstrząsy.
Systemy detekcji gazu w kotłowni – automatyczne wyłączniki gazu i sygnalizacja alarmowa
Detekcja gazu w kotłowni jest niezbędna, jednak oprócz zastosowania czujek, warto wyposażyć pomieszczenie w urządzenia odcinające dopływ paliwa. Zgodnie z prawem wyposażenie w urządzenia sygnalizacyjno-odcinające dopływ gazu jest obowiązkowe dla kotłowni o łącznej mocy zainstalowanych urządzeń powyżej 60 kW (Rozporządzenie z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (z późn. zm.)). Wspomniane warunki techniczne mówią też o tym, że „zawór odcinający dopływ gazu do budynku, będący elementem składowym urządzenia sygnalizacyjno-odcinającego, powinien być instalowany poza budynkiem, między kurkiem głównym a wprowadzeniem przewodu do budynku”.
Na rynku dostępne są automatyczne zawory odcinające, jednak aby działały samoczynnie wymagają współpracy z czujnikami gazu. Podstawowy system detekcji gazu składa się z minimum dwóch detektorów, centralki sterującej, sygnalizatora i automatycznego zaworu odcinającego. Gdy detektor wykryje przekroczenie stężenia podaje sygnał poprzez moduł sterujący do zamknięcia przepływu. Zawory odcinające wyzwalane są elektromagnetycznie i nie wymagają zasilania – minimalny impuls elektryczny jest potrzebny jedynie do ewentualnego zamknięcia kurka. Możliwe jest wykorzystanie takiego zaworu również do ręcznego odcięcia przepływu. Samoczynne zawory odcinające dostępne są w różnych modelach, jeśli chodzi o możliwość współpracy z systemami detekcji i różnymi rodzajami instalacji gazowej. Występują w wersjach szybkozamykających, klapowych, motylkowych lub grzybkowych. Cechuje je brak wrażliwości na zaniki napięcia.
Niektóre z nich mogą być montowane w znacznej odległości od centrali sterującej bez ryzyka spadku napięcia. Ze względu na montaż w strefie zagrożenia wybuchem korpus urządzenia powinien mieć uziemienie.
- Przeczytaj też: Podatek od ogrzewania gazem - czy będzie podatek od gazu w Polsce! Kiedy i kto go zapłaci?
Detekcja gazu w kotłowni a normy i wymagania dotyczące bezpieczeństwa w tym pomieszczeniu
Wymagania dotyczące kotłowni określa Rozporządzenie z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (z późn. zm.) oraz Polska Norma PN-B-02431-1: Ogrzewnictwo – Kotłownie wbudowane na paliwa gazowe o gęstości względnej mniejszej niż 1 – Wymagania.
W myśl przepisów wspomnianego rozporządzenia, pod kątem pożarowym ze względu na przeznaczenie i sposób użytkowania kotłownie zaliczane są do produkcyjnych i magazynowych części budynków – określanych jako PM. Materiały budowlane użyte do budowy i wykończenia kotłowni powinny być niepalne.
Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych określa m.in. klasy odporności ogniowej dla przegród budowlanych w pomieszczeniu kotłowni:
| Tab.1. Klasy odporności dla przegród budowlanych w kotłowni | |||
| Rodzaj pomieszczenia | Klasa odporności ogniowej | ||
| ściany wewnętrzne | stropów | drzwi lub innych zamknięć | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Kotłownia z kotłami na paliwo stałe, o łącznej mocy cieplnej powyżej 25 kW | EI 60 | REI 60 | EI 30 |
| Kotłownia z kotłami na olej opałowy, o łącznej mocy cieplnej powyżej 30 kW | EI 60 | REI 60 | EI 30 |
| Kotłownia z kotłami na paliwo gazowe, o łącznej mocy cieplnej powyżej 30 kW: | |||
| - w budynku niskim (N) i średniowysokim (SW) | EI 60 | REI 60 | EI 30 |
| - w budynku wysokim (W) i wysokościowym (WW) | EI 120 | REI 120 | EI 60 |
| Skład paliwa stałego i żużlownia | EI 120* | REI 120* | EI 60* |
| Magazyn oleju opałowego | EI 120 | REI 120 | EI 60 |
| (*) Wymaganie nie dotyczy budynków mieszkalnych jednorodzinnych, budynków mieszkalnych w zabudowie zagrodowej oraz budynków rekreacji indywidualnej. | |||
Warunki techniczne rozróżniają cztery przedziały mocy kotłów gazowych i dla tych mocy stawiają wymagania dla pomieszczeń kotłowni:
- Kotły do 30 kW – mogą być instalowane w pomieszczeniach nieprzeznaczonych na stały pobyt ludzi,
- Kotły 30-60 kW – należy instalować w pomieszczeniu technicznym lub w przewidzianym wyłącznie na kotłownię budynku wolno stojącym,
- Kotły 60-2000 kW – należy instalować w służącym wyłącznie do tego celu pomieszczeniu technicznym lub w budynku wolno stojącym przeznaczonym wyłącznie na kotłownię,
- Kotły powyżej 2000 kW mogą być instalowane wyłącznie w budynku wolno stojącym przeznaczonym na kotłownię.
Przepisy wymagają również:
- Instalacje sygnalizujące niedopuszczalny poziom stężenia gazu mogą być stosowane w budynkach ze stałym nadzorem zapewniającym podejmowanie działań zaradczych oraz w budynkach jednorodzinnych,
- Czujki sygnalizacyjne niebezpieczny poziom gazu powinny być instalowane w piwnicach i tam, gdzie istnieje ryzyko gromadzenia się gazu w sytuacji awaryjnej,
- Sygnały alarmowe stanu zagrożenia wybuchem w budynkach, z wyłączeniem budynków jednorodzinnych, powinny być kierowane do służb,
- Urządzenia sygnalizacyjno-odcinające dopływ gazu należy stosować w pomieszczeniach, gdzie łączna moc cieplna zainstalowanych urządzeń gazowych jest większa niż 60 kW.
W kwestii wymagań dla samego pomieszczenia i jego geometrii, rozporządzenie określa, że minimalna wysokość kotłowni gazowej o mocy do 60 kW to 2,20 m, a dla mocy od 60 do 2000 kW – 2,50 m. Wyjątkiem są m.in. budynki jednorodzinne wzniesione przed wejściem w życie rozporządzenia – w tym przypadku minimalna wysokość to 1,9 m. Kubatura kotłowni dla kotłów z otwartą komorą spalania wynosi min. 8 m3, a w przypadku kotłów z zamkniętą komorą spalania – 6,5 m3.
- Przeczytaj też: Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła. Czy rekuperacja w budownictwie mieszkaniowym się opłaca?
Niezwykle istotna w przypadku kotłowni jest wentylacja pomieszczenia w zależności od rodzaju zastosowanego kotła. Instalując kotły z zamkniętą komorą spalania niekonieczna jest specjalna wentylacja, pod warunkiem zastosowania koncentrycznych przewodów powietrzno-spalinowych.
Kotły z otwartą komora spalania o mocy do 30 kW wymagają wentylacji nawiewnej przez otwór o powierzchni min. 200 cm2 (przy czym dolna krawędź otworu powinna być max. 30 cm powyżej posadzki w przypadku gazu ziemnego i na poziomie posadzki dla gazu płynnego) oraz instalacji wywiewnej o powierzchni otworu również min. 200 cm2.
W przypadku kotłowni o mocy 30-60 kW konieczne jest zastosowanie większego otworu nawiewnego – o powierzchni 300 cm2.
Dla kotłowni o mocy powyżej 60 kW należy zastosować kanał nawiewny o powierzchni otworu min. 5 cm2 na 1 kW mocy kotła, ale nie mniejszy niż 300 cm2. Powierzchnia otworów wywiewnych powinna być co najmniej równa połowie powierzchni nawiewu, ale nie mniej niż 250 cm2.
Zgodnie z Polską Normą kotłownia może być zlokalizowana w wydzielonym pomieszczeniu, na najniższej lub najwyższej kondygnacji i powinna mieć przynajmniej jedną ścianę zewnętrzną. W budynkach o ponad czterech kondygnacjach kotłownia powinna znajdować się na najwyższym piętrze.
