Gaz ziemny i propan-butan to najbardziej wydajne, czyste, łatwo dostępne i ekologiczne paliwa. Dlatego coraz częściej ogrzewają nasze domy, mieszkania i budynki użyteczności publicznej. Wbrew czasami spotykanym opiniom, są także bezpieczne.
1. Geneza systemów zabezpieczeń kotłowni gazowych
Nowoczesne gazownictwo opiera się dziś nie tylko na doświadczeniu, nowych materiałach i technologiach, komputeryzacji procesów badawczych i projektowych, ale także na nowych technikach podnoszących bezpieczeństwo eksploatacji paliw gazowych. Nawet przy zastosowaniu najnowszych osiągnięć techniki nie jesteśmy w stanie pominąć wpływu człowieka na proces eksploatacji paliw gazowych, a tam, gdzie ma on decydujący wpływ na właściwości instalacji gazowej, należy spodziewać się możliwości wystąpienia awarii.
W tym momencie możemy oczekiwać wsparcia wszechobecnej elektroniki. Okazało się bowiem, że na bazie zaawansowanych technologicznie elementów elektronicznych (sensorów) można skutecznie wykrywać wycieki gazów wybuchowych w powietrzu. Czułość tych elementów okazała się na tyle wysoka, że możemy dowiedzieć się o rosnącym zagrożeniu znacznie wcześniej niż nastąpi często nieobliczalna w skutkach awaria. Wraz z rozwojem elektroniki koszty systemów zabezpieczających obniżyły się do poziomu, który gwarantuje powszechność stosowania. To właśnie powszechność stosowania systemów zabezpieczających jest gwarantem podniesienia bezpieczeństwa stosowania paliw gazowych. A najczęściej spotykamy się z gazem (ziemnym lub propanem-butanem) w... kotłowni.
2. Nowa era – systemy „aktywne”
Dalszy rozwój myśli technicznej pozwolił na wprowadzenie „aktywnych” elementów do systemów wykrywania gazów. Aktywny element w postaci zaworu odcinającego dopływ gazu do instalacji pozwolił na uniezależnienie skuteczności działania systemu od obecności lub kwalifikacji osób zajmujących się jego obsługą oraz od szybkości i sprawności ich interwencji. W momencie, w którym wprowadzono zawory odcinające, nastąpiła nowa era w dziedzinie bezpieczeństwa użytkowania paliw gazowych.
Tę erę w Polsce zapoczątkował Aktywny System Bezpieczeństwa Instalacji Gazowej typu GX, opracowany i wdrożony do masowej produkcji przez Przedsiębiorstwo Innowacyjno- Wdrożeniowe „Gazex” (producenta detektorów i urządzeń elektronicznych) oraz Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo (producenta zaworów odcinających).
Aktywny System Bezpieczeństwa Instalacji Gazowej typu GX był pierwszym polskim układem wykrywania i odcinania gazu stosowanym w kotłowniach. Obecnie jest to układ podstawowy i najpopularniejszy, a także najskuteczniejszy. Doświadczenia zdobyte w ciągu przeszło 12 lat produkcji systemu pozwoliły na jego udoskonalenie i dopasowanie go do wymogów nowych przepisów i norm europejskich.
Fot. 1. Zawór MAG-3
Nową perspektywę rozwojową otworzyło Rozporządzenie Ministra Infrastruktury RP z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75 z 15.06.2002 r.). Rozporządzenie to, będąc wynikiem wielu analiz, między innymi analizy stanu bezpieczeństwa eksploatacji paliw gazowych w budynkach, ustala warunki, jakim powinny odpowiadać instalacje gazowe. Po raz pierwszy ustawodawca nakłada obowiązek stosowania systemów sygnalizacyjnych i odcinających dopływ gazu do pomieszczeń o zainstalowanej mocy cieplnej ponad 60 kW. Rozporządzenie określa także umiejscowienie zaworów odcinających (na zewnątrz budynku) i sygnalizacji alarmowej. Było to powodem wdrożenia do produkcji nowych elementów systemu GX.
Fot. 2. Detektor gazu DEX/FA-B(C)
Podstawową cechą, która zadecydowała o upowszechnieniu się systemu, jest aktywne oddziaływanie na instalację gazową poprzez zawór odcinający. Gwarantuje to pełne bezpieczeństwo eksploatacji instalacji przy braku osób z nadzoru.
Realizowane przez system GX funkcje to:
- wykrywanie podwyższonego stężenia gazu (poziomu ostrzegawczego) i generowanie ostrzegawczego sygnału optycznego oraz sygnału sterującego urządzeniami zewnętrznymi,
- wykrywanie wysokiego stężenia gazu (poziomu alarmowego) i zamykanie zaworu odcinającego dopływ gazu do instalacji oraz generowanie sygnału akustycznego, optycznego i sygnału sterującego urządzeniami zewnętrznymi (np. stycznikiem wyłączającym zasilanie pomieszczeń zagrożonych z sieci energetycznej).
Wszechstronność tego systemu pozwala na zastosowanie go:
- w dużych, miejskich i przemysłowych kotłowniach gazowych (obowiązek stosowania),
- w budynkach użyteczności publicznej (kina, teatry, szkoły),
- w kotłowniach osiedlowych,
- w domowych instalacjach gazowych.
Jest to system, który przez wiele lat o krok wyprzedzał polskie prawodawstwo w zakresie bezpieczeństwa pożarowego i zagrożenia wybuchem w kotłowniach gazowych. Obecnie staje się obowiązującym standardem.
3. Najnowsza era – systemy „aktywne”, nadzorowane przez Internet
Cytowane wyżej Rozporządzenie Ministra Infrastruktury ograniczyło możliwość stosowania systemów detekcji gazu w budynkach wielorodzinnych do obiektów ze stałym nadzorem. Nowoczesna elektronika i tym razem udowodniła, że może być wszechobecna. Budynki bez stałej obsługi można przecież nadzorować zdalnie. Niebywały rozwój technik łączności bezprzewodowej i popularyzacja Internetu spowodowały, że nadzór nad rozległymi i skomplikowanymi systemami zabezpieczającymi jest dziś równie prosty jak obsługa komputera PC lub telefonu komórkowego.
Obecny rozwój technologii teleinformatycznych umożliwił dodanie drugiego kierunku „aktywności” w systemie zabezpieczeń kotłowni gazowych. Umożliwił prosty nadzór teleinformatyczny nad systemem detekcji gazu. Wykorzystując technologię GPRS (łączności pakietowej poprzez sieć komórkową GSM), można wiedzieć wszystko nie tylko o stanie bezpieczeństwa kotłowni, ale również o parametrach urządzeń grzewczych, pomiarowych, alarmowych. Nie musimy jedynie oczekiwać sygnałów z nadzorowanego obiektu, możemy także świadomie ingerować w systemy pracujące w obiektach, sterować nimi. Możemy na przykład zdalnie odciąć dopływ gazu, włączyć sygnalizację optyczno-dźwiękową w dozorowanym obiekcie lub włączyć/wyłączyć ogrzewanie.
Dodanie modemu teleinformatycznego GPRS do standardowych elementów systemu detekcji i możliwość autoryzowanego dostępu (przez Internet lub telefon komórkowy) do gromadzonych w „historii” zdarzeń obiektu daje możliwość ekonomicznego nadzoru, kontroli i zarządzania bezpieczeństwem i eksploatacją wielu kotłowni gazowych jednocześnie.
4. Elementy składowe Aktywnego Systemu Bezpieczeństwa Instalacji Gazowej typu GX
Podstawowe elementy systemów GX to:
- pełnoprzelotowy zawór klapowy MAG-3 (fot. 1), posiadający certyfikat ATEX,
- detektor gazu ziemnego lub propanu DEX (fot. 2) o konstrukcji przeciwwybuchowej (certyfikat ATEX),
- moduł alarmowy (fot. 3), którego zadaniem jest sterowanie pracą systemu – MD-n.Z, gdzie n oznacza liczbę możliwych do podłączenia detektorów, a Z – opatentowany sposób sterowania zaworem.
Fot. 3. Moduł alarmowy MD-16.Z i MD-2.Z
W wersji uproszczonej GX-1 stosowane są domowe detektory gazu typu DK-1.Z... będące jednocześnie sterownikiem zaworu odcinającego. Zawór MAG-3 jest aktywnym elementem systemu GX, realizującym ideę zabezpieczania instalacji. Zawór ten zamykany jest impulsem elektrycznym lub ręcznie. Otwierać zawór można tylko ręcznie, co powoduje wymuszenie świadomej interwencji osób z nadzoru. Brak ciągłego zasilania zaworu (zasilanie jest obecne tylko w chwili jego zamykania) uniezależnia stan zaworu od obecności napięcia zasilającego, przez co zawór jest odporny na zaniki napięcia sieci lub przepięcia. Zawór ten nie reaguje przypadkowo, a wyłącznie w odpowiedzi na świadomą generację sygnału zamykającego. Jest znacznie lżejszy i mniejszy gabarytowo od zaworów kulowych, szczelny (IP44), może pracować na zewnątrz budynków w temperaturze do –30°C. Ten zawór o unikatowej, niebywale prostej, a tym samym taniej i niezawodnej konstrukcji jest zapowiedzią rewolucji w dziedzinie odcinania gazu w instalacjach. Dodatkowo konstrukcja ta jest bardzo bezpieczna i może być stosowana w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z wymogami Dyrektywy 94/9/WE (ATEX): II 2G c T4.
Detektory gazu typu DEX o konstrukcji przeciwwybuchowej zapewniają bezpieczne wykrywanie wszystkich rodzajów gazów wybuchowych. Posiadają wymienny sensor gazu z dwoma fabrycznie ustawianymi progami alarmowymi. Wymienność sensorów powoduje prostotę obsługi i wieloletnią, tanią eksploatację systemu. Detektory zawsze dostarczane są z indywidualnymi zaświadczeniami fabrycznymi oraz atestem kalibracyjnym. Opracowana w 2001 r. wersja detektora DEX/F o budowie rodzaju osłony ognioszczelnej, była pierwszą polską konstrukcją spełniającą wymogi norm europejskich. Po dostosowaniu do wymogów dyrektyw UE w 2004 roku, DEX uzyskał certyfikat ATEX, wydany przez Jednostkę Notyfikowaną nr 1453, GIG KD „Barbara”, do stosowania w strefach II 2G. Posiada cechę EEx d IIB lub EEx d IIC.
Fot. 4. Zawór motylkowy ZM
Moduł alarmowy MD...Z zasila detektory gazu i steruje ich pracą oraz generuje impulsy zamykające zawór MAG. Posiada dwa komplety wyjść (dla każdego progu alarmowego): stykowych, umożliwiających połączenie systemu GX z automatyką lub telemetrią oraz napięciowych 12V, sterujących sygnalizatorami optycznymi i akustycznymi. Możliwe jest sterowanie wieloma zaworami przy znacznych odległościach zaworów od systemu wykrywania gazu. Możliwa jest kaskadowa rozbudowa systemu o kolejne moduły. Moduły można wyposażyć w modem GSM/GPRS do zdalnego, dwukierunkowego nadzoru nad systemem.
Rys. 1. Schemat blokowy systemu GX
Duże zainteresowanie ze strony przemysłowych odbiorców gazu (takich jak np. duże kotłownie przemysłowe) sprawiło, że rozpoczęto dostawy niezawodnych, lekkich i relatywnie niedrogich bezkołnierzowych zaworów motylkowych ZM z napędami elektrycznymi (fot. 4), o średnicach DN 125 – DN 500.
Umożliwiają one zastosowanie automatycznego odcięcia gazu praktycznie w dowolnie dużych kotłowniach gazowych. Producenci elementów systemu GX posiadają wdrożony i certyfikowany przez TÜV system zapewnienia jakości zgodny z europejską normą ISO 9001.
Ze względu na modularność systemu GX, przejrzyste połączenia przewodowe, możliwość stosowania typowych materiałów elektroinstalacyjnych oraz dopuszczalne duże odległości pomiędzy detektorami i modułem projektowanie jest proste i wyjątkowo mało czasochłonne, a instalacja systemów jest szybka i sprawna. Przedstawiony powyżej schemat blokowy typowego systemu odcinającego potwierdza powyższe stwierdzenie.
Dodatkowo modularność i duży wybór elementów składowych umożliwia łatwe konfigurowanie potrzebnych systemów lub rozbudowę systemu o dodatkowe elementy.
Zawory MAG-3, jako najlżejsze zawory odcinające na rynku (2–3 razy lżejsze od podobnych), są bardzo łatwe do zainstalowania i już zdobyły wielce pochlebne opinie instalatorów.
5. Zalety systemu GX:
- modularność, proste projektowanie i instalacja,
- natychmiastowe, automatyczne, pewne odcięcie dopływu gazu w przypadku stwierdzenia wycieku,
- odporność na zakłócenia zasilania systemu,
- jednoznaczność sygnalizacji alarmowej,
- dwa komplety wyjść sterujących (dla każdego poziomu alarmowego),
- dostępność zaworów o różnych średnicach,
- łatwość montażu zaworu odcinającego,
- możliwość stosowania detektorów i zaworów w odległych miejscach (kilkaset metrów),
- możliwość powiadamiania dozoru o emisji gazu z instalacji,
- możliwość zdalnego, dwukierunkowego nadzoru teleinformatycznego (przez GPRS),
- możliwość uruchamiania instalacji wentylacyjnej,
- możliwość wyłączenia zasilania instalacji elektrycznej w kotłowni,
- tania eksploatacja systemu i prosta obsługa (wymienne sensory gazu),
- najwyższa, europejska jakość – dzięki ISO 9001,
- system zweryfikowany przez rynek – ponad 30000 systemów pracujących w całej Polsce.
Z takim systemem eksploatacja każdej kotłowni gazowej jest bezpieczna i zgodna z przepisami.
6. Laury dla GX:
- Instalacje ‘2002
- nagroda Medium 2002,
- Instal-Expo ‘2002 – główna nagroda i statuetka Złoty Instalator,
- Pol-Gaz-Expo ‘2003 – I miejsce + nagroda specjalna PZIiTS,
- Gaz-Technika ‘2003 – I miejsce,
- Pol-Gaz-Expo ‘2004 – II miejsce (nadzór przez GPRS),
- Gaz-Technika ‘2004 – wyróżnienie (nadzór przez GPRS),
- Targi Techniki Gazowniczej „Expo-Gas ‘2006” – wyróżnienie ASBIG.
Literatura:
- Biuletyn informacyjny Info-gazex, nr P13.
- Katalog produktów 8’2007 oraz www.gazex.pl v 7.10.
- Zbiór referatów XXXIV Zjazdu Gazowników Polskich, tom 3.
- I Ogólnopolskie Forum Gazownicze „Forgaz ‘96”, zbiór referatów.
- Sympozjum „Awarie infrastruktury technicznej w aglomeracjach miejskich”, Jachranka, 14–15 listopada 1996 r., zbiór referatów.
- II Ogólnopolskie Sympozjum Szkoleniowe „Bezpieczna eksploatacja urządzeń i instalacji gazowych”, Poznań- Kiekrz, marzec 1997 r.
- II Ogólnopolskie Forum Gazownicze „Forgaz ‘98”, zbiór referatów.
- Instalacje i urządzenia gazowe, Centrum Szkolenia Gazownictwa PGNiG, 1999 r.
- III Krajowa Konferencja „Gazterm ‘2000”, Międzyzdroje, 22–24 maja 2000 r.
- V Forum Ciepłowników Polskich, Międzyzdroje, 17–19 września 2001 r.
- Ochrona budynków przed zagrożeniem wybuchem gazu, GIG Katowice 2002 r.
- Konrad Bąkowski, Sieci i instalacje gazowe, WNT 2002/2007 r.
- Dziennik Ustaw RP Nr 75 z 15.06.2002 r.
Mariusz Karwowski