Strefa techniczna
Dzielimy się z Tobą wiedzą i doświadczeniem, które zdobyliśmy we współpracy z najlepszymi w Polsce i na świecie w dziedzinie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego i pożarowego.
Wodór jest gazem, którego stosowanie w przemyśle szybko staje się coraz bardziej powszechne. Nie bez przyczyny. Jego liczne zalety czynią go oczywistym paliwem dla pojazdów i wytwarzania prądu. W efekcie spalania wodoru jedynym produktem, poza dużą ilością energii, jest czysta woda. Pozyskiwanie wodoru też często odbywa się przy użyciu odnawialnych źródeł energii, co może wręcz zwiększyć ich wydajność.
Przykładem są elektrownie wiatrowe, które wymagają odpowiednich warunków do pracy, a te nie zawsze pokrywają się z zapotrzebowaniem energetycznym sieci. Do osiągnięcia pełni potencjału potrzebują zatem sposobu na magazynowanie wytwarzanej energii, a produkcja wodoru jest tu często najlepszym wyjściem. W rezultacie otrzymujemy stuprocentowo zielone i wysoce wydajne źródło energii – prawdziwe rozwiązanie przyszłości. Jednak w każdym przypadku jego użycia należy zadbać też o właściwe wykrywanie wodoru.
Korzystanie z wodoru wiąże się jednak z wieloma zagrożeniami. Jako najmniejszy pierwiastek wymaga idealnej szczelności. Urządzenia przeznaczone do wykorzystania go są często najpierw testowane za pomocą innych, niegroźnych gazów, np. azotu. Jednak nawet jeśli jakikolwiek inny gaz nie powoduje wycieków, czysty wodór może znaleźć szczelinę, przez którą będzie się ulatniać. Każdy, nawet najmniejszy wyciek powinien być traktowany poważnie, a im większe ciśnienie, tym większe jest ryzyko wybuchu. Dlatego wykrywanie wodoru jest kwestią kluczową, której nie można ignorować.
Wodór jest bezwonną i bezbarwną substancją, więc bez odpowiednich czujników nie da się go wykryć. Dodatkowo jest wysoce palny. Wodór z tlenem w powietrzu tworzy silnie wybuchową mieszaninę. Już 4% tego gazu w atmosferze wystarczy, żeby doprowadzić do eksplozji. Wśród grup wybuchowości wydzielonych w dyrektywie europejskiej ATEX wodór należy do grupy II C – najbardziej wybuchowej. Oznacza to, że przez swój rozmiar łatwo przenika w różne niebezpieczne miejsca, a do jego zapłonu potrzeba naprawdę niewiele. Z tego powodu grupa II C ma najbardziej restrykcyjne wymagania dla urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym. Dla sprzętu w standardzie Ex d jest to szerokość szczeliny, a dla Ex i maksymalne dopuszczalne natężenie prądu. Dodatkową trudnością w wykrywaniu wodoru i niebezpieczeństwem z jego strony jest fakt, że również kiedy się pali, jest nadal niewidoczny. Natomiast stosunkowo niskie promieniowanie cieplne podczas spalania utrudnia jego wykrywanie nawet za pomocą podczerwieni. Jest jednym z najtrudniejszych do detekcji płomieni.
Nieszczelność zbiorników i instalacji przemysłowych to nie jedyne potencjalne źródło wycieku. Nie tylko te najbardziej zaawansowane technologie mają z nim do czynienia. Trzeba pamiętać, że również podczas ładowania baterii kwasowo-ołowiowych wydziela się wodór. Są one jednym z najczęściej stosowanych w przemyśle rodzajów akumulatorów. Bez odpowiednich środków ostrożności, wliczając w to wykrywanie wodoru, mogą powstawać chmury o wysokim jego stężeniu. Będzie się zbierać pod sufitem pomieszczenia ze względu na swoją małą gęstość i tworzyć silnie wybuchową atmosferę.
Najbardziej rozpowszechnionym sposobem na wykrywanie wodoru są sensory katalityczne. Działają one w bardzo prosty sposób, ale reagują na każdy łatwopalny gaz lub parę. Rozgrzana elektroda powoduje powolne spalanie substancji, a zmiana jej przewodności pod wpływem temperatury jest mierzona i przeliczana na zawartość gazu w atmosferze. Zakres pomiarowy nie jest zazwyczaj podawany w ppm, a jako % DGW (dolnej granicy wybuchowości). Jako potencjalne źródło zapłonu detektory wyposażone w czujniki katalityczne muszą być bardzo czułe. Sygnalizują naruszenie bezpieczeństwa i wyłączają się na długo przed zbliżeniem się do wybuchowego stężenia.
Alternatywą są sensory elektrochemiczne, które pozwalają na wykrywanie wodoru, mierząc zmianę przewodności substancji reagującej z nim chemicznie. Są droższe niż sensory katalityczne i nie zareagują na żaden inny gaz wybuchowy. Jednak same w sobie nie mogą też być źródłem zapłonu; często są nawet wykonywane w standardzie iskrobezpiecznym. Do tego nie potrzebują tlenu z atmosfery do działania, więc mogą pracować w atmosferze ochronnej bez zakłóceń odczytu.
Na jakąkolwiek technologię się nie zdecydujemy, należy pamiętać, że każda instalacja wodorowa bez wyjątków wymaga nieprzerwanego monitorowania. Nie można dopuścić do pracy żadnego urządzenia, które jest potencjalnym źródłem przecieku, bez systemu wykrywania wodoru. Odpowiednio zaprojektowany układ cechuje się właściwym rozmieszczeniem stacjonarnych detektorów w najważniejszych punktach. Ze względu na swoje szczególne właściwości wodór często wymaga dodatkowych kroków, np. zamontowania okapów zbierających uciekający w górę gaz. Ponadto wszystkie inne urządzenia działające w strefie zagrożonej wybuchem przez wodór muszą być do tego dostosowane. To znaczy, że muszą być dopuszczone do pracy wśród gazów z grupy wybuchowości II C. Doborami właściwej aparatury i projektowaniem systemów detekcji od lat zajmują się specjaliści z ASE ATEX.
Nie znaczy to oczywiście, że stacjonarne czujniki gazu, jakkolwiek niezbędne, są wszystkim, czego potrzeba do zagwarantowania bezpieczeństwa. Zastosowanie wodoru gdziekolwiek w pobliżu stanowiska pracy ludzi lub jakikolwiek serwis wymaga wyposażenia załogi w przenośne detektory osobiste. Rolą takich urządzeń jest nie tylko wykrywanie wodoru, ale też monitorowanie poziomów innych potencjalnie niebezpiecznych gazów. Pozwalają m.in. unikać pracy w atmosferach wybuchowych oraz uduszenia z powodu braku tlenu. Dodatkowo mogą monitorować lokalizację obsługi zakładu, stale wysyłając sygnał do jednostki centralnej. Dzięki temu dokładnie wiadomo, kiedy i gdzie dochodzi do niepożądanej sytuacji.
Kolejnym poziomem detekcji są przenośne czujniki punktowe, potocznie nazywane „wąchaczami”. Służą do dokładnej lokalizacji źródła wycieku poprzez zbliżanie ich do kołnierzy, zaworów itp. i sprawdzanie stężenia gazu w danym miejscu. Zazwyczaj są wyposażone w sondy, za pomocą których można prowadzić inspekcję nawet w trudno dostępnych punktach. Pozwalają na bardzo precyzyjne wykrywanie wodoru i innych substancji, ale wymagają zbliżenia się do niebezpiecznego miejsca. Ponadto używanie ich może być czasochłonne w przypadku większych zakładów.
Wszystkie opisane powyżej metody na wykrywanie wodoru wymagają bezpośredniego kontaktu z gazem, ale istnieją też inne rozwiązania. Każdy, nawet najmniejszy wyciek powoduje charakterystyczny dźwięk o częstotliwości, której nie potrafi wychwycić ludzkie ucho. Istnieją jednak detektory przystosowane do wychwytywania tych ultradźwięków, zarówno stacjonarne, jak i przenośne. Nie pozwalają na zidentyfikowanie rodzaju uciekającego gazu, ale mogą zlokalizować nieszczelność z zaskakującą dokładnością. Najbardziej precyzyjnym detektorem tego rodzaju na rynku jest kamera Ultra Pro firmy Distran. Na jej ekranie można zobaczyć w czasie rzeczywistym dokładną lokalizację źródła ultradźwięków z odległości nawet 50 m. Do tego występuje w wersji iskrobezpiecznej. Więcej na temat tej kamery pisaliśmy w lipcu.
Należy pamiętać, że choć nowoczesne technologie wodorowe są ekologiczne i opłacalne, wagi ich właściwego zabezpieczenia nie można przecenić. Należy zadbać o współdziałanie różnych systemów, które nie pozostawią żadnej możliwości na niezauważoną usterkę. Nawet drobna awaria może mieć katastrofalne skutki. Trzeba zadbać o wszystko: wielopoziomowe układy wykrywania wodoru, wyposażenie przeznaczone do najgroźniejszej grupy wybuchowości itd.
Jeśli potrzebujesz profesjonalnej analizy lub projektu dostosowanego do indywidualnych potrzeb Twojego zakładu, skontaktuj się z naszymi inżynierami.