Bezpečnost provozu plynových zařízení - opatření pro eliminaci rizik

Bezpečnost provozu plynových zařízení je přímo úměrná vyskytujícím se rizikům na těchto zařízeních. Rizika lze rozdělit na dvě základní oblasti:

Jak si tedy vysvětlit, že počty poruch, nehod a havárií neklesají či spíše mají stoupající trend? Kromě argumentů, že těchto zařízení se s ohledem na prováděné rekonstrukce objektů, topných systémů, nasazení nových technologií používá jednoduše vyšší počet, tak i na tomto trendu se vyšší měrou podílí lidský činitel, který jak ze statistiky vyplývá, právě vyšší měrou ovlivňuje tento stav. Jde o proces drobných nedostatků, a to už ve fázi nevhodného až chybného návrhu zařízení do konkrétních prostor, chybné, nedůsledné montáže podle platných předpisů, ale zejména též podle specifických požadavků výrobce, dodavatele zařízení uvedených v dokumentaci zařízení nejčastěji "Návodu pro instalaci, montáž, údržbu a obsluhu zařízení" a v neposlední řadě provoz zařízení, kdy se zcela absentují podmínky řádného provozu uvedeného v "Návodu pro obsluhu zařízení". Často se spoléhá na skutečnost, že jsem si koupil dokonalý výrobek za nemalé prostředky, a že tento mi vydrží řadu let a nebo v době současné techniky mě sám bude informovat o projevující se závadě, potřebě servisu apod. Ano, už i takové výrobky jsou na trhu k dispozici, mají velmi složité vybavení, na kterém si již uživatel prakticky sám nic není schopen provést a samozřejmě takto vybavený spotřebič má i jinou cenovou relaci. Na trhu je k dispozici i celá řada dalších naprosto bezpečných výrobků, třeba s menší autodiagnostikou, cenově dostupnějších, u kterých bude třeba provozu tohoto zařízení věnovat o trochu více pozornosti podle návodu výrobce, než tomu bude u výrobku vybaveného více.

Pro ilustraci uvádím srovnání reálných rizik vycházejících z technické úrovně zařízení a rizik ovlivněných lidským faktorem.

Přesto platí, že při porušení pravidel užívání, často kumulace jednotlivých závad při montáži, instalaci a následně při provozu nedostatečným výkonem servisu zařízení dojde při souběhu více pochybení k tzv. "dominoefektu", kdy je nevyhnutelná havárie zařízení spočívající v úniku plynu a následném výbuchu či požáru nebo zcela chybném procesu větrání, přívodu vzduchu a spalování, která vyústí ve smrtelnou otravu spalinami.

Na základě šetřených případů poruch, nehod a havárií v uplynulém období lze provést charakteristiku vybraných rizik plynových zařízení podle druhu zařízení a činností na něm prováděných.

Pro přehlednost je účelné tyto zařízení rozdělit na dvě skupiny:

1. Plynárenská zařízení - distribuční rozvod
2. Odběrná plynová zařízení

Tento příspěvek je více zaměřený na prevenci před těmito událostmi a tak se jen zkratkou zmíním ve formě několika případů, ke kterým v současné době dochází a která byla nebo jsou předmětem šetření.

I. PŘEHLED NĚKTERÝCH ŠETŘENÝCH PORUCH, NEHOD A HAVÁRIÍ

II. PŘEHLED NĚKTERÝCH TECHNOLOGIÍ A POSTUPŮ PRO PREVENCI NEHOD A HAVÁRIÍ

Vzhledem k praktické nemožnosti identifikace podzemních rizik z úniku plynu je jediným preventivním řešením, které přichází v úvahu, trvalý monitoring těchto potencionálně ohrožených prostor zařízením pro detekci plynu, jehož nastavení varovné reakce je možné ve dvou stupních:

1. stupeň - 10 % spodní meze výbušnosti příslušného plynu
2. stupeň - 20 % spodní meze výbušnosti příslušného plynu

Obr. 1 - Schéma zapojení signalizace úniku plynu v objektu

Systém může pracovat až se 4 čidly detekce. Kdekoliv v objektu se umísti ústředna s anténou do vzdálenosti 5 m. Tato ústředna je schopna zprostředkovat okamžitý přenos varovné informace o úniku plynu až na 8 čísel mobilního telefonu včetně přenosu SMS zpráv o dosaženém stupni 10 % nebo 20 % spodní meze výbušnosti.

Zařízení se skládá ze 2 kabelem pevně spojených částí. První tvoří detektor zemního plynu s katalytickým senzorem PolyGard. Druhou pak inteligentní GSM brána se záložním zdrojem napájení a externí anténou. Při úniku plynu dojde k vybavení signálu v detektoru (sepnutí relé) a přenosu tohoto signálu na GSM bránu. Protože detektor signalizuje překročení 1. a 2. limity, zpracovává GSM brána oba signály odděleně a nezávisle na sobě posílá informaci o jejich stavu. Ta může být zaslána dvojím způsobem - zasláním SMS zprávy nebo zavoláním max. na 8 tel. čísel. Případně kombinací obou - pošle zprávu a ještě "prozvoní", aby nemohlo dojít k přeslechnutí doručení zprávy.

Po upevnění detektoru (detektorů) a jednotky s GSM bránou a zdrojem na místo určení je třeba do slotu brány vložit SIM kartu. Jako ideální se jeví karta s paušálním tarifem pro zasílání SMS zpráv. Poté už je třeba jen zapnout napájení 230 V, připojit záložní akumulátor a pomocí dodávaného programového vybavení najít takové umístění antény, aby signál byl co největší.

2. Kontrola těsnosti domovního plynovodu

Příklad instalace uzávěru plynu s měřicím vývodem (pozice 9 a 10) pro kontrolu těsnosti úseku plynovodu A (před uzávěrem 9 na vstupu plynoměru) a úsek plynovodu B (za uzávěrem 10 - rozvod za plynoměrem).

V souladu s ČSN EN 1775 čl. 4.1.4 se plynovod musí projektovat a realizovat tak, aby bylo možné provádět jeho zkoušení, odplyňování a odvzdušňování.

Z hlediska provedení plynovodu pro účely tlakových zkoušek, ale zejména pro provádění zkoušek těsnosti za provozu je účelné plynovod vybavit zařízením, které za budoucího provozu umožní provedení zkoušek těsnosti, aniž by bylo potřebné provádět další montážní zásahy do potrubí.

Pro tyto účely je nejvhodnější domovní plynovod v místě umístění plynoměru vybavit před a za plynoměrem kulovým uzávěrem plynu s integrovanou zátkou a měřícím vývodem podle obrázku 1 pozice 9 a 10.

Obr. 1 - Domovní plynovod

Schéma provedení kulového uzávěru je patrné z obr. 2.

Uzávěr před plynoměrem umožňuje provedení zkoušky a kontroly těsnosti celého úseku od hlavního uzávěru plynu na konci plynovodní přípojky až k uzávěru před plynoměrem a uzávěr za plynoměrem pak umožňuje provedení zkoušky a kontroly těsnosti od tohoto uzávěru až po připojení plynových spotřebičů.

Obr. 2 - Celkový pohled na uzávěr instalovaný na plynovodu při měření úniku plynu

Na obr. 3. je ukázka použití uzávěrů plynu před a za plynoměrem pro účel těchto zkoušek. K provádění těchto zkoušek se dá použít přístroje zn. Dräger, Testo apod.

Obr. 3 - ukázka použití uzávěrů plynu

3. Kontrola proudění vzduchu, spalin apod.

ÚČEL POUŽITÍ

Přístroj Flow check je určen pro zviditelnění proudění vzduchu v prostorách, v kanálech, u větracích otvorů apod.

Přístroj Flow Check vyvíjí viditelnou bílou mlhu, která se vznáší ve vzduchu. To umožňuje pozorovat i nejjemnější proudění.

Měřicí systém se skládá ze samotného vyvíječe mlhy a ampulky s mlhotvornou kapalinou. Ampulka obsahuje vysokomolekulární směs alkoholů hmotnostně vyváženou k specifické hmotnosti vzduchu.

Kapalina je přiváděna pumpičkou k topnému tělísku v hlavě přístroje.

Zde se kapalina odpařuje, při výstupu ve styku s chladnějším okolním vzduchem kondenzuje a vznikají viditelné bílé oblaky mlhy. Jedna ampulka obsahuje množství kapaliny odpovídající cca 5 minutám nepřetržité tvorby mlhy.

Ovládání přístroje jedním tlačítkem dovoluje regulovat intenzitu mlhy. Akumulátorové baterie v držáku přístroje vystačí při plném nabití k trvalé práci cca 20 minut. Správná funkce přístroje, stav baterií a vyčerpání mlhotvomé kapaliny jsou indikovány LED diodou.

Ostatní dosud užívané systémy pracují na bázi aerosolů (oleum nebo chloridy-IV titanu) vázaných v nosném materiálu obvykle ve skleněné trubičce. Tyto aerosoly nejsou však neutrální a mohou způsobit podráždění pokožky přímým kontaktem nebo kontaktem s oděvem. Jsou škodlivé i např. ve styku s potravinami, laky, elektronickými součástkami apod. Další nepříjemností je i vznik skleněných střepů a možnost potřísnění kyselinou sírovou.

Obr. 1 - Přístroj FLOW CHECK v činnosti

Obr. 2 - Přístroj FLOW CHECK včetně příslušenství v kufru 1. Přístroj FLOW CHECK, 2. Nabíječka akumulátoru, 3. Balení mlhových ampulek, 4. Návod k použití, 5. Náhradní hadičkové jednotky pro tvorbu mlhy

Obr. 3 - Ukázka měření proudění vzduchu u větrací mřížky

4. Spalinové čidlo hořákové komory zabrání otravě spalinami

Nezbytnou podmínkou pro provoz plynových kotlů je jednak dostatečný přívod spalovacího vzduchu a jednak spolehlivý odvod spalin do komínu.

Celá řada již současně provozovaných kotlů je vybavena čidlem proti zpětnému toku spalin, které přeruší provoz kotle v případě, kdy dojde k problémům při odvodu spalin komínovým průduchem.

Ve střední a vyšší třídě závěsných plynových kotlů s odtahem spalin do komínu se setkáme navíc i se spalinovým čidlem hořákové komory. Takto vybavené kotle pak zajišťují nejvyšší míru bezpečnosti proti průniku spalin do okolního prostoru. Pokud k takové situaci za provozu dojde např. v důsledku zanedbané údržby např. při zaneseném výměníku bude kotel hlásit poruchový stav a bude odstaven z provozu.

Obr. 1 - Schéma toku spalin při znečištěném výměníku

Plynový kotel se znečištěným výměníkem, špatně průchodným pro spaliny; spaliny obtékají výměník ze spodní části, hromadění spalin u ústí hořáku způsobuje nedokonalé spalování s tvorbou velkého množství CO ve spalinách. Spaliny odcházejí prostorem mezi výměníkem a krytem kotle do okolí; v důsledku toho nedojde k aktivaci pojistky proti zpětnému toku spalin, ale únik spalin bude detekován čidlem hořákové komory (5) a kotel bude odstaven z provozu.

K aktivaci spalinového čidla hořákové komory může dojít při nedostatečné průchodnosti výměníku plynového spotřebiče. Toto bývá nejčastěji způsobeno výrazným znečištěním výměníku. Následkem toho může dojít k úniku spalin do okolního prostředí spotřebiče z prostoru spalinové komory v blízkosti plynového hořáku. Těmto problémům je možno zabránit při provádění pravidelných periodických servisních prohlídek, jejichž součástí je vyčištění výměníku. Pozor, na tento únik nedokáže zareagovat spalinové čidlo umístěné v prostoru přerušovače tahu, tzv. čidlo zpětného toku spalin, které zabezpečuje detekci obráceného toku spalin přes přerušovač tahu.

Diky chybovému kódu je provozovatel plynového kotle upozorněn na nestandardní provoz plynového spotřebiče a je nutno odstranit příčinu tohoto provozu.

Pokud se toto vypnutí vyskytuje častěji je nutno zavolat schválený autorizovaný servis a sdělit mu poruchu a data přístroje.

Obr. 5 - Umístění spalinového čidla ve spalovací komoře
u závěsného plynového kotle Ceraclass Acu

5. Bezpečný provoz plynových průtokových ohřívačů bez odvodu spalin

Dosud je bezpečnost plynových spotřebičů, zejména plynových průtokových ohřívačů vody, řešena bezpečnostním prvkem, tzv. oxystopem, podle ČSN EN 26 (061411) : 1998 hlídačem okolního prostředí" který působí tak, že v případě, kdy v okolní atmosféře poklesne obsah kyslíku a současně dojde ke zvýšení podílu oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého, dojde k uhasnutí zapalovacího plamínku spotřebiče, který ohřívá čidlo pojistky plamene, a v krátké definované době pak dojde k uzavření přívodu plynu do sestavy hlavních hořáků.

Obr. 1 - Základní schéma plynového průtokového ohřívače vody bez odtahu spalin

Obr. 2 - Provoz spotřebiče při průchodném výměníku při trvalém monitorování prostředí s instalovaným spotřebičem

Provozem spotřebiče však postupně dochází k zanášení výměníku tepla a otvorů pro přisávání primárního vzduchu u zaústění trysek do těles hořáků, které brání volnému průniku spalin do výstupní části plynového spotřebiče. Vlivem nedostatku primárního vzduchu potom dochází k nedokonalému spalování s vysokým nárůstem oxidu uhelnatého ve spalinách. Objem spalin, který nemůže projít určenou cestu přes výměník, se hromadí v horní části nad sestavou hořáků, odchází pod výměníkem a podél vnitřní části krytu spotřebiče prostupuje do výstupní části spotřebiče. Při této cestě spalin dochází k dalšímu omezování přístupu vzduchu, tentokrát sekundárního vzduchu pro spalování na vlastním vyústění hořáků, a dále se prohlubuje proces nedokonalého spalování za dalšího intenzívního nárůstu obsahu oxidu uhelnatého ve spalinách, které vystupují do volného prostoru, kde je spotřebič umístěn. Při vdechování atmosféry s vysokým obsahem oxidu uhelnatého dochází k otravě, jejíž průběh je přímo závislý na koncentraci oxidu uhelnatého a době vdechování. Průběh otravy může trvat velmi krátkou dobu, řádově několik minut, a jeho následkem může být až smrt.

Obr. 3

Obr. 3 - Provoz spotřebiče při neprůchodném výměníku (ucpaný nečistotami), hořák výrazně hoří svítivým žlutým plamenem se silnou sálavou složkou, která tepelné ovlivňuje čidlo pojistky plamene a dochází:

1. k silné produkci CO v důsledku obtékání výměníku spodem, které způsobuje znepřístupnění sekundárního spalovacího vzduchu k hořáku
2. zhasnutí spalovacího hořáku v důsledku nevyhovujícího poměru plyn - vzduch v systému oxystop
3. působením sálavé složky plamene na čidlo pojistky plamene je pojistka stále v provozu a systém oxystop nezajistil vypnutí spotřebiče

Obr. 4 - Část hořáku po demontáži trysek, v otvorech silné zanesení nečistotami	Detail
Obr. 5 - Demontovaná část sestavy trysek hořáku se silným znečištěním, která brání přístupu primárního vzduchu pro spalování	Detail

Pří výše vysvětleném zanešení spotřebiče nečistotou sice dojde k uhasnutí zapalovacího plamínku, ale protože ve spotřebiči, kde dochází k nedokonalému spalování, je toto nedokonalé spalování doprovázeno intenzívním svítivým plamenem a silným sálavým teplem, které postačuje k dostatečnému ohřevu čidla pojistky plamene, nedojde k bezpečnému vypnutí plynového spotřebiče, tedy k uzavření přívodu plynu do sestavy hořáků.

Obr. 6 - Pohled na provozovaný spotřebič - žlutý sálavý plamen - důsledek nedokonalého spalování

Obr. 7 - Celkový pohled na demontovaný výměník

Obr. 8 - Detailní pohled na zanesený výměník