Wykrywanie wycieków gazu w obszarach niebezpiecznych

Wstęp

Podczas gdy w ogólnym zastosowaniu słowo „niebezpieczeństwo” może odnosić się do wielu różnych rodzajów ryzyka lub zagrożeń, termin „obszar niebezpieczny” ma bardzo precyzyjne znaczenie. Jest to obszar, w którym może znajdować się wystarczająca ilość gazów wybuchowych lub łatwopalnych, oparów lub pyłów, aby istniało ryzyko wybuchu lub pożaru. Takie obszary często występują w zakładach produkujących gazy pod ciśnieniem. Jak łatwo się domyślić, wycieki gazu w tych obszarach mogą znacznie zwiększyć poziom ryzyka. Wykrywanie wycieków gazu odgrywa zasadniczą rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa personelu i obiektów oraz wymaga niezawodnego i certyfikowanego sprzętu w celu ograniczenia potencjalnych zagrożeń. Używanie w takich środowiskach niecertyfikowanych narzędzi może prowadzić do katastrofalnych konsekwencji, dlatego też kluczowe znaczenie ma wybór odpowiednich rozwiązań do wykrywania wycieków gazu.  

Pojęcie atmosfery wybuchowej

Obszary niebezpieczne można podzielić na różne strefy na podstawie prawdopodobieństwa i czasu trwania atmosfery wybuchowej. Strefa 0 (gaz/opary) i strefa 20 (pył) to obszary, w których zagrożenia wybuchem są stale obecne lub utrzymują się przez długi czas. Strefa 1 (gaz/opary) i strefa 21 (pył) to obszary, w których atmosfera wybuchowa może występować okresowo podczas normalnej pracy, natomiast strefa 2 (gaz/opary) i strefa 22 (pył) to obszary, w których atmosfera wybuchowa jest mało prawdopodobna lub występuje tylko przez krótki czas. Typowe gazy wybuchowe obejmują metan, wodór i propan, a łatwopalne pyły mogą składać się z różnych substancji, od węgla i ziarna aż po proszki metali.  

Bezpieczeństwo przyrządów w środowiskach wybuchowych

Przyrządy do wykrywania wycieków gazu muszą mieć odpowiedni certyfikat zgodności z rygorystycznymi normami bezpieczeństwa, aby zapewnić ich bezpieczną pracę w obszarach niebezpiecznych. Certyfikat ATEX (ATmosphères EXplosibles) jest wymagany w przypadku sprzętu używanego w Unii Europejskiej, ale jest uznanym standardem w wielu krajach na całym świecie. Przyrządy z certyfikatem ATEX zostały zaprojektowane w taki sposób, aby zapobiegać źródłom zapłonu oraz wytrzymać trudne warunki panujące w niebezpiecznych środowiskach.

Podstawową zasadą projektowania sprzętu z certyfikatem ATEX jest samoistne bezpieczeństwo. Wiąże się to z ograniczeniem energii elektrycznej dostępnej w urządzeniu, aby zapobiec powstawaniu iskier lub zjawisk termicznych, które mogłyby spowodować zapłon atmosfery wybuchowej. Osiąga się to przez stosowanie specjalnych barier, elementów ograniczających napięcie i prąd oraz specjalnie zaprojektowanych obwodów.

Oprócz certyfikatu ATEX ważny jest również stopień ochrony przyrządu przed wnikaniem substancji (IP) ze względu na jego trwałość i niezawodność w obszarach niebezpiecznych. Stopień ochrony IP wskazuje poziom ochrony przed wnikaniem cząstek stałych i cieczy. Na przykład urządzenie o stopniu ochrony IP54 jest całkowicie zabezpieczone przed pyłem i bryzgami wody z każdego kierunku.  

Obrazowanie akustyczne w celu wykrywania wycieków gazu

Dostępnych jest kilka metod wykrywania wycieków gazu, ale niewątpliwie jedną z najłatwiejszych, najbardziej wszechstronnych, niezawodnych i ekonomicznych metod jest zastosowanie akustycznego detektora obrazującego. Zasada działania tego urządzenia jest prosta do zrozumienia; wynika z faktu, że wycieki niezmiennie generują dźwięki. Niekiedy dźwięki występują w zakresie słyszalnym — syczenie lub gwizd — ale częściej jest to zakres ultradźwięków, który nie jest bezpośrednio słyszany przez ludzkie ucho.  

Ultradźwiękowe detektory obrazujące są wyposażone w szereg mikrofonów, które wychwytują słyszalne i ultradźwiękowe dźwięki powstające w wyniku wycieków. Jak można się spodziewać, odbierają one również inne dźwięki, ale odpowiednie przetwarzanie sygnału tłumi szumy tła, aby detektor obrazujący wyświetlał tylko szczegóły szumu wycieku. Zastosowanie specjalnej matrycy mikrofonów wraz z dalszym przetwarzaniem sygnału umożliwia przyrządowi określenie kierunku i przybliżonego rozmiaru wycieku z wykorzystaniem techniki określanej jako „formowanie wiązki”.  Na podstawie tych informacji tworzony jest obraz wycieku reprezentowany przez „mapę chmury”, która przedstawia mierzone ciśnienie akustyczne. Dla ułatwienia interpretacji „mapa chmury” jest nakładana na zwykły obraz cyfrowy badanych instalacji lub urządzeń.

Ta metoda wykrywania i lokalizowania usterek ma wiele zalet, a najważniejszą z nich jest to, iż nie wymaga ona żadnego kontaktu z monitorowanym sprzętem ani instalacją. W rzeczywistości kamery MPAC firmy Megger pozwalają wykrywać usterki z odległości do 120 m. Może to być niezwykle ważne w obszarach niebezpiecznych, gdzie przebywanie w pobliżu instalacji może być niebezpieczne. Rozszerzony zakres roboczy umożliwia również szybkie badania dużych instalacji, oszczędzając czas i zasoby w porównaniu z tradycyjnymi metodami kontaktowymi.  

Kolejną istotną zaletą obrazowania akustycznego jest jego wszechstronność w wykrywaniu wycieków gazu lub oparów. W przeciwieństwie do niektórych innych metod wykrywania wycieków, które są specyficzne dla niektórych gazów, akustyczne detektory obrazujące sprawdzają się podczas pomiarów wycieków dowolnych gazów pod ciśnieniem. Dzięki temu stanowią one ekonomiczne rozwiązanie w branżach zajmujących się wieloma rodzajami gazów lub oparów.

Nowoczesne akustyczne detektory obrazujące, takie jak seria MPAC firmy Megger, zostały zaprojektowane z myślą o łatwości obsługi, nawet w trudnych warunkach. W większości zastosowań wystarczy ustawić tylko dwa parametry: zakres częstotliwości i zakres dynamiki. Najlepsze przyrządy są wyposażone w funkcję ustawiania ostrości, która umożliwia pracę nawet w obecności silnych szumów, a także wykrywanie i pomiar indywidualnych wycieków. Pozwalają one również oszacować prędkość i stopień wycieku, a także potencjalne straty roczne — a wszystko to pomaga podjąć decyzję o najbardziej odpowiedniej reakcji na zaistniały problem.

Wykrywanie wycieków gazu z certyfikatem ATEX

Pomimo wielu zalet obrazowania akustycznego w celu wykrywania wycieków w obszarach niebezpiecznych, nie można zapominać o jednej z najważniejszych kwestii: można tu stosować wyłącznie urządzenia zatwierdzone przez ATEX. Podkreślenie tego może wydawać się zbędne, zwłaszcza w przypadku osób, które są przyzwyczajone do pracy w niebezpiecznych warunkach, ale należy pamiętać, że wiele akustycznych detektorów obrazujących nie ma aprobaty ATEX i może to nie być od razu widoczne. Dlatego przed użyciem akustycznego detektora obrazującego w obszarze niebezpiecznym należy zawsze zapoznać się z dokumentacją producenta i upewnić się, że ma aprobatę ATEX.

Stopień ochrony IP w zastosowaniach przemysłowych

Należy również zadbać o to, aby akustyczny detektor obrazujący miał stopień ochrony IP odpowiedni dla środowiska, w którym będzie używany. W środowiskach przemysłowych stopień ochrony IP54 jest ogólnie przyjęty jako minimalny, ponieważ zapewnia to ochronę detektora obrazującego przed wnikaniem kurzu i wilgoci.  

Wnioski

Przy wyborze sprzętu do wykrywania wycieków gazu do pracy w strefach niebezpiecznych certyfikat ATEX jest absolutnie wymagany. Należy koniecznie sprawdzić, czy przyrząd uzyskał niezbędne aprobaty w celu zapewnienia bezpieczeństwa i zgodności z przepisami. Ponadto biorąc pod uwagę stopień ochrony IP urządzenia, ważne jest zapewnienie jego niezawodnej pracy w trudnych warunkach, często występujących w środowiskach przemysłowych.

Obrazowanie akustyczne okazało się cennym narzędziem do wykrywania wycieków gazu w obszarach niebezpiecznych, zapewniając wyjątkowe korzyści w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Możliwość wykrywania wycieków z bezpiecznej odległości, precyzyjna lokalizacja i wszechstronność w wykrywaniu różnych gazów sprawiają, że jest to wydajne i skuteczne rozwiązanie. Pozwala to zminimalizować wycieki gazów, które mogą być potencjalnie wybuchowe, trujące, szkodliwe dla środowiska, bardzo kosztowne, a nawet łączące wszystkie te czynniki.