Wentylacja komór schronieniowych: ochrona filtracyjna czy izolacyjna? D-58594-2012 Projektowanie komór schronieniowych dla przemysłu naftowego i gazowniczego oznacza, że inżynierowie odpowiedzialni za bezpieczeństwo muszą znaleźć odpowiedź na szereg pytań: jak zapewnić wystarczającą ilość powietrza do oddychania również w długich okresach i dla dużej grupy ludzi? Który system stanowi najlepsze i najbezpieczniejsze rozwiązanie w konkretnych warunkach? Jakie koszty się z tym wiążą i czy można je ograniczyć? Nasz artykuł dostarcza podstawowe informacje pozwalające podjąć decyzję gwarantującą bezpieczeństwo. Drägerwerk AG & Co. KGaA 1
Gdy w zakładzie produkcyjnym lub rafinerii rozlegnie się alarm, pracownicy powinni mieć możliwość szybkiej ucieczki. Ale co w przypadku, gdy to nie wchodzi w grę? Trudne warunki terenowe panujące na zewnątrz, odgrodzone obszary lub, w przypadku instalacji morskich, fakt, że platforma jest otoczona wodą i znajduje się wiele kilometrów od brzegu, ograniczają lub uniemożliwiają bezpieczną ucieczkę z zagrożonego obszaru. Komora schronieniowa definiowana jest jako miejsce lub miejsca, gdzie pracownicy mają zapewnioną stosowną ochronę przed istotnymi zagrożeniami, pozostając jednocześnie na obszarze, na którym doszło do poważnego wypadku, i gdzie mają dostęp do środków łączności, sprzętu monitorującego i aparatury kontrolnej niezbędnych do zapewnienia im bezpieczeństwa. W razie konieczności komory schronieniowe umożliwiają przeprowadzenie bezpiecznej i całkowitej ewakuacji. Odpowiedzi na pytania dotyczące wymogów, jakie musi spełniać stosowna komora schronieniowa i gdzie powinna się ona znajdować, udzielane są zawsze na podstawie analizy ryzyka wykonanej dla konkretnego zakładu lub konkretnej instalacji. Jednakże różne krajowe i międzynarodowe przepisy podają niewiele wytycznych dotyczących konkretnych wdrożeń. Przykładowo norma API 753 opracowana przez Amerykański Instytut Naftowy zawiera informacje na temat lokalizacji komór schronieniowych w zakładach, jednakże dotyczy ona wyłącznie obiektów przemysłowych na lądzie. W przypadku przemysłu naftowego i gazowniczego nie istnieje norma, która zawierałaby dokładne instrukcje dotyczące projektowania komór schronieniowych w kontekście ochrony przeciwgazowej wyjaśnia Frank Pietrowski, Kierownik ds. Rozwoju Biznesu w Dräger Engineered Solutions. Obecnie inżynierowie ds. bezpieczeństwa nie mogą nawet skorzystać z konkretnych wytycznych regulujących podstawowe kwestie, takie jak budowa i wyposażenie komory. Do rozwiązania pozostaje na przykład kwestia tego, w jaki sposób osoby znajdujące się w komorze schronieniowej będą chronione przed toksycznymi gazami występującymi w zewnętrznej atmosferze i jak zapewnić im powietrze do oddychania wystarczające na dłuższy czas. niezawodną izolację od skażonej atmosfery oraz zjawisk zewnętrznych takich jak wybuchy czy pożary. Istnieją wyraźne zalecenia dotyczące aparatów oddechowych, których należy używać w otoczeniu przemysłowym w takich sytuacjach. Z drugiej jednak strony na pytanie jaki rodzaj ochrony stanowi najlepsze rozwiązanie w przypadku konkretnego zastosowania komory schronieniowej odpowiedzieć musi sam projektant mówi Frank Pietrowski. Dlatego właśnie tak ważne jest omówienie różnych podejść do tego zagadnienia od strony technicznej i przedstawienie ich mocnych oraz słabych stron. Ostatecznie wybór metod zapewnienia ochrony zależy od konkretnych uwarunkowań danego obiektu. Frank Pietrowski, Kierownik ds. Rozwoju Biznesu, Przemysł chemiczny i naftowy w Dräger Engineered Solutions i specjalista w zakresie systemów gazów oddechowych Szczególnie w przypadku kwaśnych gazów i pól naftowych, gdzie czasem dochodzi do wycieków siarkowodoru w skrajnie wysokich stężeniach (od kilkuset ppm do znacznie powyżej 10 000 ppm, jeśli dojdzie do nieszczelności lub wypadku innego rodzaju), należy zagwarantować pracownikom schronienie w miejscu zapewniającym Drägerwerk AG & Co. KGaA 2
Ochrona filtracyjna: klasyczne rozwiązanie, skomplikowane wymagania Systemy filtrujące stosowane są od bardzo dawna: pierwszy projekt wentylacji dla instalacji ochrony cywilnej powstał już na początku XIX wieku. Obecnie systemy filtrujące do komór schronieniowych w przemyśle naftowym i gazowniczym współpracują zwykle z systemami klimatyzacji (HVAC). Zasada ochrony opiera się na tym, że Ochrona filtracyjna: zależność od powietrza otoczenia Pover = nadciśnienie PI = ciśnienie wewnętrzne PN = ciśnienie normalne Drägerwerk AG & Co. KGaA 3
w komorze schronieniowej dzięki systemowi wentylacji wytwarzane jest nadciśnienie, co gwarantuje, że toksyczne substancje pozostają na zewnątrz. W trakcie tej procedury z nieskażonego obszaru zakładu pozyskiwane jest powietrze, które następnie jest możliwie dokładnie oczyszczane przez linię filtrującą i wtłaczane do wnętrza komory schronieniowej. W przypadku skażenia H 2S podejmowane są próby pobrania czystego powietrza z obszarów położonych wyżej, np. z użyciem pionowych czerpni powietrza. W przypadku tej procedury do sprawdzenia stężenia i wczesnego wykrywania uszkodzeń filtra wymagane są system filtrujący dostosowany do konkretnych substancji niebezpiecznych oraz system pomiaru gazów przed i za filtrem. Filtrujący system ochrony wymaga ciągłego zasilania, aby móc wytworzyć nadciśnienie zatrzymujące toksyczne gazy na zewnątrz zarówno w trakcie normalnej pracy, jak i w trybie pracy awaryjnej. W wybranych przypadkach, gdy zakład znajduje się w przestrzeni zagrożonej wybuchem, może to stanowić problem. Zasada działania tej technologii jest prosta, jednak w praktyce systemy filtrujące stanowią wymagające rozwiązanie na etapie projektowania i eksploatacji, ponieważ należy uwzględnić szereg różnych czynników: 1. Substancje niebezpieczne muszą być znane Inżynierowie ds. bezpieczeństwa muszą dokładnie wiedzieć, jakie substancje niebezpieczne i w jakich maksymalnych stężeniach mogą pojawić się w środowisku, aby móc wybrać odpowiedni filtr lub pochłaniacz i określić wymiary warstwy filtracyjnej. Im wyższe wartości potencjalnego stężenia, tym większe wymagania odnośnie filtracji a co za tym idzie, rosnące koszty. 2. Filtry z węglem aktywnym nie zapewniają 100% ochrony Filtry stanowią tutaj punkt nieszczelności z definicji. Komora schronieniowa nie jest szczelna, skażone powietrze przedostaje się do niej celowo, aby je przefiltrować. Z uwagi na właściwości fizykochemiczne filtry z aktywnym węglem powodują występowanie określonych problemów z wydajnością, w zależności od składu materiałowego i wymiarów. Z technicznego punktu widzenia filtry z aktywnym węglem odznaczają się skutecznością filtracji na poziomie zaledwie 20 60 procent. Oznacza to, że nawet wystarczające wymiary warstwy filtracyjnej czy kilka cyklów filtracji nie zapewnia odfiltrowania 100% substancji niebezpiecznych. A zatem z technicznego punktu widzenia optymalizacja nie jest w stanie zapewnić skuteczności filtracji na poziomie 100%. Ponieważ w trakcie eksploatacji filtry ulegają nasyceniu, wysokie stężenia niebezpiecznych substancji mogą doprowadzić do ich uszkodzenia. Drägerwerk AG & Co. KGaA 4
3. Duże nakłady na konserwację w trybie gotowości Aby filtr był gotowy do użytku w każdej chwili, należy go wyjąć z opakowania ochronnego. Tymczasem na przykład filtry z aktywnym węglem wykazują właściwą reaktywność tylko w sytuacji, gdy ich powierzchnia jest odpowiednio wilgotna zbyt suche warunki wiążą się z upośledzeniem skuteczności filtracji. Dlatego istotne jest stałe kontrolowanie stanu filtrów. 4. Złożoność systemu w sytuacji alarmu W sytuacji zagrożenia osoby przebywające w komorze schronieniowej muszą ciągle sprawdzać parametry powietrza do oddychania. Do nasycenia filtra dochodzi po określonym czasie, w zależności od stężenia wchłoniętych substancji niebezpiecznych i czasu ekspozycji. Z tego względu konieczne jest zapewnienie systemów rezerwowych, na przykład drugiego systemu filtracji lub aparatów oddechowych. 5. Pozostałe zagrożenia, które trudno kontrolować Jednym ze słabych punktów systemu filtracji jest jego zależność od systemów klimatyzacji i zasilania kiedy zawodzą chłodzenie i wentylacja, nie działa także system filtracji. Innym zagrożeniem w przypadku skrajnie wysokich stężeń siarkowodoru, od poziomu 10.000 ppm wzwyż, jest zjawisko samozapłonu filtrów: pochłanianie substancji niebezpiecznych to reakcja egzotermiczna, w trakcie której dochodzi do uwalniania energii. Może to spowodować wzrost temperatury filtra, a w najgorszym przypadku doprowadzić nawet do pożaru tlącego, w wyniku którego wytwarzany będzie tlenek węgla (CO). Jeśli zostanie on wykryty w komorze zbyt późno, ludzie stracą życie. Przystępna cenowo ochrona filtracyjna wydaje się oczywistym rozwiązaniem system klimatyzacji jest i tak niezbędny, a dodanie do niego filtrów wymaga tylko podjęcia dodatkowych działań zapewniających sprawne funkcjonowanie. Czy mamy tutaj do czynienia z optymalnym i wszechstronnym rozwiązaniem? Zdaniem Franka Pietrowskiego nie: Po pierwsze, zarówno filtry jak i stacjonarny system pomiaru gazu muszą wykryć i usunąć kilka różnych niebezpiecznych substancji. Im bardziej zaawansowane technologicznie rozwiązanie, tym większa podatność systemu na błędy, a wraz ze wzrostem złożoności układu rosną także potrzeby związane z systemami rezerwowymi i awaryjnymi. Jeżeli istnieją specjalne wymagania, np. w strefach występowania zagrożeń pożarowych i gazowych (np. wyższy poziom SIL lub ATEX), systemy w komorze schronieniowej i wokół niej należy zaprojektować zgodnie z takimi wymaganiami. Może to zwiększyć koszty ogólne całego systemu. Drägerwerk AG & Co. KGaA 5
Ochrona izolacyjna: kompleksowe rozwiązanie spełniające najwyższe standardy Koncepcja ochrony szczelnego pomieszczenia przed wnikaniem do niego gazów lub cząstek poprzez wytworzenie w nim ciśnienia została opracowana około dwudziestu lat temu i zastosowana w kopalnianych komorach schronieniowych. Śluza w obszarze wejściowym gwarantuje utrzymanie ciśnienia w komorze wewnętrznej, gdy do środka wchodzą inni pracownicy. Podstawową zaletą takiego systemu jest zapewnienie ochrony niezależnie od składu atmosfery zewnętrznej: izolowana komora schronieniowa jest wypełniona powietrzem oddechowym pod odpowiednim ciśnieniem, co uniemożliwia wymianę powietrza ze skażoną atmosferą na zewnątrz. W sytuacji zagrożenia izolacyjne komory nie wymagają zewnętrznego zasilania. Eliminuje to dodatkowe czynniki ryzyka (chroniąc przed wybuchem i awarią zasilania), a cały system może funkcjonować w pełni niezależnie od warunków panujących na zewnątrz. Ochrona izolacyjna: niezależność od powietrza otoczenia (utrzymywanie nadciśnienia z użyciem technologii spłukiwania powietrzem) Drägerwerk AG & Co. KGaA 6
1. Ochrona przed wszystkimi niebezpiecznymi substancjami W przemyśle naftowym i gazowniczym wypadki wiążą się z występowaniem szeregu niebezpiecznych substancji, takich jak metan czy siarkowodór, a także niebezpiecznych produktów spalania, jeśli dojdzie do pożaru. W przypadku systemów filtracyjnych zawsze istnieje ryzyko, że do wnętrza komory przedostanie się nieznany lub zignorowany gaz, podczas gdy ochrona izolacyjna to uniwersalne rozwiązanie zapobiegające przenikaniu wszystkich rodzajów niebezpiecznych substancji do środka. 2. Stabilne warunki panujące we wnętrzu Przez cały czas pobytu w komorze jakość powietrza oddechowego pozostaje stabilna, ponieważ system nie korzysta z powietrza zewnętrznego. Zawartość tlenu w powietrzu utrzymywana jest stale na poziomie 19 22% obj., natomiast stężenie dwutlenku węgla nie przekracza 1% obj. 3. Niewielkie wymagania w zakresie konserwacji System nie wymaga stosowania praktycznie żadnych materiałów eksploatacyjnych i generuje bardzo niewielką ilość odpadów (zużyte filtry należy na przykład utylizować jako odpady specjalne). W określonych odstępach czasu należy natomiast serwisować i napełniać butle sprężonego powietrza. 4. Wbudowana redundancja Ochrona izolacyjna odznacza się niejako wbudowaną redundancją z uwagi na wysoką szczelność komory. W skrajnych sytuacjach ciepło wytwarzane przez osoby znajdujące się w komorze wystarcza do zapewnienia ciśnienia zapobiegającego przedostaniu się niebezpiecznych substancji do środka. Szczelność komory pozwala na stosunkowo długi czas pobytu, ponieważ zawartość CO 2 w powietrzu powodowana oddychaniem przebywających w niej osób rośnie powoli. Drägerwerk AG & Co. KGaA 7
Tańsza alternatywa: regeneracja powietrza oddechowego W przypadku ochrony izolacyjnej powietrze oddechowe może być dostarczane z butli sprężonego powietrza lub z systemu regeneracji powietrza oddechowego wykorzystującego wapno sodowane do pochłaniania wydychanego CO 2 w komorze schronieniowej i butle wysokociśnieniowe do dostarczania świeżego tlenu. Dzięki temu ochrona izolacyjna z użyciem systemu regeneracji umożliwia dłuższy pobyt w komorze nawet większym grupom osób twierdzi Frank Pietrowski. Technika ta polecana jest szczególnie w sytuacjach, gdy koncepcja zapewnienia bezpieczeństwa zakłada przebywanie w komorze średnich i dużych grup pracowników przez dłuższy czas. Rozwiązanie jest korzystne zarówno z punktu widzenia bezpieczeństwa, jak i kosztów: Podczas gdy koszty zastosowania ochrony filtracyjnej i ochrony izolacyjnej z użyciem butli sprężonego powietrza rosną wykładniczo w miarę wzrostu liczby osób i długości pobytu w komorze, w przypadku rozwiązania zakładającego regenerację powietrza mamy do czynienia tylko z liniowym wzrostem kosztów. Ochrona izolacyjna: niezależność od powietrza otoczenia (utrzymywanie nadciśnienia poprzez regenerację i dostawę powietrza oddechowego) Drägerwerk AG & Co. KGaA 8
PORÓWNANIE KOSZTÓW POSZCZEGÓLNYCH ROZWIĄZAŃ Przedstawienie systemów według maksymalnej liczby osób w komorze i czasu trwania pobytu (przy założeniu najgorszego scenariusza) Cena System z magazynowaniem powietrza w butlach System filtracyjny System z regeneracją powietrza Liczba osób W miarę wzrostu czasu trwania i/lub liczby osób w komorze schronieniowej system z regeneracją powietrza okazuje się wydajniejszy. Czas pobytu Wniosek: Wybór odpowiedniej technologii jest niezwykle trudny i nie istnieją uniwersalne zalecenia co do tego, czy należy zdecydować się na taki system, czy inny. W obliczu rosnących wyzwań związanych ze skrajnie wysokimi stężeniami H 2S wiele czynników przemawia za wyborem rozwiązania niezależnego od powietrza otoczenia. Zacytujmy na koniec Franka Pietrowskiego, który uważa, że ostateczna decyzja zależy od koncepcji bezpieczeństwa przyjętej przez operatora danego zakładu. DRUK NIEMCY Dräger Safety AG & Co. KGaA Revalstraße 1 23560 Lubeka www.draeger.com Drägerwerk AG & Co. KGaA 9