Die Komplexität eines Gaswarnsystems hängt von der Verwendung der gelieferten Daten ab. Datenaufzeichnung ermöglicht es, die Informationen zur Ermittlung von Problembereichen zu benutzen und die Einführung von Sicherheitsmaßnahmen zu unterstützen. Wird das System nur dazu verwendet, Warnungen auszugeben, können die Ausgänge einfach gestaltet sein und es ist keine Datenspeicherung notwendig. Beim Aufbau eines Systems ist es daher wichtig zu wissen, wie die Informationen verwendet werden sollen, damit die richtigen Systemkomponenten ausgewählt werden können. Bei der Überwachung auf toxische Gase haben Mehrpunktsysteme ihr Potenzial bei der Lösung einer Vielzahl von Expositionsproblemen am Arbeitsplatz bewiesen. Sie leisten wertvolle Dienste, um sowohl Probleme zu erkennen als auch Arbeitskräfte und das Management auf Schadstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz aufmerksam zu machen.
Beim Aufbau von Mehrpunktsystemen sollte den verschiedenen Komponenten und ihren Verbindungen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Bei Verwendung katalytischer Sensoren, zum Beispiel, wären die elektrischen Kabelverbindungen dreiadrig mit jeweils 1 Quadratmillimeter Aderquerschnitt, da sie nicht nur das Ausgangssignal sondern auch die Stromversorgung zu der elektrischen Brückenschaltung leiten, die sich am Sensor befindet, um den Spannungsabfall des Signals entlang der Kabel zu verringern.
Bei Überwachungssystemen für toxische (und einige brennbare) Gase werden Proben der Atmosphäre häufig fern von der Einheit entnommen und die Gase durch eine Reihe von dünnen Kunststoffschläuchen zu den Sensoren gepumpt. Wichtige Punkte beim Aufbau solcher Systeme umfassen die Wahl geeignet dimensionierter Pumpen und Schläuche, eines Entnahmesystems für die Umschaltung auf die einzelnen Schläuche sowie der Filter, die verhindern, dass der Gasstrom durch Eindringen von Partikeln oder Wasser unterbrochen wird. Der Innendurchmesser der Schläuche kann problematisch sein, da er einerseits groß genug sein muss, um schnelle Reaktionszeiten mit Standardpumpen zu ermöglichen, andererseits aber nicht zu groß sein darf, damit die Probe nicht übermäßig mit Luft verdünnt wird. Jeder Entnahmepunkt muss über einen separaten Schlauch angeschlossen werden. Ist eine Reihe von Punkten mit einem einzigen zentralen Sensor verbunden, wird es notwendig sein, den Sensor zwischen den Proben mit sauberer Luft zu spülen.
Die in ortsfesten Systemen verwendeten Gaswarnzentralen können je nach den Anforderungen des Anwendungsbereichs zentral installiert oder an mehreren Orten der Anlage aufgestellt sein. Die Zentrale ist in einer Bedienkonsole untergebracht und entweder mit einzelnen Kanälen (d. h. eine Steuerkarte pro Sensor) oder als Mehrkanalkonfiguration ausgeführt; letzteres ist sinnvoll, wenn Leistungs-, Raum- oder Kostenbeschränkungen wichtig sind.
Die Zentrale beinhaltet eine Frontplattenanzeige oder LCD zur Anzeige der Gaskonzentration an jedem Sensor und enthält normalerweise außerdem Relais zur Steuerung von Funktionen wie Alarme, Störungen und Abschaltungen. Die Anzahl der Alarmschwellen ist verschieden; üblicherweise können, je nach den gesetzlichen Anforderungen oder Arbeitspraktiken innerhalb der Industrie, bis zu drei Pegel eingestellt werden. Weitere nützliche Merkmale wären Alarmsperr- und Rücksetzfunktionen, eine Anzeige von Bereichsüberschreitungen und analoge 4-20 mA-Ausgänge. Häufig stehen auch digitale Ausgänge für den Anschluss der Zentrale an ein DCS/BMS zur Verfügung. Es ist wichtig im Auge zu behalten, dass der Hauptzweck eines Gaswarnsystems darin besteht, den Aufbau von Gaskonzentrationen zu erkennen, bevor sie gefährlich werden können, und einen Prozess in Gang zu setzen, der eine Gefährdung verhindert. Nähert sich die Gaskonzentration einer Explosionsgefährdung, muss eine Abschaltung eingeleitet und es müssen Alarme ausgegeben werden. Es ist nicht ausreichend, nur die Ereignisse zu protokollieren oder Gaskonzentrationen zu messen, denen das Personal ausgesetzt wurde.
Kabel und Anschlussboxen
In einem typischen industriellen Gaswarnsystem, wie es gerade beschrieben wurde, befinden sich Sensoren an einer Reihe strategischer Punkte in der Anlage und in unterschiedlichen Entfernungen von der Zentrale. Bei der Installation der elektrischen Verbindungen zur Zentrale muss daran gedacht werden, dass jedes Sensorkabel abhängig von seiner Länge einen anderen elektrischen Schleifenwiderstand besitzt. Für Konstantspannungsdetektoren wird für die Kalibrierung eine Person am Sensor im Feld und eine an der Zentrale benötigt. Für Konstantstromdetektoren oder Detektoren mit einem lokalen Transmitter kann die Kalibrierung des Feldgeräts unabhängig von der Zentrale durchgeführt werden.
Die Sensorkabel werden vor externen Schäden geschützt, indem sie entweder durch Metallrohre geführt werden oder ein in geeigneter Weise armiertes Kabel verwendet wird. Schutzverschraubungen sollten an beiden Enden des Kabels verwendet und die Sensoren in einer Anschlussbox montiert werden, um einfache, niederohmige und ‘saubere’ Abschlüsse zu erhalten. Wichtig ist es außerdem sicherzustellen, dass alle Verschraubungsgrößen und Schraubgewinde mit der Anschlussbox und den Außendurchmessern der verwendeten Kabel kompatibel sind. Geeignete Dichtungsscheiben müssen verwendet werden, um eine wetterfeste Verbindung zwischen dem Detektor und der Anschlussbox herzustellen. Ein weiterer wichtiger Punkt, auf den geachtet werden muss, ist, dass die Sensorhersteller normalerweise den maximalen Schleifenwiderstand (nicht den Leitungswiderstand) ihrer Sensoranschlüsse zur Berechnung der Kabeladerdurchmesser für die Installation angeben.
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Lage von Sensoren
Wie viele Detektoren werden benötigt?’ und ‘Wo sollten diese angebracht werden?’ sind zwei der häufigsten Fragen zu Gaswarnsystemen, und vermutlich zwei der am schwierigsten zu beantwortenden. Anders als bei anderen Arten von sicherheitsbezogenen Detektoren, wie z. B. Rauchmeldern, ist die Lage und Anzahl von Gasdetektoren, die in verschiedenen Anwendungen benötigt werden, nicht klar festgelegt.
Wichtige Hinweise sind in Normen wie EN50073 – Leitfaden für Auswahl, Installation, Einsatz und Wartung von Geräten für die Detektion und die Messung von brennbaren Gasen oder Sauerstoff – zu finden. Ähnliche internationale Praxisvorschriften, wie z. B. der National Electrical Code (NEC) oder Canadian Electrical Code (CEC), können bei Bedarf ebenfalls hinzugezogen werden. Verschiedene regelnde Körperschaften geben außerdem Spezifikationen mit Mindestanforderungen für die Gasmessung in spezifischen Applikationen heraus. Diese Quellen sind nützlich aber häufig entweder sehr generell und gehen nicht in die Einzelheiten, oder sie sind anwendungsspezifisch und daher für die meisten Anwendungsfälle nicht relevant.
Bei der Platzierung von Detektoren sind die Ratschläge von Fachleuten mit speziellen Kenntnissen in der Verteilung von Gasen, Prozessanlagen und -systemen sowie von Sicherheits- und Konstruktionspersonal zu beachten. Die vereinbarten Montageorte der Detektoren sind zu protokollieren.
Detektoren sollten dort montiert werden, wo sich Gase am wahrscheinlichsten ansammeln. Orte in Industrieanlagen, die den meisten Schutz benötigen, wären z. B. die Umgebungen von Gaskesseln, Verdichtern, Druckbehältern, Zylindern oder Rohrleitungen. Bereiche, wohl Lecks am häufigsten auftreten, sind Ventile, Messgeräte, Flansche, T-Verbinder, Zu- und Ablaufanschlüsse usw.
Es gibt eine Reihe einfacher und recht häufig offensichtlicher Überlegungen, die helfen, die Lage von Detektoren festzulegen:
- Um Gase zu erkennen, die leichter als Luft sind (z. B. Methan oder Ammoniak), sollten die Detektoren hoch montiert und vorzugsweise mit einem Sammeltrichter ausgestattet sein
- Zur Erkennung von Gasen, die schwerer sind als Luft (z. B. Butan oder Schwefeldioxid), sollten die Detektoren niedrig montiert werden
- Berücksichtigen Sie, wie sich austretende Gase aufgrund natürlicher oder zwangsweiser Luftströme verhalten können. Nötigenfalls können Detektoren in Lüftungskanälen montiert werden
- Berücksichtigen Sie mögliche Schäden, die durch Naturereignisse, wie z. B. Regen oder Überflutung, verursacht werden können. Für außen montierte Detektoren sollte nach Möglichkeit ein Wetterschutz verwendet werden
- Verwenden Sie einen Sonnenschutz, wenn sich der Detektor in einem heißen Klima befindet oder direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist
- Berücksichtigen Sie die Prozessbedingungen. Butan und Ammoniak z. B. sind normalerweise schwerer als Luft. Bei Freisetzung aus einem Prozess bei höherer Temperatur und/oder unter Druck kann das Gas auch aufsteigen anstatt abzusinken
- Detektoren sollten ein wenig entfernt von Hochdruckteilen positioniert werden, damit sich eine Gaswolke bilden kann. Anderenfalls könnte ein Gasleck als schneller Strahl vorbeiströmen und nicht erkannt werden
- Achten Sie auf einfachen Zugang für Funktionstest und Wartung
- Detektoren sollten am vorgesehenen Ort nach unten gerichtet montiert werden. Dies stellt sicher, dass sich kein Staub oder Wasser auf der Vorderseite des Sensors ansammelt und verhindert, dass Gas in den Detektor eintritt
- Bei der Montage von 'Open Path'-Infrarot-Detektoren ist es wichtig sicherzustellen, dass der Infrarotstrahl nicht permanent verdeckt oder blockiert wird. Eine kurzzeitige Blockage durch Fahrzeuge, Personen, Vögel usw. ist nicht kritisch
- Achten Sie darauf, dass die Strukturen, an denen 'Open Path'-Geräte montiert werden, solide und nicht schwingungsempfindlich sind
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Typische Installationsarten für Sensoren (Verbindung zu .pdf)
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Typische Systemkonfigurationen (Verbindung zu .pdf)
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Installationsmethoden
Weltweit werden im Wesentlichen drei Installationsmethoden für elektrische Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet:
1. Kabel mit indirekter Einführung
2. Kabel mit direkter Einführung
3. Rohrinstallation
Kabelsysteme
Kabelsysteme werden hauptsächlich in Europa verwendet (obwohl nach den gesetzlichen Vorschriften auch in den USA und Kanada Metallmantel- und mineralisolierte Kabel für Class 1 Div. 1 oder Zone 1 zulässig sind). In den Explosionsschutznormen ist festgelegt, dass Kabelsysteme mit geeignetem mechanischem Schutz verwendet werden müssen. Häufig wird stahldrahtarmiertes Kabel (SWA-Kabel) in Bereichen benutzt, in denen mechanische Beschädigung auftreten kann; Kabel können aber auch in an beiden Enden offenen Schutzrohren verlegt werden. Zur sicheren Verbindung der Kabel mit dem Gehäuse werden zertifizierte Verschraubungen verwendet.
Indirekte Kabelzuführungen
Indirekte Zuführung erfolgt in den ‘Ex e’-Klemmenbereich (erhöhte Sicherheit). An den Leitungen zwischen dem Klemmenkasten und dem Hauptgehäuse werden Leitungsübergänge verwendet. Der Installateur muss dann nur noch den Zugang zum Klemmenbereich, nicht aber das Ex-Gehäuse öffnen.
Direkte Kabelzuführungen
Direkte Zuführung erfolgt in das Ex-Gehäuse. Nur speziell zertifizierte Verschraubungen dürfen verwendet werden. Typ und Struktur des Kabels müssen sorgfältig auf die richtige Kabelverschraubung abgestimmt sein. Die Gewährleistung des Schutzes hängt vom korrekten Anschluss durch den Installateur ab.
Kabelrohr
Für die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen werden in den USA hauptsächlich Kabelrohre verwendet. Die elektrischen Leitungen werden einzeln in geschlossenen Metallrohren verlegt. Die Rohre werden mit dem Gehäuse verschraubt und müssen innerhalb von 18 Inch von jedem Eingangspunkt mit einer Dichtung versehen sein. Das gesamte Rohrsystem ist explosionsgeschützt.
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