Plynný dusík (N2) je intertní plyn, který se standardně vyskytuje v atmosféře v koncentraci cca 78% obj. Při úniku dusíku například z tlakové lahve nehrozí výbuch či otrava zaměstnanců. Jediným nebezpečím je možné promíchání se vzduchem, které povede ke snížení koncentrace kyslíku ve vzduchu.
Vzhledem k tomu, že dusík je inertní plyn, není jeho detekce snadná a v současné době nejsou k dispozici způsoby měření koncentrace dusíku, které by byly dostupné za cenu akceptovatelnou pro většinu aplikací. Místo detekce dusíku se tak monitoruje koncentrace kyslíku. Tím se zajistí, že v případě vzniku jediné nebezpečné situace vzniklé únikem dusíku – tedy snížení koncentrace kyslíku, je tento stav indikován.
Posouzení rizika
Jako první krok je vhodné posoudit, zda vůbec může nebezpečná situace nastat. Únik dusíku řešíme typicky v nějaké uzavřené místnosti. Při posouzení můžeme určit, jestli by při úniku veškerého dostupného dusíky z tlakových lahví, mohlo dojít ke snížení koncentrace kyslíku natolik, že by to bylo nebezpečné.
Příklad výpočtu
Uvažujme dvě místnosti – „velká místnost“ a „hala“. V obou místnostech jsou tlakové lahve. Zajímá nás, zda může vzniknout nebezpečné prostředí v případě, že by všechen plyn, který se nachází v lahvích, unikl do okolí.
Předpoklady:
-
Výška místnosti h = 2,7 m
-
Podlahová plocha „malé místnosti“ Sm =8 m2, podlahová plocha „haly“ SV = 50 m2
-
Tlaková lahev s objemem Vlahev = 50 l, plnící tlak: p = 200 bar → objem dusíku při tlaku 1 bar VN2 = Vlahev [l] * p [bar] = 10 000 l = 10 m3 (tato hodnota odpovídá plnící teplotě 15°C, rozdílná okolní teplota tento výsledek neovlivňuje – dochází k izochorickému ději)
-
Standardní koncentrace kyslíku ve vzduchu: 20,946%
Při úniku dojde ke změně koncentrace, která je dána vztahem:
c [%] = 20,946 [%] * h [m] * S [m2] / (VN2 [m3] + h [m] * S [m2])
Po dosazení dostáváme pro jednotlivé místnosti minimální možnou koncentraci kyslíku:
-
„malá místnost“ – cm min = 14,3 %
-
„hala“ – cv min = 19,5 %
Hygienický limit kyslíku
V právních předpisech České republiky nejsou stanoveny limity pro hladinu kyslíku. Je možné dohledat stanovisko Státního zdravotního ústavu [1]. Zde je uvedeno, že „Při normální pracovní době není třeba plánovat žádné další pracovní přestávky, není-li obsah kyslíku v isobarickém prostředí nižší než 14,8 %.“ V případě „haly“ tak únik dusíku nepředstavuje riziko.
V případě „malé místnosti“ je potenciální koncentrace kyslíku při hermetickém uzavření této místnosti a úniku veškerého možného dusíku nízká. Jako nápravné opatření je možné zvážit využití větrací mřížky či jiného prostředku vzduchotechniky, který zajistí promíchání vzduchu pomocí přirozené difúze okolního čistého vzduchu (se standardní koncentrací kyslíku 20,946%).
Detekce kyslíku
V případě, že by nebylo možné „malou místnost“ vhodně odvětrávat, je možné místnost vybavit snímačem koncentrace kyslíku, který by indikoval potenciálně nebezpečný stav. Ke snímání kyslíku je možné využít našeho snímače GSK2. Výstupem snímače je proudový signál 4 až 20 mA, který dále zpracovává nadřízený systém (jako je například napájecí zdroj NZ425-DIN). Podrobnější informace jsou k dispozici v technických podmínkách a návodu k použití [2].
Snímač GSK2 využívá ke svému provozu elektrochemické čidlo, které má ze své fyzikální podstaty omezenou životnost. Použitý typ má životnost cca 3 roky. Po uplynutí této doby je nutné snímač zaslat na výměnu čidla výrobci, kdy náklady na výměnu čidla jsou cca 40% ceny nového přístroje.
Reference
[1] Státní zdravotní ústav: Snížení kyslíku na pracovišti z důvodu požární ochrany, dostupné https://www.bozpforum.cz/wp-content/uploads/2022/06/SZU-stanovisko.pdf.
[2] J.T.O. System, s.r.o.: Snímač GSK2 – Technické podmínky a návod k použití