Rizika při zřizování a provozu plynových zařízení a opatření k jejich účinné eliminaci

Statistické údaje, které České sdružení pro technická zařízení (dále ČSTZ) ve spolupráci s Ministerstvem vnitra Hasičským záchranným sborem dlouhodobě zpracovává, ukazují trvalý nepříznivý trend v oblasti požárů a výbuchů v objektech. Od roku 1995, kdy byly údaje poprvé shromážděny, až do současné doby (v současnosti údaje za rok 2005) se v dlouhodobém horizontu 10 let ukazuje, že případů je trvale vysoký počet, v procentním vyjádření představují 68 až 88 % všech požárů a výbuchů (tab. 1).

	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005
budovy občanské výstavby	8	4	12	7	5	6	5	4	4	5	2
chaty, chalupy	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
bytový fond domovní	45	53	45	38	43	33	41	36	29	30	23
rodinné domky a ost. bydlení	15	28	22	13	21	21	21	18	14	13	12
výrobní budovy vč. energetických	2	6	3	4	3	2	4	2	1	4	1
sklady	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
garáže	0	1	0	0	1	0	0	0	2	0	8
Mezisoučet celkem plynová zařízení v objektech (v %)	71 (68)	92 (82)	82 (79)	62 (75)	73 (78)	62 (77)	71 (83)	60 (79)	50 (88)	52 (79)	38 (79)
objekty mimo budov	23	14	7	12	12	11	11	10	5	8	0
provizoria	0	0	1	0	0	1	1	1	0	0	0
výstavba, rekonstrukce	0	2	0	3	0	0	0	0	0	1	0
dopravní prostředky a prac. stroje	0	1	2	0	0	0	0	0	0	2	0
komunikace	0	0	7	3	1	1	0	1	0	1	0
přírodní (venkovní) prostředí	1	0	1	1	2	2	2	4	2	2	0
ostatní, nezatříděno	10	3	4	2	5	3	1	0	0	0	2
celkem	105	112	104	83	93	80	86	76	57	66	48

Tab. 1 - Statistické údaje - požáry a výbuchy zemního plynu v objektech

Ze statistických údajů Ministerstva vnitra ČR ředitelství hasičského záchranného sboru, vydaných v říjnu 2005, vyplývá dlouhodobý nepříznivý stav v oblasti počtu požárů a výbuchů v případě zemního plynu v objektech.

Na nehodách v objektech se kromě vlastního odběrného zařízení podílí i tzv. plynárenské zařízení, zejména úniky plynů z distribučních nízkotlakých a středotlakých plynovodů a tím toto riziko vzniká i pro objekty nepřipojené na plyn.

Na základě zkušeností z šetření nehod, poruch a havárií a údajů ze spolupráce s orgány Policie a Hasičského záchranného sboru jsou popsána vybraná rizika plynárenských a odběrných plynových zařízení podle druhu zařízení a činností v tabulce 2 a tabulce 3.

Plynárenská zařízení - distribuční rozvod
Druh zařízení a činnosti	Rizika
1. Koordinace sítí souběh zařízení křížení zařízení	propálení potrubí od kabelů průnik plynu do navazujících zařízení a objektů
2. Krytí rozvodů	poškození při zemních pracích nepředpokládaný vzájemný vliv
3. Opravy na zařízení	nezpracované nebo chybně zpracované technologické postupy nedodržení technologických postupů a postupů výrobce zařízení nedodržení postupů pro práce pod přetlakem plynu nebezpečný režim provizorních opatření
4. Zásahy na ostatních úložných zařízeních	vytvoření kaveren (např. po úniku vody) pro nekontrolované šíření úniku plynu vyplavení zásypového materiálu a vytvoření dotykových míst uložených zařízení (plynovod, kabely apod.), poškození izolací nebo povrchu potrubí (např. zejména u plynovodů PE) poškození izolací kabelů
5. Prostupy do objektu	netěsné prostupy pro průnik plynu koroze plynového potrubí v místech průchodu neutěsnění ostatních prostupů do objektu (otvory po zrušených sítích, ponechání starých prostupů bez utěsnění apod.)

Tab. 2 - Vybraná rizika plynárenských zařízení

Odběrná plynová zařízení (OPZ)
Druh zařízení a činnosti	Rizika
1. Vedení plynovodů	Duté a nekontrolovatelné prostory bez zvláštních opatření Vlhké prostředí, koroze Možnost mechanického poškození Vzdálenost od ostatních instalací Nedostatečné ukotvení rozvodů
2. Tvarovky, armatury a součásti plynovodů	Latentní skryté vady materiálu Mechanické namáhání úzkých konstrukčních profilů (připojení armatur apod.) Neovladatelnost a nefunkčnost armatur a bezpečnostních prvků Těsnění spojů, vliv utahovacích momentů apod. Zhoršená funkce bezpečnostního zařízení z titulu stárnutí
3. Hadice a flexibilní připojení	Omezená životnost některých materiálů Tepelná odolnost zařízení Mechanické vlivy na poškození
4. Plnění resp. neplnění povinností osoby zodpovědné za provoz OPZ	Neprovádění úkonů předepsaných pro provoz OPZ (kontroly a revize zařízení) Provádění oprav a zásahů na OPZ bez potřebné koordinace Nefunkční systém odstraňování zjištěných závad Nesystémové zajišťování prací při rekonstrukcích, rozšiřování a zřizování OPZ Nedostatečné vedení provozní dokumentace a její aktualizace Řešení situací pro případy poruch, nehod a havárií
5. Instalace spotřebičů v prostoru	Nedodržení prostorových podmínek stanovených pro eliminaci krátkodobých mezních stavů Nesplnění podmínek pro infiltraci vzduchu v prostoru s plynovými spotřebiči Nesplnění podmínek pro přívod spalovacího vzduchu Chybné řešení odvodu spalin Porušení tahové funkce komínů vlivem souvisejících zařízení a činností Nedostatečný servis spalovacích zařízení Změny konstrukčních prvků ve vybavení prostorů s vlivem na provozní režim zařízení Nedodržení zásad provozu zařízení, stanovených výrobcem

Tab. 3 - Vybraná rizika odběrných plynových zařízení

1. Riziko úniku plynu z uličního plynovodu do objektu

V období od roku 2004 došlo ke dvěma tragédiím v souvislosti s únikem a následným výbuchem zemního plynu, a to v Brně v červnu 2004 (obr. 1) a v únoru 2006 v Praze (obr. 2). U obou byl příčinou zkrat podzemních úložných zařízení a následné propálení plynového potrubí.

Obr. 1 - Výbuch plynu - Brno - 21. 6. 2004

Obr. 2 - Výbuch plynu - Praha - 18. 2. 2006

Vyšetřováním bylo zjištěno, že tato poduliční zařízení jsou uložena prakticky v těsném dotyku s plynovým potrubím, mnohdy i v dotyku s již neprovozovanými zařízeními. Tím je vytvořeno vodivé propojení do míst značně vzdálených od lokality, v níž došlo k propálení plynovodu. Tento stav pak vylučuje účinnou prevenci havárií podzemních plynových rozvodů.

V této souvislosti je třeba připomenout, že v současnosti se distribuční rozvody plynu, a to jak nízkotlaké tak i středotlaké, provádějí prakticky pouze z plastových - PE potrubí. Problematika narušení těchto potrubí elektrickým obloukem vzniklým mezi poduličními zařízeními a plastovým potrubím, podstatně méně odolnějším vůči protavení, nabývá tak ještě více na závažnosti (obr. 3), (obr. 4), (obr. 5).

Rizika způsobující v zemi kontakt potrubí plynu s kabely

I. Únik vody z podzemních vodovodů
Vytvoření kaveren (dutých prostor) z důvodu vyplavování písku apod.

II. Intenzivní doprava
Cyklické otřesy a dynamické namáhání vozovky způsobující změny v prostorovém uspořádání uložení

III. Chybné uložení podzemních zařízení při výstavbě
Nedodržení vzdáleností při křížení a souběhu vedení při pokládce

Riziko poškození plynového potrubí zvyšuje výrazně každý únik vody z vodovodního potrubí v místě vedení podzemních plynovodních rozvodů. Unikající voda vyplavuje hojně používané pískové zásypy - výsledkem je vznik kaveren a následná změna prostorové konfigurace v zemi uložených sítí (uložené kabely se prověšují a dosedají na povrch plynovodu nebo jiného úložného zařízení). V kavernách se může hromadit plyn a pronikat odtud do dutých prostor pod úrovní terénu, zejména do sklepů objektů. Toto riziko hrozí tak i objektům, které nejsou připojeny k plynovodní síti.

Další příčinou může být i intenzivní doprava, která vytvářenou vibrací rovněž způsobuje změny v prostorovém uspořádání sítí technického vybavení. Výsledkem dlouhodobého působení může být opět přímý dotyk podzemních zařízení.

Obr. 4 - Utavené plynovodní potrubí v místě křížení s kabelem (nahoře nad potrubím)

Obr. 5 - Křížení plynového potrubí s devíti kabely v těsném dotyku

Vzhledem k povrchovým úpravám vozovek a chodníků, které jsou většinou z tvrdolitého asfaltu, je průnik plynu na povrch prakticky nemožný a dochází tak k jeho šíření v zemi podél uložených sítí, kanalizací, ale též i výše zmíněnými kavernami vytvořenými např. po úniku vody. Plyn může pronikat spárami, např. mezi obrubníkem a vozovkou, nebo ve spáře mezi chodníkem a objektem, ale zejména - což dokládá i zkušenost z nedávných tragédií - plyn proniká do sklepů objektů neutěsněnými průchody potrubí, kabelů a jinými otvory pod úrovní terénu. Vlivem průchodu plynu zeminou dochází k adsorpci odorantu (zapáchající příměs přidaná do zemního plynu k jeho snadné identifikaci) a tím při počátečním úniku plynu i ke ztrátě charakteristického zápachu doprovázejícího únik zemního plynu.

Obr. 6 - Schéma zapojení signalizace v objektu

Vzhledem k praktické nemožnosti identifikace těchto podzemních rizik je jediným preventivním řešením, které přichází v úvahu, trvalý monitoring potencionálně ohrožených prostor zařízením pro detekci plynu, jehož varovná reakce bude nastavena na jednu desetinu spodní meze výbušnosti příslušného plynu. Akustická a optická signalizace bude zavedena do prostor trvale sledovaných, např. vrátnice, bezpečnostní služba apod. Tato signalizace může být vyvedena též u vchodu do příslušného objektu a doplněna nezbytnými informacemi o nutném okamžitém opatření pro řešení situace (obr. 6).

2. Riziko spalin z plynových spotřebičů

Je to velmi častý faktor, který významně ovlivňuje statistiku, a proto se pokusím některé zásadní aspekty tohoto rizika blíže objasnit (obr. 7).

Obr. 7

Otrava oxidem uhelnatým

Otrava oxidem uhelnatým Akutní otrava při náhlém a velkém zvýšení koncentrace CO ve vdechovaném vzduchu, kdy hladina COHb (karboxyhemoglobinu) překročí 70 %, může probíhat bleskově a může způsobit smrt v několika vteřinách. Při menší expozici, do 30 % COHb, se projevuje nejčastěji bolestmi hlavy, pocitem tlaku ve spáncích, bušením krve v hlavě a tlakem na prsou. Takřka pravidlem je při těžší otravě žaludeční nevolnost a zvracení, akční neschopnost (nechuť k útěku ze zamořeného prostředí). Při těžké otravě se prohlubuje bezvědomí, v němž se mohou projevit křeče, později je bezvědomí hluboké a bez pohybu. Dech je nepravidelný a povrchní, tep rychlý, nitkovitý. V tomto stavu může nastat smrt. Nenastane-li smrt, prognóza může a nemusí být dobrá (mohou přetrvávat neurologické příznaky). Větší naději na uzdravení bez následků mají ti, kteří byli krátký čas v prostředí s vyšší koncentrací CO, než ti, kteří byli dlouhodobě v prostředí s nižší koncentrací. Přehled příznaků je v tab. 4.

CO (ppm)	CO (obj %)	Příznaky
100	0,01	Žádné příznaky - bez nebezpečí
200	0,02	Mírné bolesti hlavy
400	0,04	Silné bolesti hlavy po 1 až 2 hodinách
800	0,08	Silné bolesti hlavy po 45 minutách; nevolnost, mdloby až bezvědomí po 2 hodinách
1 000	0,10	Nebezpečná koncentrace - bezvědomí po 1 hodině
1 600	0,16	Nevolnost, silné bolesti hlavy a závratě po 20 minutách
3 200	0,32	Nevolnost, silné bolesti hlavy a závratě po 5 až 10 minutách; bezvědomí po 30 minutách
6 400	0,64	Silné bolesti hlavy a závratě po 1 až 2 minutách; bezvědomí po 10 až 15 minutách
12 800	1,28	Okamžité bezvědomí, nebezpečí smrti po 1 až 3 minutách

Tab. 4 - Otrava oxidem uhelnatým

Únik spalin v objektu v důsledku tahu na schodišti objektu je znázorněn na obr. 8.

Obr. 8 - Schéma úniku spalin v objektu v důsledku tahu na schodišti objektu

Velmi častým místem otrav spalinami je prostor koupelny. Základními vlivy způsobující tyto otravy je nedodržení nejmenšího prostoru pro instalaci a přívod vzduchu pro spalování. Na tom se často podílí dobře těsněná okna, dveře bez přívodu vzduchu, chybný odvod spalin (obr. 9), (obr. 10), (obr. 11).

Obr. 9 - Polodetail spodní části křídla dveří koupelny - chybějící odvětrávací průduchy, jak v křídle, tak případně v příčce stěny

Obr. 10 - Polodetail na část křídla koupelnových dveří z místnosti s lůžkem

V praxi se lze setkat dokonce s případy zazděných kouřovodů nebo nefunkčních kouřovodů po provedeném vyvložkování (obr. 12).

Obr. 11 - Pohled na karmu s kouřovodem - úsady sazí na plášti karmy nad mřížkou a na stropu

Obr. 12 - Pohled do sopouchu. Průchodem komína prochází kovová komínová vložka, bez připojovací tvarovky, bez kondenzátní jímky a kontrolního otvoru

V těchto případech pak dochází k tragédii a ztrátám na životech ve velmi krátkém čase - řádově v minutách, jak je uvedeno výše.

3. Riziko úniku plynu z domovního plynovodu

V praxi se často setkáváme po provedených revizích s návrhy na odstranění zjištěných úniků plynu v závitových spojích formou rekonstrukce domovního plynovodu, spočívající v nahrazení závitových spojů spoji svařovanými.

Obr. 13 - Plnění resp. vyprazdňování potrubí

CELKEM 6 hodin

Obr. 14 - Vysoušení potrubí

V současné době však existuje technologie podstatně jednodušší, časově méně náročnější a tedy i cenově nesrovnatelně levnější a navíc nevyžadující stavební úpravy. Postupuje se podle TDG 704 02 - Dodatečné utěsňování domovních plynovodů. Celá realizace probíhá v těchto etapách:

Utěsňování rozvodu plynu

1. Ověření těsnosti, únik do 10 l/h - 0,5 h
2. Tlaková zkouška - 1 h
3. Čištění potrubí - 0,5 h
4. Naplnění prostředku do potrubí - 1 h
5. Vyprázdnění potrubí - 0,5 h (obr. 13)
6. Pročištění potrubí od zbytků přípravku - 0,5 h
7. Vysoušení - 1 h (obr. 14)
8. Uvedení instalace do provozu - 1 h

Za zmínku v této souvislosti stojí, že obdobná technologie je k využití i pro utěsňování dalších domovních instalací, tj. rozvodů vody, vytápění a kanalizace (obr. 15).

Obr. 15 - Metody utěsňování domovních instalací

Veškeré tyto utěsňovací technologie jsou součástí speciálních kurzů pro montážní firmy, které zajišťuje středisko vzdělávání ČSTZ. Na praktických příkladech rozvodů médií se předvádí celý proces utěsňování v jednotlivých krocích.

Na závěr přiblížíme novou technologii domovních plynovodů provedenou z tzv. vícevrstvých trubek PE-Al-PE. Při této technologii jsou nově použity bezpečnostní prvky, které každý prostor, v němž bude plynovod veden, ochrání proti výronu plynu a proti požáru v důsledku úniku plynu.

Nová technická pravidla TPG 704 03 "Domovní rozvody plynu z vícevrstvých trubek" v připomínkovém řízení

Pro zhotovování domovních plynových rozvodů jsou neustále vyvíjeny nové komponenty, které mají řadu výhod, např. snadnou, časově úspornou instalaci, ekonomický efekt a mnohdy i zvýšení bezpečnosti a provozuschopnosti těchto zařízení.

Po ocelových a měděných materiálech používaných pro tyto rozvody se na trh dostává nový materiál - vícevrstvé trubky zhotovené kombinací kovových a plastových materiálů.

Domovní instalace plynu zhotovené z vícevrstvých trubek, u nichž je základním prvkem kovový materiál s plastovou ochranou na vnější i vnitřní straně, poskytují rozvodu výhody vlastní oběma materiálům (tj. např. pevnost, pružnost, malý odpor proudění média a snadné spojování).

Tato pravidla stanovují požadavky pro instalaci domovních plynových rozvodů z vícevrstvých trubek. Požadavky respektují plně ustanovení ČSN EN 1775 "Zásobování plynem - Plynovody v budovách - Nejvyšší provozní tlak ≤ 5 bar - Provozní požadavky".

Technická pravidla jsou projednána s dotčenými orgány státní správy a organizacemi zabývajícími se danou problematikou.

Z obsahu:

1. Nově definovány specifické prvky pro použití v systému rozvodu z vícevrstvých trubek: bezpečnostní armatury, protipožární armatury, nadprůtokové pojistky.
2. V technických požadavcích stanoveny vnější průměry používaných trubek v rozsahu d_n 16 až 40. Pro tento rozsah používaných průměrů potrubí jsou v přehledných tabulkách stanoveny délky potrubí a tlakové ztráty v závislosti na druhu plynu a na dopravovaném množství plynu, a to jak pro zemní plyn, tak i pro propanbutan.
3. V části montáže plynovodu jsou přehledně uspořádány požadavky
   1. základní požadavky na vedení plynovodu
   2. požadavky na prostup plynovodu vnější obvodovou zdí, včetně přehledných schémat uložení plynovodu v rýze
   3. požadavky na vedení vnitřního domovního plynovodu na povrchu, pod omítkou, v instalačním podloží apod. s tabulkou doporučených vzdáleností uchycení
4. V části instalace a spojování je přehledně řešen systém vlastního spojování pomocí nerozebíratelných spojů, požadavky na montáž, nářadí apod.
5. Technická pravidla obsahují samostatnou část týkající se instalace bezpečnostních armatur k zajištění systému proti výronu plynu a v případě požáru, včetně diagramů pro volbu bezpečnostních prvků.

Obr. 16 - Nadprůtoková pojistka v kombinaci s ručním uzávěrem

Obr. 17 - Nadprůtoková pojistka instalovaná na rozdělovači, před každou větví plynovodu

Na obr. 16 a obr. 17 je schematicky znázorněno použití bezpečnostních armatur (instalace nadprůtokové pojistky) a na obr. 18 ochrana odběrných plynových zařízení před požárem.

Obr. 18 - Schéma instalace protipožárních pojistek

Shrnutí

V tomto článku jsem zmínil některá rizika spojená s použitím topných plynů, především pak zemního plynu, a naznačil přímo či nepřímo některé způsoby jejich eliminace a tedy i prevence před výbuchy a požáry tohoto ušlechtilého zdroje energie. Dále jsem upozornil na dvě technologie, z nichž jedna umožňuje podstatné snížení nákladů na rekonstrukci plynových rozvodů a druhá představuje nový systém pro montáž plynovodů v objektech, který kromě použití materiálů s velkou užitnou hodnotou zvyšuje, a to za více než přijatelnou cenu, podstatnou měrou celkovou bezpečnost plynového zařízení.