Proizvode li dizelski generatori ugljični monoksid? CO činjenice i osnove sigurnosti

Pripravni set od 400 kVA nalazi se u ograđenom servisnom dvorištu između uredskog bloka i pristaništa za utovar. U petak navečer padne dovod struje, pali se set i radi šest sati. Izvana ništa ne izgleda loše. Ono što nitko ne primjećuje je razdvojeni mijeh u ispušnom vodu ispod akustične nadstrešnice i krovna jedinica za obradu zraka koja izvlači svježi zrak točno iz kuta zgrade gdje struji oblak. Dvoje osoblja koje radi do kasno na katu ispod razvije glavobolju i mučninu u roku od sat vremena i odu kući ranije, kriveći vrijeme.

Diesel generatori proizvode ugljični monoksid. Taj dio nije sporan i nikada nije bio. Pitanje na koje vrijedi odgovoriti je koliko proizvode, koji radni uvjeti povećavaju broj i što se mora dogoditi između ispušne cijevi i ljudskih pluća da bi emisija kojom se može upravljati postala hitna medicinska pomoć. U terenskim istraživanjima, gotovo svaki ozbiljan incident vodi trag do treće stavke, a ne do prve.

Izravan odgovor: Da, a koncentracija je ono što odlučuje o ishodu

Svaki dizel generator proizvodi ugljični monoksid, jer je CO neizbježan međuprodukt izgaranja ugljikovodika. Ne postoji motor s unutarnjim izgaranjem, vrsta goriva i paket naknadne obrade koji u potpunosti uklanja plin. Ono što se razlikuje između dobro postavljenog seta i opasnog je koncentracija na mjestu gdje osoba diše, a to je funkcija razrjeđivanja, a ne dizajna motora.

Sirovi brojevi pomažu uobličiti problem. Nerazrijeđeni dizelski ispušni plin obično nosi CO u količini od otprilike 0,05% do 0,5% volumena, što je 500 do 5000 dijelova na milijun. Ograničenje profesionalne izloženosti za osmosatnu smjenu je 50 ppm. To znači da je sirovoj koncentraciji od 1000 ppm potrebno umiješati oko 20 volumena čistog zraka prije nego što smjesa padne do granice; mlaz od 5000 ppm treba otprilike 100 volumena. U otvorenom dvorištu s povjetarcem, stostruko razrjeđivanje događa se unutar nekoliko metara. U zatvorenoj prostoriji s biljkama, podrumu ili u zavjetrini zgrade gdje se perjanica uvija unatrag, to se možda uopće neće dogoditi.

Zbog toga isti model generatora može biti potpuno siguran na jednom mjestu i smrtonosan na drugom. Motor se nije mijenjao. Zrak oko njega jest.

Zašto motor s kompresijskim paljenjem još uvijek stvara CO

Dizelski motori su po prirodi strojevi za sagorijevanje siromašne tvari. Zrak se uvlači bez prigušivanja, komprimira se u omjeru od otprilike 14:1 do 18:1 i zagrijava do točke gdje se ubrizgano gorivo zapali pri dodiru. U većem dijelu radne mape prisutno je daleko više kisika nego što gorivo može potrošiti, s lambda vrijednostima od 1,3 pri punom opterećenju do 5 ili 6 pri malom opterećenju. U okruženju bogatom kisikom na visokoj temperaturi, CO lako oksidira u CO2, što je glavni razlog zašto su dizelski ispušni plinovi relativno siromašni CO.

Kvaka je u tome što izgaranje nije ravnomjerno. Gorivo se ubrizgava kao raspršivač, a unutar svakog oblaka raspršivača nalazi se kratkotrajna jezgra bogata gorivom u kojoj je kisika malo, a lokalna smjesa daleko je od siromašne. Ta jezgra je mjesto gdje se rađaju CO i čađa. Većina CO sagorijeva nizvodno dok se miješa s okolnim zrakom, ali dio izlazi iz ciklusa, posebno kada je proces miješanja poremećen.

Oskudan rad održava CO niskim u usporedbi s motorima na paljenje svjećicom

Benzinski ili plinski motor koji radi na stehiometriji s obogaćivanjem snage može gurnuti CO na 1%–3% neobrađenih ispušnih plinova i više od 5% kada je prigušnica uključena ili je filtar za zrak blokiran. Dizel rijetko prelazi pola posto. Objavljeni podaci o emisijama i testiranja u nizu dosljedno stavljaju dizel red veličine ispod benzina po ovoj metrici. Praktična posljedica je da dizel stječe reputaciju "onog sigurnog", a ta je reputacija djelomično zaslužena na ispušnoj cijevi i potpuno obmanjujuća na mjestu izlaganja.

Uvjeti koji CO guraju prema gore

CO izlaz nije fiksno svojstvo motora; pomiče se s radnim stanjem. Uvjeti koji ga pouzdano povisuju dobro su dokumentirani u servisnoj literaturi:

• Hladno pokretanje, kada su stijenke cilindra hladne, raspršivanje je slabo, a izostanak paljenja proizvodi navalu CO i neizgorjelih ugljikovodika u prvim minutama rada.
• Vrlo malo opterećenje, ispod otprilike 30% nazivne snage, gdje temperature izgaranja padaju i motor radi u režimu mokrog slaganja.
• Ograničeni ulazni zrak iz začepljenog filtra, slomljenog crijeva ili začepljenog otvora na krovu, koji učinkovito obogaćuje smjesu.
• Istrošeni ili zaprljani injektori koji daju loše uzorke raspršivanja i velike kapljice koje ne mogu u potpunosti izgorjeti.
• Propuštanje zraka za punjenje na jedinicama s turbopunjačem uzrokuje prekomjerno punjenje gorivom u odnosu na raspoloživi kisik.
• Pretjerani protutlak ispušnih plinova zbog zgnječene cijevi, blokiranog prigušivača ili premalog dimnjaka.

Naknadna obrada smanjuje CO, ali ne zamjenjuje ventilaciju

Oksidacijski katalizator postavljen u struju ispušnih plinova može smanjiti CO za 70% do 90% nakon što dosegne radnu temperaturu, a ne radi ništa tijekom prozora hladnog pokretanja kada su koncentracije najveće. Filtri čestica dizela i sustavi selektivne katalitičke redukcije ciljaju na čađu i dušikove okside; nisu CO sigurnosni uređaji. Tretiranje naknadne obrade kao zamjene za ispravno usmjeravanje ispušnih plinova uobičajena je i opasna pretpostavka, jer katalizator koji je pokvaren, uklonjen ili nikada nije dosegnuo svjetlo-gašenje ostavlja punu sirovu koncentraciju u cijevi.

Tipične koncentracije CO: Dizel u usporedbi s drugim gorivima

Kupci često traže jednu brojku. Iskren odgovor je raspon, jer opterećenje, ugađanje i naknadna obrada značajno mijenjaju broj. Donja tablica daje indikativne koncentracije nerazrađenih ispušnih plinova u ispušnoj cijevi za goriva koja se najčešće susreću u primjenama pripravnosti i primarnoj snazi.

Iz tablice slijede dva zaključka. Prvo, dizel je doista opcija s nižim emisijama CO među klipnim motorima, što je jedan od razloga zašto dominira u podatkovnim centrima i industrijskom stanju pripravnosti. Drugo, "niže" nije "nisko". Mlaz od 5000 ppm je sto puta veći od granice rada prije razrjeđivanja, a zatvoreni prostor nudi vrlo malo razrjeđenja.

Razrjeđivanje, ventilacija i geometrija ispušnog oblaka

Ugljični monoksid ima gustoću od oko 0,97 u odnosu na zrak, što ga čini gotovo neutralnim plutajućim. Ne tone u podrume na način na koji to čini propan i ne izlazi s krova na način na koji tone vrući dimni plin iz bojlera. Putuje s bilo kojom zračnom masom koju nosi. Ta jedina fizička činjenica objašnjava većinu grešaka na gradilištu viđenih na terenu: oblak ide kamo ga šalju vjetar i oblik zgrade, a završna točka odabrana radi praktičnosti, a ne radi aerodinamike, na kraju će ispušne plinove isporučiti tamo gdje ne bi trebala ići.

Glavni krivac su buđenja zgrada. Kada vjetar udari u strukturu, on stvara zonu recirkulacije niskog tlaka na strani u zavjetrini, a svi ispušni plinovi koji se ispuštaju u tu zonu povlače se natrag prema zgradi, često izravno u usisnike zraka na krovu, rešetke ili otvorene prozore. Dimnjak koji čisti krov za pola metra može biti potpuno unutar zone recirkulacije i stoga više nego beskoristan.

Visina hrpe i krajnje točke

Opća inženjerska praksa, izražena u priručnicima za instalaciju proizvođača i mehaničkim kodovima, ukazuje na nekoliko dosljednih pravila. Ispustite ispuh iznad linije krova i iznad zone recirkulacije, što u praktičnom smislu često znači najmanje 3 m iznad površine krova i više od bilo koje obližnje strukture ili dovoda. Održavajte vodoravnu udaljenost od vrata, prozora koji se mogu otvarati i otvora za dovod svježeg zraka, pri čemu je 10 m često primjenjivana brojka tamo gdje lokalni kodovi ne govore ništa. Održavajte dovoljno visoku brzinu pražnjenja da pramen dobije uzlazni zamah, obično u rasponu od 10-20 m/s na izlazu iz dimnjaka, umjesto da dopustite da iscuri malom brzinom. I uvijek provjerite proizvođački minimalni povratni tlak prije dodavanja duljine ili koljena kako bi usmjeravanje funkcioniralo.

Protok zraka u kućištu i recirkulacijski sifon

Akustički zatvoreni setovi u kontejnerima uvode drugi sloj složenosti. Nadstrešnica treba dva odvojena puta zraka: zrak za izgaranje za motor i rashladni zrak za hladnjak. Ako su izlaz ispušnog plina i usis rashladnog zraka blizu jedan drugome, vrući ispušni plinovi se povlače natrag u kućište, podižući temperaturu ulaznog zraka i smanjujući gustoću kisika. Motor tada puni previše goriva u odnosu na raspoloživi kisik, a CO raste dok snaga pada. Dobar dizajn nadstrešnice održava dva puta na suprotnim stranama, koristi odvojene prodore i brtvi ispušni prodor visokotemperaturnom čizmom umjesto labavom pločom.

Paketi u kontejnerima zaslužuju posebnu pozornost jer svaku opasnost koncentriraju na malom otisku. Za projekte u kojima samostalni paket zaštićen od vremenskih uvjeta odgovara rasporedu gradilišta, namjenski izgrađeno kućište s definiranim zračnim stazama daleko je lakše točno odrediti nego modificirani kontejner za transport.

Kontejnerski dizel generatorski setovi, serije kontejnerskog tipa Namjenski izrađena snaga u spremnicima od 1000–4000 kVA s kućištima usklađenim s CSC-om, dizajnom akustičnog protoka zraka i opcijama transporta zaštićenim od vremenskih uvjeta za mjesta kojima su potrebni definirani zračni putovi. Pogledajte proizvod →

Zamke za recirkulaciju koje se pojavljuju na stvarnim stranicama

Fotografije puštanja u rad uvijek iznova pokazuju iste probleme. Privremena cerada omotana oko kompleta za zaštitu od vremenskih uvjeta tijekom izgradnje, pokrivajući ispušni izlaz. Parapetni zid dodan nakon postavljanja generatora, sada zadržava oblak u razini krova. Hrpa proširena savitljivim crijevom koje visi i pokazuje u stranu. Dostavna vozila parkirana uz otvor za pražnjenje. Nakupljanje snijega smanjuje efektivnu visinu dimnjaka. Ništa od toga nije greška motora i sve one mogu pretvoriti usklađenu instalaciju u događaj izloženosti unutar jednog testnog rada.

Opterećenje, održavanje i uvjeti na gradilištu koji mijenjaju emisije

Standby generatori provode većinu svog života pri nultom opterećenju i većinu svojih radnih sati pri djelomičnom opterećenju, što je upravo mjesto gdje kvaliteta izgaranja degradira. Čimbenici u nastavku su oni koji najčešće udaljavaju CO od početne vrijednosti.

Banka opterećenja je najučinkovitija pojedinačna protumjera. Godišnji rad od dva sata pri 80% opterećenja ili više sagorijeva nakupljene naslage, vraća kvalitetu izgaranja i daje stabilnu referentnu točku za analizu ispušnih plinova. Serije koje se vježbaju samo bez opterećenja imaju tendenciju povećanja CO-a iz godine u godinu, a da to nitko ne primijeti, jer ništa ne pada glasno.

Što granice izloženosti zapravo znače na licu mjesta

Brojevi postaju korisni samo kada su povezani s odlukom. Tablica u nastavku navodi ograničenja koja se najčešće navode u specifikacijama, sigurnosnim slučajevima i pregledima osiguranja.

Razlika između 50 ppm i 1200 ppm izgleda ohrabrujuće dok ne razmislite koliko brzo ispušni plin koji curi može ispuniti malu prostoriju. Prostorija za biljke od 20 m² sa stropom od 2,5 m sadrži 50 m³ zraka. Skromno curenje koje propušta djelić protoka ispušnih plinova u taj prostor može povećati koncentracije na stotine ppm u roku od nekoliko minuta, au prostoriji se ne može disati mnogo prije nego što itko primijeti miris, jer nema mirisa koji bi se primijetio.

Simptomi pri realnim koncentracijama

Ugljični monoksid veže se na hemoglobin s afinitetom otprilike 200 puta većim od kisika i pomiče krivulju disocijacije kisika, zbog čega se simptomi pojavljuju pri koncentracijama daleko ispod onih koje bi smanjile opskrbu kisikom jednostavnim istiskivanjem. Prepoznavanje napredovanja važno je za svakoga tko radi u blizini generatora.

Kliničku sliku je lako pogrešno protumačiti. Glavobolja, mučnina i umor rutinski se pripisuju virusu, dugoj smjeni ili lošoj klimi, a nikad se ne povezuje s agregatom koji je upalio dva sata ranije. U zajedničkim zgradama, više stanara koji prijavljuju iste simptome u istom vremenskom okviru najjači je rani dostupni signal.

Aplikacije visokog rizika koje vrijedi pažljivo ispitati

Neki profili dužnosti koncentriraju rizik. Dijele zajedničku značajku: generator je blizu ljudi, a ispušni plin ima vjerojatan put natrag u zaposjednuti prostor.

Podatkovni centri i telekom stranice su klasičan slučaj. Grupe od četiri do osam velikih kompleta smještene su u dvorištu na krovu ili u prizemnom kompleksu, često na istom krovu kao i klima hlađeni rashladni uređaji i jedinice za obradu zraka. Mjesečno testiranje prema zahtjevima NFPA 110 znači da postrojenje radi kada je zgrada potpuno zauzeta. Kada se šest perjanica spoji na laganom bočnom vjetru i leti preko hladnjaka, usis koji opslužuje bijeli prostor uvlači razrijeđeni ispušni plin. Studije o vjetru pri puštanju u pogon i testiranje praćenja nakon instalacije postoje upravo zato što je intuicija o ponašanju oblaka nepouzdana.

Kategorije dizel agregata prema motoru, snazi i strukturi Pregledajte kategorije dizelskih, plinskih i brodskih agregata od 8–4000 kVA, uključujući otvorene, tihe, tipove prikolica i kontejnera za različitu pomoćnu i industrijsku snagu. Pogledajte proizvod →

Veći objekti također imaju tendenciju distribuirati snagu na veće udaljenosti, što gura električni dizajn prema višim generacijskim naponima i namjenskim pojačanim aranžmanima umjesto NN kabela. To mijenja raspored postrojenja i često fizički položaj ispušnog završetka.

Visokonaponski generatorski setovi specificirani su za točno ovu vrstu distribucijske arhitekture, a ispušni dizajn mora se pregledati u isto vrijeme kad i jednolinijski dijagram, a ne nakon toga.

Pomorske instalacije predstavljaju drugačiju geometriju. Plovilo na sidru pokreće svoj pomoćni set za teret hotela, a ispuh se ispušta na strani trupa ili ispod platforme za plivanje. Vjetar iznad nadgrađa stvara područje niskog tlaka na krmi, a ispušni plinovi se mogu povući natrag u kabinu kroz otvorene otvore ili usis klima uređaja, što je obrazac koji je odavno prepoznat u literaturi o sigurnosti plovidbe. Rafting uz drugo plovilo koncentrira oba pera u istom prostoru između trupova. Ispušni plinovi generatora uključeni su u značajan udio CO incidenata u rekreacijskoj plovidbi.

Radovi na rudarstvu i izgradnji tunela stavljaju dizelsku opremu u poluzatvorene prostore gdje je ventilacija projektirana, a ne prirodna. Plan ventilacije mora uzeti u obzir sve ispušne plinove motora u zaglavlju, a ne samo najveću jedinicu, a CO je jedan od nekoliko plinova koji se prate. Kompleti montirani na prikolicu koji se koriste za građevinsku snagu izvlače isti problem na površinu: ispušni otvor završava nekoliko metara od vrata kabine gradilišta ili dovoda svježeg zraka jer je to bilo jedino dostupno ravno mjesto.

Dizajn i mjere specifikacije koje smanjuju rizik

O većini praktičnih zaštita odlučuje se puno prije naručivanja motora. Sljedeći slijed odražava kako se problem obično rješava na projektima koji završe s obranjivim instalacijama.

1. Prvo popravite ispušni put. Odlučite gdje će biti završna točka, u što će se ispuštati i što je niz vjetar u prevladavajućim smjerovima vjetra tijekom cijele godine, a ne samo na dan posjeta lokaciji.
2. Odredite veličinu hrpe prema brzini i visini, a ne prema praktičnosti. Provjerite povratni tlak u odnosu na ograničenje proizvođača motora nakon što se izbroje puni rad, prigušivač i zavoji.
3. Odvojite zrak za izgaranje od zraka za hlađenje i oba odvojite od izlaza ispušnih plinova. Provjerite da nadstrešnica ne može progutati vlastito pražnjenje.
4. Odredite detekciju plina s alarmom i, gdje to aplikacija dopušta, blokadu isključivanja. Komercijalni senzori prema UL 2075 prikladni su za prostorije u pogonima; stambeni alarmi prema UL 2034 pripadaju stambenom prostoru, a ne u strojarnici.
5. Omogućite daljinsku najavu za temperaturu ispušnih plinova, povratni tlak i status detektora tako da je greška u razvoju vidljiva prije nego što postane izložena.
6. Uključite vezu s bankom opterećenja kao standard, tako da je godišnje testiranje visokog opterećenja dovoljno jednostavno da se stvarno izvede.
7. Zahtijevajte analizu ispušnih plinova pri puštanju u pogon pri 25%, 50%, 75% i 100% opterećenja, sa zabilježenim rezultatima kao bazom za buduću usporedbu.
8. Navedite zahtjeve za O&M u dokumentaciji o primopredaji, na jeziku koji operativni tim zapravo čita.

Akustični zahtjevi često su u koliziji s ovim mjerama, jer je najtiša nadstrešnica ona s najmanje otvora. Dobro konstruiran paket s prigušenim zvukom rješava sukob zamršenim stazama, a ne brtvljenjem kućišta, a specifikacija bi trebala navesti potreban protok zraka i dopuštenu geometriju završetka ispušnog sustava, a ne samo razinu zvučnog tlaka na jednom metru.

Tihi dizelski generatorski setovi, 8–4000 kVA Za mjesta osjetljiva na buku, ovi prigušeni setovi od 8–4000 kVA koriste zatvorene nadstrešnice, materijale koji apsorbiraju zvuk i prigušivače kako bi se smanjila buka uz zadržavanje snage. Pogledajte proizvod →

Gdje je izgled stranice neuobičajen, standardna kataloška jedinica možda uopće neće odgovarati, a aranžman specifičan za projekt pošteniji je put. Prilagođeno projektiranje kućišta, usmjeravanja ispušnih plinova i kontrolnog sučelja često je razlika između usklađene instalacije i kompromisa koji zahtijeva popravke nakon puštanja u pogon.

Dizajn generatora po narudžbi je odgovarajuća ruta kada se ograničenja visine hrpe, otiska ili putanje zraka ne mogu zadovoljiti konfiguracijom kataloga.

Rutine održavanja i testiranja koje drže CO pod kontrolom

Nakon što je instalacija ispravna, njezino održavanje uglavnom je stvar inspekcijske discipline. Ispušni sustavi kvare na spojevima, mijehovima i brtvama, a kvare dovoljno sporo da je prvi vidljivi znak često trag čađe.

Mjesečno

• Prođite cijelim ispušnim putem i potražite mrlje od čađe, labave stezaljke, napuknute fleksibilne dijelove i korodirane prirubnice.
• Potvrdite da na točki završetka nema cerada, uskladištenih materijala, vozila, snijega ili novih konstrukcija.
• Pokrenite set pod opterećenjem, idealno na 30% ili više, i promatrajte boju ispuha i postojanost na dimnjaku.
• Ispitajte CO detektore s kalibracijskim plinom i zabilježite rezultat.

Godišnje

• Analizirajte sastav ispušnog plina na više točaka opterećenja i usporedite s osnovnom linijom puštanja u pogon. Rastući trend CO pri identičnom opterećenju rani je pokazatelj problema s injektorom, filtrom zraka ili turbom.
• Izmjerite protutlak ispušnih plinova na ispitnom otvoru i usporedite ga s maksimumom proizvođača motora.
• Punite banku najmanje dva sata pri 80% opterećenja ili više kako biste očistili mokro slaganje.
• Servisirajte mlaznice, provjerite otvor ventila i provjerite cjelovitost zraka za punjenje na jedinicama s turbopunjačem.
• Zamijenite ili ponovno kalibrirajte CO senzore u skladu s navedenim vijekom trajanja senzora od strane proizvođača, obično dvije do pet godina.

Zapisi su važniji nego što većina operatera očekuje. Bez osnovne vrijednosti, očitanje od 400 ppm u hrpi ne govori vam ništa; s trogodišnjom poviješću na istoj točki opterećenja, ista očitanja vam govore da se nešto promijenilo i gdje tražiti.

Hitni odgovor kada se oglasi alarm

Niz odgovora je kratak i treba ga uvježbati, a ne improvizirati. Ako se aktivira CO detektor, tretirajte to kao stvarni događaj dok se ne dokaže suprotno. Premjestite ljude iz zahvaćenog područja na svježi zrak, usput otvorite vrata i prozore izvana ako se to može učiniti bez odlaganja. Nemojte uključivati ​​ili isključivati ​​električnu opremu unutar prostora, jer je iskra u atmosferi koja nosi neizgoreno gorivo druga opasnost. Nazovite hitnu pomoć, objasnite sve koji su bili u zgradi i recite hitnim službama da generator radi i gdje završava njegov ispuh.

Svakoga tko pokazuje glavobolju, vrtoglavicu, zbunjenost, mučninu ili pospanost treba pregledati medicinsko osoblje čak i ako se osjeća bolje nakon izlaska na svježi zrak. Ugljični monoksid ima poluživot od otprilike četiri do pet sati na sobnom zraku, oko sat vremena na visokom protoku kisika i znatno kraći pod hiperbaričnim tretmanom, tako da se simptomi mogu ponoviti kako se izloženost nastavi ili kako se pacijent napreže. Nemojte ponovno ulaziti u prostor dok se ne pronađe izvor, dok se ispušni put ne pregleda i atmosfera ne izmjeri kalibriranim instrumentom.

Ponovno postavljanje detektora bez pronalaženja uzroka najčešća je pogreška nakon incidenta. Alarm je odradio svoj posao; greška je još uvijek u cijevi.

Diesel generatori proizvode ugljični monoksid u koncentracijama koje su skromne u usporedbi s benzinskim motorima i posve su u stanju ubiti nekoga u ograničenom prostoru. Obje polovice te rečenice su istinite u isto vrijeme, a većina zabune na tržištu dolazi od citiranja samo jedne od njih.

Za sve koji specificiraju, instaliraju ili koriste ovu opremu, redoslijed koji radi je dosljedan: prihvatite da je CO prisutan, kvantificirajte ga u ispušnoj cijevi, a zatim dizajnirajte put od dimnjaka do otvorenog neba tako da razrjeđivanje učini ostalo. Komplet od 20 kVA sa sklopom koji se ispušta u prozor opasniji je od kompleta od 2000 kVA s pravilno projektiranim završetkom. Motor postavlja stopu emisije; instalacija postavlja ekspoziciju.