ISU Extension Pub # AEN-175
Autor: Thomas H. Greiner, Extension Agricultural Engineer
Department of Agricultural and Biosystems Engineering, Iowa State University.
Wrzesień, 1997
Zatrucie tlenkiem węgla
Sprawdzanie kompletnego spalania
Paliwa kopalne zawierają węgiel (C) i wodór (H). Podczas całkowitego spalania węgiel i wodór łączą się z tlenem (O2), tworząc dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O). Podczas spalania niecałkowitego część węgla nie jest całkowicie utleniana, co powoduje powstawanie sadzy lub tlenku węgla (CO). Spalanie niecałkowite zużywa paliwo w sposób nieefektywny, a powstający tlenek węgla stanowi zagrożenie dla zdrowia.
Właściwie zaprojektowany, wyregulowany i konserwowany płomień gazowy wytwarza tylko niewielkie ilości tlenku węgla, przy czym 400 części na milion (ppm) to maksymalna dopuszczalna ilość w produktach spalania. Większość palników wytwarza znacznie mniej, od 0 do 50 ppm jest typowe. Podczas niecałkowitego spalania stężenie tlenku węgla może osiągnąć poziom powyżej 7000 ppm. Nawet niewielki wyciek do pomieszczeń mieszkalnych z urządzeń wytwarzających duże ilości CO stanowi zagrożenie dla zdrowia i życia.
Niekompletne spalanie występuje z powodu:
* Niedostatecznego wymieszania powietrza z paliwem.
* Niedostatecznego dopływu powietrza do płomienia.iewystarczający czas spalania.
* Ochłodzenie temperatury płomienia przed zakończeniem spalania.
Typowe przyczyny niecałkowitego spalania w domowych urządzeniach grzewczych obejmują:
* Zablokowane systemy wentylacyjne.
* Zablokowane przejścia kominowe w urządzeniach grzewczych.
* Przesłona powietrza na palniku nie jest wystarczająco otwarta.
* Kryzy gazu zbyt duże lub zbyt małe (zazwyczaj zbyt duże).
* Ciśnienie gazu w kolektorze zbyt wysokie lub niskie (zazwyczaj zbyt wysokie).
* Rdza, kamień lub sadza na palniku.
* Palnik zainstalowany nieprawidłowo.
* Płomień uderzający w zimną powierzchnię.
* Niewystarczająca ilość powietrza do spalania w urządzeniu.
* Zanik systemu wentylacyjnego.
* Awaria wentylatora lub dmuchaw indukowanych.
* Utrata integralności wymiennika ciepła (pęknięty, zardzewiały lub dziurawy wymiennik ciepła).
* Fizyczne zaburzenia płomienia (np,
Aby zmniejszyć ryzyko zatrucia CO, należy uzyskać i dokładnie przestrzegać wszystkich zaleceń producenta dotyczących przeglądów i konserwacji. Poniżej przedstawiono dodatkowe czynności zalecane podczas serwisowania i kontroli gazowych urządzeń grzewczych:
1. Należy wizualnie sprawdzić palnik i płomień, szukając rdzy, sadzy, przebarwień i nienormalnego koloru lub wzoru płomienia.
2. Należy wizualnie sprawdzić urządzenie grzewcze pod kątem dowodów na wywijanie się płomienia, cofanie się płomienia i rozlewanie. Spalone przewody, sadza, rdza, kamień i „śledzenie” produktów spalania są oznakami problemów.
3. Sprawdzić system wentylacyjny pod kątem prawidłowego projektu, integralności i ciągu.
4. Sprawdzić adekwatność powietrza do spalania i powietrza uzupełniającego.
5. Sprawdzić, czy system wentylacyjny działa w najgorszym przypadku obniżenia ciśnienia w mieszkaniu.
6. Sprawdzić kanały spalinowe w urządzeniu pod kątem zablokowania lub ograniczenia – oczyścić w razie potrzeby.
7. Sprawdzić wzrokowo wymiennik ciepła pod kątem integralności.
8. Sprawdzić ciśnienie gazu w kolektorze za pomocą manometru i wyregulować w razie potrzeby.
9. Sprawdzić natężenie przepływu gazu do urządzenia (w urządzeniach z licznikiem).
10. Zmierzyć zawartość CO w produktach spalania za pomocą elektronicznego analizatora CO z wyświetlaczem cyfrowym.
Dodatkowe czynności, które pomagają ustalić przyczynę problemu z tlenkiem węgla w urządzeniach grzewczych, obejmują:
11. Sprawdzić prawidłowość spalania za pomocą analizatora spalania z możliwością pomiaru zawartości tlenku węgla i tlenu.
12. Określić obszary nieszczelności i różnice ciśnień w konstrukcji i systemie wentylacyjnym za pomocą drzwi dmuchaw i mikromanometru.
13. Sprawdzić, czy rozmiar kryzy gazowej jest właściwy.
14. Stale monitorować stężenie tlenku węgla w konstrukcji.
WIZUALNA INSPEKCJA PŁOMIENIA
Wizualna kontrola palnika ujawni oczywiste problemy, w tym rdzę, zgorzelinę lub sadzę. Oczywiste zakłócenia wzoru płomienia lub niewłaściwy kolor wskazują na problem ze spalaniem. Niestety, kontrola wzrokowa NIE jest wystarczająca do sprawdzenia poprawności spalania. Palniki wytwarzające ekstremalnie wysokie stężenie tlenku węgla mogą palić się na niebiesko. I odwrotnie, palniki wytwarzające niewielkie ilości tlenku węgla mogą palić się na żółto.
Tlenek węgla jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, bez smaku, niedrażniącym i silnie trującym w niskich stężeniach. Ponieważ nie jest możliwe wiarygodne wizualne określenie, czy palnik wytwarza nadmierną ilość tlenku węgla, zaleca się stosowanie elektronicznego analizatora tlenku węgla z wyświetlaczem cyfrowym. American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc. stwierdza: „Pożądane jest, aby za pomocą odpowiednich wskaźników określić, czy tlenek węgla jest obecny w gazach spalinowych” (ASHRAE Handbook, pg 26.3). Użycie przyrządu do pomiaru stężenia tlenku węgla na zewnątrz, wewnątrz konstrukcji i w produktach spalinowych jest krytyczne dla zapewnienia bezpiecznej pracy urządzenia grzewczego.
Kolor płomienia: niebieski
Może oznaczać wysoki lub niski poziom CO, brak wiarygodnej wizualnej metody określania produkcji CO.
Kolor płomienia: żółty
Zazwyczaj wskazuje wysoką produkcję CO. Jedna przyczyna – niewystarczający otwór powietrza pierwotnego.
Palnik z żółtym płomieniem
Kolor płomienia: Niebieski
Spalanie niezgodne z projektem, może być wysokie lub niskie CO, brak wiarygodnej wizualnej metody określenia produkcji CO.
Kolor płomienia: Żółty
Może być zarówno wysoki, jak i niski poziom CO, zależy od odpowiedniej ilości powietrza wtórnego do całkowitego spalania, brak wiarygodnej wizualnej metody określania produkcji CO.
PRODUKCJA Tlenku węgla
Konstrukcja palnika i komory spalania wpływa na ilość wytwarzanego tlenku węgla. Metody zmniejszenia produkcji tlenku węgla obejmują zapewnienie nadmiaru powietrza, zwiększenie temperatury w komorze palnika oraz zapewnienie dużej strefy spalania. Niespalone produkty spalania będą nadal utleniane w gorącej komorze spalania z nadmiarem powietrza. Niestety, nadmiar powietrza, wysoka temperatura i duża strefa spalania zmniejszają wydajność i zwiększają koszty.
Proste działania, takie jak umieszczenie zimnej patelni na palniku kuchenki lub dmuchanie powietrzem z wentylatora przez palnik bez wentylacji może zwiększyć produkcję tlenku węgla. Utlenianie gazów spalinowych zatrzymuje się, gdy gorące gazy trafiają na zimną patelnię lub są schładzane przez powietrze z wentylatora. Każdy tlenek węgla, który nie został jeszcze utleniony, zostanie uwolniony do pomieszczenia.
Regulacja palnika wpływa na ilość wytwarzanego CO. Niewystarczająca ilość powietrza w palniku głównym zwiększa produkcję CO. Ograniczone wloty powietrza często powodują zauważalne zakłócenia w pracy płomienia i zmianę barwy z niebieskiej na żółtą.
Inną przyczyną niewystarczającej ilości powietrza pierwotnego i niecałkowitego spalania jest nadmierny przepływ gazu do palnika. Nadmiar gazu rzadko powoduje zauważalne zakłócenia płomienia lub zmianę koloru. Nadmierny przepływ gazu może być spowodowany nadmiernym ciśnieniem gazu lub zbyt dużymi otworami gazowymi. Regulatory gazu mogą ulec awarii, przestać być wyregulowane, nie być prawidłowo dobrane do wysokości lub zostać wyregulowane w górę przez techników terenowych w celu zwiększenia mocy cieplnej. Nadmierne spalanie jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ:
* Może wystąpić wysoka produkcja CO.
* Wytwarzany jest nadmiar ciepła, który może uszkodzić wymienniki ciepła.
* Wytwarzany jest nadmiar produktów spalania, który może przekroczyć pojemność przewodów kominowych urządzeń grzewczych i systemów wentylacyjnych.
* Płomień może nadal palić się na niebiesko, nie dając żadnych widocznych oznak problemu.
Typowo producenci pieców z obiegiem ciepłego powietrza wymagają sprawdzenia przepływu gazu i ciśnienia gazu przy pierwszym uruchomieniu i nie dopuszczają do przepalania. Aby znaleźć i skorygować problemy spowodowane nadmiernym przepływem gazu, ważne jest sprawdzenie przepływu gazu, ciśnienia gazu, rozmiaru kryzy oraz stężenia tlenku węgla w produktach spalania.
DZIURY W WYMIENNIKU CIEPŁA
Duże dziury w wymienniku ciepła są niebezpieczne. Powietrze wtłaczane przez otwory przez wentylator obiegowy zwiększa produkcję CO poprzez zakłócanie płomienia. Przepływ powietrza zwiększa ilość produktów spalania rozlewających się do pomieszczeń mieszkalnych poprzez zakłócenie przepływu powietrza przez przewód wentylacyjny urządzenia. W większości pieców z ciągiem naturalnym i indukowanym, wysokie ciśnienie po stronie dmuchawy pieca na wymienniku ciepła zapobiega przepływowi produktów spalania bezpośrednio do powietrza obiegowego. Zazwyczaj produkty spalania przedostają się do domu z powodu awarii lub rozlania w kanale wentylacyjnym. W piecach Power Vent i impulsowych wysokie ciśnienie po stronie spalania może wymusić produkty spalania bezpośrednio przez otwory do powietrza obiegowego i domu. Produkty spalania zawierają duże ilości tlenku węgla i pary wodnej, które mogą tłumić płomienie lub prowadzić do zwiększonego rdzewienia i korozji wymiennika ciepła. W ciężkich przypadkach dochodzi do wygaśnięcia płomienia.
Dziury w wymiennikach ciepła można znaleźć poprzez bezpośrednią obserwację, używając lusterek lub demontując urządzenie. Niektóre uszczelnione jednostki spalania z bezpośrednim odpowietrzeniem mogą być testowane poprzez uszczelnienie wlotu i wylotu oraz testowanie ciśnienia. Bomby dymne, śledzenie zapachów i rozpylanie soli były używane, ale nie były całkowicie akceptowalne. Amerykańskie Stowarzyszenie Gazownictwa opracowało metodę badania wymienników ciepła z wykorzystaniem gazów znakujących, którą uznano za bardziej wiarygodną i dokładną. Obserwacja zakłóceń płomienia, gdy dmuchawa pieca włącza się, ujawni duże dziury. Pomiar tlenku węgla w produktach spalania przy użyciu analizatorów CO ujawnia niekompletne spalanie spowodowane przepływem powietrza przez otwory.
Gazów spalinowych należy pobierać próbki przed rozcieńczeniem okapu ciągu. W urządzeniach z ciągiem naturalnym do kanałów (komór) spalinowych w górnej części urządzenia można zwykle dotrzeć sondą przez rozdzielacz ciągu lub okap. W przypadku urządzeń z kilkoma palnikami i oddzielnymi kanałami spalinowymi (komorami), każdy palnik musi być sprawdzany oddzielnie poprzez włożenie sondy do górnej części każdej komory. Ważne jest, aby włożyć sondę na wystarczającą odległość do komór kominowych, aby zapewnić pobieranie próbek nierozcieńczonych produktów spalania. Próbki z zamkniętych jednostek spalania można często pobierać najłatwiej przy wylocie spalin na zewnątrz. Miejsca, które nie dadzą dokładnego odczytu gazów spalinowych obejmują: obwód okapu (będzie to powietrze z pomieszczenia), bezpośrednio nad płomieniem (próbkowanie w tym miejscu może dać błędny wysoki odczyt), oraz na wylotach powietrza z pieca (które zawierają mieszaną próbkę).
ANALIZATORY I DETEKTORY Tlenku Węgla
Istnieje wiele potencjalnych przyczyn produkcji tlenku węgla i wycieku produktów spalania do pomieszczeń mieszkalnych. Wiele przyczyn jest przypadkowych i nieprzewidywalnych, np. otwory w wymiennikach ciepła rozwijają się lub powiększają po inspekcji, systemy wentylacyjne zawodzą przy silnym wietrze, zacinają się regulatory ciśnienia lub zamarzają wloty powietrza i otwory wentylacyjne.
Aby zabezpieczyć się przed przypadkowym zatruciem tlenkiem węgla, Amerykańska Komisja Bezpieczeństwa Produktów Konsumenckich, Departament Zdrowia Publicznego Iowa oraz Iowa State University Extension zalecają, aby każdy dom posiadał co najmniej jeden detektor tlenku węgla z listy U-L na każdym piętrze, na którym znajdują się pomieszczenia sypialne. Urządzenia grzewcze powinny być kontrolowane i konserwowane co roku przez wykwalifikowanego wykonawcę ogrzewania. Ponieważ kolor płomienia nie jest wiarygodnym wskaźnikiem produkcji tlenku węgla z palnika, wykonawca ogrzewania musi używać analizatora tlenku węgla do kontroli i konserwacji palników.