Pobierz najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Nowoczesne systemy gaszenia wykorzystujące skondensowany aerozol. Mechanizm działania, zasady projektowania i eksploatacji urządzeń

Printer Friendly and PDF

 

Nowoczesne systemy gaszenia wykorzystujące skondensowany aerozol stają się coraz bardziej popularne wśród użytkowników. Ich rosnąca popularność wiąże się z szeregiem cech wyróżniających je na tle innych rozwiązań mających na celu zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia. Zapotrzebowanie na ten środek gaśniczy skłoniło autorów do przedstawienia podstawowych mechanizmów działania skondensowanego aerozolu oraz przybliżenia zasad, jakimi powinni kierować się projektanci i użytkownicy prawidłowo zaprojektowanych i eksploatowanych systemów gaszenia. W ostatnim czasie rosnąca popularność tego typu urządzeń gaśniczych bierze się między innymi z faktu, że nie podlegają one ustawie z dnia 15 maja 2015 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych  (Dz. U. z dnia 25 czerwca 2015 r., poz. 881), przez co stają się doskonałą alternatywą dla popularnych w Polsce stałych urządzeń gaśniczych (SUG) na środki gaśnicze w postaci gazów z grupy HFC, takich jak HFC 236fa (FE 36) i HFC-227ea (FM 200). 

Na początku warto wyjaśnić, jaka jest różnica pomiędzy gazem a aerozolem. Najkrócej mówiąc, aerozol to nanocząstka (<100 nm) soli nieorganicznych znajdująca się w ośrodku rozpraszającym, jakim jest powietrze. Najnowsze badania laboratoryjne oraz procedury certyfikujące udowadniają, że stosowane nowoczesne środki gaśnicze w aerozolowych stałych urządzeniach gaśniczych mają bardzo duży stopień dyspersji, przez co układ koloidalny powoduje, że mieszanina jest homogeniczna, jednak nie na poziomie pojedynczych cząstek. Dzięki temu mechanizmowi nowoczesne urządzenia gaśnicze ze środkami aerozolowymi są pozbawione wad urządzeń proszkowych – aerozol pozostawia jedynie niewielki, prawie niezauważalny osad, który jest zupełnie obojętny dla środowiska, urządzeń i ludzi. 

Sposób działania aerozolu gaśniczego nie jest dokładnie poznany. Przyjmuje się, że jest związany z inhibicją reakcji spalania. Spalanie to szybko przebiegająca reakcja utleniania paliwa. Aby powstał ogień (pożar), muszą zaistnieć jednocześnie cztery czynniki: obecność tlenu, substancji palnej, ciepła i chemicznych reakcji łańcuchowych. Spalanie zwykle przedstawia się w postaci tetraedronu ognia (rys.1). 

Rys. 1. Tetraedron reakcji spalania

 

W wyjaśnieniu mechanizmu spalania istotna jest znajomość formy występowania paliwa, obecności tlenu i istnienia środowiska, w którym mogą zachodzić reakcje łańcuchowe. Za paliwo w środowisku naturalnym można uznać tylko węgiel i wodór. Inne formy paliwa są pochodnymi węgla i wodoru albo nie występują w środowisku naturalnym. Paliwo może występować w różnych stanach skupienia, jednakże w przypadku reakcji spalania płomieniowego występuje tylko gaz niosący wspomniane atomy wodoru i węgla. Schemat płomieniowego spalania paliwa w formie ciała stałego przedstawiono na rysunku 2. 

Rys. 2. Kinetyka spalania ciała stałego

 

Podobnie przebiega spalanie paliwa w stanie ciekłym. W tym przypadku najpierw następuje parowanie cieczy. 

Ciepło jest niezbędne do inicjacji i podtrzymania pirolizy lub parowania paliwa. Aby następowało sprzężenie zwrotne, jak na rysunku 2, niezbędne są reakcje łańcuchowe zachodzące podczas spalania. 

Okazuje się, że łańcuchowe reakcje utleniania wodoru i węgla mogą zachodzić tylko w środowisku wodnym, gdyż woda może wytwarzać bardzo aktywne rodniki OH*, H* (H3O*), O* (H2O2*), które podtrzymują reakcje spalania. Na skutek rekombinacji rodników ewentualny pożar utrzymuje się aż do wyczerpania się paliwa. Gwiazdką oznaczono aktywne elementy wody (rodniki), które w warunkach naturalnych nie istnieją lub istnieją w bardzo krótkim okresie rzędu pikosekund. Usunięcie lub trwałe związanie tylko jednego rodzaju rodników powinno przerwać łańcuchową reakcję spalania. Doskonale w tej roli spisują się sole metali alkalicznych – jako reduktory reakcji utleniania. 

Najbardziej skutecznymi inhibitorami reakcji spalania są związki organiczne zawierające fluor, chlor, jod, brom, tzw. halony, freony lub – ogólnie – chlorowcopochodne. Są to pierwiastki VII grupy układu okresowego, które natychmiast reagują z rodnikami spalania. Pierwiastki te są najczęściej wykorzystywane do uniepalniania różnych materiałów palnych, np. polimerów organicznych (jako antypireny, retardanty). Niestety lotne związki organiczne zawierające chlorowcopochodne zubażają warstwę ozonową, mają wpływ na efekt cieplarniany i nie mogą być stosowane do gaszenia pożarów. Zgodnie z rozporządzeniem unijnym (nr 842/2006 z późn. zm.) oraz ustawą (Dz. U. z 2015 r., poz. 881) substancje te są sukcesywnie wycofywane z rynku. 

Rodniki reakcji spalania powstają dzięki niezwykłym właściwościom wody. Cząsteczka wody składa się z atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. Ze względu na swą budowę i rodzaj powiązań atomowych może tworzyć bardzo skomplikowane konfiguracje. W trakcie procesu spalania te konfiguracje rozpadają się, tworząc rodniki podtrzymujące spalanie. Aerozole i nanoproszki wiążą chemicznie te rodniki, w ten sposób powodując powstrzymanie reakcji spalania. Mają bardzo aktywną powierzchnię wspomagającą reakcje utleniania i redukcji. Obecnie produkowane aerozole gaśnicze na bazie węglanów i azotanów potasu mają wielkość ziaren w granicach 1–2 nm. W temperaturze wyzwalania aerozolu >1000°C stanowią aktywne jony natychmiast reagujące z rodnikami podtrzymującymi reakcję spalania płomieniowego. W zależności od sposobu wyzwalania mogą one działać miejscowo lub objętościowo.  

Skuteczność działania aerozoli gaśniczych zależy od wielu czynników przestrzennych, które uwzględnia się w projekcie systemu wykorzystującego stałe urządzenie gaśnicze. Wymagania obowiązujące w odniesieniu do urządzeń gaśniczych ze skondensowanym aerozolem są określone przez kilka norm. Na rynku amerykańskim obwiązuje wydany przez NFPA w 2010 r. Standard for Fixed Aerosol Fire-Extinguishing Systems, a jednostką certyfikującą dla tego rynku są Underwriters Laboratories. W Europie można powołać się na dwa dokumenty, tj. ISO DIS 15779 oraz (pr)CEN/TR 15276 1/2. Raport techniczny 15276 1/2 został przygotowany przez Komitet Techniczny CEN/TC 191 „Stałe systemy przeciwpożarowe” i w chwili pisania tego artykułu ma status projektu. W wyżej wymienionych dokumentach przedstawiono wymagania dotyczące projektowania, instalowania, badania, zatwierdzania, kontroli działania oraz obsługi systemu i zastosowanego sprzętu. 

Projektując urządzenia gaśnicze na skondensowany aerozol, należy być świadomym ograniczeń. Aerozolowe generatory gaśnicze obniżają widoczność, zarówno podczas wyładowania, jak i po nim. Poza tym skondensowany aerozol wyładowuje się przy podwyższonej temperaturze. Zgodnie ze specyfikacją producentów urządzeń aerozolowych temperatura – przy zachowaniu właściwej odległości od otworu wylotowego – nie powinna przekraczać 75°C w przypadku osób, 200°C dla materiałów palnych oraz 400°C w przypadku elementów konstrukcyjnych. Turbulencja spowodowana przez wyładowanie środka gaśniczego z dużą prędkością z dyszy może być wystarczająca do przesunięcia stałych obiektów znajdujących się na drodze wyładowywanego aerozolu, takich jak elementy sufitów podwieszanych czy elementy mocujące oświetlenie. Należy to brać pod uwagę i odpowiednio kierować wylot strumienia aerozolowego. 

Rys. 3. Przykład zastosowania niezależnych torów aktywacyjnych

 

Minimalne stężenie projektowe (gęstość projektowa) środka gaśniczego powinno zostać przyjęte dla grupy pożarowej występującej w gaszonym pomieszczeniu wg PN-EN 2: 1998. Jeśli w danym pomieszczeniu występują materiały palne należące do różnych grup pożarowych, to gęstość projektowa przyjęta w obliczeniach powinna być wartością maksymalną. 

Tab. 1. Przykładowe współczynniki projektowe urządzenia aerozolowego 

 

Gęstość projektowa jest wyrażana iloczynem współczynnika wydajności projektowej i współczynnika bezpieczeństwa. 

Sp(min) = q × Ws

gdzie:

  • q – współczynnik wydajności (projektowy) podany w certyfikacie dla danej grupy pożarowej przez notyfikowaną jednostkę certyfikującą, 
  • Ws – współczynnik bezpieczeństwa wg CEN/TR 15276-2.

Poniżej znajduje się przykładowa tabela urządzenia aerozolowego z podanymi współczynnikami (tab. 1.). 

Na podstawie tej tabeli możemy wyliczyć potrzebną masę ładunku aerozolowego: 

  • M = Sp(min)  [g/m-3] × V [g]
  • M – masa ładunku mieszanki aerozolotwórczej [g]
  • Sp(min) – gęstość projektowa [g / m-3] 
  • V – kubatura chronionej przestrzeni [m3]

Współczynnik bezpieczeństwa 1,3 odnosi się do zwiększenia o 30% ilości środka gaśniczego. Może on być podwyższony w przypadku dużego prawdopodobieństwa niezachowania odpowiedniej szczelności gaszonego pomieszczenia oraz w przypadku zastosowania Miejscowego Urządzenia Gaśniczego aerozolowego (MUG Aerozolowe). 

Tab. 2. Porównanie objętości różnych środków gaśniczych

 

Tab. 3. Zalecenia dotyczące przeglądów konserwacyjnych

 

Kontrolowanie przebiegu pożaru coraz częściej bywa podstawowym zadaniem urządzeń gaśniczych, gdy nie można wypełnić gaszonego pomieszczenia w sposób efektywny. Często nie ma możliwości doszczelnienia pomieszczenia albo brakuje miejsca na systemy redukujące wzrost ciśnienia. W takim przypadku Miejscowe Urządzenie Gaśnicze (MUG Aerozolowe) pozwala na selektywne zabezpieczenie elementów. Miejscowe gaszenie za pomocą gazu jest niemożliwe. Należy jednak pamiętać, że po zadziałaniu tego typu urządzenia konieczna jest niezwłoczna interwencja służb pożarniczych w celu sprawdzenia skuteczności gaszenia i ewentualnego dokończenia akcji gaśniczej. 

Czas wyładowania aerozolowego środka gaśniczego (mierzony od momentu rozpoczęcia akcji gaśniczej) w temperaturze 20°C nie powinien przekraczać 90 sekund. W przypadku konieczności wyładowania przedłużonego, tempo powinno umożliwiać utrzymanie pożądanego współczynnika gęstości projektowej przez wymagany czas utrzymywania środka gaśniczego. W warunkach normalnych czas utrzymania środka gaśniczego w gaszonym pomieszczeniu ma wynosić 10 minut. Obiekty o rozległych kubaturach powinny mieć kilka niezależnych torów aktywacyjnych, a rozładowanie powinno być sekwencyjne. Urządzenia gaśnicze powinno się rozmieszczać w nich w taki sposób, aby skondensowany aerozol efektywnie spenetrował chronioną przestrzeń. 

W tabeli 2 przedstawiono objętości różnych środków gaśniczych zapewniające uzyskanie wymaganej skuteczności dla tego samego pomieszczenia. 

Zakres przedstawionych w normie PN-EN 12094-1:2006 wymagań dotyczących urządzeń kontrolno-sterujących rozszerzono w punkcie 8.4.5 raportu technicznego CEN TR 15276-2. Sformułowano w nim wytyczne dotyczące gaszenia aerozolem i podano następujące dodatkowe wymagania:

  1. Źródła prądu oraz baterie powinny zapewniać dostarczenie mocy wystarczającej dla działania zamontowanego sprzętu pomocniczego, takiego jak sygnalizatory informacyjne. 
  2. Obwód kontrolny generatora aerozolu powinien być kontrolowany. Kontrola ta powinna wywołać słyszalny i widzialny sygnał w przypadku utraty ciągłości przewodu. Zwarcie powinno być sygnalizowane wskaźnikiem żółtym lub pomarańczowym. 
  3. Wyładowanie aerozolu powinno być sygnalizowane wskaźnikiem wizualnym w kolorze czerwonym. Wskaźnik informujący o tym, że wysłany został sygnał aktywujący urządzenie gaśnicze, nie odpowiada niniejszemu wymaganiu. 
  4. Aby zapobiec automatycznemu wyładowaniu środka gaśniczego podczas obsługi, należy zastosować włącznik zabezpieczony przed nieupoważnionym użyciem. Włącznik ten powinien być zainstalowany na panelu wskazującym pożar, a jego umiejscowienie powinno być wyraźnie określone na miejscowym panelu kontrolnym. Działanie włącznika serwisowego powinno elektrycznie izolować każdy przewód instalacji elektrycznej urządzenia wyładowującego środek gaśniczy i włączyć żółty lub pomarańczowy wskaźnik na sterowniku tego urządzenia. 

Wydajność prądowa sterownika urządzenia gaśniczego powinna być dostosowana do wymagań producenta zastosowanego aktywatora wyzwalającego środek gaśniczy i potwierdzona odpowiednią deklaracją. Sterownik urządzenia gaśniczego powinien mieć możliwość zwielokrotnienia obwodów wzbudzających dzięki łączeniu go w obwody kaskadowe. 

Zainstalowane urządzenie gaśnicze aerozolowe powinno charakteryzować się odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne i nie powinno emitować pola elektromagnetycznego zakłócającego pracę innych urządzeń. Wprowadzenie środka gaśniczego do przestrzeni chronionej nie powinno zmienić wytrzymałości dielektrycznej powietrza, czyli najwyższego natężenia pola elektrycznego, jakie bez wywołania przebicia może być w powietrzu. Wytrzymałość dielektryczna powietrza, jaka może istnieć w dielektryku, powinna być stała i nie powinna ulec zmianie po wprowadzeniu do chronionej przestrzeni skondensowanego aerozolu gaśniczego. 

Dokumentacja wykonawcza dotycząca stałego urządzenia gaśniczego aerozolowego powinna zawierać:

  • rysunki (we wskazanej skali) stałych urządzeń gaśniczych aerozolowych ukazujące ich rozkład i miejsca zamontowania,
  • informacje o umiejscowieniu oraz budowie ścian i przegród chronionego pomieszczenia,
  • przekrój pomieszczenia, jego całkowitą wysokość lub schematyczny rysunek, włącznie z podłogą techniczną i sufitem podwieszanym (jeśli występują),
  • informacje o rodzaju stosowanego urządzenia gaśniczego (SUG, MUG),
  • podany projektowy współczynnik wydajności q [g/m3] (dobrany do grupy pożarowej),
  • obliczenia gęstości projektowej oraz masy ładunku aerozolowego,
  • wykaz stosowanych urządzeń na aerozolowy materiał gaszący,
  • opis sposobu wykrywania ognia, uruchamiania, systemu kontroli, sterowania urządzeniami nawiewno-wywiewnymi, ewentualnej integracji z systemem nadrzędnym.

Niezawodne działanie stałego urządzenia gaśniczego na aerozolowy materiał gaszący jest uzależnione od zachowania właściwych warunków pracy, poprawnego wykonania instalacji i regularnych przeglądów konserwacyjnych zgodnie z rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. z 2010 r., nr 109, poz. 719) oraz normą PKN-CEN/TS 54-14:2006. 

Przeglądy konserwacyjne powinny być przeprowadzane przez wykwalifikowane firmy, których pracownicy zostali przeszkoleni przez producenta lub dystrybutora aerozolowych stałych urządzeń gaśniczych oraz przez producenta lub dystrybutora central SSP i uzyskali świadectwo kwalifikacyjne uprawniające do zajmowania się eksploatacją lub dozorem urządzeń, instalacji i sieci oraz świadectwo ukończenia kursu projektantów aerozolowych stałych urządzeń gaśniczych. 

Autoryzowany serwis konserwujący stałe urządzenia gaśnicze aerozolowe musi mieć odpowiednie kompetencje, praktykę i kwalifikacje poświadczone przez jednostkę uznającą, tj. producenta lub dystrybutora. Niezastosowanie się do tego wymagania może skutkować  nieuprawnionym wyzwoleniem środka gaśniczego lub uszkodzeniem instalacji. 

prof. dr hab. inż. Piotr Izak
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

mgr inż. Artur Kidoń
LV Project
www.lvproject.pl 

Literatura:

  1. S. Cebulak, M. Gardocki, M. Miczajka, M. Szlosarek, A. Tabor, Wstępna ocena możliwości stosowania proszków gaśniczych w prewencji endogenicznych pożarów w obiektach zagospodarowania odpadów z wydobycia węgla kamiennego, Górnictwo i Geologia, tom 5, zeszyt 4, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2010, s. 77–90. 
  2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. z 2010 r., nr 109, poz. 719).
  3. Ustawa z 15 maja 2015 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych  (Dz. U. z 2015 r., poz. 881).
  4. PKN-CEN/TS 54-14:2006 Systemy sygnalizacji pożarowej – Część 14: Wytyczne planowania, projektowania, instalowania, odbioru, eksploatacji i konserwacji.
  5. CEN/TR 15276-1:2009 Fixed firefighting systems. Condensed aerosol extinguishing systems. Requirements and test methods for components.
  6. CEN/TR 15276-2:2009 Fixed firefighting systems. Condensed aerosol extinguishing systems. Design, installation and maintenance.
  7. PN-EN 12094-1 Stałe urządzenia gaśnicze – Podzespoły urządzeń gaśniczych gazowych – Część 1: Wymagania i metody badań elektrycznych central automatycznego sterowania.
Zabezpieczenia 4/2016

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony