CC BY
27
inz. Tomasz SOW A
Zaklad Szkolen, Wydawnictw i Wspôlpracy Zewnçtrznej CNBOP
SYSTEMY REDUKCJI TLENU Analiza praktycznego wykorzystania
Streszczenie
Artykul zawiera podstawowe informacje na temat systemôw zapobiegania powstawaniu pozarôw wykorzystjcych zjawisko inertyzacji. Ponizej opisana jest zasada dzialania, budowa, najbardziej typowe zastosowanie i pobiezne porôwnanie do systemôw alarmowania i gaszenia pozarôw z uwzglçdnieniem rôznych kryteriôw.
Summary
This article includes basic informations about oxygen reduction systems. Lower is described principle of working, building, most typical using and general comparison to fire alarm systems and sprinkler systems.
Wstçp
Postçp technologiczny, ktôrego jestesmy w dzisiejszych czasach swiadkami, nie omija rôwniez ochrony przeciwpozarowej. Producenci sprzçtu wykorzystywanego do ochrony przeciwpozarowej wprowadzaj^. wiele nowych rozwi^zan, ktôre pomagaj^ zapobiegac pozarom lub w przypadku ich zaistnienia charakteryzuj siç wysok^. skutecznosci^. gasnicz^.. Ciekawym rozwi^zaniem poprawiaj^cym bezpieczenstwo pozarowe, ktôre pojawilo siç w niedawnym czasie na polskim rynku s^. systemy zapobiegania powstawania pozarôw oparte na redukcji stçzenia tlenu w srodowisku, w ktôrym prawdopodobne jest zaistnienie pozaru. System tego typu wydaje siç bardzo obiecuj^cym rozwi^zaniem i warto zapoznac siç z podstawowymi zasadami jego dzialania, praktycznym wykorzystaniem oraz zaletami i wadami uzytkowania.
Moze siç wkrôtce okazac, ze systemy redukcji tlenu stan^. siç realn^ konkurenj dla urz^dzen przeciwpozarowych innych typôw, dziçki wiçkszej oplacalnosci i praktycznosci niz np. systemy sygnalizacji pozarowej lub stale urz^dzenia gasnicze. Dlatego warto zadac pytanie: Jaka jest perspektywa praktycznego wykorzystania systemôw redukcji tlenu?
Zasada dzialania
Wszystkim znany jest slynny trojk^t spalania, w ktorego sklad wchodz^. 3 elementy niezb?dne do zaistnienia pozaru zapewniaj^ce jego trwanie, s^. to: material palny, temperatura oraz utleniacz (patrz ryc. 1). Wykluczenie przynajmniej jednego z elementow trojk^ta spalania wyklucza mozliwosc powstania pozaru lub powoduje jego ugaszenie.
System redukcji tlenu powoduje obnizenie st?zenia tlenu w pomieszczeniu do takiej wartosci, przy ktorej nie moze zaistniec proces palenia, jak rowniez nie moze dojsc do eksplozji. Zasada dzialania podobna jest do dzialania gazowych systemow gaszenia pozarow (np. na dwutlenek w?gla, mieszank? argonu i azotu). Istnieje jednak jedna zasadnicza roznica. Podczas gdy gazowe systemy gaszenia uruchamiaj^ si? dopiero w momencie wykrycia oznak pozaru, o tyle systemy redukcji tlenu instaluje si? w celu nie dopuszczenia do powstania pozaru. Chronione pomieszczenie zostaje wypelnione azotem w takiej ilosci aby st?zenie tlenu zmniejszylo si? do wartosci st?zenia projektowego, ktore jest o 1% nizsze niz granica zapalnosci (wartosc granicy zapalnosci waha si? pomi?dzy 12% a 18% w zaleznosci od rodzaju substancji), w praktyce st?zenie tlenu trzeba zmniejszyc jeszcze o ok. 0,5 procenta w celu zrownowazenia ewentualnych bl?dow metody pomiarowej i niedokladnosci urz^dzen pomiarowych. [1]
Niestety wartosci, jakie nalezy osi^gn^c znajduj^. si? w przedziale st?zen stanowi^cych zagrozenie dla zdrowia ludzi, dlatego czas przebywania w tych przestrzeniach musi byc ograniczony i jest usankcjonowany przepisami z zakresu medycyny pracy.
Ryc. 1. Trojk^t spalania
Tabela 1.
Wplyw zawartosci tlenu w powietrzu na procès spalania i stan zdrowia ludzi.
Stezenie tlenu Wplyw na spalanie Wplyw na zdrowie ludzi
21% Brak negatywnego wplywu na proces spalania Brak negatywnego wplywu na stan zdrowia ludzi
17% - 21% Brak negatywnego wplywu na proces spalania. Brak negatywnego wplywu na stan zdrowia ludzi, nie ma przeciwwskazan do przebywania w miejscach o takim poziomie stezenia tlenu.
12% - 17% Minimalne stezenie przy ktorym moze jeszcze dojsc do zaplonu dla wiekszosci materialow palnych znajduje sie w tym przedziale. Jest to przedzial pracy systemow redukcji tlenu. W pomieszczeniach w ktorych stezenie tlenu zawiera sie w tych granicach zabronione jest stale przebywanie ludzi, dopuszcza sie czasowy pobyt ludzi. Dopuszczalny czas przebywania, oraz warunki na jakich mog^. przebywac zdrowe osoby w tego typu pomieszczeniach reguluj^. przepisy Medycyny Pracy.
7% - 12% Materialy nie ulegaj^. zaplonowi, ani nie pal^ sie. Stezenie niebezpieczne dla zycia ludzi, typowe objawy stezenia tlenu w tych granicach to: oslabienie, zawroty glowy, bol glowy, wymioty.
Ponizej 7% Materialy nie ulegaj^. zaplonowi, ani nie pal^ sie. Wartosc stezenia smiertelna dla ludzi.
Budowa systemu
Instalacja systemu redukcji tlenu w duzym stopniu podobna jest do instalacji wykorzystywanej w stalych urz^dzeniach gasniczych gazowych, jednak istniejq, zasadnicze roznice. W sklad instalacji wchodz^. nast?puj^ce elementy:
• kompresor,
• generator azotu,
• centrala steruj^ca,
• sluzy dyfuzyjne,
• czujniki st?zenia tlenu,
• siec ruroci^gow.
Sluzy dyfuzyjne Czujniki tlenu
Rury rozprowadzajgce azot Linie sygnatowe Sygnalizatory alarmowe
Ryc. 2 Schemat instalacji systemu redukcji tlenu
Najwazniejszym elementem systemu jest generator azotu wytwarzaj^cy azot ze sprezonego powietrza dostarczanego z kompresora lub instalacji. Sprezone powietrza jest dostarczane do obiegu, w ktorym na skutek procesow fizycznych, separacji w kolumnie destylacyjnej i adsorpcji ok. 75% tlenu, dochodzi do oddzielenia tych dwoch pierwiastkow (ze wzgledu na rodzaj stosowanej metody nie jest mozliwe calkowite oddzielnie tlenu od azotu i w otrzymanym produkcie wci^z pozostaj^. pewne ilosci tlenu). Odseparowany azot poprzez siec ruroci^gôw jest kierowany do chronionego pomieszczenia i tam poprzez sluzy jest wyladowywany. Warunkiem koniecznym skutecznosci dzialania instalacji jest zapewnienie odpowiedniej szczelnosci pomieszczenia, tak aby mozliwe bylo utrzymywanie wymaganej wartosci stezenia tlenu przy proporcjonalnie niskich kosztach uzytkowania.[1] W chronionej przestrzeni znajduj^. sie czujki zawartosci tlenu, przesylaj^. one informacje do centralki dzieki temu system i uzytkownik wie, jakie dzialania nalezy podj^c. W zaleznosci od wartosci przekazanej z czujki nastepuje porownanie przez system z wartosci^ zadan^ i podejmowana jest decyzja o dalszym postepowaniu, nastepnie poprzez linie sygnalowe wysylany jest komunikat do generatora azotu i do kompresora o: rozpoczeciu, kontynuowaniu lub przerwaniu pracy.
Z centrali przesylany jest rowniez sygnal do sygnalizatorow dzialania, istnieje mozliwosc zastosowania zarowno optycznych jak i akustycznych sygnalizatorow dzialania systemu.
Zastosowanie
Ze wzgledow na sposob dzialania systemu sygnalizacji pozarowej nie ma mozliwosci zastosowania go wszedzie tam gdzie byloby to korzystne pod wzgledem bezpieczenstwa pozarowego.
Stwarzanie zagrozenia dla ludzi i koniecznosc zapewnienia wysokiej szczelnosci powoduje, ze systemy tego typu mog^. byc jedynie wykorzystywane do zabezpieczania:
• archiwow,
• bibliotek (czesci przeznaczonej do przechowywania ksi^zek),
• serwerowni, maszynowni,
• magazynow wysokiego skladowania,
• chlodni,
• magazynow substancji chemicznych i magazynow substancji wybuchowych,
• silosow.
W przypadku archiwow i bibliotek dodatkowi zaleti jest fakt ze wedlug zapewnien producenta jednego z tego typu urzidzen zmniejszenie stçzenia tlenu w atmosferze powoduje zahamowanie rozwoju grzybow i plesni a to z kolei sprzyja trwalosci magazynowanych wartosci.[2]
Dodatkowo mozna je stosowac we wszelkiego typu pomieszczeniach nieprzeznaczonych do stalego przebywania ludzi, w ktorych znajduji siç instalacje i urzidzenia niezbçdne dla prawidlowego funkcjonowania systemow lub sieci. Systemy tego typu mogi byc wykorzystane do ochrony przestrzeni zamkniçtych w ktorych nie przebywaji stale ludzie, a w ktorych zastosowanie urzidzen gasniczych wodnych lub gazowych stwarzaloby zagrozenie lub ich zadzialanie powodowalo niemozliwe do zaakceptowania straty. Ciekawym zastosowaniem systemow redukcji tlenu moze byc zabezpieczenie automatycznych parkingow podziemnych. W tego typu parkingach operacja parkowania zasadniczo rozni siç od tradycyjnego sposobu parkowania, cali czynnosc wykonuje skomputeryzowany uklad mechaniczny i wewn^trz obiektu nie jest przewidziana obecnosc ludzi. Powstanie pozaru, mimo ze nie stwarza zagrozenia dla ludzi, moze spowodowac duze straty materialne, tym bardziej ze jakakolwiek akcja ratownicza bylaby bardzo trudna lub wrçcz niemozliwa do przeprowadzenia. Obnizenie poziomu tlenu do wartosci przy ktorej nie nastipi zaplon byloby najlepszym sposobem zapewnienia bezpieczenstwa pozarowego.
Wady i zalety
Zalety systemu to przede wszystkim pelnienie funkcji prewencyjnej i korzysci jakie niesie ten fakt ze sobi. Przede wszystkim brak szkod powodowanych przez ogien, dym i akcje gasniczi, brak falszywych alarmow, ktore np. w obiektach z instalacji tryskaczowi mogi byc bardzo kosztowne. Systemy tego typu stanowii bardzo dobri i perspektywiczni alternatywç dla innych systemow chroniicych pomieszczenia, w ktorych znajduji siç instalacje wazne dla funkcjonowania infrastruktury krytycznej, a ktorych wszelkie zaklocenia dzialania wiizi siç z zagrozeniem dla ludzi i srodowiska.
Zaleti o ktorej warto wspomniec przy obecnych proekologicznych trendach jest brak szkodliwego wplywu instalacji na srodowisko naturalne, zarowno przy prawidlowym funkcjonowaniu, jak rowniez w przypadku ewentualnej awarii.
Najwiçksza wada ochrony poprzez redukcjç ilosci tlenu to koniecznosc ograniczenia czasu przebywania ludzi w tych pomieszczeniach. Sprawia to, ze zostaji znacznie zawçzone mozliwosci praktycznego zastosowania.
Dodatkowy problem np. w magazynach wysokiego skladowania moze stanowic stopien zwarcia wnetrza budynku, czestotliwosc wwozenia/wywozenia towarow, roznica temperatur wewn^trz magazynu i w jego otoczeniu oraz jego wysokosc.[3] Czynniki te mog^. spowodowac nierownomierne stezenie tlenu w roznych czesciach chronionej powierzchni, w poblizu sluz gazu inercyjnego stezenie bedzie znacznie ponizej wymaganej wartosci podczas gdy w miejscach utrudnionego przeplywu gazu to stezenie nie bedzie wystarczaj ^ce aby zapobiec powstaniu pozaru, nawet przy ci^glej pracy generatora, a tym samym wysokich kosztach eksploatacji co na pewno nie zadowoli inwestora i uzytkownikow. W tym momencie pojawia sie kolejna kwestia wlasciwego zaprojektowania instalacji, co z cal^. pewnosci^. nie jest zadaniem latwym. Nawet jesli instalacja zostanie zaprojektowana wlasciwie to zaden projektant nie ustrzeze sie nieplanowanych zmian aranzacji wnetrza, ktore mog^. spowodowac ze system nie bedzie wlasciwie spelnial swojej roli.
Z cal^. pewnosci^. trudnym zadaniem jest zapewnienie odpowiedniej szczelnosci pomieszczen. Wi^ze sie to z dodatkowymi nakladami finansowymi, ktore trzeba doliczyc do kosztow instalacji.
Nie bez znaczenia jesli chodzi o rozwoj tej technologii w Polsce jest obecny stan aktow prawnych, ktore nie uwzgledniaj^. mozliwosci zastosowania tej technologii, a co za tym idzie ich uzycie do ochrony przestrzeni nie powoduje obnizenia wymagan z zakresu bezpieczenstwa pozarowego. Fakt ten moze zniechecic wielu inwestorow.
Porownanie z innymi systemami
Jesli mielibysmy zhierarchizowac systemy przeciwpozarowe pod wzgledem kosztow falszywych alarmow i strat pozarowych, najwyzej znalazlyby sie wlasnie systemy redukcji tlenu (koszty s^. najnizsze), nizej urz^dzenia gasnicze: tryskaczowe, zraszaczowi i gazowe, a najnizej systemy alarmu pozaru (koszty s^. najwyzsze).
Powyzsze stwierdzenie moze byc myl^ce poniewaz wynika z niego, ze niezaleznie, jaki typ obiektu chronimy systemy redukcji tlenu ustrzeg^. nas przed wszelkiego rodzaju stratami, s^. wiec najbardziej trafion^ inwestyj w bezpieczenstwo pozarowe. Jednak nalezy pamietac, ze twierdzenie to jest prawdziwe tylko dla konkretnego typu obiektow i pomieszczen, przede wszystkim warto zastosowac tego typu systemu: w serwerowniach, archiwach, bibliotekach, chlodniach, skladowiskach materialow wybuchowych (oprocz: materialow utleniaj^cych i materialow piroforycznych).
Natomiast dokonuj^c hierarchizacji pod wzglçdem wszechstronnosci zastosowania, skutecznosci ochrony i bezpieczenstwa dla ludzi niezaleznie, czy w stanie czuwania czy dzialania, hierarchia bçdzie wygl^dala zupelnie inaczej. Najwyzej znajdowalyby siç stale urz^dzenia gasnicze, ponizej systemy alarmu pozaru, a najnizej systemy redukcji tlenu. Sytuacja jeszcze inaczej bçdzie wgl^dala, gdy spojrzymy z punktu widzenia inwestora i glównym kryterium stan^ siç koszty, wtedy liderem stan^. siç systemy alarmu pozaru. Widac wiçc, ze w zaleznosci od kryteriów jakie przyjmiemy poszczególne systemy mogi zaj^c rózne miejsca w klasyfikacji, dlatego niewskazane jest bezkrytyczne promowanie któregokolwiek z nich w oderwaniu od rzeczywistych miejsc i warunków stosowania.
Podsumowanie
Podsumowuj^c, systemy redukcji tlenu mogi znalezc zastosowanie szczególnie w obiektach, w których niemozliwe do zaakceptowania s^. jakiekolwiek straty, zarówno te spowodowane przez pozar i dzialania gasnicze, jak równiez straty do których dojdzie w wyniku zaistnienia falszywego alarmu. Z pewnosci^ najlepszym wykorzystaniem systemu jest uzycie go do ochrony bezcennych i niepowtarzalnych dóbr (np. kolekcje obrazów czy zbiory starodruków), jak równiez zapewnienie sprawnego dzialania i bezpieczenstwa infrastruktury krytycznej, przede wszystkim w obszarze IT, i unikniçcie zaklócenia procesów operacyjnych wskutek pozaru lub skutków pozaru. [2]
Nalezy pamiçtac, ze wci^z brak jest doswiadczen w zakresie stosowania tego typu rozwi^zan i dlatego najbardziej optymalnym rozwi^zaniem z pewnosci^ jest pol^czenie systemu redukcji tlenu pelni^cego funkcje prewencyjn^. z instalacji gasnicze która bçdzie stanowic zabezpieczenie gdyby poprzedni system zawiódl i jednak powstal pozar. Bez w^tpienia systemy redukcji tlenu to ciekawa propozycja w zakresie ochrony przeciwpozarowej i widoczne jest, ze juz znalazly one dla siebie nisze rynkow^, w której mogi z powodzeniem funkcjonowac. Przy obecnych tendencjach rozwoju technologicznego maji duz^ szansç zdobycia atrakcyjnej czçsci rynku.
Literatura:
1. VdS 3527 "Systemy zapobiegania powstawaniu pozarów, projektowanie, montaz" (2007)
2. Zapobieganie powstawaniu pozarów poprzez inertyzacj^. Ochrona przeciwpozarowa wrzesien 2008
3. Fire protection with Low Oxygen Or Oxy-reduct Principal Concepts. Loss Control Guideline Allianz Risk Controls April 2004
