نوآوری های سیستم های اطفای اتوماتیک و کاربردهای آن ها

نوآوری های سیستم های اطفای اتوماتیک و کاربردهای آن ها

دکتر رافی پایچوک

به نقل از پایگاه پیام ایمنی

طی دهه های متمادی سیستم های اطفای حریق اتوماتیک ثابت، نقش بسیار مهمی در حفاظت از حریق ایفا نموده اند. نوع ماده اطفا کننده از یک سو و فن آوری مربوطه از سوی دیگر پیشرفت نموده در حالی که مفاهیم حفاظت از حریق در انطباق با کاربری های متفاوت تغییر نموده که به نوبه خود باعث کشف و یا تولید مواد اطفاکننده جدید و یا به کارگیری مواد قدیمی با فن آوری روز گردیده اند. مقاله حاضر مروری است بر نوآوری های مختلف سیستم های حفاظت از حریق.

سیستم های اطفای‌ آبی

در ارتباط با سیستم های اطفای حریق آبی، چندین فن آوری مختلف قابل تمایز می باشند. در کنار سیستم های افشانگر¹، پاشش آب² وسیستم مه آب³ همچنین سیستم های اطفای فوم نیز به کار گرفته می شوند.

سیستم های افشانگر

سیستم های افشانگر از قدیمی ترین، کاربردی ترین و مطمئن ترین فن آوری های اطفای حریق می باشند. اما همانگونه که می دانیم با تغییر ماهیت و وضعیت انواع خطرات، مفاهیم حفاظتی مربوطه نیز می باید به طور مستمر بررسی، بهبود و تطبیق یابند.

 

شکل1- افشانگر آب در حال عملکرد

در دهه های اخیر کاربرد مواد پلاستیک و همچنین مواد بسته بندی به سرعت افزایش یافته است، در حالی که تولید کنندگان و مصرف کنندگان از مزایای این گرایش بهره مند می گردند. اما این موضوع مسایل و مشکلات جدیدی را در خصوص موضوع حفاظت از حریق پیش روی کارشناسان مربوطه گذاشته است. مواد پلاستیکی چون پلی پروپیلن و پلی اتیلن به سادگی می سوزند و در حرارت زیاد به راحتی ذوب می شوند. این امر در گسترش سریع حریق نقش مهمی دارد و لازم به یادآوری است که آب نمی تواند مواد پلاستیکی را خیس نماید. برای یافتن راه حل های مناسب، اولین آزمایش ها در سال 1991 صورت گرفت. سپس آزمایش های جدیدی با درگیر نمودن بنگاه های بین المللی گواهی دهنده در سال های 2006 و2007 صورت گرفت. در نتیجه آزمایش ها مفهوم حفاظتی بسط داده شد که اطفای جعبه های پلاستیکی در آن محقق نشده، ولی امکان کنترل آنها را تا زمانی که مامورین آتش نشانی اقدامات لازم جهت اطفا را تدارک ببینند، فراهم می نماید.

علاوه بر جزییات مرتبط با سیستم اطفا، سایر پیش فرض های سازمانی نیز می بایست برآورده گردد. مفهوم حفاظت باید در حالت کلی با سازمان بیمه مورد نظر بررسی و توافق گردد؛ بدین معنی که عملیات آتش نشانان، میزان آب تغذیه سیستم، محدوده های آتش، محدوده های دود و سیستم های تخلیه دود و حرارت و غیره مدنظر قرار گرفته باشند. جزییات این نیازمندی ها در نشریه راهنمای VdS CEA4001 در نوامبر 2008 به چاپ رسیده است.

ادامه مطلب را مطالعه نمایید...

  

سیستم های مه آب

بر خلاف سیستم های افشانگر در حال حاضر هیچ گونه راهنمای نصب عمومی برای سیستم های مه آب وجود ندارد. گروه کاری CEN که به منظور تدوین استانداردهای برنامه ریزی و نصب برای سیستم های مذکور تشکیل گردید، به این نتیجه رسید که  موثر بودن سیستم طراحی شده برای یک ریسک خاص می بایست با آزمایش های واقعی حریق اثبات گردد.

 

شکل 2- نحوه عملکرد سیستم مه آب

آزمایش های واقعی انجام شده نشان داده اند که بر خلاف سیستم های گازی، علاوه بر تعیین میزان درصد تمرکز آب و در نتیجه میزان آب مورد استفاده،‌ موقعیت و نوع نازل ها نیز از اهمیت خاصی برخوردارند.

نازل های سیستم مه آب، ذرات کوچک آب تولید می نمایند که سطح تماس بزرگتر این ذرات باعث تبادل حرارتی بیشتر و در نتیجه جذب بیشتر حرارت از آتش می گردد. علاوه بر خواص سرمایش آتش، تبخیر آب مذکور باعث ساکن کردن محیط نیز می گردد. ولی از طرف دیگر ذرات کوچک تحت تاثیر جریان های هوا قرار گرفته که به نوبه‌ خود اثرات اطفا را کاهش خواهد داد. سیستم های مه آب می توانند دارای انواع نازل های بسته با مکانیزم عملکرد مشابه سیستم های افشانگر (اسپرینکلر) و یا نازل های پاشش آب باشند؛ در نتیجه از دیدگاه فشار آب می توان آنها را به سیستم های فشار بالا، فشار متوسط و یا پایین تفکیک نمود.

این نوع سیستم های اطفا را می توان برای حفاظت ساختمان و یا تجهیزات چون توربین ها، ماشین آلات و کانال های کابل استفاده نمود.

سیستم های افشانگر ESFR ⁴

سیستم های ESFR دارای افشانگرهای واکنش سریع هستند که با حجم زیاد آب، برای کنترل و یا اطفای آتش در موارد خاص کاربرد دارند. مناسب بودن این نوع افشانگرها را در مطالعات موردی می توان ارزیابی نمود و کاربرد آنها بستگی به نوع مواد تحت نگهداری و همچنین وضعیت و ساختار انبار دارد، اما باید دقت شود که برخی مواد از جمله جعبه های پلاستیکی دارای سرعت گسترش حریق به صورتی هستند که نمی توان از این نوع افشانگرهای ESFR به طرز مناسب استفاده نمود.

هنگام استفاده از سیستم های ESFR در انبارها لازم است پیش فرض هایی چون ارتفاع نگهداری انبار و نحوه توزیع کالا در آن همچنین میزان گردش مناسب هوا مابین رک ها، مورد بررسی قرار گیرد. انواع معضلات چون نوع سقف ها، چراغ ها یا لوله ها که ممکن است اثر منفی روی عملکرد سیستم های ESFR داشته باشند می بایست بررسی، کنترل و یا حذف شده و همچنین نیازهای خاص سیستم های تهویه دود و حرارت مد نظر قرار گیرند.

سیستم های افشانگر ESFR در مقایسه با افشانگرهای استاندارد در برابر خطاها پایداری کمتری داشته و این دلیل مهمی است که در طراحی این سیستم ها می بایست بسیاری پیش فرض ها و استانداردها و پارامترهای خاص طراحی مد نظر قرار گیرند تا سیستم های ESFR در شرایط حریق با قابلیت اعتماد و موثر عمل نمایند.

در مجموع مفهوم ESFR یک گزینه جالب توجه برای سیستم های افشانگر معمولی است، ولی به دلیل پیش نیازهای زیاد آن،  نمی تواند گزینه مناسبی برای انواع ساختمان ها تلقی شود.

سیستم های اطفای گازی

سیستم های اطفای گازی نقش مهمی در مفهوم اطفای حریق دارند؛ به ویژه در مواردی که سایر اطفا کننده ها  (به عنوان مثال سیستم های آبی) قادر به این کار نیستند. در سال های اخیر، به ویژه پس از ممنوعیت هالون از سال 1994، تلاش های بسیاری جهت معرفی و به کارگیری گازهای دیگر صورت گرفته است. سازمان ISO (سازمان بین المللی استانداردها) سیزده نوع گاز از انواع ساکن چون CO2 ، آرگون و نیتروژن و مخلوط آنها و همچنین هیدروکربن های هالوژنه چون NOVEC 1230 و یا FM200 را معرفی نموده است.

درصد غلظت گاز مورد نیاز جهت اطفای حریق یا از طریق آزمایش های عملی و یا در شرایط آزمایشگاهی (به عنوان مثال آزمون کاپ برنر) به دست می آید.

                جدول 1- نام و مشخصات شیمیایی و تجاری گازهای مورد استفاده در اطفای حریق اتوماتیک

بسیاری از هیدروکربن های هالوژنه به کار رفته چون FM200 و یا  NOVEC 1230 در شرایط جوی عادی در حالت گاز هستند و وقتی که تحت فشار در سیلندرهای گاز نگهداری شوند رفتاری شبیه دی اکسید کربن نشان می دهند؛ هر چند در فشار پایین تر به مایعی تبدیل می شوند که در آن فشار قادر به تخلیه از نازل ها نیستند و به این دلیل است که از گازی چون نیتروژن جهت بالا بردن فشار و تخلیه آنها استفاده می شود. لذا فضای کمتری برای نگهداری گاز مورد نیاز خواهد بود.

پیشرفت های فن آوری از یک سو و بالا بردن فشارهای نگهداری گازهای ساکن (از 150/160 اتمسفر تا 200/300 اتمسفر) کمک بسیاری در کاهش فضای مورد نیاز به منظور ذخیره و نگهداری این نوع گازها نموده است.

شکل 3- مجموعه سیلندرهای اطفای حریق اتوماتیک CO₂ با متعلقات

از آنجا که شبکه لوله کشی سیستم های اطفای حریق با گازهای ساکن برای فشار 60 اتمسفر طراحی می گردند، می بایست فشار گاز را توسط دیافراگم های مخصوص کاهش داد. همچنین به جهت حفظ محدودیت فشار و ثابت نگه داشتن فشار کاری، شیرهای مخصوص برای سیلندرها طراحی و ساخته شده اند و بسیاری از آنها دارای تاییدیه های بین المللی نیز هستند. این شیرها فشار گاز را کنترل نموده و آن را در طول زمان تخلیه ثابت نگه می دارند.

هنگام محاسبه و طراحی سیستم های با گازهای هیدروکربنی (چون FM200 یا  NOVEC) می بایست نکات مهمی مد نظر قرار گیرد؛ از جمله اینکه برخلاف گازهای ساکن زمان تخلیه نباید از ده ثانیه بیشتر شود تا از تولید رادیکال ها جلوگیری شود. در صورت واکنش، هیدروژن لوراید(HF)  به عنوان محصول تجزیه تولید شده که به نوبه خود در مجاورت آب و یا رطوبت محیط، ماده بسیار خطرناک و خورنده اسیدهیدروفلوریک را که باعث تخریب محیط خواهد شد تولید می کند.

از مزایای دیگر هیدروکربن های هالوژنه در مقایسه با گازهای ساکن، باقی ماندن غلظت مناسب از اکسیژن در هوا و در نتیجه کاهش خطرات کمبود اکسیژن و در نتیجه کاهش خطرات جانی است.

موضوع مهم دیگر، کاهش اندازه دریچه های اطمینان در مقایسه با سیستم های با گاز ساکن است. زیرا میزان گاز تخلیه شده در مقایسه با سیستم های اطفای حریق با گاز ساکن بسیار کمتر است.

شکل 4- نمونه ای از سیلندرهای اتوماتیک با گاز NOVEC

سیستم های اطفای حریق فوم⁵

فوم های اطفای حریق از سال ها پیش به منظور مقابله با حریق مایعات مخلوط شدنی با آب (الکل، کتون، و غیره) یا مایعات غیر قابل اختلاط با آب (هیدروکربن ها) مورد استفاده قرار گرفته اند. این فوم ها با پایه آب بوده و هوا بخش عمده ای از آنها را تشکیل می دهد.

فوم های اطفای حریق، لایه ای از آب را روی سطح هیدروکربن به وجود آورده که باعث جلوگیری از خروج بخارات اشتعال زا می گردند. از سال 1963 جزء اصلی تشکیل دهنده فوم های اطفای حریق، مولکول های ترکیبی فلوئور با اجزای حلال یا غیر حلال در آب بوده اند.

از عوامل موثر در گسترش فن آوری سیستم های اطفای حریق فوم، وجود استانداردهای بسیار مناسب چون
ISO7203-1 و EN1563-3 یا UL162 است که زبان مشترک برای کل صنعت (تولید کنندگان ، مصرف کنندگان و نمایندگی های فروش) را به وجود آورده و در صورت تایید این استانداردها، نشان دهنده مناسب بودن فوم برای کاربری مربوطه هستند. بازدهی مناسب در این خصوص عبارتست از اطفای سریع همراه با مصرف کم آب و تولید کم مواد سمی که ناشی از احتراق هیدروکربن هاست و خطرات کمتری برای مامورین آتش نشانی دارد. 

 

شکل 5- کاربرد سیستم اطفای حریق فوم

سیستم های تقلیل غلظت اکسیژن

در کنار سیستم های اطفای حریق گازی، اخیرا سیستم های تقلیل غلظت اکسیژن به طور روزافزونی در حفاظت مراکز مخابراتی و انبارهای خاص به کارگرفته می شوند.

این سیستم ها به منزله سیستم اطفای حریق به معنی مصطلح خود نیست، زیرا تاثیر آنها از طریق کاهش غلظت اکسیژن در محیط است و هدف آن کاهش میزان اکسیژن تا حدی است که با وجود مواد اشتعال زا در محیط امکان احتراق مجدد میسر نباشد. بدین منظور گاز نیتروژن و یا هوای پر از نیتروژن به محیط تزریق می گردد. سیستم های مذکور تنها در مکان هایی که امکان کار برای انسان وجود نداشته و یا تردد آنها بسیار کم است کاربرد دارند. انبارهای تمام اتوماتیک حاوی مواد خطرناک و یا اشتعال زا و یا انبارهای مواد یخ زده از جمله این اماکن هستند.

سیستم های تقلیل غلظت اکسیژن را نمی توان در موارد ذیل به کار برد:

-        در سیستم های زباله سوز که اکسیژن مورد نیاز برای احتراق در خود مواد موجود است.

-        هنگامی که فرآیند احتراق اگزوترمیک که نیازی به اکسیژن ندارد رخ می دهد.

-        و یا هنگامی که فرآیندهای کاتالیتیک رخ می دهد.

دستورالعمل VdS 3527 را می توان به عنوان یکی از روش های کاربرد سیستم های تقلیل غلظت اکسیژن به کاربرد.

DSPA⁶ یا افشانگر خشک با آیروسل پودر

افشانگر خشک با آیروسل پودر که به اختصار آیروسل نامیده می شود از ذرات بسیار ریز ترکیبات پتاسیم تشکیل می شود. هنگامی که واحد DSPA به صورت حرارتی یا الکتریکی تحریک می شود، این ذرات از واحد DSPA خارج شده و با مخلوط گاز (اغلب CO2 یا N2 و یا بخار آب) تشکیل ماده اطفا کننده را می دهند. مبنای عملکرد DSPA در دو وجه می باشد: اول اینکه ترکیبات پتاسیم به جهت یونیزاسیون نیاز به کمترین انرژی را داشته و میزان کم انرژی قادر به جداسازی الکترون از اتم و یا جذب یون می گردد. این میزان انرژی از حریق جذب می گردد، لذا جذب انرژی از حریق متناسب با میزان یونیزاسیون خواهد بود. یونیزاسیون اتم های پتاسیم با تغییر رنگ شعله ها به صورتی کم رنگ قابل تشخیص خواهد بود.

 در طی روند احتراق واکنش های خاص و سریع میان اتم ها و ذرات مولکول های آزاد (رادیکال ها) صورت می گیرد. به این فرآیند واکنش زنجیره ای رادیکال ها اتلاق می گردد. این فرآیند تا زمانی که محصولات نهایی و ثابت احتراق از جمله CO₂ و H₂O و یا KOH تشکیل می گردند ادامه می یابد. در اینجاست که فرآیند زنجیره ای رادیکال ها متوقف و آتش خاموش می شود.

آیروسل از نظر فیزیکی از یک ماده جامد و غیر آتش زا تشکیل شده که در برابر تغییرات درجه حرارت دارای ایستایی بسیار و همچنین درجه اشتعال 300 درجه سلسیوس است. در مرحله تحریک، این ماده جامد به یک آیروسل با سرعت انبساط بسیار بالا تبدیل می شود که در آن ذرات با قطر چند میکرون وجود دارند. برای داشتن ایده ای مناسب باید بدانیم یک گرم از این ماده موجب تولید یک لیتر آیروسل می گردد. آنگاه در اثر فشار ناشی از تبدیل ماده جامد به آیروسل و عبور آن از فیلتر خنک کننده غیرآتش زا که باعث جذب بخش اعظمی از انرژی حرارتی آن می گردد به محیط  ترزیق می شود. 

کاربری سیستم های DSPA

سیستم های DSPA دارای کاربرد بسیار گسترده در تاسیسات الکتریکی و تجهیزات مربوطه، موتورها و ماشین های الکتریکی، کشتی ها و وسایل نقلیه همچنین آشپزخانه ها هستند و در اطفای کل، اطفای موضعی و به عنوان خاموش کننده های دستی و غیره کاربرد دارند. با توجه به عدم تخریب لایه ازن و طول عمر اتمسفری و اثر گلخانه ای صفر، جایگزینی مناسب برای گازهای هالوژنه تلقی می گردد.

شکل 6- سیستم اطفای اتوماتیک آیروسل پودر در حال عملکرد

***

1- Sprinkler

2- Water Spray

3- Water Fog

4- Early Suppression Fast Response

5- Aqueous film forming foam

6- Dry Sprinkler Powder Aerosol