Exklusiver Online-Beitrag: Wassernebel gegen Brände
Erläuterungen zum einem Hybrid-Löschsystem
Es steht heute eine große Auswahl an komplexen Brandlöschanlagen auf dem Markt zur Verfügung. Von traditionellen Sprinkleranlagen auf Wasserbasis, den einfachsten und am weitest verbreiteten, bis zu CO2-, chemischen und Schutzgas-Anlagen, besitzt jede Technik ihre einzigartigen Vorteile und Nachteile je nach Anwendung. Wie erfolgreich die Kombination zweier Techniken ist, zeigt die Vernebelung eines Wasserstrahlen mit einem Überschallsprühstrahl aus Stickstoff.
Nach einer detaillierten Analyse vorhandener Brandlöschanlagen, lassen sich für den Brandschutz einige allgemeine Herausforderungen aufzeigen. Bei manchen Anlagen wird ein luftdichter Raum mit wenig oder keiner Lüftung vorausgesetzt, um die wirksame Brandlöschung zu gewährleisten, es gibt aber Umstände, wo das aufgrund des Designs oder der Art der Räumlichkeiten nicht möglich ist.
Während des Löschens verursachen einige Anlagen nicht wieder behebbare Schäden an teuren Anlagen, Elektronik, Motoren oder Steuerungen durch Befeuchtung und Chemikalien. Zahlreiche Anlagen benötigen außerdem teure und zeitraubende Reinigung nach der Auslösung aufgrund des Einsatzes von Chemikalien und/oder umfangreicher Befeuchtung. Die Reinigung chemischer Anlagen kann sogar als gefährlich eingestuft werden, was teuer und lästig sein kann. Dadurch kann auch die Wiederauffüllung der Anlage teuer werden und zu erheblichen Ausfallzeiten für das zu schützende Objekt führen.
Darüber hinaus verwenden einige Anlagen umweltschädliche Chemikalien, und zahlreiche Anlagen stellen eine Gefährdung für die Belegschaft dar, so dass Räume vor der Auslösung der Anlage geräumt werden müssen. Andere zahlreiche Anlagentypen reduzieren den Sauerstoffgehalt bis zu einer für Menschen schädlichen Grenze.
Entwicklung mit Vernebelung
Als Hersteller mechanischer genuteter Rohrleitungssysteme wandte sich Victaulic der Entwicklung alternativer Systeme zu, die all diese Probleme bewältigen können. Das Unternehmen erforschte weitere Bereiche außerhalb des Brandschutzes, die versprachen, Lösungswege aufzuzeigen, um noch kleinere Wasserteilchen zu erreichen.
Die Vernebelung von Flüssigkeiten wird seit langem in anderen Bereichen, wie z.B. der Verbrennungstechnik, untersucht. Herkömmliche Wassernebelsysteme beruhen darauf, Wassertropfen durch Einspritzen auf Leitbleche zu verkleinern. Deshalb wurde das Augenmerk außerhalb dieser Anwendungen auf die Vernebelung von Flüssigkeiten mit gleichzeitiger Gasströmung gerichtet.
Die Forschungen zeigten auf, dass eine Kombination aus Kühlung und Sauerstoffreduzierung wirksamer ist, als der getrennte Einsatz dieser Methoden. Die Kombination wurde dadurch bewerkstelligt, dass das Victaulic-Team Stickstoffgas zur Vernebelung von Wasser und als Träger zum Durchdringen von Brandfahnen einsetzte.
Das Victaulic-Team konzentrierte sich auf eine Methode der Einspritzung vernebelter Tröpfchen in nach unten geblasenen Stickstoff zur Durchdringung der Brandfahnen, um die Brandquelle durch Verwendung kleinerer als der üblichen Tröpfchen wirksamer zu kühlen, da diese gemeinsam eine größere Oberfläche bilden. Je größer die Oberfläche, desto schneller kann die Wärme absorbiert werden. Ein hohes Ausmaß an Wärmeabsorption reduziert das Risiko der Brandausweitung durch Reduzierung des Wärmeaustauschs mittels Konvektion und Strahlung.
Doppelflüssigkeitstechnik
Das Ergebnis dieser Bemühungen ist eine Brandlöschtechnik, die heute durch FM-Zulassungen in FM5580 „Wasser- u. Schutzgasmischungen für Brandlöschanlagen“ anerkannt wird. Die „Vortex“-Brandlöschanlage von Victaulic war die erste, die in dieser FM-Kategorie zugelassen wurde, und da sie eine Mischung aus Waschmittel-Schutzgas und Wassernebel verwendet, eignet sie sich für Maschinenräume mit Gefährdungsbereichen, Turbineneinfassungen und brennbare Flüssigkeiten.
Das „Vortex“-Sysxtem nutzt einen Überschallsprühstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung eines Wasserstrahles im Niederdruckbereich in Wassertropfen von weniger als 10 μm. Die Tröpfchen sind 30 Mal kleiner als die durch herkömmliche Wasservernebelungsanlagen erzeugten Wasserteilchen und bieten bis zu 50 % mehr Wärmeabsorption und Löschkraft.
Während der Vernebelung der Wassertröpfchen werden diese gleichmäßig mit den Stickstoffmolekülen vermischt und die homogene Suspension strömt in den Gefahrenbereich. Normalerweiste stellt der Stickstoff bei anderen Doppelflüssigkeitstechnologien das Treibmittel für ein weiteres Löschmittel dar, z.B. Wassernebel, die „Vortex“-Anlage von Victaulic verwendet aber den Wassernebel und den Stickstoff als sich ergänzende Löschmittel.
Bei kleineren Bränden stellt der Stickstoff das wesentliche Löschmittel dar und reduziert den Sauerstoff auf ein Niveau, bei dem noch geatmet werden kann, aber keine Verbrennung mehr unterstützt wird. Bei größeren Bränden kühlen die feinsten Wassertröpfchen den Brand, indem sie Wärme absorbieren, und reduzieren den vorhandenen Sauerstoff.
Vorteile der Mischtechnik
Neben dem Angebot einer höchst wirksamen Brandlöschung, führt diese einzigartige Mischtechnik zu einer Reihe von Vorteilen. Die zu schützenden Bereiche werden minimal befeuchtet, wobei die pro Ausgabegerät freigesetzte Wassermenge so gering wie 3,79 l (eine Gallone) pro Minute ist. Traditionelle Wassersprinkler setzen im Vergleich mehr als 94,64 l (25 Gallonen) Wasser pro Minute pro Sprinkler frei, während Hochdruck-Wassernebelanlagen 30,28 l (8 Gallonen) Wasser pro Düse pro Minute freisetzen.
Die „Vortex“-Anlage gestattet außerdem die sichere Anlagenauslösung für die Umgebung und das Personal. Die Anlage verwendet Wasser und Stickstoff, zwei leicht verfügbare und natürlich vorkommende Elemente, und keine gefährlichen Chemikalien. Während der Anlagenauslösung bleibt die Sauerstoffsättigung auf einem sicheren Niveau für Belegschaft, was von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) bestätigt wird. Der normale Zustand der Umgebungsluft besteht vereinfacht dargestellt aus 79 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff.
Wasser und Stickstoff sind leicht verfügbar und, aufgrund des geringen erforderlichen Reinigungsaufwands und der minimalen Befeuchtung, werden die laufenden Betriebsabläufe kaum unterbrochen, was begrenzte Ausfallzeiten und schnelle Wiederauffüllung der Anlage bedeutet. Darüber hinaus ist aufgrund der Form der Strömung kein abgeschlossener Raum notwendig, das bedeutet, dass die Anlage ist auch in offenen Räumen wirksam ist.
Designinnovation
Jeder „Vortex“-Ausströmdüse von Victaulic kann bis zu 70,79 m3 (2,500 Kubikfuß) an Raumvolumen schützen, und die Anlage kann auf einen beliebigen Raumbedarf erweitert werden. Zonen lassen sich zentral steuern und unabhängig zur Brandlöschung bei Bedarf aktivieren. Die Anlage weist außerdem einen geringen Betriebsausgangsdruck von ca. 1,72 bar (25 psig) an der Ausströmdüse der Anlage auf. Die meisten Hochdruck-Wassernebelanlagen werden mit 103 bar (1500 psig) bis 172 bar (2500 psig) betrieben, und Schutzgasanlagen mit 172 bar (2500 psig).
Der geringe Ausgangsdruck der „Vortex“-Anlage ist besonders vorteilhaft in korrosiven Umgebungen, da hier die Verwendung von Kunststoffrohren möglich ist und Ausgabegeräte eigens aus PTFE bzw. PVDF hergestellt werden können. Bei CO2- oder Hochdruck-Wassernebelanlagen ist das nicht möglich. Stickstoff strömt mit 1,72 bar (25 psig) in die Ausströmdüse ein, während Wasser mit weniger als 0,35 bar (5 psig) in den um den Stickstofffluss liegenden Wasserkanal einfließt.
Wenn der Stickstoff das Ausgabegerät verlässt, werden kreisförmige Wellen erzeugt, indem die Flussgeschwindigkeit von Überschallgeschwindigkeit auf Unterschallgeschwindigkeit wechselt. Weitere kreisförmige Wellen werden beim Auftreffen des Stickstoffs auf den Leitkörper am Ausgang der Ausströmdüse erzeugt. Wird das Wasser in diese kreisförmigen Wellen aus einem Ring konzentrischer Löcher am Sockel der patentierten Victaulic-Ausströmdüse eingeleitet, wird es auf feinste Tröpfchen vernebelt, die bei hoher Geschwindigkeit mit dem Stickstofffluss vermischt werden.
Nach der Vernebelung des Wassers wird es im Stickstofffluss bei gleichem Teilchendruck befördert. Da das Wasser im Stickstoff aufgelöst ist, behält es seinen Implus bei und kann über relative große Entfernungen geschleudert werden und dadurch in den Brandfahnen mitgerissen werden.
Weltweite Zulassung
FM-Zulassungen wurden erteilt für die „Vortex“-Anlage von Vicataulic für Maschinenräume mit Gefahrenbereichen und Turbineneinfassungen, für Anwendungen wie Verbrennungsmotoren oder sonstige Anlagen, die Kraftstoffe und/oder Schmierstoffe mit Flüchtigkeitswerten verwenden, die denen von Heptan entsprechen oder darunter liegen, sowie die gelegentliche Verwendung bzw. Lagerung begrenzter Mengen brennbarer Flüssigkeiten von nicht mehr als zwei Behältern zu 208 l (55 Gallonen).
Bei Turbineneinfassungen ist die gleichmäßige Kühlung der Ummantelung für die erfolgreiche Brandlöschung von kritischer Bedeutung. Ungleichmäßige Kühlung kann zu ungleichmäßiger Geräteschrumpfung führen, wodurch die Schaufel mit der Ummantelung in Kontakt kommen und die Turbine ruinieren kann.
Brandlöschung in Turbinen und in Maschinenräumen verlangt außerdem nach einer Anlage, die belüftete oder abgeschirmte Bereiche gleichermaßen durchdringen kann ohne dass ein hermetisch abgeschlossener Raum erforderlich ist. Die Vortex-Anlage von Victaulic hat sich in Tests in diesen Räumen als höchst wirksam erwiesen, nicht zuletzt aufgrund der Verteilung der Stickstoff-Wassernebel Suspension mit hoher Geschwindigkeit und der Wärmeabsorption.
Mit der „FM 5580“-Zulassung eignet sich „Vortex“ für ein breites Sortiment weiterer Industrieanwendungen. Dazu gehören Maschinenraum-Anwendungen wie Ölpumpen, Öltanks, Kraftstofffilter, Generatoren, Transformatorstationen, Getriebe, Antriebswellen, Schmieranlagen, Diesel-Generatoren und sonstige Maschinen, die Kraftstoffe und/oder Schmierstoffe mit Flüchtigkeitswerten verwenden, die leichtflüchtigem Diesel entsprechen oder darunter liegen.
„Vortex“-Anlagen finden sich bereits als Schutzvorrichtungen für wesentliche Industriezweige weltweit, einschließlich der höchst modernen „AP4“-Produktionsstraße in Kentucky, USA, die zum North American Stainless (NAS) Zweig er Acerinox-Gruppe gehört.
Die neue Einrichtung gehört zu den größten ihrer Art weltweit, und „Vortex“ stellte sich den vorgefundenen Herausforderungen, einschließlich dem Schutz empfindlicher Anlagen ohne Einsatz großer Wassermengen, Wirksamkeit in korrosiven Umgebungen, Wirksamkeit in offenenRäumen ohne Bedarf der Raumabgeschlossenheit, minimale Ausfallzeiten nach Auslösung und Designflexibilität für Erweiterung und Wartung.
Die „Vortex“-Anlage wurde außerdem von EPA durch die Zulassung unter der Significant New Alternative Policy (SNAP) anerkannt, wo die Anlage als gemischte Anlage auf Schutzgas- und Wasserbasis aufgeführt und als akzeptabler Ersatz für Halon 1301 bei Überflutungsanlagen bezeichnet wird.
Kürzliche von Victaulic mit der Auslösung einer „Vortex“-Anlage durchgeführte Tests in einer eine Informatikumgebung simulierenden Umgebung führten außerdem zu keinem Datenverlust, und keine Festplatten wurden durch die simulierte Brandlöschung beschädigt.
Die Anlage wurde bereits in zahlreichen Informatikbereichen installiert, wodurch die Wassermengen in der Nähe von Computeranlagen reduziert werden. Dazu gehören die Golden-Ears-Bridge-Datenzentrale in Kanada, die von der flexiblen und grünen Vortex-Technik profitierte, sowie die Zappos-Datenzentrale in den USA, wo die Victaulic-Anlage den spezifischen Bedarf zur Brandlöschung im Freien erfüllte.
Fazit
Beim „Vortex“-Verfahren handelt es sich um eine Innovation, die den besten Nutzen aus allen System zieht und diese Technologien weiter vorantreibt. Die Löschanlage mit der Fähigkeit, homogene Suspensionen von Wassertröpfchen kleiner als 10 μm in Stickstoff zu erzeugen und dabei einen großen Impuls bei geringem Arbeitsdruck aufrecht zu erhalten, stellte Brandlöscheigenschaften unter Beweis, die jede bislang bekannte Wasser- oder Schutzgasanlage übertreffen.
Die Anlage ist außerdem in der Größe anpassbar und bietet robuste Brandlöschung für Maschinenräume und sonstige gefährdete Umgebungen bei minimaler Schädigung durch Wasser und einer raschen Rückkehr zum Normalbetrieb nach Anlagenauslösung.
