System prewencji pożarowej opiera się na zjawisku polegającym na obniżeniu zawartości tlenu do poziomu, w którym materiały narażone na pożar nie podtrzymują palenia. Jak wiemy z fizyki do powstania pożaru niezbędne są trzy podstawowe czynniki:
1. Paliwo - materiał palny 2. Energia - temperatura - odpowiednia ilość energii (temperatury) niezbędna do zapłonu danej substancji 3. Tlen - niezbędny składnik aktywujący i podtrzymujący reakcję chemiczną zwaną spalaniem
Te 3 składniki tworzą tzw. trójkąt ognia. Pierwsze dwie pozycje są pozycjami zmiennymi - różne materiały zapalają się w różnych temperaturach w innej papier a w innej drewno. Palność poszczególnych materiałów jest określona poprzez temperaturę zapłonu, tj przy jakie temperaturze nasz materiał zaczyna się palić. Wcześniej oczywiście wraz ze wzrostem temperatury mogą wystąpić inne zjawiska jak topienie się materiałów, niemniej jednak palność to zapalenie się. Wszystkie te parametry są określone dla atmosferycznego poziomu tlenu czyli około 20,8% bo tyle znajduje się go w powietrzu którym oddychamy.
Inertyzacja wykorzystuje fakt, że wraz z obniżeniem zawartości tlenu do poziomu 14 - 18 % (czyli niewiele w odniesieniu do atmosferycznego stężenia tlenu) większość materiałów staje się niepalna, tj nie są w stanie się zapalić i podtrzymać ognia. Dla różnych materiałów poziom niepalności jest inny i tak drewno to około 17%, tektura niezadrukowana 15%, tworzywo sztuczne ABS 16% ale już papier biały to 14%. Poniżej tej wartości są materiały łatwopalne jak substancje chemiczne np aceton to ok 13% ale graniczna wartość palności metanolu to już 11%.
Utrzymywanie zawartości tlenu poniżej tej wartości uniemożliwia zapalenie się oraz podtrzymanie ognia.
SYSTEM INERTYZACJI
System inertyzacji znany jest pod kilkoma nazwami takimi jak system redukcji tlenu, system obniżenia tlenu, system niskiego tlenu. Wszystkie te nazwy odnoszą się do podstawowej funkcjonalności systemu inertyzacji, czyli permanentnego obniżenia zawartości tlenu w przestrzeni chronionej do poziomu niepalnosci. Pożądaną zawartość tlenu uzyskuje się poprzez wdmuchiwanie oraz utrzymywanie odpowiedniej ilości azotu w strefie chronionej z systemu inertyzacji. Azot wytwarzany jest przez generator azotu (który jest składową systemu inertyzacji) z powietrza atmosferycznego. Tutaj musimy powrócić do początkowej wiedzy z fizyki, czy jaka jest zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym ? Wynosi ona aż 78%, czyli musimy sobie zdawać sprawę, że w zasadzie oddychamy azotem z dodatkową zawartością tlenu. Generator azotu to nic innego jak separator tlenu i azotu zawartego w powietrzu atmosferycznym. Tlen jako produkt uboczny wypuszczany jest do atmosfery natomiast azot o czystości najczęściej 95% wdmuchiwany jest do kubatury chronionej. W przestrzeni chronionej zainstalowane są czujniki tlenu, które na bieżąco monitorują zawartość tlenu dostarczając tą informację do systemu sterowania, który decyduje czy należy produkować i dostarczać azot do strefy chronionej czy znajduje się ona w bezpiecznych dla przechowywanego materiału granicach. Bezpieczna zawartość tlenu, powinna zostać każdorazowo wyznaczona dla konkretnego przypadku, gdyż w praktyce nie występują magazyny, w których przechowywane są jednorodne materiały - zwykle mamy do czynienia z drewnianą paletą, opakowaną tworzywem sztucznym zawierającą pudełka tekturowe w których składowany jest dopiero produkt. Testy takie wykonują profesjonalne firmy każdorazowo pod nadzorem niezależnej jednostki autoryzującej.
GENERATORY AZOTU - różne sposoby produkcji azotu
Na dzisiejszym rynku istnieje kilka możliwości wytwarzania azotu, czyli odseparowania azotu od reszty gazów z powietrza atmosferycznego. W użyciu są trzy podstawowe metody, które są używane w różnych aplikacjach, a mianowicie:
1. Metoda KRIOGENICZNA - polega na schładzaniu powietrza do temperatur w okolicy 200oC. Temperatura skraplania tlenu wynosi -182,96 oC natomiast azotu -195,80 oC. Zakłady przemysłowe stosują tą metodę do oddzielania z powietrza frakcji tlenu i azotu ale również innych gazów, których w powietrzu znajduje się niewiele ale są bardzo cenne jak np hel. Taką metodą wytwarzany jest skroplony azot i tlen, który możemy kupic u producentów tego gazu.
2. Metoda MEMBRANOWA - wykorzystuje specjalną membranę przepuszczającą cząsteczki tlenu, które są mniejsze od cząsteczek azotu blokując przedostawanie się przez nią cząsteczek azotu. Działa to na podobnej zasadzie jak membrany w ubraniach przepuszczające powietrze ale nie wodę. W ten sposób odseparowany azot jest wdmuchiwany do przestrzeni chronionej a tlen wypuszczany do atmosfery. Niewątpliwą zaletą tej metody jest dość prosta konstrukcja i liniowość generacji natomiast niewątpliwą wadą jest wysokie ciśnienie pracy oraz bardzo duże zużycie energii wynoszące nawet 100 % więcej od pozostałych systemów. W początkach stosowania inertyzacji jako systemu pożarowego wykorzystywano tą metodę natomiast wraz z rozwojem oraz dużym naciskiem na efektywność energetyczną stosuje ją się raczej do małych instalacji np. pompowanie kół azotem, lakiernictwo itp
3. Metoda PSA (Preassure Swing Adsorption) - najbardziej rozpowszechniona metoda produkcji azotu stosowana w zależności od producenta w kilku odmianach. Polega ona na użyciu węgla aktywnego CMS (podobnego do tego stosowanego w filtrach wody), który jest w stanie absorbować cząsteczki tlenu (jako mniejsze) i pozostawiać cząsteczki azotu. Węgiel jest zamknięty w pojemnikach w których powietrze wtłoczone pod wysokim ciśnieniem pozostawia cząsteczki tlenu w porach węgla CMS. Po krótkim czasie większość cząsteczek tlenu jest uwięziona w porach węgla i możemy wypuścić prawie czysty azot ze zbiornika. W związku z tym, że sprężone powietrze musi chwilę pobyć zamknięte w zbiorniku stosuje się tandemy zbiorników, czyli jeden napełniamy a w tym samym czasie w drugim następuje absorbcja i potem proces odwracamy - stąd słówko SWING w nazwie. Podstawowa metoda PSA jest jest dość nieefektywna energetycznie dlatego powstały dwie odmiany tego rozwiązania.
PODCISNIENIOWA - tlen z węgla CMS jest usuwany z pomocą pompy próżniowej (Vacuum) - dlatego część producentów w nazwach tego typu rozwiązania dodaje literkę V-PSA. Jest to metoda znacznie bardziej efektywna energetycznie - zużywa ok 30% mniej energii niż podstawowe PSA oraz ok 50% niż membranowe. Jako wadę możemy uznać dodatkowe urządzenie w układzie (pompa próżniowa), która jest dodatkowym elementem mogącym ulec awarii.
WYSOKIEJ WYDAJNOŚCI - High Performance - polega ona tradycyjnie na generowaniu azotu w oparciu o metodę PSA z tym wyróżnikiem, że procesy wytwarzania są tak zoptymalizowane, że bez wykorzystywania pompy próżniowej osiągnięto zużycie o ponad 10% niższe niż technologia VPSA. Na uwagę zasługuje fakt bardzo wysokiej wydajności systemu przy jednoczesnej prostocie konstrukcji.