Jakie wyzwania i rozwiązania wiążą się ze stosowaniem systemów ochrony przeciwpożarowej z wtryskiem azotu w zimnym środowisku?

Hej wszystkim, dziękuję za zatrzymanie się. Nazywam się Jake i pracuję w naszym zespole dostawców systemów przeciwpożarowych z wtryskiem azotu przez większą część dekady — przez większość czasu sprawdzam systemy, rozwiązuję rozmowy telefoniczne lub zagłębiam się w dziwne, specyficzne problemy, na które napotykają obiekty, uruchamiając nasz sprzęt w miejscach, o których zwykle nikt nie myśli. Ostatnio zadawałem wiele pytań dotyczących zimnego środowiska, więc pomyślałem, że napiszę to wszystko w poście, ponieważ jest to jeden z najtrudniejszych (i najbardziej krytycznych) przypadków użycia naszego sprzętu. Rozbijmy to.

Na początek podsumujmy, co faktycznie robi system przeciwpożarowy z wtryskiem azotu, aby upewnić się, że wszyscy jesteśmy na tej samej stronie. Współpracujemy z obiektami przemysłowymi, głównie ciężkimi, takimi jak transformatory, elektrownie, magazyny paliwa – miejsca, w których pożar miałby katastrofalne skutki. Systemy te pompują azot o wysokiej czystości do zamkniętych obszarów, wypierając tlen, aż jego poziom spadnie zbyt nisko, aby ogień mógł się spalić. Jest czysty, bez brudzących chemikaliów, bez uszkodzeń spowodowanych przez wodę i idealnie nadaje się do miejsc, w których nie można po prostu spłukać wodą. Jeśli chcesz poznać pełną specyfikację działania, sprawdź naszą stronę dotyczącą azotowych systemów tłumienia pożaru, zawiera ona szczegółowe informacje na temat natężenia przepływu, progów ciśnienia i tego typu rzeczy.

Teraz zimne środowiska. Pomyśl o miejscach takich jak odległe elektrownie w północnej Kanadzie, kopalnie na Alasce, zakłady chemiczne w Górach Skalistych, w których temperatury spadają zimą do -40°F, a nawet obiekty przybrzeżne w miejscach takich jak Islandia, gdzie odczuwalny wiatr sprawia, że ​​temperatura jest znacznie gorsza niż rzeczywista. Te miejsca nie są typowym budynkiem biurowym i w przypadku pożaru stawka jest znacznie wyższa. Ale uruchamianie tutaj systemów azotowych? Wiąże się to z wieloma wyzwaniami, których większość ludzi się nie spodziewa.

Zacznijmy od najważniejszego: kondensacji i zamarzania azotu. Oto nauka, w uproszczeniu — ciekły azot wrze w temperaturze -320°F, prawda? Kiedy jednak wstrzykujemy go w chronioną przestrzeń, nie zawsze jest on doskonale przygotowany, zwłaszcza jeśli w linii, przez którą przepływa, panuje mroźna temperatura. Rury przechowujące azot mogą ostygnąć tak bardzo, że wilgoć zawarta w przewodach zamarznie. Nie tylko odrobina szronu — lód gromadzi się na zaworach, regulatorach, a nawet dyszach wtryskowych. W zeszłym roku dostałem wezwanie do paniki z kopalni w Jukonie, ich system był „martwy” w środku mrozu. Okazało się, że dyszę blokowało 2 cale lodu, więc gdy w transformatorze wybuchł niewielki pożar, azot nie mógł przedostać się wystarczająco szybko. To koszmar, który zdarza się znacznie częściej, niż myślisz. Konkretnym przykładem tego, jak projektujemy systemy dla tego typu urządzeń wysokiego ryzyka, jest nasza strona dotycząca ochrony przeciwwybuchowej transformatorów, która opisuje, w jaki sposób zapobiegamy zamarzaniu w obudowach transformatorów, co jest bardzo powszechnym zastosowaniem w zimnym środowisku.

Następnie niespójności ciśnienia i natężenia przepływu. Niższe temperatury powodują spustoszenie w zakresie gęstości gazu. Gazowy azot staje się gęstszy, gdy jest zimno, prawda? Jeśli więc system zostanie skalibrowany na 70°F, gdy temperatura spadnie do -20°F, ta sama ilość azotu zajmie mniej miejsca. Oznacza to, że system może nie dostarczać wymaganej ilości azotu, więc poziom tlenu nie spadnie na tyle, aby zatrzymać pożar. Widziałem to w magazynie paliwa w północnej Albercie; ich system został uruchomiony podczas testu i wypuścił tylko 60% wymaganego azotu, ponieważ nie uwzględniono zagęszczania na zimno. Nikt tego nie zauważył, dopóki nie przeprowadzili prawdziwego testu w styczniu, dlatego też testy przed wdrożeniem w rzeczywistych warunkach terenowych nie podlegają negocjacjom.

Kolejne ukryte wyzwanie: kruchość materiału. Większość rur, zaworów i złączek, których używamy w systemach azotowych, to standardowa stal węglowa, prawda? Działa to dobrze w łagodnych temperaturach, ale w ekstremalnie niskich temperaturach (poniżej -20°F) stal węglowa staje się krucha. Może pęknąć lub pęknąć pod ciśnieniem, co stanowi ogromne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Pęknięta linia oznacza wyciek azotu podczas pożaru lub, co gorsza, podczas rutynowej pracy. Mieliśmy klienta w Manitobie, któremu podczas zimowego rozruchu uległa awaria rury — na szczęście nikt nie odniósł obrażeń, ale na czas wymiany części musieli zamknąć cały zakład na trzy dni. To nie tylko rury; uszczelki, uszczelki i o-ringi również mogą stać się kruche, co prowadzi do powolnych wycieków, które powoli i niezauważalnie wyczerpują zapasy azotu, aż będzie za późno.

Czekaj, powinienem wspomnieć także o stronie przechowywania. Większość naszych systemów wykorzystuje butle z azotem pod wysokim ciśnieniem lub zbiorniki do przechowywania materiałów luzem. Niższe temperatury również mają na nie wpływ. Jeśli butla znajduje się na zewnątrz w temperaturze -30°F, ciśnienie wewnątrz spada z powodu zimna, więc system może nie uzyskać wymaganego przepływu, gdy jest to potrzebne. Zbiorniki masowe mają podobne problemy; orurowanie prowadzące ze zbiornika do instalacji może zamarznąć, podobnie jak przewody wtryskowe, a regulator ciśnienia w zbiorniku może nie działać prawidłowo w niskich temperaturach.

OK, więc to wszystko, co złe. A teraz dobra wiadomość — rozwiązujemy te problemy od lat i istnieją solidne rozwiązania, które działają niezależnie od tego, jak bardzo jest zimno. Przyjrzyjmy się każdemu wyzwaniu i poprawkom, które wdrażamy.

Po pierwsze, linie zamrażające i dysze. Największą poprawką jest tutaj okablowanie grzewcze. Nie mamy na myśli po prostu owinięcia rury taśmą — używamy przewodów grzejnych o stałej mocy, specjalnie przystosowanych do pracy w ekstremalnie niskich temperaturach, w połączeniu z czujnikami temperatury, które wyłączają ogrzewanie, gdy nie jest ono potrzebne (aby oszczędzać energię, ponieważ odległe lokalizacje często korzystają z generatorów). W przypadku wrażliwych części, takich jak dysze wtryskowe i regulatory ciśnienia, stosujemy izolowane obudowy z wbudowanymi elementami grzejnymi. Ta kopalnia w Jukonie, o której wspomniałem wcześniej? Doposażyliśmy ich system w przewody grzejne i izolowane głowice dysz i od tamtej pory nie zamarzły ani razu od dwóch zim. Możemy także wstępnie kondycjonować azot przed wtryskiem — podgrzewamy go tylko trochę (oczywiście nie na tyle, aby spowodować ryzyko pożaru), aby nie wyciągał ciepła z przewodów podczas przepływu. Na stronie Ochrona przeciwwybuchowa transformatorów znajdują się szczegółowe informacje na temat tego, jak wdrażamy to w przypadku obudów transformatorów, ponieważ są one szczególnie podatne na zamarzanie, ponieważ często są otwarte na otaczające zimne powietrze.

Następnie niespójności ciśnienia i przepływu. Rozwiązaniem jest monitorowanie temperatury i ciśnienia w czasie rzeczywistym w połączeniu z automatyczną kalibracją. Instalujemy czujniki co 30 metrów wzdłuż linii wtrysku oraz przy zbiornikach magazynujących, które przekazują dane z powrotem do centralnego panelu sterowania. Jeśli temperatura spadnie, system automatycznie reguluje regulatory ciśnienia i zawory przepływu, aby kompensować gęstszy azot, dostarczając dokładnie taką ilość gazu, aby osiągnąć wymagany poziom tlenu (zwykle poniżej 8% dla każdego, kto zna normy przeciwpożarowe). Przeprowadzamy również testy przed działaniem podczas uruchomienia – nie tylko testujemy system w ciepłym magazynie; testujemy go na miejscu w najzimniejszej porze roku, dzięki czemu możemy dostosować kalibrację do warunków panujących w konkretnym miejscu. Ten magazyn paliwa w Albercie? Ponownie skalibrowaliśmy ich automaty w oparciu o dane z rzeczywistych testów zimowych, a następny test wykazał, że osiągnęły poziom 7,2% tlenu, czyli dokładnie to, czego potrzebowaliśmy.

Kruchość materiału można łatwiej naprawić, niż mogłoby się wydawać — większość ludzi po prostu nie wie, jak poprosić o odpowiednie części. Zamieniamy wszystkie standardowe rury ze stali węglowej na stal stopową walcowaną na zimno, która pozostaje plastyczna do -40°F. Do uszczelek używamy materiałów silikonowych lub EPDM przystosowanych do ekstremalnie niskich temperatur, zamiast standardowego nitrylu, który dobrze sprawdza się w łagodnych temperaturach. Testujemy również każdy komponent w naszym laboratorium w temperaturze -50°F, zanim opuści nasz magazyn, więc mamy pewność, że nie pęknie ani nie wycieknie. Klient z Manitoby? Zastąpiliśmy ich kruchą rurę ze stali węglowej stalą stopową i wymieniliśmy wszystkie uszczelki na EPDM i od tego czasu nie wystąpiły żadne awarie materiałowe.

Jeśli chodzi o magazynowanie azotu, mamy kilka opcji. W odległych lokalizacjach, które wymagają jedynie małych i średnich systemów, stosujemy izolowane zespoły butli, podgrzewane i regulowane ciśnieniowo, specjalnie do stosowania w zimnych środowiskach. W przypadku większych systemów masowych używamy podgrzewanych zbiorników magazynujących z parownikami, które podgrzewają ciekły azot opuszczający zbiornik, dzięki czemu ma on odpowiednie ciśnienie i temperaturę, gdy dociera do przewodów wtryskowych. Dodajemy także zapasowe butle magazynujące jako zabezpieczenie przed awarią — na wypadek, gdyby wystąpił problem ze zbiornikiem głównym, zapasowe uruchamia się automatycznie.

Czekaj, powinienem również wspomnieć o projektowaniu dostosowanym do konkretnego miejsca, ponieważ każde zimne środowisko jest inne. Kopalnia znajdująca się 600 metrów pod ziemią zupełnie różni się od przybrzeżnej elektrowni, która jest narażona na działanie wiatru i soli, które mogą pogorszyć zamarznięcie. Dlatego nie tworzymy systemów uniwersalnych. Wysyłamy zespół, aby ocenił miejsce, zanim w ogóle cokolwiek zaprojektujemy — sprawdź średnie niskie temperatury, temperaturę odczuwalną przez wiatr, sposób zasilania systemu (ponieważ odległe lokalizacje mogą mieć ograniczoną energię elektryczną do ogrzewania) i jakiego rodzaju sprzęt chronimy. Na przykład transformator w podziemnej kopalni będzie miał inne potrzeby grzewcze niż transformator na szczycie góry, dlatego odpowiednio dostosowujemy przewód grzejny i izolację.

Porozmawiajmy teraz o czymś, co łatwo przeoczyć – treningu. Nawet jeśli masz najlepszy system na świecie, jeśli obsługujący go ludzie nie wiedzą, jak go konserwować w zimne dni, jest on bezużyteczny. Prowadzimy szkolenia na miejscu dla wszystkich naszych klientów, szczególnie skupiające się na konserwacji w zimnym środowisku: jak sprawdzić ślad cieplny, jak przetestować czujniki, co zrobić, jeśli dysza zamarznie, jak sprawdzić uszczelki pod kątem kruchości. Zeszłej zimy u klienta w północnym Saskatchewan doszło do niewielkiego oblodzenia automatu, a ich zespół konserwacyjny wychwycił to dzięki naszemu szkoleniu, zamiast przekształcić się w duży problem. Jest to tak samo ważne, jak sprzęt, jeśli nie ważniejsze.

Wiem, że to wszystko brzmi dużo, ale ostatecznie naszym zadaniem jest dopilnowanie, aby te systemy działały wtedy, gdy ktoś ich najbardziej potrzebuje. Pożar w odległej kopalni lub elektrowni na północy to nie tylko cios finansowy – to także zagrożenie bezpieczeństwa tamtejszych pracowników, dlatego podchodzimy do tej sprawy poważnie. Jeśli prowadzisz obiekt w zimnym środowisku i martwisz się o swój system przeciwpożarowy z wtryskiem azotu lub jeśli chcesz zainstalować nowy, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Nie robimy ogólnych, gotowych rozwiązań, które działają w temperaturze 70°F, a potem zawodzą, gdy na zewnątrz jest mróz. Nasz zespół zajmie się wyzwaniami specyficznymi dla Twojej witryny, zaprojektuje niestandardowe rozwiązanie i będzie Cię wspierać na każdym kroku.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o działaniu naszych systemów w zimnych środowiskach lub zapoznać się z naszym projektem zabezpieczenia transformatora, o którym mówiliśmy wcześniej, nie wahaj się z nami skontaktować. Zawsze chętnie odpowiemy na pytania, bez względu na to, jak małe.

Referencje:

1. Krajowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej (NFPA) 12: Norma dotycząca systemów gaśniczych na dwutlenek węgla (uwaga: dotyczy instalacji na gaz obojętny, w tym azot)
2. ASME B31.3: Kodeks rurociągów procesowych, sekcja dotycząca wyboru materiałów niskotemperaturowych
3. Stowarzyszenie Przemysłowej Ochrony Przeciwpożarowej (IFPA) Wytyczne dotyczące ochrony przeciwpożarowej w zimnym środowisku, wydanie 2022
4. Stowarzyszenie Compressed Gas Association (CGA) G-10: Pomiar ciśnienia i korekta gęstości gazu w przypadku wahań temperatury