Redukcja zawartości tlenu w powietrzu to technologia zapobiegania pożarom coraz częściej stosowana w różnych branżach, przede wszystkim w technologii informacyjnej (IT i serwerownie), w magazynach (np. z pojemnikami KLT, substancjami niebezpiecznymi i w chłodniach magazynowych) oraz archiwach. Przy tym, aby zapobiec wybuchowi pożaru, zależnie od przechowywanych materiałów lub chronionych przedmiotów zostaje zredukowana zawartość tlenu w powietrzu.
W języku ogólnym tę technologię określa się jako instalację do zapobiegania pożarom/ redukcji zawartości tlenu.
Co około dwie minuty w Niemczech wybucha jeden pożar, który często wiąże się ze znacznymi szkodami. Obojętne, czy jest to magazyn, centrum obliczeniowe czy archiwum – wszystkie te zakłady są zdane na absolutnie niezawodną ochronę przeciwpożarową. Aby chronić wrażliwe strefy nie tylko przed pożarem, lecz również przed toksycznymi gazami spalinowymi jak również szkodami spowodowanymi przez środki gaśnicze, została zaprojektowana instalacja do redukcji zawartości tlenu.
Tradycyjne instalacje przeciwpożarowe są pasywne, to znaczy reagują one dopiero wtedy, gdy pożar już wybuchł. Natomiast profilaktyczny system redukcji zawartości tlenu zaczyna działać przed powstaniem pożaru: W pomieszczeniach zamkniętych instalacja ta przed ciągłą redukcją stężenia tlenu w powietrzu za pomocą doprowadzania azotu wytwarza atmosferę, w której można w dużym stopniu wykluczyć powstanie lub rozszerzenie się pożaru.
Aby mógł powstać pożar, są potrzebne trzy czynniki: tlen, ciepło i paliwo. Jeśli zostanie usunięty jeden z tych czynników, pożar nie ma szans powstać. Zasada ta stanowi podstawę technologii zapobiegania pożarom. Redukcja zawartości tlenu w powietrzu przysłowiowo „zapiera dech” ogniowi.
W przypadku niemal wszystkich paliw ich palność jest bezpośrednio związana ze stężeniem tlenu w otaczającym powietrzu a jego spadek powoduje zmniejszenie ich palności. Po zredukowaniu zawartości tlenu w powietrzu w pomieszczeniu do zapalenia paliwa potrzebna jest znacznie większa energia. Potrzebna do tego energia jest większa niż energia potrzebna do podtrzymania pożaru. Obniżenie stężenia tlenu powoduje znaczne zmniejszenie szybkości procesów chemicznych i fizycznych przy zapalaniu. Oznacza to, że możliwość powstania pożaru i jego rozmiary w otoczeniu ze zredukowanym stężeniem tlenu jest znacznie mniejsza niż w normalnych warunkach. Poniżej tej wartości granicznej stężenia tlenu w otaczającym powietrzu nie jest możliwe samoczynne zapalenie się substancji. Ta wartość określana jako granica zapłonu jest specyficzna dla danej substancji.
Przy zmniejszającym się stężeniu tlenu ochrona przeciwpożarowa ciał stałych ustawia się już poniżej stężenia 02 20,9% obj., ponieważ zmniejsza się intensywność reakcji pożarowej. Po osiągnięciu stężenia obliczeniowego, ochrona przeciwpożarowa jest już w pełni zapewniona.
Czujniki tlenu stale monitorują stężenie tlenu w powietrzu, aby utrzymać stałą zawartość tlenu w chronionym obszarze na poziomie wstępnie zdefiniowanej wartości. Regulacja odbywa się za pomocą co najmniej dwóch czujników tlenu, które są zainstalowane w różnych miejscach w strefie, która ma być chroniona w celu osiągnięcia nadmiarowego wyniku pomiaru.
W celu zmniejszenia stężenia tlenu w strefie ochrony w taki sposób, aby spadło poniżej określonej wartości granicznej zapłonu występującego tam materiału, do strefy ochrony wprowadza się azot. Dodatek azotu zmienia skład powietrza: azot wypiera zawartość tlenu w powietrzu w taki sposób, że resztkowa zawartość tlenu nie jest już wystarczająca do podtrzymania pożaru lub rozprzestrzenienia się ognia.
Stosowanie azotu jako gazu obojętnego ma decydujące zalety: azot nie jest toksyczny i przy zajmując 78,09 % objętości stanowi główny składnik powietrza. W ten sposób można uzyskać efekt polegający na tym, że do obszarów, w których zastosowanie instalacji redukcji zawartości tlenu zapewnia najwyższą lub pełną ochronę przeciwpożarową, z pewnością będą mogli wejść również ludzie. Właściwości azotu powodują, że wymagany, równomierny rozkład, a tym samym równomierne stężenie w całej strefie ochrony, można zapewnić zarówno w sposób trwały, jak i przy zmieniających się stężeniach tlenu.
Ze względu na wysoką zawartość azotu w otaczającym powietrzu, azot niezbędny do pracy układu redukcji tlenu można uzyskać bezpośrednio na miejscu za pomocą generatora. W ramach systemu OxyReduct® firmy WAGNER Group GmbH istnieją dwie metody fizycznego oddzielenia powietrza atmosferycznego od tlenu i cząsteczek azotu: technologia membranowa lub wykorzystanie węgla aktywnego.
Proces technologii membranowej opiera się na właściwościach fizycznych, zgodnie z którymi różne gazy rozprzestrzeniają się w materiałach z różną prędkością. W tym przypadku różne prędkości dyfuzji głównych składników powietrza: azot (N2), tlen (O2) oraz para wodna (H2O) są wykorzystywane technicznie do wytworzenia strumienia azotu. W tym procesie powietrze otoczenia jest tłoczone pod ciśnieniem przez wiązkę włókien polimerowych, zwanych również membranami z włókien drążonych, w aluminiowej rurze. Na powierzchniach zewnętrznych tych membran z włókien drążonych nakłada się materiał rozdzielający, przez który para wodna i tlen bardzo dobrze się rozpraszają. Natomiast azot ma tylko niższy współczynnik dyfuzji dla tego materiału. Jeżeli wewnątrz powietrze przepływa przez to włókno drążone, para wodna i tlen szybko rozprzestrzeniają się na zewnątrz przez ścianki włókna drążonego, podczas gdy azot jest w dużej mierze zatrzymywany wewnątrz włókna. Podczas przechodzenia przez włókno drążone dochodzi do silnego stężenia azotu.
Skuteczność tego procesu oddzielania zależy zasadniczo od następujących czynników:
Przy malejącej prędkości przepływu i/lub większej różnicy ciśnień między wewnętrzną i zewnętrzną membraną z włókna drążonego wzrasta czystość powstającego w ten sposób strumienia azotu. Docelowe stężenie tlenu w strumieniu azotu w strefach ochrony wynosi 5% obj. Ten rodzaj rozdzielania cząsteczek tlenu i azotu zapewnia w technice membranowej stały strumień objętości.
Podczas realizacji technicznej wiązki tych włókien drążonych łączy się w moduły membranowe o określonej wydajności azotowej przy zadanej czystości. Kilka z tych modułów można zainstalować w generatorze azotu, aby uzyskać różne wydajności azotu (m3/h). W generatorze jest zainstalowany analizator tlenu, który stale mierzy resztkową zawartość tlenu i przekazuje do centrum kontrolnego w celu kontroli czystości strumienia azotu do strefy ochronnej.
W procesie wytwarzania azotu za pomocą węgla aktywowanego wykorzystuje się różne prędkości wiązania tlenu atmosferycznego i azotu ze specjalnie obrabianym węglem aktywowanym.
W procesie tym zmienia się strukturę węgla aktywowanego w taki sposób, że tworzy się bardzo duża powierzchnia z dużą liczbą mikro- i submikroporów (Ø < 1 nm). Otrzymane w ten sposób pellety nazywa się sitem molekularnym węgla (CMS). Przy takiej wielkości porów molekuły tlenu w powietrzu rozprzestrzeniają się do porów znacznie szybciej niż molekuły azotu. W ten sposób zwiększa się zawartość azotu w powietrzu w otoczeniu pelletów.
Prędkość wiązania zależy od ciśnienia. Przy maksymalnym ciśnieniu pellet osiąga nasycenie po ok. 60 sekundach: Należy rozpocząć desorpcję (odsysanie tlenu). Odbywa się to przez obniżenie ciśnienia do ciśnienia otoczenia (technologia PSA) lub do ciśnienia ok. 100 mbar (abs.) w technologii VPSA za pomocą pompy próżniowej. W ten sposób związany tlen jest ponownie uwalniany z porów.
W celu technicznej realizacji tego procesu węgiel aktywowany jest wprowadzany do zbiorników ciśnieniowych, przez które powietrze atmosferyczne przepływa pod nadciśnieniem 7 bar (PSA) lub 1,2 bara (VPSA) podczas procesu adsorpcji (wiązanie tlenu). Opisany powyżej proces usuwa tlen ze strumienia powietrza, a powstały w ten sposób strumień azotu jest wprowadzany do strefy ochronnej. Następnie następuje proces desorpcji. W celu uzyskania ciągłego przepływu azotu dwa zbiorniki są naprzemiennie podłączane do źródła sprężonego powietrza, tak aby azot był wytwarzany w jednym zbiorniku, podczas gdy w drugim zbiorniku odbywa się czyszczenie materiału. Przełączanie między tymi dwoma pojemnikami odbywa się w przybliżeniu co 60 sekund.
Systemy VPSA i PSA stosuje się w obszarach ochrony o dużej objętości pomieszczeń, takich jak zautomatyzowane magazyny wysokiego składowania. Wytwarzają one duże ilości azotu i charakteryzują się najwyższą wydajnością podczas pracy ciągłej, przy czym instalacja VPSA stanowi zoptymalizowaną energetycznie nowszą wersję.
Możliwości stosowania systemów redukcji tlenu sięgają od pomieszczeń IT, sejfów i archiwów po duże magazyny, takie jak zautomatyzowane magazyny wysokiego składowania, a także jako ochrona przeciwpożarowa w magazynach substancji niebezpiecznych i mroźniach. Nie ma ograniczeń w stosowaniu układów redukcji tlenu w odniesieniu do objętości, która ma być chroniona. Instalacje redukcji tlenu można stosować szczególnie w obszarach, w których konwencjonalne rozwiązania gaśnicze, np. z powodu osłoniętych obszarów lub niskich temperatur, są problematyczne lub niewykonalne. Stosuje się je również do ochrony niedostępnych miejsc.
Uszkodzenia spowodowane stosowaniem konwencjonalnych środków gaśniczych są całkowicie wyeliminowane. Dlatego też niezbędne pomieszczenia robocze i wyposażenie firmy nadają się do ochrony przeciwpożarowej za pomocą systemów redukcji tlenu, ponieważ czasy przestoju w przypadku uszkodzenia są minimalne w porównaniu z konwencjonalną technologią gaśniczą. Obszary, w których wysokiej jakości towary, takie jak muzea, archiwa i biblioteki, które mogą ulec zniszczeniu przez wodę, pianę gaśniczą lub proszek gaśniczy, są skutecznie chronione przed zagrożeniem pożarowym przez systemy przeciwpożarowe.
Ochrona nie jest możliwa tylko w przypadku substancji, które palą się nawet wtedy, gdy stężenie tlenu jest ograniczone, oraz substancji, które nie wymagają tlenu w reakcji egzotermicznej.
Cele ochrony instalacji do redukcji zawartości tlenu obejmują:
Niezależnie od zasięgu strefy ochrony działanie instalacji redukcji tlenu ma na celu zapobieganie zapaleniu substancji i rozprzestrzenianiu się ognia. Zapobieganie pożarom opiera się na technologii, która mierzy zawartość tlenu w całym obszarze ochrony i redukuje ją przez kontrolowane dostarczanie azotu. Dzięki zintegrowanemu systemowi wczesnego wykrywania pożaru można szybko wykryć i ugasić pożar we wczesnej fazie rozwoju. W wyniku późniejszego przerwania dopływu energii procesowi zapłonu odbiera się niezbędną energię podpierającą, przez co pożar we wczesnej fazie rozwoju nie może się dalej rozwijać.
Wymagany poziom ochrony, który tworzy i podtrzymuje instalacja redukcji tlenu w celu zapewnienia ochrony przeciwpożarowej, opiera się na wartości granicznej zapłonu substancji znajdujących się w strefie ochrony.
Po pobraniu i określeniu substancji istniejących w strefie ochrony określa się ich wartości graniczne zapłonu. W przypadku materiałów lub wyrobów, dla których wartość ta nie jest znana, należy ją ustalić zgodnie z uznanymi procedurami badawczymi. Stężenie obliczeniowe instalacji określa substancja o najniższej wartości granicznej zapłonu. W przypadku ryzyka związanego z daną grupą obciążenie ogniowe odzwierciedlają znane składy materiałowe. Umożliwia to grupowanie takich obiektów i przypisanie im stałej wartości stężenia obliczeniowego.
Producent urządzeń WAGNER Group GmbH opracował i wdrożył specjalne koncepcje ochrony przydatne do wielu zastosowań. Po przeanalizowaniu ryzyka i określeniu celu ochrony zapewniają one dostosowane do potrzeb klienta rozwiązanie w zakresie ochrony przeciwpożarowej OxyReduct®. Firma WAGNER opracowała i zdefiniowała następujące podstawowe koncepcje ochrony:
Schemat regulacji, koncepcja i – trwałe obniżenie stężenia tlenu
Dzięki stałej redukcji tlenu w systemie zapobiegania pożarom OxyReduct® można zapobiec powstawaniu lub rozprzestrzenianiu się pożaru. W tym celu stężenie tlenu określa się na podstawie wartości granicznych zapłonu istniejących substancji, w kontrolowany sposób obniża do docelowego stężenia i przez długi czas utrzymuje się na tym poziomie silnie ogniochronną atmosferę.
Schemat regulacji, koncepcja II – redukcja tlenu z dwoma regulowanymi poziomami
Dzięki OxyReduct® poziom tlenu automatycznie dostosowuje się do określonych czasów. W ciągu dnia można swobodnie wchodzić do strefy ochrony o lekko obniżonej wartości O2 wynoszącej 17% obj. W porze nocnej lub weekendowej tlen ulega redukcji do drugiego poziomu wynoszącego 14,6% obj., aby zapewnić maksymalną ochronę przeciwpożarową w okresach brak nadzoru.
Schemat regulacji, koncepcja III – szybka redukcja
Dzięki systemowi zapobiegania pożarom OxyReduct® zawartość tlenu w sposób kontrolowany ulega redukcji do 17% obj., co znacznie obniża zdolności pożarowe. W połączeniu z systemem wczesnego wykrywania pożaru w przypadku alarmu uruchamia się szybka redukcja. Zawartość tlenu ulega redukcji do stężenia możliwego do ugaszenia za pomocą zbiorników azotu (rezerwuar azotu). Aby zapobiec ponownemu zapłonowi, taki poziom można utrzymywać niemal bez końca. Koncepcja ochrony idealnie nadaje się do zastosowań, do których straż pożarna ma utrudniony lub czasochłonny dostęp.
Schemat regulacji, koncepcja IV – podwójna szybka redukcja
W przypadku alarmu wstępnego w wyniku wykrycia pożaru zawartość tlenu w pomieszczeniu w krótkim czasie ulega redukcji do niższego poziomu (np. 15,8% obj.) przez rezerwuar azotu, a jednocześnie jest stale utrzymywana przez system zapobiegania pożarom OxyReduct®. W przypadku wykrycia dymu po zadziałaniu drugiego poziomu stężenie tlenu dalej ulega redukcji do stężenia gaśniczego (np. 13,8% obj.) i utrzymywany na tym poziomie.
Zalety szybkiej redukcji:
Układy redukcji tlenu w sposób kontrolowany redukują zawartość tlenu w strefie ochrony, wprowadzając do strefy ochrony azot wytwarzany na miejscu. Z reguły cały system składa się z następujących podzespołów:
• zespół wytwarzania sprężonego powietrza,
• zespół filtracji,
• zespół wytwarzania azotu,
• centrala sterowania,
• czujniki pomiarowe tlenu,
• wskazówki i sygnalizacje,
• sieć przewodów.
Zaprojektowane wymiary wszystkich podzespołów systemu są tak duże, że objętość azotu jest wystarczająca do równoczesnego zasilania instalacji z jednym poziomem lub wszystkich stref ochrony systemu wielostrefowego.
Podzespoły „zespół wytwarzania sprężonego powietrza” i „zespół filtracji” służą do optymalnego uzdatniania powietrza w celu przetwarzania w procesie wytwarzania azotu.
Sprężone powietrze jest generowane na przykład przez sprężarkę śrubową. W tym kroku roboczym zasysane powietrze jest doprowadzane do wymaganego nadciśnienia. Dodatkowo sprężone powietrze jest schładzane i obniżane do ciśnieniowego punktu rosy.
Wytworzone sprężone powietrze jest oczyszczane z pozostałości oleju i cząstek stałych w procesie filtracji. W tym celu stosuje się filtry cząstek stałych i adsorbery z węglem aktywowanym. Uzyskana w ten sposób wysoka jakość sprężonego powietrza zapewnia generatorom azotu wieloletnią żywotność.
Proces wytwarzania azotu ma optymalny wpływ na ciśnienie w przetwarzanym powietrzu. Na tym etapie pracy ilość wyprodukowanego azotu na każdą rozpoczętą kilowatogodzinę energii elektrycznej jest maksymalna.
Produkcja azotu może odbywać się w wyniku różnych procesów technicznych, w zależności od wymaganej ilości. Wszystkie procesy mają tę cechę wspólną, że wprowadzane sprężone powietrze rozdziela się na elementy składowe. Powstały w ten sposób strumień gazu wzbogaconego w azot jest doprowadzany przewodem rurowym do strefy ochrony i wprowadzany przez otwory wylotowe.
W instalacjach z kilkoma strefami częściowymi strumień azotu jest dostarczany przez zawory strefowe tylko do tych stref, w których został przekroczony próg włączenia stężenia tlenu. Odchylenia tej wartości pomiarowej są wykrywane i zgłaszane do centrum sterowania jako usterka. Pozostałe gazy są doprowadzane do atmosfery drugim przewodem rurowym w postaci powietrza wzbogaconego w tlen.
Zawartość tlenu jest stale mierzona w strefie ochrony. W instalacjach wielostrefowych pomiar tlenu przeprowadza się osobno dla każdej strefy częściowej. Sterownik systemowy odczytuje tę wartość i reguluje system w taki sposób, aby osiągnąć i utrzymać wartość zadaną. Opcjonalnie można również mierzyć zawartość tlenu w pomieszczeniu roboczym. Status i usterki systemu wyświetlają się pracownikom, a w razie potrzeby można przekazać komunikaty o usterkach.
Powietrze potrzebne do wytworzenia strumienia azotu jest sprężane do nadciśnienia optymalnego dla danego procesu. W tym celu stosuje się z reguły sprężarki śrubowe z napędem elektrycznym, smarowane olejem, które mogą pracować w sposób ciągły i generować ciągły, bezimpulsowy przepływ sprężonego powietrza.
Powietrze potrzebne do sprężania pobiera się bezpośrednio z pomieszczenia roboczego lub dostarcza z zewnątrz kanałami. Podzespoły filtra umieszczone przed sprężarką w sprzyjających warunkach otoczenia zapewniają długą żywotność poziomu sprężania. Istotne dla bezpieczeństwa wartości pomiarowe, takie jak
np. temperatura końcowa sprężarki, punkt rosy i załadunek filtra monitoruje agregat prądotwórczy. W przypadku przekroczenia wartości granicznych wyświetla się komunikat o błędzie i w razie potrzeby urządzenie przechodzi w stan bezpieczny.
Po opuszczeniu poziomu sprężania olej jest usuwany ze sprężonego powietrza (separator oleju). Olej jest chłodzony, filtrowany i zawracany do obiegu sprężarki.
Niemal pozbawione oleju sprężone powietrze jest schładzane do ciśnieniowego punktu rosy +3 C za pomocą osuszacza chłodniczego. W rezultacie duża część wilgoci zawartej we wcześniej ciepłym sprężonym powietrzu wytrąca się w postaci kondensatu. Kondensat ten zawiera dalsze części drobnych zanieczyszczeń olejowych. Powstały kondensat jest oczyszczany za pomocą separatora olejowo-wodnego w takim stopniu, że fazę wodną można odprowadzić do kanalizacji. Przed wyjściem z generatora sprężonego powietrza mikrofiltr oczyszcza sprężone powietrze z ostatnich zanieczyszczeń.
Jeżeli na miejscu jest już dostępne odpowiednie sprężone powietrze lub azot, można nim zasilić instalację redukcji tlenu. W odniesieniu do tych źródeł stosuje się określone wymogi jakościowe i ilościowe.
Instalacja redukcji tlenu zawiera podzespoły służące do wytwarzania odpowiednich ilości azotu, sterowania instalacją i rozpoznawania procesów pirolizy w celu technicznej realizacji reprezentowanych obszarów zastosowań i celów ochronnych.
Opcjonalnie instalację można wyposażyć w zbiornik azotu w celu szybkiego obniżenia poziomu tlenu.
Dzięki centralnej instalacji redukcji tlenu można wyposażyć, a tym samym chronić instalacje jedno- oraz wielostrefowe, czyli pomieszczenia i sprzęt oddzielone konstrukcyjnie. W przypadku instalacji wielostrefowych można zatem ustawić różne stężenia tlenu w poszczególnych strefach częściowych.
Instalacja redukcji tlenu składa się zasadniczo z następujących podzespołów:
Zespół zasilania sprężonym powietrzem
Strumień sprężonego powietrza jest stale wytwarzany na miejscu z powietrza otoczenia. Dzięki niezależnemu zasilaniu sprężonym powietrzem cała instalacja jest zawsze gotowa do pracy i bez ograniczeń dostarcza wymaganą ilość sprężonego powietrza.
Zespół filtracji
Sprężone powietrze musi spełniać określone kryteria jakości. Elementy filtrujące usuwają cząstki stałe i mgłę olejową ze strumienia sprężonego powietrza. Ponadto wykrywane są możliwe przebicia zanieczyszczeń w sprężarce i instalacja jest wyłączana, zanim substancje te spowodują uszkodzenie generatora azotu.
Zespół wytwarzania azotu
Składniki wchodzące w skład sprężonego powietrza są rozdzielane i odprowadzane w taki sposób, że powstaje strumień azotu. Ma on bardzo niskociśnieniowy punkt rosy i stałą zawartość tlenu resztkowego, która jest stale monitorowana. Jeżeli zmierzona wartość przekroczy ustawione wartości graniczne, do centrum sterowania zostanie wysłany komunikat.
Centrala sterowania
Jednostka centralna jest wyposażona w analogowe i cyfrowe wejścia i wyjścia w zależności od wielkości systemu. Zapisuje on wartości pomiarowe ze strefy ochrony i obszaru roboczego, a także dane o stanie podzespołów instalacji..
Podzespoły są sterowane zgodnie z programowaniem. Wyświetlane są informacje o stanie systemu, a w przypadku stanów niedopuszczalnych generowane są alarmy i ostrzeżenia. Ustawienia można zmieniać, a dodatkowe informacje można odczytać z panelu sterowania. Zasilacz akumulatorowy jest standardowo przystosowany do pracy przez cztery godziny, a czas ten można wydłużyć do 30 lub 72 godzin (zgodnie z DIN VDE 0833-2).
System pomiaru tlenu (czujnik O2)
Czujniki tlenu stale mierzą zawartość tlenu w powietrzu w strefie ochrony i pomieszczeniu roboczym. Zastosowanie co najmniej dwóch czujników w każdej strefie chronionej zapewnia autokontrolę czujników. Zmierzone wartości są przekazywane do centrum kontroli w celu ich przetworzenia. Jeżeli czujniki tlenu są wykorzystywane do kontrolowania czasu przetrzymywania w połączeniu z szybką redukcją, czujniki muszą być odporne na aerozole pożarowe w taki sposób, aby można to było sprawdzić. W ten sposób czas wstrzymania jest utrzymywany do momentu, aż zespół interwencyjny będzie mógł rozpocząć procedurę, co najmniej przez godzinę. Przewody sterujące do obsługi czujników tlenu muszą być zaprojektowane w sposób zapewniający integralność funkcjonalną.
Najwcześniejsze wykrywanie pożaru
Systemy wczesnego wykrywania pożarów wykorzystuje się do szybkiego wykrywania i zgłaszania pożarów w początkowej fazie. Ze względu na zmniejszoną skuteczność źródeł zapłonu w środowisku o obniżonej zawartości tlenu wytwarzana energia pożarowa i ilość produktów pirolizy są bardzo niskie. Tradycyjny system alarmu przeciwpożarowego nie nadaje się zatem do wykrywania w strefie ochrony aktywnego źródła zapłonu. Czułość wykorzystywanych czujników musi być zgodna z klasą A normy EN 54, część 20. Zasysające systemy wykrywania dymu szczególnie nadają się do tego zastosowania. Zaleca się, aby były one połączone ze stale obsadzoną jednostką, która może podjąć natychmiastowe działania. Alternatywnie można stosować centralę sygnalizacji pożaru. Operator systemu redukcji tlenu informuje zewnętrzne lub wewnętrzne siły gaśnicze o tym, że w przypadku uruchomienia systemu wykrywania dymu wlotowego należy zrezygnować z wentylacji strefy ochrony, o ile służby ratownicze mają zapewnioną wystarczającą widoczność. Atmosfera ochronna zapobiega powstawaniu płomieni i utrzymuje pożar w początkowej fazie w stadium tlącego się ognia. Wentylacja dostarczałaby tlen do strefy ochrony, co niepotrzebnie sprzyjałoby rozwojowi pożarów.
System przewodów rurowych
Strumień azotu uzyskany w generatorze azotu jest doprowadzany przewodem rurowym do strefy ochrony, a powietrze wzbogacone tlenem jest bezpiecznie odprowadzane na zewnątrz. Azot jest wprowadzany do strefy ochrony za pomocą oddzielnej sieci przewodów rurowych.
Sieć przewodów elektrycznych
Sieć elektryczna jest projektowana i instalowana zgodnie z obowiązującymi przepisami technicznymi.
W systemie z „szybką redukcją” instalacja redukcji tlenu jest dodatkowo wyposażona w zbiornik azotu. Służy do obniżenia poziomu tlenu w strefie ochrony w ciągu kilku sekund w przypadku pożaru w celu jego ugaszenia. System składa się zatem z dwóch części instalacji: Sekcja 1 instalacji odpowiada zatwierdzonej przez VdS instalacji redukcji tlenu i musi być zaprojektowana zgodnie z VdS 3527, a druga sekcja instalacji składa się z instalacji gaśniczej zgodnie z VdS 2380. Sekcja 2 może wykazywać odchylenia w czasie przepływu i docelowym stężeniu, które mają być zweryfikowane w testach z VdS.
Sekcja 1 musi być kontrolowana z górną granicą wynoszącą 17,2% obj. Jeżeli wymagane są wyższe granice regulacji, sekcję 2 trzeba zaprojektować jako konwencjonalny system gaśniczy zgodnie z VdS 2380; nie wolno stosować wyżej wymienionych odchyleń. W przypadku wyższej granicy regulacji wynoszącej < 17,2% obj. odpowiednio zmniejszyć można również stężenie początkowe. Wartość O2 musi być zapewniona przez sekcję 1 za pomocą odpowiednich środków zgodnie z normą VdS 3527 (wartości alarmowe, koncepcja bezpieczeństwa itp.). Ze względu na niższe początkowe stężenie tlenu ilość gazu gaśniczego magazynowana dla sekcji 2 instalacji również może być odpowiednio niższa.
Budowa i podzespoły instalacji
Podzespoły azotowych instalacji gaśniczych 200 bar/300 bar służą do magazynowania azotu, rozprowadzania środka gaśniczego oraz wprowadzania środka gaśniczego do stref ochrony. Stosowane są wyłącznie wszystkie warianty systemu bez pneumatycznego/mechanicznego urządzenia opóźniającego.
W systemach zgodnych z VdS sekcja 2 jest zawsze uruchamiana alarmem pracowników, analogicznie do VdS 2380, z opóźnionym czasowo wyzwoleniem procesu gaśniczego. Jest to konieczne ze względu na ochronę dóbr materialnych. Aby zapewnić redundancję alarmu, alarm ewakuacyjny w obszarze wyzwalania alarmu jest wyzwalany przez przełączenie stężenia roboczego na centralę alarmową.
Instalację redukcji tlenu z szybką redukcją można zaprojektować jako układ jedno- lub wielostrefowy. W systemach wielostrefowych ilość azotu używanego do szybkiej redukcji jest kierowana przez zawory strefowe do strefy ochrony dotkniętej pożarem. Jeżeli obszary ochrony różnej wielkości są chronione za pomocą instalacji redukcji tlenu, dopływ azotu jest sterowany grupowo za pomocą komponentów zatwierdzonych przez VdS, dzięki czemu do stref ochrony wprowadza się tylko wymaganą dawkę nawozu.
Sieć rurek wprowadzających
Sieć rurek do wprowadzenia gazu gaśniczego do szybkiej redukcji musi być zaplanowana i zbudowana zgodnie z VdS 2380.
Technologia sygnalizacji pożarowej do sterowania szybką redukcją
W przypadku pożaru sekcja 2 musi być wyzwalana przez system sygnalizacji pożarowej zgodnie z normą VdS 2095. Szybką redukcję wyzwalają zatwierdzone przez VdS centrale sygnalizacji pożaru do sterowania systemami gaśniczymi lub elektryczne urządzenia sterujące.
Użytkownik musi zlecić kontrolę instalacji redukcji tlenu producentowi lub przeszkolonym osobom zgodnie z instrukcjami producenta – należy to wykonać niezwłocznie w przypadku wystąpienia zdarzeń nadzwyczajnych, które mogłyby mieć szkodliwy wpływ na bezpieczeństwo. W przypadku wystąpienia niebezpieczeństwa dla osób na skutek wykrytych usterek należy wyłączyć z eksploatacji uszkodzoną instalację.
W przypadku wykrycia wad operator musi zadbać o to, aby wykryte wady zostały naprawione.
Kontrola przy odbiorze
Operator poddaje instalację redukcji tlenu kontroli przy odbiorze przeprowadzanej przez producenta lub właściwą osobę po wykonaniu montażu lub wprowadzeniu istotnych modyfikacji. Powyższą kontrolę trzeba przeprowadzić przed oddaniem do eksploatacji.
Regularne kontrole
Co najmniej raz w roku operator musi zlecić producentowi lub kompetentnej osobie przeprowadzenie kontroli prawidłowości działania instalacji. Szczególne warunki eksploatacji mogą wymagać częstszych kontroli.
Potwierdzenie przeprowadzenia kontroli
Wyniki kontroli zapisuje się w sprawozdaniu z kontroli. Zapisy dotyczące kontroli przy odbiorze powinny trzeba przechowywać przez cały okres eksploatacji systemu zapobiegania pożarom. Dokumentację regularnie przeprowadzanych kontroli przechowuje się przez co najmniej cztery lata. Dozwolone jest przechowywanie na nośnikach danych EDP. Dokumenty te przedkłada się właściwym organom nadzoru na ich wniosek.
Przebywanie w atmosferze o obniżonej zawartości tlenu jest porównywalne z pobytem na wysokości. Fizjologicznie decydującą wartością jest ciśnienie cząsteczkowe tlenu (p02). Z punktu widzenia medycyny pracy wysokość rzeczywistą (= niedotlenienie hipobaryczne) i redukcję tlenu (= niedotlenienie izobaryczne) można uznać za identyczne (tylko powyżej ̴6300 m lub ̴9% 02, ze względu na niską lepkość powietrza, istotne różnice występują na dużej wysokości z powodu zmian w sposobie oddychania).
Objawy ostrej choroby wysokościowej (bóle głowy, zmęczenie, nudności, utrata apetytu, zawroty głowy) mogą jednak wystąpić również w przypadku powietrza oddechowego z niedoborem tlenu, w zależności od wybranego stężenia tlenu i długości pobytu, ale dopiero po co najmniej 5–6 godzinach nieprzerwanego pobytu w c < 14% stężenia tlenu (w odniesieniu do poziomu morza (poziom morza)).
Tylko przy znacznie zmniejszonej zawartości tlenu w powietrzu oddechowym (c < 11% obj.) można oczekiwać zwiększonej częstotliwości występowania błędów w zadaniach wizualnych i logicznym myśleniu, jak również wydłużonego czasu reakcji i ograniczonej zdolności koordynacji podczas dłuższego pobytu. W przypadku prac wymagających dużego wysiłku fizycznego podczas planowania należy uwzględnić spadek mocy o -10% na 2% O2, począwszy od 17,4% obj.
Zmniejszenie zawartości tlenu w powietrzu oddechowym i wynikające z tego obniżenie ciśnienia cząsteczkowego tlenu może stanowić zagrożenie dla pracowników cierpiących na zaawansowane choroby układu krążenia, choroby układu oddechowego, płuc lub choroby krwi. Zakres zagrożenia określa się na podstawie stopnia ciężkości choroby i stężenia tlenu. Zasadniczo osoby, które nie mają trudności z oddychaniem przy normalnym stężeniu tlenu nawet przy średnim obciążeniu (np. wchodząc po schodach), nie są narażone na zwiększone ryzyko do 14,8% obj.
W skrajnej hipoksji (< 13% obj.) wszystkie działania w zakresie ochrony zdrowia trzeba określić na podstawie indywidualnej analizy miejsca pracy. Ze względów technicznych stężenie tlenu można ustabilizować na poziomie ± 0,2% obj. Ten zakres wahań jest nieistotny pod względem fizjologicznym i w związku z tym może być zaakceptowany z punktu widzenia ochrony osobistej.
Klasy ryzyka
W wyniku wdrażania technologii i dystrybucji systemów zapobiegania pożarom z systemem redukcji stężenia tlenu przez wtrącenie azotu Niemieckie Ustawowe Ubezpieczenie od Następstw Nieszczęśliwych Wypadków DGUV opublikowało wytyczną BGI/GUV-I 5162 „Praca w atmosferze o obniżonej zawartości tlenu”, która została opracowana na podstawie wyników specjalnie zleconych badań, doświadczeń z praktyki zawodowej i innych międzynarodowych wyników badań. Badania przeprowadzone przez Uniwersytet Monachijski wykazały, że przebywanie w środowisku o obniżonej zawartości tlenu jest możliwy bez zagrożeń dla zdrowia, ale oceniane w różnych klasyfikacjach, w zależności od stopnia redukcji tlenu.
W zależności od tego zagrożenia strefy o obniżonej zawartości tlenu można podzielić na cztery klasy ryzyka:
Podczas pracy w pomieszczeniach o zmniejszonej zawartości tlenu należy zapewnić określone warunki ramowe.
W celu wejścia do pomieszczeń z obniżoną zawartością tlenu zaleca się stosowanie następujących środków:
Klasa ryzyka 1 (stężenie O2 c ≥ 17% obj.)
Klasa ryzyka 2 (stężenie O2 c < 17 ~ 14,8% obj.)
Należy zauważyć, że:
Jeżeli podczas pracy w atmosferze o obniżonym stężeniu tlenu pracownicy doświadczają dolegliwości, należy natychmiast opuścić miejsce pracy w atmosferze o obniżonym stężeniu tlenu. Jeżeli w ciągu mniej niż 30 minut całkowicie powróci dobre samopoczucie, można ponownie wejść do strefy. W przeciwnym razie lub w przypadku powtarzających się dolegliwości w miejscach o obniżonej zawartości tlenu przed kolejnymi czynnościami zależy zlecić przeprowadzenie badań przez lekarza medycyny pracy.
Klasa ryzyka 3 (stężenie O2 c < 14,8 ~ 13,0% obj.)
- do 40 roku życia co najmniej raz na trzy lata
- po 40 roku życia raz w roku do końca życia
(źródło: UIAA)
W świetle toczącej się debaty w różnych krajach (Austria, Wielka Brytania, Francja, Niemcy) należy podkreślić, że (łagodna) hipoksja na ogół nie stanowi zagrożenia. Należy uwzględnić i zróżnicować pięć ważnych czynników w odniesieniu do profilu ryzyka narażenia na hipoksję:
Ekstremalnie krótkotrwałe narażenie
Ekstremalnie krótkotrwałe narażenie ma zazwyczaj miejsce na wysokości od 1800 m do 2500 m i trwa od kilku minut do kilku godzin.
W przypadku hipoksji izobarycznej o zawartości tlenu 17–14,8% (± 0,2) w pomieszczeniach z ochroną przeciwpożarową, wyposażonych w systemy hipoksji pracownicy są narażeni na warunki równoważnej wysokości 1700–2600 m (zgodnie ze standardową atmosferą ICAO, patrz rys. 2). Wysokość znajduje się w zakresie tak zwanej „wysokości progowej”, tj. wysokości, przy której ciało wykazuje wstępną reakcję na hipoksję. W zależności od systemu wysokość progowa waha się od 1500 m (niewielki wzrost pulsu spoczynkowego) do 2400 m (wzrost stężenia erytropoetyny w surowicy).
W związku z tym wysokości powyżej progu nie stanowią zagrożenia hipoksją dla osób zdrowych. Nie stanowi to również zagrożenia dla osób cierpiących na przewlekłe choroby o umiarkowanej ciężkości. Ewentualne zagrożenie dla osób ciężko chorych zostanie opisane w dalszej części.
W szczególnych warunkach ramowych pracownicy są narażeni w pomieszczeniach przeciwpożarowych na wysokości od 2700 m do 3800 m. Narażenie to jest ograniczone do maksymalnie kilku godzin, często do mniej niż 60 minut. Typowe dla takiego narażenia jest to, że pracownicy mogą opuścić obszary niedotlenienia w dowolnym momencie, jeżeli źle się czują.
Niektóre z powszechnych działań narażają ludzi na jeszcze większe wysokości, np. jazda na nartach na wysokości 3800 m (Europa) lub ponad 4000 m (USA), lub ruch drogowy na wysokości prawie 3000 m (Europa), ponad 4000 m (USA i Tybet) i ponad 5000 m (Ameryka Południowa). Tutaj głównym problemem może być zmiana ciśnienia, szczególnie u dzieci lub osób cierpiących na infekcje górnych dróg oddechowych.
Najdłuższe narażenie tego rodzaju („ekstremalnie krótkotrwałe narażenie”) to loty długodystansowe, z których niektóre można również określić jako „narażenie ograniczone” (patrz poniżej). Dostępne dane wskazują, że niektóre linie lotnicze obsługują większe wysokości przekraczające wartość graniczną ICAO wynoszącą 2400 m, szczególnie w przypadku nowoczesnych samolotów. Zasadniczo czas narażenia trwa tylko kilka godzin. Do 3000 m (lub więcej) nie ma ryzyka zachorowania na chorobę wysokościową w tym przedziale czasowym. Głównym problemem dla tej grupy może być gwałtowna zmiana ciśnienia, zwłaszcza w przypadku przeziębienia. Zasadniczo każdy – nawet kobiety w ciąży i dzieci – czuje się dobrze na tych wysokościach. Wyjątek stanowią osoby cierpiące już na poważne choroby (patrz poniżej).
W tej grupie z „ekstremalnie krótkotrwałym narażeniem” znajduje się mała podgrupa o specjalnych warunkach: Osoby szkolące innych, zwłaszcza alpinistów aklimatyzujących się w ekstremalnych wyprawach wysokogórskich, lub pracownicy wykonujący taką wstępną aklimatyzację w celu podjęcia pracy na dużych wysokościach. Ta wstępna aklimatyzacja jest coraz częściej przeprowadzana w obiektach z niedotlenieniem izobarycznym. Uczestnicy są narażeni na działanie czynników atmosferycznych na wysokości 5300 m lub większej. W większości przypadków narażenie jest ograniczone czasowo od kilku minut do pół godziny. Szczególną zaletą hipoksji izobarycznej jest to, że osoby te mogą łatwo i w każdej chwili powrócić do normalnej atmosfery, jeżeli źle się poczują.
Osoby z niektórymi istniejącymi już wcześniej schorzeniami mogą odczuwać poważne problemy na tym poziomie, podczas gdy osoby zdrowe zazwyczaj dobrze tolerują to narażenie: Czas narażenia jest zbyt krótki, aby wywołać ostrą chorobę wysokościową, i również zbyt krótki, aby wywołać poważne problemy neurologiczne. W medycynie lotniczej okres ten nazywany jest „czasem przydatnej świadomości”.
Wraz ze wzrostem wysokości maksymalne obciążenie pracą zmniejsza się o 10–15% na 1000 m n.p.m. (zaczynając od 1500 m n.p.m.), przy czym najlepiej wyszkolone osoby proporcjonalnie wykazują największą utratę wydajności.
Zazwyczaj efekt nie jest ograniczeniem, ponieważ praca wykonywana na wysokości zwykle stanowi ograniczone obciążenie (szacowane na 0,5–1,0 W/kg masy ciała). W przypadku bardzo wyczerpującej pracy na wysokości powyżej 3000 m dyfuzja O2 jest coraz bardziej czynnikiem ograniczającym i osoby, które wykonują intensywną pracę nie mogą ustabilizować SaO2 na jednym poziomie, który byłby oczekiwany dla odpowiedniej wysokości w spoczynku. Z tego powodu SaO2 obniża się.
Tego rodzaju prace powinny być wykonywane wyłącznie przez osoby zdrowe, a nawet w przypadku osób zdrowych przy planowaniu wymaganych działań i zasobów należy uwzględnić ograniczoną (niższą) odporność.