Pěnová stabilní hasicí zařízení

obr. 1 Schéma pěnového SHZ
1 – nádrž na vodu, 2 – nádrž na pěnidlo s vnitřním vakem, 3 – čerpací zařízení, 4 – přiměšovač, 5 – sběrné potrubí s ventilovými stanicemi, 6 – soustava s pěnovými sprejovými hubicemi, 7 – soustava s pěnotvornými soupravami na povrchovou dodávku pěny, 8 – soustava s pěnovými sprinklery, 9 – soustava s lafetovými proudnicemi na pěnu, 10 – soustava s generátory na lehkou pěnu

Hlavní hasicí účinek u pěn s nízkým a středním číslem napěnění je izolační. Spočívá v omezení přístupu kyslíku k povrchu hořlavé kapaliny. Je doprovázen i ochlazovacím účinkem, který s číslem napěnění, stejně jako odolnost pěny proti teplu, klesá. Princip hašení lehkou pěnou je založen na dusivém účinku spočívajícím ve vytlačování kyslíku z chráněného prostoru.

obr. 2 Princip hašení hořlavých kapalin nemísitelných a mísitelných s vodou

obr. 3 Princip vytváření mechanické pěny

obr. 4 Princip přisávání vzduchu u aspiračního a neaspiračního typu hubice/hlavice (vlevo) a generátoru na lehkou pěnu s nuceným napěňováním pěnotvorného roztoku ventilátorem (vpravo)

Provedení

Podle druhu výstřikových koncovek a zařízení jsou pěnová SHZ v provedení, které je patrné z tab. 1

Podle druhu pěny jsou pěnová SHZ v provedení na:

• těžkou pěnu s číslem napěnění do 20;
• střední pěnu s číslem napěnění 21 až 200;
• lehkou pěnu s číslem napěnění více než 200.

Podle způsobu přípravy pěnotvorného roztoku jsou pěnová zařízení v provedení:

• bez přiměšovače – s nádrží s předmíchaným roztokem na stanovenou koncentraci;
• s přiměšovačem, který je součástí zařízení pro zásobování pěnotvorným roztokem;
• bez zařízení pro zásobování vodou a pěnotvorným roztokem – polostabilní pěnová hasicí zařízení.

Podle účelu jsou pěnová zařízení určená k:

• uhašení požáru;
• uvedení požáru pod kontrolu;
• omezení úniku hořlavých par.

Podle tlaku pěnotvorného roztoku před výstřikovou koncovkou jsou pěnová SHZ v provedení:

• nízkotlaká s max. tlakem 12 bar;
• středotlaká s tlakem vyšším než 12 bar – např. systém CAF.

Z čísla napěnění si lze jednoduše učinit představu, kolik pěny se vytvoří z jednoho litru pěnotvorného roztoku vody a pěnidla. U těžké pěny s číslem napěnění 10 je to 10 l pěny. V případě agregátu na lehkou pěnu s číslem napěnění 1000 je to 1 m³ pěny.

Pro přípravu pěnotvorného roztoku z pěnidla a vody, v požadované koncentraci 1 %, 3 % nebo 6 %, pokud není předem připravený, slouží zařízení pro zásobování pěnotvorným roztokem. To sestává z nádrže na pěnidlo, tlakového zdroje pro dopravu pěnidla (pokud se nepřisává ejektorovým účinkem), přiměšovače, potrubního rozvodu s testovací a proplachovací přípojkou a regulačních a uzavíracích armatur.

K nejčastěji používaným zařízením pro zásobování pěnotvorným roztokem patří:

• systém in-line;
• decentralizovaný systém in-line s vyrovnáváním tlaku;
• centralizovaný přiměšovací systém s vyrovnáváním tlaku s čerpadlem na pěnidlo;
• centralizovaný přiměšovací systém s vyrovnáváním tlaku s tlakovou nádrží na pěnidlo s vnitřním vakem;
• nádrž s předem připraveným (předmíchaným) pěnotvorným roztokem.

Systém in-line. Přiměšovač ejektorového typu je v tomto případě vložený do potrubí pěnové soustavy. Pracuje na principu přisávání pěnidla do podtlakové komory Venturiho trubice. Může se použít jenom u pěnových soustav s definovaným a hydraulickým výpočtem stanoveným, fixním průtokem a tlakem. Nevýhodou je i tlaková ztráta až 35 %.

Decentralizovaný systém in-line s vyrovnáváním tlaku. Je určený pro zásobování pěnotvorným roztokem několika různých nebezpečí s tím, že každá pěnová soustava navržená pro konkrétní nebezpečí má svůj přiměšovač in-line s vyrovnáváním tlaku. Zařízení pro dopravu pěnotvorného roztoku, v tomto případě čerpadlo na pěnidlo, je společné pro celé pěnové SHZ. Jako příklad lze uvést tankoviště s několika nádržemi kde každá skladovací nádrž má svoje aplikační zařízení zásobované přes vlastní pěnovou soustavu opatřenou individuálním in-line přiměšovačem. Toto řešení je schopné zajistit stálou koncentraci pěnotvorného při změnách průtoku vody. Výhodou je možnost umístit jednotlivé in-line přiměšovače do blízkosti řídících ventilů, přičemž nádrž na pěnidlo a tlakový zdroj jsou na vzdáleném místě.

Centralizovaný přiměšovací systém s vyrovnáváním tlaku s čerpadlem na pěnidlo. Tlakovým zdrojem pro dopravu pěnidla do přiměšovače je čerpadlo na pěnidlo. Přiměšovač je pro pěnové SHZ jeden, bez ohledu na počet chráněných nebezpečí. Jelikož musí zajistit konstantní přiměšování v širokém rozsahu průtoků, pracuje na principu vyrovnávání tlaků Součástí tlakového zdroje je přepouštěcí potrubí s regulátorem tlaku pěnidla. Nevýhodou tohoto provedení jsou zvýšené požadavky na údržbu a vysoká cena čerpadla, které musí být z důvodu korozivních účinků pěnidla vyrobené z materiálů odolných korozí. Popsané zařízení je vhodné pro pěnová SHZ s více pěnovými soustavami a pro pěno-vodní sprinklerová SHZ.

obr. 5 Hadicový naviják na tlakovou pěnu

obr. 6 Přiměšovací zařízení s nádrží na pěnidlo s vnitřním vakem a přiměšovačem in-line

Centralizovaný přiměšovací systém s vyrovnáváním tlaku a tlakovou nádrží na pěnidlo s vnitřním vakem. U tohoto řešení odpadá čerpadlo na pěnidlo. Pěnidlo je v tlakové nádrži opatřené vnitřním vakem. Z nádrže se vytlačuje do přiměšovače, společného pro všechny soustavy (nebezpečí) působením vody na vnější stěnu vaku. Popsaný systém je v porovnání se systémem s čerpadlem na pěnidlo jednodušší, a navíc nezávislý na elektrickém proudu. To zvyšuje jeho spolehlivost a snižuje nároky na údržbu. Přiměšovač nevyžaduje složitou regulaci dodávky pěnidla, jelikož do něj přichází voda a pěnidlo o stejném tlaku. Tento přiměšovací systém nachází široké uplatnění v realizační praxi i u nejrozsáhlejších pěnových SHZ s jedním i více chráněnými nebezpečími.

obr. 7 Schéma povrchové a podpovrchové dodávky pěny do skladovací nádrže

obr. 8 Schéma pěnové soustavy s pěnovými sprinklery

K nejjednodušším zařízením zásobování pěnotvorným roztokem patří systém s nádrží na předmíchaný roztok, u kterého odpadá přiměšovač. Nevýhodou je omezená zásoba pěnotvorného roztoku a nezanedbatelná cena nádrže, která musí být vyrobena z nerezové oceli. Předmíchaný roztok je obvykle využíván i u pěnových SHZ typu CAF. Připravený pěnotvorný roztok se v tomto případě vytlačuje z tlakové nádrže dusíkem nebo vzduchem do směšovací komory. Objem nádrže je 100 l až 5 000 l a tlak na hubici 5 bar až 16 bar. Místo tlakových lahví s dusíkem s tlakem 300 bar je možné použít kompresor. Výhodou stlačené pěny je možnost její dopravy až do výšky 400 m.

Ve velkých petrochemických a chemických závodech, kde je podniková jednotka PO vybavená velkými pěnovými hasicími automobily a doba dojezdu k předpokládanému místu zásahu není od ohlášení požáru delší než 8 min, je vhodné instalovat pěnové hasicí zařízení v polostabilním provedení. U tohoto řešení odpadá nákladné zásobování vodou a pěnotvorným roztokem, což instalaci zlevňuje. Připojení mobilní techniky k pevně instalovanému potrubí se provádí na stanovišti opatřeném ochrannou stěnou. Kromě uzavírací armatury musí být potrubí pro rozvod pěnotvorného roztoku opatřené vypouštěcí odvodňovací armaturou a zpětnou klapkou, aby se zabránilo zpětnému výtoku pěnotvorného roztoku s možným znečištěním zeminy a spodních vod. K zásobování vodou se využívá rozvod požární vody. Dopravu pěnidla zajišťují cisternové návěsy na pěnidlo nebo pěnové hasicí automobily, které mohou mít objem nádrže na pěnidlo až 11 000 l.

obr. 9 Hubice pro aplikaci těžké pěny – sprejová bez napěňovacího síta (vlevo), se sítem (uprostřed) a pěnový sprinkler (vpravo)

Hlavní komponenty

K typickým komponentům pěnových SHZ patří zejména:

• výstřikové koncovky a zařízení na lehkou pěnu;
• řídící zaplavovací ventily;
• přiměšovače;
• čerpadla na pěnidlo;
• nádrže.

Další komponenty jako čerpadla na vodu, potrubí, tlakové spínače jsou shodné s komponenty používanými u sprinklerových a sprejových zařízení.

Nejčastěji používané výstřikové koncovky a zařízení určená pro aplikaci pěny jsou uvedené v tab. 1.

Při ochraně nejrůznějších technologií pro zpracování, skladování a dopravu hořlavých kapalin a plastů se pěna obvykle aplikuje standardními sprinklery nebo sprejovými hubicemi. U sprejových hubic nebo sprinklerů lze zvýšit napěnění napěňovacím sítem. To pak umožňuje použít i jiná pěnidla než filmotvorná. Nevýhodou je, že dojde k ovlivnění plochy, kterou takto upravené výstřikové koncovky pokrývají. Tuto nevýhodu nemají tzv. pěnové sprinklery, jelikož nejsou opatřené napěňovacím sítem. Patří mezi aspirační komponenty se schopností přisávat vzduch do proudu pěnotvorného roztoku. Pěnové sprinklery jsou proto vhodné pro aplikaci pěny vytvořené z proteinových pěnidel. Ačkoliv se pro ně používá tradičně označení „sprinklery“, nejsou tyto komponenty opatřené tepelnou pojistkou.

Při ochraně skladovacích nádrží s hořlavými kapalinami jsou následující možnosti aplikace těžké pěny:

• dodávka na povrch hořlavé kapaliny pěnotvornými soupravami (surface application);
• podpovrchová dodávka pěny ode dna nádrže (subsurface application);
• podpovrchová dodávka pěny hadicovými jednotkami (semisubsurface application).

Pro povrchovou dodávku pěny na hladinu hořlavé kapaliny ve skladovací nádrži se používají pěnotvorné soupravy na těžkou pěnu. Sestávají z pěnové komory s těsnící skleněnou membránou a usměrňovače (křivítka) proudu. Ten vytékající proud těžké pěny usměrňuje na stěnu nádrže, aby se předešlo rozvíření hladiny a znovu vzplanutí. Před pěnotvornou soupravou se nachází směšovač. Jeho účelem je vytvořit mechanickým způsobem těžkou pěnu z pěnotvorného roztoku a přisávaného vzduchu.

Při podpovrchové dodávce pěny zařízením s vysokým protitlakem se pěna přivádí k okraji nádrže u jejího dna a vystoupá hořlavou kapalinou až na povrch, kde se rovnoměrně roztéká po hladině. Výhodou jsou nižší náklady, jelikož odpadá část potrubí umístěného na plášti nádrže. Tím je eliminováno i možné poškození tohoto potrubí při výbuchu. Podpovrchová dodávka pěny se nepřipouští pro některé hořlavé látky jako je alkohol, keton, ester nebo uhlovodíková paliva s bodem vzplanutí nižším než 25 °C a bodem varu vyšším než 40 °C.

Při podpovrchové dodávce pěny hadicovou jednotkou se pěna přivádí do nádrže ode dna ohebnou hadicí. Ta je uložená v pouzdře na dně nádrže označovaném jako hadicová jednotka. Po zahájení dodávky pěny se pouzdro otevře, hadice se rozvine a vyplave pod povrch hladiny hořlavé kapaliny. Krouživým pohybem zajistí rovnoměrné roztékání pěny po hladině.

obr. 10 Kombinovaný hydrantový systém na hašení vodou, těžkou a střední pěnou (vlevo) a lafetová proudnice na vodu a pěnu (vpravo)

obr. 11 Proudnice na střední pěnu (vlevo) a vysunovací pěnová sprejová hubice (vpravo)

obr. 12 Generátor na lehkou pěnu

K dodávce střední pěny se používají proudnice na střední pěnu opatřené uvnitř napěňovacím sítem. Tvar proudnice je jednou z možností, jak zvýšit její aspirační účinek a tím i číslo napěnění. Střední pěna se nejčastěji používá k ochraně jímek skladovacích nádrží. V tomto případě se proudnice na střední pěnu umisťují na horní okraj valu, který ohraničuje jímku, aby pěna plynule stékala na povrch hořlavé kapaliny.

K vytvoření lehké pěny se do čísla napěnění cca 800 používají proudnice bez nucené dodávky vzduchu. Pro vyšší čísla napěnění je nutné použít generátory na lehkou pěnu. Ty jsou opatřené ventilátorem s elektrickým nebo vodním motorem a napěňovacím sítem o velké ploše. Pro představu generátor firmy ANSUL typu JET-X 27 má průtok pěny 816 m³/min při čísle napěnění 781.

V roce 1992 byly schválené pro pozemní aplikace generátory na lehkou pěnu vytvářenou ze spalin nasávaných z chráněného prostoru. Označují se jako „Hot Foam“ neboli generátory na teplou pěnu. Jejich výrobci uvádí, že lze tímto způsobem zvýšit hasicí schopnost lehké pěny. Na straně druhé, na základě negativních zkušeností, se upozorňuje, že lze v této aplikaci použít jenom odzkoušené a pro tento účel schválené generátory.

obr. 13 Pěnotvorná souprava na povrchovou dodávku pěny

Přiměšovače

Provedení přiměšovače ejektorového typu opatřeného Venturiho trubicí je patrné z obrázku 14. Jeho součástí je komora, kde vzniká podtlak. Toho se využívá k přisávání pěnidla. Na vstupu do této komory je umístěný kalibrovaný otvor (clona) jehož velikost ovlivňuje stupeň přiměšování. Zabudovává se obvykle za řídící armaturou v potrubí soustavy, kterým se do přiměšovače přivádí voda. Odtud název „in-line“. Je jednoduchý, bez větších nároků na údržbu. Nevýhodou je vysoka tlaková ztráta a neschopnost samočinné regulace přiměšování.

Pro pěnová SHZ, u nichž nelze na přiměšovači definovat průtok a tlak, tj. případy, kde je chráněno několik nebezpečí, u nichž nelze předem stanovit, kolik z nich bude ohroženo požárem, je nutné použít přiměšovač se samočinnou regulací stupně přiměšování. Firma SKUM je nabízí pod označením TP/TP pro systém s nádrží s vnitřním vakem a pod označení PP/PP pro systém s čerpadlem na pěnidlo. Typ TP MK2 má ve variantě DN 250 regulační rozsah 5 100 l/min až 34 100 l/min. Typ PP MK2 se vyrábí v šesti velikostech. Nejmenší DN 50/2“ má automatickou regulací v rozsahu průtoků 125 l/min až 800 l/min a největší DN 250/10“ v rozsahu průtoků 5 100 l/min až 34 100 l/min.

Součástí těchto přiměšovačů nejsou Venturiho trubice. Podmínkou jejich instalace je tlakový zdroj, který zajistí min. o 1 bar vyšší tlak pěnidla, než je tlak vody. Jde prakticky o dávkovače, které v závislosti na tlaku mění velikost otvoru pro přívod pěnidla do proudu vody o stejném nebo nižším tlaku.

Provedení přiměšovače FireDos je patrné z obrázku 15. Jde o přiměšovač, jehož součástí je pístové dávkovací čerpadlo poháněné vodním motorem (turbínou) umístěným v hlavním potrubí pro dopravu vody. Přiměšovač FireDos se vyrábí ve dvanácti velikostech. Od nejmenší, s automatickou regulací v rozsahu průtoků 10 l/min až 130 l/min, po největší, s regulací přiměšování v rozsahu průtoků 800 l/min až 20 000 l/min. Může se instalovat v jednotlivých pěnových soustavách nebo jako centrální přiměšovač.

obr. 14 Princip funkce ejektorového přiměšovače (vlevo) a přiměšovač typu PPW TYCO s regulací přiměšovaného množství pěnidla (vpravo)

Čerpadla na pěnidlo

U zařízení pro zásobování pěnotvorným roztokem s čerpadlem na pěnidlo se používají obvykle čerpadla odstředivá. Na výtlačné straně se opatřují regulátorem tlaku. Čerpadla, jako všechna další zařízení pro zásobování pěnotvorným roztokem, která přicházejí do kontaktu s pěnidlem nebo pěnotvorným roztokem, musí být z materiálu odolného proti korozi. Nejčastěji z bronzu nebo nerezové oceli, případně litiny. K zajištění požadované spolehlivosti musí mít elektromotor čerpadla na pěnidlo zásobování elektrickým proudem ze dvou nezávislých zdrojů. V opačném případě by se stalo čerpadlo kritickým místem z hlediska požadavku na trvalou provozuschopnost celého pěnového SHZ. Čerpadlo, stejně jako celý potrubní systém pro dopravu pěnotvorného roztoku, se po odstavení pěnového SHZ musí propláchnout.

obr. 15 Přiměšovací zařízení FireDos (vlevo) a zaplavovací ventilová stanice (vpravo)

Nádrže na pěnidlo

Podle druhu zařízení zásobování pěnotvorným roztokem přicházejí úvahu nádrže na pěnidlo atmosférické nebo tlakové nádoby. Atmosférické nádrže jsou obvykle z polyethylenu, nerezové oceli nebo sklolaminátu. Tlakové nádoby se nejčastěji používají u systému bez čerpadla na pěnidlo. V tomto provedení se označuje jako nádoba s vnitřním vakem. Vyrábějí se ve stojatém a horizontálním provedení s objemem 200 l až 12 000 l (25 000 l). Podle potřeby se navrhuje záložní nádoba s vnitřním vakem, jelikož u tlakových nádob nelze po jejich vyčerpání pokračovat v dodávce pěnotvorného roztoku. U atmosférických nádrží je lze průběžně doplňovat pěnidlem (stejného druhu) nebo předem připraveným pěnotvorným roztokem.

Hasivo

Hasivem je obvykle pěna vytvořená z pěnotvorného roztoku o stanoveném stupni přiměšování. U pěno-vodních SHZ je to i voda.

Podle hasicí schopnosti a úrovně odolnosti proti zpětnému rozhoření se pěnidla zařazují do třídy I, II a III. Kritériem je doba uhašení pro daný způsob aplikace pěny. Úroveň odolnosti proti zpětnému rozhoření se klasifikuje písmeny A (nejlepší), B, C a D. Z dalších ověřovaných parametrů je to součinitel rozprostření pěnotvorného roztoku, napěnění a doba rozpadu pěny.

Pěnidla mají korozivní účinky a obsahují toxické látky. Použít lze pouze pěnidla, která neovlivňují negativně životní prostředí.