Partner serwisu
12 listopada 2014

Jak ugasić pożar biomasy w silosie?

Kategoria: Bezpieczeństwo

Wiele branż przemysłu musi liczyć z wysokim ryzykiem wystąpienia pożaru materiału złożonego w silosie. Proces reagowania awaryjnego znacznie różni się tu od postępowania przy gaszeniu tradycyjnego pożaru.
 

Jak ugasić pożar biomasy w silosie?

Podstawowym problemem jest utrudniony dostęp do źródła pożaru. Ponadto dla wielu jednostek straży pożarnej i ekip ratowniczych pożary silosów to dość rzadkie wydarzenie. Jednym z najbardziej spektakularnych wydarzeń, obrazującym skalę podnoszonego w tym artykule problemu, był trwający 287 dni pożar silosu wypełnionego peletem drzewnym (85 m wysokości) w duńskim porcie Esbjerg. Po jego ugaszeniu silos nadawał się już tylko do rozbiórki. Doświadczenia zebrane podczas tej prowadzonej na przełomie lat 1998/1999 skomplikowanej akcji gaśniczej oraz realizowane w późniejszym okresie liczne projekty badawcze, dostarczyły znacznej wiedzy w tym zakresie. Zostały one opisane w kilku dostępnych pozycjach literaturowych, z których wybrano i przytoczono tutaj dwie [1,2], najlepiej – zdaniem autorów niniejszej publikacji – opisujące omawiany problem. Zakłady przemysłowe eksploatują wiele rodzajów silosów, o różnej objętości i konstrukcji, w których gromadzony jest materiał o odmiennych właściwościach fizykochemicznych. Elementy te mogą mieć wpływ na poziom ryzyka wystąpienia pożaru oraz wybór taktyki gaszenia, dlatego plany działania w sytuacji awaryjnej (w tym przypadku: pożaru), należy bezwzględnie przystosować do specyfiki danego obiektu, tak by sekwencja działań ratowniczych była jak najbardziej skuteczna.

Rodzaje silosów
W energetyce, wykorzystującej do produkcji energii odnawialnej w dużym stopniu biomasę pozaleśną, najczęściej stosuje się silosy wolnostojące stalowe lub betonowe. Są to zazwyczaj duże obiekty, o średnicy i wysokości od 15 do 30 m. Za przykład może tutaj posłużyć bateria stalowych silosów wchodząca w skład instalacji magazynowania biomasy leśnej w Elektrowni Połaniec. Materiał w tych silosach jest zasypywany przez za- pewniające szczelność podajniki celkowe, umieszczone nad zbiornikami, a wygarniany przez obrotowe wygarniaki ślimakowe (30), których napędy są zabudowane w specjalnym tunelu przebiegającym w osiach poziomych wszystkich zbiorników magazynowych. Wysyp biomasy ze zbiorników na przenośniki zabezpieczają zdalnie sterowane zasuwy płaskie. Każdy ze zbiorników magazynowych wyposażony jest w ciągły pomiar poziomu zapełnienia przy pomocy sondy radarowej zabudowanej na pokrywie silosu w zakresie od 0-100%. Dodatkowo, w górnej części każdego zbiornika magazynowego zainstalowano skrzydełkowy sygnalizator poziomu, służący do awaryjnego wyłączenia urządzeń podających biomasę do zbiornika, w przypadku awarii sondy radarowej. Pomiar stężenia CH4 i CO w każdym zbiorniku jest realizowany przez czujniki zabudowane na przewodzie wyrzutu gazu ze zbiornika przez urządzenie filtrowentylacyjne. Mierzona jest również temperatura atmosfery w silosie. Do przechowywania różnych rodzajów biomasy, jej producenci lub dystrybutorzy często wykorzystują lub adoptują zblokowane silosy wieżowe. Obiekty te mogą zawierać od kilku do nawet kilkudziesięciu komór silosowych, różniących się objętością. Do magazynowania wykorzystywane są również puste przestrzenie pomiędzy komorami nazywane komorami przestrzeni pośredniej. Wysokość komór takiego silosa może być różna, ale zazwyczaj mieści się w zakresie od 25 do 50 m, natomiast ich średnica to zakres od 4 do 12 m. W innych niż energetyka zakładach przemysłowych powszechnie stosowane są mniejsze, stalowe silosy na materiały sypkie, o średnicy w zakresie 3-10 m oraz wysokości 5-15 m. W zależności od miejsca zastosowania mogą zawierać trociny, zrębki, pelety, pył drzewny, różne surowce procesów przemysłowych (tj. granulaty tworzyw sztucznych, pożywienie zwierzęce, zboża itp.). Konstrukcyjną odmianą tej grupy silosów są silosy o ograniczonej zawartości tlenu wykorzystywane do przechowywania zboża lub innych materiałów organicznych, które mogą się utleniać lub reagować w inny sposób przy kontakcie z powietrzem i pogarszać jakość. Taki silos jest całkowicie szczelny i wyposażony w uszczelnione zawory, które są zamykane po napełnie- niu silosa, aby zapobiegać wymianie powietrza podczas przechowywania.

Rodzaje przechowywanych materiałów

Właściwości fizyczne przechowywanego materiału mają wpływ zarówno na ryzyko wystąpienia pożaru, jak również na wybór taktyki gaśniczej. Porowate materiały organiczne (tj. biomasa) mają skłonność do samonagrzewania się ze względu na aktywność biologiczną, utlenianie chemiczne oraz procesy fizyczne, takie jak na przykład przemieszczanie się wilgoci wewnątrz materiału. Porowatość oraz przepuszczalność materiału są szczególne ważne ze względu na możliwość rozprzestrzeniania się środka gaśniczego w materiale. Do materiału o wysokiej porowatości i przepuszczalności będzie stosunkowo łatwo wstrzykiwać gaz obojętny, natomiast osiągnięcie równomiernego rozłożenia obojętnego gazu przy materiale o niskiej porowatości/przepuszczalności będzie trudniejsze i wymagać będzie wyższego ciśnienia. Z kolei przy przechowywaniu sproszkowanego materiału o niskiej gęstości (jak np. pył drzewny, mąka) wstrzykiwanie gazu przy niskich poziomach napełnienia silosa może powodować wzniesienie obłoków pyłu i znacznie zwiększyć ryzyko wybuchu. Niski lub wysoki poziom napełnienia może być zatem, w zależności od innych czynników, parametrem sprzyjającym lub niesprzyjającym powstaniu pożaru oraz ułatwiającym lub utrudniającym akcję gaśniczą. Największe ryzyko samoczynnego zapłonu występuje zazwyczaj wtedy, gdy silos jest całkowicie napełniony, ze względu na to, że zmniejsza to straty ciepła wewnątrz materiału. W takich warunkach może być także znacznie wydłużony czas gaszenia pożaru i zwiększenie zapotrzebowania środków do przeprowadzenia akcji gaśniczej oraz rozładunku silosu. Z kolei niski poziom napełnienia może skutkować nierównomiernym rozkładem wprowadzonego gazu obojętnego wewnątrz materiału sypkiego, zwłaszcza gdy średnica silosa jest zbyt duża w porównaniu do poziomu napełnienia. Stwarza to także konieczność użycia zwiększonej ilości gazu, który musi wypełnić wolną przestrzeń silosu.
 

Sposoby gaszenia pożaru biomasy w silosach
Najtrudniejsze jest gaszenie pożaru tlącego się w głębi materiału, ponieważ dostęp do jego źródła nie jest wówczas łatwy. Równocześnie taki pożar jest niezwykle trudny do wykrycia we wczesnym stadium oraz istnieje ryzyko jego znacznego rozprzestrzenienia, zanim zostanie wykryty. Jeżeli tlenie się w głębi materiału nie jest kontrolowane, może się przekształcić w otwarty pożar w przestrzeni górnej silosa, ze względu na dużą objętość gazów palnych, które są wytwarzane w silosie. Stwarza to zagrożenie zarówno dla konstrukcji silosa, jak i dla sąsiadujących systemów przenośników. Tam, gdzie to możliwe, zaleca się stosować w takich sytuacjach taktykę gaśniczą opartą na inertyzacji przestrzeni wewnętrznej silosu, za pomocą obojętnego gazu (najczęściej azotu) w celu wyparcia tlenu i stopniowego obniżenia temperatury. Podczas gaszenia takich pożarów, należy liczyć się z długim czasem trwania akcji, aby zapewnić kontrolowanie pożaru oraz późniejsze opróżnienie silosa w bezpieczny sposób. Ta metoda gaśnicza nie ma wpływu na przechowywany materiał, co pozwala na rozpoczęcie operacji na bardzo wczesnym etapie, nawet zanim pożar zostanie potwierdzony. Azot może być także zastąpiony dwutlenkiem węgla, jednak płynny azot znacznie łatwiej odparować niż dwutlenek węgla, jest on łatwiej dostępny oraz tańszy. Kolejnym czynnikiem ryzyka, który musi zostać wzięty pod uwagę, jest silne tworzenie się elektryczności statycznej spowodowanej wypływem dwutlenku węgla oraz tworzeniem się kryształków lodu. Poważnym zagrożeniem jest także to, że dwutlenek węgla może przyczynić się do zwiększonej produkcji tlenku węgla (przy temperaturach powyżej 650-700°C, w połączeniu z ograniczonym dostępem tlenu). Dlatego zastosowanie dwutlenku węgla może skutkować wzrostem rozwoju pożaru, zamiast zapewnienia skutecznego jego gaszenia. Do gaszenia pożarów w pewnych typach silosów, jak też przy określonych scenariuszach pożarowych, można, a niekiedy należy, wybrać inną taktykę niż wykorzystującą gaz inertyzujący. Użycie piany lub wody może być akceptowalne, jeśli silos jest stosunkowo niewielki i/lub zawiera materiał, który już jest wilgotny lub na który wilgoć nie ma znacznego wpływu. Zdecydowa- nie odradza się użycia wody, jako środka gaśniczego dla sprasowanych, suchych pelletów biomasy (leśnej i pozaleśnej) – taki materiał szybko napęcznieje i w konsekwencji może nawet doprowadzić do rozległych uszkodzeń konstrukcji silosa. Wstrzykiwanie wody może być alternatywą w przypadku małych silosów lub pożarów zlokalizowanych tak blisko ścian silosa, że możliwe jest wykrycie takiego pożaru za pomocą kamery termowizyjnej. Z kolei piana gaśnicza ma kilka znaczących zalet przewyższających wodę, głównie ze względu na to, że wypełnia przestrzeń w przestrzeni górnej silosa i tworzy pokrycie paliwa, które zapobiega dalszemu wnikaniu tlenu w dół materiału sypkiego. Ilość wody również ulega znacznemu zmniejszeniu, a woda odprowadzana z piany zwiera substancje powierzchnio- wo czynne, co oznacza, że może wnikać w materiał bardziej skutecznie. Scenariuszem, dla którego należy rozważyć zastosowanie alternatywnej taktyki gaszenia, jest pożar w silosie rozwijający się na powierzchni składowanego materiału. W takiej sytuacji stosowanie obojętnego gazu prawdopodobnie skutkować będzie zbyt długą reakcją, dlatego użycie piany/wody może być szybszym i lepszym rozwiązaniem.

Warunki do przeprowadzenia skutecznej akcji gaśniczej
Wczesne wykrywanie jest zawsze najskuteczniejszym sposobem zminimalizowania rozmiarów i skutków pożaru. W przypadku silosów odpowiednie mogą być następujące systemy:
•    czujniki iskier/ciepła podłączone do szybko aktywującego się systemu gaśniczego, zainstalowane w systemach transportowych (przenośnikach taśmowych, kieszeniowych, systemach odpylania, kruszarkach/młynach, itp.), w celu zmniejszenia ryzyka zapłonu w silosie przez zewnętrzne źródła zapłonu, takie jak iskry, ciepło z tarcia, itp., •    przewody z czujnikami temperatury, przymocowane do dachu i spuszczone do wnętrza silosa, umożliwiające monitorowanie temperatury wewnątrz materiału sypkiego (ich zakres pomiarów powinien być przynajmniej do +100 C, przy czym aby osiągnąć wiarygodne pomiary z monitoringu, liczba użytych przewodów powinna być zależna od średnicy silosa. Włączenie tych sygnałów do systemu operacyjnego instalacji umożliwi monitorowanie historii temperatury przez dłuższy okres czasu),
•    czujniki lub ana- lizatory gazu CO i CH4, zainstalowane w takim miejscu, by monitorowały prze- strzeń górną silosa.

Przebieg akcji gaśniczej

Faza pierwsza: ograniczenie dostępu tlenu
Aby zmniejszyć intensywność tlącego się wewnątrz materiału sypkiego pożaru, silos powinien zostać uszczelniony (tak szybko jak to tylko możliwe) zarówno od góry, jak i od dna. Wszystkie systemy wentylacyjne należy wyłączyć. Włazy/otwory oraz wszystkie „otwarte” połączenia w systemach transportowych, systemach wentylacji, odpylania itp. na szczycie i dnie silosa powinny zostać zablokowane. W przeciwnym wypadku do silosa dostanie się powietrze, które z kolei przyczyni się do utrzymania lub spotęgowania pożaru. Podczas uszczelniania niezwykle ważne jest, aby wziąć pod uwagę ryzyko wybuchów gazu i pyłów, jak również ryzyko związane z trującym dymem. Ponadto dym i pożar mogą rozprzestrzeniać się na sąsiadujące silosy oraz inne miejsca w zakładzie. W tej fazie należy również uruchomić system do pomiaru gazów w atmosferze silosa, by jak najszybciej uzyskać informację o ewentualnym rozwoju pożaru.
Faza druga – inertyzacja silosa
Należy ją rozpocząć, o ile to możliwe, bezpośrednio po uszczelnieniu silosa. Dalsze działanie jest uzależnione od dostępności inertyzującego środka gaśniczego, czyli azotu. Czas oczekiwania na dotarcie do miejsca pożaru autocysterny z gazem i mobilnej parownicy, należy wykorzystać na zmontowanie systemu do odbioru gazu z parownicy i wprowadzenie lanc do przestrzeni wewnętrznej silosa. Jeżeli ryzyko wybuchu w przestrzeni górnej silosa jest duże (CO > 2-5%, O2 > 5%), nie czekając na dostawę gazu, należy przystąpić do podania piany, która pokryje powierzchnię materiału złożonego w silosie. W zależności od przeprowadzonej wcześniej analizy i wspomnianych wcześniej uwarunkowań, użycie tego środka gaśniczego może całkowicie zastąpić wstrzykiwanie azotu do tej strefy.  Gdy w miejscu pożaru będzie już kompletne wyposażenie gazowe, operacja zobojętniania silosa powinna zostać rozpoczęta tak szybko jak to możliwe. Głównym jej celem jest zmniejszenie poziomu tlenu w przestrzeni górnej silosa tak, aby nie mogło dojść do zapłonu, nawet jeśli obecne są gazy palne. Docelowy poziom tlenu powinien wynosić mniej niż 5%. Gazowy azotmoże być wstrzykiwany do górnej przestrzeni silosa przy użyciu dyszy lub otwartej rury. Przy wykonywaniu tej operacji należy unikać prac penetracyjnych (np. wiercenia) ze względów bezpieczeństwa, a dysza/rura powinna zostać włożona do górnej przestrzeni silosa przez klapę lub inny zaadoptowany do tego celu otwór. Miejsce wstrzykiwania gazu powinno być oddalone od otworu służącego do uwalniania ciśnienia tak bardzo jak to możliwe, aby osiągnąć najlepszy efekt zobojęt- niania całej górnej przestrzeni silosa. Nie istnieją wskazówki dotyczące odpowiedniego tempa przepływu gazu podczas zobojętniania przestrzeni górnej silosa, ale generalnie powinno być stosowane niższe tempo przepływu niż to stosowane do wstrzykiwania gazu przy dnie silosa. Można uznać za rozsądne tempo 1-3 kg/m2 na godzinę, które pozwala uniknąć nadmiernej straty gazu. Należy prowadzić to ze szczególną ostrożnością, aby uniknąć ryzyka wybuchu spowodowanego przez mieszanie się pyłu lub rozszczelnienia silosu poprzez pełne otwarcie membran eksplozyjnych, na skutek wzrostu ciśnienia. Wstrzykiwanie gazu do górnej przestrzeni silosa jest normalnie konieczne jedynie podczas wstępnego etapu i kontrolowane jest na podstawie wyników analiz gazowych. Gdy górna przestrzeń silosa uznawana jest za zobojętnioną, wstrzykiwanie można zmniejszyć lub zawiesić, aby umożliwić pierwszeństwo wstrzykiwaniu gazu od dna silosa. Po uruchomieniu podawania azotu do górnej przestrzeni silosa lub pokryciu materiału pianą gaśniczą, należy rozpocząć wstrzykiwanie również gazu w okolice dna silosa. W zależności od tempa przepływu gazu, wysokości silosa oraz poziomu napełnienia, efekt gaszenia może być widoczny nawet po upływie kilku godzin. Tempo wstrzykiwania 5 kg/ m2 na godzinę jest równoważne średniej prędkości napełniania w pionie około 8 m/h wewnątrz silosa, pod warunkiem, że materiał ma porowatość nasypową 50% (tak jak pelety drzewne). Początkowo, analizatory gazów podłączone do górnej przestrzeni silosa mogą wykazywać większe stężenia gazów oraz widoczne tworzenie się dymu może wzrosnąć, ze względu na to, że gazowy azot będzie stopniowo wypychać spaliny, które są wewnątrz materiału sypkiego do góry. Jednakże, gazowy azot zastępuje również powietrze i tlen, co skutkuje zmniejszeniem się intensywności tlącego się pożaru wewnątrz masy. Zmniejszanie stężenia gazów, głównie tlenku węgla, jest zrozumiałym sygnałem tego, że intensywność pożaru uległa zmniejszeniu. Gdy stężenia gazów stabilizują się na stosunkowo niskim poziomie (poziom tlenku węgla poniżej około 1%, poziom tlenu poniżej lub około 5%), tempo przepływu gazu może stopniowo redukować do takiego poziomu, by utrzymać obojętne środowisko wewnątrz silosa. Rozmiar do jakiego przepływ gazu można zredukować zależy od szczelności silosa, od tego jak skutecznie gaz rozprowadzany jest na przestrzeni przekroju silosa, itp. Tempo przepływu gazu musi być w związku z tym kontrolowane w oparciu o wyniki pomiarów gazowych. Jako wskazówkę należy potraktować to, że tempo przepływu gazu powinno wynosić nie mniej niż 1 kg/m2 na godzinę. Należy przy tym pamiętać o występującym opóźnieniu pomiędzy zmianą tempa przepływu gazu a skutkami w górnej przestrzeni silosa, które może wynieść nawet kilka godzin.
Faza trzecia – rozładowywanie silosu
Rozładowywanie silosu należy rozpocząć tylko wtedy, gdy zostanie uznane, że pożar jest pod kontrolą, tzn. wtedy, gdy zawartość tlenu wynosi poniżej 5%, a stężenie CO ulegnie znacznemu zmniejszeniu. Podczas otwarcia śluzy silosa służącej do jego rozłado- wania muszą być obecne służby ratowniczo-gaśnicze, które zajmą się gaszeniem wszelkiego tlącego się materiału i, jeżeli jest taka potrzeba, usuwaniem grudek palącego się lub „zwęglonego” materiału z otworu wylotowego. Konieczna jest stała ocena sytuacji wewnątrz silosa przy użyciu odczytów stężenia gazu w górnej przestrzeni. Zwiększone stężenie tlenku węgla wskazuje na zwiększoną „aktywność pożaru” w silosie, podczas gdy zwiększona zawartość tlenu może być skutkiem przecieku powietrza do wnętrza silosa. Jeżeli poziom tlenu przekracza 5%, rozładowywanie należy zawiesić i należy zwiększyć tempo wstrzykiwania azotu, aż do chwili gdy poziomy te spadną i poziom tlenu będzie znowu wynosił poniżej 5%. Jeżeli jest taka możliwość, w przypadku zwiększonych pozio- mów tlenu można zastosować wstrzykiwanie gazu od szczytu silosa. Należy zwracać uwagę na możliwe łączenie się materiałów przewodzących wilgoć lub ich zawieszanie się w silosie, które mogą powodować problemy podczas rozładowywania silosa i które mogą utrudniać działania gaśnicze. Operacja rozładowywania może trwać kilka godzin, a czasami nawet kilka dni. Założenia do przeprowadzenia takiej operacji należy opierać na maksymalnej pojemności rozładowywania i obliczyć czas rozładowywania jako przynajmniej 2-4 razy dłuższy. Rozładowany materiał należy posegregować tak, by partie tego „nieuszkodzonego” były oddzielone od przebarwionego lub tlącego się materiału. który za- zwyczaj występuje w formie dużych grudek, takich jak węgiel. Należy obserwować pryzmy i przeprowadzać kolejne gaszenie materiału, jeżeli zajdzie taka potrzeba. Należy pamiętać o tym, że tego rodzaju działanie może wymagać dużych przestrzeni do składowania.

***

Podsumowując, można stwierdzić, iż obecny stan wiedzy na temat pożarów silosów z biomasą i sposobów ich gaszenia jest duży i stosowanie się do omówionych powyżej zasad eksploatacji silosów, monitoringu i wreszcie sposobów gaszenia powinno zminimalizować straty i zagrożenia związane z tego rodzaju pożarami. W ocenie autorów, w Polsce poziom zabezpieczeń przeciwpożarowych silosów nie jest do- stosowany do omówionych tu standardów. W wielu przypadkach silosy wypełnione materiałem pęczniejącym zabezpieczone są instalacją zraszaczową, bardzo rzadko są one we właściwy sposób monitorowane pod kątem wystąpienia pożaru, nie stosuje się technik inertyzacji ani szkoleń zakładowych służb ratowniczo- gaśniczych na wypadek pożaru silosów. Ze względu na coraz większe ilości przechowywanej biomasy (szczególnie w sektorze energetycznym) właściciele i zarząd- cy obiektów, w których stosowane są silosy, powinni zwrócić szczególną uwagę na stan ich zabezpieczenia, odpowiednio je dostosować oraz wprowadzić proce- dury na wypadek wystąpienia pożaru.

Literatura   
[1] H. Persson „Silo Fires Fire extinguishing and preventive and preparatory measures”, Swedish Civil Contingencies Agency, July 2013.
[2] U. Krause „Fires in Silos-Hazards, Prevention, and Fire Fighting”, Wiley-VCH, 2009
 

Więcej przeczytacie w magazynie Chemia Przemysłowa 4-5/2014

fot. photogenica

Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ