Systemy ochrony przeciwpożarowej są czasami postrzegane jako "czarna dziura" przez personel inżynieryjny, operacyjny i konserwacyjny zakładów energetycznych. Głównym tego powodem jest fakt, że poważne pożary są rzadkim zjawiskiem, a systemy zaprojektowane w celu zapobiegania im rzadko są wzywane do pracy.

W przeciwieństwie do urządzeń produkcyjnych, w których wada projektowa/inżynieryjna/instalacyjna zostanie szybko wykryta, wady urządzeń przeciwpożarowych mogą nie być widoczne aż do czasu dochodzenia po pożarze. Dlatego, jeśli sprzęt przeciwpożarowy nie działa natychmiast i bezbłędnie, pieniądze i wysiłek włożony w jego dostarczenie są zmarnowane.

Dla laika, substandardowa ochrona, lub całkowity jej brak, może nie być łatwo zauważalna; jednakże, autor spotkał się z wieloma sytuacjami, które nasuwają pytanie: "Dlaczego nie zrobili tego dobrze w pierwszej kolejności?".

Wadliwe instalacje przeciwpożarowe zwiększają ryzyko właściciela związane z uszkodzeniem mienia i wymuszonym przestojem, zmniejszają bezpieczeństwo personelu operatora i skutkują mniej pożądanym rachunkiem w oczach firmy ubezpieczeniowej.

W niniejszym artykule przeanalizowano pięć powszechnych problemów projektowych i inżynieryjnych w zakresie systemów ochrony przeciwpożarowej, analizując ich naturę oraz sposoby zapobiegania im. Podane są również odnośniki.

Problem #1: Nieodpowiednie testy odbiorcze gazowych systemów gaśniczych w obudowach turbin gazowych

Gazowe systemy gaśnicze, takie jak dwutlenek węgla, Inergen, FM-200 i inne, muszą osiągnąć minimalne objętościowe stężenie czynnika, aby ugasić płomień. Każdy gaz ma inne stężenie projektowe (minimalne teoretyczne stężenie plus współczynnik bezpieczeństwa). Wymaga to "ciasnej" przestrzeni, aby stężenie wypływającego gazu mogło się kumulować.

Obudowy generatorów turbin gazowych są jednymi z najtrudniejszych do utrzymania szczelności przestrzeni, głównie dlatego, że są one zaprojektowane do demontażu, tak aby urządzenia mogły być konserwowane, naprawiane lub usuwane. Ponadto, przez obudowę zwykle przechodzą duże ilości powietrza do chłodzenia. Szczelność" obudowy pogarsza się również z czasem, gdy uszczelki drzwi i paneli ulegają zniszczeniu lub gdy dokonywane są modyfikacje w celu dostosowania do nowego sprzętu.

Aby przezwyciężyć te problemy, projektant ochrony przeciwpożarowej zazwyczaj zwiększa dostawy gazu czynnika i/lub zapewnia dłuższy zrzut czynnika, aby zrekompensować jego straty. Ponadto, obowiązujące normy ochrony przeciwpożarowej wymagają, aby przed oddaniem systemu ochrony przeciwpożarowej do użytku przeprowadzony został pełny test odbiorczy.

Dla systemów CO2, wydanie 2005 NFPA 12, Carbon Dioxide Extinguishing Systems, wymaga "przeprowadzenia testu pełnego rozładowania dla wszystkich systemów". Obejmuje to uruchomienie systemu CO2 w symulowanych warunkach roboczych (w tym wszystkie wentylatory włączone i wszystkie przepustnice otwarte) i pomiar rzeczywistego stężenia CO2 za pomocą odpowiednio skalibrowanego analizatora.

Należy jednak pamiętać, że NFPA 12, dodatek A.4.4.3 wyraźnie stwierdza, że "czynniki takie jak dodatkowe koszty i przerwy w produkcji lub działalności gospodarczej nie są uznawane za ważne powody rezygnacji z testów pełnego rozładowania". W kilku przypadkach, test rozładowania CO2 został wykluczony w oparciu o rozumowanie, że jeśli jeden pakiet turbin gazowych przeszedł pomyślnie test, to inne identyczne pakiety powinny przejść go domyślnie. Takie rozumowanie jest błędne, ponieważ nie każda obudowa ma identyczny poziom "szczelności".

Wiadomo również, że błędy sprzętowe i instalacyjne mogą wpływać na wyniki testów. Formalna Interpretacja nr 12-00-1 do normy NFPA 12 wyjaśnia, że intencją Komitetu Technicznego jest przeprowadzenie pełnego testu rozładowania w każdym systemie oraz przeprowadzenie pełnego testu akceptacji w każdym systemie tłumienia ognia w obudowie turbogeneratora. Badanie odbiorcze musi obejmować pełną próbę działania systemu oraz pełne rozładowanie systemu CO2 z jednoczesnym pomiarem stężenia przez wymagany czas.

Test odbiorczy musi być dokładnie udokumentowany, a dokumentacja dołączona do dokumentacji zakładu w celu przyszłego wykorzystania.Dla systemów alternatywnych halonowych (Inergen, FM-200 i innych), wydanie 2004 NFPA 2001 wymaga, aby "uzyskać i zapisać wyniki ilościowe wskazujące, że określone stężenie czynnika w określonym czasie ... jest zgodne ... przy użyciu zatwierdzonej jednostki dmuchawy....". Wiąże się to ze specjalnym sprzętem badawczym znanym jako aparat testowy z wentylatorem drzwiowym.

W niektórych przypadkach, organ sprawujący jurysdykcję (lokalne biuro zapobiegania pożarom, ubezpieczyciel lub oba) nie wymaga tego testu. W innych przypadkach właściciel i/lub inwestor rezygnują z przeprowadzenia koniecznych testów ze względu na koszty.

Problem #2: Nieuwzględnienie działania sąsiednich instalacji tryskaczowych

NFPA i standardy ubezpieczycieli mają ścisłe wymagania dotyczące akceptowalności dostaw wody do ochrony przeciwpożarowej. W branży ochrony przeciwpożarowej, zaopatrzenie w wodę musi spełniać wymagania zarówno "odpowiedniego" jak i "niezawodnego" zaopatrzenia. Termin "odpowiedni" odnosi się do zdolności dostaw wody do spełnienia ciśnienia i przepływu wymaganego przez system ochrony przeciwpożarowej o najwyższym zapotrzebowaniu.

Standard ten jest prosty i generalnie leży w zasięgu możliwości kompetentnego inżyniera mechanika. Wyzwanie pojawia się, gdy wodociąg musi jednocześnie zasilać wiele systemów przeciwpożarowych. Takie sytuacje powstają, gdy przewidywany pożar ma uruchomić więcej niż jeden system ochrony przeciwpożarowej.

Typowe przykłady obejmują łożyska turbin i systemy podpokładowe, wiele komór wież chłodniczych, przenośniki węgla i konstrukcje do przeładunku węgla oraz przyległe transformatory [wydanie NFPA 850 z 2005 r., sekcja 6.2.1(b)].

W projekcie ochrony przeciwpożarowej należy uwzględnić sąsiadujące obszary pożarowe oraz działanie więcej niż jednego systemu ochrony przeciwpożarowej. Po dodaniu przepływów z wielu systemów, muszą one być zrównoważone do systemu o wyższym zapotrzebowaniu na ciśnienie. Dobry projektant systemu ochrony przeciwpożarowej zapewni, że zapotrzebowanie na ciśnienie wielu systemów jest stosunkowo zbliżone.

W ten sposób uniknie się karania przepływu w systemie, który musi być zrównoważony do znacznie wyższego ciśnienia niż to, na które został zaprojektowany. Odbywa się to poprzez dobór średnic dysz i odpowiedniej średnicy segmentów rur w celu kontroli strat wynikających z tarcia. Normy NFPA oferują wytyczne w różnych standardach, w tym NFPA 13, 15, 214 i 850.

Problem nr 3: Niepewne zaopatrzenie w wodę

Zaopatrzenie w wodę to system, który składa się z części wody i środków do dostarczania wody pod ciśnieniem. W przypadku większości elektrowni jest to jedno lub więcej przyłączy do miejskiej sieci wodociągowej lub prywatny system składający się z jednej lub więcej pomp pożarowych i źródła ssania. Podobnie jak poprzednio, zaopatrzenie w wodę musi być niezawodne i odpowiednie.

Niezawodność odnosi się do dostępności wody w niekorzystnych warunkach, takich jak zamarzanie/susza, problemy mechaniczne i inne nieprzewidziane zdarzenia. Oznacza to, że preferowane są redundantne dostawy wody. Jezioro lub duża rzeka są zazwyczaj uważane za niezawodne. Jeśli rozważany jest zbiornik ssawny, taki jak zbiornik wody surowej, musi on być tak rozmieszczony, aby zapewnić stałą dostępność dedykowanej ilości wody do celów przeciwpożarowych. NFPA 850 wymaga minimum dwóch godzin, ale ubezpieczyciel może zażądać dłuższego czasu.

Czas ten jest oparty na największym lub jednoczesnym działaniu największych systemów przeciwpożarowych oraz wymaganych strumieni wężowych. Zgodnie z normą NFPA 850, zbiornik ssawny powinien być automatycznie napełniany w ciągu ośmiu godzin ze źródła zdolnego do uzupełnienia wymaganej objętości na dwie godziny.

Zbiornik wieży chłodniczej może wydawać się atrakcyjnym i niedrogim źródłem zasilania pomp pożarowych. O ile nie przewidziano dwóch wież chłodniczych, z jedną pompą pożarową na każdej z niecek, niecki wież chłodniczych nie są na ogół uważane za niezawodne, ponieważ niecka jest opróżniana, czasami nawet raz w roku. Bez odpowiedniego źródła ssania, cały zakład jest pozbawiony wody do celów przeciwpożarowych.

Podczas gdy zbiorniki wody surowej są czasami opróżniane w celu kontroli i naprawy, częstotliwość ta jest zazwyczaj mniejsza niż w przypadku zbiorników wież chłodniczych. Zbiorniki zazwyczaj mogą przetrwać ponad 20 lat bez konieczności opróżniania. Mniejsze zakłady o niższych wartościach lub zakłady, które nie są w tak dużym stopniu uzależnione od wodnych systemów przeciwpożarowych mogą stanowić wyjątek, w którym zbiornik wieży chłodniczej jest wystarczający.

Niestety, norma NFPA 850 oferuje niewiele wskazówek dotyczących progów niezawodności. Ubezpieczyciele zazwyczaj mają swoje własne standardy określające, co stanowi niezawodne źródło zaopatrzenia, oparte na wartościach i szacunkach strat. Standardy te są jednak często subiektywne. To, co jest wiarygodne dla jednego ubezpieczyciela, może nie być wiarygodne dla innego.

Na niezawodność ma również wpływ rutynowa konserwacja i testowanie. W prawie wszystkich przypadkach, dwie automatyczne pompy pożarowe - jedna diesel i jedna elektryczna, które pobierają wodę ze zbiornika o dedykowanej objętości pożarowej - jest powszechnie preferowaną metodą. Nie pozostawia to wątpliwości co do niezawodności. Należy skonsultować się z ubezpieczycielem w sprawie akceptowalności zaopatrzenia w wodę.

Jedną z opcji dla właściciela, który nie jest zdecydowany, jest przeprowadzenie ilościowej analizy ryzyka. Takie badanie daje naukowy wniosek, czy dany wydatek jest uzasadniony, w oparciu o ryzyko. Analiza ta i jej wnioski, jeśli jest przeprowadzona przez uprawnionego rzeczoznawcę ds. ochrony przeciwpożarowej, mogą być również zaakceptowane przez ubezpieczyciela.Czasami zakład może otrzymywać całą wodę do celów przeciwpożarowych z miejskich lub zewnętrznych prywatnych źródeł zaopatrzenia, takich jak park przemysłowy. Nie musi to jednak oznaczać, że zaopatrzenie jest niezawodne. Inżynieria i/lub konserwacja takiego zaopatrzenia może nie spełniać standardów wymaganych dla ryzyka związanego z elektrownią.

W takim przypadku akceptowalnym, oszczędzającym koszty zwiększeniem niezawodności może być zapewnienie zasilania awaryjnego, takiego jak pompa napędzana silnikiem diesla, która pobiera wodę ze zbiornika wody uzdatnionej. Jeśli miejski lub zewnętrzny prywatny system wodny jest jedynym źródłem wody do celów przeciwpożarowych, powinien on zostać szczegółowo zbadany przez wykwalifikowanego eksperta na etapie planowania, a pisemny raport udostępniony zainteresowanym stronom.

Problem nr 4: Niespełniająca norm ochrona turbin parowych i generatorów

Podczas gdy nie jest niczym niezwykłym, że starsze jednostki nie posiadają systemów ochrony przeciwpożarowej, niektóre elektrownie mające mniej niż pięć lat zostały zbudowane bez ochrony przeciwpożarowej łożysk, bez ochrony przeciwpożarowej dla obszaru poniżej pokładu operacyjnego, lub bez żadnej z nich. Badania prowadzone od lat 50-tych przez niezależne firmy badawcze i ubezpieczeniowe wykazują, że prawidłowo zaprojektowane i zainstalowane systemy przeciwpożarowe chronią turbogenerator przed uszkodzeniami spowodowanymi pożarem, znacznie zmniejszając potencjał strat i eliminując utracone dochody z powodu wymuszonych przestojów.

Problem nr 5: Ochrona wieży chłodniczej

Według naszej wiedzy, nie ma ani jednego udokumentowanego przypadku, w którym uruchomienie prawidłowo zaprojektowanego i zainstalowanego systemu ochrony przeciwpożarowej spowodowało znaczące uszkodzenie turbogeneratora. Istnieją jednak dziesiątki udokumentowanych przypadków, w których pożar zniszczył jedną lub więcej jednostek wytwórczych, czasami powodując trwałe wyłączenie elektrowni.

Co zaskakujące, niektórzy pracownicy operacyjni nadal sprzeciwiają się automatycznym, stałym systemom ochrony przeciwpożarowej turbogeneratorów. Chociaż analiza korzyści płynących z ochrony przeciwpożarowej turbogeneratorów za pomocą tryskaczy lub zraszaczy wodnych wykracza poza zakres tego artykułu, to jednak stosunek kosztów do korzyści przemawia za stosowaniem takich systemów. Dlatego też obszary uszczelnienia łożysk oraz przewody olejowe powinny być chronione przez automatyczny system kierunkowego zraszania wstępnego.

Co więcej, obszar pod podłogą roboczą turbogeneratora, gdzie olej mógłby płynąć, rozpryskiwać się lub gromadzić, powinien być chroniony przez automatyczne zraszacze. (Bardziej szczegółowa dyskusja na temat ochrony przeciwpożarowej turbogeneratorów znajduje się w artykule "Steam Turbine Fire Protection Will Reduce Repair Costs", Power Engineering, listopad 2002).

Pojawienie się tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami (FRP) w konstrukcji chłodni kominowych doprowadziło niektórych producentów do przekonania, że FRP są niepalne i że ich chłodnie kominowe nie wymagają automatycznej ochrony przeciwpożarowej. Ponieważ wieże chłodnicze z FRP nie są dostępne zbyt długo, nie są nam znane żadne rzeczywiste doświadczenia pożarowe z ich udziałem.

Dlatego dyskusja ta jest subiektywna. Chociaż niektórzy producenci wież rutynowo podają, że poszczególne materiały konstrukcyjne i wypełniające zostały poddane ocenie zgodnie z różnymi normami, takimi jak ASTM E84, nie oznacza to, że są one niepalne. Ważne jest, aby zrozumieć, że test ASTM E84 jest testem porównawczym przeprowadzanym w kontrolowanym środowisku, który mierzy rozprzestrzenianie się płomienia i gęstość dymu. Nie ma na celu sklasyfikowania materiału pod względem palności lub szybkości wydzielania ciepła.

Według ASTM, test ten "...nie obejmuje sam w sobie wszystkich czynników wymaganych do oceny zagrożenia pożarowego lub ryzyka pożarowego materiałów, produktów lub zespołów w rzeczywistych warunkach pożarowych." NFPA 214 wyraźnie stwierdza, że "te [ASTM E84] metody testowe nie powielają większego zakresu zagrożeń w końcowej instalacji i niekoniecznie są odpowiednie lub ogólnie zadowalające dla materiałów, które miękną, płyną lub topią się w warunkach pożaru".

Wydanie 2000 NFPA 214 dalej definiuje materiał niepalny jako "materiał, który w formie, w jakiej jest używany i w przewidywanych warunkach, nie zapali się, nie spali, nie podtrzyma spalania, ani nie uwolni palnych oparów, gdy zostanie poddany działaniu ognia lub ciepła. Przykładami materiałów niepalnych są beton, mur, dachówka i metal".

Jedynym istotnym testem, który wyklucza potrzebę automatycznej ochrony przeciwpożarowej jest aprobata Factory Mutual Research Approval dla kompletnej wieży. W związku z tym, o ile materiały wypełniające i konstrukcyjne nie są wykonane z betonu, muru, dachówki lub metalu lub w inny sposób nie udowodniono, że są niepalne, należy je uznać za palne. Dlatego w przypadku chłodni kominowych FRP niezatwierdzonych przez FM zwykle konieczna jest automatyczna ochrona przeciwpożarowa.

Niespełniające norm systemy ochrony przeciwpożarowej to sytuacja przegrana. Zakład i jego aktywa nie są odpowiednio chronione, a w najlepszym przypadku początkowe oszczędności zostaną zniwelowane przez wyższe składki ubezpieczeniowe przez cały okres eksploatacji zakładu. W najgorszym przypadku może dojść do obrażeń lub śmierci personelu. Projektowanie i inżynieria ochrony przeciwpożarowej są tak samo specjalistyczne jak systemy sterowania, projektowanie strukturalne lub projektowanie spalania i wymagają wiedzy i doświadczenia. Wstępny prawidłowy projekt ochrony przeciwpożarowej przyniesie korzyści dla zakładu, jego operatora i właściciela na wiele lat.

Autor: Dominique Dieken, P.E., CFPS, jest starszym inżynierem ds. ochrony przeciwpożarowej w Starr Technical Risks Agency, Inc. Przez ostatnie 16 lat wykonywał oceny inżynieryjne w elektrowniach dla różnych ubezpieczycieli majątkowych, właścicieli i operatorów.

Referencje: NFPA 850, Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations, 2005 Edition, National Fire Protection Association.