Zabezpieczenie tuneli mg∏ą wodną
Transkrypt
Zabezpieczenie tuneli mg∏ą wodną
TECHNICZNE ÂRODKI OCHRONY PRZECIWPO˚AROWEJ Zabezpieczenie tuneli mg∏à wodnà Proces budowy tuneli komunikacyjnych – zarówno samochodowych, jak i kolejowych – napotyka w Polsce bariery wynikajàce z braku stosownych uregulowaƒ prawnych, a przede wszystkim in˝ynierskich. Dobitnym tego przyk∏adem by∏y trudnoÊci zwiàzane z budowà i oddaniem do u˝ytkowania tuneli w Warszawie i w Krakowie. Z tymi samymi problemami stykali si´ jednak projektanci i budujàcy tunele w krajach Europy Zachodniej. Jako ˝e europejska gospodarka w znacznej mierze opiera si´ na transporcie drogowym i kolejowym, ka˝dorazowe zak∏ócenie jego warunków mo˝e pociàgnàç za sobà bardzo powa˝ne nast´pstwa w harmonijnym przep∏ywie towarów i us∏ug na obszarze ca∏ej Unii. Zapewnienie bezpieczeƒstwa w tej sferze gospodarki wià˝e si´ ÊciÊle z zapewnieniem bezpieczeƒstwa w tunelach. Sà to kluczowe zagadnienia, zwa˝ywszy na fakt, ˝e wi´kszoÊç z nich by∏a projektowana dwie, trzy dekady temu, kiedy wielkoÊç i charakter (∏atwopalnoÊç) przewo˝onego towaru by∏a zupe∏nie inna. Konsekwencjà zmian zwiàzanych z rozwojem gospodarki jest spadek poziomu bezpieczeƒstwa w tunelach, szczególnie w razie zaistnienia zdarzeƒ niebezpiecznych, np. po˝aru. Zmianie tej sytuacji s∏u˝à dzia∏ania podejmowane w pakiecie roboczym 2 w ramach programu badawczego Komisji Europejskiej SOLIT i UPTUN. Umo˝liwi∏y one zredagowanie „Wskazówek in˝ynieryjnych dla systemów gaÊniczych na bazie wody wykorzystywanych w tunelach i obiektach podziemnych”, majàcych ograniczyç do minimum ryzyko wybuchu po˝arów w tunelach [8]. Termin „tunel” obejmuje tu tunele drogowe, kolejowe, tunele metra i tunele o podobnym kszta∏cie i zagro˝eniu. OdpowiedzialnoÊç za ocen´, czy wskazówki in˝ynieryjne mo˝na zastosowaç w konkretnym przypadku, spo- czywa wy∏àcznie na podejmujàcym decyzje zwiàzane z danà inwestycjà, czyli inwestorze. W programie UPTUN (www.uptunnet) wzi´∏o udzia∏ 41 specjalistów z tej bran˝y z 17 krajów Unii. Niestety, w zespole tym zabrak∏o Polaków. W latach 2002-2006 kosztem kilkunastu milionów euro wykonano wiele prac, ∏àcznie z budowà tunelu d∏ugoÊci ok. 700 m na powierzchni ziemi, w którym przeprowadzone zosta∏y rzeczywiste testy urzàdzeƒ gaÊniczych i wentylacyjnych. Pozwoli∏o to zredagowaç „Wskazówki in˝ynieryjne…” i informacje na temat projektowania, instalacji oraz konserwacji systemów gaÊniczych na bazie wody (WFS) wykorzystywanych do zabezpieczenia tuneli. Termin „sta∏e systemy gaÊnicze na bazie wody” opisuje systemy zalewowe: tryskaczowe, ze sprejem wodnym, na mg∏´ wodnà. Jako ˝e problematyka ta nie jest dziÊ regulowana przez prawo, nale˝y traktowaç te materia∏y jako zalecenia przy realizacji inwestycji zwiàzanych z budowà tuneli. W ramach testów przeprowadzono gaszenie po˝arów klasy A o stopniu uwalniania ciep∏a a˝ do 200 MW. DoÊwiadczenia te wykaza∏y, ˝e najwy˝szà skutecznoÊcià gaÊniczà charakteryzujà si´ systemy oparte na technologii mg∏y wodnej. Dajà one m.in. mo˝liwoÊç redukcji temperatury z 1200°C do 50°C w ciàgu dwóch minut. Józef SEWERYN Systemy gaÊnicze na bazie wody (WFS) Systemy, w których Êrodkiem gaÊniczym jest woda, wykorzystujà jà w formie kropelek. W zale˝noÊci od typu systemu, Êredni rozmiar kropel waha si´ od bardzo ma∏ych – w tzw. wysokociÊnieniowych systemach gaÊniczych na mg∏´ wodnà do stosunkowo du˝ych – w systemach zalewowych lub tryskaczowych. G∏ówne efekty gaÊnicze osiàgane przez wykorzystanie wody [1], w zale˝noÊci od rozmiaru kropelek, to: • d∏awienie po˝aru Podczas parowania wody jej obj´toÊç wzrasta 1640 razy, co prowadzi do redukcji zawartoÊci tlenu w powietrzu przy êródle po˝aru. Po˝ar jest d∏awiony, a przynajmniej t∏umiony na skutek braku iloÊci tlenu wystarczajàcej do podtrzymania procesu spalania. Uwaga: do redukcji zawartoÊci tlenu w powietrzu na skutek tworzenia si´ pary dochodzi jedynie w miejscach, w których wyst´puje bardzo wysoka temperatura. Dlatego redukcja zawartoÊci tlenu w powietrzu b´dzie wyst´powaç w pobli˝u po˝aru, a nie na drogach ewakuacyjnych. • efekt separacji Kropelki wody trafiajà pomi´dzy p∏omieƒ i powierzchni´ paliwa. Redukujà one ciep∏o promieniowania, jakie otrzymuje powierzchnia paliwa, skutecznie odbijajàc promieniowanie. Skutkuje to zmniejszeniem szybkoÊci spalania i redukcjà ciep∏a promieniowania w innych miejscach tunelu, zmniejszajàc ryzyko rozprzestrzeniania si´ ognia. Efekt odbijania promieniowania zale˝y od wystarczajàcej liczby ma∏ych kropelek – skutecznoÊç roÊnie wraz ze zmniejszaniem si´ ich rozmiarów. Rys. 1. Zdj´cie przyk∏adowego tunelu oraz jego przekrój 30 OCHRONA PRZECIWPO˚AROWA / grudzieƒ 2010 TECHNICZNE ÂRODKI OCHRONY PRZECIWPO˚AROWEJ • efekt tarczy Kropelki wody redukujà ciep∏o promieniowania docierajàce do obiektów znajdujàcych si´ w pobli˝u po˝aru w tunelu. Ten efekt tarczy pomaga zapobiegaç rozprzestrzenianiu si´ ognia i chroniç ludzi ewakuujàcych si´ z tunelu oraz s∏u˝by bezpieczeƒstwa próbujàce do niego dotrzeç. • ch∏odzenie Na skutek rozbicia wody na kropelki tworzy si´ powierzchnia reakcji, przez którà absorbowane jest ciep∏o z po˝aru. Na ogrzanie 1 litra wody z 20°C do 100°C potrzeba 335 kJ energii, a dodatkowych 2257 kJ do przetworzenia wody w par´. Tak wi´c woda jest Êrodkiem gaÊniczym o najwy˝szej znanej zdolnoÊci absorpcji ciep∏a. Im wi´ksza powierzchnia reakcji (która zale˝y od widma rozpylenia kropel), tym wi´kszy potencjalny efekt ch∏odzenia. Ten efekt ch∏odzenia odnosi si´ jednak do powietrza i gazów dooko∏a po˝aru, a nie do samego po˝aru. Dla tego ostatniego decydujàcym czynnikiem jest powierzchnia po˝aru. Dlatego bardziej wydajne ch∏odzenie Êrodowiska w tunelu wyst´puje, jeÊli kropelki znajdujà si´ w powietrzu. Co za tym idzie, skuteczniej b´dà tam ch∏odziç ma∏e kropelki, które spadajà wolniej ni˝ wi´ksze krople. Nale˝y pami´taç, ˝e sta∏e systemy gaÊnicze na bazie wody nie sà przeznaczone do gaszenia po˝arów, ale do ich t∏umienia lub kontrolowania. Dlatego, nawet po aktywacji systemu, u˝ytkownicy tunelu i s∏u˝by ratownicze powinny spodziewaç si´ po˝aru w tunelu podczas ewakuacji lub akcji ratunkowej. gumentem przeciw by∏o to, ˝e powsta∏a para mo˝e zagroziç ludziom podczas ewakuacji. Dzisiaj uwa˝a si´, ˝e system gaÊniczy na bazie wody mo˝e znacznie zredukowaç temperatur´ w tunelu, nawet w pobli˝u po˝aru. Bioràc pod uwag´ fakt, ˝e przy nieograniczanym po˝arze temperatury w tunelu, nawet z dala od êród∏a ognia, mogà w stosunkowo krótkim czasie przekroczyç 1000°C, efekt ch∏odzenia takiego systemu mo˝e okazaç si´ bezcenny. U˝ycie systemu gaÊniczego na bazie wody w tunelu ze wzgl´du na temperatur´ jest wtedy uzasadnione. W ostatnich testach po˝arowych przeprowadzonych w ramach projektu UPTUN para powstawa∏a wy∏àcznie w pobli˝u po˝aru. Efekt ch∏odzenia zapewniony przez system gaÊniczy na bazie wody nie pozwala∏ na wytwarzanie si´ pary w oddalonych od niego miejscach. KorzyÊci p∏ynàce z efektu ch∏odzenia wyst´pujàcego w takim systemie sà wi´ksze ni˝ zagro˝enia zwiàzane z tworzeniem si´ pary w sàsiedztwie po˝aru. Z tych powodów u˝ycie systemu gaÊniczego na bazie wody cenione jest jako rozwiàzanie pierwszego wyboru, umo˝liwiajàce ewakuacj´ u˝ytkowników tunelu, ale równie˝ pozwalajàce na wejÊcie do niego s∏u˝b ratowniczych. Dalsze wàtpliwoÊci wynika∏y z obawy, ˝e efekt ch∏odzenia zdestabilizuje lub zniszczy wytworzonà warstw´ dymu, sprawiajàc, ˝e dym b´dzie si´ tworzy∏ w górnej cz´Êci tunelu (pozostawiajàc czystà przestrzeƒ poni˝ej) i szybciej rozprzestrzenia∏ si´ na obszary przewidziane na ewakuacj´ i dla s∏u˝b ratowniczych. Wspomniane projekty badawcze wykaza∏y jed- Rys. 2. Efekt ch∏odzenia podczas testów po˝arowych UPTUN. Krzywe obrazujà temperatur´ w ró˝nych lokalizacjach podczas pe∏nego testu po˝arowego (êród∏o: raport UPTUN) Systemy WFS w tunelach: za i przeciw [2] W przesz∏oÊci cz´sto mówiono, ˝e systemy gaÊnicze wykorzystujàce wod´ mogà byç niebezpieczne dla u˝ytkowników tunelu. G∏ównym argrudzieƒ 2010 / OCHRONA PRZECIWPO˚AROWA nak, ˝e nawet w tunelach bez systemów gaÊniczych na bazie wody na skutek ekstremalnych efektów termicznych oraz wentylacji tunelu dym jest rozwarstwiony tylko na okreÊlonym dystansie i przez ograniczony czas. Co wi´cej, system gaÊniczy na bazie wody ogranicza rozmiar po˝aru i znacznie ogranicza produkcj´ dymu. Dodatkowo kropelki wody do pewnego stopnia wià˝à si´ z czàstkami dymu, przez co zmniejszajà jego negatywny wp∏yw na widocznoÊç i redukujà jego toksycznoÊç. Dodatkowo udowodniono, ˝e powstajàca para wodna przy zetkni´ciu si´ kropel wody z palàcà si´ powierzchnià nie jest niebezpieczna dla ludzi, a wr´cz u∏atwia skutecznà ewakuacj´ – zagro˝onym i ratownikom. Nie do przecenienia jest równie˝ fakt wiàzania przez czàsteczki mg∏y wodnej czàsteczek dymu i tym samym wspomaganie odpowiedniej wentylacji po˝arowej. Stosowanie sta∏ych urzàdzeƒ gaÊniczych (FFFS) sta∏o si´ w ostatnich latach ogólnie przyj´tà metodà zwi´kszania bezpieczeƒstwa tuneli. Ostatnie analizy kosztów wykaza∏y, ˝e instalacja sta∏ych urzàdzeƒ gaÊniczych FFFS mo˝e owocowaç zwrotem inwestycji w cyklu u˝ytkowania. Co wi´cej, nowe technologie sta∏ych urzàdzeƒ gaÊniczych umo˝liwiajà osiàgni´cie takiego samego lub wi´kszego poziomu bezpieczeƒstwa przy mniejszych kosztach inwestycji. Ochrona konstrukcji tunelu Opisane powy˝ej efekty mogà znacznie zredukowaç temperatur´ i przenikanie ciep∏a, majàce negatywny wp∏yw na konstrukcj´ tunelu i znajdujàce si´ w nim instalacje. Dlatego mo˝liwe jest zredukowanie wymagaƒ dotyczàcych betonowej os∏ony i ognioodpornoÊci sprz´tu mechanicznego i elektrycznego w tunelach chronionych przez systemy gaÊnicze na bazie wody. Przed obni˝eniem tych wymagaƒ nale˝y jednak szczegó∏owo rozwa˝yç ró˝norodne aspekty takiej decyzji i jej skutki. Instalacje mg∏y wodnej zabezpieczajà ju˝ kilka wa˝nych tuneli w Europie, a wiele instalacji jest w∏aÊnie na etapie realizacji. Niedawno rozpoczà∏ si´ monta˝ systemów gaÊniczych na mg∏´ wodnà w s∏ynnym tunelu kolejowym ∏àczàcym Francj´ z Anglià (Eurotunelu). Koszty inwestycji i takie jej aspekty, jak dost´pnoÊç sta∏ych urzàdzeƒ gaÊniczych oraz ich ∏atwa i ekonomiczna konserwacja, sà dla tego presti˝owego projektu szczególnie wa˝ne. Sta∏e urzàdzenia gaÊnicze na mg∏´ wodnà to tylko cz´Êç systemów zabezpieczajàcych Eurotunel. Zakres wyposa˝enia obejmuje tak˝e specjalnie zaprojektowane systemy detekcji, systemy kontroli SCADA (z ang. Supervisory and Data Control Acquisition) oraz systemy nadzoru. WFS: obszar zastosowania Przywo∏ane na poczàtku artyku∏u „Wskazówki in˝ynieryjne dla systemów gaÊniczych na bazie wody wykorzystywanych w tunelach i obiektach podziemnych” odnoszà si´ wy∏àcznie do systemów instalowanych w tunelach. Zaleca si´ tak˝e rozszerzenie zastosowania sta∏ego systemu gaÊniczego na mg∏´ na inne ¯ 31 TECHNICZNE ÂRODKI OCHRONY PRZECIWPO˚AROWEJ ¯ Próby po˝arowe w wybudowanym tunelu testowym (program SOLIT) obszary powiàzane z infrastrukturà tunelu. Sprz´t u˝ywany do ochrony tunelu, np. pompy, zbiorniki wody itd., mo˝e s∏u˝yç równie˝ do ochrony: generatorów, stacji hydraulicznych, komponentów konstrukcji (konstrukcji podpierajàcych ze stali), szklanych Êcian dzia∏owych (stacje metra), kurtyn wodnych do przejÊç poziemnych i przejazdów, pomieszczeƒ komputerowych (obiektów EDP), systemów telekomunikacyjnych, pomieszczeƒ rozdzielczych, tuneli kablowych, przewodów z kablami czy wind. Co wi´cej, sta∏e systemy gaÊnicze na bazie wody dla tuneli i obszarów zagro˝onych zwiàzanych z tunelami mogà byç uzupe∏nione urzàdzeniami do r´cznej akcji gaÊniczej z odpowiednimi, montowanymi do Êciany w´˝ami gaÊniczymi przechowywanymi w szafach gaÊniczych. systemy wykorzystujàce dysze aktywowane szklanà ampu∏kà lub kombinacj´ takich dysz z dyszami otwartymi nie sà uwa˝ane za efektywne. Co wi´cej, nale˝y si´ spodziewaç, ˝e z powodu ci´˝kich warunków i prawdopodobieƒstwa wystàpienia uszkodzeƒ mechanicznych, np. przez anteny, nie uda si´ zapewniç integralnoÊci szklanych ampu∏ek. Zwa˝ywszy na d∏ugi okres u˝ytkowania systemu, nie mo˝e byç wi´c mowy o gwarancji bezpiecznej aktywacji. (Nie zaleca si´ równie˝ wykorzystywania w tunelach tzw. systemów pianowych o wysokiej ekspansji, poniewa˝ mogà one blokowaç drogi ewakuacyjne itd. To ograniczenie odnosi si´ jednak˝e do systemów wykorzystujàcych pian´ jako jedyny Êrodek gaÊniczy. Stosowane mogà byç substancje pomocnicze tworzàce ma∏e iloÊci piany, jeÊli zostanà przetestowane w pe∏nym teÊcie po˝arowym, np. AFFF) [7]. Wy∏àczenia/ostrze˝enia Nie zaleca si´ u˝ywania systemów aktywowanych przez szklanà ampu∏k´, w których tryskacze, zraszacze lub inne komponenty sà aktywowane lub sterowane indywidualnie przez element wra˝liwy na temperatur´. Zwa˝ywszy na ryzyko wybuchu po˝aru w tunelu, jego gwa∏towny rozwój oraz prawdopodobieƒstwo pojawienia si´ goràcego dymu wy˝ej wymienione systemy nie mogà byç tam stosowane. Testy po˝arowe wykaza∏y, ˝e systemy z indywidualnà aktywacjà nie zapewniajà w tunelach nakazanego przez prawo stopnia ochrony [3,4,5] Aby zapewniç szybkie i efektywne t∏umienie po˝aru, grupa dysz tworzàca stref´ musi byç aktywowana jednoczeÊnie w obszarze i w kierunku rozprzestrzeniania si´ po˝aru oraz w kierunku przeciwnym [6]. Co za tym idzie, 32 Ogólny uk∏ad systemu gaÊniczego na bazie wody Sta∏e systemy gaÊnicze opisane we „Wskazówkach in˝ynieryjnych…” sà zaprojektowane jako systemy ochrony obszaru. Dysze sà zazwyczaj instalowane pod sufitem lub w górnej cz´Êci Êciany i skierowane w dó∏ lub na centralny punkt tunelu. Po aktywacji systemu Êrodek gaÊniczy jest rozpylany na chroniony obszar poprzez dysze. Ca∏y tunel lub chroniony obszar pokryty dyszami jest podzielony na strefy. D∏ugoÊç strefy okreÊla si´ na podstawie analizy ryzyka oraz kryteriów dotyczàcych rozplanowania systemu. Pod ˝adnym pozorem jednak strefy nie mogà byç krótsze ni˝ 30 m, a ka˝da powinna obejmowaç tunel „od Êciany do Êciany”. Wszystkie strefy po∏àczone sà przez zawory strefowe i g∏ównà lini´ zasilajàcà w wod´ z systemem pomp. W razie aktywacji systemu (automatycznej lub r´cznej) przynajmniej jeden zawór strefowy zostanie otwarty i przynajmniej jedna pompa uruchomiona przez sygna∏ z zewn´trznego systemu sterujàcego. Zbiornik wody powinien byç odpowiednio du˝y, by dostarczyç wod´ o minimalnym ciÊnieniu do co najmniej dwóch stref jednoczeÊnie. Zbiornik wody powinien równie˝ zapewniç wymagane nat´˝enie przep∏ywu przez minimum 30 min dla tuneli krótszych ni˝ 500 m, przez 60 min dla tuneli d∏u˝szych ni˝ 500 m lub przez czas dwa razy d∏u˝szy ni˝ czas potrzebny na dotarcie do po˝aru s∏u˝b ratunkowych (bioràc pod uwag´ najgorsze mo˝liwe warunki, np. du˝e zag´szczenie ruchu). Minimalny wymagany czas dzia∏ania mo˝e byç jednak wyd∏u˝ony, jeÊli b´dzie tego wymaga∏ organ decyzyjny. Nale˝y rozwa˝yç ponowne nape∏nianie zbiorników wody przez cysterny. System mo˝e byç wy∏àczony wy∏àcznie przez wykwalifikowany personel, czyli brygad´ stra˝ackà lub pracowników tunelu przeszkolonych w tym zakresie. 9 Mgr in˝. Józef Seweryn jest cz∏onkiem Oddzia∏u Ma∏opolskiego SITP Literatura: [1] Water Mist Fire Extinguishing Systems, ITP. [2] H. Schungel, „Water Based Fire Fighting Systems – Pros and Cons”, Eurosecurity, wyd. 11/5. [3] M. Arvidson, „Fixed Fire Suppression System Concepts for Highway Tunnels”, International Conference on Tunel Fires and Escape from Tunnels, 129136, Lyon, France, 5-7 May, 1999 lub Starke, Kratzmeir, „Forschungsbericht SOLIT” przygotowany dla BMWi, Kolonia 2007. [4] UPTUN WP2 D241 i UPTUN WP6 D62: w teÊcie po˝arowym Virgolo 2 wykazano, ˝e z powodu warunków wentylacji wysokie temperatury przy suficie zlokalizowane sà przynajmniej 20 m w dó∏ strumienia od po˝aru. Dlatego szklane ampu∏ki w gór´ strumienia od po˝aru nie b´dà aktywowane w zadowalajàcy sposób. Test po˝arowy Virgolo wykaza∏, ˝e w warunkach prawie nieruchomego powietrza wysokie temperatury docierajà nawet na odleg∏oÊç wi´kszà ni˝ 100 m w ciàgu minuty. Prowadzi∏oby to do niekontrolowanej aktywacji dysz. [5] Dr. P. Stahl., „Fire Alarm Systems Concepts for Tunnels”, TUNNEL, Official Journal of the STUVA, wyd. 4, 2007. [6] J. Boke, „Löschanlagenkonzept fur Strassentunnel”, Vds Fachtagung Brandschutz w Verkehrsanlagen, Kolonia 2000. [7] Dr. H. Starke, S. Kratzmeir, „Forschungbericht SOLIT” przygotowany dla Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie, Kolonia 2007 (raport poufny). [8] Max Lakkonen – http://www.fogtec-international.com/en_water_mist/multimedia/ downloads/ standards/UPTUN-Guideline-WFS-rev-08_30. 08.07.pdf – plik do pobrania. OCHRONA PRZECIWPO˚AROWA / grudzieƒ 2010