چالش‌ها و راهکارهای استفاده از سیستم اطفاء حریق تزریق نیتروژن در محیط‌های سرد چیست؟

سلام به همه، ممنون که سر زدید من جیک هستم و برای بخش عمده ای از یک دهه با تیم تامین کننده سیستم حفاظت از آتش سوزی تزریق نیتروژن خود کار کرده ام - اکثر روزها در حال بررسی سیستم ها، عیب یابی تماس ها یا بررسی مشکلات عجیب و غریب و خاص در هنگام کار با وسایل ما در مکان هایی هستم که هیچ کس معمولاً به آن فکر نمی کند. اخیراً سؤالات زیادی در مورد محیط های سرد مطرح کرده ام که فکر کردم همه اینها را در یک پست قرار می دهم، زیرا یکی از پیچیده ترین (و حیاتی ترین) موارد استفاده برای تجهیزات ما است. بیایید این را تجزیه کنیم.

اول از همه، بیایید آنچه را که یک سیستم حفاظت آتش تزریق نیتروژن در واقع انجام می دهد، خلاصه کنیم تا مطمئن شویم همه در یک صفحه هستیم. ما با تأسیسات صنعتی کار می کنیم، عمدتاً چیزهای سنگین مانند ترانسفورماتورها، نیروگاه ها، مناطق ذخیره سوخت - فضاهایی که آتش سوزی فاجعه بار است. این سیستم‌ها نیتروژن با خلوص بالا را به مناطق محصور پمپ می‌کنند و اکسیژن را تا زمانی که سطح آن برای آتش سوزی پایین بیاید، جابه‌جا می‌کنند. تمیز است، بدون مواد شیمیایی نامرتب، بدون آسیب آب، و برای جاهایی که نمی‌توانید شلنگ را فشار دهید، عالی است. اگر مشخصات کامل در مورد نحوه عملکرد آن را می‌خواهید، صفحه سیستم اطفاء حریق نیتروژن ما را بررسی کنید، این سیستم دارای غواصی عمیق در نرخ جریان، آستانه فشار و مواردی از این دست است.

حالا محیط های سرد. به مکان‌هایی مانند نیروگاه‌های برق از راه دور در شمال کانادا، معدن‌های معدنی در آلاسکا، کارخانه‌های شیمیایی در کوه‌های راکی ​​که در زمستان تا -40 درجه فارنهایت کاهش می‌یابند، یا حتی تأسیسات ساحلی در مکان‌هایی مانند ایسلند که باد سرد باعث می‌شود احساس بدتر از دمای واقعی داشته باشید، فکر کنید. این مکان‌ها ساختمان اداری متوسط ​​شما نیستند و در هنگام آتش‌سوزی ریسک‌های بسیار بیشتری دارند. اما اجرای سیستم های نیتروژن در اینجا؟ این با یک سری چالش همراه است که اکثر مردم آن را نمی بینند.

بیایید با بزرگ شروع کنیم: تراکم نیتروژن و انجماد. در اینجا علم ساده شده است - نیتروژن مایع در -320 درجه فارنهایت می جوشد، درست است؟ اما وقتی آن را به یک فضای محافظت شده تزریق می کنیم، همیشه کاملاً از پیش شرطی نشده است، به خصوص اگر خطی که از آن عبور می کند در دمای انجماد قرار داشته باشد. لوله های نگهدارنده نیتروژن می توانند آنقدر سرد شوند که رطوبت هوای داخل خطوط منجمد شود. نه فقط کمی یخ زدگی - یخ در دریچه ها، تنظیم کننده ها و حتی نازل های تزریق جمع می شود. سال گذشته از معدنی در یوکان یک تماس وحشتناک دریافت کردم، سیستم آنها در وسط یک سرماخوردگی "مرده" بود. معلوم شد که یک نازل 2 اینچ یخ آن را مسدود کرده است، بنابراین وقتی یک آتش سوزی کوچک در ترانسفورماتور رخ می دهد، نیتروژن نمی تواند به اندازه کافی سریع وارد شود. این یک کابوس است و بسیار رایج تر از آن چیزی است که فکر می کنید. برای مثالی خاص از نحوه طراحی سیستم‌هایی برای تجهیزات پرخطر مانند آن، صفحه حفاظت از انفجار ترانسفورماتور ما نحوه کاهش یخ زدگی در محفظه‌های ترانسفورماتور را توضیح می‌دهد، که یک کاربرد فوق‌العاده رایج در محیط سرد است.

در مرحله بعد، تناقضات فشار و سرعت جریان. دماهای سردتر چگالی گاز را ویران می کند. گاز نیتروژن وقتی سرد است متراکم تر می شود، درست است؟ بنابراین اگر یک سیستم برای 70 درجه فارنهایت کالیبره شود، زمانی که دما به -20 درجه فارنهایت کاهش می یابد، همان مقدار نیتروژن فضای کمتری را اشغال می کند. این بدان معناست که سیستم ممکن است حجم نیتروژن مورد نظر خود را تحویل ندهد - بنابراین سطح اکسیژن به اندازه کافی برای متوقف کردن آتش کاهش نمی یابد. من این را در یک مرکز ذخیره سوخت در شمال آلبرتا دیده ام. سیستم آنها در طی یک آزمایش فعال شد و تنها 60 درصد نیتروژن مورد نیاز را از بین برد، زیرا آنها چگالی سرد را در نظر نمی گرفتند. هیچ کس تا زمانی که یک آزمایش واقعی را در ژانویه انجام نداده بود متوجه نشد، به همین دلیل است که آزمایش قبل از استقرار در شرایط واقعی سایت غیرقابل مذاکره است.

چالش پنهان دیگر: شکنندگی مواد. بیشتر لوله‌ها، شیرها و اتصالاتی که برای سیستم‌های نیتروژن استفاده می‌کنیم فولاد کربن استاندارد هستند، درست است؟ در دماهای ملایم خوب عمل می کند، اما در سرمای شدید (زیر 20- درجه فارنهایت)، فولاد کربنی شکننده می شود. ممکن است تحت فشار ترک بخورد یا شکسته شود، که یک خطر ایمنی بزرگ است. خط ترک به معنای نشت نیتروژن در حین آتش سوزی یا حتی بدتر از آن در حین عملیات معمول است. ما مشتری‌ای در مانیتوبا داشتیم که در طول راه‌اندازی زمستانی دچار خرابی لوله شد - خوشبختانه هیچ‌کس آسیبی ندید، اما آنها مجبور شدند کل تأسیسات خود را به مدت سه روز خاموش کنند و ما قطعات را تعویض کردیم. فقط لوله ها هم نیستند. مهر و موم ها، واشرها و حلقه های اورینگ نیز می توانند شکننده شوند و منجر به نشت آهسته ای شوند که به آرامی ذخیره نیتروژن را بدون اینکه کسی متوجه شود تا دیر شده است، تخلیه می کند.

صبر کنید، باید به قسمت ذخیره سازی هم اشاره کنم. اکثر سیستم های ما از سیلندرهای نیتروژن پرفشار یا مخازن ذخیره فله استفاده می کنند. دمای سردتر نیز بر این موارد تأثیر می گذارد. اگر سیلندر در بیرون در دمای -30 درجه فارنهایت قرار داشته باشد، فشار داخل به دلیل سرما کاهش می یابد، بنابراین ممکن است سیستم در زمانی که به آن نیاز دارد جریان مورد نیاز را دریافت نکند. مخازن فله مشکلات مشابهی دارند. لوله هایی که از مخزن به تاسیسات منتهی می شوند می توانند مانند خطوط تزریق یخ بزنند و تنظیم کننده فشار مخزن ممکن است در دماهای سرد به درستی کار نکند.

خوب، پس این همه چیز بد است. اکنون برای خبر خوب—ما سال هاست که در حال حل این مشکلات بوده ایم، و راه حل های محکمی وجود دارد که هر چقدر هم که سرد شود، کار می کنند. بیایید از طریق هر چالش و راه حل هایی که اجرا می کنیم مرور کنیم.

اول، خطوط انجماد و نازل. بزرگترین راه حل در اینجا ردیابی گرما است. منظور ما فقط بستن نوار کمی دور لوله نیست - ما از کابل‌های ردیابی حرارتی با وات ثابت استفاده می‌کنیم که به طور خاص برای محیط‌های سرد بسیار درجه‌بندی شده‌اند، همراه با سنسورهای دما که گرما را در مواقع ضروری خاموش می‌کنند (برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، زیرا سایت‌های راه دور اغلب با ژنراتور کار می‌کنند). برای قطعات حساس مانند نازل های تزریق و تنظیم کننده های فشار، ما از محفظه های عایق با عناصر گرمایش داخلی استفاده می کنیم. اون معدن یوکان که قبلا گفتم؟ ما سیستم آنها را با ردیابی گرما و سر نازل های عایق مجهز کردیم و از آن زمان تاکنون دو زمستان یخ زده نشده اند. همچنین، می‌توانیم نیتروژن را قبل از تزریق آماده کنیم - گاز را فقط کمی گرم می‌کنیم (بدیهی است که به اندازه‌ای نیست که خطر آتش‌سوزی ایجاد کند) تا هنگام عبور از خطوط، گرما را از خطوط خارج نکند. صفحه حفاظت از انفجار ترانسفورماتور جزئیاتی در مورد نحوه اجرای این کار برای محفظه‌های ترانسفورماتور دارد، زیرا این ترانسفورماتورها به ویژه در معرض یخ زدگی هستند زیرا اغلب به هوای سرد اطراف باز هستند.

بعد، ناهماهنگی فشار و جریان. راه حل در اینجا نظارت بر دما و فشار در زمان واقعی است که با کالیبراسیون خودکار همراه شده است. ما حسگرهایی را هر 100 فوت در امتداد خطوط تزریق نصب می‌کنیم، به علاوه در مخازن ذخیره‌سازی، که داده‌ها را به یک پانل کنترل مرکزی برمی‌گرداند. اگر دما کاهش یابد، سیستم به طور خودکار تنظیم کننده های فشار و دریچه های جریان را برای جبران نیتروژن متراکم تر تنظیم می کند، بنابراین دقیقاً حجم مناسب گاز را برای رسیدن به سطح اکسیژن مورد نیاز (معمولاً زیر 8٪ برای هر کسی که استانداردهای حفاظت در برابر آتش را می شناسد) تحویل می دهد. ما همچنین تست‌های پیش از اقدام را در طول راه‌اندازی انجام می‌دهیم - ما فقط سیستم را در یک انبار گرم آزمایش نمی‌کنیم. ما آن را در سردترین زمان سال در محل آزمایش می کنیم، بنابراین می توانیم کالیبراسیون را برای مطابقت با شرایط سایت خاص تغییر دهیم. آن تأسیسات ذخیره سوخت آلبرتا؟ ما تنظیم‌کننده‌های آن‌ها را بر اساس داده‌های آزمایشی واقعی زمستان دوباره کالیبره کردیم و آزمایش بعدی آنها نشان داد که اکسیژن 7.2٪ را دریافت کردند، که دقیقاً همان چیزی است که ما به آن نیاز داریم.

رفع شکنندگی مواد آسان‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کنید - بیشتر مردم نمی‌دانند که قطعات مناسب را بخواهند. ما تمام لوله‌های فولاد کربنی استاندارد را به فولاد آلیاژی نورد سرد تغییر می‌دهیم که تا 40- درجه فارنهایت انعطاف‌پذیر می‌ماند. برای درزگیرها و واشرها، به جای نیتریل استاندارد که در دماهای ملایم خوب عمل می کند، از مواد سیلیکونی یا EPDM استفاده می کنیم که برای سرمای شدید درجه بندی شده اند. ما همچنین هر جزء را در آزمایشگاه خود در دمای -50 درجه فارنهایت قبل از خروج از انبار آزمایش می کنیم، بنابراین می دانیم که ترک نمی خورد یا نشت نمی کند. مشتری منیتوبا؟ ما لوله فولادی کربن شکننده آنها را با فولاد آلیاژی تعویض کردیم و تمام واشرها را به EPDM تغییر دادیم و از آن زمان تاکنون آنها خرابی مواد نداشته اند.

برای ذخیره نیتروژن، ما چند گزینه داریم. برای سایت‌های راه دور که فقط به سیستم‌های کوچک تا متوسط ​​نیاز دارند، از بانک‌های سیلندر عایق‌شده استفاده می‌کنیم که به‌طور خاص برای محیط‌های سرد گرم می‌شوند و تحت فشار تنظیم می‌شوند. برای سیستم‌های حجیم بزرگ‌تر، از مخازن ذخیره‌سازی گرم شده با بخارساز استفاده می‌کنیم که نیتروژن مایع را هنگام خروج از مخزن گرم می‌کند، بنابراین وقتی به خطوط تزریق می‌رسد، در فشار و دمای مناسب است. ما همچنین سیلندرهای ذخیره سازی پشتیبان را به عنوان یک دستگاه ایمن اضافه می کنیم - فقط در صورتی که مخزن اصلی مشکل داشته باشد، پشتیبان به طور خودکار وارد می شود.

صبر کنید، باید به طراحی سایت خاص هم اشاره کنم، زیرا هر محیط سردی متفاوت است. معدنی که در عمق 2000 فوتی زیر زمین قرار دارد با یک نیروگاه برق ساحلی که در معرض باد و نمک قرار دارد، کاملاً متفاوت است، که می تواند یخ زدگی را بدتر کند. به همین دلیل است که ما سیستم‌های یک‌اندازه را انجام نمی‌دهیم. ما یک تیم را برای ارزیابی سایت می فرستیم تا حتی قبل از طراحی هر چیزی - میانگین دماهای پایین، سرمای باد، نحوه تغذیه سیستم (از آنجایی که سایت های دوردست ممکن است برای ردیابی گرما برق محدودی داشته باشند) و نوع تجهیزاتی که از آن محافظت می کنیم را بررسی کنید. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور در یک معدن زیرزمینی نیازهای گرمایشی متفاوتی نسبت به ترانسفورماتور در بالای کوه خواهد داشت، بنابراین رد گرما و عایق را بر این اساس تنظیم می کنیم.

اکنون، بیایید در مورد چیزی صحبت کنیم که نادیده گرفتن آن آسان است - آموزش. حتی اگر بهترین سیستم دنیا را داشته باشید، اگر افرادی که آن را اداره می کنند ندانند چگونه آن را در هوای سرد نگهداری کنند، بی فایده است. ما برای همه مشتریان خود آموزش در محل انجام می دهیم، به طور خاص بر روی نگهداری از محیط سرد متمرکز شده است: نحوه بررسی ردیابی گرما، نحوه آزمایش سنسورها، اگر نازل یخ زد چه باید کرد، نحوه بازرسی مهر و موم ها از نظر شکنندگی. زمستان گذشته، یکی از مشتریان در شمال ساسکاچوان، یخ کوچکی روی یک رگولاتور انباشته شده بود، و تیم تعمیر و نگهداری آنها به دلیل آموزش ما، به جای اینکه به یک مشکل بزرگ تبدیل شود، آن را گرفتار کردند. این به اندازه سخت افزار مهم است، اگر نه بیشتر.

من می‌دانم که همه اینها زیاد به نظر می‌رسد، اما در پایان کار ما این است که مطمئن شویم این سیستم‌ها زمانی کار می‌کنند که کسی به آنها بیشتر نیاز دارد. آتش‌سوزی در یک معدن دورافتاده یا یک نیروگاه شمالی فقط یک ضربه مالی نیست، بلکه یک خطر ایمنی برای کارگران آنجاست، بنابراین ما این مسائل را جدی می‌گیریم. اگر از تاسیسات در یک محیط سرد استفاده می کنید و نگران سیستم حفاظت آتش تزریق نیتروژن خود هستید، یا اگر به دنبال نصب یک سیستم جدید هستید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. ما کارهای عمومی و غیرقابل عرضه را انجام نمی دهیم که در هوای 70 درجه فارنهایت کار می کنند و وقتی بیرون یخ می زند خراب می شوند. تیم ما چالش های خاص سایت شما را طی می کند، راه حلی سفارشی طراحی می کند و در هر مرحله از شما حمایت می کند.

اگر می‌خواهید درباره نحوه عملکرد سیستم‌های ما برای محیط‌های سرد اطلاعات بیشتری کسب کنید، یا طراحی حفاظت از ترانسفورماتور ما را که قبلاً در مورد آن صحبت کردیم، بررسی کنید، با خیال راحت با ما تماس بگیرید. ما همیشه خوشحالیم که به سؤالات هر چقدر هم کوچک پاسخ دهیم.

مراجع:

1. انجمن ملی حفاظت از آتش (NFPA) 12: استاندارد برای سیستم های خاموش کننده دی اکسید کربن (توجه: مربوط به سیستم های گاز بی اثر، از جمله نیتروژن)
2. ASME B31.3: کد لوله‌کشی فرآیند، بخش انتخاب مواد با دمای پایین
3. دستورالعمل‌های حفاظت از آتش‌سوزی محیط سرد انجمن حفاظت از آتش‌سوزی صنعتی (IFPA)، نسخه 2022
4. انجمن گاز فشرده (CGA) G-10: اندازه گیری فشار و تصحیح چگالی گاز برای تغییرات دما