FEINSPRÜHLÖSCHANLAGE ZUM MASCHINENSCHUTZ: SPANPLATTENPRESSEN

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1 Fachartikel FEINSPRÜHLÖSCHANLAGE ZUM MASCHINENSCHUTZ: Dr. Joachim Böke, Product Development Manager August 2006 Worldwide Fire Protection

2 INHALTSVERZEICHNIS SCHUTZ VON UND VERGLEICHBAREN RISIKEN 3 1. Einführung 3 2. Anforderungen an den Schutz 3 3. Feinsprühlöschanlagen 3 4. Anerkennungsverfahren 5 5. Schutzkonzept Düsenanordnung Wirkflächen und Wasserversorgung Allgemein Pressenschutz für die Holzindustrie Zusätzliche Anforderungen 9 Seite 2 von 10

3 SCHUTZ VON UND VERGLEICHBAREN RISIKEN 1. Einführung In der Holz-/ Spanplattenindustrie werden Pressen zur Herstellung von Spanplatten, Holzfaserplatten, MDF-Platten, OSB-Platten usw. eingesetzt. Die Pressen sind für die Unternehmen im Hinblick auf den Wert der Presse und die Bedeutung bezüglich der Betriebsunterbrechung im Schadenfall sehr wichtig. Diese Pressen stellen ein hohes Brandrisiko dar. Brandlasten in Form von Holzspänen, Schmierstoffen und Hydrauliköl werden in diesen Pressen verwendet. Thermoöl wird zum Aufheizen der Presse genutzt. Die heißen Teile der Presse stellen eine mögliche Zündquelle dar. Während des Produktionsprozesses sind Ablagerungen von Spänen und Öl nicht zu vermeiden, die zum Teil auch in der Nähe der oben erwähnten heißen Teile sein können. Zusätzlich können leicht flüchtige Bestandteile der Schmierstoffe oder Öle verdampfen, die auch brennbar sein können. 2. Anforderungen an den Schutz Ein Brand in einer Presse ist so schnell wie möglich zu löschen, um einen Schaden an der Presse und eine entsprechende Brandausbreitung zu vermeiden. Dieser Produktionsbereich ist normalerweise mit einer Sprinkleranlage ausgestattet. Aufgrund der Gebäudehöhe und der Konstruktion der Spanplattenpresse sind eine effektive Brandbekämpfung und die Vermeidung von größeren Schäden an der Presse nur mit einer Sprinkleranlage nicht immer möglich. Eine frühe Auslösung der Löscheinrichtung ist erforderlich, damit das Wasser den Brand direkt bekämpfen und löschen kann. Um einen möglichen Schaden an heißen Bauteilen zu vermeiden, sollte die notwendige Wassermenge begrenzt sein. 3. Feinsprühlöschanlagen In der Europäischen Technischen Spezifikation Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Feinsprüh- Löschanlagen - Planung und Einbau (CEN/TS 14972: 2006, abschließender Entwurf) ist die folgende Definition für Wassernebel aufgeführt: Sprühwasser, bei dem Dv0,90, gemessen in einer Ebene 1 m von der Düse entfernt, bei Mindest- Auslegungsbetriebsdruck kleiner als 1 mm ist. Der Vorteil von Wassernebel bzw. Feinsprühtropfen ist, dass bei gleicher Wassermenge kleine Tropfen eine wesentlich größere Gesamtoberfläche haben als große Tropfen. Aufgrund dieser größeren Oberfläche ist der Wärmeübergang vom Feuer auf diese kleinen Tropfen größer. Die kleinen Tropfen erwärmen sich schneller und verdampfen schneller als größere Tropfen. Große Tropfen können den Brandbereich passieren und auf den Boden auftreffen ohne vollständig zu verdampfen. Wassernebel kommt zur Anwendung bei kritischen Bränden an Einrichtungen, bei denen die Wärmebindung und die Kühlung der Heißgase von primärer Bedeutung sind, während Sprinkler mit den größeren Tropfen eingesetzt werden, um den Heißgasstrom zu durchdringen und die brennenden Produkte sowie die Umgebung zu benetzen und zu kühlen. Aufgrund Ihrer geringen Masse werden kleine Tropfen schnell abgebremst. Der Impuls bei kleinen Tropfen ist gering, so dass es schwierig sein kann, dass sie den Heißgasstrom durchdringen und das Feuer kühlen. Feinsprühtechnik kommt bei speziellen Einsatzgebieten zur Anwendung, wobei die kritischen Komponenten besonderer Einrichtungen gekühlt und der Brand schnell gelöscht werden kann, so dass eine schnell Wiederinbetriebnahme möglich ist. Sprinkler erzeugen größere Tropfen und werden für den Brandschutz größerer Bereiche auch mit hoher Brandlast eingesetzt. Seite 3 von 10

4 Abbildung 1 zeigt den Wärmeübergang auf 1l Wasser in Abhängigkeit von Tropfengröße und -geschwindigkeit. Für die Berechnung des Wärmeübergangs wurden die vereinfachten Gleichungen basierend auf Reynolds und Prandtl verwendet.. Wärmeübergang [W/(l K)] Tropfengeschwindigkeit 0,5 m/s 1m/s 0 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Tropfenradius [mm] Abbildung 1: Wärmeübergang (1 l Wasser bei 1 K Temperaturdifferenz) Kleine Tropfen werden schnell abgebremst, da sie eine geringe Masse und damit auch einen geringen Impuls haben. Darüber hinaus wird Luft in den Sprühstrahl eingemischt und die Geschwindigkeit des Sprühstrahls nimmt ab (siehe Abbildung 2). Geschwindigkeitsprofile Lufteinmischung Abbildung 2: Schematische Darstellung eines Sprühstrahls Aufgrund dessen können Feinsprühstrahlen durch Luftströmungen in die falsche Richtung gelenkt werden. Um dies zu vermeiden sollten die Düsen derart angeordnet werden, dass die Tropfen die Brandzone erreichen und den Schutzbereich abdecken. Seite 4 von 10

5 4. Anerkennungsverfahren Für Feinsprühlöschanlagen gibt es verschiedene Anerkennungsverfahren und Richtlinien. Die Systeme werden anerkannt basierend auf Brandversuchen zum Nachweis der effektiven Brandbekämpfung sowie Komponenten oder Systemprüfungen zum Nachweis der langfristigen Zuverlässigkeit. Eine weitere Basis für die Anerkennung ist die Planungs- und Einbaurichtlinie des Herstellers. Die Wirksamkeit des Feinsprühsystems für diese Anwendung wurde durch spezifische Brandversuche nachgewiesen. VdS Schadenverhütung hat als Anerkennungsorganisation spezifische Brandversuche für den Schutz von Spanplattenpressen erarbeitet. Der Versuchsaufbau ist ähnlich zu einem Rahmen einer Spanplattenpresse. Die Brandlasten sind: Wanne 500 * 500 * 50 mm; 5 l Diesel auf 5 l groben Holzspänen Wanne 500 * 500 * 50 mm; 5 l Diesel auf 3 l groben Holzspänen Wanne 500 * 500 * 50 mm; 5 l Diesel auf 3 l groben Holzspänen Wanne 900 * 200 * 30 mm; 2 l Diesel auf 1 l Wasservorlage Wanne 900 * 200 * 30 mm; 2 l Diesel auf 2 l groben Holzspänen Isolationsmatte getränkt mit min. 0,5 l Diesel Abbildung 3 zeigt die Versuchsanordnung: Seitenansicht Vorderansicht Abbildung 3: Versuchsanordnung Abbildung 4 zeigt den Brand kurz nach der Auslösung der Feinsprühlöschanlage: Abbildung 4: Brand kurz nach der Auslösung der Feinsprühlöschanlage Seite 5 von 10

6 Die Prüfung der Düse enthalten folgende Tests: K Faktor Prüfung Prüfung des Sprühwinkels Test der Wasserverteilung Festigkeitsprüfung verschiedene Korrosionsprüfungen Wärmebeständigkeitsprüfung Vibrationsprüfung Nach Prüfung der Planungs- und Einbauanweisung des Herstellers und der Prüfung der Komponenten wird die Anerkennung von VdS ausgestellt (siehe Abbildung 5): Abbildung 5: VdS Anerkennung Seite 6 von 10

7 5 Schutzkonzept 5.1 Düsenanordnung A. Die Düsen sind derart anzuordnen, dass der Feinsprühstrahl der Düse die mögliche Brandoberfläche abdeckt (siehe Abbildung 6), Sprühwinkel (125 ) Strahlhauptachse ohne Schwerkraft DÜSE Strahlhauptachse mit Schwerkraft Brandoberfl äche Abbildung 6: Horizontale Anordnung zum Brand B. Die Düsenstrahlen benachbarter Düsen in einem gemeinsam Schutzbereich sollten sich möglichst überlappen (siehe Abbildung 7), DÜSE DÜSE Abbildung 7: Parallele Düsen Seite 7 von 10

8 C. Höhere Brandobjekte sollten möglichst von mehreren Seiten besprüht werden (siehe Abbildung 8) DÜSE DÜSE Abbildung 8: Höhere Brandobjekte Bei Hindernissen können zusätzliche Düsen für eine ausreichende Wassermenge im Schutzbereich erforderlich sein. Bei Spanplattenpressen sind Düsen auf zwei Ebenen in jedem Rahmen der Presse zu installieren. Am Presseneinlauf sind zusätzliche Düsen zu installieren (siehe Abbildung 9). Darüber hinaus sind mehr als zwei Düsenreihen erforderlich, um die mechanischen Einrichtungen wirksam zu schützen. Abbildung 9: Typische Düsenanordnung (nur von einer Seite) Seite 8 von 10

9 5.2 Wirkflächen und Wasserversorgung Allgemein Große Schutzbereiche sollten in einzelne Gruppenwirkflächen unterteilt werden. Es ist hydraulisch die Gleichzeitigkeit aller Gruppenwirkflächen in einem Radius von 5 m zu berücksichtigen, wenn diese nicht durch eine vom Wasser der Löschanlage gekühlte, nicht brennbare Trennung unterteilt sind Pressenschutz für die Holzindustrie Im Fall einer Spanplattenpresse sind die fünf Gruppenwirkflächen vorzusehen: Der obere Wärmekanal über die gesamte Länge. Der untere Wärmetunnel über die gesamte Länge. Der Presseneinlauf bis zu den Abstreifern. Der Pressenteil zwischen Presseneinlauf und Pressenauslauf mit den Hydraulikzylindern. Der Pressenauslauf. Bei langen Pressen kann der Pressenteil zwischen Presseneinlauf und Pressenauslauf in weitere Wirkflächen unterteilt werden. Die Wasserversorgung sollte den gleichzeitigen Betrieb aller Löschsektionen ohne Sprinkleranlage ermöglichen. Zusätzlich ist die Wasserversorgung derart zu Dimensionieren, dass gleichzeitig mit der Sprinkleranlage bei einer reduzierten Wirkfläche von 300 m² nach VdS CEA 4001 die beiden Gruppenwirkflächen mit der größten Wasserrate betrieben werden können. 5.3 Zusätzliche Anforderungen Um den möglichen Schaden zu minimieren, ist das Löschsystem derart aufzubauen, dass nach Auslösung spätestens nach 30 Sekunden Wasser an der ungünstigsten Düse austritt. Die Betriebszeit beträgt mindestens 30 Minuten. Aufgrund der kleinen Öffnung der Feinsprühdüse ist die Gefahr eine Verstopfung durch die Verwendung korrosionsgeschützter Rohrleitungen und die Installation eines Filters zu vermeiden. Für die Rohrleitungen sind verzinkte Rohre oder Materialien mit einem höherwertigen Korrosionsschutz zu verwenden. Die Viking-Düse ist mit einem Filter ausgestattet, der nicht in die Rohrleitungen hineinragen darf (siehe Abbildung 10). Ein zusätzlicher Filter ist hinter der Sprühwasserventilstation zu installieren. Um ein Verstopfen der Düse mit Staub zu verhindern ist jede Düsenöffnung mit der entsprechenden geprüften Schutzkappe zu verschießen. Die Viking Planungs- und Einbauanweisungen sind einzuhalten Seite 9 von 10

10 Filter ½ NPT Rohr ½ NPT Verschraubung Filter ½ NPT Nippel NICHT ZULÄSSIG BEISPIELHAFTE ANWENDUNG Abbildung 10: Installation der Düse mit Filter Ende des Dokumentes Seite 10 von 10