NORM TEKNİK’TEN YANICI PARLAYICI SIVI DEPOLARINDA KÖPÜKLÜ SPRİNKLER SİSTEMLERİ

👤NORM TEKNİK MALZEME TİCARET SERKAN CEYLAN, MAKİNE MÜHENDİSİ

Özet
Su ile söndürülmesi mümkün olmayan yanıcı-parlayıcı sıvılar, kimsayal özelliklerinden dolayı kolayca alevlenme özelliğine sahiptirler ve bu sıvılar büyük yangın riskleri oluşturmaktadır. Bu riskleri, yanıcı sıvının özellikleri ve yangın durumundaki davranış şekline göre tasarımı yapılmış köpüklü söndürme sistemleri ile ortadan kaldırabiliriz. Bu çalışma ile yanıcı-parlayıcı sıvılar için belirlenen tehlike sınıfları tanıtılmış olup yanıcı parlayıcı sıvı depolanan mahallerin yangından korunması için kullanılan köpüklü sprinkler sistemlerinde baz alınacak standartlar ve tasarım kriterleri inceleniyor.

🔍

1.YANICI VE PARLAYICI SIVILAR
Parlama noktası 37,8°C’ nin altında ve 37,8°C’ deki buhar basınçları 276 kPa’ yı geçmeyen sıvılara parlayıcı sıvı denilmektedir.  Yanıcı sıvılar ise parlama noktası 37,8 °C ve daha üstünde olan sıvılardır.

1.1. Yanıcı ve Parlayıcı Sıvılar İçin Tehlike Sınıfları
Yanıcı ve parlayıcı sıvıların tehlike sınıfları NFPA 30 (Amerikan Ulusal Yangınla Mücadele Derneği) standardına göre belirlenmektedir. Bu standarda göre tehlike sınıfları Tablo 1’de verilmiştir.

Yanıcı ve parlayıcı sıvılar petrol türevi hidrokarbonlar ve polar solventler olmak üzere 2 sınıfa ayrılırlar. Hidrokarbonlar sadece karbon ve hidrojen atomları içeren organik bileşiklerdir. Başlıca hidrokarbonlar: Ham petrol, gazolin, jet yakıtları, benzindir. Su ile karışan ve çözücü olarak kullanılan sıvılar polar solvent olarak adlandırılır. Başlıca polar solventler alkoller, ketonlar, eterler, esterlerdir. Polar solventler AFFF tip köpükleri bozarak parçalar ve etkisiz hale getirir. Bu nedenle polar solvent yangınlarında alkole dayanıklı köpükler kullanılmalıdır.

2.YANICI VE PARLAYICI SIVI DEPOLARINDA SPRİNKLER SİSTEMİ TİPLERİ
Yangın sırasında otomatik olarak devreye giren ve söndürücü akışkan olarak köpük-su karışımının kullanıldığı köpüklü sprinkler sistemleri ikiye ayrılır.

🔍
.
2.1. Otomatik Köpüklü Sprinkler Sistemi
Köpüklü sprinkler sistemleri ıslak borulu, kuru borulu veya ön tepkili sistem olarak üç ayrı sistem olarak tasarlanabilmektedir. Islak borulu sistemlerde tesisata sürekli basınçlı su bulunmaktadır. Yangın anında sprinklerin aktive olmasıyla birlikte tesisata su geçişi olur ve ıslak alarm vanası açıldığında köpük hattı açılarak oranlayıcı yardımıyla suya belirli oranda köpük karıştırılarak, köpüklü su oluşur. Kuru borulu sistemlerde, tesisat girişinde kuru alarm vanası kullanılır. Vananın üst kısmının basınçlı hava veya inert gaz ile sürekli olarak basınç altında tutulduğu ve kuru alarm vanasının alt kısmının su ile basınç altında tutulduğu sistemlerdir. Sprinklerin belirli bir sıcaklıkta aktive olmasıyla tesisattaki hava basıncı düşer ve kuru alarm vanası açılır. Kuru alarm vananın açılmasıyla köpük hattı açılarak oranlayıcı yardımıyla suya belirli oranda köpük karıştırılır. Ön tepkili sistemlerde, sistem boruları içinde köpük-su karışımı bulunmaz. Tesisatta basınçlı hava bulunur. Suyun boşalması için elektrik ya da mekanik doğrulamanın gerektiği sistemlerdir. Bu sistem normal kuru borulu sprinkler sisteminin diğer çeşidi olup, ön tepkili alarm vanasından boru sistemine su geçişi sprinklerin açılması ile ve aynı zamanda otomatik bir algılama sisteminin devreye girmesi ile başlar. Köpük su karışımının boru sistemine geçişi iki bağımsız olayın gerçekleşmesi durumunda olduğundan kaza sonucu boşalma olasılığının minimize edildiği sistem tipidir. 

2.2. Baskın Köpüklü Sprinkler Sistemi
Sistem borularının içinde köpük-su karışımının bulunmadığı, sistemi kontrol eden vananın elle, elektriksel ya da mekanik olarak tetiklenerek karışımın tüm sprinkler başlıklarından korunan alana aktığı sistemdir. Bu sistem, yangın yayılımının yüksek ve hızlı olmasının beklendiği ve köpüklü suyun yangının meydana gelip yayılacağı tüm alana uygulanmasının istendiği durumlarda kullanılır. Borular su veya hava ile basınçlandırılmaz. Baskın alarm vanası uygun otomatik algılama sistemi ile devreye girer. Acil durumlarda baskın alarm vanasını devreye sokmak için en az bir adet elle boşaltma istasyonu teçhiz edilmelidir.

3.KÖPÜKLÜ SÖNDÜRME SİSTEMİ
Köpük, su, deterjan ve havanın karışımı ile meydana gelen bir maddedir.  Temel olarak yangın sırasında boşaltılan köpük-su karışımı yanıcı madde üzerinde bir örtü tabakası oluşturarak oksijenin ve ısının içeri girmesini önler ve ortamın sıcaklığını düşürerek yangını söndürme görevi görür.

3.1. Yanıcı Parlayıcı Sıvı Yangınlarında Kullanılan Köpük Tipleri
Köpük- su karışımının yangın esnasında verimli şekilde söndürme görevi görmesi için uygun tipte köpük seçilmelidir. Köpük tipleri;
Protein köpük sıvıları
Floroprotein  köpük sıvıları
Film tabakası oluşturan fluoroprotein  (FFFP)  Köpük Sıvıları
Akıcı film tabakası oluşturan (AFFF) Köpük Sıvıları
Alkole dirençli akıcı film tabakası oluşturan (AR-AFFF) Köpük Sıvıları
Alkole dirençli film tabakası oluşturan fluoroprotein  (AR-FFFP)  Köpük Sıvıları
Sentetik deterjan köpük sıvıları (Mid, Hi-ex)

3.2. Köpüklü Sprinkler Sistemleri Tasarım Aşamaları
Köpüklü sprinkler sistemi uygulaması yapılırken aşağıda yer alan adımlar izlenmelidir.
Depolanan yanıcı parlayıcı sıvının sınıfının belirlenmesi
Uygun sistem seçimi
Tasarım yoğunluğu ve operasyon alanının belirlenmesi
Sprinkler veya nozul için minumum basıncın belirlenmesi
Oranlayıcı seçimi
Uygulama süresinin belirlenmesi
Köpük tipinin seçimi
Köpük besleme metodunun seçimi

🔍

3.3. Köpüklü Sprinkler Sistemleri Tasarım Kriterleri
Tasarımı yapılacak köpük-su sprinkler sistemi aşağıda yer alan standartları karşılamalıdır.
NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler Systems, 2016 Edition
NFPA 16: Standard for the Installation of Foam-Water Sprinkler and Foam-Water Spray Systems, 2015 Edition
NFPA 30: Flammable and Combustible Liquids Code, 2015 Edition

Köpüklü sprinkler sistemlerinde (ıslak borulu, kuru borulu, baskın, ön tepkili sistemler) NFPA 16 ve NFPA 30’ da yer alan tasarım kriterlerine göre tasarım yapılır. NFPA 16’da verilen değerler genel parametrelerdir ve minimum ihtiyacı belirler. Yanıcı ve parlayıcı sıvılar üzerinde yapılan yangın test sonuçlarına göre kriterlerin değişiklik gösterebileceği özellikle belirtilmektedir.  NFPA30’ da ise yapılan testler ile ilgili daha detaylı bilgi bulunmaktadır. NFPA 30 farklı tip depolama şekli, depolama yüksekliği, çatı yüksekliği, yanıcı sıvı çeşitlerine göre tasarım kriterlerini belirlemektedir. NFPA 16’ ya göre yapılan sistemlerde, tasarım yoğunluğu en az 0.16 gpm/ft2 (6.5 mm/m²), tasarım alanı ıslak sistemlerde  5000 ft² (465,4 m²) olmalıdır. Bir sprinklerin koruma alanı 100ft² (9,3 m²) ve sprinkler arası mesafede 12 ft (3,7 m) aşmamalıdır. Tavan ya da çatıya monte edilmiş sprinklerin açılma sıcaklığı 250°F ila 300°F (121°C ila149°C) aralığında olmalıdır. Ara seviyelerde yer alan sprinklerin açılma sıcaklığı ise çevre koşulları daha yüksek bir değeri gerektirmedikçe 135°F ila 170°F (57°C ila 77°C) aralığında olmalıdır.
Sistemde kullanılacak olan boru çapları sürtünme kaybı hesaplarına göre belirlenmelidir. Boru sistemlerindeki sürtünme kaybının hesaplanması için Hazen-Williams C değerleri kullanılır. Köpük su  karışımı taşıyan boruların sürtünme kaybı karakteristikleri sadece su taşıyan borular ile aynı şekilde değerlendirilecektir. 
Alkol dirençli köpük konsantresinin kullanıldığı boru sistemlerindeki sürtünme kaybının hesaplanması için sürtünme karakteristikleriyle ilgili olarak köpük konsantresi üreticisine danışılmalıdır. NFPA 30’da tasarım kriterleri tablolar halinde verilmektedir.

🔍 Örnek olarak çift sıralı raflı depolama alanlarında depolanan metal, portatif ve IBC yanıcı sıvı tanklarının otomatik köpüklü sprinkler sistemi ile korunmasına yönelik tasarım kriterleri Tablo 2’de verilmektedir. Tasarım yoğunluğu belirlenirken kullanılacak olan cihazların test değerleri de dikkate alınmalı, tablolar halinde verilen değerler ile kıyaslanarak hangi değer büyükse o değer hesaba katılmalıdır.  NFPA30’a göre oranlayıcı ekipmanlar seçilirken en az dört adet sprinklerin açılacağı kabulü yapılarak oranlama aralığı belirlenmelidir. NFPA 30, sprinkler yerleşiminin NFPA 13, Sprinkler Sistemlerinin Kurulum Standardı ‘na uygun olarak tasarlanması gerektiğini belirtmekle birlikte aşağıdaki maksimum koruma alanına uygun olarak sprinkler yerleşimi yapılmasına izin vermektedir.
(1) Sınıf I, II, and IIIA:9.3 m2 sprinkler başına korunan alan
(2) Sınıf IIIB:11.1 m2 sprinkler başına korunan alan NFPA 16’ ya göre çalışma süresi minimum 10 dakika, NFPA 30’a göre minimum 15 dakika olacak şekilde köpük miktarı hesaplanmalıdır.

3.4. Köpük Besleme Yöntemleri
Sprinkler sistemlerinde yaygın olarak iki köpük besleme metodu kullanılmaktadır.
1.Diyafram tanklı köpük besleme metodu
2.Köpük pompalı köpük besleme metodu

Köpük besleme yöntemi seçilirken, köpük su karışımının doğru oranda akıtılması dikkat edilmesi gereken en önemli konudur. Oranlama cihazları en düşük ve en yüksek debi aralığına göre seçilir. Oranlama cihazlarının akış aralığı köpük cinsine göre değişir. AR-AFFF köpükler için bu değerler daha düşük olmaktadır. Bu yüzden en çok köpüklü su ihtiyacı olan alanın akış değeri dikkate alınmalıdır. Ayrıca köpük konsantresi, sistemin ihtiyaç duyduğu en düşük basıncı karşılayacak şekilde basınçlandırılarak suya karıştırılır. Baskın sistemlerde, tüm sprinklerden aynı anda akış sağlanacağından, akıştaki değişim sadece basınç değişiminden kaynaklanır. Ancak kapalı sprinkler başlığı kullanılan sistemlerde minimum ve maksimum akış aralığını tahmin etmek imkansızdır. Akış aralığı ile ilgili kabuller tasarımcı tarafından yapılmaktadır. Bu değer NFPA30’da en az 4 sprinklerin açılacağı ve en fazla hidrolik tasarım alanı içinde kalan sayıda sprinklerin açılacağı varsayılarak hesaplanmalıdır. Oranlayıcının çalışma aralığı bu değerlere uygun olarak seçilmelidir. Bu değerler dışında seçilen cihazlarda söndürme performansını sağlayacak oranda köpük su karışımı sağlanamayabilir.  Her iki metodun da birbirine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Başlıca konular Tablo4’te özet halinde verilmektedir.
3.4.1 Diyafram Tanklı Köpük-Su Oranlama Sistemi
Köpük sıvısı karbon çelik tank içinde bulunan elastomerik malzemeden yapılmış  köpük torbasında depolanır. Köpüğü basınçlandıran su ise tank cidarı ile köpük torbası arasındaki boşlukta yer alır. Köpüğü basınçlandıran su sistemdeki yangın pompasından sağlanır. Şekil 1’de Diyafram Tanklı Köpük Tankı verilmiştir.🔍 

3.4.2 Köpük Pompalı Köpük-Su Oranlama Sistemi
Köpük ve su ayrı pompalar ile oranlayıcıya gönderilerek sisteme verilirler. Pompalı sistemlerde basıncı dengeleyen özellikte oranlayıcılar kullanılır. Bu nedenle oranlayıcının köpük tankına olan mesafesi konusunda sınırlama bulunmamaktadır. Doğru oranlama yapılabilmesi için köpük basıncı, su basıncının 20PSI üzerinde olmalıdır. Şekil 2’de Köpük Pompalı Köpük-Su Oranlama Sistemi şeması gösterilmiştir.

3.5 Örnek Uygulamalar

3.5.1 Baskın Köpüklü Söndürme Sistemi Uygulaması
Sistem Tipi: Baskın Köpüklü Söndürme Sistemi
Dizayn Standardı: NFPA 16
Depo Boyutları: 27,4 m x 15,2 m
Depolanan Ürün: SINIF IB Hidrakarbon
Depolama Tipi: Raflı Depolama, 10 galon metal kaplarda
Köpük: AFFF, %3
Depolama yüksekliği: 7,6 m
Tavan yüksekliği: 6,1 m
Raf Arası Sprinkler: Yok
Sprinkler Tipi: Standart orifis
Sprinkler Tepki Süresi: Standart
Tasarım Alanı: 27,4 x 15,2 = 418 m²
NFPA16’ya göre,
Tasarım yoğunluğu: 6.5 lpm/m²
Karışım miktarı: 6,5 lpm/m² x 418 m²  = 2717 lpm ( 717 gpm)
Çalışma Süresi : 10 dakika
Köpük Oranı : %3
Köpük Miktarı : 717 x 10 x0.03 =  216 galon

🔍 3.5.2 Islak Borulu Köpüklü Söndürme Sistemi Uygulaması
Örnek sistem şeması Şekil 3’te verilmiştir.
Sistem Tipi: Islak Tip Köpüklü Söndürme Sistemi
Dizayn Standardı: NFPA 30
Depo Boyutları: 27,4 m x 15,2 m =418m2
Depolanan Ürün: SINIF IB Hidrakarbon
Depolama Tipi: Raflı Depolama, 10 galonluk metal kaplarda
Köpük: AFFF, %3
Depolama Yüksekliği: 7,6 m
Tavan Yüksekliği: 6,1 m
Raf Arası Sprinkler: Yok
Sprinkler Tipi: Standart orifis
Sprinkler Tepki Süresi: Standart
NFPA 30’ da ilgili Tablo 2’ye göre tasarım alanının 3000 ft² (278 m²) almamız gerekiyor. Bu tasarım alanı için ise tasarım yoğunluğu 0.3 gpm/ ft² (12,2 lpm/m²) alınmalıdır.
Tasarım yoğunluğu: 12,2 lpm/m²
Karışım miktarı: 12,2 lpm/m² x 278 m²  = 3392 lpm ( 897 gpm)
Çalışma Süresi : 15 dakika
Köpük Oranı : %3
Köpük Miktarı : 897 x 15 x0.03 =  404 galon