Test av filterløysingar til trafogruver : Sammanlinkning av steinfilter, flammelister og flammenett

Full text

(1)NBL A13104 - Åpen. Rapport Test av filterløysingar til trafogruver Samanlikning av steinfilter, flammerister og flammenett. Forfattar Reidar Stølen. SINTEF NBL as Brannutvikling og slokking 2013-02-05.

(2) (j)) SINTEF SINTEF NBL as Postadresse: Postboks 4767 Sluppen 7465 Trondheim. Rapport. Sentralbord: 73591078 Telefaks: 73591044 nbl@n bl.sintef.no www. nbl. sintef.no Foretaksregister: NO 982 930 057 MVA. EMNEORD: Brann. Test av filterl(l)ysingar til trafogruver Samanlikning av steinfilter, flammerister og flammenett.. VERSJON. DATO. 1.0. 2013-02-05. Sl0kking Slokking. FORFATTAR. Elkraft. Reidar St(l!len. Transformator Flammefilter. OPPDRAGSGJEVAR. OPPDRAGSGJEVEARS REF.. Statkraft. Per Olav Hetland. PROSJEKTNR. TALPA SIDER OG VEDLEGG:. 107572. 26 +vedlegg. SAM AN DRAG. Det vart gjennomf(l!rt 7 testar av ulike filterl(l!ysingar for oljegruver under trafoar. Testane vart gjennomf(l!rt ved a tippe 400 liter brennande mineralolje ved 150 oc over i ein stalcontainer som var 2,4 m brei og 6,0 m lang. Testar·. 1. Open gruve. 2012-06-06. Tid til sl!!lkking ~10 min. 2. Stalrister. 2012-06-06. Sl(l!kkte ikkje. 3. Steinfilter. 2012-11-12. ~3. min. Lite synlege flammer, lage temperaturar over filteret.. 4. Flammenett. 2012-11-13. ~5. min. Synlege flam mer fram til sl(l!kking.. 5. Stalrister. 2012-11-13. Sl0kkte ikkje. 6. Stalrister. 2012-11-14. Flammenett. 2012-11-14. #. 7. Type filter. Dato. ~o,5 ~7,5. Merknad Kraftig brann til olja brann opp. Lite synlege flammer, mykje kvit r(l!yk og oljedamp.. Lite synlege flammer, mykje kvit r(l!yk og oljedamp.. min. Synlege flam mer i om lag 10 sekund.. min. Synlege flam mer nesten fram til sl(l!kking.. UTARBEIDD AV. Reidar St(l!len KONTROLLERT AV. Christian Sesseng GODKJENTAV. Are W Brandt RAPPORTNR. ISBN. GRADERING. GRADERING DENNE SIDE. NBLA13104. 978-82-14-00115-0. Apen. Apen. 1 av 26.

(3) Historikk VERSJON. DATO. 0.1. 2012-12-21 Fyrste utkast. RS. 0.2. 2012-12-21 Kvalitetssikra utkast. CS. 1.0. 2012-02-05 Endeleg utgåve etter kommentarar frå oppdragsgjevar.. PROSJEKTNR 107572. VERSJONSBESKRIVELSE. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 2 av 26.

(4) Innhald 1. Bakgrunn....................................................................................................................................... 4. 2. Testoppsett ................................................................................................................................... 4 2.1 Gruve og oljetipp............................................................................................................................ 4 2.2 Filterløysingar................................................................................................................................. 5 2.2.1 Steinfilter ........................................................................................................................... 5 2.2.2 Stålrister............................................................................................................................. 6 2.2.3 Flammenett ....................................................................................................................... 8 2.2.4 Open gruve ........................................................................................................................ 9 2.3 Instrumentering ............................................................................................................................. 9. 3. Resultat....................................................................................................................................... 11 3.1 Test 1 - Open gruve ...................................................................................................................... 11 3.2 Test 2 - Stålrister .......................................................................................................................... 13 3.3 Test 3 - Steinfilter ......................................................................................................................... 16 3.4 Test 4 - Flammenett ..................................................................................................................... 18 3.5 Test 5 - Stålrister .......................................................................................................................... 19 3.6 Test 6 - Stålrister .......................................................................................................................... 21 3.7 Test 7 - Flammenett ..................................................................................................................... 22. 4. Diskusjon .................................................................................................................................... 23 4.1 Er testane relevante? ................................................................................................................... 23 4.2 Samanlikning av dei ulike løysingane........................................................................................... 23 4.2.1 Open gruve ...................................................................................................................... 23 4.2.2 Steinfilter ......................................................................................................................... 24 4.2.3 Stålrister........................................................................................................................... 24 4.2.4 Flammenett ..................................................................................................................... 25. 5. Konklusjonar ............................................................................................................................... 26. BILAG/VEDLEGG. A Datablad mineralolje. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 3 av 26.

(5) 1 Bakgrunn På initiativ frå Statkraft er det gjennomført ein testserie for å samanlikne ulike løysingar for sløkking av brennande olje frå transformatorar. Statkraft har stått for planlegginga og praktisk gjennomføring av prosjektet. SINTEF NBL har vore delvis involvert i planleggingsfasen og har stått for instrumentering, måling og rapportering frå forsøksserien. Forskrift om elektriske forsyningsanlegg [1] gir eit generelt krav om vern mot brann. § 2-10. Beskyttelse mot brann Anlegg og utstyr skal være plassert, konstruert og beskyttet slik at brann forhindres. I utstyr hvor gnister, lysbuer, eksplosjoner eller høye temperaturer kan oppstå, skal utstyret være konstruert og plassert slik at omgivelsene er beskyttet mot brann. Vegleiinga til forskrift om elektriske forsyningsanlegg legg [2] gir meir detaljerte løysingar om korleis kravet om vern mot brann kan oppfyllast. I denne står det blant anne føljande: • • •. Oljefylte transformatorer og reaktorer med oljevolum mer enn 1000 l skal ha oljegruve med oppsamlingstank. Oljegruven skal ha innretning for slukking av eventuell brann i oljen. Steinfilter eller tilsvarende slukkeinnretning skal benyttes.. Ved bruk av steinfilteret skal dette være omkring 300 mm tykt med en kornstørrelse 40/60 mm eller 60/90 mm av ”vasket elvestein”. Terskler, oppsamlingstanker og oljegruver skal ha et volum som til sammen kan motta hele oljemengden pluss regnvann og slukkevæske. Til kjøling og sløkking av brennande olje frå transformatorar og reaktorar med oljevolum over 1000 liter, er ei løysing med steinfilter preakseptert. I tillegg er det opna for å bruke tilsvarande sløkkeinnretning. Det er så vidt me veit ikkje gjort representative testar av steinfilterløysinga eller realistiske samanliknbare testar mellom ulike eksisterande løysingar. Den einaste liknande testen som me kjenner til er ein test av stålristene som vart gjennomført i Tyskland i 1998. Denne testen vart gjennomført med kaldare oljetemperatur (90 °C) og langsam tømming av 1000 liter olje over ristene. Målet med denne testserien er difor å gjere relevante og samanliknbare testar av ulike løysingar for å kunne seie noko om både korleis steinfilteret fungerer og om andre løysingar kan fungere tilsvarande.. 2 Testoppsett 2.1 Gruve og oljetipp Oljegruva er representert ved ein stålcontainer med innvendige mål 6x 2,4 x 0,9 m (LxBxH). 300 mm over botnen i denne ramma er det laga til ei stålramme som dei ulike filterløysingane blir lagt oppå. Volumet under filterløysingane blir dermed likt uavhengig av høgda på filterløysinga. Oljeutsleppet frå ein transformator som revnar er representert ved ein tippecontainer med mål 1,5 x 0,9 x 0,9 m (LxBxH) som rommar 400 liter. Olja var mineralolje av typen Nytro 10 XN og vart forvarma med gassbrennarar til den nådde ein gjennomsnittstemperatur på minst 150 °C og påtent før den vart tippa over i gruvecontaineren. For å få spreidd olja sidelengs er kanten på tippecontaineren modifisert med ein "plog" som distribuerar olja meir sidelengs enn containeren gjorde originalt. Når tippecontaineren vart utløyst, vart olja tømt ut over i gruvecontaineren i løpet av om lag eitt sekund. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 4 av 26.

(6) Figur 1: Viser tippecontaineren i ferd med å tøme den varme, brennande olja over i gruvecontaineren.. 2.2 Filterløysingar Tre ulike løysingar for sløkking av oljebrannen er prøvd ut i tillegg til ein referansetest som vart gjort med open gruve.. 2.2.1 Steinfilter Steinfilteret var klargjort og lagt ut i stålrammer som vart heisa på plass direkte i containeren. Det var laga som det står skildra i vegleiinga til forskrift om elektriske forsyningsanlegg med 30 cm tjukt lag av vaska elvestein. Glipene som oppstod mellom stålrammene og langs kanten av containeren vart tetta med grus. Figur 1 viser gruvecontaineren med den fyrste av tre kassettar med steinfilter på plass. Steinen kjem frå Trollheim og det er brukt om lag 5,6 tonn for å dekkje denne containeren på 14 m2.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 5 av 26.

(7) Figur 2: Den fyrste av tre kassettar med steinfilter er heisa på plass i containeren.. 2.2.2 Stålrister Stålristene som vart testa ut er kalla Stephuit-FH og er laga av Meiser i Tyskland. Dei er laga av galvaniserte stålplater som er perforert med hol som er stansa ut oppover og nedover. Golvet blir sett saman av seksjonar som er 300 mm breie og låser seg i kvarandre med overlapp og låsepinnar. Figur 2 viser ristene ferdig montert i containeren. Langs kanten av ristene vart det lagt opp eit vinkeljern og ein kil med grus for å tette eventuelle griper som skulle oppstå når stålet i containeren blir så varmt at det bøyer seg. Dette er mest synleg på Figur 4 der ein ser stripa med grus langs kanten av containeren. Denne gruskanten vart ikkje brukt på test 2. På denne testen vart glipene tetta med fugeskum som viste seg å ikkje fungere så bra. Fugeskummet brann opp og slik at glipene opna seg att i løpet av testen. Figur 3 viser hola i ristene før og etter test nummer 5 og ein kan sjå at hola som vender oppover er tett av galvanisering før test, men har opna seg i løpet av testen.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 6 av 26.

(8) Figur 3: Containeren ferdig montert med stålristene.. Figur 4: Viser dei perforerte hola før og etter test. Legg merke til at hola som vender oppover er tetta av galvaniseringa før test, men har opna seg i løpet av testen. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 7 av 26.

(9) 2.2.3 Flammenett Flammenettet er laga av Tydal verkstad og er sett saman av ein finmaska stålnetting og grovruta rister til å gå på. Stålnettingen er laga av AISI 316 syrefast stål med 0,36 mm tråd og 1 mm maskevidde. Duken er festa på undersida av ristene med ståltråd. Figur 4 viser ristene med flammenettingen under, og kanten med grus som vart lagt opp langs veggen i containeren.. Figur 5: Flammenett og rister montert i containeren.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 8 av 26.

(10) 2.2.4 Open gruve Som ein referansetest vart det gjennomført ein test utan nokon form for flammefilter. Då vart olja tippa direkte opp i containeren for å undersøke om den ville sløkke av seg sjølv på grunn av blanding, avkjøling og spreiing over eit større areal.. Figur 6: Containeren utan sløkkefilter.. 2.3 Instrumentering Det er målt temperaturar i tre punkt langs lengdeaksen på containeren. Midt på og 1,5 meter til kvar side. I desse punkta er det montert mantla termoelement type K med diameter 1,5 mm i tre høgder. På golvet i containeren, oppunder støttebjelken for filterløysingane og like over filterløysingane. I tillegg til dette er temperaturen i olja målt i tippecontaineren i to høgder om lag 10 cm frå botnen og 10 cm frå toppen av olja. Oksygenkonsentrasjonen er målt i holrommet under flammefilterløysingane ved at eit koparrøyr er ført inn gjennom containerveggen like under tippecontaineren. Gassen frå dette røyret blir drege ut med ei membranpumpe, gjennom eit grovfilter og ut i ein trykkutjamnar. Frå denne trykkutjamnaren dreg ei mindre membranpumpe prøvegassen gjennom eit finfilter og gjennom gassanalysatoren. Temperaturar og gasskonsentrasjonar er logga med ein Agilent 34972A dataloggar kvart halve sekund. Figur 5 viser dei tre termoelementa som er festa til golvet og koparrøyret som dreg gass til oksygenanalysatoren til høgre i biletet.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 9 av 26.

(11) I grafane er gjennomsnittstemperaturen for kvart nivå vist for å få jamnare kurver og eit meir generelt bilete av temperaturen over heile området uavhengig av enkelte varme eller kalde punkt. • • • •. •. Snitt golv er gjennomsnittet av dei tre målepunkta som er festa på golvet i containeren og måler temperaturen i olja etter at den er tømt over i gruvecontaineren. Snitt under er gjennomsnittet av dei tre målepunkta som er festa like under filterløysinga og måler temperaturen i ein eventuell flamme som legg seg oppunder filteret. Denne temperaturen seier og noko om kor mykje varme som er tilgjengeleg til å dampe av olje til brennbar gass. Snitt over er gjennomsnittet av dei tre målepunkta som er montert like over filterløysinga. Denne seier noko om kor mykje flammer som er på oversida av filteret og kor mykje varme som slepp ut frå gruva. Snitt olje er gjennomsnittet av dei to målepunkta som er plassert i olja i tippecontaineren. Dei vart brukt til å følgje med på oppvarminga og til å vite når olja var gjennomvarm og klar til å bli tippa. Etter at olja er tippa viser desse målepunkta flammetemperaturar frå restar av olje som brenn i tippecontaineren. O2 Vol% er volumprosent av oksygen i gassen som blir trekt ut frå holrommet under filteret. Dette seier noko om kor effektivt filteret er til å kvele brannen ved å avgrense tilgangen på frisk luft.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 10 av 26.

(12) 3 Resultat 3.1 Test 1 - Open gruve Olja vart varma opp til 150 °C og påtent før den vart tippa over i containeren. Gjennomsnittstemperaturen i olja på golvet i containeren er vist i grafen "Snitt golv" i Figur 6 og Figur 7. Oljetemperaturen stig jamt oppover og stabiliserar seg mellom 600 og 700 °C fram til olja brenn opp. Eit grovt estimat for gjennomsnittleg effekt i brannen kan reknast ut som dette: 𝑘𝑔 𝑀𝐽 400 [𝑙] ∙ 0,9 � � ∙ 42 � � 𝑙 𝑘𝑔 ≈ 25 [𝑀𝑊] 600 [𝑠]. (1). Dette reknestykket høver ganske godt overeins med tommelfingerregelen om 2 MW/m2 for opne oljebrannar i friluft. Med overflateareal på 14 m2 skulle dette gi omlag 26 MW. Olja har ikkje avkjøla seg målbart frå tippecontaineren og til golvet i gruvecontaineren. Snitt golv held fram frå der snitt olje avslutta og stig jamt og trutt i løpet av brannen.. Test 1 Open gruve 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0 -2. -1. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Tid [min]. Figur 7: Gjennomsnittstemperaturar og oksygenkonsentrasjon målt dei fyrste 10 minutta av test 1.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 11 av 26.

(13) Figur 8: Bilete av brannen i den opne containeren i test 1. Kraftig, svart røyk og flammer over heile arealet av containeren.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 12 av 26.

(14) 3.2 Test 2 - Stålrister Etter testen med fri brann var veggane i containeren ein del bøygd, slik at det vart ein del gliper langs kanten av stålristene. Desse glipene vart tetta med fugeskum for å hindre ekstra lufttilgang. Dette skummet motstod ikkje varmen og greidde ikkje å halde tett gjennom testen. I dei seinare testane vart kanten langs containeren tetta med ein hulkil av grus for å sikre god tetting sjølv om stålet skulle bøye seg. I løpet av eit minutt etter at olja vart tømt over ristene var det ikkje lenger synlege flammar, men store mengder kvit damp steig opp gjennom ristene. Etter nokre minutt dukka det opp enkelte flammar, men gjennom heile resten av brannen var det relativt lite synlege flammar på oversida av ristene. Under ristene viser målingane stabilt, høge temperaturar og veldig låge oksygenkonsentrasjonar. Trass den svært låge oksygenkonsentrasjonen på ned mot 0 volumprosent gjennom store delar av testen har brannen greidd å halde seg stabil og få tak i nok oksygen til å oppretthalde forbrenninga så lenge testen varte. Etter 33 minutt vart avsuget til oksygenanalysatoren kopla frå, dette er vist i grafen med ein brå stigning frå 0 til 21 vol%. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming og til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren kan ein sjå at den har vorte avkjøla 24 °C frå 144 til 120 °C på vegen.. Test 2 Stålrister 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0 -2. -1. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 9: Måledata frå dei fyrste ti minutt av test 2.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 13 av 26.

(15) Test 2 Stålrister 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. Tid [min]. Figur 10: Måledata frå heile test 2.. Figur 11: Fugeskum brukt til å tette rundt kanten av stålristene på test 2.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 14 av 26.

(16) Figur 12: Kvit oljedamp og så vidt synlege flammer til høgre i biletet frå test 2.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 15 av 26.

(17) 3.3 Test 3 - Steinfilter I testen av steinfilteret var det svært lite synlege flammer fem sekund etter at olja var tømt ut. Tippecontaineren vart ikkje heilt tømt med ein gong, så den vart ståande og brenne og renne av seg olje over i gruvecontaineren i nesten eitt minutt. I dette området var det synlege flammer over steinfilteret så lenge det rann frå tippecontaineren. Elles var det ikkje synlege flammer og relativt små mengder med kvit damp frå steinfilteret. Temperaturane under steinfilteret viser ein stigning opp mot 400 °C frå 1 til 3 minutt etter at olja vart tømt i. I denne perioden synk også oksygenkonsentrasjonen ned mot 7%. Merk at denne stigninga under steinfilteret knappt påverkar temperaturen på oversida av steinfilteret. Temperaturane på oversida av steinfilteret synk raskt frå omkring 100 °C og mot omgjevnadstemperatur berre avbrote av ein topp etter eit halvt minutt då resten av olja i tippecontaineren vart tømt og skapte ein liten stigning att. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming og til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren kan ein sjå at den har vorte avkjøla 35 °C frå 153 til 118 °C på vegen. 700. 25. Test 3 Steinfilter. 600. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 20. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 100 0 -2. -1. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 13: Måledata frå test 3.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 16 av 26.

(18) Figur 14: Bilete av steinfilteret om lag 5 minutt etter at olja vart tømt over.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 17 av 26.

(19) 3.4 Test 4 - Flammenett Samanlikna med dei to førre testane var det vesentleg meir synlege flammer over flammenettet i denne testen. Etter om lag eitt og eit halvt minutt når oksygenkonsentrasjonen eit minimum på omkring 1,5 vol% og temperaturen startar å falle jamt frå 650 °C. Samstundes stig oksygenkonsentrasjonen, og etter 5 minutt sløkker brannen ved 350 °C oppunder flammenettet og 10 vol% oksygen. Brannen brukar mindre oksygen etter kvart som den blir mindre. Fram mot sløkking greier rommet under flammenettet å trekkje inn meir oksygen enn brannen brukar. Dette tydar på at kveling ikkje er den primære effekten til denne løysinga i og med at brannen sløkker sjølv om oksygenkonsentrasjonen er stigande. Flammene held seg synlege og stadig minkande gjennom heile testen. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming, til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren, kan ein sjå at den har vorte avkjøla 10 °C frå 159 til 149 °C på vegen. 700. 25. Test 4 Flammenett. 600. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 20. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 100 0 -2. -1. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 15: Måledata frå test 4.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 18 av 26.

(20) 3.5 Test 5 - Stålrister I denne testen var alle dei synlege flammene borte i løpet av 15 sekund. Etter dette følgde 3 minutt med store mengder kvit røyk før det oppstod synlege flammer over ristene att. Dette korrelerar godt med gjennomsnittstemperaturen over ristene som gjer eit hopp etter 3 minutt. Samstundes stig temperaturen under ristene raskt opp til 600 °C og held seg stabilt der. Mellom 3 og 35 minutt er det ein del synlege flammar over ristene som indikert av temperaturmålingane. Etter dette heldt brannen seg under ristene og berre den kvite røyken vart synleg att. Slangen til oksygenkonsentrasjonsmålingane gjekk tett i løpet av forsøket, stigninga i oksygenkonsentrasjon som er synleg frå 5 minutt og fram til 35 minutt skuldast truleg falsk luft 1. 34 minutt inn i testen vart slangen reinska og oksygenmålingane vart pålitelege att. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming og til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren kan ein sjå at den har vorte avkjøla 20 °C frå 157 til 137 °C på vegen.. Test 5 Stålrister 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0 -2. -1. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 16: Måledata frå dei fyrste ti minutt av test 5.. 1. Falks luft er luft som blir trekt inn i gassmåleslangane frå andre stader enn det tiltenkte målepunktet. I dette tilfellet er det truleg frisk uteluft sidan oksygenkonsentrasjonen stig.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 19 av 26.

(21) Test 5 Stålrister 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 20. 40. 60. 80. 100. Tid [min]. Figur 17: Måledata frå heile test 5.. Figur 18: Ingen synlege flammar, men store mengder kvit røyk som stig opp frå ristene under test 5 med stålrister.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 20 av 26.

(22) 3.6 Test 6 - Stålrister I motsetning til test 5 greidde ikkje brannen å oppretthalde seg i denne testen. Dei synlege flammene forsvann i løpet av dei fyrste 15 sekunda på same måten som i test 5. Etter dette var det vesentleg mindre kvit røyk enn i test 5. I test 4 stig temperaturen under ristene raskt til 400 °C og høgare, medan i test 6 stoppar temperaturstigninga brått ved 200 °C og Etter 30 sekund er det berre eit par mindre temperaturstigningar oppunder rista som tydar på at det har vore nokre små blaff. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming og til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren kan ein sjå at den har vorte avkjøla 23 °C frå 153 til 130 °C på vegen.. Test 6 Stålrister 700 600. 20. Temperatur [°C]. 500 15. 400 300. 10. 200 5. 100 0 -2. -1. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. 25. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje Snitt olje O2 Vol%. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 19: Måledata frå test 6.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 21 av 26.

(23) 3.7 Test 7 - Flammenett Denne testen med flammenett oppførte seg omtrent likt som test 4 (og med flammenett). Synlege, men avtakande flammer gjennom heile testen. Høgaste temperatur under ristene nådde 700 grader etter om lag eitt minutt og var jamn avtakande fram til sløkking etter omkring 7 minutt ved 300 °C og 10 vol% oksygen. Også i denne testen vart oksygenslangen kopla frå og reiska i løpet av testen. Målingane mellom 3 og 5 minutt er difor ikkje frå lufta under flammenettet, men frå lufta utanfor. Frå fallet i temperatur frå snittemperaturen i olja før tømming og til snittemperaturen i olja på golvet i gruvecontaineren kan ein sjå at den har vorte avkjøla 10 °C frå 155 til 150 °C på vegen.. 700. 25. 600. 20. Temperatur [°C]. 500. 15. 400 10 300 5. 200. 0. 100. -1. Snitt over Snitt under Snitt golv Snitt olje O2 Vol%. -5. 0 -2. Oksygenkonsentrasjon [vol%]. Test 7 Flammenett. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Tid [min]. Figur 20: Måledata frå test 7.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 22 av 26.

(24) 4 Diskusjon 4.1 Er testane relevante? Testoppsettet er vald for å kunne gjennomføre ein serie med samanliknbare testar av eit utval av dei mest brukte løysingane for sikring av trafogruver. Oljemengda er skalert ned til 400 liter i forsøka samanlikna med ein stor transformator som kan ha fleire tusen liter olje. Denne skaleringa gjer at det skal mindre til å kjøle ned heile oljemengda og på den måten sløkke brannane. Kjøleeffekten til filterløysinga vil bli mindre etter kvart som den blir varma opp av større mengder olje. Samstundes skal det meir til å varme opp ein større mengde olje frå normal driftstemperatur < 90 °C og opp til flammetemperatur på omkring 140 °C. Kor fort olja vil renne ned gjennom dei ulike løysingane er ikkje undersøkt i detalj i dette forsøket. Spesielt ved store oljevolum vil dette vera ein vesentleg faktor for å syte for at mesteparten av olja havnar i gruva og ikkje får sjansen til å spreie seg ut over bakken/golvet. Dette vil kunne føre til både spreiing av brannen og til utslepp av olje. Ein enkel test av gjennomstraumingskapasitet kan med fordel gjerast under meir kontrollerte tilhøve med eit mindre areal og ei målbar væske med relevant viskositet som blir sendt gjennom filteret. I tilfellet med stålristene som endra opningsarealet i løpet av testen bør ein slik gjennomstraumingsmåling gjerast i original tilstand. Sjølv om brannen i løpet av testen greidde å brenne ut galvaniseringa i hola som vendte oppover er det usikkert om det skjedde i tide til at olja kunne renne gjennom. Kva som er aktuell tilstand på gjennomstraumingskapasiteten til eit anlegg i drift vil i tillegg til dette sjølvsagt vera avhengig av kor godt filteret er reingjort. Alle testane er gjort med oljetemperaturar kring 150 °C. Dette er høgare enn normal driftstemperatur på olja som sjeldan overstig 90 °C. Det er og høgare enn flammetemperaturen til mineralolja som er brukt, som ligg på 144 °C. Dersom olja hadde hatt temperatur under flammetemperaturen vil det seie at den i gjennomsnitt ikkje dampar av nok til å kunne oppretthalde ein brann. Dersom ein likevel får til å tenne på olja på toppen ved å nytte bensin eller liknande som tennvæske vil det berre vera det øvste sjiktet av olja som er varm nok til å kunne brenne. Det vil seie at ei kraftig omrøring kan føre til at overflatetemperaturen synk nok til at brannen sløkker. For å få testa funksjonen til dei ulike filterløysingane er det viktig at olja er så varm at gjennomsnittstemperaturen ligg over flammepunktet, slik at brannen ikkje sløkker av seg sjølv når olja blir tømt over filtera. Referansetesten med open gruve viste at brannen ikkje sløkkte av seg sjølv og at det er opp til flammefilterløysingane å sløkke brannen. Eit viktig moment ved denne testserien er at dei fire ulike løysingane er testa ut med så like tilhøve som mogeleg. Testserien har dermed avdekka ulik oppførsel til dei ulike løysingane og avslørar ulik verkemåte og prinsipp for dei ulike typane.. 4.2 Samanlikning av dei ulike løysingane 4.2.1 Open gruve Å tøme olja over i ei open gruve vil røre om på olja. Dersom det berre er ein liten del av olja som er over flammetemperatur kan dette vera nok til å sløkke brannen. Test 1 viste at dette ikkje var tilfelle ved oljetemperatur på 150 °C. Brannen vart svært kraftig og viste ikkje teikn til å sløkke før all olja var brent opp.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 23 av 26.

(25) 4.2.2 Steinfilter Steinfilteret skil seg ut som den einaste løysinga med stor varmekapasitet. Det skal mykje til å varme opp steinane til dei kjem over flammetemperatur på olja. Avhengig av storleiken på steinane vil likevel dette skje før eller seinare dersom dei blir utsett for ein stor og langvarig brann. Innanfor tidsrommet og oljemengda som er brukt i dette forsøket vart ikkje steinane vesentleg oppvarma. På grunn av stor varmekapasitet og kontaktoverflate med alt som passerar steinfilteret vil både olja som renn gjennom og gassane som stig opp bli avkjøla. Steinane vil absorbere varme frå ein brann som oppstår under filteret slik at mindre varme kan nå overflata av olja og dampe av meir brennbar oljedamp. Ingen av dei andre testane viste like låge temperaturar på oversida av filteret. Temperaturen på oversida av steinfilteret nådde aldri høgare enn 100 °C noko som viser at området ovanfor filteret vart veldig lite påverka av varmen frå brannen på undersida. På grunn av den store varmekapasiteten i steinane er det truleg steinfilteret som vil ha størst fordel av at oljemengda er skalert ned i denne testserien. Dei andre løysingane er laga av lette stålkonstruksjonar som raskt oppnår likevektstemperatur innanfor tidsrammene til desse testane. Dersom steinfilteret har vorte gjennomvarmt til ein temperatur over flammepunktet til olja vil den kunne varme opp både olje og damp som går gjennom og hjelpe til med å stabilisere flammen. Kor stor og langvarig brann som skal til for å få gjennomvarma eit slikt steinfilter er ikkje testa ut. Men på same måte som flammenettet vil steinfilteret berre sende halvparten av strålinga frå ein brann på oversida vidare ned til olja under når steinfilteret er gjennomvarmt. Dette skuldast at filteret vil absorbere strålinga som kjem ovanfrå. Når heile filteret er gjennomvarmt og oppnår likevekt vil overflatene stråle ut like mykje varme oppover og nedover. Denne effekten gjer at maksimalt halvparten av strålinga frå flammen over filteret når fram til oljeoverflata på undersida. Dette vil truleg føre til at eit gjennomvarmt steinfilter vil gi tilsvarande respons som flammefilteret som viste ein gradvis minkande flamme fordi varmestrålinga mot oljeoverflata i gruva ikkje vart halde ved lag. Med spesifikk varmekapasitet for stein på om lag 1 kJ/kg K og 5,6 tonn stein må steinane absorbere 560 MJ for å stige 100 °C. Til samanlikning var forbrenningsenergien som vart utløyst i test 1 omkring 15000 MJ i løpet av 10 minutt.. 4.2.3 Stålrister Stålristene var den løysinga som vart testa flest gonger og som viste mest ulike resultat. I dei to fyrste testane med stålristene sløkkte ikkje brannen så lenge forsøka varte. Gruva oppnådde i begge desse testane ein veldig stabil brann med jamt høge temperaturar oppunder ristene og rikeleg tilgang på brennbar oljedamp. Oksygenkonsentrasjonen som vart målt om lag midt mellom golvet og ristene viste nesten ikkje tilgang på oksygen i det heile tatt, så brannen under ristene må ha vore svært underventilert. Likevel har brannen greidd å trekkje til seg nok oksygen gjennom ristene til å halde seg stabil. I test nummer 2 var det gliper rundt kanten av stålristene på grunn av at containeren var bulka etter den store varmepåkjenninga frå test 1, desse glipene var tetta, men held ikkje tett gjennom testen ettersom skummet smelta og brann i varmen. I oppstarten av test 5 var det litt vind (estimert til om lag 5 m/s inn frå kortsida av gruvecontaineren) og dette kan ha hjelpt til å skape trekk og dra frisk luft ned gjennom ristene. I desse testane var det lite synlege flammer over ristene. Etter om lag ein halvtime sank temperaturen over ristene frå 400 – 600 °C og ned til mellom 60 og 100 °C. Varmepåkjenninga mot det som er omkring trafoen er dermed vesentleg redusert frå den store brannen i den opne gruva. Brannane produserte derimot store mengder med kvit røyk. Det vart ikkje gjort målingar av andre gassar enn oksygen i desse testane, men underventilerte brannar produserar oftast store mengder giftig CO. Test nummer 6 av dei same stålristene viste ein heilt annan oppførsel. I dette forsøket forsvann flammane heilt i løpet nokre sekund. Etter 30 sekund var brannen sløkkt og røyken minka ganske raskt etter det. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 24 av 26.

(26) Samanlikna med steinfilteret virka dette minst like fort, men med litt høgare temperaturar på oversida med ein topp på omkring 250 °C. Det er ikkje tilstrekkeleg grunnlag til å avgjere kva som gjorde at stålristene fungerte så ulikt i dei tre testane. Dersom det er vind eller små ekstra gliper langs kanten som forårsakar denne endringa er det viktig at dette er under kontroll der denne typen rister blir brukt. Dette fenomenet kan med fordel undersøkast nøyare i kontrollerte forsøk med vind og ekstra lekkasjegliper for å avdekke kva denne vesentlege skilnaden skuldast. Ristene viste i alle testane gode eigenskapar til å redusere oksygenkonsentrasjonen i gassen under ristene slik at brannen vart sterkt redusert eller sløkkt. Og dersom ein ser bort frå den store mengden med røyk kan ein argumentere for at det er betre å halde brannen under kontroll nede i gruva enn å sleppe den til fritt i områda rundt.. 4.2.4 Flammenett Flammenettet viste to ganske like testar. Ulikt dei andre filterløysingane slapp flammene gjennom filteret slik at brannen var synleg gjennom heile forsøket. Dette gjer at energien i brannen slepp opp frå gruva og ikkje greier å oppretthalde tilstrekkeleg avdamping frå oljeoverflata. Dette skuldast at strålinga frå flammen over nettingen blir absorbert i nettingen og sendt opp og ned att i like mengder. Dermed vil berre halvparten av strålinga frå flammen over nettet nå fram til oljeoverflata. Strålinga frå nettinga i tillegg til varmen frå flammen under nettingen var ikkje nok til å oppretthalde avdampinga frå olja i gruva. Begge forsøka med flammenett viste ein jamn og stødig reduksjon i temperatur oppunder flammenettet frå om lag 1 minutt og til sløkking etter 5 og 7 minutt. Samanlikna med steinfilteret og stålristene var det vesentleg meir synlege flammar over flammenettet. Denne flammen var godt ventilert og brann truleg reinare og med lågare CO-konsentrasjon enn dei underventilerte brannane under stålristene og steinfilteret.. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 25 av 26.

(27) 5 Konklusjonar Alle dei tre flammefilterløysingane som vart testa har sine sterke og svake sider. Open gruve + Suverent best gjennomstrauminskapasitet - Dersom olja framleis er varm nok etter at den når gruva vil det oppstå ein kraftig brann. Steinfilter + Minst varmepåkjenning til området ovanfor filteret. - Testen var for liten til å gjere steinfilteret gjennomvarmt. Stålrister +Sløkkte 1 av 3 brannar veldig raskt. Dei 2 andre vart kontrollert og "fanga" under ristene. - 2 av 3 testar gjekk til stabil underventilert brann under ristene med store mengder røyk. Flammefilter + Viste konsekvent oppførsel med jamt minkande brann i begge testane. - Slepp flammene opp og vil gi meir brann omkring transformatoren enn dei to andre løysingane.. Referansar 1. 2005 Forskrift om elektriske forsyningsanlegg: http://www.lovdata.no/cgi-wift/ldles?doc=/sf/sf/sf-20051220-1626.html. 2. 2005 Veiledning til forskrift om elektriske forsyningsanlegg: http://dsb.no/Global/Publikasjoner/2006/Veiledning/veil_el_forsyningsanlegg.pdf. PROSJEKTNR 107572. RAPPORTNR NBL A13104. VERSJON 1.0. 26 av 26.

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34) Teknologi for et bedre samfunn www.sintef.no.

(35)

No results found