National Transport Library Research Database

Utvärdering av skalningsmodeller för applicering av vattendimsystem i större maskinrum (Evaluating models for the application of water mist systems in large machinery spaces)

Sponsors, duration, budget: Vinnova ; 2001-10-26 -- 2003-12-11 ; 1500000 kronorRegistration number:
  • Vinnova
Subject(s): Online resources: Abstract: Den primära målsättningen med projektet var att främja användningen av vattendimma i större fartygsmaskinrum genom att föreslå väl underbyggda dimensionerings- och skalningregler. För att nå detta mål genomfördes brandförsök i två olika rumsvolymer. Följande delar ingick i projektet: - Försök i två olika rumsvolymer, 250 m3 och 500 m3. Fyra olika system provades i den mindre rumsvolymen, tre i den större. Dessutom genomfördes fribrinnande försök, det vill säga utan släcksystem. - Utveckling av skalningsmodeller. - Formulering krav som behöver ställas på system med vattendimma i större fartygsmaskinrum. - Förslag till revidering av IMO MSC/Circ.668/728, den brandprovningsmetod som för närvarande används. - Implementering av resultaten från projektet i det internationella regelsystemet Nya parametrar för att utvärdera effektiviteten. Gängse praxis vid den här typen av försök är att använda tiden till släckning som det enda måttet att mäta ett systems effektivitet. Emellertid är detta ett mycket dåligt mått på den egentliga effektiviteten. I den större rumsvolymen varierade tiden till släckning varierade mellan 20 och 80 % trots helt identiska förutsättningar. I den mindre rumsvolymen varierade släckningstiden med mellan 30 och 40 % som mest. Försöken visar även att ´rankningen´ av systemen inte sammanfaller i de olika rumsvolymerna med ´tid till släckning´ som enda mått och att ´rankningen´ även varierar med brandeffekten. Inom ramen för projektet har därför en ny metodik för att utvärdera effektiviteten för system med vattendimma utvecklats som bygger på att följande tre parametrar mäts: 1. Förmågan att snabbt kyla ned heta brandgaser. Reducerar risken för brandspridning till angränsande utrymmen och underlättar manuell brandsläckning. I första hand är förmågan att kyla heta brandgaser kopplad till vattenflödet, ju högre vattenflöde, desto bättre kylning. Vattnets effektivitet ökar emellertid med mindre vattendroppar som förångas snabbare, tack vare vattens höga ångbildningsvärme. 2. Reducering av brandeffekten. Vattendroppar som förångas i en flamma reducerar dess temperatur och minskar värmeåterstrålningen till den brinnande bränsleytan. Den vattenånga som bildas bidrar till att tillgängligheten för syremolekyler minskar. Sammantaget bidrar dessa mekanismer till att brandens förbränningshastighet och därmed dess brandeffekt avtar. Naturligtvis bidrar de brandgaser och den vattenånga som bildas av själva branden också till att syrekoncentrationen i rummet minskar. 3. Omblandningsförmågan. Omblandningen av vattendroppar, vattenånga och brandgaser i ett rum kan sägas utrycka ´generaliserbarheten´ för ett givet släcksystem, det vill säga möjligheten att fungera för ett flertal olika bränder i en given rumsvolym. En bra omblandning minskar också skiktningen av brandgaser i rummet och jämnar därför ut gastemperaturen. De tre föreslagna måtten samverkar med varandra, men de täcker ändå in olika aspekter och ger en bra bild av hur effektivt ett system med vattendimma är. En annan fördel med de tre måtten är att de har en mycket god repeter- och reproducerbarhet, till skillnad mot ´tid till släckning´. En genomgripande analys som gjorts av försöksdata visar också att de två förstnämnda måtten ´rankar´ de fyra provade systemen i samma ordningsföljd, oberoende av maskinrummets volym, brandeffekt, typ av bränsle och ventilationsgrad. Möjligheten att extrapolera försöksresultat. Möjligheten att extrapolera försöksresultat för system med vattendimma har efterfrågats i många år. Brandförsök är ofta kostsamma och den verkliga applikationen skiljer sig ofta från den provuppställning som använts. En av målsättningarna med projektet var att studera möjligheterna att extrapolera försöksresultat. En utvärdering av resultaten i de två rumsvolymerna visar att ´tid till släckning´ är ett mycket dåligt mått också för extrapolering av försöksresultat. De tre mått som beskrivs ovan är däremot användbara, under förutsättning att rumsvolymerna har samma takhöjd och att vattenflödet per volymenhet (L/m3) är konstant. Detta innebär att det är möjligt att förutsäga kylning av brandgaser och reducering av brandeffekt i andra rumsvolymer än den som använts vid brandförsöken. Abstract: The primary objective of the project is to investigate and demonstrate the potential use of water mist in large machinery spaces on board ships. To reach this goal, several full-scale tests need to be conducted and sufficient scaling rules need to be developed. The following parts were included in the project: - Full scale machinery space water mist system tests in three different size volumes. - The development of scaling rules. - Formulation of the requirements for water mist systems for large machinery spaces. - Serve as an input for the forthcoming revision of IMO MSC/Circ.668 and 728. - Prepare an implementation of the international SOLAS requirements. New parameters to measure the performance Traditionally, the only parameter used to measure the performance of total compartment (i.e. total flooding) water mist or water spray systems during fire testing has been the time to extinguishment. However, tests conducted inside simulated ship machinery space compartments indicate that this measure is not adequate. The variation in ‘time to extinguishment’ for the same system can be of the order of several tens of percent under apparently identical conditions. Moreover, the ‘ranking’ of tested systems in one test compartment can be different compared to the ‘ranking’ when tested in another compartment, when ‘time to extinguishment’ is used as the only measurement parameter. It is obvious that an understanding of the efficiency of a system is essential to prevent the application of ineffective systems on the market. The key to achieve this is to physically quantify the performance, rather than simply to observe the visual effects. The authors suggest the following three parameters to be used to determine the performance of a total compartment water mist or water spray system: 1. The fire suppression capability, 2. The temperature reduction inside the protected compartment, and 3. The ability to mix the atmosphere of water vapour, water droplets and combustion gases inside the protected compartment. The rationale for using these three parameters is discussed below. 1 Fire suppression. The reduction of the Heat Release Rate of a fire reduces the risk for personnel and reduces the potential for fire damage. The inerting effect of water is related to water vaporisation and cooling. Water vapour has a diluting effect, which reduces the amount of available oxygen molecules, which in turn reduces the rate of combustion of the fire. In this context, the ability of the droplets to be transported into the flame zone is also important. The phase transformation from water to water vapour, introduces an ~1700 times volume expansion. A water mist system that uses small droplets and achieves a high degree of mixing will create efficient inerting conditions, even for obstructed fires. 2 Reduction of the temperatures inside the protected compartment. The capability for rapid cooling of hot fire gases is important, e.g. to prevent the fire from spreading inside the protected compartment, spreading to adjacent compartments and to allow for fire fighters to approach the fire. Rapid cooling is relatively easy to obtain with a high volume flow rate of water. However, for many applications, especially on board ships, reduced amounts of water are called for and the cooling capability might become a crucial issue. 3 Mixing of water vapour, water droplets and combustion gases. The ability to mix water droplets, water vapour and combustion products within a compartment expresses a characteristic quality of a water mist or a water spray system. The mixing capability is a measure of how well the system will perform in fire scenarios or geometries other than those used in the fire tests. The three suggested measures are not independent of each other. However, they represent well established characteristics of a water mist or water spray system and have proven to be very repeatable. Possibility to extrapolate the test results Further, it has been shown previously that the suggested methodology, under certain conditions, such as similar ceiling height and water flux rates, will allow scaling from one compartment size to another. No such scaling methods have been demonstrated using the ‘time to extinguishment’ parameter and it is doubtful that such scaling would be possible.
Item type: