Ratownictwo i ochrona ludności

Jak gasić pożary biodiesla FAME?

Kategoria: Ratownictwo i ochrona ludności

O tym, jak gasić estry metylowe kwasów tłuszczowych FAME, zastępujące olej napędowy lub dodawane do niego, nie ma zbyt wielu informacji. W artykule przedstawiono więc wyniki prób gaszenia biopaliwa FAME oraz – dla porównania – oleju napędowego pianami typu AFFF i AFFF-AR.

Jedną z możliwości przeciwdziałania zmianom klimatycznym jest ograniczanie emisji dwutlenku węgla wydzielającego się przy spalaniu paliw kopalnych przez wprowadzanie tak zwanych biopaliw, powstających w wyniku przerobu surowców roślinnych. Biopaliwem alternatywnym dla benzyny jest etanol, natomiast olej napędowy mogą zastępować lub stanowić dodatki do niego estry metylowe kwasów tłuszczowych FAME [1]. Etanol jest substancją dobrze rozpoznaną pod względem zagrożeń pożarowych i środków gaśniczych, natomiast na temat gaszenia pożarów FAME ciągle wiemy zbyt mało.

Malejąca dostępność zasobów ropy naftowej na świecie i zmieniająca się sytuacja polityczna mogą wpłynąć na ograniczenie podaży paliw ropopochodnych. Od wielu lat prowadzone są badania nad zastosowaniem innych źródeł napędu pojazdów, mogących zastąpić klasyczne silniki spalinowe. Jednocześnie poszukuje się innych rodzajów paliw, pochodzących ze źródeł odnawialnych, które zastąpiłyby częściowo lub całkowicie klasyczne paliwa, pochodzące z przeróbki ropy naftowej. Ważnym celem jest także zmniejszenie zagrożenia dla środowiska naturalnego. Sprzyjają temu proekologiczne właściwości biopaliw, takie jak wysoki stopień biodegradowalności i możliwość obniżenia emisji dwutlenku węgla w spalinach, przyczyniająca się do redukcji efektu cieplarnianego.

Zgodnie z dyrektywą 2003/30/EC kraje Unii Europejskiej, wśród nich Polska, stopniowo ograniczają udział składników pochodzących z ropy naftowej w paliwach, wprowadzając do ich składu biokomponenty. Do końca 2013 r. należało w ogólnym bilansie paliw samochodowych uwzględnić ich 7,10% udział. Dotyczyło to bezwodnego etanolu w benzynach i estrów kwasów tłuszczowych olejów roślinnych FAME w olejach napędowych z ropy naftowej. Wskaźniki te systematycznie wzrastają i w latach 2017-2018 będą wynosiły odpowiednio 7,8% i 8,5%,  co reguluje rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 23 lipca 2013 r. w sprawie narodowych celów wskaźnikowych na lata 2013-2018  (DzU 2013, poz. 918). Ustawodawca określił również wymagania jakościowe dla biopaliw ciekłych. Zostały one zawarte w rozporządzeniu ministra gospodarki z dnia 22 stycznia 2009 r. w sprawie wymagań jakościowych dla biopaliw ciekłych (DzU nr 18, poz. 98).

Zagrożenia związane z produkcją FAME

Rosnący udział biopaliw jako składników paliw konwencjonalnych i stosowanie ich jako samodzielnych paliw oznacza wzrost ich produkcji oraz zwiększony obrót niezbędnymi surowcami i gotowymi produktami.  Do produkcji FAME wykorzystuje się oleje roślinne (w Polsce głównie olej rzepakowy). Zawarte w nich estry gliceryny i kwasów tłuszczowych są przetwarzane w procesie technologicznym na estry metylowe. W procesie tym, zwanym transestryfikacją, wykorzystuje się metanol, a produktem ubocznym jest gliceryna. Pionierem w produkcji biopaliw i biokomponentów w Polsce jest Rafineria Trzebinia SA (obecnie ORLEN Południe SA), która w 2004 r. uruchomiła pierwszą w Polsce instalację do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Obecnie zdolność produkcyjna zakładu wynosi około 150 tys. ton estrów metylowych rocznie.

Jeśli wziąć pod uwagę cały proces produkcyjny FAME, największe zagrożenie pożarowe powoduje metanol. Alkohol metylowy CH3OH jest toksyczny i ma niską temperaturę zapłonu (–11°C). Powyżej tej temperatury stężenie tworzących się mieszanin par metanolu z powietrzem może przekraczać dolną granicę wybuchowości i doprowadzić do poważnej awarii przemysłowej. Metanol jest cieczą polarną, wymaga więc zastosowania środków pianotwórczych typu AR [2], na przykład AFFF-AR, do zabezpieczania zbiorników i instalacji technologicznych. W takie środki powinna być także wyposażona zakładowa straż pożarna – są one niezbędne do zabezpieczania rozlewisk i gaszenia pożarów metanolu.

Obecność wiązań estrowych w cząsteczkach składników FAME  skłania do zapytania o ich  ewentualny niszczący wpływ na piany gaśnicze. W warunkach laboratoryjnych na powierzchni FAME o temperaturze pokojowej nie stwierdzono niszczenia pian ciężkich wytwarzanych ze środków typu S, AFFF i FP.  Biorąc jednak pod uwagę wysoką temperaturę biodiesla podczas spalania (tabela), należało sprawdzić wpływ gorącego paliwa na piany w warunkach pożaru. Trzeba podkreślić, że dostępna literatura, w tym karty charakterystyki produktu, nie zawierają precyzyjnych informacji na temat rodzaju piany niezbędnej do gaszenia pożarów biodiesla.

Parametr

Olej napędowy

FAME

Gęstość
w 20oC

820 ÷ 845 kg/m3

860 ÷ 900 kg/m3

Temperatura zapłonu

> 55°C

170°C

Temperatura samozapłonu

> 260°C

> 260°C

Wartość opałowa

36 MJ/dm3

33 MJ/dm3

Temperatura wrzenia

175 ÷ 180°C

> 350°C

Tabela. Porównanie wybranych parametrów oleju napędowego i FAME
Opracowano na podstawie http://www.orlen.pl/PL/DlaBiznesu/Paliwa/OlejeNapedowe/Documents/

Testy gaśnicze

Próby gaśnicze przeprowadzono na tacy stalowej o wymiarach 1 x 1 x 0,1 m i pojemności 100 dm3. Do badań zastosowano biopaliwo FAME B 100 produkowane w Rafinerii Trzebinia oraz olej napędowy Ekodiesel Ultra B firmy ORLEN.  Do gaszenia użyta została piana typu AFFF wytwarzana z 5% wodnego roztworu środka pianotwórczego Sthamex, a także piana AFFF f-15 i typu AR wytwarzane z 5% wodnego roztworu środka alkoholodpornego Moussol APS f-15. Piany podawano za pomocą gaśnic przenośnych pianowych o pojemności 9 dm3 z nabojem CO2.

Stanowisko badawcze przygotowywano przed każdą próbą gaszenia paliwa pianą w ten sam sposób – najpierw wlewając do tacy 50 dm3 wody, w celu wypoziomowania paliwa i zapobieżenia nadmiernemu nagrzewaniu się tacy, które mogłoby prowadzić do jej odkształcenia, a w konsekwencji wylewania się paliwa. Następnie do tacy wlewano odmierzone 10 dm3 badanego paliwa – w taki sposób, aby zminimalizować tworzenie się emulsji wodno-paliwowej. Ze względu na wysoką temperaturę zapłonu badanych paliw do ich rozpalenia należało zastosować dodatkowo odpowiednią ilość benzyny.

Podczas pierwszej próby do badanego biopaliwa FAME dodano 0,5 dm3 benzyny, a następnie podpalono mieszankę. Niestety, po kilkudziesięciu sekundach płomień zgasł i nie udało się rozpalić biodiesla. W związku z tym zwiększono ilość benzyny do 1 dm3, co okazało się skuteczne. W każdym teście mierzono czas objęcia tacy płomieniem oraz obserwowano wzrost intensywności i przebieg spalania. Pozwoliło to na porównanie praktycznych zagrożeń związanych z rozwojem pożarów biodiesla i oleju napędowego.

Przed rozpoczęciem każdego testu ważono przygotowaną gaśnicę z roztworem pianotwórczym. Do gaszenia pożaru testowego przystępowano, gdy płomień objął całą tacę i przez 120 s zachodziło swobodne spalanie paliwa. Strumień piany podawany był na ściankę tacy, co pozwalało na jej swobodny spływ na powierzchnię paliwa. Następnie notowano czas zgaszenia pożaru testowego i ponownie ważono gaśnicę, notując ubytek jej masy.

Testy nie pokazały istotnych różnic w przebiegu gaszenia oleju napędowego i biodiesla stosowanymi pianami. Piana typu AFFF nie ulegała destrukcji na powierzchni biodiesla i tworzyła film wodny na obu paliwach, co zaobserwowano podczas prób ponownego rozpalania tacy po gaszeniu pianą. Film wodny pokrywający powierzchnię paliwa utrudniał ponowne rozpalenie. Taką próbę przedstawia fot. 2.

Nie stwierdzono istotnych różnic także w czasach gaszenia pożarów testowych, które wynosiły od 12 do 14 s we wszystkich testach.

Główne różnice pomiędzy FAME a olejem napędowym były związane z dynamiką rozpalenia tacy – w przypadku FAME było ono znacznie trudniejsze. Czas objęcia spalaniem całej tacy dla FAME wynosił około 30 s, podczas gdy w przypadku oleju napędowego tylko 12 s.  W trakcie spalania biopaliwa zaobserwowano mniejsze dymienie i znacznie mniejsze promieniowanie cieplne w porównaniu ze spalaniem oleju.

Wykorzystując pozostałości oleju napędowego i biodiesla po testach gaśniczych, przeprowadzono dodatkową próbę gaszenia mieszaniny obu paliw prądem wody (fot. 3).

Po trzech minutach swobodnego palenia się mieszaniny na tacy podano na płonące paliwo jeden prąd gaśniczy z prądownicy PW 52. Efektem było gwałtowne zwiększenie płomieni oraz wychlapywanie płonącego paliwa.

Wnioski

Estry metylowe kwasów tłuszczowych nie wykazują niszczącego wpływu na piany typu AFFF. Zastosowanie piany typu AFFF-AR nie wpłynęło na skrócenie czasu gaszenia biodiesla w porównaniu z pianą typu AFFF.  Przebieg i czasy gaszenia biodiesla pianami AFFF i AFFF-AR nie wykazywały różnic w porównaniu z gaszeniem oleju napędowego. Można więc stwierdzić, że nie ma konieczności stosowania pian alkoholoodpornych do gaszenia pożarów FAME w przypadku stosunkowo niewielkich, płytkich rozlewisk. Co więcej, w przypadku głębszych rozlewisk i pożarów FAME w zbiornikach zastosowanie pian typu AFFF-AR może być korzystne ze względu na ich większą odporność termiczną.

Przeprowadzone testy nie wykazały także potrzeby stosowania w przypadku FAME większej intensywności podawania piany niż dla oleju napędowego.

Pożarów biodiesla nie należy gasić wodą, gdyż może to spowodować zwiększenie intensywności spalania oraz zagrożenie wyrzutem lub wykipieniem paliwa. W przypadku pożaru biodiesla należy postępować analogicznie, jak przy pożarach paliw węglowodorowych – mając przy tym świadomość, że biopaliwo FAME stwarza mniejsze zagrożenie pożarowe niż olej napędy.

Przypisy

[1] FAME (ang. Fatty Acid Methyl Esters) – estry metylowe kwasów tłuszczowych powstające w procesie transestryfikacji olejów roślinnych z metanolem. Mają właściwości fizykochemiczne zbliżone do oleju napędowego, dlatego często używa się określenia biodiesel.

[2] AR (ang. Alcohol Resistant) – środki pianotwórcze do wytwarzania pian odpornych na działanie cieczy polarnych.

Mł.kpt. inż. Kamil Klocek
jest dyżurnym operacyjnym w Komendzie Powiatowej PSP w Chrzanowie, a bryg. dr inż. Mirosław Sobolewski kierownikiem Zakładu Środków Gaśniczych i Neutralizujących SGSP

fot. Kamil Klocek

Styczeń 2016

14 01

Początek gaszenia pożaru testowego FAME pianą AFFF

14 02

Film wodny z piany AFFF hamujący nawrót spalania

14 03

Próba gaszenia mieszaniny oleju napędowego i biodiesla prądem wody