سیستم کاهنده اکسیژن چیست؟

تدبیر: سیستم کاهنده اکسیژن یک فناوری پیشگیرانه است که در فضاهای مختلف، به ویژه در محیط‌هایی مثل مراکز داده، بخش فناوری اطلاعات مانند اتاق‌های سرور و آی تی، انبارهای نگهداری مواد خطرناک، بایگانی‌ها و غیره برای جلوگیری از وقوع حریق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم‌ها اساساً با استفاده از گاز نیتروژن، محتویات اکسیژن هوای محیط را به حدی کاهش می‌دهند که بر اساس مواد یا تجهیزات موجود در محیط محافظت‌شده، از بروز آتش‌سوزی جلوگیری کنند. این فناوری را با نام «سیستم پیشگیری از آتش با کاهش اکسیژن» نیز می‌نامند. ژنراتورهایی که در این سیستم برای تولید نیتروژن مورد استفاده قرار می‌گیرند، به سه دسته ژنراتورهای مبتنی بر غشاء، PSA و VSA طبقه‌بندی می‌شوند.

سیستم کاهنده اکسیژن چیست؟

در محیطی که توسط سیستم کاهنده اکسیژن محافظت می‌شود، تلاش بر آن است که جو هیپوکسیک نرموباریک به طور مداوم حفظ شود. هیپوکسیک به این معنی است که فشار جزئی اکسیژن کمتر از سطح دریا است. نرموباریک به این معنی است که فشار بارومتریک برابر با فشار هوا در سطح دریا است. معمولاً یک چهارم تا یک دوم اکسیژن موجود در هوا (یعنی ۵ تا ۱۰ درصد هوا) با همان مقدار نیتروژن جایگزین می‌شود. در نتیجه، یک جو هیپوکسیک حاوی حدود ۱۵ درصد حجمی اکسیژن و ۸۵ درصد حجمی نیتروژن ایجاد می‌شود.

در یک محیط هیپوکسیک نرموباریک، مواد معمولی نمی‌توانند با قرار گرفتن در معرض یک منبع اشتعال در مقیاس کوچک، مشتعل شوند یا بسوزند. با کاهش سطح اکسیژن جو محیط به ۱۵ درصد، شرایطی ایجاد نمی‌شود که آتش‌سوزی رخ ندهد. با وجود این، با افزایش انرژی مورد نیاز برای احتراق، احتمال وقوع آتش‌سوزی کاهش یافته و همچنین، زمان لازم برای ایجاد اشتعال افزایش پیدا می‌کند.

نحوه عملکرد سیستم کاهنده اکسیژن

در سیستم کاهنده اکسیژن، هوا با محتوای اکسیژن کاهش‌یافته به محیط محافظت‌شده تزریق می‌شود تا غلظت اکسیژن به سطح مورد نظر کاهش پیدا کند. چنانچه غلظت اکسیژن محیط محافظت‌شده از آستانه خاصی فراتر برود، هوای کم‌اکسیژن دوباره تزریق می‌شود تا به غلظت مورد نظر برسد. از سنسورهای اکسیژن در محیط‌های محافظت‌شده استفاده می‌شود تا به طور مداوم غلظت اکسیژن را کنترل کنند. میزان دقیق اکسیژن که باید در محیط هیپوکسیک حفظ شود، پس از ارزیابی دقیق مواد، پیکربندی سیستم و ریسک‌های موجود تعیین می‌شود.

هوای با غلظت کم اکسیژن توسط ژنراتورهای هوای هیپوکسیک که اسپیلتر نیز نامیده می‌شوند، تولید می‌شود. ژنراتورهای هوای هیپوکسیک را می‌توان در داخل یا خارج از اتاق‌های محافظت‌شده قرار داد. سیستم‌ کاهنده اکسیژن را می‌توان با سیستم مدیریت ساختمان ادغام کرد و می‌تواند شامل سیستم‌هایی برای بازیابی گرمای تولیدشده توسط ژنراتور هوای هیپوکسیک باشد. از دتکتورهای دود در محیط‌های محافظت‌شده استفاده می‌شود، زیرا سیستم هیپوکسیک مانع از فرآیندهای سوختن و دود کردن (Smoldering) و پیرولیز نمی‌شود.

چرا از گاز نیتروژن در سیستم کاهنده اکسیژن استفاده می‌شود؟

گاز نیتروژن به منظور کاهش غلظت اکسیژن به زیر سطح اشتعال مواد مورد حفاظت به محیط مد نظر تزریق می‌شود. اضافه کردن نیتروژن ترکیب هوا را تغییر داده و محتویات اکسیژن را تا حدی کاهش می‌دهد که سطح اکسیژن باقی‌مانده دیگر برای ادامه یافتن آتش یا گسترش آن کافی نباشد.

استفاده از نیتروژن به عنوان یک گاز بی‌اثر دارای مزایای قابل توجهی است. نیتروژن سمی نیست و با مقدار ۷۸.۰۹ درصد حجمی، اصلی‌ترین جزء تشکیل‌دهنده هوا به شمار می‌رود. به این ترتیب، با استفاده از سیستم کاهنده اکسیژن، می‌توان حداکثر حفاظت یا حفاظت کامل در برابر آتش را فراهم آورد و در عین حال، اطمینان حاصل کرد که افراد بدون خطر می‌توانند وارد ناحیه حفاظت‌شده شوند. خواص طبیعی نیتروژن باعث می‌شود که به طور همگن با سطح غلظت اکسیژن توزیع شود، به طوری که این سطح در کل منطقه حفاظت‌شده یکنواخت باقی می‌ماند.

انواع سیستم کاهنده اکسیژن

از آنجایی که گاز نیتروژن نسبت بالایی از هوای محیط را تشکیل می‌دهد، نیتروژن مورد نیاز برای عمل کردن سیستم کاهنده اکسیژن را می‌توان مستقیماً در محل تولید کرد. سه نوع مختلف از ژنراتورهای هوای هیپوکسیک وجود دارد که عبارتند از:

• سیستم کاهنده اکسیژن با ژنراتورهای مبتنی بر غشاء
• سیستم کاهنده اکسیژن با ژنراتورهای مبتنی بر PSA
• سیستم کاهنده اکسیژن با ژنراتورهای مبتنی بر VSA

سیستم کاهنده اکسیژن مبتنی بر غشاء

عملکرد سیستم‌های غشایی مبتنی بر اصل سرعت متغیر است که با آن اجزای مختلف مخلوط گاز در ماده غشایی نفوذ می‌کنند. نیروی محرکه در فرآیند جداسازی گاز، تفاوت فشار جزئی در طرفین مختلف غشاء است. از لحاظ ساختاری، غشاء به شکل کارتریج استوانه‌ای ساخته می‌شود که به عنوان یک قرقره با الیاف پلیمری عمل می‌کند. جریان گاز تحت فشار به دسته‌ای از الیاف غشایی وارد می‌شود. به دلیل اختلاف فشار جزئی در سطح داخلی و خارجی غشاء، جداسازی جریان گاز انجام می‌شود.

مزایا

• مقرون‌به‌صرفگی اقتصادی
• طراحی ماژولار
• قابلیت اطمینان بالا

معایب

• ظرفیت محدود
• خلوص نسبتاً پایین در مقایسه با ژنراتورهای PSA

سیستم کاهنده اکسیژن مبتنی بر PSA

جذب نوسان فشار یا به اختصار PSA، تکنیکی است که برای جداسازی برخی از گونه‌های گاز از مخلوط گازی (معمولاً هوا) تحت فشار استفاده می‌شود. این روش با توجه به ویژگی‌های مولکولی و میل به ترکیب گونه‌های گاز با یک ماده جاذب به کار گرفته می‌شود. ژنراتورهای مبتنی بر PSA در دمای نزدیک به دمای محیط کار می‌کنند و به طور قابل توجهی عملکرد متفاوتی نسبت به روش تقطیر برودتی که معمولاً برای جداسازی گازها استفاده می‌شود، دارند.

مواد جاذب انتخابی مانند زئولیت‌ها، کربن فعال و غیره به عنوان ماده‌ای برای به دام انداختن گاز مورد نظر استفاده می‌شوند و ترجیحاً گونه‌های گاز مورد نظر را تحت فشار بالا جذب می‌کنند. سپس، نوسان فشار در این فرآیند کاهش پیدا می‌کند تا ژنراتور گاز جذب‌شده را دفع کند. از رایج‌ترین مواد جاذب مورد استفاده در ژنراتورهای PSA در سیستم‌های کاهنده اکسیژن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• زئولیت‌
• کربن فعال
• ژل سیلیکا
• آلومینا
• رزین‌های مصنوعی

سیستم کاهنده اکسیژن مبتنی بر VSA

تکنیک جذب نوسان خلاء (VSA) برای جداسازی گازهای خاصی از یک مخلوط گازی در فشار نزدیک به فشار محیط مورد استفاده قرار می‌گیرد. ژنراتورهای مبتنی بر VSA از این لحاظ با PSA فرق دارند که در دما و فشار نزدیک به دما و فشار محیط کار می‌کنند. در سیستم‌های VSA اکسیژن و نیتروژن، خلاء معمولاً توسط یک دمنده ایجاد می‌شود.

نوع دیگری از ژنراتورهای VSA نیز وجود دارند که ژنراتور جذب نوسان فشار خلاء هیبریدی (VPSA) نامیده می‌شوند. سیستم‌های VPSA از کارآمدترین سیستم‌ها بر اساس شاخص‌هایی مانند بازیابی و بهره‌وری به شمار می‌روند. به طور کلی، بازیابی بیشتر به معنای استفاده از کمپرسور یا دمنده و منبع خلاء کوچکتر و در نتیجه، مصرف انرژی کمتر است.

کاربرد سیستم کاهنده اکسیژن

از آنجایی که سیستم کاهنده اکسیژن مزیت بزرگی چون امکان جلوگیری از وقوع آتش‌سوزی را به ارمغان می‌آورد، برای کاربردهایی که صدمات آتش‌سوزی می‌تواند غیرقابل جبران یا غیرقابل قبول باشد، یک گزینه ایده‌آل است. از جمله کاربردهای سیستم کاهنده اکسیژن می‌توان موارد زیر را نام برد.

• دیتاسنترها
• تأسیسات ICT
• محل نگهداری اقلام با ارزش بالا
• بایگانی‌ها
• سردخانه‌ها
• انبارهای بزرگ
• کارخانه‌های کاغذ
• میراث فرهنگی
• مخابرات
• انبارهای ذخیره‌سازی مواد غذایی
• پست‌های برق
• اتاق‌های سرور
• و…

مزایای سیستم حفاظت از حریق با کاهش اکسیژن

سیستم‌های حفاظت از حریق با کاهش اکسیژن چند مزیت مهم را برای مقابله با انواع آتش‌سوزی به ارمغان می‌آورند که عبارتند از:

• سطح ایمنی بالا: سیستم‌های کاهنده اکسیژن به جای اینکه آتش‌سوزی را پس از وقوع آن سرکوب کنند، به طور پیشگیرانه از وقوع آتش جلوگیری می‌کنند.
• بی‌خطر بودن برای انسان: سیستم کاهنده اکسیژن اگرچه با کاهش سطح اکسیژن عمل می‌کند، اما هوای تولیدشده برای انسان قابل تنفس است و خطری برای افراد حاضر در محل ایجاد نمی‌کند.
• دوستدار محیط زیست: یکی دیگر از مزایای سیستم هیپوکسیک دوستدار محیط زیست بودن آن است. سیستم‌های کاهنده اکسیژن از گاز، ماده شیمیایی یا مواد مشابه خطرناک برای محیط زیست استفاده نمی‌کنند.
• نصب آسان و ساده: برای راه‌اندازی سیستم محافظت از حریق با کاهش اکسیژن، نیازی به لوله‌کشی نیست که زمان نصب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

بیشتر بخوانید: استانداردهای اعلام حریق

 سؤالات متداول سیستم کاهنده اکسیژن