Tilbake til søkeresultatene

SHP-Strategiske høgskoleprogram

Emerging Risks from Smoldering Fires

Alternativ tittel: Risiko frå ulmebrannar

Tildelt: kr 17,8 mill.

INNLEIING Prosjektet har som mål å betra sikkerheten for folk og eigedom i forhold til ulmebrannar. Ulmebrann er ein forbrenningstype utan flammar. Røyk blir produsert, og prosessen utviklar seg sakte. Ulmebrann kan bli starta frå svake og uanselige varmekjelder - og er vanskeleg å detektera. Ein ulmebrann medfører i seg sjølv risiko. Røyken er giftigare enn røyk frå dei fleste flammebrannar. Vidare kan ulmebrannar leia over til flammebrannar og eksplosjonar. Derfor inneber dei skjulte farar i mange situasjonar: for bustadhus, for lagra biomasse, for pulver og korn i siloar, for lagra industriavfall, for varer under transport. Ein ulmebrann kan starta heilt utan at varme blir tilført utanfrå. Slik sjølvtenning kan skje i lagra organisk materiale som trepellets. Kjemiske eller biologiske prosessar utviklar varme, og temperaturen kan stiga nok til at ulming startar. Ein avgjerande parameter er oksygenkonsentrasjonen. Ein ulmebrann kan overleva ved låg oksygenkonsentrasjon. Dette er ein del av årsaka til at ulmebrannar ofte er særs vanskelege å sløkka, slik som i deponert avfall. Overgangen til flammebrann kan vera eksplosiv: Ein ulmebrann i eit lukka rom vil leia til ein svært låg oksygenkonsentrasjon. Skulle ei dør bli opna, vil frisk luft koma inn i rommet og prosessane bli meir intense. Dette kan føra til at brennbare gassar produsert av ulmebrannen tenner på ein eksplosiv måte. RESULTAT Mange forsøk er gjennomførte med trepellets som materiale. Trepellets er blitt varma sakte opp - og det er undersøkt ved kva for ein temperatur ulming startar, når ein varierer prøvestorleik, oppvarming, lufttilgang og trepelletstype. I desse forsøka med trepellets er fleire interessante fenomen observerte etter at ulming har starta: Temperaturmålingar indikerer forbrenningsprosessar som varierer i intensitet på ein tilsynelatande tilfeldig måte. Likevel ser dei mest intense forbrenningsperiodane ut til å vera styrt av (proporsjonale med) opprinneleg storleik på prøven. Dette gjeld både tida det tar før desse intense forbrenningsperiodane kjem og omfanget dei har. Vidare er det i prosjektet observert ei slåande sjølv-synkronisering i ulmande trepellets under bestemte tilhøve: Heile prøven pendlar mellom intens ulming og tilsynelatande utsløkking - i kontrast til den meir uordna (ukorrelerte) ulmeforbrenninga ein vanlegvis har. Måten trepellets og finmalt trepellets ulmer og reagerer på er blitt undersøkt i to sylindriske forbrenningskammer (lab-skala og middels storleik). Prøvematerialet blei tent på toppen under kontrollert temperatur og luftstrøyming. Temperaturen til reaksjonsfronten og samansetjinga av reaksjonsprodukta i gassfase blei målte i fleire punkt. For låge verdiar av luftstrøymingsraten skjer uventa ein ulmereaksjon retta mot luftstrøymingsretningen i forsøksoppstillinga av middels storleik. Med bomull som materiale er det i prosjektet blitt undersøkt kva tilhøve ein må ha for at ein ulmebrann spontant skal slå over i ein flammebrann. Overgangen ser ut til å skje lettare jo større prøven er. Ein (enkelt) sidevegg inntil prøven er avgjerande. Overgangen kjem relativt seint i ulmeforsøka, når ein delvis utbrent prøve leier til auka oksygentilgang. Under ulming dannar bomull røyk som inneheld vassdamp og ikkje-oksiderte stoff kalla pyrolyseolje. Tynne filmar av kondensert pyrolyseolje på inerte porøse media kan ha ein overflate-bunden ulmeprosess med overraskande høge front hastighetar, opp til 1 mm/s, og kan og generera gneistar. Forsøk er utført for å studera frontdynamikken og styrande paramterar. Det blir óg undersøkt om pyrolyseolje som har kondensert i uforbrent brensel (bomull) eller på porøse grenseflater mot brenselet kan gjera overgang til flammebrann lettare. Prosjektet arbeider og med ulming i ulike avfallsmaterial, særleg i haugar med treflis. Me har variert flis-storleik og fuktinnhald. I haugar med større flis observerer me høgare temperaturar og meir intense temperaturvariasjonar enn for mindre flisstorleik. Vidare, medan flammebrannar ikkje blei observerte for haugar med små treflis, fekk ein overgang til flammebrann både for større treflis og for fuktige treflis. Numeriske modellar for ulming er blitt utvikla. Ein ny cellulær automat utvikla i prosjektet nyttar ein fleirlagsstruktur og kan modellera dynamikken for ulike ulmefrontar. Denne cellulære automaten er blitt tilpassa til ulmefrontar som utviklar fingerstrukturar. Innleiande forsøk med industrispesifikke material er gjennomførte for tre verksemder med ulming som utfordring, korte rapportar er ferdigstilte. I samarbeid med ei av verksemndene har me fått inn tilleggsfinansiering i form av eit VRI-prosjekt. Samarbeidspartnarar: Høgskulen på Vestlandet, Universitetet i Magdeburg, Tyskland, Universitetet i Lund, Sverige, RISE Fire Research, Trondheim, Imperial College London, Storbritannia, Weizmann Institute of Science, Israel og industripartnarar.

VERKNADER: Ulmebrannar er lite forska på samanlikna med flammebrannar. I prosjektet har Høgskulen på Vestlandet og samarbeidande institusjonar i Tyskland, Storbritannia, Sverige, Israel og Noreg gjennomført eit allsidig forskingsprogram på ulmeprosessar. Prosjektet har vekselverka tett med industriverksemder med ulming som potensielt problem. Dette har gitt kompetanseoppbyggjing og eit sterkt og varig fokus på ulming for alle deltakarane i prosjektet. Gode og varige samarbeidsrelasjonar internasjonalt er bygde opp. EFFEKTAR: Nasjonalt har to viktige forskingsmiljø innan brannsikkerhet vore med. Begge vidarefører forsking på ulmebrann etter dette prosjektet. Dette inneber at ulmebrannar vil ha større fokus nasjonalt - på lang sikt - enn det ville hatt utan dette prosjektet, og dette vil spela over på konkret sikkerhetsarbeid. Derfor vil prosjektet ha som langsiktig effekt betre sikkerhetsarbeid nasjonalt i høve til farane ulmebrannar representerer.

We propose a joint project between Stord/Haugesund University College, University of Magdeburg, Germany and Lund University, Sweden - on emerging risks associated with smoldering fires. Smoldering is a flameless form of combustion. It is initiated at re latively low temperatures, operates at intermediate temperatures, and smoke is produced. Smoldering is difficult to detect - and is frequently a precursor of flaming fire (at high temperature) and explosions. Therefore, it represents a hidden danger in many situations: for dwellings, for stored biomass, for powders and grains in silos, for stored industrial waste, for goods under transportation. The smoldering process is complex: It is governed by a self-tuned balance between air entering and smoke leaving the reaction zone, heat generated and heat lost (transported) to the surroundings - and depends in addition on geometry, material chemistry, etc. Furthermore, the distribution among various chemical reactions during the oxidation (smoldering) pro cess is coupled to the temperature and the gas and heat flows. Many materials are prone to smoldering, but properties and crucial parameters are in many cases unknown. New industrial settings with a potential for smoldering keep emerging. In this pro ject, we propose a concerted effort to improve the knowledge both on smoldering mechanisms and on properties of relevant materials: We will study experimentally the influence of geometrical details on the transition from smoldering to flaming fire, and w e will measure characteristic quantities for several materials of importance industrially. Self-ignition is a major concern. Based on project results, we will make systematic predictions for cases that hardly are accessible experimentally, due to sample sizes and time scales. Finally, we will study emergency management both to smouldering fires and worst-case scenarios with transition to extensive fires in large storages and in buildings.

Budsjettformål:

SHP-Strategiske høgskoleprogram

Finansieringskilder