Kemisk teknologisk forskning og rådgivning ___________________________________________________________ Vurdering og forskning af skader BRUG AF BLÆSNING MED TØRIS OG RENSNING AF FINMEKANISK UDSTYR OG ELEKTRONIK EFTER BRANDSKADER En kritisk analyse af mulighederne for hvornår og hvornår ikke blæsning med tøris kan benyttes til rensning efter brandskader på følsomme genstande. Kunde Startdato Forfatter(e) Projektnummer Rapportnummer Antal sider Dato Underskrift Arepa Benelux b.v., Amersfoort 30.05.2011 ir. T. (Teun) Hagens P 2011.031 P 2011.031.R001 12 24.10.2011 Dette dokument er kundens ejendom og kan bruges til det formål, som den blev oprettet for ved overholdelse af rettighederne i henhold til Lovgivningen om intellektuel ejendomsret. Ophavsretten til dette dokument forbliver hos Hagens Consult. Burg.Grothestraat 5-B 3761 CJ SOEST Tel: 035-6021569/06-53604291 Fax: 035-5338451 Trade Register Gooi- en Eemland 32120188 E-mail: [email protected] Bank: . 1296.50.277 EUR Forskning og rådgivning i henhold til de vilkår og betingelser, der er angivet i De Nieuwe Regeling 2005 (DNR 2005) Rapport nr. P 2011.031.R001 side 2 af 12 Indhold 1 2 3 4 5 Introduktion .................................................................................................................................. 3 Teknologien med tøris-blæsning ................................................................................................. 4 Betragtninger ved rensning efter sod skade ved blæsning med tøris. ......................................... 5 Specifikke betragtninger ved rensning efter sod skade af finmekanisk udstyr og elektronik........ 7 Konklusioner .............................................................................................................................. 12 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 3 af 12 1 Introduktion Ved en brand bliver de berørte genstande kontamineret af røg og sodpartikler. Afhængigt af hvilken brandtype, de brændte materialer og den anvendte slukkemetode, er der en mangfoldighed af mulige kontamineringer på udsatte overflader i form af sodpartikler, saltholdige aflejringer og korrosionsprodukter. Ved brandskaderensning bør sådanne kontamineringer fjernes ved en afrensningsproces. I løbet af 1980’erne, blev tøris-blæsning præsenteret som et miljøvenligt alternativ til klassisk rensning af vægge, metaloverflader og gulve ved hjælp af mineralske partikler som sand og grus, hvilket gav gode resultater. Tøris-blæsning blev især anvendt ved rengøring af overflader og udstyr i fødevareindustrien. Imidlertid dukkede denne form for rensning også op til rensning efter sod skader, og blev præsenteret som et alternativ til den klassiske behandling af genstande gennem rydning og/eller skylning, som regel med vandbaserede løsninger. En stor fordel ved denne metode er, at den kan udføres fuldstændigt på stedet, og dermed overflødiggør den besværlige afmontering og transport af de genstande, der skal istandsættes ved rensning og tørring. I mange år har Arepa Benelux BV i Amersfoort udført rensning efter sod skade på følsomme genstande såsom finmekaniske maskindele og elektronik, men har endnu den holdning, at tørisblæsning ikke er noget alternativ til de generelle metoder med afmontering, transport og skylning i et specialiseret miljø. Arepa har bedt Hagens Consult om at udarbejde en analyse, og at sammenligne metoden med tøris-blæsning ved istandsættelse af følsomme genstande med den klassiske metode med skylning i et passende medium og tørring. -/4 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 4 af 12 2 Teknologien med tøris-blæsning Tøris-blæsning er en metode, hvor små korn (pellets) af tøris (fast kuldioxid) blæses mod en overflade i en luftstrøm under højt tryk, hvorved kontamineringen fjernes. Til forskel fra en klassisk blæsning med grus eller andet mineralsk sandblæsningsmateriale er der ingen rester af sprøjtemiddelmaterialet efterladt efter tøris-blæsning; tøris fordamper helt til luftformigt kuldioxid og efterlader dermed ingen rester ud over den kontaminering, der blev sprøjtet væk. Tøris er produceret ved at lade flydende kuldioxid strømme ud fra en trykbeholder uden varmetab (adiabatisk udstrømning). Dette kræver energi, der skal hentes fra den flydende gas (Joule-Thomson effekten) og denne køles ned. Ved temperaturer på -60° C og derunder - triplepunktet er ved 56,6° C og 5,28 atm; den atmosfæriske overgang til fast form er ved -78,5° C – ændres den flydende gas til fast form (kulsyresne eller tøris). Navnet tøris refererer til materialets udseende - det ligner isvand - og dets egenskab til at fordampe uden at gå igennem den flydende fase (den smelter ikke og bliver ikke våd). Til de mest udbredte metoder til tøris-blæsning fås tøris ved justeringer i den adiabatiske udstrømning fra gasflasken, for at give kornene (pellets) den struktur, hårdhed og finhed, der ønskes ved blæsningen. De således skabte pellets samles i en isoleret beholder og anvendes straks eller bringes til de genstande, der skal behandles. Fra beholderen suges kornene ind i en trykluftsstrøm ved hjælp af en Venturi-ejektor, og blæses ind mod den overflade, der skal behandles på samme måde som anvendt ved blæsning med et klassisk blæsningspræparat. En anden metode er baseret på levering af tøris i blokke, der reduceres til korn (pellets) af den ønskede størrelse, ved hjælp af en knuser på stedet. Følgende tre faktorer bidrager til fjernelse af kontaminering på overfladen, der er blevet sprøjtet med tøriskorn: 1. 2. 3. Slibende effekt: På grund af kornenes slibende virkning bliver den eksisterende kontaminering skrabet bort fra overfladen; Eksplosiv fordampning: som følge af kontakt med de kolde korn på den sprøjtede overflade, fordamper kuldioxiden meget hurtigt. Volumeforøgelsen (500-700 x) i forbindelse med fordampning blæser kontamineringen op, og understøtter dermed kornenes slibende virkning; Krympeforskelle: Som følge af kontakten med de kolde korn køles de behandlede materialer lokalt ned. Forskellen i krympeadfærd mellem kontamineringen og det underliggende materiale skaber spændinger, hvilket gør, at kontamineringen lettere bliver frigjort fra det underliggende materiale. Den frigjorte kontaminering føres væk med trykluftsstrømmen. Princippet med tøris-blæsning adskiller sig derfor fra klassisk sandblæsning med mineralske korn, idet denne metode kun har slibende virkning fra kornene til fjernelse af kontamineringen, og beskadiger dermed ikke overfladen på selve emnet. -/5 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 5 af 12 3 Betragtninger ved rensning efter sod skade ved hjælp af blæsning med tøris. Ved rensning efter sod skade på bygningskonstruktioner og udvendige overflader eller genstande af en vis størrelse, kan blæsning med tøris tjene som et alternativ til den klassiske metode med damprensning som rensning efter sod skade, hvad enten det er med eller uden slibende præparater, og efterfulgt af efterbehandling og tørring. Men det skal udtrykkeligt bemærkes, at der skal findes en løsning til indsamling af de frigjorte rester fra rensningsprocessen. I modsætning til klassisk sandblæsning, hvor en betragtelig del af de løsrevne dele af kontamineringen har en tendens til at klæbe sig til sprøjtematerialet, bliver disse frigjort ved tøris-blæsningen og sendt ud i omgivelserne, hvor behandlingen foregår. Hvis de frigjorte kontamineringspartikler ikke indsamles, reduceres fordelen ved tøris-blæsning, og fungerer kun som opgraderet ”snavsfjerner", hvor kontamineringen kun flyttes gennem rummet ved hjælp af en trykluftstrøm fra et sted til et andet. Sundheds- og miljøtekniske aspekter Hvor en effektiv indsamling af bortsprængt kontaminering kan være mindre kritisk for en række anvendelser af tøris-blæsning, er det faktisk en primær forudsætning ved brandskadeforurening. Kontamineringen deponeres på overflader i form af røg og sodpartikler, og skaber ikke kun ubehagelige og ildelugtende komponenter, men er i nogle tilfælde stærkt giftige komponenter, der er meget skadeligt for helbredet, såsom polycykliske aromatiske hydrokarboner (PAH'er), dioxiner og dibenzofuraner (PCDD/PCDF). I henhold til gældende regler (Lovgivning og miljølovgivning for Sundhed og Sikkerhed), kan disse i intet tilfælde fjernes ved simpel flytning gennem den omgivende luft eller atmosfæren på arbejdspladsen, men bør indsamles helt og holdent ved hjælp af et effektivt ventilationssystem kombineret med filtrering eller en lignende metode og fjernes fra brandzonen. Tekniske aspekter Tilsvarende betragtninger som ovenfor anvendes ved saltholdige aflejringer dannet på overflader af branden, i form af klorider og andre elektrolytter og korrosionsprodukter dannet fra branden. Fine partikler, der frigives ved blæsning, kan trænge ind i elektroniske og finmekaniske komponenter i udstyret, der skal renses og tilstødende objekter ved spredning gennem luften og dermed kan påvirke deres drift. Med andre ord bør disse kontamineringer også indsamles i tilfælde af tøris-blæsning i, og ved følsomme installationer. Hensyn, der skal tages Brugen af tøris-blæsning til afrensning efter sod skade, alt taget i betragtning, bør efter min mening altid kombineres med en effektiv udsugning og opsamling af kontamineringen, der er frigjort ved trykluftsstrømmen. Muligheder for at gøre dette er for eksempel: -/6 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 6 af 12 1. 2. Udføres i et sprøjtekabinet med udsugning og filtrering ved arbejde med mindre, bevægelige genstande; Udføres i ét eller flere indelukker med undertryk for større, ikke-flytbare genstande, og til behandling af bygningskonstruktioner sammen med udsugning og filtrering på en måde, der ligner de metoder, der benyttes ved rensning for asbest. Ud over disse foranstaltninger henledes opmærksomheden på luftkvaliteten på arbejdspladsen, for at holde indholdet af kuldioxid og andre toksiske forureninger inden for lovens grænser. Det samme gælder for kontrol af emission af forurenede partikler ud i luften udenfor, og i forbindelse dermed, kontrol med filtrenes funktion til begrænsning af emissioner. Ved brandskader undervurderes karakteren af kontamineringen ofte forud for arbejdet. Det kan ikke undgås, at personer der arbejder med det, af sikkerhedsårsager skal have luftmasker på for at overholde sundheds- og sikkerhedskravene. Alle disse tiltag, der herudover skal foretages gør tøris-blæsning mere omstændelig og derfor mindre attraktivt som rensningsmetode til brandskade, end ofte præsenteret. Det er indtrykket, at leverandører af tøris-blæsningsmateriel især undervurderer nødvendigheden af kontrol med spredningen af giftige komponenter nogle gange uden for brandzonen, og kontrol med sådanne foranstaltninger udelades og resulterer i en sekundær eksponering for personer, der ikke er direkte involveret. I det følgende kapitel diskuteres specielle punkter, der kræver opmærksomhed gældende for rensning efter sod skade på elektronik og finmekaniske komponenter, som for eksempel måle- og kontrolenheder, kontrolpaneler og lignende. -/7 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 7 af 12 4 Betragtninger ved rensning efter sod skade på finmekanisk udstyr og elektronik I kapitel 3 drøftedes mulighederne for brugen af tøris-blæsning generelt til rensning efter sod skade, af genstande af en vis størrelse og de forudsætninger, der skal overholdes af sikkerheds- og sundhedsmæssige årsager. Udgangspunktet var hele tiden at overflader og genstande, der skal behandles kan modstå de fysiske virkninger fra tøris-kornene med det øgede tryk, og det termiske chok forbundet dermed. I tilfælde af rensning efter sod skade med tøris-blæsning af finmekaniske dele og elektronik, omfattende kontakter, kontrol og fordelingstavler kræver følgende punkter særlig opmærksomhed: - kan alle dele og komponenter i enheden nås fra alle sider ved blæsning? er alle komponenter resistente over for den mekaniske belastning forbundet med blæsningen? er alle komponenter resistente over for det termiske chok forårsaget af blæseprocessen? er det muligt at fjerne kontamineringer, der er kemisk forbundet, såsom salte (ioner), f.eks. klorid? Komponenternes tilgængelighed De forskellige komponenter i elektroniske dele sidder ofte meget tæt, og er derfor svære at nå fra alle sider med en trykluftstrøm med tøriskorn. Derudover er nogle overflader af elektroniske enheder og kontakter på bagsiden ikke tilgængelige, uden demontering. Husk på, at dannelse og aflejring af kontamineringen fra røgpartikler er en kondenseringsproces, der fortrinsvis forekommer på steder, der er svære at nå og hvor cirkulationen af røggasser er mindst. Dette afviser et ofte brugt argument for tøris-blæsning, at den tidskrævende demontering af genstande kan undgås. Demontering kan ikke undgås ved tøris-blæsning, hvis en omfattende rensning af alle komponenter er ønsket. Komponenternes fysiske resistens Eksponering af genstande for en trykluftsstrøm er en konsekvens af brugen af tøris-blæsning. De kræfter, der er forbundet med brugen af trykluft, kan have en effekt på de finmekaniske dele, elektroniske komponenter, kontakter og følsomme dele og kan deformere, bøje, eller på anden vis beskadige dem. En sådan nedbrydning af komponenter vil uundgåeligt resultere i en reduceret driftssikkerhed, eller endog fuldt funktionstab. En rundspørge til en række leverandører af rensningsanlæg med tøris om vilkår og betingelser for levering, og også hvad der kan ses på deres hjemmesider viser, at de fralægger sig alt ansvar for følgeskader på disse dele, og derfor overlader til kunden at vurdere anvendeligheden af deres metode. -/8 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 8 af 12 Kontaktpunkter, svejsninger og lodninger i elektroniske komponenter i styreenheder og kontakter indeholder forskellige rene og derfor forholdsvis bløde materialer som kobber, bly, zink, sølv og guld eller legeringer heraf. Skader på (kontakt) overflader af metaller kan resultere i reduceret pålidelighed, og i alvorlige tilfælde, at kontakterne ikke fungerer, og forårsage tab af kontakt, i svejste samlinger og lodninger. Det er derfor vigtigt at afprøve, i hvilket omfang kornene kan have forårsaget skade på de bløde metaloverflader. Hårdhedsskalaer (Mohs, Brinell, Vickers og Rockwell) benyttes som standard for materialers hårdhed og dermed deres følsomhed over for skader. Nedenstående tabel giver en oversigt over materialernes hårdhed i forbindelse med tørisblæsning: Materiale Tøris Bly (rent) Tin (rent) Blødlod (estimeret) Slaglod (estimeret) Sølv (rent) Guld (rent) Aluminium (rent) Kobber (rent) Aluminiumslegering “Blødt” syntetisk stof Hård PVC Bakelit Støbejern Blødt konstruktionsmateriale Rustfrit stål Hærdet stål Glas Hårdhed iflg. Mohs Hårdhed iflg. Brinell (kg/mm²) 1,5-2,5 1,5 1,5-2 1-1,5 2-2,5 2,5 2,5-3 2,5-3 3 3-5 0,5-3 2,5 2,5 4 4-4,5 4-4,5 7,5-8 7 5 5 <5 10-20 25 20-30 35 40-60 40-100 1-50 60 70 150-200 120 200 400-500 1500 Tabel – Materialers hårdhed Værdier hentet fra forskellige kilder, herunder Perry, Chemical Engineers 'Handbook, og Ullmann, Encyklopädie der technischen Chemie. Der er anvendt konverteringer, hvor det er relevant, ved hjælp af fælles omregningstabeller og formler for tøris. Værdierne er hentet fra en række specifikationer fra leverandører af tøris-blæsning. Tabellen viser, at hårdheden for tøris er i samme kategori som sølv og slag- og blødlodninger. Dette betyder at blødlodninger i særdeleshed og i mindre grad slaglodninger og sølvkontaktoverflader kan blive udsat for skader som resultat af blæsning med tøris. Værdierne for hårdheden af de rene metaller kobber og guld, er faktisk højere end tøris, men det kan ikke udelukke at skader forårsaget af blæst tøris kan forekomme. Bortset fra metaller og mineralske materialer, har de fleste syntetiske stoffer plastiske egenskaber, og er derfor reversibelt deformerbare. Fysisk skade kan for de fleste syntetiske materialer ikke forventes. Dog bør eventuelle ændringer i de syntetiske materialers egenskaber tages i betragtning, ved de kraftige nedkølinger (se nedenfor). -/9 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 9 af 12 Komponenternes termiske modstand Elektronik og finmekaniske genstande består af en bred vifte af syntetiske komponenter, der er følsomme over for temperaturpåvirkninger. Egenskaberne for mange syntetiske stoffer er kendte for at skifte, når de udsættes for lave temperaturer (-60 til -80° C), hvilket kan forekommer ved tøris-blæsning. En vigtig målestok for dette, er den såkaldte glasomdannelsestemperatur (TG); dette er den temperatur eller det temperaturinterval inden for hvilken, syntetisk materiale omdannes fra en elastisk, let deformerbar struktur til stivere, lettere skrøbelig struktur (se tabel). Syntetiske stoffer med en TG under stuetemperatur er naturligt elastiske og deformerbare (elastomerer), såsom polyethylen og de fleste (kunstige) gummityper. Syntetiske stoffer med et TG højere end rumtemperaturen er naturligt stive og lidt deformerbare, for eksempel polyetylentereftalat (PET) og Teflon. TG for et syntetisk materiale kan blive kraftigt påvirket af blødgøringsmidler: ren PVC har en TG på 85° C; det såkaldte bløde PVC med 30 % blødgørere har en TG på 0° C og kan bearbejdes og er deformerbart ved stuetemperatur. For copolymerer såsom nitrilgummi og styrenbutadien, er TG værdi afhængig af forholdet mellem begge råvarer. Syntetisk/Gummi HD-polyetylen (HDPE) LD-polyetylen (LDPE) Polypropylen (PP) Polyvinylidenklorid (PVDC) Polyetylentereftalat (PET) Polyvinylklorid (PVC) “Blødt” PVC (PVC med 30 % DOP) Polystyren (PS) naturgummi (NR) Isobutylgummi (IR) Butylgummy (BR) Styrenbutadiencopolymerer (SBR) Nitrilgummi (NBR) TG (°C) -100 -25 -20 -15 75 85 0 85 -70 -73 -95 -65 to 0 -40 to 50 Tabel – Glasomdannelsestemperaturer (TG) for en række syntetiske stoffer og gummi. Værdier er hentet fra forskellige publikationer, herunder to kursuspræsentationer vedrørende de fysiske egenskaber for polymerer, elastomerer og syntetiske stoffer fra TU Delft og Leigh University, Bethlehem (PA), USA. Det er klart, at elastiske syntetiske stoffer (elastomerer) kan, når de udsættes for temperaturer under deres TG, helt eller delvist mister deres mekaniske og isolerende egenskaber, Disse ændringer er ofte ikkereversible og derfor permanente. Derudover er syntetiske stoffer, der (midlertidigt) har været skøre, langt mere følsomme over for mekaniske skader. På hjemmesiderne for en række leverandører af tørisblæsning er muligheden for beskadigelse af syntetiske stoffer udtrykkeligt nævnt og muligheden for, at de bliver skøre er påpeget. -/10 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 10 af 12 Ved brug af tøris-blæsning vil de materialer, der er udsat for påvirkningen fra tørisen, blive kraftigt kølet ned (såkaldt termisk chok). Denne kraftige nedkøling vil resultere i, at disse materialer krymper. Som angivet i analysens kapitel 2, vil denne forskel i krympning mellem kontamineringen og det underliggende materiale hjælpe med til at fjerne kontamineringen. Men forskellen i krympningen mellem materialerne kan også resultere i uoprettelige skader, i form af delvis eller hel adskillelse fra lodninger og svejsninger samt isolerende beskyttende lag: A B Situation før krympning (før termisk chok) Situation efter krympning (efter termisk chok) A= enkelt materiale med kontaminering på toppen B= materiale med dækkende lag eller lodning og kontaminering på toppen Tegningen viser tydeligt, at forbindelsen med kontamineringen ikke kun er påvirket af forskelle i krympningen, men at det (isolerende) dækkende lag og loddede og svejste samlinger også kan blive udsat for uoprettelig skade. Processens effektivitet mod klorid Fjernelse af klorider (Cl-ioner) er en vigtig parameter ved rensning efter sod skade af elektroniske korrosionsfølsomme genstande. Foranlediget af Arepa blev undersøgelsen udført i praksis, med hensyn til fjernelse af klorider ved tøris-blæsning (se tabel): Genstand Belagt overflade (stål) Aluminiumstativ Svinghjul i stål Kontaktenhed (Aluminium) Før (µg Cl /cm²) Efter (µg Cl /cm²) 23 18 4 72 2 5 1 21 Tabel – Resultat af et praktisk eksperiment med hensyn til fjernelse af klorider ved tøris-blæsning -/11 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 11 af 12 Resultaterne viser, at kloridholdige belægninger ikke bliver helt fjernet med den fulgte metode. Med hensyn til en af de undersøgte genstande viste det sig umuligt at opnå den grænseværdi for klorider, der normalt benyttes for skadesforebyggelse (8 µg Cl-/cm2). Ligeledes viste det sig under testen, at der opstod en uhensigtsmæssig kondensering på de behandlede overflader efter behandlingen, hvilket fandt sted i et rum med øget fugtighed. Visuel inspektion af genstandene bekræftede, at svært tilgængelige overflader og komponenter var utilstrækkeligt renset ved behandlingen. Konklusionen må derfor være, at en vigtig forudsætning for rensning efter sod skade i almindelighed og for elektronik i særdeleshed, hvilket er en effektiv fjernelse af elektrolytter, såsom klorider, endnu ikke kan opnås. Det faktum, at saltholdige aflejringer er fuldt eller delvist bundet til overfladen (ionbinding) er sandsynligvis en af årsagerne til dette, hvilket resulterer i, at de ikke kan adskilles mekanisk fra underlaget med det samme. Når den klassiske metode, skylning og tørring bliver brugt, fjernes de saltholdige aflejringer - for så vidt de er opløselige i det anvendte medium - helt. Analysens konklusion må være, at tøris-blæsning til rensning efter sod skade er en yderst risikabel metode, især for elektroniske og finmekaniske komponenter med store risici for at påvirke og driftssikkerhed negativt. -/12 Tøris-blæsning og rensning efter sod skade Rapport nr. P 2011.031.R001 side 12 af 12 5 Konklusioner Baseret på de ovenfor anførte overvejelser kan det konkluderes at: - - - Anvendeligheden af tøris-blæsning til rensning efter sod skade er begrænset til behandling af større genstande, der er tilgængelige på alle sider; Tøris-blæsning til rensning efter sod skade er efter min mening kun fornuftigt, når den udføres i kombination med en effektiv indsamling og adskillelse af afrenset kontaminering med henblik på at forhindre uønsket udbredelse af frigjorte skadelige og/eller giftige stoffer. Det vil i mange tilfælde ikke kunne udføres i et lukket rum eller med kontrolleret sug; Der er ingen fugt tilført ved selve behandlingen, men muligheden for uønsket kondens bagefter bør dog tages i betragtning. Dette er især tilfældet, når udførelsen foretages i rum med øget fugtighed på grund af rester fra brandslukningsvandet. Man kan altså ikke umiddelbart efter rensning sætte spænding på elektrisk udstyr. Visse typer af røg og sodaflejringer, såsom saltholdige aflejringer (klorider) fjernes ikke tilstrækkeligt ved tøris-blæsning; Af en række årsager (fysiske og termiske komponentmodstande, dårlig tilgængelighed eller ikketilgængelige overflader) kan metoden ikke anvendes til rensning efter sod skade af finmekaniske og elektroniske dele. Disse deles fremtidige driftssikkerhed er i bedste fald usikker. Tøris-blæsning og rensning efter sod skade
© Copyright 2024