Peklo v tunelu
20. 10. 2010
Nedávno byl otevřen nový, rychlostní a inteligentní okruh kolem Prahy. Mezi jeho nejdůležitější části patří Cholupický tunel. V uzavřeném prostoru proudí vzduch pomaleji, než na otevřeném prostranství. Proto také plyny ze spalování, které v tunelu vznikají, mohou dosáhnout neobvykle vysokých koncentrací – a to může být velice nebezpečné. Proto se Michael spolu s projektanty zůčastní zkoušky proti protipožárního systému.
Filip: Hurá, konečně je to tady. Otevřen nový, rychlostní, inteligentní okruh kolem Prahy. Tedy aspoň jeho polovina. Využije ho denně až sedmdesát tisíc aut. Mezi jeho nejdůležitější části patří tento tunel. A my jsme si ho s Michaelem prohlédli ještě dřív, než byl uveden do provozu.
Michael: Yes, I am interested in tunnels, because they present the right conditions for some unusual chemistry to take place.
Ano, tunely mě zajímají, protože představují ty pravé podmínky pro trochu neobvyklé chemie.
Michael: V uzavřeném prostoru tunelu proudí vzduch pomaleji, než na otevřeném prostranství. Proto také plyny ze spalování, které v něm vznikají, mohou v tunelu dosáhnout neobvykle vysokých koncentrací.
Michael: And that, of course, can be very dangerous.
A to může být samozřejmě velice nebezpečné.
Tereza: Uvnitř tunelů jsou největším nebezpečím požáry. Vzniká při nich vysoká teplota a jedovatý oxid uhelnatý.
Michael: Oxid uhelnatý je plyn bez barvy, zápachu a bez chuti.
It is a simple molecule that consists of one atom of carbon and one atom of oxygen bound together with a very strong bond.
Je to jednoduchá molekula, kterou tvoří jeden atom uhlíku a jeden atom kyslíku, vázané navzájem velice silnou vazbou.
Velice rychle zabíjí, protože se snadno slučuje s hemoglobinem v krvi.
Tereza: Hemoglobin dopravuje do našich tkání a buněk kyslík. Když se však na něj naváže oxid uhelnatý, přestane svou úlohu plnit.
Michael: The resulting severe oxygen deprivation has a name – anoxemia. Its onset rapidly causes dizziness, vomiting, fatigue eventually leading to central nervous system damage and heart failure leading to death.
Vzniklý kritický nedostatek kyslíku má jméno – anoxemie. Její nástup rychle způsobuje závrať, zvracení, vyčerpání a nakonec poškození centrální nervové soustavy a selhání srdeční činnosti. Následkem je smrt.
Filip: V silničním tunelu svatého Gottharda ve Švýcarsku zemřelo při požáru v říjnu 2001 jedenáct lidí. Příčina? Kouř a vdechnutí jedovatých plynů.
Tereza: Rok 1944, železniční tunel nedaleko jihoitalského Balvana. V důsledku poruchy parní lokomotivy se uvnitř dlouhého tunelu tehdy udusilo přes čtyři sta cestujících.
Filip: Pro projektanty a stavitele se požáry a havárie v tunelech staly cenným zdrojem informací a poučení, jak maximálně zvýšit bezpečnost provozu při stavbě nových tunelů. Také Cholupický tunel prošel před uvedením do provozu zkouškou účinnosti protipožárního systému. Jak bude probíhat?
Michael: This is what we’re going to simulate the car crash. And there’re two aspects of the explosion. First of all in here we’re going to have ethanol. The ethanol is going to burn and produce a lot of heat. It’s going to produce a dynamics of the reaction. In this box here we’re going to produce some smoke. And we’re going to use nitrates and perchlorates to produce these fine particles aerosol matter. Only micrones in size. To detonate this we’ve got an electric cable. That’s going to create the spark, about a thousand degrees. That’s going to set it off.
Budeme teď simulovat požár po srážce vozidel. Exploze má dvá prvky. Především tu máme etanol. Etanol bude při hoření vyvíjet teplo. To zajistí dynamiku reakce. V této krabici budeme vyvíjet kouř. Použijeme k tomu dusičnany a chloristany, které vyvinou jemnoučké částice aerosolu o velikosti pouhých mikronů (tisícin milimetru). K odpálení této látky tu je elektrický kabel. Pomocí něj vytvoříme jiskru a při hoření vznikne teplota přes tisíc stupňů. Tím to odpálíme.
Michael: I have here two glass dishes. Into the first glass dish I shall put some toluene.
Zde mám dvě skleněné misky. Do první dám trochu toluenu.
Filip: … uhlovodík, který najdete ve skutečném palivu pro vaše auta.
Michael: And into the second dish I’m going to put some ethanol.
A do druhé misky dám trochu etanolu.
Filip: Jen připomínám, že ten máme v našem tunelu.
Michael: And now let’s set them alight.
A teď je zapalme.
Michael: You can see they burn with two very different flames. The ethanol the clean blue orange flame and the toluene the dark orange and a lot of black soot. Now look what happens if I put them out. Ethanol and toluene. Here, take a look at the difference. Clean Petri dish and the toluene – a black sooty dish. The difference is due to the chemical structures. The ethanol has oxygen inside the molecule and a very good carbon-hydrogen ratio that promotes complete combustion. The toluene – no oxygen and a poor carbon-to-hydrogen ratio, which means that soot – that’s a carbon particular matter – is produced.
Jak vidíte, hoří dvěma velmi rozdílnými plameny. Etanol čistým modře-oranžovým plamenem, toluen temně oranžovým s množstvím černých sazí. Teď sledujte, co se stane, když je uhasím. Podívejte se na ten rozdíl. Čistá miska a toluen – černá začouzená miska. Ten rozdíl způsobilo rozdílné chemické složení. Etanol ma v molekule kyslík a velmi dobrý poměr uhlík – vodík, který podporuje dokonalé spalování. Toluen nemá žádný kyslík a špatný poměr uhlík-vodík, což znamená, že vznikají saze, což je zvláštní forma uhlíku.
Filip: A to je právě to, čeho se chtějí bezpečnostní experti na tunely vyvarovat. Umíte si představit, jak by ta armáda uklízeček uklízela ty mastné černé saze, vyměňovalo se drahé vybavení tunelu. Proto používají experti etanol.
Filip: Tak z tohohle místa, Michaele, se to bude postupně elektronicky odpalovat.
Tereza: Jak si tedy bezpečnostní technici s požárem v tunelu poradí?
Michael: To simulate this accident and a resulting fire, I shall add some warm water, some liquid nitrogen. As you can see a life threatening smoke quickly fills the tunnel.
Abych napodobil nehodu a následný požár, přidám do teplé vody trochu kapalného dusíku. Jak vidíte, životu nebezpečný kouř tunel rychle vyplní.
Tunel reaguje tím, že se zapnou obrovské ventilátory, které řídí proudění vzduchu, a tím i koncentraci kouře.
Filip: Pokud se nehoda stane za vámi, pak stačí pouze vyjet z tunelu. Kouř půjde vaším směrem. A pokud je nehoda před vámi, pak zastavte auto, vypněte motor, vystupte a opusťte tunel. Ale pozor: opačným směrem. Obrovské ventilátory zajistí, že kouř nepůjde s vámi.
Tereza: Test začíná. Nejprve se zapaluje etanol. Pak vyvíječ horkého aerosolu.
Michael: Notice that all the smoke is travelling down the tunnel.
Všimněte si, že kouř směřuje tunelem dolů.
Tereza: Zkušební požár probíhá podle plánu. Jeden a půl megawattu tepla a dvě stě kubických metrů aerosolu procházejí tunelem. Všechny systémy obstály. Tunel je bezpečný pro dopravu.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough