Đề tài Nghiên cứu vận dụng biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu

năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân góp phần thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp, hiện đại hoá đất nước. Thực hiện theo đường lối định hướng phát triển của Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII: “Xây dựng có chọn lọc một số cơ sở công nghiệp nặng trọng yếu và hết sức cần thiết. . .. Hình thành dần một số ngành mũi nhọn như chế biến nông, lâm, thuỷ sản, khai thác và chế biến dầu khí”. Ngành dầu khí của nước ta đã không ngừng phát triển có quan hệ hợp tác với nhiều nước trên thế giới. Trong lĩnh vực khai thác chế biến nguồn tài nguyên thiên nhiên này và bước đầu đã thu được những kết quả tốt đẹp đưa ngành dầu khí trở thành một trong những ngành đứng đầu trong nguồn thu nhập của ngân sách quốc gia. Trong công cuộc đổi mới của đất nước ta hiện nay, cùng với nhịp độ phát triển công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ, ở nhiều nơi trên đất nước ta đã và đang xây dựng các kho xăng dầu hiện đại với các bể chứa có trữ lượng lớn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng dầu ngày càng lớn trong lĩnh vực sản xuất phát triển kinh tế quốc phòng cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình. Bên cạnh những mặt tích cực mà xăng dầu đem lại, thì sự nguy hiểm cháy nổ của nó cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Thực tế cho thấy nền công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ càng phát triển thì số lượng các vụ cháy xăng dầu cũng gia tăng. Các đám cháy xăng dầu càng phát triển nhanh, khả năng cháy lan lớn dễ phát triển thành các đám cháy lớn dẫn đến việc tổ chức dập tắt các đám cháy xăng dầu là hết sức phức tạp và khó khăn gây thiệt hại lớn về người, tài sản ảnh hưởng trực tiếp đến tình hình kinh tế, an ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội. Trên thực tế trong những năm qua trên địa bàn cả nước đã xảy ra một số vụ cháy xăng dầu lớn như: Vào hồi 9h05 ngày 02/11/1993, tại xã Nam Khê thị xã Uông Bí-Quảng Ninh do một đoạn đường ống dẫn xăng dầu chạy qua khu vực cánh đồng lúa thuộc địa bàn xã bị sự cố xăng dầu từ đường ống chảy tràn ra ngoài nhân dân dùng xô, chậu để vét xăng dầu. Do cọ xát phát sinh tia lửa gây cháy toàn bộ khu vực xăng dầu tràn ra làm 46 người chết và 60 người khác bị thương thiệt hại hàng triệu đồng của Nhà nước. Ngày 02/11/93 trở thành ngày đại tang của nhân dân xã Nam Khê. Ngày 26/06/97, cháy xảy ra tại kho xăng dầu K131 Thuỷ Nguyên-Hải Phòng, số lượng xăng 2500m3. Nguyên nhân là do hệ thống chống sét không đảm bảo dẫn đến sét đánh thẳng vào kênh thông gió làm cháy toàn bộ kho và 3 người thiệt mạng. Đứng trước tình hình trên đây cho ta thấy, để bảo vệ an toàn PCCC cho xăng dầu. Các bể chứa xăng dầu nói chung không chỉ tăng cường việc tuân theo các quy định của các quy phạm pháp luật, thành lập đơn vị PCCC chuyên nghiệp, trang bị các phương tiện chữa cháy chuyên dùng mà còn phải tăng cường các biện pháp kỹ thuật như lắp đặt hệ thống chữa cháy tối ưu hiện đại nhằm mục đích chủ động ứng phó kịp thời với mọi tình huống xảy ra cháy nổ. Do đó, mục đích của đồ án này là: “Nghiên cứu vận dụng biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu”. Đồ án gồm 3 phần: Phần I : Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ kho bể chứa xăng dầu Phần II: Đánh giá hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt. Phần III: Hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới đáy bể lên. Phần I : Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ kho bể chứa xăng dầu Ư 1. TÍNH CHẤT NGUY HIỂM CHÁY NỔ CỦA XĂNG DẦU Xăng dầu là chất lỏng mang nhiều tính chất nguy hiểm về cháy nổ, dựa vào mức độ nguy hiểm về cháy nổ như nhiệt độ bắt cháy, nhiệt độ tự cháy. . .của chúng mà người ta phân xăng dầu làm 2 loại: Loại dễ cháy và loại cháy được * Theo tiêu chuẩn Việt Nam. - Loại dễ cháy là loại có nhiệt độ bắt cháy của hỗn hợp hơi xăng dầu và ôxy không khí ở nhiệt độ từ 450C trở xuống như xăng máy bay, xăng ôtô. - Loại cháy được là loại có nhiệt độ bắt cháy của hơi xăng dầu từ 450C trở lên như dầu hoả, dầu mazút, dầu diezen. * Theo tiêu chuẩn Anh-Mỹ. - Chất lỏng dễ cháy là những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 37,80C và có áp suất hơi không quá 27000 at tuyệt đối ở 37,80C. Chất lỏng dễ cháy được phân loại như sau: + Loại IA gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 22,80C và điểm sôi ở dưới 37,80C. + Loại IB gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 22,80C và điểm sôi trên 37,80C. +Loại IC gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 22,80C và dưới 37,80C. - Chất lỏng cháy được là những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 37,80C. Chúng được phân loại như sau: + Loại II gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 37,80C và dưới 600C . + Loại IIIA gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 600C và dưới 93,30C . + Loại IIIB gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc lớn hơn 93,30C. Những tính chất nguy hiểm cơ bản về cháy nổ của hơi xăng dầu: Xăng dầu là chất lỏng dễ bay hơi, nhất là điều kiện ở nước ta khí hậu nhiệt đới nóng Èm thì xăng dầu sẽ bị bốc hơi dù có bảo quản bằng cách nào. Hơi xăng dầu nặng hơn không khí 5,5 lần, khi khuyếch tán vào không khí thường tích tụ lại ở những nơi trũng, khuất gió và bay là là trên mặt đất. Khi tích tụ lại chúng sẽ tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ và cháy khi gặp nguồn nhiệt. Xăng dầu không hoà tan trong nước, tỷ trọng xăng dầu từ 0.7¸0,9 nên khi hoà vào nước chúng nổi trên mặt nước và nhanh chóng lan ra xung quanh với vận tốc VC=20¸30 m/phút. Nhiệt lượng toả ra rất lớn Q=10450¸11250 Kcal/Kg. Khi xăng dầu cháy sẽ ảnh hưởng tới một vùng bán kính rộng lớn, không khí xung quanh bị đốt nóng và nhanh chóng tạo thành những đám cháy mới gây khó khăn cho người và phương tiện tiếp cận gần đám cháy. Qua thực nghiệm cho thấy xăng dầu là chât lỏng có khả năng sinh ra tĩnh điện, xăng dầu gần như không dẫn điện (vì điện trở suất của xăng dầu rất lớn tử 1012¸1017Wm). Trong quá trình bơm rót, xuất nhập, vận chuyển xăng dầu bị xáo trộn mạnh, các phần tử xăng dầu bị ma sát với thành ống thiết bị, vỏ chứa làm sinh ra các điện tích tĩnh điện, các điện tích tích tụ đến một hiệu điện thế đủ lớn khoảng 400v sẽ gây ra hiện tượng phóng tia lửa điện gây cháy hỗn hợp hơi của xăng dầu. Xăng dầu có khả năng tạo thành Sunfua sắt, vì trong sản phẩm của dầu mỏ có chứa một hàm lượng lưu huỳnh nhất định và xăng dầu được bảo quản trong các bể bằng kim loại, vận chuyển trên các đường ống thép. Các Sunfua sắt này áp dụng vào ôxy trong không khí phản ứng ra nhiều nhiệt lượng đủ lớn để gây cháy hỗn hợp xăng dầu. Xăng dầu khi cháy trên bề mặt đều đốt nóng các lớp xăng dầu bên dưới. Đặc biệt ở các bể chứa xăng dầu luôn có lớp đệm nước ở dưới đáy bể, khi bị cháy trong khoảng thời gian nào đó sẽ gây ra hiện tượng sôi trào, phụt bắn ra xung quanh và tạo nên các đám cháy lớn. Xăng dầu có tính độc, nhất là loại xăng pha chì, cho nên khi tiếp xúc với xăng dầu nếu không thực hiện đúng các quy định bảo đảm an toàn lao động sẽ bị nguy hại đến sức khoẻ con người. Như vậy xuất phát từ những tính chất nguy hiểm cơ bản về cháy nổ của hơi xăng dầu và trên cơ sở phân loại chúng theo từng tiêu chuẩn của mỗi quốc gia mà người ta xác định phương pháp, biện pháp chữa cháy khác nhau với những cường độ phun khác nhau. 2. ĐẶC ĐIỂM CHÁY BỂ CHỨA XĂNG DẦU Qua nghiên cứu thực tế các vụ cháy bể chứa xăng dầu trên thế giới và cũng như ở nước ta cho thấy: quá trình cháy bể chứa xăng dầu phức tạp trước hết là sự xuất hiện ngọn lửa tại một điểm nào đó, tiếp đến do quá trình đốt nóng, cháy lớn làm tung mái bể ra ngoài và tiếp tục cháy xăng dầu ở mặt thoáng tự do đó là quá trình cháy hơi xăng dầu bốc lên kết hợp với không khí mà chúng hình thành trên bề mặt xăng dầu. Các dòng hơi xăng dầu vào vùng cháy liên tục nhờ có quá trình bay hơi do sự tác động của dòng bức xạ nhiệt từ vùng cháy đến bề mặt xăng dầu. Khi ôxy cần thiết cho sự cháy tham gia vào vùng cháy từ môi trường xung quanh với không khí và cường độ tham gia vào vùng cháy của nó phụ thuộc vào lực tác động của sự khuyếch tán đối lưu phân tử. Sau khi đã bắt cháy nhiệt độ ở bề mặt xăng dầu tăng lên và đạt đến giá trị xác định, giá trị này thường cao hơn nhiệt độ sôi (Ts) của xăng dầu. Bởi vì quá trình cháy ở lớp bề mặt thường xảy ra :“Sự cháy các chất lỏng và thoát ra nhiều hơn khi cháy”. Do đó quá trình vận động không ngừng của ngọn lửa có sự thay đổi về chiều cao về hình dạng, về màu sắc, về sức nóng mà chúng ta cần khảo sát bởi vì một số vấn đề như cấu trúc hình học, đặc tính hình học của ngọn lửa. Qua nghiên cứu nhiều đám cháy ở bể chứa xăng dầu cho thấy đường kính ở một bể cháy càng lớn thì chiều cao ngọn lửa càng lớn. Chiều cao của ngọn lửa dao động trong khoảng từ 1¸2 lần đường kính bể. Trong thực tế còn cho thấy rằng độ ảnh hưởng của tốc độ gió mà chóp ngọn lửa bị dao động, sự dao động đó tạo cho ngọn lửa có cấu trúc không phải là hình chóp mà là hình trụ đứng có đường kính đáy và chiều cao như mô ta ngọn lửa hình chóp. Sau một thời gian cháy khoảng 15¸20 phút thì thành bể phía trên bị nung nóng và mất khả năng chịu lực và bị biến dạng co móp vào phía trong lòng bể. Khi cháy được 45¸60 phút thì phần thành bể chứa chất lỏng cũng bị mất khả năng chịu lực và biến dạng. Thậm chí có trường hợp bị thủng rách làm cho xăng dầu chảy tràn ra ngoài gây cháy lan to ra phạm vi toàn bộ diện tích của cụm bể . Khi cháy xảy ra ở cụm bể chứa xăng dầu, trong suốt quá trình cháy khối lượng khói toả ra nhiều, nhiệt toả ra rất lớn(10450¸11250Kcal/Kg), cường độ bức xạ nhiệt ra xung quanh cũng rất lớn. Mặt khác, do bể xăng dầu có chứa một lớp đệm nước ở đáy bể nên nếu thời gian cháy kéo dài rất dễ xảy ra hiện tượng sôi trào do lớp đệm nước ở đáy bể sôi làm cho xăng dầu bắn tung toé ra ngoài. Dấu hiệu của sự sôi trào xăng dầu là do những biến động của sự cháy, do chất lỏng va chạm vào thành bể, ngọn lửa sáng rực lên, lưỡi lửa xuất hiện trong ngọn lửa có hình mũi tên. Và cũng theo sự thống kê về công tác PCCC của Liên Xô (cũ) thì có đến 75% số vụ cháy xăng dầu dẫn đến nổ và tuỳ thuộc vào áp suất nổ hỗn hợp có trong bể và tính chất của các cấu kiện xây dựng bể chứa. Mức độ phá huỷ bể chứa phụ thuộc vào cường độ nổ, trạng thái của bể. Nhìn chung qua thực tế người ta thấy thường xảy ra các trường hợp sau: Nắp bể bị phá huỷ, thành bể còn nguyên vẹn, nắp bể có thể bị hất tung ra ngoài, hoặc có thể bị bẹp xuống úp lên bề mặt chất lỏng. Nắp bể còn nguyên vẹn nhưng thành bể bị xé rách, bị thủng làm xăng dầu cháy tràn ra ngoài. Nắp bể và thành bể bị phá huỷ, hư hỏng, xăng dầu chảy tràn ra ngoài. Như vậy, ở mỗi dạng sự cố tạo nên một kiểu đám cháy, song trên thực tế ở nước ta hiện nay hầu hết các bể chứa xăng dầu được lắp đặt hệ thống chữa cháy cố định bọt theo kiểu đường ống dẫn bọt đi từ nguồn xăng dầu và lăng phun bọt được đặt phía trên thành bể. Khi cháy bọt sẽ phun qua vùng cháy và rơi xuống bề mặt xăng dầu đang cháy. Theo phương pháp này, độ tin cậy không cao có thể làm hư hỏng hệ thống lăng phun gắn trên thành bể, đám cháy không được dập tắt và diễn biến phức tạp gây khó khăn cho việc cứu chữa. Do vậy,vấn đề đặt ra là đòi hỏi cơ quan chức năng, các nhà chuyên môn nghiên cứu biện pháp chữa cháy mới nhằm dập tắt đám cháy xăng dầu đạt hiệu quả cao. PHẦN II: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH PHUN BỌT TRÊN BỀ MẶT. 1. HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH a, Khái niệm: Hệ thống chữa cháy cố định là hệ thống mà toàn bộ các thiết bị và phương tiện dùng để chữa cháy đã được lắp đặt cố định tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. b, Sơ đồ nguyên tắc hệ thống: MB PO 4 5 6 7 9 8 3 2 1 10 Hình1: Sơ đồ nguyên tắc hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt. 1- Bể chứa xăng dầu 6- Van chặn 2- Lớp đệm nước 7- Van một chiều 3- Lăng phun bọt GBP-600 8- Máy bơm 4- Đường ống dẫn dung dịch 9- Bể chứa chất tạo bọt 5- Đê bao 10- Nguồn nước * Lăng phun bọt có bội số nở cao GBP-600 được cấu tạo từ miệng phun ly tâm với đầu nối áp lực 4; vỏ thiết bị 3 có phần điều chỉnh và phần khuyếch tán ống thắt dẫn; ống phun 1; hộp các mạng lưới 2 đặt ở giữa hai phần điều chỉnh và khuyếch tán của vỏ thiết bị mạng phun và vỏ thiết bị nối với nhau bằng các thanh kim loại cong. Dung dịch nước của chất tạo bọt đi qua đầu nối áp lực và miệng phun ly tâm tạo thành dòng các hạt chuyển động trong vỏ thiết bị đẩy không khí ra ngoài qua phần thắt dẫn của vỏ, trong dòng dung dịch bắt đầu có sự luân chuyển của các hạt dung dịch tạo bọt với không khí và tạo bọt trong phần khuyếch tán của vỏ. Áp lực cần thiết để tạo bọt ở miệng phun ly tâm từ 40¸60m.c.n. 1 2 3 4 Hình 2: Thiết bị tạo bọt dạng GBP 1- Èng phun 3-Vỏ thiết bị 2-Hộp các mạng lưới 4- Miệng phun ly tâm với đầu nối áp lực Đặc tính kỹ thuật: Lưu lượng bọt của lăng: 400; 600; 2000 (l/s). Bội số nở của bọt : 70ữ100. Áp suất trước lăng : 4¸6 (at). Chiều dài tia bọt hoà không khí: 10 (m). Dung dịch tạo bọt : 6 (%). * Cách lắp đặt lăng: Hình3 : Lăng phun bọt trên bề mặt. 1-Bể chứa xăng dầu 2- Lăng phun bọt. * Đường ống dẫn dung dịch tạo bọt (thường có đường kính kích thước khoảng 159mm) kéo dài từ máy bơm đi xung quanh bể chứa tới lăng phun bọt. Các ống dẫn dung dịch được đặt cách mặt đất 0,3m (trừ đoạn đường ống ngầm đi qua đê ngăn chắn) và được sơn màu đỏ. Đường kính của các đường ống (d) xác định theo công thức: Trong đó: q-Lưu lượng chất lỏng chảy trong đoạn đường ống (m3/s) v-Vận tốc của chất lỏng có thể tiếp nhận: + v £ 3m/s trong các đường ống hút của máy bơm khi lấy nước từ đường ống nước. + v £ 1m/s lấy nước từ nguồn nước ao. + v £ 9m/s trong đường ống từ bể chứa chất tạo bọt đến thiết bị định lượng. + v £ 10m/s trong các đường ống áp lực của máy bơm. * Thiết bị trộn bọt-phương pháp định lượng bằng ezectơ. Tức là sự pha trộn trực tiếp chất tạo bọt với nước. Nhờ các dụng cụ tạo bọt dạng dòng tia. Về nguyên tắc hoạt động của chúng giống như những máy bơm dòng ezectơ hoá số lượng xác định chất tạo bọt. * Máy bơm: Để đảm bảo ngăn chặn đám cháy lan truyền và tính từ bể này sang bể khác, song song với việc chữa cháy ta phải tiến hành làm mát bể cháy và các bể xung quanh bể cháy. Vì vậy phải chọn máy bơm đảm bảo lưu lượng vào cột áp cần thiết để cho việc làm mát bể cháy và bể lân cận. Điều kiện chọn máy bơm: HB >HCT. QB > QCT. * Đê bao: Để đảm bảo ngăn chặn sự cháy lan từ bể này sang bể khác và các khu vực lân cận. Khi một bể chứa bị sự cố, xăng dầu chảy tràn ra ngoài người ta thiết kế hệ thống đê ngăn cháy bằng đất hoặc bằng gạch. Theo điều 2.2.6 TCVN5307-1991 đê phải chịu được áp lực thuỷ tĩnh của xăng, dầu tràn ra khi vỡ bể, đê phải có chiều cao Ýt nhất là 1m, mặt đê rộng 0,5m trở lên đối với đê đắp bằng đất và rộng 0,25m đối với đê xây bằng gạch, dung tích khoảng không giữa đê và bể phải đảm bảo chứa hết xăng dầu tràn ra khi bể bị vỡ, đê phải cao hơn mức xăng dầu ở bể lớn nhất chảy ra Ýt nhất là 0,2m. Đối với một nhóm bể chiều cao đê tính theo công thức: Trong đó : Hd- Chiều cao của đê ngăn cháy (m). Vmax-Thể tích của bể chứa xăng dầu lớn nhất trong nhóm bể (m3) Sdb q- Diện tích giới hạn của đê bao quanh (m2). Tổng diện tích đáy của các bể còn lại (m2). c, Bản chất biện pháp chữa cháy trên bề mặt . Khi nghiên cứu về cơ chế làm ngừng sự cháy của các dạng chất chữa cháy khác nhau, ta đi đến những nhận xét sau : Các chất khác nhau về thể loại nhưng có những cơ chế chữacháy giống nhau và ngược lại cùng một dạng chất nhữa cháy nhưng nếu cách phun vào các đám cháy khác nhau thì cơ chế chữa cháy của nó cũng khác nhau. Như vậy có thể kết luận rằng cơ chế chữa cháy của từng loại chất chữa cháy cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đó là dạng chất cháy, điều kiện cháy, phương pháp chữa, biện pháp phun... Phân tích kỹ cơ chế chữa cháy của các chất chữa cháy khác nhau ta còn khẳng điịnh rằng : Một chất chữa cháy thể hiện một hoặc vài cơ chế chủ đạo, có ưu thế hơn so với các chất chữa cháy khác. Để dập tắt ngọn lửa cháy xăng dầu trên các bể chứa có thể sử dụng các chất chữa cháy khác nhau như nước các loại khí không cháy, bột hoặc bọt. Nhưng hiện nay các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, bọt hoà không khí là phương tiện cơ bản để dập tắt có hiệu quả các đám cháy ở các bể chứa xăng dầu bằng phun bọt trên bề mặt( Hình 4 ). Hình4 : Lăng phun bọt trên bề mặt. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về tác dụng cũng như hiệu quả chữa cháy của bọt hoà không khí đối với các đám cháy ở các bể xăng dầu, hầu hết các kết quả nghiên cứu cho phép các chuyên gia trong lĩnh vực này nhận thức rằng : Cơ chế chữa cháy của bọt hoà không khí khi phun nó lên bề mặt xăng dầu đang cháy ở các bể được thể hiện theo hai giai đoạn chính : Làm lạnh và cách ly . Bọt hoà không khí có tỷ trọng nhỏ ( từ 0,11¸0,17 ). Trong thành phần của bọt từ gốc tạo bọt PO-1 gồm 90% không khí, 94% là nước và 6% là chất tạo bọt. Do bọt nhẹ hơn xăng dầu nên nó dễ dàng nổi trên bề mặt xăng dầu, ở vùng cháy xăng dầu trong những thời gian đầu của quá trình chữa cháy, hầu hết bị tan thành dạng lỏng. Khi bọt bị phá huỷ hoàn toàn sẽ chuyển dạng thành dung dịch tạo bọt nghĩa là trong thành phần của nó nước là chủ yếu 94% còn thuốc bọt chỉ chiếm 6%. Phần lớn lượng nước có dạng giọt thoát ra từ bọt do bị phá huỷ sẽ từ từ lắng xuống đáy bể ở dưới lớp xăng dầu. Trong quá trình lắng đọng các giọt nước đi qua các lớp chất lỏng cháy và hấp thụ nhiệt của chúng. Khi chữa cháy xăng dầu cường độ phun bọt được duy trì theo tiêu chuẩn, do vậy cơ chế phá huỷ được duy trì theo quy luật như cũ và lớp xăng dầu tích nhiệt được làm lạnh dần và cứ tiếp diễn như vậy nhiệt độ bề mặt của lớp xăng dầu cháy được giảm dần. Khi bề mặt lớp xăng dầu nhiệt độ giảm đến giá trị nhất định thì mức độ phá huỷ của bọt cũng giảm dần và dần dần hình thành lớp bọt cục bộ. Tại thời điểm này đã thể hiện rõ nét giai đoạn làm lạnh zmm qbx 3 2 1 H¬i n­íc T0C 3 2 1 Kh«ng khÝ H¬i chÊt ch¸y (Hình5 ) Hình5: Sơ đồ làm ngừng sự cháy chất lỏng bằng bọt hoà không khí. 1- Phân đoạn cháy tự do 2- Phân đoạn tác động tích cực của bọt hoà không khí đến quá trình cháy. 3- Phân đoạn mà sự cháy đã được loại trừ. Khi đã hình thành lớp bọt cục bộ trên bề mặt xăng dầu nó sẽ ngăn cản một phần không cho các tia bức xạ lên bề mặt xăng dầu đã được che phủ, đồng thời cũng hạn chế khả năng thoát hơi của chất lỏng cháy. Do bề mặt xăng dầu được làm lạnh liên tục nên cường độ bay hơi của xăng dầu giảm đáng kể ở thời điểm đó, lượng hơi chất cháy trong vùng cháy bị hạn chế dẫn đến các thành phần của hỗn hợp hơi nguy hiểm cháy thay đổi làm cho cường độ cháy yếu dần và cuối cùng bọt sẽ phủ đầy kín mặt thoáng của bể cháy. Một lớp bọt khi đủ dày sẽ ngăn hoàn toàn không cho hơi xăng dầu thoát ra khỏi bề mặt của nó để đi vào vùng cháy. Kết quả sự cách ly hoàn toàn hơi cháy với vùng cháy đã làm cho ngọn lửa không còn điều kiện duy trì được tiếp tục và như vậy quá trình chữa cháy có thể coi như là kết thúc. 2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG. a, Chất chữa cháy Chất dùng để chữa cháy chất lỏng có thể bọt hoá học, bọt hoà không khí, bột hoá học. Hiện nay trên thế giới có xu hướng dùng bọt hoà không khí thuận tiện hơn. Bên cạnh đó bụi nước có hạt nhỏ dưới 100mcr cũng có thể dùng chữa cháy xăng dầu được. Tác dụng chủ yếu của bọt chữa cháy là hạn chế sự bốc hơi của chất lỏng và cách ly hỗn hợp cháy với vùng cháy. Bọt hoà không khí là loại bọt được tạo thành bằng cách khuấy trộn không khí với dung dịch tạo bọt. Loại bọt này có bội số trung bình 8¸10 lần, nhưng nhờ có những thiết bị đặc biệt có thể tạo bọt có bội số nở cao trên 1000 lần. Tỷ trọng của bọt hoà không khí là 0,2¸0,005 g/cm3. Độ bền của bọt là 20 phút và bọt hoà không khí dùng để chữa cháy xăng dầu, những chất lỏng dễ cháy khác trừ cồn, ête. Cường độ phun bọt hoà không khí dùng để chữa cháy xăng dầu từ 0,1¸1,5 l/m2s. Hiệu quả chữa cháy của bọt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau trong đó có độ nở của bọt là một trong số các yếu tố có ý nghĩa quan trọng. Chữa cháy các đám cháy khác nhau bằng bọt hòa không khí chỉ được hiệu quả chữa cháy với giá trị độ nở xác định đó là độ nở tối ưu. Độ nở của bọt phụ thuộc bởi: -Dạng, chất lượng và nồng độ chất tạo bọt trong nước. - Kết cấu của thiết bị tạo bọt. - Cột áp trước miệng phun. Theo cấu trúc độ nở của bọt được chia làm 3 loại: - Bọt có độ nở thấp KB £ 20 -Bọt có độ nở trung bình 20<KB£200 - Bọt có độ nở cao KB>200 Qua nghiên cứu thực nghiệm, nhiều chuyên gia chữa cháy đã thống nhất kết luận rằng: Hiệu quả chữa cháy các bể chứa xăng dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố và các điều kiện khác nhau, trong đó độ nở của bọt là một trong các yếu tố ảnh hưởng đáng kể. Độ nở tối ưu của bọt để chữa cháy các bể xăng dầu là 100. Một vấn đề lưu ý khi chữa cháy xăng dầu cần phải nắm vững loại gì, số lượng, mức độ của nó, đặc tính, cấu trúc và khả năng biến dạng của bể chứa chất lỏng. Trong xăng dầu có lẫn nước hay không, địa hình ở khu vực để chất lỏng, khả năng rút bớt chất lỏng ra nơi an toàn, nguồn nước và bọt chữa cháy. Trên cơ sở đó để tính toán phương án chữa cháy bố trí người, thiết bị và bọt chữa cháy một cách hợp lý. Để dập tắt đám cháy ở bể xăng dầu ta phải sử dụng một lượng bọt hoà không khí nhất định cùng với các phương tiện, lực lượng để phun vào đám cháy. Muốn xác định các yếu tố trên trước hết ta phải xác định: Diện tích đám cháy: Trong đó: FC- Diện tích đám cháy (m2) D- Đường kính bể cháy (m) p=3,14-hằng sè. Xác định lăng phun bọt cần thiết để dập tắt đám cháy: Trong đó: - Số lượng lăng phun bọt cần thiết để dập tắt đám cháy(chiếc) FC- Diện tích đám cháy (m2) Idd-Cường độ phun dung dịch chất tạo bọt (l/m2s) Đối với chất cháy là xăng thì Idd=0,08 l/m2s. ql-Lưu lượng phun dung dịch tạo bọt của lăng(l/s) Đối với lăng phun bọt GBP-600 thì ql=6 l/s. * Số lượng dung dịch chất tạo bọt cần thiết để dập tắt đám cháy cho một bể: Wdd=n.ql.t (l) Trong đó: n-Số lăng tạo bọt của một bể (chiếc). ql-Lưu lượng dung dịch phun của một lăng (l/s). t- Thời gian cần thiết để dập tắt đám cháy (s). * Số lượng chất tạo bọt cần thiết để sử dụng dập tắt đám cháy: Cb-Nồng độ chất tạo bọt có trong dung dịch %. Trong thực tế chữa cháy bọt còn bị phá huỷ bởi nhiều nguyên nhân khác nhau. Phân tích tính phụ thuộc của cường độ phá huỷ bọt có độ nở trung bình và các nguyên nhân chính cho thấy 50% bọt bị phá huỷ do các dòng nhiệt gây nên, 30% bọt phá huỷ khi tiếp xúc với lớp nung nóng của bề mặt chất lỏng và gần 20% bọt bị bức xạ nhiệt của ngọn lửa phá huỷ. Do đó, khi chữa cháy các bể xăng dầu ta phải tính đến lượng bọt dự trữ để dập tắt hoàn toàn đám cháy, với hệ số dự trữ Kd=3 theo như quy định tại điều 2-10.7 TCVN 5307-1991. Như vậy, lượng chất tạo bọt kể cả dự trữ cần cho chữa cháy là: * Số lượng nước cần thiết để pha trộn dung dịch chất tạo bọt: Cn-Nồng độ nước có trong dung dịch %. * Số lượng nước có trong dung dịch là: W2=K.W1 (l) b, Cường độ phun. Để cứu chữa bể chứa xăng dầu đang cháy và bảo vệ bể bên cạnh, cần thiết phải phun nước vào làm mát với lưu lượng như sau: + Đối với bể đặt nổi (trừ bể mái nổi). Bể bị cháy : qn1=0,5 l/m2s (cho một mét chu vi bể) Bể đứng cạnh bể bị cháy người ta chỉ làm mát cho 1/2 bể (các bể nằm trong phạm vi khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng 2D): qn2=0,2 l/m2s (chỉ tưới 1/2 chu vi ở phía trên bể cháy) + Đối với bể nửa ngầm nửa nổi được giảm 50% so với bể nổi. + Đối với bể ngầm (kể cả bể bị cháy và bể đứng cạnh). Người ta căn cứ vào dung tích bể: qn=10 l/s đối với bể có v=100¸1000m3. qn=20 l/s đối với bể có v=1001¸5000m3. qn=30 l/s đối với bể có v=5001¸30000m3. qn=50 l/s đối với bể có v=30001¸50000m3. Cường độ phun bọt Ib (tính theo dung dịch chất tạo bọt) +Đối với xăng dầu có T0BC£280C thì Ib=0,08 l/m2s. + Đối với xăng dầu có T0BC>280C thì Ib=0,05 l/m2s. c, Áp suất trước lăng Với cách phun truyền thống chữa cháy theo bề mặt từ trên xuống thì qua nghiên cứu, thực nghiệm tính toán áp suất tại miệng lăng phun bọt GBP-600, khi phun bọt PO-1 vào bề mặt xăng dầu đang cháy thì áp suất trước lăng thường là từ 4¸6 at. Tương đương với lưu lượng phun 6 l/s, trong đó có 5,4 l/s là nước và 0,36 l/s là chất tạo bọt. Hiệu suất của bọt 36m3/phót. d, Thời gian chữa cháy Khi chuẩn bị đầy đủ lực lượng phương tiện, người và bọt chữa cháy bảo đảm cung cấp lưu lượng bọt cần thiết cho đám cháy mới chữa, trong khi chờ đợi sự chuẩn bị đó cần thiết phải làm mát. Thời gian cần thiết để dập tắt đám cháy bằng bọt có bội số nở cao là: t=10phót (600s) kể từ khi bắt đầu phun bọt cho tới khi kết thúc. 3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH Hệ thống chữa cháy cố định bằng bọt hoà không khí được lắp cho các bể chứa xăng dầu như đã mô tả ở phần trên gồm có đường ống dung dịch tạo bọt kéo dài từ nhà bơm vòng quanh khu bể chứa đến nóc các bể thép hình trụ đứng và trên mỗi bể đều được lắp cố định các lăng phun bọt hoà không khí GBP-600 theo kết quả tính toán (thường mỗi bể 2 lăng GBP-600). Các ống dẫn dung dịch thường được đặt nổi trên các bệ đỡ cách mặt đất khoảng 0,2¸0,3m và được sơn màu đỏ. Khi có cháy xảy ra ta khởi động máy bơm lấy nước từ nguồn vào thiết bị định lượng, ở đó xảy ra quá trình định lượng chất tạo bọt thường 4¸6% lấy từ bể chứa chất tạo bọt, dung dịch tạo bọt nhận được trong thiết bị định lượng chảy đến đường ống dung dịch chính, sau đó vào đường ống dung dịch vòng và các thiết bị tạo bọt. Bọt hoà không khí tạo thành trong các thiết bị đó được phun vào bề mặt chất lỏng cháy ở bể chứa. Trong đó phải có sự tham gia của các lực lượng PCCC chuyên nghiệp. 4. HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG. Hiện nay chóng ta đang dùng bọt hoà không khí để phun vào bề mặt xăng dầu cháy. Đây là phương pháp rất cơ bản có ưu điểm vì khi phủ lên chất lỏng cháy lớp bọt sẽ làm cách ly chất cháy với ôxy của môi trường xung quanh, đồng thời bọt làm lạnh bề mặt chất lỏng cháy và hạ nhiệt độ vùng cháy tới giá trị làm ngưng sự cháy. Qua thực tế, một số kho xăng dầu ở Việt Nam đã được lắp đặt hệ thống chữa cháy cố định bằng bọt theo kiểu đường ống dẫn bọt đi ngoài bể và lăng phun bọt được đặt phía trên thành bể, bên cạnh những ưu điểm nêu trên khi có cháy bọt sẽ được phun qua vùng cháy và rơi xuống bề mặt xăng dầu đang cháy. Theo phương pháp này thì độ tin cậy không cao, vì nồng độ hơi xăng dầu trong khoảng không bể chứa bị cháy nổ có thể làm hư hỏng hệ thống lăng phun gắn trên thành bể. Có thể nói chữa cháy cho các bể chứa sản phẩm dầu mỡ là vấn đề hết sức khó khăn và phức tạp của lực lượng cảnh sát PCCC. Theo nguyên lý làm việc của hệ thống chữa cháy cố định nêu trên, khi bể xảy ra sự cố dẫn đến cháy thì bọt được phun vào bể từ trên xuống rõ ràng cường độ trao đổi nhiệt không cao như khi phun bọt bằng cách từ dưới lên. Vấn đề này được khẳng định thông qua các giá trị khác nhau về thời gian tồn tại của bọt. Hơn nữa sự tác động của dòng nhiệt tại bề mặt chất lỏng cháy đến thiết bị tạo bọt lớn, thời gian chữa cháy của hệ thống cố định phun trên bề mặt cao. Mặt khác, do yêu cầu thiết kế, công tác bảo quản không được làm thường xuyên nên tại lăng phun chim, chuột hay làm tổ dẫn đến màng lưới dễ bị han gỉ, khi có cháy bọt phun vào làm cho màng lưới bục vỡ và hệ thống mất tác dụng. Trong 25 năm gần đây trên lãnh thổ Liên Xô (cũ)và Nga đã xảy ra 280 vụ cháy các kho chứa xăng dầu, trung bình mỗi năm xảy ra 12 vụ. Tất cả các đám cháy được dập tắt bởi hệ thống chữa cháy di động và trong đó có nhiều bể được dập tắt bởi hệ thống chữa cháy cố định. Trong đa số các trường hợp cháy đã không kịp thời chữa cháy ngay từ giai đoạn ban đầu, nên đã chấp nhận diễn biến cháy phức tạp và nguy hiểm, mà điểm dập tắt cháy đòi hỏi có sự chuẩn bị và tập trung lực lượng phương tiện chữa cháy lớn của nhiều đơn vị chữa cháy chuyên nghiệp. Đánh giá về các nguyên nhân chậm trễ trên được nêu ra như sau: Hệ thống chữa cháy cố định không hoạt động là 65% và hoạt động không có hiệu quả là 35% ; chất tạo bọt chữa cháy dự trữ cần thiết trong các cơ sở thiếu về số lượng và kém về chất lượng; phương tiện chữa cháy chuyên dùng thiếu và diễn biến đám cháy không diễn ra như phương án đã đặt ra; sự huấn luyện chữa cháy cho lực lượng tại chỗ và lực lượng chữa cháy chuyên nghiệp không đáp ứng yêu cầu khi dập tắt đám cháy tại các kho bể chứa xăng dầu. Những tồn tại thiếu sót trên đã thể hiện khi chữa cháy đám cháy bể chứa Diezen tại nhà máy lọc dầu ở ngoại ô Moxcơva ngày 21/08/98. Bể cháy có dung tích 2000m3 và phải mất hơn 7 giờ và phương tiện mới tắt được đám cháy. Phân tích các số liệu thống kê thực tế, các vụ cháy và chữa cháy các bể chứa xăng dầu đã chỉ rằng: Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất trong chữa cháy các đám cháy ở các bể chứa xăng dầu là sự đảm bảo đầy đủ các phương tiện chữa cháy có mặt kịp thời tại khu vực cháy trong đó xe phun bọt chuyên dụng (xe thang, xe cần cẩu có gắn lăng phun bọt) là phương tiện chủ yếu nhất để phun bọt có độ nở trung bình vào đám cháy. Kết quả thống kê cho thấy 65% số vụ cháy bể chứa xăng dầu phải dùng đến xe phun bọt chuyên dùng mới dập tắt được đám cháy ở bể chứa và 24% số vụ vừa phun bọt dập tắt đám cháy trong bể chứa và đám cháy nằm trong vùng đê bảo vệ cùng với bể cháy. Còn không phun bọt chữa cháy được là do các nguyên nhân sau: Các phương tiện chữa cháy không vào khu vực được vì vướng đường ống công nghệ; không có các phương tiện chữa cháy chuyên dùng để phun bọt vào bể cháy; việc huấn luyện, thực tập phương án chữa cháy của các đơn vị chữa cháy tại chỗ và chuyên nghiệp kém. Trên thực tế, kể từ khi đất nước ta được thống nhất cho đến nay. Hầu hết các hệ thống chữa cháy cố định được lắp đặt chưa sử dụng nên qua nghiên cứu khi xảy ra cháy ở bể chứa xăng dầu không loại trừ khả năng hỏng hóc các bộ phận thiết bị của hệ thống. Bên cạnh đó, hiện nay các bể chứa xăng dầu không có họng chờ lăng phun. Những vấn đề tồn tại lớn nhất hiện nay khi dùng hệ thống chữa cháy cố định bằng bọt cho các bể chứa xăng dầu là đưa bọt vào bể mặt cháy trong bể bằng phương pháp nào để đám cháy sẽ nhanh chóng được dập tắt nhanh nhất và hiệu quả nhất. Như vậy, để khắc phục nhược điểm trên, nhiều nước như Nga, Mỹ, Anh, Canada, Nhật. . . đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp phun bọt từ dưới lên qua chất lỏng cháy để dập tắt các bể chứa các sản phẩm dầu mỡ. PHẦN III:HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH PHUN BỌT TỪ DƯỚI ĐÁY BỂ LÊN. 1. SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC CỦA HỆ THỐNG. Hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới đáy bể lên về nguyên tắc tương tự như hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt nêu ở phần trên. Chỉ khác về mặt lắp đặt thiết bị phun bọt là lắp ở dưới đáy bể. Sơ đồ nguyên tắc của hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới đáy bể lên như sau: Hình 6 : Sơ đồ nguyên tắc của hệ thống độc lập phun bọt từ phía dưới. 1- Bể chứa xăng dầu 6- Đê bao 2- Phiễu 7- Máy bơm 3- Van chặn 8- Nguồn nước 4- Van ngược chiều 9- Bể chứa chất tạo bọt 5- Lăng phun bọt Hình 7 : Sơ đồ nguyên tắc hệ thống phun bọt từ dưới qua đường ống công nghệ. 1- Bể chứa xăng dầu 5- Lăng phun bọt 2- Van chặn 6- Èng công nghệ 3- Èng dẫn bọt 7- Máy bơm 4- Van ngược chiều 8- Nguồn nước 9- Bể chứa chất tạo bọt * Lăng phun bọt là loại lăng đặc biệt có công suất phun lớn lưu lượng từ 20 l/s đến 150 l/s dùng để phun chất tạo bọt hoà không khí có độ nở thấp từ dưới đáy bể qua lớp chất lỏng cháy lên bề mặt chất cháy. 2. BẢN CHẤT BIỆN PHÁP CHỮA CHÁY PHUN BỌT TỪ DƯỚI LÊN. Năm 1964, các chuyên gia chữa cháy của Liên Xô đã nghiên cứu ra biện pháp chữa cháy đối với các bể chất lỏng cháy bằng cách phun bọt từ dưới đáy bể lên. Công nghệ chữa cháy này đưa ra nhưng không được áp dụng vì độ tin cậy không cao do thiết bị phun bọt và dẫn bọt từ dưới lên trên không được các nhà khoa học chấp nhận. Bản chất của công nghệ chữa cháy này là thông qua một thiết bị tao bọt đặc biệt, bọt được dẫn từ dưới đáy bể lên bằng đường ống Pôlime, khi đường ống nổi lên bề mặt thì ngọn lửa sẽ đốt cháy đầu đường ống Pôlime và bọt được phun ra (hình8 ). Chất tạo bọt có độ nở thấp là PO-6 với thời gian phun là 10 phút, với cường độ phun từ 0,06¸0,15 l/m2s. èng p«lime Hình 8 : Lăng phun bọt từ dưới lên. Đầu những năm 80, các nước phương tây mà chủ yếu là Anh, Mỹ, Canada đã nghiên cứu công nghệ chữa cháy này và áp dụng vào thực tế. Họ đã cải tiến lăng phun, nghiên cứu chất tạo bọt mới và các thông số cần thiết để phun bọt trực tiếp vào chất lỏng cháy mà không cần phải ống dẫn Pôlime như của Liên Xô. Hiện nay 100% bể chứa của các nhà máy lọc dầu của Mỹ đều sử dụng công nghệ chữa cháy này. Phần lớn kho bể chứa xăng dầu ở Anh, Canada, Thụy Điển cũng sử dụng công nghệ chữa cháy phun bọt từ dưới lên. Tại cộng hoà Liên bang Nga từ năm 1993 đến năm 1997 đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm công nghệ chữa cháy từ dưới lên theo kiểu Anh, Mỹ và đã đạt được kết quả, đưa ra được các thông số cần thiết cho hệ thống chữa cháy này. các thông số này đã được quy định trong tiêu chuẩn ( CHUII) 2.11.03-93 Năm 1993 và năm 1999, tổng cục PCCC Bộ Nội Vụ Nga đã ban hành chỉ dẫn chữa cháy các bể chứa xăng dầu bằng cách phun bọt từ dưới đáy bể lên. Vậy bản chất của biện pháp chữa cháy này là gì? Bọt với độ nở thấp được tạo ra bởi thiết bị tạo bọt có công suất lớn được đẩy trực tiếp vào lớp chất lỏng cháy thông qua đường ống dẫn từ lăng vào bể. Bọt tạo thành nhẹ hơn chất lỏng cháy và được trợ giúp áp lực đẩy từ miệng lăng nên bọt theo dòng nổi dần lên trên bề mặt chất lỏng cháy và ra xung quanh, khi lan kín bề mặt thì đám cháy cũng được dập tắt. Cơ chế dập tắt cháy được thông qua hai đặc trưng. * Bọt nổi phủ kín bề mặt chất lỏng cháy sẽ ngăn chặn sự bốc hơi của chất lỏng cháy không cho chúng tiếp xúc với không khí và tiếp xúc với nguồn nhiệt (phương pháp cách ly). (Hình 9) Hình 9 : Lăng phun bọt từ dưới lên. Bọt từ dưới nổi lên sẽ làm xáo trộn lớp chất lỏng cháy từ dưới lên trên kết hợp với sự phân huỷ của bọt thành nước sẽ làm giảm nhiệt độ bề mặt chât lỏng cháy dẫn đến giảm nhiệt độ của đám cháy, giảm khả năng bay hơi của chất lỏng dẫn đến đám cháy bị dập tắt (phương pháp chữa cháy) Hinh 10 : Sự xáo trộn của chất lỏng cháy dưới tác dụng của bọt. 1- Bể chứa xăng dầu 5- Lăng phun bọt 2- Họng phun 6- Máy bơm 3- Van chặn 7- Nguồn nước 4- Đường ống dung dịch 8- Bể chứa chất tạo bọt 3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG. a, Chất chữa cháy Về cơ bản công nghệ chữa cháy của Nga và công nghệ chữa cháy của Anh, Mỹ đều sử dụng chất tạo bọt có độ nở thấp. Theo phân loại của Nga và của Anh, Mỹ thì bọt có 3 cấp độ nở: - Bọt độ nở thấp: K£20. - Bọt độ nở trung bình: 20<K£200. - Bọt độ nở cao: 200<K£1000. Tỷ lệ chất tạo bọt với nước sử dụng cho chữa cháy là 3¸6%. + Của Nga thường dùng bọt PO-6 và gần đây người ta sử dụng chất tạo bọt màng mỏng bằng Flo tổng hợp với tên gọi “nước nhẹ” do hãng 3M chế tạo. + Còn Anh, Mỹ mang nhiều chất tạo bọt Protein. Sau đây là một số chất tạo bọt hoá chất khác nhau: Bảng 1: Một số chất tạo bọt hoá chất khác nhau. STT Chất tạo bọt Tính năng tác dụng 1 Protein Là dung dịch nước bao gồm Protein thủy phân. Phần lớn dạng sử dụng 3% và 6%. 2 Floprotein Thực chất đây chính là loại chất tạo bọt Protein được bổ sung thêm chất hoạt động bề mặt Flo. Chất tạo bọt này ở dạng lỏng hơn Protein, cho phép kiểm soát nhanh hơn, bản thân nó có khả năng hàn gắn nhanh bề mặt chất tạo bọt phủ trên trong trường hợp bề mặt này bị xáo trộn. Phần lớn sử dụng ở dạng 3% và 6%. 3 Tạo màng Floprotein Chất tạo bọt này được bổ sung thêm lớp màng Flo. Chúng ở thể lỏng hơn cả hai loại chất tạo bọt tiêu chuẩn Protein và Floprotein. Chất tạo bọt này chịu được các chất lỏng có chứa HyđroCacbon. Chất lỏng có màng mỏng sử dụng trên bề mặt dầu HyđroCacbon, phần lớn được sử dụng loại 3% và 6%. 4 Tổng hợp Đây là chất lỏng có bề mặt Hyđrocacbon. Loại này thường được sử dụng ở dạng 1% đến 6%. Loại chất tạo bọt này không nên sử dụng trong hệ thống chất tạo bọt có bội số nở thấp. 5 Tạo màng dạng nước(AFFF) Loại chất tạo bọt này thường được sản xuất dựa trên cơ sở pha trộn giữa Hyđrocacbon với Flohyđrocacbon. Dung dịch này được làm từ hoá chất Flo đậm đặc và màng mỏng trên bề mặt dầu Hyđrocacbon. Thường hay sử dụng loại 1%, 3% và 6%. 6 Chịu cồn Sử dông cho các loại chất lỏng có tính chất không chịu sự tạo bọt (huỷ diệt chất tạo bọt). Loại chất tạo bọt này có tính chất chịu đựng hơn những loại chất tạo bọt thông thường vì các loại chất tạo bọt thường hay bị phá huỷ bởi các chất long. Chúng có thể bị chuyển hoá bởi bất kỳ loại dung dịch nào được nêu trên đây. Chúng thường được sử dụng chữa cháy cho các chất lỏng có chứa Hyđrocacbon. Thường thì loại tạo màng mỏng không thể tự tạo được màng mỏng trên bề mặt các chất lỏng có hoà tan với nước. Chất tạo bọt chịu cồn này thường được sử dụng ở dạng 6% cho các nhiên liệu có thể trộn lẫn với nước và 3% hoặc 6% cho các nhiên liệu chứa Hyđrocacbon. Có một số loại chất tạo bọt mới chịu cồn ở dạng 3% có thể sử dụng cho cả 2 loại là Hyđrocacbon và chất chứa dung dịch phân cực. b, Cường độ phun Để dập tắt đám cháy của sản phẩm dầu mỏ trong bể chứa bị cháy ta có thể sử dụng nhiều loại bọt khác nhau và bằng nhiều phương pháp phun bọt vào chất cháy. Nhưng đối với mỗi loại chất tạo bọt, loại chất lỏng có cường độ phun khác nhau. Bảng 2, Bảng 3 sẽ đưa ra các giá trị của cường độ phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa chất lỏng cháy có thể áp dụng trong chiến thuật chữa cháy. - Theo tiêu chuẩn của Nga, chất chữa cháy là bọt PO-6. Bảng 2: Cường độ phun bọt PO-6 qua lớp chất lỏng cháy. Nhiệt độ bốc cháy củachất lỏng cháy(0C) Nhỏ hơn 280C Từ 280C¸450C Lớn hơn 450C Thời gian bảo quản 3¸5 năm Cường độ phun I (l/m2s) 0,15 0,1 0,06 - Theo tiêu chuẩn Anh, Mỹ chất chữa cháy là một số chất tạo bọt hoá chất khác nhau được nêu ở phần trên. Bảng 3: Cường độ áp dụng cho phun bọt ngầm. Loại Hyđrocacbon Cường độ phun I (l/m2s) Tối thiểu Tối đa Nhiệt độ bắt cháy giữa 37,80C và 600C 0,068 0,135 Nhiệt độ bắt cháy dưới 37,80C hoặc chất lỏng đã nóng hơn nhiệt độ bắt cháy của nó 0,068 0,135 Dầu thô 0,068 0,135 c, Lăng phun bọt công suất lớn. Do tính chất phức tạp, khó khăn và nguy hiểm khi chữa cháy các bể chứa xăng dầu bị cháy, nên một vấn đề hết sức quan trọng ta phải chế tạo được các phương tiện kỹ thuật chữa cháy chuyên dùng để phun được bọt vào bề mặt chất lỏng đang cháy trong bể chứa dập tắt ngọn lửa được nhanh chóng, tránh được sự nguy hiểm cho những người chữa cháy và có khả năng cơ động, vận hành tốt trong điều kiện thực tế ở các kho bể chứa xăng dầu. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã nghiên cứu chế tạo ra một thiết bị tạo bọt mới được gọi là “MONITOR”-lăng hay sóng phun có công suất lớn. Tại Nga đã tiến hành hàng loạt các thực nghiệm lớn về dập tắt các đám cháy dầu mỏ bằng lăng phun bọt có công suất lớn với lưu lượng phun 40 l/s được đặt cách xa bể cháy 25m và phun lên độ cao của bể là 15m. Kết quả thử nghiệm đã xác định được lĩnh vực áp dụng biện pháp này để chữa cháy và các thông số cần thiết áp dụng biện pháp chữa cháy này đã được đưa được vào tiêu chuẩn. Hiện nay, hầu như tất cả các nhà máy lọc dầu ở Hoa Kỳ đều trang bị cho các đơn vị chữa cháy có các lăng phun bọt có công suất lớn với lưu lượng phun từ 20¸150 l/s, có khả năng phun bọt xa tới 100m và cao hơn 25m. Hình 11 : Sơ đồ cấu tạo lăng phun bọt cố định công suất lớn loại PHB-10A TO30A FIXED. 1- Cửa vào 4- Bộ phận nối ống dẫn khí thu hẹp 2- Đồng hồ đo áp 5- Đường thoát 3- Èng dẫn khí thu hẹp Ký mã hiệu: PHB 10A cố định. Lưu lượng phun: 6,3 l/s. Hình 12 : Sơ đồ cấu tạo lăng phun bọt xách tay công suất lớn loại PHB 10A TO30A PORTABLE. 1- Cửa vào 4- Bộ phận nối ống dẫn khí thu hẹp 2- Đồng hồ đo áp 5- Đường thoát đã sửa đổi 3- Èng dẫn khí thu hẹp * Ký mã hiệu: PHB 10A Xách tay. Lưu lượng phun: 6,3 l/s. Như vậy, lăng phun bọt có công suất lớn là một trong những thiết bị chữa cháy có hiệu quả nhất hiện nay, nó được dùng để phun chất tạo bọt hòa không khí có độ nở thấp vào các bể xăng dầu từ dưới đáy bể lên, bọt nổi lên lan toả ra toàn bộ bề mặt chất lỏng cháy và ngọn lửa được dập tắt nhanh chóng. Việc áp dụng biện pháp chữa cháy này cho phép lăng phun bọt công suất lớn đặt ở ngoài đê ngăn cháy vẫn có khả năng phun bọt vào bể cháy. Điều đó đã giảm đáng kể sự nguy hiểm cho cán bộ chiến sĩ và đây là một trong những ưu điểm lớn nhất của hệ thống mà hệ thống cũ không có được. Sau đây xin giới thiệu một số loại lăng phun bọt công suất lớn vừa xách tay vừa lắp đặt có định. Bảng 4 : Một số loại lăng phun bọt công suất lớn của hãng Ansul - . Angus file - Anh . Ký mã hiệu lăng Áp suất thiết kế 10000 át Lưu lượng phun(l/s) Đường kính đầu/cuối lăng(cm) Trọng lượng (Kg) PHB 10A-Cố định 6,3 9 4,1 PHB 10A-Xách tay 6,3 10 4,5 PHB 15A-Cố định 9,5 9 4,1 PHB 15A-Xách tay 9,5 10 4,5 PHB 20A-Cố định 12,6 9 4,1 PHB 20A-Xách tay 12,6 10 4,5 PHB 25A-Cố định 15,7 9 4,1 PHB 25A-Xách tay 15,7 10 4,5 PHB 30A-Cố định 19 9 4,1 PHB 30A-Xách tay 19 10 4,5 HBPFM 100- Cố định 6,3 10 4,5 HBPFM 100 - Xách tay 6,3 12 5,4 HBPFM 150- Cố định 9,5 10 4,5 HBPFM 150- Xách tay 9,5 12 5,4 HBPFM 200- Cố định 12,6 10 4,5 HBPFM 200- Xách tay 12,6 12 5,4 HBPFM 250- Cố định 15,7 10 4,5 HBPFM 250- Xách tay 15,7 12 5,4 HBPFM 300- Cố định 19 10 4,5 HBPFM 300- Xách tay 19 12 5,4 HBPFM 350- Cố định 22 38 17,2 HBPFM 400- Cố định 25,2 38 17,2 HBPFM 450- Cố định 28,3 38 17,2 HBPFM 500- Cố định 31,55 38 17,2 HBPFM 550- Cố định 35 38 17,2 HBPG2250 36,75 Áp suất thiết kế 5000 át HBPG 900 15 Cách lắp đặt lăng phun bọt từ dưới lên cho các bể chứa xăng dầu Hình 13 : Lăng phun bọt từ dưới lên. 1- Bể chứa xăng dầu 2- Lăng phun bọt công suất lớn 3 - Đường ống dẫn bọt d, Vận tốc bọt. Như đã phân tích trên, đầu những năm 60 tại Liên Xô các chuyên gia đã nghiên cứu công nghệ chữa cháy từ dưới lên đối với các bể chứa chất lỏng cháy. Bằng thực nghiệm tính toán với cường độ phun như trên trong trường hợp dùng bọt PO-6 thì chỉ sau 120¸180 giây (tính từ lúc xuất hiện bọt trên bề mặt cho đến khi bọt được phủ kín bề mặt chất lỏng cháy). Đám cháy nhanh chóng được dập tắt. Đồng thời áp suất tại đầu lăng xấp xỉ 2 at và vận tốc chất lỏng đó chảy trong đường ống là v=1¸2m/s. Theo tiêu chuẩn Anh, Mỹ thì vận tốc của bọt phun vào bể chứa v £ 3m/s đối với loại chất lỏng IB hoặc v £ 6m/s đối với các loại chất lỏng cháy khác. Trường hợp qua thử nghiệm chứng tỏ tốc độ cao hơn tiêu chuẩn càng tốt. Đồng thời áp suất ra khỏi miệng lăng phải lớn hơn hoặc bằng 20m.c.n. Vì các bể xăng dầu thường cao hơn 10m. Về thiết kế lắp đặt đối với mỗi bể chứa (bồn chứa) cần 2 họng phun trở lên (hình14). Phải bố trí chúng để quãng đường của bọt lên tới mặt chất lỏng không vượt quá 30m. Mặt khác, mỗi họng phun phải cùng một cỡ sao cho chúng có cùng vận tốc xấp xỉ như nhau. Hình 14 : Trường hợp 2 họng phun. 1-Van chặn 3-Van khoá 2-Van ngược chiều 4-Lăng phun Hình 15 : Trường hợp 3 họng phun. Hình 16 : Trường hợp 4 họng phun. Sau đây là bảng các bồn chứa được cung cấp bằng các đường phun chất tạo bọt dưới bề mặt chất lỏng. Bảng 5: Con số tối thiểu các đường phun chất tạo bọt dưới bề mặt chất lỏng cho các bồn nắp cố định chứa chất Hyđrocacbon. Đường kính bồn chứa(m) Số lượng đầu vòi phun tối thiểu Nhiệt độ bắt cháy dưới 37,80C Nhiệt độ bắt cháy 37,80C Đến 24 1 1 Trên 24 đến 36 2 1 Trên 36 đến 42 3 2 Trên 42 đến 48 4 2 Trên 48 đến 54 5 2 Trên 54 đến 60 6 3 Trên 60 6 3 Cứ mỗi 465m2 cộng thêm một đầu thoát Cứ mỗi 697m2 cộng thêm một đầu thoát Cần chó ý các đầu phun chất tạo bọt phải đặt sao cho không phun vào lớp đệm nước dưới đáy bể và các đầu thoát để phun chất tạo bọt này đặt ở vị trí thấp nhất là 0,3m so với mực nước để tránh chất tạo bọt hỏng. Trên thực tế muốn đạt được kết quả tối ưu ta thấy vận tốc bọt của hệ thống được biểu diễn bằng hàm số: Vt=f(d, l, pl, ptt, hc) Trong đó: Vt- Vận tốc bọt (m/s ). d- Đường kính đường ống (mm). pl- Áp suất lăng (át). ptt- Áp suất thuỷ tĩnh ( át ). hc- Tổn thất trên đường ống (m). Sở dĩ có được hàm số phụ thuộc như vậy là vì: (m3/s) Nếu mét trong các đại lượng biến đổi thì Vt bọt không đảm bảo yêu cầu. e, Thời gian phun Bằng kết quả thực nghiệm tính toán đối với các bể chứa xăng dầu các chuyên gia PCCC của mỗi quốc gia đưa ra kết quả như sau: - Theo tiêu chuẩn Nga, hệ thống chữa cháy cố định phun bọt hoà không khí có bội số nở thấp từ dưới lên vào bể bị cháy thời gian là 10 phót. -Theo tiêu chuẩn Anh, Mỹ hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới lên qua lớp chất lỏng cháy: + Thời gian phun tối thiểu đối với loại Hyđrocacbon có nhiệt độ bắt cháy giữa 37,80C và 600C là 30 phót. + Thời gian phun tối thiểu đối với loại Hyđrocacbon có nhiệt độ bắt cháy dưới 37,80C hoặc chất lỏng đã nóng hơn điểm búng cháy của nó là 55 phót. Trong trường hợp bảo vệ Hyđrocacbon có nhiệt độ bắt cháy trên 93,30C thì thời gian phun tối thiểu là 35 phót. 4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG. Về nguyên lý làm việc cơ bản của hệ thống chữa cháy mới này cũng tương tự như hệ thống chữa cháy theo bề mặt là khi bể chứa xăng dầu có sự cố cháy nổ ta khởi động máy bơm, bơm chất tạo bọt từ bể chứa theo đường ống đến lăng phun công suất lớn đặt ở ngoài đê bao. Tại đây bọt có độ nở thấp được hoà trộn với không khí và được phun trực tiếp vào chất lỏng cháy theo phương pháp từ dưới lên bề mặt. Khi nổi lên bề mặt chất lỏng bọt băt đầu lan toả và dần dần bao phủ một lớp bọt dầy kín trên khắp bề mặt chất cháy. Sau khi chữa cháy và ngừng phun bọt trên bề mặt chất cháy tồn tại một lớp bọt mỏng có chiều dài đến 5cm, nó có thể duy trì trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 giờ để bảo vệ không cho đám cháy tái diễn trở lại. Theo biện pháp chữa chữa cháy mới này cần phải đề phòng sự cố đường ống kỹ thuật và các đường ống dẫn của hệ thống chữa cháy do tác động dòng nhiệt và nổ. 5. SO SÁNH 2 HỆ THỐNG. Từ những đặc điểm, thông số của từng hệ thống cho ta thấy biện pháp chữa cháy mới này có rất nhiều ưu điểm. Điều đó thể hiện ở tính ưu việt của lăng phun bọt có công suất lớn được sử dụng trong dập tắt các đám cháy ở các cơ sở bảo quản dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ, so với các biện pháp chữa cháy truyền thống chúng có ưu điểm sau: - Tạo ra được các điều kiện an toàn cho chiến sĩ chữa cháy. - Sử dụng được nhiều tính năng tác dụng của thiết bị tạo bọt này trong việc dập tắt các loại đám cháy khác nhau. - Hiệu quả cao khi sử dụng thiết bị tạo bọt có công suất lớn với bọt có độ nở thấp. - Thiết bị tạo bọt gọn nhỏ dễ bảo dưỡng, sửa chữa và sử dụng. Mặt khác, hiệu quả chữa cháy càng cao thì giá thành của chất chữa cháy càng đắt. Các chuyên gia đã tính toán được rằng với hệ thống chữa cháy phun bọt từ dưới lên có độ tin cậy rất cao so với phương pháp chữa cháy truyền thống, nó cho phép giảm lượng chất chữa cháy xuống mức thấp nhất, giảm chi phí chữa cháy các bể xăng dầu. Ngoài ra, các nhà kinh tế của thế giới còn rất chú ý tới ưu điểm của phương pháp chữa cháy trên là sẽ tăng được tính hữu Ých của bể chứa khi không lắp lăng phun bọt ở phần trên của bể. Bản thân chất tạo bọt của hệ thống mới có giá thành rất cao với chất tạo bọt thông thường. Tuy vậy, cần tính đến một thông số là thời gian bảo quản của chất tạo bọt trên 25 năm, có thể sử dụng ở nhiệt độ 200C, khi bể đóng băng vẫn không giảm hiệu quả chữa cháy. Như vậy, các chuyên gia PCCC đã đánh giá rất cao phương pháp chữa cháy mới này. Kinh nghiệm và thực tế của nhiều vùng khai thác dầu mỏ của Cộng hoà Liên bang Nga và bảo quản xăng dầu ở Việt Nam đã cho thấy tương lai phát triển của phương pháp này. KẾT LUẬN CHUNG Đồ án “Nghiên cứu biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu đã được xây dựng trên cơ sở lý luận khoa học và áp dụng cho nhiều quốc gia, nó thể hiện đầy đủ tính chiến đấu của lực lượng PCCC, đó là chủ động kịp thời dập tắt các đám cháy có thể xảy ra bất kỳ lúc nào nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy gây ra. Đồ án tốt nghiệp căn cứ vào thực nghiệm về bản chất chữa cháy mới và tiêu chuẩn Anh, Mỹ nghiên cứu áp dụng cho hệ thống chữa cháy này để phân tích đánh giá những đặc điểm chung về hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt, tính chất nguy hiểm cháy nổ của xăng dầu. Đồ án đã đi sâu đánh giá bản chất chữa cháy, các thông số cơ bản và nguyên tắc làm việc của hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt để tìm ra những mặt hạn chế của biện pháp chữa cháy truyền thống này nhằm khắc phục kịp thời và chữa cháy có hiệu quả. Đồ án mang đầy đủ ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mọi vấn đề đưa ra đều được sàng lọc, cân nhắc và giải quyết một cách có hệ thống khoa học phù hợp với tình hình thực tế. Kết quả đạt được của đồ án này là giúp cho các cơ sở và những người làm việc có liên quan trực tiếp tới xăng dầu nâng cao hiểu biết và ý thức trách nhiệm với công tác PCCC. Đồng thời giúp cho lực lượng PCCC Việt Nam có thể tham khảo, bổ sung và áp dụng vào thực tế của đất nước mình. Tài liệu tham khảo 1. Văn kiện Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII. Nxb Chính trị quốc gia Hà nội năm1996 2. TCVN 5307-91: Kho dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ- Tiêu chuẩn thiết kế. 3. TCVN 5684-92: An toàn cháy các công trình xăng dầu- Yêu cầu chung. 4. NFPA11- Tiêu chuẩn hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới lên đối với các bể chứa xăng dầu - Mỹ - 1999 5. Tiêu chuẩn ( CHUII ) 2.11.03 - 93 - Nga 6. Tài liệu : “ Sụ chỉ dẫn dập tắt các đám cháy dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ trong các bể chứa và trong các kho bể chứa.” 7. Tài liệu Ansul, Angus file - Anh 8. An toàn PCCC- Cục Cảnh sát PCCC. Hà nội 1996. 9. Sổ tay công tác chữa cháy- Cục Cảnh sát PCCC. Hà nội 1996. 10. Giáo trình: “Phòng cháy trong khoan tìm, chế biến, bảo quản và vận chuyển sản phẩm dầu”- Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả PTS Đặng Từng. Hà nội 1993. 11. Giáo trình: “Chiến thuật chữa cháy các cơ sở kinh tế và văn hoá xã hội”-Hệ Cao đẳng-Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả PTS Ngô Văn Xiêm. Hà nội 1993. 12. Giáo trình: “Những cơ sở lý hoá để dập tắt đám cháy”-Hệ Cao đẳng- Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả Nguyễn Hữu Tấn. Hà nội 1993. 13. Giáo trình: “Thiết bị chữa cháy tự động”- Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả KS Trần Đình Thao. 14. Giáo trình: “Thủy lực và cung cấp nước chữa cháy”-Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả PTS Ngô Văn Xiêm và KS Bùi Đình Thành. 15. Giáo trình: “Các chất thường dùng chữa cháy”-Hệ trung học-Trường Cao đẳng PCCC. Tác giả Hà Thanh Hoá và Nguyễn Hữu Tấn. 16. Nội san an toàn PCCC-Trường Cao đẳng PCCC. Hà nội 1999. 17. Nội san an toàn PCCC-Trường Đại học PCCC. Hà nội 2000.