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

ế 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 ẩm 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 0.7á0,9 nên khi hoà vào nước chúng nổi trên mặt nước và nhanh chóng lan ra xung quanh với vận tốc VC=20á30 m/phút. Nhiệt lượng toả ra rất lớn Q=10450á11250 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 1012á1017Wm). 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 1á2 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 15á20 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 45á60 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(10450á11250Kcal/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 40á60m.c.n. 1 2 3 4 Hình 2: Thiết bị tạo bọt dạng GBP 1- ống 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 : 4á6 (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 Ê 3m/s trong các đường ống hút của máy bơm khi lấy nước từ đường ống nước. + v Ê 1m/s lấy nước từ nguồn nước ao. + v Ê 9m/s trong đường ống từ bể chứa chất tạo bọt đến thiết bị định lượng. + v Ê 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 ít 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 ít 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 0,11á0,17 ). 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 Hơi nước T0C 3 2 1 Không khí Hơi chất cháy (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 8á10 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 0,2á0,005 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 0,1á1,5 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 Ê 20 -Bọt có độ nở trung bình 20<KBÊ200 - 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 số. 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=100á1000m3. qn=20 l/s đối với bể có v=1001á5000m3. qn=30 l/s đối với bể có v=5001á30000m3. qn=50 l/s đối với bể có v=30001á50000m3. Cường độ phun bọt Ib (tính theo dung dịch chất tạo bọt) +Đối với xăng dầu có T0BCÊ280C 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 4á6 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/phút. 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=10phút (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 0,2á0,3m 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 4á6% 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 chúng 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 ._.