Hệ thống chữa cháy khí là gì?

Hệ thống chữa cháy khí là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả việc sử dụng khí trơ và các tác nhân hóa học để dập tắt đám cháy. Các tác nhân này chịu sự quy định của Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia Mỹ (NFPA) đối với Hệ thống chữa cháy khí sạch- NFPA 2001.

Theo tiêu chuẩn NFPA 2001 về hệ thống chữa cháy khí sạch, thuật ngữ khí chữa cháy sạch có nghĩa là chất chữa cháy không dẫn điện, dễ bay hơi hoặc khí không để lại dư lượng bay hơi.

Nguyên Lý Sự Cháy Và Các Phương Pháp Dập Tắt Đám Cháy Bằng Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Các hệ thống chữa cháy bao gồm hệ thống chữa cháy khí đều hoạt động dựa trên 1 trong 4 phương pháp dập tắt đám cháy bao gồm giảm hoặc cô lập oxy; giảm hoặc cô lập nhiên liệu; giảm nhiệt hoặc phá vỡ phản ứng của sự cháy.

Nguyên Lý Sự Cháy

Trước khi nói kỹ hơn về 4 phương pháp dập tắt đám cháy đã nêu trên, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về nguyên lý của sự cháy để hiểu hơn về các phương pháp chữa cháy.

Tam Giác Lửa

Tam giác lửa là mô hình đơn giản được sử dụng để hiểu về các thành phần cần thiết cho hầu hết các đám cháy. Hình tam giác minh hoạt ba yếu tố mà lửa cần để tồn tại: nhiệt, nhiên liệu và tác nhân oxy hóa (thường là oxy). Một đám cháy tự nhiên xảy ra khi có mặt 3 yếu tố này kết hợp với các hỗn hợp phù hợp khác. Điều này có nghĩa là lửa thực sự là một sự kiện chữa cháy không phải một sự vật.

Một đám cháy có thể được ngăn chặn hoặc dập tắt bằng cách loại bỏ bất kỳ một trong các yếu tố trong tam giác lửa. Chẳng hạn, sử dụng chăn che lửa sẽ loại bỏ phần oxy của tam giác, nhờ đó dập tắt đám cháy. Trong các đám cháy lớn, thoáng khí việc giảm lượng oxy thường không phải là lựa chọn tối ưu vì không có cách hiệu quả để thực hiện điều đó.

Tứ Diện Lửa

Tứ diện lửa đại diện cho việc bổ sung một thành phần trong phản ứng chuỗi hóa học với 3 thành phần đã có trong tam giác lửa. Khi đám cháy đã bắt đầu, phản ứng chuỗi tỏa nhiệt sẽ duy trì ngọn lửa và cho phép nó tiếp tục cho đến khi ít nhất một trong các yếu tố của đám cháy.

Bọt Foam có thể được sử dụng để ngăn chặn oxy cung cấp cho sự cháy. Nước có thể được sử dụng để hạ thấp nhiệt độ của nhiên liệu dưới điểm đánh lửa/ để loại bỏ hoặc phân tán nhiên liệu. Hệ thống chữa cháy khí sạch có thể được sử dụng để loại bỏ các gốc tự do (O, H và OH), giảm lượng khí oxy để chữa cháy.

4 Phương Pháp Dập Tắt Đám Cháy Bằng Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Để ngăn chặn sự cháy, một trong 3 yếu tố của tam giác lửa phải được loại bỏ.

Giảm Hoặc Cô Lập Nhiên Liệu

Không có nhiên liệu, một đám cháy chắc chắn sẽ dừng lại. Nhiên liệu có thể được loại bỏ một cách tự nhiên, bằng tay, bằng cơ học hoặc hóa học. Ngọn lửa sẽ được dập tắt khi nồng độ hơi nhiên liệu trong ngọn lửa thấp, dẫn đến hiện tượng giải phóng năng lượng được giảm bớt và nhiệt độ sẽ giảm xuống. Loại bỏ nhiên liệu do đó sẽ làm giảm nhiệt.

Giảm Nhiệt

Không có đủ nhiệt, một đám cháy không thể bắt đầu và nó cũng không thể tiếp tục. Nhiệt có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng một chất làm giảm lượng nhiệt có sẵn cho phản ứng cháy. Đó có thể là nước, khí, bọt Foam,…

Giảm Hoặc Cô Lập Oxy

Không có đủ oxy, một đám cháy không thể bắt đầu cũng như tiếp tục. Khi nồng độ oxy giảm, quá trình đốt cháy sẽ dần chậm lại và được dập tắt. Oxy trong đám cháy có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng khí chữa cháy (Nitơ, CO2), nếu là đám cháy nhỏ thì có thể sử dụng chăn cứu hỏa, nếu đám cháy không liên quan đến điện, các chất lỏng dễ cháy (nhẹ hơn nước) thì có thể chữa cháy bằng nước.

Ức Chế Phản Ứng Của Sự Cháy

Như đã nói, cháy xuất hiện là do có sự tồn tại đồng thời của 3 yếu tố: nhiên liệu, nhiệt và oxy. Những nguyên tố căn bản thuộc phản ứng dây chuyền của sự cháy có gốc hóa học là (O- oxygen, H- hydrogen, và OH- hydroxide ion).

Khi chất chữa cháy tác động và phản ứng với các gốc hóa học này, chuỗi phản ứng hóa học của sự cháy sẽ bị phá vỡ, qua đó dập tắt đám cháy một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng đến nồng độ oxy trong môi trường.

Nguyên Tắc Hoạt Động Của Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Hệ thống chữa cháy khí hoạt động theo 2 nguyên tắc cơ bản bao gồm nguyên tắc tràn ngập và nguyên tắc cục bộ.

Hệ Thống Chữa Cháy Khí Tràn Ngập

Các hệ thống chữa cháy khí hoạt động theo nguyên tắc tràn ngập sẽ đưa một tác nhân dập tắt đám cháy vào không gian kín để đạt được nồng độ như yêu cầu (phần trăm thể tích của tác nhân trong không khí) đủ để dập tắt đám cháy. Các loại hệ thống này có thể làm việc tự động bằng cách phát hiện đám cháy và kích hoạt các thiết bị liên quan hoặc làm việc bằng tay.

Hệ Thống Chữa Cháy Khí Cục Bộ

Các hệ thống chữa cháy khí hoạt động theo nguyên tắc ứng dụng cục bộ phun trực tiếp chất chữa cháy vào đám cháy để ngay lập tức bao quanh chất hoặc vật thể đang bốc cháy. Sự khác biệt chính trong ứng dụng cục bộ và hệ thống ứng dụng tràn ngập là trong ứng dụng chữa cháy cục bộ không có hàng rào vật lý bao quanh không gian cháy.

Ưu Điểm Của Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Hệ thống chữa cháy khí ngày càng được sử dụng phổ biến hơn so với hệ thống chữa cháy nước vì nhiều ưu điểm tuyệt vời mà nó mang lại như không gây hại cho môi trường, an toàn với con người, khả năng chữa cháy nhanh chóng và không để lại cặn sau chữa cháy.

Thân Thiện Với Môi Trường

Một trong những lợi ích mà các hệ thống chữa cháy khí là chúng không làm suy giảm tầng ozone, có thời gian tồn tại trong khí quyển ngắn và không gây hại cho môi trường dưới bất kỳ hình thức nào.

Các chất chữa cháy khí thường được bảo quản trong bình chứa dưới dạng chất lỏng, khi được xả ra để chữa cháy nó sẽ chuyển thành dạng khí và trở lại bầu khí quyển ở trạng thái tự nhiên.

Giải Pháp PCCC An Toàn Với Người

Các chất khí chữa cháy được sử dụng trong hệ thống chữa cháy hầu hết đều an toàn với con người và cả động vật. Một số hệ thống an toàn tới mức con người có thể hoạt động trong khu vực đang được chữa cháy.

Khả Năng Chữa Cháy Nhanh Chóng

Các hệ thống chữa cháy khí được thiết kế và sản xuất để có thể dập tắt đám cháy trong vòng 10 giây bằng cách cắt nguồn cung cấp oxy cho đám cháy, giảm nhiệt, cô lập nhiên liệu hoặc ức chế phản ứng của sự cháy.

Chúng có khả năng ngăn chặn đám cháy một cách nhanh chóng và cũng giảm thiểu lượng bồ hóng sau đám cháy.

Không Để Lại Cặn Sau Chữa Cháy

Các chất lỏng hoặc chất khí được sử dụng trong hệ thống chữa cháy khí được xả ra nhanh chóng từ các bình chứa khí. Ngay khi được xả ra môi trường, chúng sẽ bay hơi ngay lập tức khi đám cháy được dập tắt mà không để lại bất kỳ chất cặn nào. Không giống như các hệ thống chữa cháy ướt, chúng ta không cần phải dành thời gian để làm sạch cặn.

Với sự an toàn tuyệt đối, không để lại chất cặn, thân thiện với môi trường và vật dụng, hệ thống chữa cháy khí là lựa chọn lý tưởng cho các công ty CNTT, trung tâm dữ liệu, bệnh viện, bảo tàng, phòng thí nghiệm, nhà máy sản xuất và các cơ sở khác liên quan tài liệu, phần cứng,…

Các Thiết Bị Chính Trong Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Hầu hết các hệ thống chữa cháy khí hiện nay đều được cấu thành từ các thiết bị chính bao gồm: tủ trung tâm, đầu báo cháy; còi, đèn báo xả khí; nút ấn còi báo động; nút ấn xả khí bằng tay; nút nhấn tạm dừng xả khí; đầu phun xả khí; hệ thống đường ống; bình khí và phụ kiện.

Riêng hệ thống chữa cháy khí Aerosol, thay vì bình chứa khí; Aerosol sẽ được lưu trữ trong một máy phun khí và được phóng ra qua các lỗ phun khi hệ thống được kích hoạt. Chính vì được phun trực tiếp từ máy ra môi trường nên hệ thống chữa cháy khí Aerosol cũng không cần đến hệ thống đường ống cũng như đầu phun xả khí.

Tủ Trung Tâm Xả Khí

Tủ trung tâm trong hệ thống chữa cháy khí được sử dụng để giám sát các bộ phận phát hiện, bộ phận xả khí bằng tay và tự động, bộ phận phát tín hiệu, cơ cấu khởi động điện, đường dây dẫn và khi có yêu cầu sẽ khởi động vận hành các bộ phận trên.

Đầu Báo Cháy (Khói, Nhiệt)

Đầu báo cháy là thiết bị nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố môi trường khi có cháy. Chúng có nhiệm vụ phát hiện đám cháy và truyền tín hiệu về tủ điều khiển trung tâm.

Còi, Đèn Báo Xả Khí

Các bộ phận báo động và hiển thị, hoặc cả hai phải được sử dụng để báo sự hoạt động của hệ thống chữa cháy, mối nguy hiểm đối với con người hoặc sự hư hỏng của cơ cấu giám sát.

Các bộ phận báo động bằng âm thanh và ánh sáng trước khi phun khí chữa cháy (còi, đèn báo xả khí) phải được lắp đặt trong khu vực được bảo vệ để cảnh báo một cách chắc chắn cho việc sắp phun; sự hoạt động của bộ phận cảnh báo phải liên tục từ khi phun khí chữa cháy tới khi việc báo động đã được xác nhận và bắt đầu một hoạt động thích hợp.

Nút Ấn Còi Báo Động

Nút ấn còi báo động được kết nối với hệ thống chữa cháy và được sử dung thủ công bởi con người. Khi phát hiện đám cháy mà hệ thống báo cháy chưa kịp hoạt động thì người phát hiện đám cháy chỉ cần nhanh chóng nhấn nút, tín hiệu sẽ được truyền về tủ thông tin để tủ thông tin đưa ra tín hiệu cảnh báo có đám cháy.

Nút Ấn Xả Khí Bằng Tay

Nút ấn xả khí bằng tay giúp nhanh hệ thống chữa cháy khí nhanh chóng xả khí chữa cháy thay vì phải đợi đến khi cả đầu báo lửa và đầu báo khói truyền tín hiệu về tủ trung tâm.

Nút Nhấn Tạm Dừng Xả Khí

Công tắc hãm có vai trò tạm dừng xả khí chữa cháy, khi không nhấn vào công tắc này nữa thì hệ thống chữa cháy sẽ được kích hoạt lại.

Công tắc hãm phải được bố trí trong khu vực được bảo vệ và bố trí gần lối ra của khu vực. Công tắc hãm phải là kiểu cần gạt có lực điều khiển bằng tay không đổi để ngăn chặn sự vận hành của hệ thống. Hoạt động của chức năng hãm phải được thể hiện bằng âm thanh và ánh sáng, khác biệt với tín hiệu báo hỏng của hệ thống.

Công tắc hãm hoạt động khi hệ thống ở trạng thái chờ thì tín hiệu nêu trên phải chuyển thành tín hiệu báo lỗi ở thiết bị điều khiển. Công tắc hãm phải được nhận ra một cách rõ ràng để dễ sử dụng.

Đầu Phun Xả Khí

Đầu phun xả khí có kết cầu là đầu phun hở có nhiệm vụ phân phối khí đến khu vực cần bảo vệ sao cho đảm bảo về lượng và mật độ khí phù hợp nhất.

Các đầu phun xả khí phải có độ bền thích hợp cho sử dụng với áp suất làm việc quy định, chúng phải có khả năng chịu được sự tác động cơ học mạnh và phải chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng. Các ống lót lỗ phun của đầu phun phải được làm bằng vật liệu chịu ăn mòn.

Hệ Thống Đường Ống

Hệ thống đường ống có tác dụng dẫn khí từ bình chứa đến khu vực cần chữa cháy. Hệ thống đường ống phải được chế tạo bằng vật liệu không cháy có các tính chất vật lý và hóa học sao cho có thể bảo đảm được tính toàn vẹn và độ tin cậy của vật liệu khi chịu tác dụng của áp lực làm việc của hệ thống chữa cháy khí.

Bình Khí Và Phụ Kiện

Bình khí là vật dụng lưu trữ lượng khí nitơ cần thiết để phục vụ hoạt động chữa cháy. Ngoài bình khí chính, trong hệ thống chữa cháy khí còn có bình khí mồi có nhiệm vụ mở van lựa chọn khu vực và kích hoạt bình chứa khí làm việc.

Các phụ kiện đi kèm bình bao gồm hệ thống van, bảng cảnh báo và đồng hồ giám sát áp lực của bình chứa.

Nguyên Lý Kích Hoạt Hệ Thống Chữa Cháy Khí Tự Động

Tùy thuộc từng trường hợp mà hệ thống chữa cháy khí sẽ được kích hoạt dưới sự tác động trực tiếp của con người hoặc được kích hoạt tự động. Về nguyên tắc, hệ thống chữa cháy khí phun xả khí khi nhận được tín hiệu từ hai đầu báo cháy trên hai kênh khác nhau.

Thông thường, khi không có cháy, hệ thống chữa cháy khí ở trạng thái thường trực. Tủ trung tâm liên tục gửi và nhận tín hiệu từ các thiết bị trong hệ thống.

Khi có hỏa hoạn, các yếu tố môi trường sẽ thay đổi (nhiệt độ tăng, ánh lửa) kích thích đầu báo cháy làm việc. Khi chỉ có một kênh báo cháy làm việc thì tủ trung tâm sẽ phát tín hiệu báo cháy và chỉ thị khu vực đang diễn ra đám cháy; lúc này, khí chữa cháy vẫn chưa được xả ra.

Nếu cả hai kênh báo cháy đồng thời gửi tín hiệu báo cháy về tủ trung tâm, thì tủ trung tâm sẽ phát tín hiệu báo cháy, chỉ thị khu vực cháy. Cùng lúc này, tủ trung tâm sẽ tự động chuyển sang chế độ xả khí.

Với hệ thống chữa cháy khí CO2, Nitơ, FM200, Novec 1230

Sau khoảng thời gian trễ (do con người cài đặt), trung tâm điều khiển sẽ tạo tín hiệu điện đưa tới van mở cơ điện.

Van mở cơ điện bị tác động sẽ kích hoạt mở bình khí mồi để đưa khí từ bình này theo đường ống kích thích mở van lựa chọn khu vực cháy. Khi đó, khi chữa cháy sẽ từ bình chứa, qua van pittong cổ bình, qua ống góp, qua van lựa chọn khu vực, qua hệ thống đường ống và qua vòi phun vào khu vực cháy.

Với hệ thống chữa cháy Aerosol

Sau khi thời gian trễ kết thúc, tủ điều khiển sẽ kích hoạt bộ Starter của bình chứa Aerosol, sau đó bộ Starter này sẽ kích hoạt (nếu Aerosol ở thể cô đặc, nó sẽ tạo ra quá trình đốt cháy) và sau đó các hạt Aerosol li ti qua lỗ phun, lan tỏa ra khắp nơi trong khu vực xung quanh để dập tắt đám cháy.

Quy Trình Bảo Dưỡng, Bảo Trì Hệ Thống Chữa Cháy Khí

Theo TCVN-1-2009: Hệ thống chữa cháy khí- tính chất vật lý và thiết kế hệ thống, các hệ thống chữa cháy khí phải được bảo trì bảo dưỡng như sau:

Kế Hoạch Kiểm Tra Của Người Sử Dụng

Hàng tuần: Kiểm tra bằng mắt sự có và tính toàn vẹn của cấu kiện bao che đối với các thay đổi có thể làm giảm hiệu quả của hệ thống chữa cháy. Thực hiện kiểm tra bằng mắt để bảo đảm rằng không có hư hỏng rõ rệt nào đối với đường ống và tất cả các bộ phận, chi tiết điều khiển, vận hành được chỉnh đặt đúng và không bị hư hỏng.

Kiểm tra các áp kế và các dụng cụ cân, nếu được lắp, về sự chỉ thị đúng và chính xác và thực hiện các hành động thích hợp được quy định trong sách hướng dẫn cho người sử dụng.

Hàng tháng: Kiểm tra để bảo đảm rằng tất cả các nhân viên phải vận hành thiết bị hoặc hệ thống được đào tạo thích hợp và được phép làm công việc này, đặc biệt là các nhân viên mới phải được huấn luyện sử dụng thiết bị hoặc hệ thống.

Lịch Trình Bảo Dưỡng

Lịch trình bảo dưỡng bao gồm các yêu cầu về kiểm tra và thử nghiệm định kỳ đối với toàn bộ hệ thống chữa cháy đã được lắp đặt hoàn chỉnh, bao gồm cả các bình chứa chịu áp lực như đã quy định trong các tiêu chuẩn tương ứng với từng hệ thống chữa cháy.

Quy trình thích hợp để kiểm tra hệ thống chữa cháy như sau:

3 tháng 1 lần

Kiểm tra và bảo dưỡng tất cả các hệ thống phát hiện và báo động bằng điện theo quy định của các tiêu chuẩn có liên quan.

6 tháng 1 lần

Thực hiện các kiểm tra sau:

Xem xét bên ngoài đường ống để xác định tình trạng của đường ống, thay thế hoặc thử áp suất và sửa chữa khi cần thiết.

Kiểm tra chức năng điều khiển đúng bằng tay của tất cả các van điều khiển và kiểm tra bổ sung chức năng điều khiển tự động chính xác của các van tự động.

Xem xét bên ngoài các bình chứa đối với các dấu hiệu hư hỏng hoặc sửa đổi không được phép và các hư hỏng đối với các ống mềm của hệ thống.

Kiểm tra các áp kế của các bình chữa cháy; khí hóa lỏng nên có chênh lệch áp suất trong khoảng 10% và khí không hóa lỏng là 5% so với áp suất nạp đúng; thay thế hoặc nạp lại bất kỳ bình chứa nào có tổn thất áp suất lớn hơn.

Đối với các khí hóa lỏng, kiểm tra bằng cân hoặc sử dụng các dụng cụ chỉ báo mực chất lỏng để kiểm tra dung lượng đúng của các bình chứa; thay thế hoặc nạp lại bất kỳ bình chứa nào có tổn thất dung lượng lớn hơn 5%.

12 tháng 1 lần

Tiến hành kiểm tra tính toàn vẹn của cấu kiện bao che khi sử dụng phương pháp được mô tả trong phần 9.2.4.1, TCVN-1-2009. Nếu tổng diện tích rò rỉ tăng lên so với diện tích đo được trong quá trình lắp đặt đã ảnh hưởng có hại đến tính năng của hệ thống thì phải có biện pháp làm giảm sử rò rỉ.

Lịch trình bảo dưỡng phải do người có đủ năng lực thực hiện và người thực hiện lịch bảo dưỡng phải cung cấp cho người sử dụng một báo cáo kiểm tra có nội dung và ngày kiểm tra và chữ ký trong đó có các thông báo về các sửa chữa cần được thực hiện.

Trên đây là một số thông tin cơ bản về hệ thống chữa cháy khí. Để tìm hiểu cụ thể về nguyên lý chữa cháy; ưu nhược điểm và tiêu chuẩn thiết kế của từng hệ thống (CO2, Nitơ, FM200,..) các bạn vui lòng truy cập các link tham khảo được dẫn tại từng phần.

Hi vọng những nội dung mà chúng tôi cung cấp trong bài viết sẽ hữu ích và giúp bạn hiểu rõ hơn về hệ thống chữa cháy khí.