CHỮA CHÁY CO2 CỤC BỘ: THIẾT KẾ BẢO VỆ MỘT THIẾT BỊ ĐƠN LẺ TRONG KHÔNG GIAN LỚN

Bảo vệ thiết bị chỉ có CO2 mới làm được (chữa cháy cục bộ): kỹ thuật bảo vệ một cỗ máy/thiết bị riêng lẻ mà không cần bao bọc toàn bộ không gian. Hai phương pháp theo tiêu chuẩn ISO 6183 / NFPA 12 — tính theo diện tích (bề mặt phẳng/bể chứa) và tính theo thể tích (máy móc ba chiều), hộp giới hạn giả định (+0.6m, tối thiểu 1.2m), tốc độ xả tùy theo trạng thái mở/đóng, tỷ lệ phần trăm bao bọc, và hệ số bù hơi 1.4 cho phần chất lỏng hiệu dụng.

Chữa cháy cục bộ (bảo vệ đối tượng/thiết bị) là ứng dụng đặc trưng giúp CO2 khác biệt hoàn toàn với mọi chất khí chữa cháy khác: thay vì làm ngập toàn bộ không gian bằng khí, bạn bảo vệ trực tiếp một thiết bị hoặc đối tượng đơn lẻ có nguy cơ cháy. Trong các không gian rất lớn, không gian mở hoặc không thể che kín, đây thực tế là giải pháp duy nhất để bảo vệ một cỗ máy — và chỉ CO2 mới có thể làm được điều này. Bài viết này đề cập đến thiết kế chữa cháy cục bộ theo tiêu chuẩn ISO 6183 / NFPA 12.

1. Chữa cháy cục bộ là gì? Tại sao chỉ có CO2 mới làm được?

• Hệ thống chữa cháy tràn ngập làm đầy một thể tích kín bằng khí đạt đến nồng độ nhất định; trong khi đó, chữa cháy cục bộ phun lượng CO2 trực tiếp vào đối tượng mục tiêu để dập tắt ngọn lửa ngay trên và xung quanh đối tượng đó. Không gian lắp đặt không bắt buộc phải kín.
• Lý do chỉ có CO2 làm được điều này là do đặc tính vật lý: khi khí CO2 lỏng cao áp thoát khỏi vòi phun, một phần hóa thành dạng “tuyết” rắn và khí; hỗn hợp này rơi xuống đối tượng, vừa làm ngạt (chiếm chỗ oxy) vừa làm mát, mà không để lại cặn bẩn. Các loại khí sạch Halocarbon (như FM200, NOVEC) và khí trơ (như IG-541, IG-01) chỉ hoạt động hiệu quả trong không gian kín; nếu phát tán nhanh trong không gian mở, chúng không thể duy trì bầu khí quyển dập lửa xung quanh thiết bị. Đó là lý do chữa cháy cục bộ tương đương với CO2.
• Các ứng dụng tiêu biểu: Dây chuyền hàn sóng, dây chuyền sơn/phủ, bể tôi kim loại và bể dầu, máy in/máy quay vòng, hệ thống dầu tuabin, giàn thử nghiệm, các quy trình sử dụng nhiên liệu/dầu hở — tất cả đều có điểm chung là việc bao bọc không gian là bất khả thi hoặc kém hiệu quả kinh tế, trong khi một thiết bị cụ thể lại mang rủi ro cháy nổ cao.

2. Hai phương pháp tính toán: Theo diện tích và theo thể tích

Tiêu chuẩn ISO 6183 (§7.5) và NFPA 12 định nghĩa hai phương pháp tính toán cho hệ thống chữa cháy cục bộ. Phương pháp được quyết định dựa trên hình học của đối tượng:

Phương pháp	Dành cho	Ví dụ
Tính theo diện tích (Rate-by-area)	Bề mặt phẳng và đối tượng thấp	Bề mặt bể tôi / bể dầu, bồn chứa phẳng
Tính theo thể tích (Rate-by-volume)	Đối tượng ba chiều, phức tạp	Máy móc sản xuất, dây chuyền hàn sóng, máy ép

a. Phương pháp tính theo diện tích

Được sử dụng cho bề mặt dễ cháy nằm ngang (ví dụ: bề mặt chất lỏng của bể dầu/bể tôi) hoặc đối tượng thấp. Nguyên lý cơ bản:

b. Phương pháp tính theo thể tích

Được sử dụng cho các đối tượng ba chiều, phức tạp (máy móc sản xuất, máy ép, dây chuyền hàn sóng) và là phương pháp chữa cháy cục bộ phổ biến nhất.

• Hộp giới hạn giả định: Một khung hộp tưởng tượng được thiết lập xung quanh đối tượng cần bảo vệ: cộng thêm 0.6m theo mọi hướng tính từ giới hạn ngoài của đối tượng. Các quy tắc:
  • Mỗi cạnh của hộp giới hạn phải đạt tối thiểu 1.2m.
  • Không trừ thể tích bên trong hộp giới hạn — toàn bộ không gian bên trong, bao gồm cả bản thân thiết bị, đều được tính.
  • Thể tích hộp giới hạn này tạo thành thể tích cơ sở để nhân với tốc độ xả khí.
• Tỷ lệ phần trăm bao bọc và tốc độ xả khí: Tốc độ cơ sở phụ thuộc vào mức độ mà hộp giới hạn được bao quanh bởi các cấu trúc thực tế của tòa nhà:
  • Không gian hoàn toàn mở sử dụng 16kg/min/m^3, không gian gần như kín hoàn toàn sử dụng 4 kg/min/m^3.
  • Giá trị trung gian: Tốc độ= 4 + [(1 – tỷ lệ bao bọc) x (16 – 4)] kg/min/m^3
  • Tỷ lệ bao bọc = (Số cạnh/bề mặt kín : Tổng số cạnh/bề mặt) x 100. (Càng có nhiều tường/cấu trúc thực tế xung quanh hộp giới hạn, lượng khí thoát ra càng ít và tốc độ yêu cầu càng thấp).
• Hệ số bù hơi (1.4) và thời gian xả: Trong chữa cháy cục bộ, chỉ có phần CO2 ở trạng thái lỏng chạm tới đối tượng và phát huy tác dụng; phần hóa hơi trong quá trình xả sẽ không tham gia dập lửa. Để bù đắp sự thất thoát này, lượng khí lưu trữ được tăng lên thông thường qua hệ số bù hơi (thường là 1.4 đối với hệ thống cao áp HP):
  • Lượng CO2 lưu trữ = Tốc độ tính toán x 1.4 x Thời gian xả
  • Tiêu chuẩn NFPA 12 cũng đưa ra hệ số nhân đơn giản hóa x 0.7 bằng cách kết hợp thời gian xả 0.5 phút với hệ số 1.4. Theo Bảng 6 của ISO 6183, thời gian xả trong chữa cháy cục bộ ít nhất là 30 giây.

3. Khi nào kết hợp với hệ thống tràn ngập tổng thể?

Một số cơ sở có cả rủi ro về thể tích không gian và rủi ro tại điểm trong cùng một khu vực; khi đó một giải pháp kết hợp sẽ được xây dựng: hệ thống tràn ngập tổng thể bảo vệ toàn bộ không gian, trong khi vòi phun bổ sung/chữa cháy cục bộ xử lý tải trọng sâu bên dưới (ví dụ: ống xả được bảo vệ bằng hệ thống tràn ngập trong khi các vòi phun cục bộ bổ sung xử lý các thiết bị có nguy cơ cao bên dưới). Lượng khí của hai ứng dụng được tính toán riêng biệt và tổng dung lượng lưu trữ sẽ được quy hoạch phù hợp. Để biết chi tiết về bảo vệ thể tích, hãy tham khảo bài viết Hệ thống chữa cháy tràn ngập CO2.

4. Thiết bị hệ thống và an toàn sinh mạng

Nguyên lý cơ bản của đồng hồ áp suất/công tắc áp suất, tự động hóa van chắn gió (damper) và trình tự xả khí chuẩn xác là điểm chung của tất cả các hệ thống khí; để biết thêm chi tiết, hãy xem Hệ thống chữa cháy khí: Thiết kế và Lựa chọn chất gia tốc. Điểm trọng yếu đặc thù của CO2 là vấn đề an toàn sinh mạng: ngay cả khi chữa cháy cục bộ được thực hiện trong không gian mở, lượng CO2 xả ra vẫn có thể làm giảm nồng độ oxy môi trường xuống mức nguy hiểm. Do đó, thời gian trễ xả, còi đèn báo động trước khi xả, nút ngắt khẩn cấp/khóa cửa và hệ thống thông gió/lọc khí sau khi xả là bắt buộc ngay cả trong chữa cháy cục bộ.

Hệ thống chữa cháy cục bộ CO2 là giải pháp duy nhất giúp bảo vệ riêng biệt thiết bị có nguy cơ mà không cần bao bọc toàn bộ không gian, và trong số các chất chữa cháy dạng khí, điều này chỉ có thể thực hiện được với CO2. Xương sống của thiết kế là lựa chọn phương pháp phù hợp theo hình học của đối tượng (tính theo diện tích hoặc theo thể tích); đối với phương pháp thể tích, cần xây dựng hộp giới hạn giả định, thiết lập tốc độ theo tỷ lệ phần trăm bao bọc, và tính toán dung lượng lưu trữ bằng hệ số bù hơi. Các biện pháp đảm bảo an toàn sinh mạng là bắt buộc ngay cả trong không gian mở. Nếu toàn bộ thể tích không gian đều có nguy cơ, hãy chuyển sang giải pháp Tràn ngập tổng thể CO2, để so sánh các chất chữa cháy.

Để thiết kế hệ thống CO2 bảo vệ đối tượng/thiết bị chuyên nghiệp cho cơ sở của bạn, hãy liên hệ với PKE Việt Nam để được khảo sát và tư vấn chi tiết!