CHƯƠNG v an toàn phòn cháy, chữa cháy

- Tốc độ của quá trình cháy phụ thuộc vào tốc độ của phản ứng hoá học và tốc độ của quá trình vật lý.Trong thực tế quá trình cháy xảy ra ở nhiệt độ khá cao, nên tốc độ của phản ứng hoá h

CHƯƠNG V

AN TOÀN PHÒNG CHÁY, CHỮA CHÁY 4.1 Những kiến thức cơ bản về cháy nổ

4.1.1 Khái niệm

a Định nghĩa về cháy

Quá trình cháy là một phản ứng hoá học, có toả nhiệt và phát sinh ánh sáng Quá trình cháy là quá trình hoá lý phức tạp, trong đó xảy ra các phản ứng hoá học có toả nhiệt và phát sáng Cháy chỉ xảy ra khi có 3 yếu tố:

CO);

Đây là 3 dấu hiệu đặc trưng cho quá trình cháy, là căn cứ để phân biệt cháy với các hiện tượng hoá, lý khác Do toả nhiệt lớn nên có nhiệt độ cao và phát sáng được

- Quá trình cháy gồm hai quá trình cơ bản:

+ Quá trình hoá học: là phản ứng giữa chất cháy và chất oxy hoá

+Quá trình vật lý: gồm hai quá trình: quá trình khuyếch tán khí ( khuyếch tán khí oxy từ không khí vào phản ứng cháy và khuyếch tán sản phẩm chát từ vùng cháy ra ngoài) và quá trình truyền nhiệt giữa vùng đang cháy ra ngoài

- Tốc độ của quá trình cháy phụ thuộc vào tốc độ của phản ứng hoá học và tốc độ của quá trình vật lý.Trong thực tế quá trình cháy xảy ra ở nhiệt độ khá cao, nên tốc độ của phản ứng hoá học rất lớn còn tốc độ khuyếch tán khí và truyền nhiệt nhỏ hơn nhiều, khi ấy tốc độ quá trình cháy được xác định bằng tốc tộ khuếch tán khí và truyền nhiệt

- Nhiệt độ bắt cháy: là nhiệt độ mà ở đó ta đưa mồi lửa vào vật cháy thì vật bùng cháy

- Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hỗn hợp có thể cháy được mà không cần mồi lửa từ bên ngoài

b Định nghĩa về nổ

Một số phản ứng cháy có kèm theo nổ, các phản ứng này có tác hại lớn vì khi nổ

sẽ sinh ra sóng áp suất phá huỷ các công trình, thiết bị xung quanh

Có nhiều hiện tượng nổ, nhưng căn cứ vào tính chất nổ, người ta chia thành 2 loại:

Nổ lý học: là những trường hợp nổ do áp suất trong một thể tích tăng cao, vỏ thể

tích không chịu được áp suất nén nên bị nổ Nói cách khác hiện tượng nổ này xảy ra

do sự mất cân bằng áp lực giữa hai khối khí hoặc hơi một cách đột ngột Ví dụ: nổ của bóng bay, săm xe đạp,…

Nổ hoá học: là hiện tượng nổ do cháy cực nhanh gây ra Trong khi nổ hoá học có đủ

dấu hiệu của quá trình cháy Ví dụ: quá trình nổ của thuốc súng, bom đạn

Giới hạn nồng độ nổ: Nồng độ thấp nhất của khi và hơi ở trong không khí có thể gây ra nổ gọi là giới hạn nổ dưới, nồng độ cao nhất của khí và hơi ở trong không khí

có thể gây ra nổ gọi là giới hạn nổ trên Khoảng nằm giữa 2 giới hạn nổ trên và nổ dưới gọi là khoảng nổ hay khoảng bắt cháy Khoảng nổ của một chất không phải là một hằng số, nó biến đổi tuỳ theo nhiệt độ, áp suất, mồi bắt cháy và chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ khí trơ có trong hỗn hợp

4.1.2 Điều kiện cần thiết cho quá trình cháy

Để quá trình cháy xuất hiện và phát triển được cần phải có 3 yếu tố: chất cháy, chất oxy hoá và mồi bắt cháy ( nguồn nhiệt) Thiếu một trong 3 điều kiện này thì sự cháy sẽ ngừng

- Chất cháy: là những chất khi bị oxy hoá sẽ toả nhiệt và phát quang Nó tồn tại ở cả 3 thể rắn, lỏng, khí

- Chất oxy hoá có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí.Chất oxy hoá có thể là oxy nguyên chất, không khí, clo, flo, lưu huỳnh, và hợp chất chứa oxy khi bị nung nóng sẽ phân huỷ và tạo ra oxy tự do Tỷ lệ pha trộn giữa chất cháy và chất oxy hoá có ý nghĩa quan trọng vì hỗn hợp quá nghèo hoặc giầu chất cháy đều không thể cháy được

- Mồi bắt cháy có nhiều dạng như ngọn lửa trần, tia lửa điện, hồ quang điện, tia lửa sinh ra do ma sát, va đập hay chập mạch, những tàn lửa hồng Ngoài ra mồi bắt cháy cũng có thể không phát sáng như nhiệt sinh ra do phản ứng hoá học, do nén ép đoạn nhiệt, do ma sát hoặc do tiếp xúc và nhận nhiệt từ một bề mặt nóng của thiết bị

Không phải bất cứ một mồi bắt cháy nào cũng có thể gây ra sự cháy của hỗn hợp chất cháy và chất oxy hoá Sự cháy chỉ xẩy ra khi lượng nhiệt cần cung cấp cho hỗn hợp đủ để cho phản ứng cháy bắt đầu và lan rộng ra Do đó mồi bắt cháy phải có dự trữ năng lượng tối thiểu Mồi bắt cháy phải có khả năng gia nhiệt cho một thể tích tối thiểu hỗn hợp cháy lên đến nhiệt độ tự bắt cháy

4.1 Những nguyên nhân gây cháy và biện pháp phòng, chữa cháy

4.2.1 Những nguyên nhân gây cháy

a Cháy do tác dụng của ngọn lửa trần hoặc tia lửa, tàn lửa

Đây là nguyên nhân cháy phổ biến vì nhiệt độ của ngọn lửa trần rất cao Ví dụ: nhiệt độ của que diêm là 750 – 8000C, ngọn lửa đèn dầu là 760 – 10000C Trong khi

đó, nhiệt độ tự bốc cháy của một số chất như sau: gỗ thông 2500C, giấy 1840C, vải sợi hoá học 1800C

b Cháy do ma sát và va chạm giữa các vật rắn

Đây cũng là nguyên nhân thường gặp trong các trường hợp máy móc không được bôi trơn tốt, các ổ bi, cổ trục cọ sát vào nhau sinh ra nhiệt hoặc có khi phát ra tia lửa gây cháy

c Cháy do tác dụng của hoá chất

Trong khâu sản xuất, bảo quản, vận chuyển và sử dụng hoá chất người ta đề ra những quy định hết sức nghiêm ngặt để phòng các sự cố gây tai nạn cho con người và môi trường

Về mặt phòng cháy chữa cháy, phải chú ý thường xuyên các phản ứng hoá học toả nhiệt hoặc phát sinh ngọn lửa Người ta phân định như sau:

Các hoá chất tác dụng với nhau sinh nhiệt hoặc hình thành ngọn lửa có thể dẫn đến cháy nếu không chủ động kiểm soát Ví dụ: clo với amoniac, clo với hyđro

Hoá chất gặp không khí, gặp nước có khả năng gây cháy như: photpho trắng, bụi kẽm, bụi nhôm,… dễ gây phản ứng trong không khí và nước

d Cháy do tác dụng của năng lượng điện

Đây cũng là trường hợp chuyển hoá từ điện năng sang nhiệt năng

Trong trường hợp chập mạch điện, nhiệt độ trên dây dẫn tăng cao có thể gây cháy vỏ cách điện rồi cháy sang các vật khác

Các trường hợp sinh ra tia lửa điện như đóng ngắt cầu dao, cháy cầu chì, mối nối dây không chặt cũng là những nguồn gây cháy

Nguyên nhân gây cháy nổ trong thực tế rất nhiều và đa dạng Ví dụ như sét cũng

là nguyên nhân gây ra cháy Sét là hiện tượng phóng điện giữa các đám mây có điện tích trái dấu hoặc giữa đám mây và mặt đất Điện áp giữa đám mây và mặt đất có thể đạt hàng triệu hay hàng trăm triệu vôn Nhiệt độ do sét đánh rất cao, hàng chục nghìn

độ vượt quá xa nhiệt độ tự bắt cháy của các chất cháy được

4.2.2.Các biện pháp PCCC

Phòng cháy là khâu quan trọng nhất, vì nếu để xảy ra cháy thì ít nhiều cũng sẽ gây ra thiệt hại Việc phòng chống cháy nổ có các biện pháp sau:

a Biện pháp giáo dục, tuyên truyền, huấn luyện

- Cần tuyên truyền cho mọi người biết: việc PCCC là nghĩa vụ cùa mọi công dân Mỗi

cơ quan, xí nghiệp, kho tàng đều phải thành lập đội phòng cháy chữa cháy

- Có phương án chữa cháy tại chỗ phù hợp Phải thường xuyên luyện tập theo phương

án dề ra để khi có cháy thì sử lý kịp thời, hiệu quả Huấn luyện, tuyên truyền, giáo dục người lao động trong công tác phòng cháy chữa cháy

b Biện pháp kỹ thuật

Cần có sự lựa chọn công nghệ và trang thiết bị phù hợp, vật liệu kết cấu, vật liệu xây dựng, hệ thống thông tin liên lạc, hệ thống báo hiệu và chữa cháy Giải pháp công nghệ đúng là phải ưu tiên trước hết bảo vệ con người và tài sản Ở những vị trí cần thiết cần đặt các trang bị phòng chống cháy nổ như van 1 chiều, van chống nổ, các bộ phận chắn lửa, tường ngăn cách

Các biện pháp kỹ thuật cụ thể:

- Cơ giới hoá, tự động hoá các khâu sản xuất nguy hiểm về cháy, nổ

- Dùng thêm chất phụ trợ, chất chống nổ vào môi trường có tạo ra hỗn hợp nổ

- Cách ly các thiết bị hoăc các công đoạn nhiều nguy hiểm về cháy nổ cách xa các khu vực khác

- Hạn chế mọi khả năng phát sinh nguồn nhiệt

- Hạn chế đến mức thấp nhất các chất cháy ở nơi sản xuất (Nguyên vật liệu, hàng hoá, thành phẩm )

- Trang bị hệ thống báo, chữa cháy tự động.

c Biện pháp hành chính, pháp lý

- Phổ biến các quy định và pháp luật về phòng cháy chữa cháy: Giáo dục cho mọi người hiểu rõ về luật PCCC ( Có hiệu lực thi hành từ 04/10/2001) Về nghĩa vụ, trách nhiệm của mọi công dân với PCCC

- Biện pháp sử lý cá nhân, tập thể gây ra cháy

4.3 Nguyên lý chữa cháy, c ác chất chữa cháy

4.3.1 Nguyên lý PCCC

Nguyên lý phòng cháy : “Nếu tách rời 3 yếu tố: chất cháy, chất oxy hoá và mồi

bắt lửa thì cháy nổ không thể xảy ra được”

Nguyên lý chữa cháy: hạ thấp tốc độ cháy của vật liệu đang cháy tới mức tối

thiểu và phân tán nhanh nhiệt lượng của đám cháy ra môi trường xung quanh Trong đó:

Giảm tốc độ phát nhiệt hoặc ngừng phát nhiệt trong vùng cháy có thể đạt được bằng cách ức chế phản ứng cháy bằng phương pháp hoá học, pha loãng chất cháy bằng chất không cháy hoặc cách lý chất phản ứng ra khỏi vùng cháy

Tăng tốc độ truyền nhiệt từ vùng cháy ra ngoài môi trường xung quanh bằng cách làm lạnh nhanh chóng vùng cháy hoặc chất phản ứng

Để thực hiện hai nguyên lý trên trong thực tế người ta dùng nhiều giải pháp khác nhau:

- Hạn chế khối lượng chất cháy, hoặc chất oxy hoá đến mức tối thiểu cho phép về phương diện kỹ thuật, vấn đề này liên quan đến kích thước và áp suất của các thiết bị phản ứng hay bể chứa khí, các sản phẩm dạng lỏng như xăng, cồn với các chất đốt dạng rắn như than, các chất nổ công nghiệp dễ bén lửa thì kích thước kho chứa, thùng chứa rất cần được quan tâm Các kích thước này có quy định theo tiêu chuẩn quốc gia

- Ngăn cách sự tiếp xúc của chất cháy và chất oxy hoá khi chúng chưa tham gia vào quá trình sản xuất

- Cách ly các nguồn phát sinh tia lửa như bơm, quạt, máy nén khí, động cơ điện, cầu dao ra khỏi khu vực sản xuất

- Các thiết bị có khả năng sinh tĩnh điện phải được nối đất.

- Các quá trình sản xuất có liên quan đến sử dụng ngọn lửa trần, những vật nung đỏ như kim loại, than đang cháy dở, hồ quang điện, không được tiến hành trong môi trường có khí cháy

Dựa trên nguyên lý thứ 2 để chữa cháy ta có các loại phương án chữa cháy sau: + Làm loãng chất tham gia phản ứng bằng cách đưa vào vùng cháy những chất không tham gia phản ứng cháy như CO2, N2,…

ức chế phản ứng cháy bằng cách đưa vào vùng cháy những chất có tham gia phản ứng nhưng có khả năng biến đổi chiều của phản ứng từ phát nhiệt thành thu nhiệt như brommetyl, brometyl,…

+ Ngăn cách không cho oxy thâm nhập vào vùng cháy như dùng bọt, cát, …

+ Làm lạnh vùng cháy đến nhiệt độ bắt cháy của các chất cháy

Phương pháp tổng hợp Ví dụ: đầu tiên chữa cháy bằng phương pháp làm lạnh tổng hợp, sau đó dùng phương pháp cách ly

4.3.2 Các chất chữa cháy

Các chất chữa cháy là các chất đưa vào đám cháy nhằm dập tắt nó Có nhiều loại chất chữa cháy ở dạng rắn, lỏng, khí Các yêu cầu của chất chữa cháy là:

- Có hiệu quả chữa cháy cao, nghĩa là tiêu hao chất chữa cháy trên một đơn vị diện tích cháy trong một đơn vị thời gian phải nhỏ nhất, kg/m2.s

- Dễ kiếm và rẻ

- Không gây độc hại trong sử dụng và bảo quản

- Không làm hư hỏng thiết bị cứu chữa và các thiết bị đồ vật được cứu chữa

Ở nước ta hiện nay có nhiều chất chữa cháy đã được sử dụng, dưới đây là một số chủng loại chính:

*Nước: Nước có ẩn nhiệt hoá hơi lớn làm giảm nhanh nhiệt độ nhờ bốc hơi

Lượng nước phun vào đám cháy phụ thuộc vào diện tích và cường độ đám cháy Để giảm thời gian phun nước người ta thêm một vài hợp chất hoạt động để giảm sức căng

bề mặt của vật liệu ( lông, len ) khi đó nước thấm nhanh vào vật liệu Nước được sử dụng rộng rãi để chống cháy và giá thành rẻ Tuy nhiên không thể dùng nước để chữa

cháy các kim loại hoạt động như K, Na, Ca, đất đèn và các đám cháy có nhiệt độ cao hơn 17000C

*Bụi nước: Phun nước thành dạng bụi làm tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của nó

với đám cháy Sự bay hơi nhanh các hạt nước làm nhiệt độ đám cháy giảm nhanh và pha loảng nồng độ chất cháy, hạn chế sự thâm nhập của oxy vào vùng chát Bụi nước chỉ được sử dụng khi dòng bụi nước chùm kín được bể mặt đám cháy

*Hơi nước: được sử dụng trong công nghiệp Hơi nước công nghiệp thường có

áp suất cao nên khả năng dập tắt đám cháy tương đối tốt Tác dụng chính của hơi nước là pha loãng nồng độ chất cháy và ngăn cản nồng độ oxy đi vào vùng cháy Thực nghiệm cho thấy lượng hơi nước cần thiết phải chiếm 35% thể tích nơi cần chữa cháy thì mới có hiệu quả

*Bọt chữa cháy: Còn được gọi là bọt hoá học Nó được tạo ra bởi phản ứng giữa

hai chất Sunfat nhôm Al2(SO4 )3 và bicacbonat natri NaHCO3 Cả hai hoá chát tan trong nước và bảo quản trong các bình riêng Khi sử dụng ta trộn hai dung dịch với nhau, khi đó có các phản ứng:

Al2(SO4) 3 + 6H2O → 2Al(OH)3 ↓ + 3H2SO4

H2SO4 + 2NaHCO3→ Na2SO4+ 2H2O + 2 CO2↑

Hydroxyt nhôm Al(OH)3 là kết tủa ở dạng hạt màu trắng tạo ra các màng mỏng

và nhờ có CO2 là một loại khí mà tạo ra bọt Bọt có tác dụng cách ly đám cháy với không khí bên ngoài, ngăn cản sự xâm nhập của oxy vào vùng cháy Do vậy tác dụng chính của bọt hoá học là cách ly Ngoài ra nó còn có tác dụng phụ là làm lạnh vùng cháy vì ở đây có dùng nước trong dung dịch tạo bọt Để làm tăng độ bền của bọt người ta có dùng thêm một số chất ví dụ như sunfat sắt

Bọt hoá học được sử dụng để chữa cháy xăng dầu hay các chất lỏng khác Muốn

sử dụng bọt hoá học cần phải có các thiết bị như bơm nước, phễu tạo bọt, cầu phun bọt Các thiết bị này được đặt cố định ở các kho xăng dầu Thiết bị này còn được bố trí trên các xe chữa cháy chuyên nghiệp

Bọt hoá học còn được nạp vào các bình chữa cháy sử dụng rộng rãi ở các xí nghiệp, nhà ở, kho tàng

Không được phép sử dụng bọt hoá học để chữa cháy các đám cháy của kim loại, đất đèn, các thiết bị điện hoặc các đám cháy có nhiệt độ lớn hơn 1700 0 C.

Cũng thuộc loại bọt chữa cháy người ta còn chế tạo một loại nọt khác gọi là nọt hoà không khí Loại bọt này được sản xuất bằng cách khuấy trộn không khí (từ bình không khí nén) với dung dịch tạo bọt Bọt hoà không khí tạo ra thể tích lớn hơn khoảng 2 lần so với bọt hoá học nên hiệu quả chữa cháy tốt Bọt hoà không khí cũng dùng để chữa cháy xăng dầu và các chất lỏng khác

* Bột chữa cháy: Là chất chữa cháy rắn Đó là các hợp chất vô cơ và hữu cơ

không cháy nhưng chủ yếu là các chất vô cơ Bột chữa cháy dùng để chữa cháy kim loại, các chất rắn và các chất lỏng Dùng khí nén để vận chuyển bột chữa cháy vào đám cháy Cường độ bột tiêu thụ cho một đám cháy khoảng 6.2-7kg/m2.s

*Các loại khí: là các chất chữa cháy thể khí như CO2, N2, tác dụng chính

của các chất này là pha loảng nồng độ chất cháy Ngoài ra nó còn có tác dụng làm lạnh đám cháy, vì các khí CO2, N2 thoát ra từ bình khí nén có áp suất cao, khi giảm

áp suất đột ngột đến áp suất khí quyển thì bản thân khí lạnh đi theo chu trình dãn khí đoạn nhiệt

Không được dùng khí chữa cháy để chữa những đám cháy mà chất cháy có thể

kết hợp với nó thành những chất cháy nổ mới Ví dụ không dùng CO2 để chữa cháy

phân đạm, kim loại kiềm, kiềm thổ, các hợp chất tecmit hoặc thuốc súng

*Các hợp chất halogen: Các hợp chất halogen có hiệu quả rất lớn khi chữa

cháy Tác dụng chính của nó là kìm hãm tốc độ cháy Các chất này dễ thấm ướt vào vật cháy nên hay dùng để chữa cháy các chất khó thấm ướt như bông, vải sợi

Trong thực tế để nâng cao hiệu quả chữa cháy người ta hay dùng các biện pháp tổng hợp, ví dụ như vừa kìm hãm tốc độ cháy, vừa làm lạnh vùng cháy, vừa pha loãng nồng độ chất cháy

4.4 Tổ chức lực lượng, trang bị phương tiện chữa cháy

4.4.1 Tổ chức lực lượng PCCC

Có hai lực lượng PCCC là: Lực lượng tại chỗ và lực lượng chuyên nghiệp

Một đám cháy xảy ra, nếu tổ chức cứu chữa kịp thời thì hạn chế thiệt hại Do đó nhiệm vụ của lực lượng PCCC tại chỗ là:

- Tuyên truyền, vận động mọi người thực hiện nghiêm chỉnh nội quy, quy ước và các biện pháp PCCC tại cơ sở

- Kiểm tra, đôn đốc việc thực hiện các quy định an toàn cháy, nổ

- Xây dựng kế hoạch, huấn luyện nghiệp vụ PCCC, lên các phương án và thường xuyên luyện tập

- Tổ chức cứu chữa kịp thời ngay từ đầu khi có cháy, nổ xảy ra Kết hợp cùng lượng chuyên nghiệp cứư chữa các vụ cháy lớn

- Bảo vệ hiện trường chữa cháy để cơ quan có trách nhiệm xác minh, điều tra nguyên nhân cháy, nổ

4.4.2 Các phương tiện chữa cháy

a Xe chữa cháy chuyên dụng:

Được trang bị cho các đội chữa cháy chuyên dụng của thành phố, thị xã, thị trấn, bao gồm: xe chữa cháy, xe thông tin và ánh sáng, xe rải vòi, xe thang, xe hút khói, xe tạo bọt (tạo bọt hoà kk)

* Xe chữa cháy:

- Là xe quan trọng nhất, nó mang: vòi, dụng cụ chữa cháy, nước, dung dịch chữa cháy, bơm li tâm, ngăn để ngồi,

- Bơm li tâm: có công suất lớn (chiều sâu hút nước 10 m; áp suất: 10 atm)

- Lượng nước mang theo: 400~5000 lit; Lượng chất tạo bọt: 200 lit

- Xe: công suất động cơ lớn, tính cơ động cao

* Các loại xe chuyên dụng khác:

- Xe thang: chữa cháy trên cao

- Xe hút khói: đám cháy trong nhà, đám cháy sinh nhiều khói

- Xe thông tin và ánh sáng

- Xe rải vòi

b Phương tiện báo và chữa cháy tự động:

Các phương tiện báo cháy và chữa cháy tự động thường được đặt ở những mục tiêu quan trọng cần được bảo vệ Phương tiện báo cháy tự động dùng để phát hiện cháy từ đầu và báo ngay về trung tâm chỉ huy chữa cháy Báo cháy tự động còn bao gồm cả thông tin liên lạc hai chiều giữa đám cháy và trung tâm chỉ huy, giữa đám cháy và hệ thống máy tính để có những thông số kỹ thuật về chữa cháy như chọn

đường đi đến đám cháy, số lượng phương tiện, hoá chất cần dùng và lựa chọn phương

án chữa cháy tối ưu

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống báo cháy tự động của thành phố

Trung tâm máy tính có thể đưa ra những thông số kĩ thuật: chọn đường đi đến đám cháy; loại phương tiện, số lượng phương tiện; loại hoá chất, số lượng hoá chất cần dùng; chọn phương án chữa cháy, Từ đó, trung tâm chỉ huy chữa cháy có thể tham khảo và đưa ra quyết định cuối cùng

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí hệ thống chữa cháy tự động: