Hệ thống chữa cháy bằng khí Nitrogen (N2)

Hệ thống chữa cháy bằng khí Nitrogen (N2)

So với hệ thống chữa cháy bằng CO2, hệ thống chữa cháy N2 có ưu thế đặc biệt là, ngoài khả năng dập tắt cháy nhanh, nó còn là loại phương tiện chữa cháy an toàn cho sức khỏe của con người.
Hệ thống chữa cháy N2 được thiết kế để bảo vệ một không gian khép kín.
Chất khí N2 không những có tác dụng chữa cháy hiệu quả, mà nó còn cân bằng được lượng khí O2 cần thiết để cho con người hô hấp tạm thời trong trường hợp khẩn cấp. Ngoài ra, với chất khí chữa cháy "sạch" này, sau khi hoàn tất nhiệm vụ chữa cháy, nó không để lại hậu qủa tai hại nào đối với các vật dụng, máy móc nằm trong khu vực vừa được chữa cháy.

Hệ thống này ứng dụng thích hợp tại những môi trường trong sạch, nơi có trang bị những loại máy móc hoặc dữ liệu có giá trị cao.
Hệ thống căn bản gồm có cụm bình chứa khí, hệ thống đường ống dẫn khí, các đầu phun khí, tủ kích hoạt phun khí, tủ điều khiển hệ thống chữa cháy, đầu báo cháy, công tắc kích hoạt thủ công, loa báo phun khí, đèn báo phun khí, ...

đầu phun khí (loại phun xuống)

đầu phun khí (loại phun ngang)

Nếu hệ thống N2 được thiết kế để chữa cháy cho nhiều khu vực riêng biệt, thì cần trang bị thêm các Van Chọn Vùng (Selection Valve). Van chọn vùng này dùng để dẫn khí đi đến những nơi cần chữa cháy tương ứng.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY KHÍ NI TƠ (NN100)

Chữa cháy khí Ni tơ
Kiểu NN100
Nhà sản xuất: NOHMI BOSAI - Nhật Bản
Nhà phân phối độc quyền tại Việt Nam: Công ty Cổ phần Bình An

1. NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA KHÍ NI-TƠ TRONG ỨNG DỤNG LÀM LÀM TÁC NHÂN DẬP LỬA CỦA CÁC HỆ THỐNG CHỮA CHÁY BẰNG KHÍ.

Khi phải thiết kế những hệ thống chữa cháy cho các khu vực có đặt các thiết bị điện, điện tử hoặc lưu trữ phim, ảnh, hồ sơ, chúng ta thường nghĩ đến các hệ thống trong đó sử dụng khí trơ (về mặt hoá học) làm môi chất chữa cháy.
Những chất khí thường được sử dụng trong các hệ thống chữa cháy hiện nay là Carbondioxide CO2, Halon 1301, FM200,...Xét về mặt tác dụng chữa cháy, halon1301 và FM200 có thể coi là những chất khí lý tưởng, có hiệu quả chữa cháy cao. Tuy nhiên cả carbondioxide, halon 1301, FM200 đều có tính độc cao đối với đời sống con người và có tính huỷ hoại môi trường sống, đặc biệt, chất khí halon 1301 trước đây được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống chữa cháy thì nay đã bị cấm sử dụng trên rất nhiều nước trên thế giới vì tác dụng phá huỷ tầng ozone của nó.
Xét riêng về khí carbondioxide CO2. Chất khí này hiện đang được sử dụng như một môi chất chữa cháy thay cho halon 1301 vốn đã bị cấm sử dụng.

Khí Carbondioxide chiếm không quá tỷ lệ 0,5% trong không khí xung quanh chúng ta ở điều kiện bình thường. Đã từ lâu, con người quen với nồng độ khí CO2 như vậy. Tuy nhiên, với nồng độ khí CO2 có trong không khí cao hơn, khí CO2 có thể gây những tác dụng ảnh hưởng đến sự sống con người ngoài việc làm giảm nồng độ ô xy mà còn do tính độc của nó.
Khi nồng độ CO2 có ở trong không khí đạt tới 3%, con người cảm thấy khó thở với các triệu chứng buồn nôn, đau đầu.
Khi nồng độ CO2 vượt quá 5% người ta mất định hướng và không còn khả năng thoát ra khỏi vùng nguy hiểm (là khu vực có nồng độ CO2 cao).

Khi ở trong vùng không khí có nồng độ khí CO2 đến 10%, con người có thể ngất bất tỉnh trong vòng 1 phút và bất tỉnh ngay nếu nồng độ này đạt tới 30%.

Với tính độc của khí CO2 như vậy, việc xả khí để chữa cháy tỏ ra rất nguy hiểm nếu trước khi xả, một số người làm việc trong khu vực bảo vệ còn chưa kịp thoát ra ngoài hoặc việc xả khí là ngoài ý muốn (do ấn nhầm nút ấn xả khí, do báo động giả từ các đầu báo cháy hoặc các trục trặc kỹ thuật khác).

Chính vì những lý do đã nêu trên, người ta đã không ngừng nghiên cứu tìm ra các giải pháp thay thế các chất chữa cháy nguy hiểm cho con người và môi trường như các chất khí được sử dụng để chữa cháy đã nêu trên. Một trong các hướng thành công được công ty NOHMI BOSAI LTD. được sử dụng trong các hệ thống NN100 là sử dụng khí Ni-tơ làm chất chữa cháy trong các hệ thống chữa cháy sử dụng khí.

Ni-tơ là một chất khí không màu, không mùi vị và chiếm tới 78% trong không khí xung quanh chúng ta. Khí ni-tơ không gây ra ô nhiễm môi trường hay phá huỷ tầng ozone và đặc biệt không có tính độc đối với con người ngay cả khi nồng độ của nó đã đạt tới mức có thể dập tắt các đám cháy.

Hệ thống NN100 lưu trữ khí ni-tơ trong các bình chứa ở thể hơi do vậy, nó có thể loại trừ hiện tượng tắc nghẽn các đường ống dẫn khí và vòi phun thường gặp ở các hệ thống sử dụng các chất khí được lưu trữ ở thể lỏng do sự hoá băng của hơi nước và chất chữa cháy lỏng.

Khi các chất khí chữa cháy như CO2, Halon1301, FM200 được xả ra để chữa cháy, nó có dạng sương mù màu trắng đục với mật độ dày đặc cản trở quá trình thoát nạn của con người ra khỏi vùng nguy hiểm còn ni-tơ là một chất khí không màu và do đó không ảnh hưởng tới tầm quan sát của con người.

Bảng dưới đây so sánh một số tính chất lý hoá cửa các chất khí thường được sử dụng làm môi chất chữa cháy.

Các hệ thống sử dụng khí để làm chất chữa cháy
Các tính chất NN100 CO2 Halon 1301

Phương pháp dập lửa Làm loãng nồng độ của O2 Giảm nồng độ O2 và làm lạnh ức chế các phản ứng cháy.

Công thức hoá học N2 CO2 CF3Br
Khối lượng phân t 28 44 149
Nhiệt độ sôi °C
(ở áp suất 1,013bar) -196 -78,5 -57,8
Nồng độ thiết kế với đa số trường hợp
(% thể tích) 40,3 34,0 5,0
Lượng chất chữa cháy cần thiết cho nồng độ trên 0,52m3 / m3 0,8Kg / m3 0,32Kg / m3
Tính phá huỷ tầng ozone Không Không Phá huỷ
Nồng độ khí O còn lại sau khi phun O2 12,5% 13,9% 20,0%
Dạng của chất chứa trong bình chứa Hơi Lỏng Lỏng
áp suất làm việc tối đa (Kgf/cm2) 110 110 53
Khả năng nhìn thấy khi đang phun Trong suốt
Sương mù Sương mù dày đặc
Số bình khí cần thiết cho 1 thể tích bảo vệ như nhau 3 1 0,3

Ngoài các tính năng ưu việt kể trên, hệ thống chữa cháy NN100 sử dụng khí ni-tơ để chữa cháy không phức tạp hơn các hệ thống CO2 trong thiết kế và lắp đặt. Mặc dù khí ni-tơ được bảo quản trong bình chứa với áp suất hơn 180 at, van cổ bình của các bình chứa có bộ phận giảm áp cơ học đặc biệt làm cho khí ni-tơ khi đi ra khỏi bình chứa chỉ có áp suất 110at, là áp suất của các hệ thống chữa cháy CO2 thông thường. Điều này cho phép hệ thống NN100 có thể sử dụng đường ống, vòi phun và các thiết bị áp lực khác giống như trong hệ thống sử dụng khí CO2.


2. CẤU HÌNH CỦA HỆ THỐNG NN100 SỬ DỤNG KHÍ NI-TƠ

Nhìn chung, hệ thống chữa cháy NN100 sử dụng khí ni-tơ làm chất chữa cháy về cơ bản cũng giống như các hệ thống chữa cháy sử dụng các chất khí khác.
Những bộ phận chính của 1 hệ thống NN100 gồm : Dàn bình chứa khí Ni-tơ, dàn van chọn, các ống điều khiển F4, vòi phun khí, van an toàn, trung tâm điều khiển, hộp nút ấn, loa báo động, đèn báo xả khí,...


A/ HỆ THỐNG ĐIỂN HÌNH (hệ thống gồm các phần tử tách rời)

2.1. Các bình chứa khí 16,8m3 /83L N2

Các bình chứa khí ni-tơ được điền đầy bởi 16,8m3 (ở 20° C) bởi áp lực lúc nạp khí 24 MPa hoặc 14,0m3 bởi áp lực 20MPa. Mỗi bình khí được lắp loại van cổ bình đặc biệt. Van cổ bình loại này có bộ phận giảm áp cơ học đặc biệt làm cho khí ni-tơ khi được xả ra ngoài có áp suất 10,8 MPa hoặc nhỏ hơn.

2.2 Bình khí điều khiển áp suất cao.

Bình khí điều khiển áp suất cao được dành riêng để mở nhanh các van cổ bình của các bình chứa khí ni-tơ có áp suất cao. Ngoài ra, khí ni-tơ từ bình khí điều khiển này còn có tác dụng điều khiển van cổ bình điều hoà áp suất khí ni-tơ xả ra có áp suất bằng 10,8MPa hoặc nhỏ hơn.
Bình khí điều khiển áp suất cao được nạp đầy bởi 8,2m3 khí ni-tơ (áp suất khi nạp là 10,8MPa ở 40°C).
Mỗi bình điều khiển áp suất cao có thể được dùng để điều khiển tới 175 bình chứa khí ni-tơ chính.

2.3 Van lựa chọn.

Van chọn được sử dụng khi các bình chứa khí ni-tơ được sử dụng chung cho 2 hoặc nhiều hơn các vùng được bảo vệ.
Van chọn mở sẽ cho phép khí ni-tơ được chuyển chính xác vào khu vực cần chữa cháy.
Van chọn hoạt động tự động nhờ áp lực của khí CO2 trong bình khởi động (bình nhỏ) hoặc có thể điều khiển trực tiếp bằng tay.

2.4 Bình khí khởi động 1Kg/2,1L

Bình khí khởi động được sử dụng để mở các van chọn và các van điều khiển cũng như để mở bình khí điều khiển áp suất cao.
Các bình khí khởi động này được mở nhanh bởi các van điện từ và chúng được nạp đầy bởi 1Kg khí CO2.


2.5 Van điện từ.


Các van điện từ được lắp phía trên các bình khí khởi động. Khi hệ thống chữa cháy chỉ gồm duy nhất 1 khu vực bảo vệ, van điện từ được lắp trực tiếp trên bình khí điều khiển áp suất cao. Khi đó không cần thiết các van lựa chọn cũng như các bình khí khởi động.
Van điện từ hoạt động khi nhận được tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều khiển hoặc có thể điều khiển trực tiếp bằng tay.

2.6 Công tắc áp lực

Công tắc áp lực hoạt động bởi áp lực của khí ni-tơ khi xả. Sau đó, các đèn báo xả khí sẽ sáng khi nhận được các tín hiệu từ công tắc áp lực.

2.7 Các van và đường ống điều khiển F4


Các van điều khiển F4 được sử dụng khi các bình khí ni-tơ được sử dụng chung cho hai hoặc nhiều hơn khu vực cần được bảo vệ và số lượng các bình khí ni-tơ cần thiết cho mỗi khu vực là khác nhau.
Các van điều khiển F4 được lắp đặt sao cho chỉ có một số bình chứa khí được mở để cung cấp một lượng khí ni-tơ vừa đử để dập tắt đám cháy tại khu vực cần được bảo vệ.

2.8 Các vòi phun khí.

Các vòi phun khí được lắp đặt để phun khí ni-tơ vào khu vực chữa cháy nhanh và đủ.

2.9 Trung tâm điều khiển.

Trung tâm điều khiển theo dõi và điều khiển sự hoạt động của hệ thống chữa cháy tự động. Trung tâm điều khiển bao gồm các khối điều khiển chức năng, các rơ-le và bộ nguồn cung cấp dự phòng.

2.10 Hộp nút ấn.

Các hộp nút ấn được lắp đặt trong hệ thống chữa cháy NN100 để có thể khởi động hệ thống bằng tay. Các hộp nút ấn này được lắp đặt gần cửa ra vào chính của khu vực cần được bảo vệ.

2.11 Đèn báo xả khí

Các đèn báo xả khí được lắp ở phía trên các cửa ra vào của khu vực cần bảo vệ để báo hiệu rằng khu vực đang được xả khí ni-tơ để chữa cháy.

2.12 Van an toàn.


Van an toàn dùng để bảo vệ đường ống và các thiết bị khác của hệ thống không bị vỡ hoặc rò rỉ khi áp lực trong hệ thống tăng lên một cách bất thường.
Van an toàn thường được lắp trên đoạn ống nối giữa ống góp chung của dàn bình chứa và các van chọn. Van an toàn hoạt động khi áp lực vào khoảng trên 14,7MPa.

2.13 Piston đóng ống dẫn không khí.

Cửa của hệ thống thông không khí của toà nhà dẫn đến căn phòng sẽ tự động được đóng lại bởi hoạt động của piston đóng ống dẫn không khí. Piston này hoạt động được là nhờ áp lực khí ni-tơ khi được xả ra để chữa cháy. Hoạt động này đảm bảo cho khu vực cần được chữa cháy là kín và loại trừ nguyên nhân thất thoát khí ni-tơ cần duy trì để chữa cháy.


B/ HỆ THỐNG TÍCH HỢP SẴN.

Khi chỉ cần thiết kế cho một vùng bảo vệ, thường sử dụng hệ thống mà trong đó tất cả các thiết bị chính bao gồm tủ trong tâm điều khiển, các bình chứa khí, bình khí khởi động, hệ thống ống điều khiển, ống góp, ... đã được đóng gói sẵn trong một vỏ (mỗi “hộp” như vậy được gọi là 1 package). Thiết kế như vậy đảm làm cho hệ thống gọn nhẹ, dễ lắp đặt và giảm được giá thành hệ thống.
Hệ thống chữa cháy sử dụng khí ni-tơ được tích hợp sẵn bao gồm 3 loại hộp :
- Loại hộp A : Trong hộp tích hợp sãn 1 trung tâm điều khiển chữa cháy, 1 bình chứa khí ni-tơ loại 82.5L , 1 bình khí điều khiển áp suất cao loại 5l, ống điều khiển, công tắc áp suất, kim xả điện,... và các thiết bị khác.
- Loại hộp B : Trong hộp tích hợp sãn một bình chứa khí ni-tơ, ống góp và ống điều khiển.
- Loại hộp C : Giống hộp loại B nhưng có thêm một bình điều khiển áp suất cao loại 5l.
Khi không gian bảo vệ rộng, cần nhiều bình chứa khí ni-tơ để bảo vệ, các hộp loại A,B,C có thể được ghép liên tiếp lại với nhau để có nhiều bình chứa hơn. Thông thường chỉ sự dụng 1 hộp loại A được ghép với các hộp loại B,C.
Mỗi bình khí điều khiển áp suất cao loại 5l có thể mở được tối đa 10 bình chứa khí ni-tơ loại 82.5l nên khi ghép liên tiếp các hộp của hệ thống, cứ sau 10 hộp loại B thí cần 1 hộp loại C để có thêm bình khí điều khiển áp suất cao.


3. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NN100

Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ : tự động hoặc điều khiển trực tiếp bằng tay.
Khi có hoả hoạn xảy ra tại khu vực bảo vệ, nếu hệ thống đang được đặt ở chế độ tự động, các đầu báo cháy sẽ phát hiện và truyền tín hiệu báo cháy về trung tâm điều khiển. Còn nếu hệ thống không đặt ở chế độ tự động, người sử dụng có thể mở cửa hộp nút ấn.

Nhận được tín hiệu của các tác động trên, trung tâm điều khiển sẽ điều khiển các loa báo động phát tín hiệu báo động (ở dạng âm thanh báo động hoặc bằng lời nói). Trong thời gian này, tất cả những người làm việc trong khu vực được bảo vệ phải thoát hết ra ngoài.

Khi trung tâm điều khiển nhận được tín hiệu báo cháy từ cả hai đâu báo cháy hoặc người sử dụng ấn nút ấn xả khí, một mạch trễ được khởi động để thẩm định rõ ràng sự cháy đã xảy ra. Thời gian trễ có thể được điều chỉnh khi lắp đặt hệ thống (thường đặt bằng 30s).

Trong thời gian trễ, nếu phát hiện đó là báo động giả hoặc nhầm lẫn trong việc sử dụng nút ấn xả khí, người sử dụng có thể ấn nút ấn "Stop" trong hộp nút ấn hoặc nút "Reset" trên trung tâm điều khiển để ngừng ngay quá trình chuẩn bị xả khí và xác lập lại chế độ giám sát thường trực ban đầu.


Qua thời gian trễ, nếu nút ấn "Stop" không bị ấn hoặc trung tâm điều khiển không bị reset, van điện từ hoạt động để mở các bình khí khởi động. áp lực của khí trong các bình khí khởi động qua các ống điều khiển F4 sẽ làm các van chọn tương ứng với khu vực đang có hoả hoạn mở. Đồng thời áp lực này còn làm mở van cổ bình của bình khí điều khiển áp suất cao.
Khi bình khí điều khiển áp suất cao đã được mở, áp lực 10,8MPa của khí trong bình khí điều khiển áp suất cao sẽ được dẫn tới để mở các van cổ bình của các bình chứa khí ni-tơ chính.

Khí ni-tơ từ các bình chứa theo đường ống và van lụa chọn đã mở được dẫn tới khu vực đang hoả hoạn để dập tắt đám cháy.

Một phần nhỏ khí ni-tơ được dẫn qua ống điều khiển để đóng công tắc áp lực và các cửa thông gió trong căn phòng. Với sự tác động của các công tắc áp lực, các đèn báo xả khí được lắp trên các lối ra vào của khu vực sẽ sáng để cảnh báo đang phun khí trong phòng và ngăn cản không cho con người đi vào trong.

Chữa cháy bằng Nitrogen tuy có tiết kiệm nhưng thật sự nguy hiểm, áp lực quá cao.
FM200, Novec là an tòan nhất.