Hệ thống chữa cháy sprinkler
Hệ thống chữa cháy sprinkler là hệ thống chữa cháy phổ biến nhất hiện nay, giá thành rẻ hơn so với các thống chữa cháy khí. Hệ thống sprinkler phù hợp thi công lắp đặt chữa cháy cho các tòa nhà cao tầng, nhà xưởng, công trình,…
Hệ thống sprinkler là gì?
Hệ thống sprinkler (Sprinkler system) là hệ thống phun xả nước chữa cháy bằng đầu phun sprinkler (vòi phun nước), đầu phun sprinkler luôn kin và ở chế độ thường trực, các đầu phun chỉ làm việc khi nhiệt độ môi trường tại đó đạt đến một giá trị kích hoạt nhất định. Vì vậy hệ thống sprinkler chỉ có khả năng chữa cháy theo điểm (chữa cháy cục bộ) trên một diện tích bảo vệ nhất định.
Nước và các tính chất của nước
Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hiđrô, có công thức hóa học: H2O (H – O – H).
Tính chất lý học của nước
- Nước là một loại chất lỏng không màu, không vị, không mùi
- Các thông số vật lý của nước:
- Nhiệt độ đóng băng: 0°c
- Nhiệt độ sôi của nước ở áp suất 760 mmHg: 100°c
- Khối lượng 1 lít hơi nước bão hòa ở 100°c và 760 mmHg: 0,6kg
- Khối lượng riêng: 1000 kg/m3
- Nhiệt dung riêng của nước: 1 kcal/kg.độ (4,17 kJ/kg.độ)
- Sức căng bề mặt ở 20°c khi tiếp xúc với không khí ẩm: 7,25.10-3 N/m
- Nhiệt hóa hơi của nước: 2260 kJ/kg
- Tính dẫn điện: Nước tinh khiết (nước cất) hầu như không dẫn điện, tuy nhiên nước thường đùng để chữa cháy có độ dẫn điện đáng kể. Nguyên nhân là do trong nước có chứa một luợng chất hòa tan và tạp chất.
Trong chữa cháy, nước được sử dụng trong các trường hợp
- Đối với các đám cháy vật liệu như gỗ, tre, rơm rạ . cốt ép, vải sợi… nước được phun dưới dạng tia nước, tia nước phân tán.
- Đối với các đám cháy dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao hơn 80°c, nước được phun dưới dạng sương mù.
- Đối với đám cháy các thiết bị điện đã được cắt điện và khử điện lưu (nếu có), nước được phun dạng tia nước phân tán hoặc sương mù.
- Đối với các đám cháy giếng phun dầu khí, nước được phun dưới dạng tia nước.
- Nước được sử dụng để làm mát cán bộ chiến sĩ, cấu kiện xây dựng; để pha chất tạo bọt.
Nguyên lý chữa cháy của nước
Dập tắt đám cháy là kết quả của nhiều tác dụng đồng thời như tác dụng làm lạnh, tác dụng làm loãng hồn hợp cháy của hơi nước, tác dụng cách ly…Song tác dụng chữa cháy chủ yếu của nước là tác dụng làm lạnh.
Đặc điểm của hệ thống chữa cháy nước sử dụng đầu phun sprinkler
Hệ thống chữa cháy sprinkler được sử dụng để bảo vệ các cơ sở có mức độ nguy cơ cháy thấp và trung bình. Đặc điểm chính của hệ này là trong đường ống luôn chứa đầy nước và được duy trì ở một áp lực nhất định theo tiêu chuẩn áp lực nước chữa cháy (áp lực đó có thể được duy trì bằng bơm bù hoặc bể nước có khí nén).
Ưu điểm và nhược điểm của nước khi sử dụng để chữa cháy
Ưu điểm:
- Nước có khả năng hấp thụ nhiệt lớn, dẫn đến làm ga nhiệt độ của đám cháy nhanh.
- Về phương diện hóa học, nước là một chất tương đối trơ đối với các điều kiện của phần lớn các đám cháy thông thường (không bị phân tích, không tham gia phản ứng với chất cháy hoặc chất oxy hóa).
- Nước có môi trường trung tính, không độc.
- Có thể sử dụng nước để kết hợp với các chất chữa cháy khác.
- Có thể phun vào đám cháy ở khoảng cách xa mà cán bộ chiến sỹ không thể tiếp cận gần được.
- Nước có ở hầu hết mọi nơi, giá thành thấp.
- Nước có thể dễ dàng lấy ở các ao, hồ để chữa cháy
Nhược điểm:
- Nước có thể gây hư hỏng cho một số đồ đạc, tài sản, máy móc trong khi chữa cháy.
- Đối với nhiều chất có khả năng hút nước mạnh, khi phun nước vào trọng lượng của chúng có sẽ tăng lên, có nguy cơ làm sập sàn nhà.
- Sử dụng nước để chữa cháy các sản phẩm cao su, than nâu, bông vải sợi hiệu quả thấp vì nước không thấm hoặc khó thấm vào chất cháy do sức căng bề mặt lớn.
- Khi chữa cháy chất cháy lỏng trong bể chứa, sử dụng tia nước mạnh có thể gây trào và bắn tung chất lỏng cháy ra ngoài, gây cháy lan.
- Đối với đám cháy các chất cháy dạng bụi, khi chữa cháy không nên phun nước dưới dạng tia nước. Dưới tác động của tia nước đặc, bụi đang cháy bị sới túng lên, tạo điều kiện cho đám cháy phát triển lớn hơn. Do vậy, khi chữa các đám cháy dạng này nên điều chỉnh các lăng phun nước dưới dạng phun mưa hoặc phun sương .
- Khi chữa cháy các vật nóng đỏ trong phòng kín, việc phun nước vào có thể gây bỏng cho chiến sỹ chữa cháy do tạo thành hơi nước nóng mạnh đột ngột.
- Khi chữa cháy các chất kim loại kiềm, kiềm thổ, axit sunphuaric, có thể gây nổ do nước tác dụng với các hóa chất là kim loại kiềm dẫn đến giải phóng khí H2 có thể gây nổ.
- Khí chữa cháy các đám cháy có Ti, TiO2 xúc tác cho phản ứng phân hủy giải phóng H2 có thể gây nổ. 2H2O → 2H2↑ + O2↑
- Đối với các đám cháy thiết bị điện, nếu điện chưa được cắt, khi phun có thể dẫn đến điện giật gây nguy hiểm cho người trực tiếp cầm lăng chữa cháy.
Phân loại hệ thống chữa cháy sprinkler
Hệ thống Ướt: Là hệ thống chữa cháy sprinkler kín, tự động được gắn vào đường ống dẫn gắn trên mái và đã có sẵn nước, đường dây đó nối kết với nguồn nước, do đó nước sẽ phun ra ngay tức khắc khi nhiệt độ đầu phun sprinkler vượt quá ngưỡng do nhiệt từ đám cháy phát ra.
Hệ thống Khô: Là hệ thống chữa cháy tự động kín được gắn vào đường ống, khác với ướt thì trong đường ống khô lại chứa không khí hoặc nitrogen, nó được duy trì bởi áp lực từ đầu sprinkler, nhờ đó khi sprinkler được kích hoạt, khí tại bên trong đường ống tràn ra và nó cho phép áp lực nước để mở dry pipe valve. Từ đó mà nước từ nguồn cung cấp có thể chảy vào đường ống rồi phun nước chữa cháy qua các sprinkler.
Hệ thống xả tràn: Là hệ thống pccc dụng đầu sprinkler hở có kết nối với một nguồn nước, qua một van xả mà van đó sẽ được mở sau khi kích hoạt hệ thống báo cháy, bộ phận báo cháy này được lắp đặt cùng chỗ với nơi đặt đầu sprinkler. Vì thế sau khi van này mở, nước lập tức chảy vào đường ống dẫn sau đó phun nước ra qua tất cả các sprinklers đã được lắp đặt trong căn hộ.
Hệ thống kích hoạt trước: Là hệ thống chữa cháy tự động có các đầu sprinklers kín tự động được kết nối với đường ống, trong đường ống đó có chứa không khí, tùy loại mà có thể có hoặc không có áp lực nước, ngoài ra nó còn có bộ báo cháy được bổ sung để lắp đặt cùng một chỗ với nơi đặt đầu sprinkler. Ngay khi bộ phận báo cháy được kích hoạt, thì nó sẽ mở van nước để nước chảy vào đường ống nhanh chóng rồi ngay lập tức phun nước ra thông qua các sprinkler đã kích hoạt để dập tắt lửa kịp thời.
Thành phần hệ thống chữa cháy Sprinkler
Một số thành phần cơ bản của hệ thống
– Trung tâm điều khiển
- Trung tâm điều khiển có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ các công tắc áp lực đưa về để điều khiển hoạt động của hệ thống.
- Do đặc điểm làm việc của hệ thống sprinkler không sử dụng hệ thống báo cháy nên trung tâm điều khiển không có sẵn các thiết bị báo động báo các trạng thái làm việc của hệ thống. Trong trung tâm thường có phần nguồn; phần tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ thiết bị mở máy; phần tạo tín hiệu báo trạng thái làm việc của máy nén khí, các máy bơm chữa cháy; phần rơle khởi động các máy bơm chữa cháy, máy nén khí; phần hiển thị một số công năng của hệ thống.
– Đầu phun sprinkler
- Vòi phun của hệ thống thực hiện đồng thời hai chức năng vừa là cảm biến nhiệt vừa là vòi phun nước chữa cháy. Đối với hệ thống sprinkler thì vòi phun kín là bộ phận nhạy cảm với nhiệt độ và chỉ phun nước khi nhiệt độ của môi trường đạt một giá khi nhất định, người ta phân bố chúng theo tuyến ống và số lượng đã quy định trên một diện tích thiết kế
– Máy bơm chữa cháy
- Máy bơm chữa cháy có nhiệm vụ cung cấp nước chữa cháy cho các vòi phun sprinkler thông qua đường ống khi hệ thống chữa cháy làm việc.
- Trong hệ thống chữa cháy tự động sprinkler có hai loại bơm được sử dụng là: bơm chữa cháy động cơ điện và bơm chữa cháy động cơ xăng hoặc diezel.
– Máy bơm bù (bơm duy trì áp lực)
- Bơm bù có nhiệm vụ duy trì áp lực nước làm việc trên toàn bộ đường ống cấp nước chữa cháy cho đầu sprinkler.
- Bơm bù được điều khiển tự động từ trung tâm điều khiển hệ thống chữa cháy tự động thông qua sự làm việc của công tắc áp lực khởi động bơm bù.
- Bơm bù thường là các bơm điện, hầu như không sử dụng bơm bù động cơ xăng hoặc diezel.
– Cụm van kiểm tra báo động
Cụm van kiểm tra báo động có nhiệm vụ:
- Cho dòng nước chảy qua khi các hệ thống làm việc.
- Tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm điều khiển khi hệ thống chữa cháy.
- Kiểm tra áp lực làm việc bình thường của hệ thống.
Về nguyên lý làm việc: van kiểm tra mở máy phát tín hiệu nhờ có sự liên kết với các đường ống mà ở đó đặt các van khóa vòi nước, các thiết bị đo và thiết bị tín hiệu.
– Công tắc áp lực
Công tắc áp lực có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điện truyền về trung tâm điều khiển khi áp suất trong đường ống cứu hỏa giảm xuống một giá trị nào đó, giá trị này thay đổi tùy theo từng vị trí lắp đặt công tắc áp lực.
(hình ảnh sơ đồ, thiết bị hệ thống)
Nguyên lý hoạt động của hệ thống sprinkler
- Bình thường trong hệ thống đường ống luôn được duy trì trong một áp lực làm việc nhất định, áp lực này có được là do bơm bù tạo ra. Do điều kiện khách quan, luôn luôn có sự thất thoát nước từ hệ thống đường ống về nguồn cấp nước do độ kín của các van. Khi đó áp lực trong hệ thống sẽ giảm chậm đến giá trị ngưỡng áp lực khởi động của công tắc áp lực điều khiển bơm bù làm việc tạo tín hiệu điện truyền về tủ trung tâm điều khiển, trung tâm điều khiển sẽ điều khiển các rơle cấp điện cho bơm bù hoạt động bù vào lượng nước bị hao hụt trên đường ống, đồng thời tạo ra tín hiệu báo chế độ làm việc của bơm bù. Khi áp suất trong đường ống cứu hỏa đạt đến giá trị áp lực làm việc ban đầu, công tắc áp lực đạt ngưỡng ngắt, tạo tín hiệu điện truyền về trung tâm điều khiển và qua các rơ le sẽ cắt nguồn điện cung cấp cho bơm bù, bơm bù tự ngắt.
- Khi nhiệt độ tại nơi có cháy tăng lên và đạt đến ngưỡng cố định, hệ thống chữa cháy tự động sprinkler sẽ được kích hoạt và nước trong đường ống dưới áp lực sẽ phun vào đám cháy, khi đó bơm bù làm việc. Do lưu lượng chữa cháy lớn, áp lực trong hệ thống giảm rất nhanh, bơm bù làm việc nhưng không bù đủ lượng nước chữa cháy, nên áp lực trong đường ống tiếp tục giảm. Khi áp suất trong đường ống cứu hỏa giảm đến mức ngưỡng làm việc của công tắc áp lực điều khiển bơm chữa cháy, khi đó công tắc áp lực của máy bơm chữa cháy sẽ làm việc, thông qua trung tâm điều khiển sẽ khởi động máy bơm chữa cháy hoạt động tiếp tục cấp nước cho hệ thống chữa cháy. Đồng thời, trung tâm điều khiển sẽ điều khiển rơle ngắt điện bơm bù, máy bơm bù sẽ không làm việc. Song song đó, trung tâm điều khiển cũng phát các tín hiệu báo động và báo trạng thái làm việc của các bơm.
- Trong trường hợp máy bơm chữa cháy chính không hoạt động vì hư hỏng thì sau một thời gian nhất định, trung tâm điều khiển chữa cháy tự động sẽ điều khiển rơle khởi động máy bơm chữa cháy dự phòng hoạt động cung cấp nước cho quá trình chữa cháy
Sau khi chữa cháy xong cần phải tắt bơm, thay các vòi phun đã được kích hoạt, bảo dưỡng các thiết bị chính và đưa hệ thống về trạng thái trực.
Ứng dụng của hệ thống chữa cháy sprinkler
Hệ thống chữa cháy sprinkler thường được lắp đặt cho các tòa nhà, khu chung cư, kho bãi,… các đám cháy thuộc lớp A liên quan đến các vật liệu như: gỗ, giấy, vải, rác và vật liệu thông thường khác
Các tiêu chuẩn thiết kế của hệ thống Sprinkler
- NFPA 13: Tiêu chuẩn thiết kế và tiêu chuẩn lắp đặt đầu phun sprinkler và hệ thống sprinkler
- NFPA 13D: Lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động sprinkler trong nhà ở một và hai gia đình và khu nhà sản xuất
- NFPA 13R: Lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động sprinkler trong khu dân cư với chiều cao bốn tầng trở lên
- NFPA 20:Tiêu chuẩn cho việc lắp đặt máy bơm cố định
- Bộ tiêu chuẩn TCVN 6305 (ISO 6182) Phòng cháy, chữa cháy-Hệ thống chữa cháy nước Sprinkler tự động
- Tiêu chuẩn 7336-2003-Hệ thống chữa cháy tự động sprinkler.
- TCVN 5040 – 1990: Thiết bị phòng cháy và chữa cháy – Kí hiệu hình vẽ dùng trên sơ đồ phòng cháy – Yêu cầu kĩ thuật
- TCVN 5760 – 1993: Hệ thống chữa cháy – Yêu cầu chung về thiết kế, lắp đặt và sử dụng
Cách tính toán hệ thống chữa cháy nước sử dụng đầu phun sprinkler
Nước được phun ra qua đầu phun sprinkler, hệ số K là con số chỉ định được đưa ra để thể hiện đặc tính thủy lực của đầu phun này. Đường kính và các đặc tính thủy lực của lỗ phun này quyết định dòng chảy và áp suất tại vòi phun
Lưu lượng sản phẩm được tính bởi công thức sau:
q = k*p1/2
Trong đó:
- q là lưu lượng dòng chảy
- k là hệ số phun
- p là áp lực
Chúng ta cũng có thể viết lại công thức này ở các dạng sau:
k = q/p11/2
Hoặc:
p = (q/k)2
** Lưu ý khi sử dụng nước chữa cháy
Xem nhược điểm chữa cháy bằng nước để biết cách sử nước chữa cháy sao cho phù hợp