Nghiên cứu vận dụng biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu

Xăng dầu là nguồn vật tư quí hiếm do nhà nước quản lý, đây là nguồn năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân góp phần thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp, hiện đại hoá đất nước. Thực hiện theo đường lối định hướng phát triển của Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII: “Xây dựng có chọn lọc một số cơ sở công nghiệp nặng trọng yếu và hết sức cần thiết. . .. Hình thành dần một số ngành mũi nhọn như chế biến nông, lâm, thuỷ sản, khai thác và chế biến dầu khí”. Ngành dầu khí của nước ta đã không ngừng phát triển có quan hệ hợp tác với nhiều nước trên thế giới. Trong lĩnh vực khai thác chế biến nguồn tài nguyên thiên nhiên này và bước đầu đã thu được những kết quả tốt đẹp đưa ngành dầu khí trở thành một trong những ngành đứng đầu trong nguồn thu nhập của ngân sách quốc gia. Trong công cuộc đổi mới của đất nước ta hiện nay, cùng với nhịp độ phát triển công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ, ở nhiều nơi trên đất nước ta đã và đang xây dựng các kho xăng dầu hiện đại với các bể chứa có trữ lượng lớn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng dầu ngày càng lớn trong lĩnh vực sản xuất phát triển kinh tế quốc phòng cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình. Bên cạnh những mặt tích cực mà xăng dầu đem lại, thì sự nguy hiểm cháy nổ của nó cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Thực tế cho thấy nền công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ càng phát triển thì số lượng các vụ cháy xăng dầu cũng gia tăng. Các đám cháy xăng dầu càng phát triển nhanh, khả năng cháy lan lớn dễ phát triển thành các đám cháy lớn dẫn đến việc tổ chức dập tắt các đám cháy xăng dầu là hết sức phức tạp và khó khăn gây thiệt hại lớn về người, tài sản ảnh hưởng trực tiếp đến tình hình kinh tế, an ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội. Trên thực tế trong những năm qua trên địa bàn cả nước đã xảy ra một số vụ cháy xăng dầu lớn như: Vào hồi 9h05 ngày 02/11/1993, tại xã Nam Khê thị xã Uông Bí-Quảng Ninh do một đoạn đường ống dẫn xăng dầu chạy qua khu vực cánh đồng lúa thuộc địa bàn xã bị sự cố xăng dầu từ đường ống chảy tràn ra ngoài nhân dân dùng xô, chậu để vét xăng dầu. Do cọ xát phát sinh tia lửa gây cháy toàn bộ khu vực xăng dầu tràn ra làm 46 người chết và 60 người khác bị thương thiệt hại hàng triệu đồng của Nhà nước. Ngày 02/11/93 trở thành ngày đại tang của nhân dân xã Nam Khê. Ngày 26/06/97, cháy xảy ra tại kho xăng dầu K131 Thuỷ Nguyên-Hải Phòng, số lượng xăng 2500m3. Nguyên nhân là do hệ thống chống sét không đảm bảo dẫn đến sét đánh thẳng vào kênh thông gió làm cháy toàn bộ kho và 3 người thiệt mạng. Đứng trước tình hình trên đây cho ta thấy, để bảo vệ an toàn PCCC cho xăng dầu. Các bể chứa xăng dầu nói chung không chỉ tăng cường việc tuân theo các quy định của các quy phạm pháp luật, thành lập đơn vị PCCC chuyên nghiệp, trang bị các phương tiện chữa cháy chuyên dùng mà còn phải tăng cường các biện pháp kỹ thuật như lắp đặt hệ thống chữa cháy tối ưu hiện đại nhằm mục đích chủ động ứng phó kịp thời với mọi tình huống xảy ra cháy nổ. Do đó, mục đích của đồ án này là: “Nghiên cứu vận dụng biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu”.

Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp Lời nói đầu Xăng dầu là nguồn vật tư quí hiếm do nhà nước quản lý, đây là nguồn năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân góp phần thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp, hiện đại hoá đất nước. Thực hiện theo đường lối định hướng phát triển của Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII: “Xây dựng có chọn lọc một số cơ sở công nghiệp nặng trọng yếu và hết sức cần thiết. . Hình thành dần một số ngành mũi nhọn như chế biến nông, lâm, thuỷ sản, khai thác và chế biến dầu khí”. Ngành dầu khí của nước ta đã không ngừng phát triển có quan hệ hợp tác với nhiều nước trên thế giới. Trong lĩnh vực khai thác chế biến nguồn tài nguyên thiên nhiên này và bước đầu đã thu được những kết quả tốt đẹp đưa ngành dầu khí trở thành một trong những ngành đứng đầu trong nguồn thu nhập của ngân sách quốc gia. Trong công cuộc đổi mới của đất nước ta hiện nay, cùng với nhịp độ phát triển công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ, ở nhiều nơi trên đất nước ta đã và đang xây dựng các kho xăng dầu hiện đại với các bể chứa có trữ lượng lớn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng xăng dầu ngày càng lớn trong lĩnh vực sản xuất phát triển kinh tế quốc phòng cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình. Bên cạnh những mặt tích cực mà xăng dầu đem lại, thì sự nguy hiểm cháy nổ của nó cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Thực tế cho thấy nền công nghiệp khai thác và chế biến dầu mỏ càng phát triển thì số lượng các vụ cháy xăng dầu cũng gia tăng. Các đám cháy xăng dầu càng phát triển nhanh, khả năng cháy lan lớn dễ phát triển thành các đám cháy lớn dẫn đến việc tổ chức dập tắt các đám cháy xăng dầu là hết sức phức tạp và khó khăn gây thiệt hại lớn về người, tài sản ảnh hưởng trực tiếp đến tình hình kinh tế, an ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội. Trên thực tế trong những năm qua trên địa bàn cả nước đã xảy ra một số vụ cháy xăng dầu lớn như: Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp Vào hồi 9h05 ngày 02/11/1993, tại xã Nam Khê thị xã Uông Bí- Quảng Ninh do một đoạn đường ống dẫn xăng dầu chạy qua khu vực cánh đồng lúa thuộc địa bàn xã bị sự cố xăng dầu từ đường ống chảy tràn ra ngoài nhân dân dùng xô, chậu để vét xăng dầu. Do cọ xát phát sinh tia lửa gây cháy toàn bộ khu vực xăng dầu tràn ra làm 46 người chết và 60 người khác bị thương thiệt hại hàng triệu đồng của Nhà nước. Ngày 02/11/93 trở thành ngày đại tang của nhân dân xã Nam Khê. Ngày 26/06/97, cháy xảy ra tại kho xăng dầu K131 Thuỷ Nguyên- Hải Phòng, số lượng xăng 2500m 3 . Nguyên nhân là do hệ thống chống sét không đảm bảo dẫn đến sét đánh thẳng vào kênh thông gió làm cháy toàn bộ kho và 3 người thiệt mạng. Đứng trước tình hình trên đây cho ta thấy, để bảo vệ an toàn PCCC cho xăng dầu. Các bể chứa xăng dầu nói chung không chỉ tăng cường việc tuân theo các quy định của các quy phạm pháp luật, thành lập đơn vị PCCC chuyên nghiệp, trang bị các phương tiện chữa cháy chuyên dùng mà còn phải tăng cường các biện pháp kỹ thuật như lắp đặt hệ thống chữa cháy tối ưu hiện đại nhằm mục đích chủ động ứng phó kịp thời với mọi tình huống xảy ra cháy nổ. Do đó, mục đích của đồ án này là: “Nghiên cứu vận dụng biện pháp chữa cháy bằng phun bọt từ dưới đáy bể lên để dập tắt đám cháy trong bể chứa xăng dầu”. Đồ án gồm 3 phần: Phần I : Đặc điểm nguy hiểm cháy nổ kho bể chứa xăng dầu Phần II: Đánh giá hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt. Phần III: Hệ thống chữa cháy cố định phun bọt từ dưới đáy bể lên. Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp PHẦN I : ĐẶC ĐIỂM NGUY HIỂM CHÁY NỔ KHO BỂ CHỨA XĂNG DẦU Ư 1. TÍNH CHẤT NGUY HIỂM CHÁY NỔ CỦA XĂNG DẦU Xăng dầu là chất lỏng mang nhiều tính chất nguy hiểm về cháy nổ, dựa vào mức độ nguy hiểm về cháy nổ như nhiệt độ bắt cháy, nhiệt độ tự cháy. . .của chúng mà người ta phân xăng dầu làm 2 loại: Loại dễ cháy và loại cháy được * Theo tiêu chuẩn Việt Nam. - Loại dễ cháy là loại có nhiệt độ bắt cháy của hỗn hợp hơi xăng dầu và ôxy không khí ở nhiệt độ từ 45 0 C trở xuống như xăng máy bay, xăng ôtô. - Loại cháy được là loại có nhiệt độ bắt cháy của hơi xăng dầu từ 45 0 C trở lên như dầu hoả, dầu mazút, dầu diezen. * Theo tiêu chuẩn Anh-Mỹ. - Chất lỏng dễ cháy là những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 37,8 0 C và có áp suất hơi không quá 27000 at tuyệt đối ở 37,8 0 C. Chất lỏng dễ cháy được phân loại như sau: + Loại IA gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 22,8 0 C và điểm sôi ở dưới 37,8 0 C. + Loại IB gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy dưới 22,8 0 C và điểm sôi trên 37,8 0 C. +Loại IC gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 22,8 0 C và dưới 37,8 0 C. - Chất lỏng cháy được là những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 37,8 0 C. Chúng được phân loại như sau: Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp + Loại II gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 37,8 0 C và dưới 60 0 C . + Loại IIIA gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc trên 60 0 C và dưới 93,3 0 C . + Loại IIIB gồm những chất lỏng có nhiệt độ bắt cháy bằng hoặc lớn hơn 93,3 0 C. Những tính chất nguy hiểm cơ bản về cháy nổ của hơi xăng dầu: Xăng dầu là chất lỏng dễ bay hơi, nhất là điều kiện ở nước ta khí hậu nhiệt đới nóng ẩm thì xăng dầu sẽ bị bốc hơi dù có bảo quản bằng cách nào. Hơi xăng dầu nặng hơn không khí 5,5 lần, khi khuyếch tán vào không khí thường tích tụ lại ở những nơi trũng, khuất gió và bay là là trên mặt đất. Khi tích tụ lại chúng sẽ tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ và cháy khi gặp nguồn nhiệt. Xăng dầu không hoà tan trong nước, tỷ trọng xăng dầu từ 0.7÷0,9 nên khi hoà vào nước chúng nổi trên mặt nước và nhanh chóng lan ra xung quanh với vận tốc V C =20÷30 m/phút. Nhiệt lượng toả ra rất lớn Q=10450÷11250 Kcal/Kg. Khi xăng dầu cháy sẽ ảnh hưởng tới một vùng bán kính rộng lớn, không khí xung quanh bị đốt nóng và nhanh chóng tạo thành những đám cháy mới gây khó khăn cho người và phương tiện tiếp cận gần đám cháy. Qua thực nghiệm cho thấy xăng dầu là chât lỏng có khả năng sinh ra tĩnh điện, xăng dầu gần như không dẫn điện (vì điện trở suất của xăng dầu rất lớn tử 10 12 ÷10 17 Ωm). Trong quá trình bơm rót, xuất nhập, vận chuyển xăng dầu bị xáo trộn mạnh, các phần tử xăng dầu bị ma sát với thành ống thiết bị, vỏ chứa làm sinh ra các điện tích tĩnh điện, các điện tích tích tụ đến một hiệu điện thế đủ lớn khoảng 400v sẽ gây ra hiện tượng phóng tia lửa điện gây cháy hỗn hợp hơi của xăng dầu. Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp Xăng dầu có khả năng tạo thành Sunfua sắt, vì trong sản phẩm của dầu mỏ có chứa một hàm lượng lưu huỳnh nhất định và xăng dầu được bảo quản trong các bể bằng kim loại, vận chuyển trên các đường ống thép. Các Sunfua sắt này áp dụng vào ôxy trong không khí phản ứng ra nhiều nhiệt lượng đủ lớn để gây cháy hỗn hợp xăng dầu. Xăng dầu khi cháy trên bề mặt đều đốt nóng các lớp xăng dầu bên dưới. Đặc biệt ở các bể chứa xăng dầu luôn có lớp đệm nước ở dưới đáy bể, khi bị cháy trong khoảng thời gian nào đó sẽ gây ra hiện tượng sôi trào, phụt bắn ra xung quanh và tạo nên các đám cháy lớn. Xăng dầu có tính độc, nhất là loại xăng pha chì, cho nên khi tiếp xúc với xăng dầu nếu không thực hiện đúng các quy định bảo đảm an toàn lao động sẽ bị nguy hại đến sức khoẻ con người. Như vậy xuất phát từ những tính chất nguy hiểm cơ bản về cháy nổ của hơi xăng dầu và trên cơ sở phân loại chúng theo từng tiêu chuẩn của mỗi quốc gia mà người ta xác định phương pháp, biện pháp chữa cháy khác nhau với những cường độ phun khác nhau. 2. ĐẶC ĐIỂM CHÁY BỂ CHỨA XĂNG DẦU Qua nghiên cứu thực tế các vụ cháy bể chứa xăng dầu trên thế giới và cũng như ở nước ta cho thấy: quá trình cháy bể chứa xăng dầu phức tạp trước hết là sự xuất hiện ngọn lửa tại một điểm nào đó, tiếp đến do quá trình đốt nóng, cháy lớn làm tung mái bể ra ngoài và tiếp tục cháy xăng dầu ở mặt thoáng tự do đó là quá trình cháy hơi xăng dầu bốc lên kết hợp với không khí mà chúng hình thành trên bề mặt xăng dầu. Các dòng hơi xăng dầu vào vùng cháy liên tục nhờ có quá trình bay hơi do sự tác động của dòng bức xạ nhiệt từ vùng cháy đến bề mặt xăng dầu. Khi ôxy cần thiết cho sự cháy tham gia vào vùng cháy từ môi trường xung Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp quanh với không khí và cường độ tham gia vào vùng cháy của nó phụ thuộc vào lực tác động của sự khuyếch tán đối lưu phân tử. Sau khi đã bắt cháy nhiệt độ ở bề mặt xăng dầu tăng lên và đạt đến giá trị xác định, giá trị này thường cao hơn nhiệt độ sôi (Ts) của xăng dầu. Bởi vì quá trình cháy ở lớp bề mặt thường xảy ra :“Sự cháy các chất lỏng và thoát ra nhiều hơn khi cháy”. Do đó quá trình vận động không ngừng của ngọn lửa có sự thay đổi về chiều cao về hình dạng, về màu sắc, về sức nóng mà chúng ta cần khảo sát bởi vì một số vấn đề như cấu trúc hình học, đặc tính hình học của ngọn lửa. Qua nghiên cứu nhiều đám cháy ở bể chứa xăng dầu cho thấy đường kính ở một bể cháy càng lớn thì chiều cao ngọn lửa càng lớn. Chiều cao của ngọn lửa dao động trong khoảng từ 1÷2 lần đường kính bể. Trong thực tế còn cho thấy rằng độ ảnh hưởng của tốc độ gió mà chóp ngọn lửa bị dao động, sự dao động đó tạo cho ngọn lửa có cấu trúc không phải là hình chóp mà là hình trụ đứng có đường kính đáy và chiều cao như mô ta ngọn lửa hình chóp. Sau một thời gian cháy khoảng 15÷20 phút thì thành bể phía trên bị nung nóng và mất khả năng chịu lực và bị biến dạng co móp vào phía trong lòng bể. Khi cháy được 45÷60 phút thì phần thành bể chứa chất lỏng cũng bị mất khả năng chịu lực và biến dạng. Thậm chí có trường hợp bị thủng rách làm cho xăng dầu chảy tràn ra ngoài gây cháy lan to ra phạm vi toàn bộ diện tích của cụm bể . Khi cháy xảy ra ở cụm bể chứa xăng dầu, trong suốt quá trình cháy khối lượng khói toả ra nhiều, nhiệt toả ra rất lớn(10450÷11250Kcal/Kg), cường độ bức xạ nhiệt ra xung quanh cũng rất lớn. Mặt khác, do bể xăng dầu có chứa một lớp đệm nước ở đáy bể nên nếu thời gian cháy kéo dài rất dễ xảy ra hiện tượng sôi trào do lớp đệm nước ở đáy bể sôi làm cho xăng dầu bắn tung toé ra ngoài. Dấu hiệu của sự sôi trào xăng dầu là do những biến động của sự cháy, do chất lỏng va Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp chạm vào thành bể, ngọn lửa sáng rực lên, lưỡi lửa xuất hiện trong ngọn lửa có hình mũi tên. Và cũng theo sự thống kê về công tác PCCC của Liên Xô (cũ) thì có đến 75% số vụ cháy xăng dầu dẫn đến nổ và tuỳ thuộc vào áp suất nổ hỗn hợp có trong bể và tính chất của các cấu kiện xây dựng bể chứa. Mức độ phá huỷ bể chứa phụ thuộc vào cường độ nổ, trạng thái của bể. Nhìn chung qua thực tế người ta thấy thường xảy ra các trường hợp sau: Nắp bể bị phá huỷ, thành bể còn nguyên vẹn, nắp bể có thể bị hất tung ra ngoài, hoặc có thể bị bẹp xuống úp lên bề mặt chất lỏng. Nắp bể còn nguyên vẹn nhưng thành bể bị xé rách, bị thủng làm xăng dầu cháy tràn ra ngoài. Nắp bể và thành bể bị phá huỷ, hư hỏng, xăng dầu chảy tràn ra ngoài. Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp Như vậy, ở mỗi dạng sự cố tạo nên một kiểu đám cháy, song trên thực tế ở nước ta hiện nay hầu hết các bể chứa xăng dầu được lắp đặt hệ thống chữa cháy cố định bọt theo kiểu đường ống dẫn bọt đi từ nguồn xăng dầu và lăng phun bọt được đặt phía trên thành bể. Khi cháy bọt sẽ phun qua vùng cháy và rơi xuống bề mặt xăng dầu đang cháy. Theo phương pháp này, độ tin cậy không cao có thể làm hư hỏng hệ thống lăng phun gắn trên thành bể, đám cháy không được dập tắt và diễn biến phức tạp gây khó khăn cho việc cứu chữa. Do vậy,vấn đề đặt ra là đòi hỏi cơ quan chức năng, các nhà chuyên môn nghiên cứu biện pháp chữa cháy mới nhằm dập tắt đám cháy xăng dầu đạt hiệu quả cao. M B ΠO 4 5 6 7 9 8 3 2 1 10 Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp PHẦN II: ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH PHUN BỌT TRÊN BỀ MẶT. 1. HỆ THỐNG CHỮA CHÁY CỐ ĐỊNH a, Khái niệm: Hệ thống chữa cháy cố định là hệ thống mà toàn bộ các thiết bị và phương tiện dùng để chữa cháy đã được lắp đặt cố định tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. b, Sơ đồ nguyên tắc hệ thống: Trêng §¹i Häc PCCC  §å ¸n tèt nghiÖp Hình1: Sơ đồ nguyên tắc hệ thống chữa cháy cố định phun bọt trên bề mặt. 1- Bể chứa xăng dầu 6- Van chặn 2- Lớp đệm nước 7- Van một chiều 3- Lăng phun bọt ΓΒΠ-600 8- Máy bơm 4- Đường ống dẫn dung dịch 9- Bể chứa chất tạo bọt 5- Đê bao 10- Nguồn nước * Lăng phun bọt có bội số nở cao ΓΒΠ-600 được cấu tạo từ miệng phun ly tâm với đầu nối áp lực 4; vỏ thiết bị 3 có phần điều chỉnh và phần khuyếch tán ống thắt dẫn; ống phun 1; hộp các mạng lưới 2 đặt ở giữa hai phần điều chỉnh và khuyếch tán của vỏ thiết bị mạng phun và vỏ thiết bị nối với nhau bằng các thanh kim loại cong. Dung dịch nước của chất tạo bọt đi qua đầu nối áp lực và miệng phun ly tâm tạo thành dòng các hạt chuyển động trong vỏ thiết bị đẩy không khí ra ngoài qua phần thắt dẫn của vỏ, trong dòng dung dịch bắt đầu có sự luân chuyển của các hạt dung dịch tạo bọt với không khí và tạo bọt trong phần khuyếch tán của vỏ. Áp lực cần thiết để tạo bọt ở miệng phun ly tâm từ 40÷60m.c.n. Hình 2: Thiết bị tạo bọt dạng ΓΒΠ 1- Ống phun 3-Vỏ thiết bị 2-Hộp các mạng lưới 4- Miệng phun ly tâm với đầu nối áp lực 1 2 3 4