1. Chữa cháy khí sạch: Cacbon đioxit (CO)

Khái niệm

Cacbon đioxit hay Đioxit cacbon (các tên gọi khác: Thán khí, anhiđrit cacbonic, khí cacbonic) là một hợp chất trong điều kiện bình thường tồn tại ở dạng khí, bao gồm một nguyên tử cacbon và hai nguyên từ oxy, có công thức hóa học là CO₂ (0 = C = O). Ở dạng rắn, nó được gọi là băng khô, đá khô.

Cacbon đioxit thu được từ nhiều nguồn khác nhau như: sản phẩm thoát ra từ các núi lửa, sản phẩm cháy của các hợp chất hữu cơ và nó cũng được thoát ra từ các hoạt động hô hấp của các sinh vật sống hiếu khí, từ sự lên men và sự hô hấp của tế bào.

Tính chất của Cacbon đioxit có liên quan đến công tác chữa cháy khí

Việc xác định tính chất lý, hóa học có liên quan đến công tác chữa cháy của Cacbon đioxit có ý nghĩa quan trọng trong việc sản xuất thiết bị dụng cụ chữa cháy và việc sử dụng Cacbon đioxit làm chất chữa cháy.

Tính chất lý học của Cacbon đioxit

Cacbon đioxit là một khí không màu, không mùi; khi hít thở ở nồng độ cao tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng. Các hiệu ứng này xuất hiện là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt tạo ra dung dịch yếu của axit cacbonic.

• Tỷ trọng của Cacbon đioxit ở 25°C là 1,98 kg/m³ (Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của Cacbon đioxit so với khối lượng riêng của chất đối chứng, thường là nước).

Cacbon đioxit nặng hơn không khí khoảng 1,5 lần. Do vậy Cacbon đioxit có khả năng tích tụ lại các hố, hoặc các vị trí thấp.

Một số thông số vật lý cơ bản của Cacbon đioxit:

• Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg, °C: -78,48
• Nhiệt độ thăng hoa ở 760 mmHg, °C: -78,48
• Ở 0°c và áp suất 760 mmHg: l kg CO₂ lỏng bằng 509 lít CO₂ khí.
• Cacbon đioxit lỏng khi chuyển thành thể khí sẽ lạnh đi. Sự làm lạnh này rất mạnh, có thể làm lạnh không khí đến -78,9°C.
• Cacbon đioxit có tính dẫn điện rất thấp và có thể sử dụng để dập tắt các đám cháy thiết bị điện có dòng điện chạy qua.

Ở một vài tình huống, việc xả cacbon đioxit có thể sinh ra tĩnh điện.

Tính chất hóa học chữa cháy khí của Cacbon đioxit

Cacbon đioxit là một chất hóa học trơ, vì vậy rất khó tham gia phản ứng hóa học với các chất khác.

• Nhiệt độ cao, Cacbon đioxit phản ứng với chất như: K, Mg, H₂, C

CO₂ phản ứng với Mg xảy ra theo phương trình:

CO ₂ + Mg → MgO + CO

CO + Mg → MgO + C (muội than)

CO₂ + C → 2CO tỏa nhiệt: DH= – 41,2 Kcal

Bổ sung: Fe + CO₂ → FeO + CO

Fe + 5CO → fe ‘s ” s (CO) ₅

Khí CO độc với con người, nồng độ CO lớn có thể dẫn tới nổ. Vì vậy, không dùng CO₂ để chữa cháy các đám cháy than hồng, sát nóng đỏ và các kim loại nhẹ.

• Nồng độ Cacbon đioxit trong không khí có ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Khi cơ thể người hít phải sẽ bị ngạt. Nồng độ của CO₂ có từ 0,04% thì không gây tác hại gì, nồng độ củạ CO₂ có từ (1 – 2)% chưa gây nên những thay đồi rõ rệt trong trạng thái hô hấp, nồng độ của CO₂ có từ 2 – 4% đã bắt đầu có triệu chứng ngộ độc đầu tiên xuất hiện, có từ (4 – 6)% hít thở sâu có tiếng ồn trong tai, tim đập nhanh, thở gấp, đau đầu ù tai, rối loạn trao đổi khí. Nồng độ của CO₂ có từ (6 – 10)% gây đau đầu, chóng mặt, ngất nếu bị tác động đột ngột CO₂ vào cơ thể sẽ gây tử vong. Nồng độ của CO₂ có trên 10% trở lên thì nạn nhân sẽ chết rất nhanh.

Tác dụng chữa cháy khí của Cacbon đioxit

Tác dụng chữa cháy khí chủ yếu của việc chữa cháy khí CO₂ là tác dụng làm loãng.

Khi đưa CO₂ vào vùng cháy, do đặc tính của khí chữa cháy là khí trơ với hầu hết các chất vì vậy không làm tăng cường quá trình cháy, nó không chỉ làm loãng nồng độ chất cháy mà còn làm giảm nồng độ oxy có trong một đơn vị thể tích hỗn hợp xuống thấp hơn giá trị duy trì sự cháy. Do vậy, sự cháy không được duy trì.

Người ta nhận thấy, 1 kg CO₂ ở điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường chiếm một thể tích bằng 509 tít, lượng này đủ để dập tắt đám cháy trong không gian 1 m³. Nồng độ chữa cháy của CO₂ là 34% theo thể tích.

• Ngoài cơ chế làm giảm nồng độ các thành phần tham gia phản ứng cháy, khí CO₂ khi vào vùng cháy cón có tác dụng làm giảm nhiệt độ của vùng cháy.

Khi vào vùng cháy, CO₂ có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường (20 , 30°C) sẽ bị đốt nóng lên gần 1000°C. Như vậy, chúng đã hấp thụ một phần nhiệt lượng của vùng cháy. Lượng nhiệt này có thể xác định theo công thức sau:

Q _CO2 = V _CO2 xr _CO2 x Cp _CO2 x Dt _CO2

Trong đó: – Q_CO2: Lượng nhiệt CO₂ hấp thụ trong vùng cháy, kJ.

• V_CO2^: Thể tích CO₂ được phun vào vùng cháy, m³.
• r_CO2: Khối lượng riêng của CO₂, kg/m³.
• Cp_CO2: Nhiệt dung riêng của CO₂, kJ/kg.°C.
• Dt_CO2: Sự gia tăng nhiệt độ của CO₂, khi phun vào vùng cháy, °C.

Ứng dụng chữa cháy khí của Cacbon đioxit

Cacbon đioxit được sử dụng chữa cháy khí chủ yếu để dập tắt các đám cháy chất lỏng, các đám cháy chất khí, các đám cháy thiết bị điện, các đám cháy trong phòng thí nghiệm, các thiết bị kín các khoang tàu, hầm tàu.

Bình chữa cháy khí dùng khí CO2

Những ưu điểm khi sử dụng  Cacbon đioxit làm chất chữa cháy :

• Do sau khi chữa cháy Cacbon đioxit không để lại dấu vết, không gây hư hỏng thiết bị nên được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm hóa và dược học.
• Giá thành rẻ so với một số chất chữa cháy khác.
• Nạp Cacbon đioxit đơn giản.

Tuy nhiên, khi chữa cháy khí Cacbon đioxit có một số hạn chế sau:

• Cacbon đioxit không dùng để chữa cháy các đám cháy than hồng.
• Cacbon đioxit lỏng tồn tại ở áp suất từ 200 – 300 bar nên cần được bảo quản trong các bình chứa chắc chắn vì vậy làm cho bình chứa có khối lượng lớn, cồng kềnh.
• Hiệu quả chữa cháy của Cacbon đioxit ở những nơi thoáng gió, không gian rộng hoặc ngoài trời không cao.
• Khi nồng độ Cacbon đioxit đủ để dập tắt đám cháy trong phòng kín (34% theo thể tích) thì có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe và tính mạng nếu con người còn ở trong phòng bị cháy.

2. Chữa cháy khí Nitơ (N₂)

Khái niệm

Nitơ là một chất khí tồn tại dưới dạng phân tử, gồm 2 nguyên tử Nitơ liên kết với nhau bởi liên kết 3 đơn cộng hóa trị, có công thức hóa học N₂.

Nitơ được ứng dụng nhiều trong cuộc sống như sản xuất thuốc súng thuốc nổ và trong công tác chữa cháy khí. Nitơ tồn tại ở trong các cá thể sống, các đồ vật, vật thể tồn tại dưới dạng các axit amin, muối… với thành phần nồng độ khác nhau.

Nitơ là thành phần lớn nhất của khí quyền trái đất (78,084 % theo thể tích hay 75,5% theo trọng lượng).

Tính chất lý học chữa cháy khí

• Nitơ là khí không màu, không mùi, không vị, không có tính độc hại với người và môi trường trong điều kiện thường.
• Nitơ hóa lỏng ở -195,8°C và đóng băng ở – 210°C. Khi đóng băng nó trở thành chất màu trắng giống như tuyết.
• Nitơ có tính dẫn điện rất thấp và có thể sử dụng dập tắt các đám cháy thiết bị điện.

• Tính chất hóa học

Ở nhiệt độ thường Nitơ là một chất hóa học trơ, rất khó tham gia phản ứng hóa học với các chất khác. Nitơ chỉ phản ứng với một số chất ở điều kiện đặc biệt.

• Nitơ tác dụng với oxy trong điều kiện có tia lửa hồ quang điện hoặc sét:

N ₂ + O ₂ → 2NO ₂

Ngay sau đó NO sẽ tác dụng với O₂, trong không khí để tạo NO₂ rất độc

2NO Tasu O ₂ → 2NO ₂

• Trong chữa cháy khí, xác suất xảy ra phản ứng của Nitơ với chất cháy rất nhỏ bởi Nitơ ở dạng khí và dễ bay vào môi trường xung quanh.
• Ở nhiệt độ cao, Nitơ phản ứng với H₂

N ₂ + 3H ₂ → 2NH ₂

Tác dụng chữa cháy khí của Nitơ

• Tác dụng chữa cháy khí khí chủ yếu của khí N₂ là tác dụng làm loãng.

Khi đưa N₂ vào vùng cháy, do đặc tính của khí chữa cháy là khí trơ với hầu hết các chất vì vậy không làm tăng cường quá trình cháy, nó không chỉ làm loãng nồng độ chất cháy mà còn làm giảm nồng độ oxy có trong một đơn vị thể tích hỗn hợp xuống thấp hơn giá trị duy trì sự cháy. Do vậy, sự cháy không  được duy trì.

Người ta nhận thấy, 1 kg N₂ ở điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường chiếm một thể tích bằng 800 lít.

• Ngoài cơ chế làm giảm nồng độ các thành phần tham gia phản ứng cháy, khí N₂ khi vào vùng cháy còn có tác dụng làm giảm nhiệt độ của vùng cháy.

Khi vào vùng cháy, N₂ có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường (20 , 30°C) sẽ bị đốt nóng lên gần 1000°c. Như vậy, chúng đã hấp thụ một phần nhiệt lượng của vùng cháy. Lượng nhiệt này có thể xác định theo công thức sau:

Q _N2 = V _N2 xr _N2 x Cp _N2 x _DTN2

Trong đó: – Q_N2: Lượng nhiệt N₂ hấp thụ trong vùng cháy, kJ.

• V_N2: Thể tích N₂ được phun vào vùng cháy, m³.
• r_N2 : Khối lượng riêng của N₂, kg/m³.
• Cp_N2: Nhiệt dung riêng của N₂, kJ/kg.°C.
• Dt_N2 : Sự gia tăng nhiệt độ của N₂ khi phun vào vùng cháy, °C.

Ứng dụng chữa cháy khí khí của Nitơ

Nitơ được sử dụng chủ yếu để dập tắt các đám cháy chất lỏng cháy, chất khí cháy, đám cháy thiết bị điện, các đám cháy trong phòng thí nghiệm, các thiết bị kín, các khoang tàu, hầm tàu.

Hệ thống chữa cháy khí dùng khí nitơ

Nitơ được ứng dụng trong các hệ thống chữa cháy tự động bằng khí, trong đó Nitơ đóng vai trò là chất chữa cháy khí.

Ngoài ra, Nitơ được sử dụng trong hệ thống tạo bọt hòa không khí bằng khí nén để chữa cháy các đám cháy xăng dầu, và chất lỏng khác…

Những ưu điểm khi sử dụng Nitơ làm chất chữa cháy khí:

• Do sau khi chữa cháy Nitơ không để lại dấu vết gì nên được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm hóa và dược học.
• Nitơ là chất chữa cháy do an toàn với môi trường và con người ngay cả khi nồng độ đạt tới mức dập tắt các đám cháy.
• Nitơ là một chất khí không màu nên không làm ảnh hưởng tới tâm quan sát của con người.

Những nhược điểm khi sử dụng Nitơ làm chất chữa cháy khí:

• Nitơ lỏng cần được bảo quản trong các bình có vỏ dày. Tỷ trọng giữa lượng chất chữa cháy bên trong và trọng lượng vỏ bình không tương xứng.
• Hiệu quả chữa cháy khí của Nitơ ở những nơi thoáng gió, không gian lớn hoặc ngoài trời không cao.

3. Chữa cháy khí FM-200

Khái niệm

Khí FM-200 (HFC-227EA) có công thức CF3CHFCF3, tên gọi chất Heptafluoropropane (FM-200 là tên thương mại).

Đây là khí rất an toàn cho cả khu vực xảy ra cháy và không cháy, thân thiện với môi trường

Tính chất của FM-200 có liên quan đến công tác chữa cháy

Tính chất vật lý

Ở điều kiện tiêu chuẩn, FM-200 là một chất khí không màu, không mùi, không dẫn điện.

Nhiệt độ sôi là – 16,4°C.

Nhiệt độ đông đặc là – 131,1C°c

Tính chất hóa học

Tính phá hủy tầng Ozone của FM-200 bằng 0 (không chứa chlorine hay bromine). về mặt độc tính, FM-200 không có độc tính, không gây hại cho con người, không ảnh hưởng đến môi trường, không dẫn điện không làm hư hỏng thiết bị điện tử.

Ứng dụng chữa cháy khí của FM-200

Khí FM-200 là một chất chữa cháy sạch, không để lại đấu vết trên vật dụng, máy móc. Đối với CO₂ hay Argonite, khi phun cần phải di tản người ngay lập tức, nhưng FM-200 rất an toàn. Khi FM-200 được phun ra, con người vẫn có thể thở và tiến hành các biện pháp chữa cháy khí cần thiết. Do đó, FM-200 được sử dụng trong các khu vực phòng điều khiển, xử lý dữ liệu, khoang máy bay, khu các thiết bị y tế, các thiết bị công nghiệp có giá trị cao, thư viện, nhà bảo tàng, phòng trưng bày nghệ thuật, phòng cách âm, khu vực lưu trữ các chất dễ cháy… những khu vực thường xuyên có người.

Khí FM-200 thường sử dụng dưới dạng hệ thống chữa cháy khí tự động. Thiết bị hệ thống chữa cháy khí FM-200 rất đơn giản gồm: bình khí chứa FM, đầu kích hoạt, công tắc áp lực, đầu phun, đường ống, đầu dò khói, và tủ điều khiển. Đầu kích hoạt cho hệ thống có rất nhiều loại như kích hoạt bằng điện, khí, cơ, hoặc bằng điện và cơ, thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

Ưu điểm của hệ thống khí FM-200: Chi phí sử dụng FM-200 rẻ hơn CO₂ do ít thiết bị hơn, an toàn cho người sử dụng hơn và không gây ngạt.

Tổng hợp internet