Chương 1 TỔNG QUAN 1. Cháy và các phương pháp chữa cháy 1. Nguyên nhân hình thành đám cháy Quá trình cháy là những quá trình lý – hóa học phức tạp của phản ứng giữa chất cháy và chất oxi hóa tạo thành sản phẩm cháy. Tương tự như đối với chất cháy khác: gỗ, cao su, vải… quá trình cháy đối với các chất cháy là sản phẩm của dầu mỏ có bản chất là những phản ứng hóa học có tỏa nhiệt và phát sáng.
Để cho cho đám cháy có thể hình thành, nhất thiết phải hội tụ đủ ba yếu tố, đó là: chất cháy, chất oxi hóa và nguồn nhiệt. Trong đó chất cháy ở đây là nhiên liệu: xăng dầu, dung môi hữu cơ. và chất oxi hóa là oxi và nguồn nhiệt [1]. Khi hội tụ đủ ba yếu tố cần thiết nói trên, sự cháy sẽ xảy ra khi ba yếu tố được tiếp xúc với nhau, với điều kiện: - Nồng độ của chất cháy và chất oxi hóa phải ở trong phạm vi nồng độ bốc cháy - Nguồn nhiệt phải đáp ứng được yêu cầu nung nóng được hỗn hợp chất cháy và chất oxi hóa – hỗn hợp cháy tới một nhiệt độ nhất định là nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp.
Để dễ hình dung, sự cháy có thể được mô tả trực quan bằng mô hình dưới đây: Hình 1. Mô hình cháy kiểu tam giác Từ mô hình có thể nhận thấy, khi nhiên liệu cháy được cung cấp một nguồn nhiệt nhất định thì nhiên liệu sẽ được nung nóng và bốc hơi, hơi nhiên liệu kết hợp với O2 có trong không khí với vai trò là chất oxi hóa sẽ tạo thành hỗn hợp chất cháy, đám cháy sẽ xảy ra khi hỗn hợp được cấp nhiệt đến nhiệt độ cháy. Quá trình cháy là phản 3 c ứng oxi hóa giữa chất cháy và O2 sẽ tạo ra nhiệt lượng lớn tiếp tục cấp nhiệt cho quá trình bốc cháy của nhiên liệu cho đến khi hết nhiên liệu. Phân loại đám cháy Ở Châu Âu và Mỹ việc phân định các đám cháy được quy định trong các tiêu chuẩn về sản phẩm bọt chữa cháy BS EN 2 : 1992; NFPA 11, EN 13565-2 như sau [8]: Loại A: Bao gồm các đám cháy vật liệu rắn, các chất hữu cơ tự nhiên, khi cháy thường phát sáng và tạo ra than hồng.
Loại B: Bao gồm đám cháy chất lỏng hay chất rắn hóa lỏng Loại C: Đám cháy khí đốt Loại D: Đám cháy kim loại Cháy điện không có trong hệ thống phân loại này nhưng có trong hệ thống phân loại của Mỹ. Những nguyên tắc chung của việc chữa cháy, đặc biệt liên quan đến chữa cháy bằng bọt, đã được xem xét cho từng loại đám cháy. Đám cháy loại A Đám cháy loại A là những đám cháy có liên quan đến các chất rắn thông thường chứa cacbon hữu cơ như gỗ, vải, giấy, cao su, nhựa. Với các đám cháy như vậy chỉ cần sử dụng nước mà không cần sử dụng thêm các vật liệu khác để dập cháy.
Việc sử dụng nước trong các trường hợp này chủ yếu để làm lạnh, giảm nhiệt các chất rắn dễ cháy nhờ sự bay hơi. Hơi nước sinh ra ngăn cản sự tiếp xúc của vật liệu cháy với oxy ngoài môi trường làm cho đám cháy nhanh được dập tắt. Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao do đó khả năng thâm nhập vào một số vật liệu rắn xốp giảm và làm ẩm chậm vật liệu dễ cháy đặc biệt là các vật liệu có bề mặt kỵ nước. Đám cháy loại B Đám cháy loại B là những đám cháy có liên quan đến chất lỏng dễ cháy, chất rắn hóa lỏng, dầu, mỡ, hắc ín, dầu sơn nhũ và sơn mài.
Sự cháy của chúng xuất hiện hoàn toàn ở trạng thái hơi, trên bề mặt của chất lỏng. Dựa theo mục đích chữa cháy, chất lỏng loại B có thể chia thành 3 loại: - Chất lỏng loại B không tan trong nước điểm bốc cháy cao - Chất lỏng loại B không tan trong nước điểm bốc cháy thấp - Chất lỏng loại B tan trong nước Một vài đám cháy hydrocacbon lỏng điểm bốc cháy cao chẳng hạn như dầu, trong điều kiện kiểm soát tốt có thể dập tắt được chỉ bằng hiệu quả làm mát của nước. 4 c Tuy nhiên, hầu hết những vụ cháy hydrocacbon điểm bốc cháy thấp chẳng hạn như xăng, dầu không thể dập tắt đám cháy nếu chỉ dùng nước, nguyên nhân là do nước thường có khối lượng riêng nặng hơn nhiều so với hydrocacbon lỏng. Do đó, khi dùng nước để chữa cháy, nó ngay lập tức chìm xuống dưới bề mặt nhiên liệu mà không có bất kỳ tác dụng dập cháy nào.
Trong thực tế, việc sử dụng nước để đối phó với các đám cháy này còn có thể làm bề mặt đám cháy tăng và lan rộng đến khu vực khác. Đám cháy loại C Đám cháy loại C là những đám cháy bao gồm khí và khí hóa lỏng. Trong những năm gần đây các loại khí hóa lỏng dễ cháy trở thành một nguồn nhiên liệu quan trọng trong thương mại và công nghiệp. Điểm sôi của các loại khí hóa lỏng khá thấp, do đó trong trường hợp bị đổ thì chúng có thể bị bay hơi nhanh chóng.
Do lượng hơi tạo thành lớn hơn, tính nổi thấp hơn của nguồn hơi lạnh, cho nên sự phát tán của chúng khó giải quyết hơn việc tràn chất lỏng dễ cháy như xăng. Trong điều kiện không có gió, và nơi có mặt đất dốc và có rãnh, nguồn hơi của có thể di chuyển một quãng đường dài. Nguồn hơi khí hóa lỏng được biết đến có thể di chuyển 1500 m từ một hồ bị chảy tràn chất lỏng trong khi duy trì nồng độ vượt quá giới hạn khả năng bốc cháy. Đám cháy loại D Đám cháy loại D là những đám cháy bao gồm những kim loại dễ cháy như Mg, Ti, Zn, Na, K và Li.
Bọt chữa cháy không nên sử dụng với những kim loại phản ứng với nước như Na, K cũng không dùng với những hóa chất khác có phản ứng với nước như Triethyl alumane và phosphorous pentoxide. Những đám cháy kim loại khác được xử lý như đám cháy loại A, nhưng nhìn chung việc sử dụng những phương tiện khác phù hợp hơn bọt hoặc nước. Đám cháy điện Bọt chữa cháy không thích hợp để sử dụng cho đám cháy trên các thiết bị điện được cấp điện. Có thể sử dụng những phương tiện chữa cháy khác.
Đám cháy trên các thiết bị điện nhưng không có dòng điện chạy qua thì được xử lý riêng như đám cháy loại A hoặc B. Các phương pháp chữa cháy Trước khi có sự xuất hiện của bọt chữa cháy thì nước đóng vai trò là một trong những vật liệu chữa cháy thông dụng và phổ biến. Nước mang lại hiệu quả dập cháy tốt khi áp dụng cho các đám cháy thuộc loại A – là đám cháy liên quan đến vật liệu rắn 5 c dễ cháy: như gỗ, cao su, bông sợi… Với các đám cháy này chỉ cần sử dụng nước mà không cần thêm vật liệu khác để dập cháy. Việc sử dụng nước trong các trường hợp này chủ yếu để làm lạnh, giảm nhiệt các chất rắn dễ cháy nhờ sự bay hơi.
Hơi nước sinh ra ngăn cản sự tiếp xúc của vật liệu cháy với oxy ngoài môi trường làm cho đám cháy nhanh được dập tắt. Nước có sức căng bề mặt cao do đó khả năng thâm nhập vào một số vật liệu rắn xốp giảm và làm ẩm chậm vật liệu dễ cháy đặc biệt là các vật liệu có bề mặt kỵ nước. Tuy nhiên, khi áp dụng cho các đám cháy khác, đặc biệt là các đám cháy xăng dầu và các sản phẩm từ quá trình cracking dầu mỏ thì nước hoàn toàn không có khả năng dập cháy được, thâm chí còn làm tăng thêm cường độ, sự lan tỏa của đám cháy. Cụ thể, để dập tắt một đám cháy loại B (chất lỏng dễ cháy, chất rắn hóa lỏng, dầu, mỡ, hắc ín.) thì cần thiết phải có một vật liệu chữa cháy có khả năng chịu nhiệt, hình thành lớp chất chữa cháy bao phủ lên trên bề mặt nhiên liệu.
Tuy nhiên, hầu hết các nhiên liệu hydrocacbon lỏng đều có khối lượng riêng nhỏ hơn 1,0, do đó khi sử dụng nước để dập cháy, nó gần như không có tác dụng giảm nhiệt của đám cháy và cường độ của ngọn lửa bởi vì nước có khối lượng riêng xấp xỉ 1,0 nên nó bị chìm xuống bên dưới bề mặt nhiên liệu này, nguy hiểm hơn là nó có khả năng làm cho nhiên liệu lan nhanh chóng. Do đó, đám cháy phát triển nhanh và rộng hơn. Bột khô như KHCO3 và ure thường được sử dụng để dập tắt các đám cháy loại B, tuy nhiên các sản phẩm này lại không thể bảo vệ, ngăn cản khả năng cháy lại sau khi đám cháy được dập tắt. Ngoài ra, bột cũng không có khả năng lan truyền nhanh trên bề mặt nhiên liệu mà phải dùng tay rắc trực tiếp đến tất cả khu vực cháy, gây ra hạn chế đối với các đám cháy lớn.
Hơn nữa, việc sử dụng bột khô trong các đám cháy đòi hỏi các nhân viên cứu hỏa phải tiếp cận gần với các đám cháy, điều này gây ra sự mất an toàn và nguy hiểm. Do vậy, cần có sản phẩm thay thế trong công tác chữa cháy các đám cháy này [2]. Chất tạo bọt chữa cháy được các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu và được ứng dụng từ năm 1902. Các chất tạo bọt trong thời kỳ đầu tiên được trộn với bột vô cơ trong nước có chứa xà phòng tự nhiên để sản xuất CO2 [3].
Một số bọt khác được chế tạo từ vật liệu protein thủy phân, keratin từ các sản phẩm phụ trong các lò mổ, xưởng làm da, chúng tan trong nước nhờ các phương pháp khác nhau nhưng mục đích đều phá hủy liên kết disulfit [4]. Đối với một số bọt, cô đặc bằng cách trộn protein thủy phân với chất ổn định, chất bảo quản và các muối kim loại như các tác 6 c nhân tạo phức [24, 25]. Những chất tạo bọt là protein tự nhiên; protein động vật hoặc thực vật ngày nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi. Các chất bọt chữa cháy protein được cho thêm chất hoạt động bề mặt được flo hóa tạo thành chất tạo bọt chữa cháy floprotein [5].
Không giống như các chất chữa cháy thông thường khác, chất tạo bọt chữa cháy đóng vai trò làm mát bề mặt nhiên liệu cháy, hạn chế nguồn cấp oxi cho đám cháy thông qua sự bốc hơi của nước do nhiệt độ cao của đám cháy. Chất tạo bọt chữa cháy được sử dụng cho các đám cháy là các chất rắn hoặc các vật liệu lỏng dễ cháy để dập tắt đám cháy đang diễn ra và ngăn chặn sự cháy lại.