اطفا حریق اتوماتیک-مقدمه

       • مقدمه 

       • مبانی

       • انواع خاموش کننده ها

       • دسته بندی های حفاظت

       • هدف از حفاطت

       • پدیده شناسی حریق

       • فرآیند احتراق

       • روش های اطفا حریق اتوماتیک

       • جمع بندی

مقدمه

اطفا حریق اتوماتیک به منظور حفاظت از تجهیزات، اتاق ها یا کل ساختمان ها در برابر حریق به کار می رود. این سیستم ها ساختمان ها را در برابر عواقب ناشی از حریق، با خاموش کردن حریق در مراحل اولیه محافظت می کنند.

مواد خاموش کننده مورد استفاده برای این منظور مایع (آب)، دوفاز (فوم)، جامد (پودر) یا گازی (گاز) هستند. بسته به نوع خاموش کننده اکسیژن یا حرارت از مثلث حریق حذف می گردد. این کار در زمان تخیله تا خالی شدن کامل سیستم صورت می پذیرد. سیستم های خاموش کننده حریق اتوماتیک بر این اساس هماهنگ می شوند و عمل می کنند.

مایع (آب)

امروزه آب به عنوان پرمصرف ترین و پرکاربردترین ماده خاموش کننده می باشد. این ماده در سیستم های مختلفی مانند اسپرینکلر سیستم ها (Sprinkler)، اسپری آب (Water Spray) و سیستم مه (Water Fog) استفاده می شود. فعال سازی سیستم های اسپرینکلر (Sprinkler) عمدتا با تغییرات دمایی یا حساس به دما می باشد. سایر سیستم های اطفا حریق اتوماتیک به طور کلی نیاز به فعال سازی توسط آشکارسازهای حریق می باشند.

دوفاز (فوم)

با استفاده از مولد های مختلف فوم و با افزودن هوای فشرده شده در غلظت های مختلف، می توان گسترده ای از فوم های خاموش کننده را تولید کرد و در مناطق و موقعیت های مختلف به کار برد. باید این نکته ار در نظر داشت که سیستم های خاموش کننده پودر نیز به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا آنها فقط در موقعیت های خاص سودمند هستند.

گازی (گاز)

سیستم های خاموش کننده گاز از گازهای طبیعی یا گازهای خاموش کننده شیمیایی استفاده می کنند. سیستم گازهای طبیعی عمدتا با روش جابجایی اکسیژن کار می کنند. گازهای خاموش کننده شیمیایی به صور فعال در فرآیند احتراق مداخله می کنند. معروف ترین گازهای خاموش کننده شیمیایی هالون ها هستند که به دلایل حفاظت از محیط زیست ممنوع شده اند. البته باید در نظر داشت سازگاری زیست محیطی گازهای خاموش کننده شیمیایی فراتر از بحث این مقاله است.

گازهای خاموش کننده در سیلندرهای تحت فشار نگهداری می گردند. جانمایی سیستم و همچنین نحوه صحیح تخلیه در فشار مناسب به طور قطع در نحوه عملکرد سیستم تاثیر دارد.

برای انتخاب بهترین روش اطفا حریق مناسب، طرح بندی صحیح سیستم و پیکره بندی بهینه سیستم اطفا حریق اتوماتیک در پروژه های صنعتی و ساختمانی نیاز به تجربه و دانش دارد. اگر نیازمندی یک پروژه توسط سیستم برآورده شود، تاثیر حافظت در برابر حریق بسیار بالا و مطابق با اهداف عملکردی خواهد بود.

مبانی

توسعه صنعتی، كه به ويژه در نيمه دوم قرن نوزدهم اتفاق افتاد، مقدار فرآيندهای توليد را ارتقا داد. به جای شرکت های صنایع کوچک، شرکت های صنعتی اکنون محصولات خود را بصورت اتماسیون و با کمک امکانات بزرگ در سالن های تولیدی گسترده تولید می کنند. این فرآیند به طور خودکار منجر به افزایش گسترده خطر آتش سوزی می شود که به دلیل اندازه آنها، دیگر نمی توان از روش های دستی و معمولی استفاده کرد.

پیشگامان این سیستم های خاموش کننده، آسیاب ها بودند که معمولاً در سازه های چوبی ساخته شده و دارای چندین طبقه بودند. در این آسیاب ها، سیستم های لوله کشی بصورت گسترده ای که به هر اتاق منتهی می شدند نصب می شدند. انتهای این لوله ها سوراخ های ساده نصب شده بودند. در صورت آتش سوزی، از طریق این سوراخ ها آب را جهت خاموش کردن تامین می کردند. امروزه، راه حل های مختلف مختلفی وجود دارد که با توجه به عوامل خاموش کننده، مفهوم  و هدف حفاظت از آنها متمایز می شود. با توجه به تحقیقات علمی مبتنی بر این سیستم ها، امروزه سیستم های کارآمدی طراحی شده اند که اطفا حریق سریع را در صورت پیاده سازی مهندسی شده فراهم می کنند. در ادامه ایم مقاله و مفالات بعدی به این نوع سیستم های می پردازیم.

انواع خاموش کننده ها

خاموش کننده های مورد استفاده در امروزه و در سطح بین المللی عوامل زیر هستند:

• آبها
• گازها
• پودر
• فوم

آبی

آب همچنان گسترده ترین و معروف ترین ماده خاموش کننده است. رایج ترین سیستم اتوماتیک با استفاده از آب اسپرینکلر سیستم ها (Sprinkler) می باشد. این سیستم ها تقریباً در تمام زمینه های صنعت، شرکت های بزرگتر تجاری، فروشگاههای بزرگ، گاراژها، مکانهای ملاقات، مدارس، بیمارستانها، هتلها، فرودگاهها و غیره به کار می روند. علاوه بر اسپرینکلر سیستم ها (Sprinkler) ، سیستم های خاموش کننده  اسپری آب (Water Spray) فعال به صورت خودکار نیز به کار می رود. از اواخر دهه 1990، آب در سیستم هایی با فشارهای بالاتر نیز استفاده شد. فشار بالا قطرات کوچکتر تولید می کند. این سیستم ها را به اصطلاح سیستم مه (Water Fog) می نامند. این سیستم ها مانند سیستم های خاموش کننده آب “کلاسیک” کار می کنند با این تفاوت که به میزان قابل توجهی آب کمتری مصرف می کنند. در مقالات بعدی این نوع سیستم با جزئیات توضیح داده خواهد شد.

گازی

طی دهه ها، دی اکسید کربن (CO2) و هالون تقریباً تنها گازهای خاموش کننده شناخته شده بودند. در نتیجه پروتکل مونترال 1987، هالون به عنوان گاز خاموش کننده منع شد و صنعت راه حل های جایگزین را ارایه داد. این امر منجر به استفاده از سایر گازهای طبیعی به عنوان مواد خاموش کننده شد. امروزه نیتروژن (N2) و آرگون (Ar) مهمترین گازهای خاموش طبیعی به غیر از CO2 هستند. علاوه بر این، ترکیبات این سه گاز طبیعی نیز موجود است.

سایر گزینه های گازهای شیمیایی برای هالون ها توسعه یافته اند. مهمترین گروه گازهای خاموش کننده شیمیایی که برای لایه ازون مضر نیستند، کلروفلوئوروکربنها (CFC) هستند که معروف ترین نماینده آنها HFC-227ea است. اخیراً، ماده خاموش کننده مواد شیمیایی Novec 1230 نیز تولید شده است. این گازها نه تنها لایه ازون را از بین نمی برند بلکه به اثر گلخانه ای هم کمک نمی کنند.

فوم

سیستم های خاموش کننده پودر به دلیل آسیب قابل توجهی مانند (خوردگی!) به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند. سیستم های خاموش کننده فوم برای محافظت از انبار های مواد شیمیایی و انبارهای مخزن به طور گسترده ای استفاده می گردند.

دسته بندی های حفاظت

در انواع دسته بندی حفاظت در برابر حریق بین حفاظت از ساختمان، محافظت از اتاق و محافظت از تجهیزات تمایز قایل می شوند. حفاظت از ساختمان محافظت كامل از كل ساختمان است، در حالی كه محافظت از اتاق، با اتاق های جداگانه ای كه توسط اقدامات ساختاری حفاظت در برابر حریق از هم جدا می شوند، سروكار دارد. این اتاق ها معمولاً حاوی تجهیزات بسیار با ارزش هستند. محافظت از تجهیزات به طور جداگانه از تجهیزات فردی، مانند ماشینهای صنعتی که در سالن های بزرگ یا بیرون از خانه ساخته می شوند، محافظت می کند.

حفاظت از ساختمان تقریباً همیشه توسط آب حاصل می شود (معمولاً با  اسپرینکلر سیستم ها)، در حالی که گازهای خاموش کننده مخصوصاً برای اهداف محافظت در اتاق مناسب هستند. در حفاظت از تجهیزات، در حال حاضر فقط یک گاز – دی اکسید کربن – می تواند به عنوان جایگزینی برای آب یا فوم مورد استفاده قرار گیرد. دی اکسید کربن از هوا سنگین تر است و می تواند کل ناحیه اطفا را در بر بگیرد.

هدف از حفاظت

به طور کلی، اهداف حفاظت در برابر حریق به دو شکل زیر است:
• اطفای حریق
• سرکوب حریق
مانند اکثر سیستم های خاموش کننده آب، هدف سیستم های اسپرینکلر سرکوب حریق هستند. این بدان معنا نیست که آنها همیشه قادر به خاموش کردن حریق هستند. آنها می توانند تا زمانی که آتش نشان برسد حریق را کامل خاموش کنند یا از گسترش حریق به مرحله Flash-Over جلوگیری کنند. از طرف دیگر ، هدف سیستم های خاموش کننده گاز در واقع اطفا هرگونه حریق در منطقه حفاظت است.

پدیده شناسی حریق

هدف از این بخش ارائه بررسی عمیق از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی است، به طور خاص با نگاه به احتمالات مختلف اطفا حریق.

مثلث حریق

به طور کلی حریق جهت تشکیل شدن به سه مولفه زیر دارد:

• گرما (یا به عبارت کلی تر انرژی)

• اکسیژن

• ماده سوختنی

فقط یک یا دو مورد از این مؤلفه ها برای ایجاد حریق کافی نیستند و حضور هر سه مولفه، باعث یک واکنش شیمیایی معروف به حریق می شوند. از نظر شیمی، ماده سوختنی و اکسیژن مواد اولیه ای هستند که تنها تحت تأثیر گرما واکنش نشان می دهند و به فرآورده های حریق تبدیل می شوند و انرژی  آزاد می کنند. حریق نتیجه این روند گرمازایی (= تولید گرما) است.

این مولفه ها را می توان به شرح زیر توصیف کرد:

• گرما: انرژی ناشی از احتراق، سطوح داغ یا مواد در حال سوختن.
• اکسیژن: بخشی جدایی ناپذیر از هوای محیط، با غلظت تقریبی 21٪ در هر حجم از جو.
• ماده سوختنی:

• سوختهای جامد مانند چوب، کاغذ، مواد مصنوعی، یعنی کلیه مواد حاوی کربن.

• سوختهای مایع مانند الکل، پیشرانه‌ها، به ویژه همه هیدروکربنهای مایع.

• سوختهای گازی مانند هیدروژن، بوتان، پروپان، یعنی همه هیدروکربنهای گازی و تعدادی از گازهای دیگر مانند دی سولفید کربن (CS2) یا آمونیاک (NH3).

مراحل واکنش مشخص تجزیه به صورت متوالی اما تا حدودی به موازات مراحل واکنش سنتز (ترکیبی از اتمهای منفرد به مولکولهای جدید) اتفاق می افتد. این فرآیند به اصطلاح واکنش زنجیره ای هسته اصلی حریق است. این زنجیره توسط سه جزء گرما، اکسیژن و سوخت تشکیل می شود و تا زمانی که هر سه مؤلفه وجود داشته باشد حفظ می شود. فرآیند احتراق همیشه گرمازا است، بنابراین گرما تولید می کند. این یکی از دلایل پویایی حریق است. حریق به طور مداوم رشد می کند زیرا اکسیژن و سوخت در آغاز روند تقریباً به صورت نامحدود در دسترس هستند. در تایید این حرف در شکل زیر می توانید نمودار پیشرفت حریق بر اساس استاندارد NFPA را مشاهده کنید.

فرآیند احتراق

احتراق (Combustion) یک فرآیند اکسیداسیون شیمیایی سوخت با هوای محیط است. فرآیند اکسیداسیون را می توان به سه فرآیند مختلف تقسیم کرد.

بسته به نوع و ماهیت احتراق، این فرآیندهای مختلف را می توان به شرح زیر تشخیص داد:

• سوختن و دود کردن (Smoldering Fire)، تجزیه مواد تحت تأثیر گرما
• حریق با تابش (Glowing Fire)، با سوخت ضعیف و بدون شعله آتش
• حریق شعله ور (Open Fire)

بسته به وضعیت فیزیکی مواد قابل اشتعال، انواع مختلفی از حریق ممکن است ایجاد شود. شکل زیر این ارتباطات را با روشی دقیق تر نشان می دهد.

روش های اطفا حریق اتوماتیک

مطابق با سه مؤلفه مثلث حریق، سه اصل اساساً متفاوت درباره چگونگی اطفا حریق وجود دارد. هر یک از این روش های یکی از سه مؤلفه مثلث حریق را هدف قرار می دهد.

حذف سوخت

حریق زمانی خاموش می شود که تمام ماده سوختی که هنوز سوخته نشده است از منبع گرما حریق جدا شود. از آنجا که ماده سوختنی در بیشتر موارد به طور خودکار قابل حذف نیست، استفاده از این روش معمولاً در سیستم های خاموش کننده اتوماتیک بی فایده است. حتی حذف دستی سوخت از حریق در اکثر موارد غیرممکن است.

حذف گرما

کاهش دما در مرکز حریق فرآیند احتراق را متوقف می کند و حریق را خاموش می کند. این کار بصورت کلاسیک با آب انجام می شود. هنگامی که آب به مرکز حریق رسید، به دلیل گرما تبخیر می شود. اما از آنجا که فرآیند تبخیر گرمای زیادی (انرژی) را جذب می کند، گرما از آتش خارج می شود. در صورت وجود آب کافی، اثر خنک کننده حاصل شده منجر به از کارافتادگی روند احتراق می شود.

حذف اکسیژن

کاهش غلظت اکسیژن در نزدیکی مرکز حریق فرآیند احتراق را به دلیل کمبود اکسیژن متوقف می کند. غلظت اکسیژن در هوا %20.9 است. اگر این غلظت به زیر %13 کاهش یابد، فرآیند احتراق با بیشتر سوخت ها متوقف می شود.

سیستم های خاموش کننده اتوماتیک که با گازهای طبیعی CO2 و N2، آرگون یا مخلوط های این گازها کار می کنند، از این روش اطفا حریق استفاده می کنند. هوا و بنابراین اکسیژن تا حدی توسط گاز خاموش کننده جابجا می شود. این فرآیند به عنوان “پوشاندن (Blanketing)” شناخته می شود. در نظر داشته باشید که این گازها نمی توانند با ماده سوختی واکنش نشان دهند.

علیرغم اینکه این روش تا حد زیادی بی ضرر است، تخلیه ناحیه اطفا حریق لازم است. فعال سازی فرآیند اطفا حریق برای مردم بسیار پر سر و صدا و ناآشنا است و این ممکن است باعث واکنش های اظطرابی و وحشت شود. علاوه بر این، حریقی که قرار است اطفا شود از خود گازهایی ایجاد کرده است، که ممکن است خطرناک باشند. تجهیراتی که در ناحیه اطفا سست هستند ممکن است در اثر تخلیه گاز جابجا گردند و همچنین ممکن است این جابجایی باعث آسیب آنها شود.

اما آیا گاز CO2 هم بی ضرر است!

جزئیات فوق در مورد بی ضرر بودن گاز CO2 صادق نیست. این گازها در حال حاضر برای افراد با غلظت تقریبا %5 مضر است. این اثر هیچ ارتباطی با کاهش سهم اکسیژن در هوا ندارد. این اثر مربوط به سمی بودن گاز CO2 می باشد. از آنجا که غلظت های حداکثر 50٪ برای اطفا حریق استفاده می شود، ماندن در ناحیه اطفا حریق کشنده می باشد.