سیستم اطفاء حریق گازی CO2

در این مقاله به معرفی و بررسی سیستم اطفاء حریق گازی CO2 به صورت تخصصی پرداخته شده است.

گاز CO2 چیست؟

گاز CO2 که با اسامی گاز دی اکسید کربن، گاز کربن دی اکسید، گاز کربنیک نیز شناخته می شود از اتم های کربن و اکسیژن تشکیل شده است. این گاز در اثر سوختن مواد آلی مثل زغال سنگ، تنفس جانوران و … به دست می آید.

 

تاریخچه

این گاز در سال 1960توسط شیمیدانی به نام ون هلمونت تشخیص داده شد. او مشاهده کرد که توده خاکستر باقی مانده از چوب زغال سنگ پس از سوختن، کمتر شده است و این موضوع را این گونه تفسیر کرد که احتمالا بقیه چوب زغال سنگ به یک ماده نامرئی تبدیل شده است. دی اکسید کربن در سال 1823 توسط فارادی و همکارش به شکل مایع تبدیل شد. در سال 1835پس از باز کردن یک کانتینر حاوی دی اکسید کربن مایع تحت فشار، شکل جامد دی اکسید کربن نیز مشاهده شد.

 

خواص

این گاز جز گاز هایی دسته بندی می شود که بی رنگ و بی بو هستند. البته ذکر این نکته هم ضروری است که گاز دی اکسید کربن در غلظت های بالا بوی تند و اسیدی دارد. این گاز از هوا سنگین تر است به همین دلیل اگر در یک محیط انتشار پیدا کند در پایین ترین قسمت ممکن قرار می گیرد. تنفس این گاز توسط انسان، باعث ایجاد احساس تنگی نفس می شود که در صورت تداوم ممکن است باعث خفگی شود. گاز CO2 برخلاف گاز اکسیژن که به شعله ور شدن آتش کمک می کند، نه تنها غیرقابل اشتعال است بلکه باعث خفه شدن شعله آتش نیز می شود. به همین دلیل کپسول ها آتش نشانی را با گاز دی اکسید کربن پر می کنند. این گاز به هر 3حالت گاز، مایع و جامد مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا گاز دی اکسید کربن را به صورت مایع ذخیره و حمل می کنند. دمای گاز CO2 در حالت جامد 79- درجه سانتیگراد می باشد.

 

قوانین و استاندارد های مربوط به سیستم اطفاء حریق CO2

 

 1.استاندارد NFPA 12

انجمن ملی پیشگیری از آتش سوزی یا NFPAاستانداردی منتشر کرده که به استاندارد NFPA 12 معروف است. این انجمن مجموعه ای از قوانین و دستورها را درباره نصب و نگهداری سیستم های آتش نشانی CO2 ارائه کرده است. مجموعه قوانین این استاندارد شامل طراحی سیستم، نصب سیستم، آزمایش آن و بازرسی سیستم اطفاء حریق CO2 است.

 

 2.استاندارد ISO 14520

این استاندارد را سازمان جهانی استاندارد سازی یا سازمان ISO تهیه و تدوین کرده است. راهنمایی ها و دستورهای ISO 14520 موارد مختلفی مانند طراحی سیستم CO2 برای فضای مورد نظر، نصب سیستم، تعمیر و نگهداری سیستم، آزمایش سیستم و بازرسی آن را در بر دارد].[2

 

اطفاء حریق گازی CO2

استفاده از تجهیزات سیستم های اطفاء حریق مختلف، به دلیل تفاوت فضاهایی است که حریق در آنها رخ میدهد. به عنوان مثال، فضایی که انسان در آن حضور دارد با فضایی که پر از دستگاه های الکترونیکی، کامپیوترها و سرورهای اطلاعاتی است نیاز به نوع متفاوتی از محافظت در برابر آتش دارد. فضاهایی هستند که استفاده از آب برای مهار آتش، خودش یک خسارت و خرابی جداگانه محسوب میشود به همین دلیل سیستمهای اطفاء حریق بدون آب از جمله سیستم اطفاء حریق CO2برای این فضاها (به عنوان مثال کتابخانه ها، دیتا سنتر ها و…) استفاده میشود.

چند نوع سیستم اطفاء حریق اتوماتیک بدون آب وجود دارد. در اتاقهای سرور و فضاهایی که به طور معمول پرسنل در آن فعالیت میکنند، معمولا از سیستم های اطفاء حریق پاک استفاده میشود. اما در فضایی که پرسنل کمی حضور دارند یا به طور کلی شخصی در محل حضور ندارد، معمولا سیستم CO2 مورد استفاده قرار میگیرد. این موارد شامل سیستم اطفاء حریق نیروگاهها، اتاق ژنراتور، اتاقهای ذخیره سازی مایع قابل اشتعال و ماشین آلات صنعتی بزرگ است. اگرچه این سیستم در مهار آتش بسیار موثر عمل میکند اما برای سلامت افراد حاضر در محل خطر ایجاد میکند به همین دلیل معمولا در فضاهای بدون حضور افراد به کار میرود.

 

سیستم اطفاء حریق CO2چطور آتش سوزی را مهار میکند؟

آتش برای ادامه سوختن نیاز به اکسیژن، ماده ی سوختنی و گرما دارد. با حذف یکی از این سه عنصر، آتش می تواند مهار یا خاموش شود. در حالی که برخی از عوامل اطفاء حریق، گرما را از این چرخه کم میکنند، یک سیستم اطفاء حریق CO2 اکسیژن را برای مهار کردن آتش حذف میکند. وقتی که سیستم اطفاء حریق اتوماتیک، به وسیله ی دتکتور ها وجود دود یا آتش را تشخیص میدهد، سریعا عامل دی اکسید کربن را در فضای مورد حفاظت میپراکند. افزایش سطح دی اکسید کربن و متعاقبا کاهش اکسیژن باعث مهار آتش سوزی و سپس خاموش شدن آن میشود. برخلاف سیستم اطفاء حریق اتوماتیک فوم و سیستمهای آبی، سیستم CO2 از طریق سرد کردن آتش عمل نمیکند به همین دلیل در آتش سوزی هایی که عامل جامد اشتعال پذیر دارند، نمیتواند تاثیرگذاری قابل توجهی داشته باشد. به دلیل فشار بسیار بالای خاموش کننده دی اکسید کربن و همچنین مایع بودن این ماده، خاموش کننده CO2 مانومتر ندارد. حجم لازم برای گاز CO2 چهار برابر گاز هالون 1301و دو برابر گاز FM200 است. این گاز بر روی حریق های کلاس A استاندارد آمریکایی NFPA و استاندارد اروپایی BS دارای تأثیر مثبت و روی حریق های کلاس Bو C استاندارد آمریکایی NFPA و کلاس Eاستاندارد اروپایی BS دارای اثر عالی می باشد.

یک سیستم CO2 تا چه حد برای انسان خطرناک است؟

سالیانه صدها سیستم اطفاء حریق گاز CO2 در سراسر دنیا نصب می شوند. ولی متاسفانه تعدادی از انسان ها نیز جان خود را بر اثر تخلیه این سیستم ها و تنفس گاز سمی CO2 از دست می دهند. در غلظت 7.5 درصد می تواند باعث آسیب به سلامتی به انسان شود. اکثر سیستم های اطفاء حریق CO2 با غلظت %34 برای محافظت کامل از یک فضای مشخص طراحی می شوند. با توجه به خطرات ناشی از ،CO2 سیستم های اطفاء حریق CO2 نیاز به دستگاه های ایمنی خاصی برای حفاظت از پرسنل اطراف یا نزدیک فضاهای محافظت شده دارند.

تعدادی موارد ایمنی براساس استاندارد NFPA12 مشخص شده است که احتمال خطر را به حداقل برساند. این اقدامات شامل موارد زیر است:

•  وجود تابلو های هشدار دهنده و آموزشی در مبادی ورودی و داخل زون های اطفاء حریق که افراد را متوجه خطر و مطلع به مسائل ایمنی نماید.
•  وجود هشدارها، آژیرها و پیام های سمعی و بصری کافی در داخل زون های اطفاء حریق، تا به افراد جهت تخلیه سریع مکان در مدت زمان تاخیر سیستم، اخطار داده شود.
•  وجود مسیرهای خروج و پله های فرار مناسب و کافی، بدون موانع و با روشنایی کافی.
•  استفاده از درب های خود بسته شو، به بیرون باز شو و دود بند در مبادی خروجی.
•  وجود علایم و تابلو های خروج که ضامن تخلیه سریع و ایمن افراد به محلی امن باشند.
•  بستن اتوماتیک کلیه دریچه ها، درب ها، پنجره ها و کانال ها قبل از تخلیه گاز CO2تا از نشت گاز CO2به مناطق دیگر جلوگیری شود.
•  قطع سیستم تهویه مطبوع و بستن اتوماتیک دمپر های مربوطه.
•  وجود علائم، تابلو های هشدار دهنده و آژیر های خطر در محل های ورود که از داخل شدن افراد به محل تخلیه گاز قبل از تهویه کامل خودداری شود.
•  در نظر گرفتن راه کاری سریع و مناسب جهت تهویه و خارج نمودن گاز CO2از زون مورد نظر پس از اتمام عملیات اطفاء حریق.
•  در نظر گرفتن راه کاری سریع و مناسب جهت نجات دادن افرادی که ممکن است در داخل زون اطفاء حریق گیر افتاده باشند. عملیات نجات می بایست توسط افراد آموزش دیده و متخصص به همراه دستگاه تنفسی صورت پذیرد.
•  توجه کافی به مناطق مجاور که امکان نشت گاز به آنها وجود دارد، به ویژه مناطقی که پایین تر از زون اطفاء حریق قرار دارند زیرا این گاز 1/5 برابر از هوا سنگین تر است و تمایل به نشت به سطوح پایین تر دارد.

توصیه دیگری که استاندارد NFPA12 دارد این است چون گاز دی اکسید کربن یک گاز بی بوست، در هنگام تخلیه، به گاز CO2 یک ماده بو دار کننده مانند عصاره کاج اضافه شود تا تمامی افراد به محض استشمام این بوی متمایز، متوجه وجود گاز CO2 در اطرافشان شده و فورا به مکانی امن بروند. نام این وسیله Odorizer یا بو دار کننده است. البته استفاده از دتکتور گاز دی اکسید کربن یا دتکتور گاز اکسیژن نیز برای هشدار وجود گاز CO2 مفید است.

چرا از سیستم اطفاء حریق اتوماتیک CO2 در هر فضایی استفاده نمی شود؟

سیستم اطفاء حریق گازی CO2 در مکان هایی که افراد حضور دارند قابل استفاده نمی باشد. این سیستم در غلظت های پایین نیز باعث بیهوشی و مرگ افراد خواهد شد. در نتیجه در محل هایی که افراد به صورت دائم حضور دارند و یا اینکه زمان های حضور بالا است امکان استفاده از این سیستم وجود ندارد. هم چنین علاوه بر این موارد، استاندارد NFPA12 استفاده از تجهیزات مانند آژیر نیوماتیک pneumatic siren و تاخیر انداز مکانیکی pneumatic time delay را در محل هایی که سیستم CO2 استفاده می شود را الزامی می نماید. این تجهیزات باعث می شوند که افرادی که در محل حضور دارند، سریعتر محیط را تخلیه کنند. هم چنین با استفاده از time delay زمان کافی برای خروج افراد مهیا می شود.

انواع سیستم CO2 از نظر نوع فضای تحت پوشش

سیستم اطفاء حریق گازی CO2 را بر اساس فضای تحت پوشش به دو گروه کلی تقسیم بندی می کنند:

1. Total Flooding
2. Local Application 

سیستم های total flooding

در سیستم های total flooding عامل اطفاء حریق گاز CO2 کل فضا را پوشش می دهند و با کاهش درصد اکسیژن، باعث عملیات اطفاء خواهد شد. در این سیستم ها لازم است تا نازل ها در فواصل مختلف و در کل ناحیه استفاده شوند تا گاز را به طور یکنواخت در محیط تخلیه کنند.

 سیستم local application

در سیستم local application گاز اطفاء حریق فقط بر روی محل خطر و تجهیزی که امکان آتش گرفتن آن وجود دارد تخلیه می شود. در نتیجه لازم است نازل ها در فواصل صحیح و اطراف تجهیز را به خوبی پوشش دهند. این نوع سیستم در محیط هایی که امکان محدود کردن فضا وجود ندارد و یا برای تجهیزات کوچک بسیار مناسب هستند. هریک از این دو سیستم اطفاء حریق CO2 برای اطفاء حریق نیاز به مقدار مشخصی از گاز دارند. مقدار این گاز بر اساس استانداردهای هر سازنده و ملاحضات NFPA12 مشخص می شود. به همین دلیل نیز نیاز است تا قبل از طراحی تمامی موارد به صورت کامل مشخص و سپس جا نمایی نازل ها صورت پذیرد.

مراحل طراحی سیستم اطفاء حریق گازی CO2

  1. تعیین کلاس آتش سوزی

در مرحله اول طراحی سیستم اطفاء حریق اتوماتیک CO2 باید کلاس حریق مشخص شوند تا طراحی بر اساس نوع ماده سوختنی و کلاس حریق صورت پذیرد. لازم به ذکر است با توجه به قیمت بالای سیستم های اتوماتیک گازی و هم چنین قدرت خاموش کنندگی بسیار مناسب آن ها در اطفاء حریق محیط های دارای تجهیزات برقی (Class C) سیستم اطفاء حریق CO2 بیشتر در محیط های ذکر شده استفاده می شوند اما محدودیتی در استفاده از آن ها در سایر کلاس های حریق وجود ندارد.

یکی از طبقه بندی های متداول مواد سوختنی که برای استفاده از خاموش کننده های دستی (کپسول آتشنشانی) و سیستم های اطفاء حریق گازی مورد استفاده قرار میگیرد، در استاندارد NFPA 10 آورده شده است. بر این اساس انواع مواد سوختنی به 5 کلاس مختلف طبقه بندی می شوند:

•  آتش کلاس A : آتش سوزی ناشی از مواد معمولی مثل چوب، پارچه، کاغذ، پلاستیک
•  آتش کلاس B : آتش سوزی ناشی از مایعات و گازهای قابل اشتعال یا قابل احتراق
•  آتش کلاس C : آتش سوزی تجهیزات الکتریکی برق دار
•  آتش کلاس D : آتش سوزی ناشی از فلزات قابل اشتعال مثل منیزیم، تیتانیوم، زیرکونیوم، سدیم، لیتیوم و پتاسیم
•  آتش کلاس K : آتش سوزی ناشی از مواد سوختنی مورد استفاده برای پخت و پز در آشپزخانه ها (چربی ها و روغن های گیاهی وحیوانی)

  2. تعیین غلظت گاز و Flooding Factor

پس از مشخص شدن کلاس حریق غالب در یک محیط بر اساس استاندارد ،NFPA12 مقدار غلظت (concentration) گاز دی اکسید کربن جهت اطفاء حریق در زون اطفاء حریق را از طریق استاندارد بدست می آوریم. با کمک میزان غلظت بدست آمده از طریق جداول موجود در استاندارد مقدار flooding factor را استخراج می نماییم. به طور کلی بر اساس کلاس های حریق متفاوت، استاندارد ضرایب متفاوتی در خصوص ضریب غلظت دی اکسید کرین در یک محیط را ارئه می دهد. این ضرایب بر اساس روش های آزمایشگاهی برای هر محیط و ماده به دست آمده اند.

 

جدول مربوط به Flooding Factor در استاندارد NFPA 12

3. تعیین حجم گاز مورد نیاز و تعداد سیلندر ها

ابتدا حجم زون مورد نظر برای اطفاء حریق را حساب نموده و عدد بدست آمده را در Flooding Factor ضرب می نماییم. از آن جایی که احتمال نشت گاز وجود دارد، جهت اطمینان 10 درصد Safety Factor نیز لحاظ می کنیم. عدد بدست آمده میزان گاز مورد نیاز بر حسب کیلوگرم می باشد. سیلندر های مورد استفاده شرکت ویژن آرتا سیف دارای 67.5 لیتر حجم بوده که حاوی 45 کیلوگرم گاز CO2 خواهند بود. لذا عدد بدست آمده در قسمت قبل را بر 45 تقسیم کرده تا تعداد سیلندر ها بدست آید.

لازم به ذکر است مطابق با استاندارد، زمانی که بیش از یک زون برای اطفاء حریق داریم، برای هر یک از زون ها بانک سیلندر جداگانه لحاظ نخواهیم کرد بلکه بزرگترین فضا به عنوان مبنا در نظر گرفته شده و تعداد سیلندر ها بر اساس آن مشخص خواهد شد. برای سایر فضا ها نیز مطابق با نیاز، از همان بانک سیلندر استفاده خواهیم کرد.

در ادامه برای درک بهتر مثالی عددی را بررسی خواهیم نمود:

مثال) در یک ساختمان قرار است سیستم اطفاء حریق طراحی گردد. 2 اتاق با مشخصات زیر وجود دارد:

1.  Control Room → Size : 5*6*3.8 m
2.  UPS Room → Size : 8*9*3.8 m

فرضیات:

Design Concentration (%) = 50

Flooding Factor = 1.33

محاسبه حجم اتاق ها و تعداد سیلندر مورد نیاز:

 Control Room = 5 * 6 * 3.8 = 114 m3

114 * 1.33 + 10% = 166.7 Kg

Number Of Cylinder = 166.7 / 45 = 3.7 ≈ 4

 UPS Room = 8 * 9 * 3.8 = 273.6 m3

273.6*1.33+10%=400.27 kg

Number Of Cylinder = 400.27 / 45 = 8.8 ≈ 9

بر اساس نتایج بدست آمده بانکی شامل 9 عدد سیلندر خواهیم داشت.

 

معرفی اجزاء سیستم اطفاء حریق CO2

این سیستم شامل مدل های مختلف شلنگ ها ، شیر ها ، اتصالات و انواع متنوعی از آیتم ها است که در ادامه مهم ترین آن ها را به صورت مختصر معرفی خواهیم نمود:

 

نویسنده: مهندس ابراهیم خرم زاده – کارشناس فنی مهندسی