Các phương pháp làm ngừng sự cháy

Xảy ra cháy là điều mà không ai trong chúng ta mong muốn. Tuy nhiên, hàng năm số vụ cháy cũng như thiệt hại do cháy gây ra đều diễn biến phức tạp. Vậy khi xảy ra cháy, có những phương pháp nào để làm ngừng sự cháy và chọn phương pháp nào cho có hiệu quả?

Cháy là một phản ứng lý hóa phức tạp có tỏa nhiệt và phát sáng. Muốn cháy được cần phải có đầy đủ ba yếu tố (chất cháy, chất oxy hóa và nguồn nhiệt) và bốn điều kiện (chất cháy, chất oxy hóa và nguồn nhiệt phải trực tiếp tiếp xúc với nhau; Thời gian tiếp xúc phải đủ lớn; Năng lượng của nguồn nhiệt phải đủ lớn – nhiệt độ của nguồn nhiệt lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp; Nồng độ chất cháy và chất oxy hóa phải nằm trong giới hạn nồng độ bốc cháy).
Ba yếu tố chất cháy, chất oxy hóa và nguồn nhiệt tạo thành ba đỉnh của một tam giác (tam giác cháy).
Tam giác cháy có ý nghĩa rất quan trọng trọng công tác phòng cháy chữa cháy nói chung và công tác chữa cháy nói riêng. Ví dụ, khi chữa cháy ta chỉ cần cắt đứt một trong ba cạnh của tam giác – cắt đứt mối liên hệ giữa ba yếu tố (chất cháy với chất oxy hóa hoặc chất cháy với nguồn nhiệt) thì đám cháy sẽ được đập tắt. Để thực hiện được “sự cắt đứt” này, căn cứ vào tác dụng chính của chất chữa cháy tới quá trình làm ngừng sự cháy ta có bốn nhóm phương pháp làm ngừng sự cháy cơ bản sau đây:
– Nhóm phương pháp làm lạnh: Làm lạnh vùng phản ứng cháy hay chất cháy.
– Nhóm phương pháp cách ly: Cách ly chất cháy với vùng phản ứng cháy.
– Nhóm phương pháp làm loãng: Làm giảm nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy.
– Nhóm phương pháp ức chế hóa học: Làm ngừng sự cháy bằng các phương pháp ức chế hóa học.
Các nhóm phương pháp trên đều có những biện pháp cụ thể để thực hiện (xem sơ đồ)
 
Bản chất các phương pháp này được hiểu như sau:
a. Bản chất phương pháp làm lạnh
Bản chất phương pháp làm lạnh là hạ nhiệt độ của vùng phản ứng cháy (đối với đám cháy dị thể) xuống thấp hơn nhiệt độ tắt dần, nhiệt độ của chất cháy (đối với đám cháy đồng thể) xuống thấp hơn nhiệt độ bốc cháy của chúng.
Làm ngừng sự cháy bằng phương pháp làm lạnh chủ yếu áp dụng để dập tắt các đám cháy chất rắn. Phương pháp này trong thực tế rất ít khi sử dụng để dập tắt các đám cháy chất khí, chất lỏng, bởi vì rất khó để làm hạ nhiệt độ của vùng cháy xuống thấp hơn nhiệt độ bốc cháy của chúng.
Để chữa cháy bằng các phương pháp làm lạnh ta cần phải làm cho tốc độ thoát nhiệt từ vùng cháy vào môi trường xung quanh lớn hơn tốc độ sinh nhiệt của các phản ứng cháy và tốc độ hấp thụ nhiệt của bản thân chất cháy.
Tốc độ làm lạnh chất cháy phụ thuộc bởi diện tích bề mặt tiếp xúc của chất cháy với các chất dùng để chữa cháy, hiệu số nhiệt độ giữa chất cháy và chất chữa cháy, hệ số hấp thụ nhiệt của chất chữa cháy.
Thực tế cho ta thấy nước là chất lỏng có nhiệt dung riêng lớn, có hệ số tiếp xúc bề mặt lớn, có tác dụng làm lạnh tốt. Vì vậy, nước có thể sử dụng làm chất dùng để dập tắt các đám cháy của nhiều chất khác nhau. Khi nước phun vào đám cháy, nó hấp thụ nhiệt của vùng cháy và chất cháy, làm giảm nhiệt độ của chúng. Khi nhiệt độ này giảm xuống thấp hơn giá trị duy trì sự cháy (đối với chất cháy rắn – làm giảm nhiệt độ chất cháy xuống dưới giá trị nhiệt phân của chúng; đối với chất lỏng cháy – làm giảm nhiệt độ chất cháy xuống dưới giá trị nhiệt độ bùng cháy) thì quá trình cháy sẽ ngừng và đám cháy sẽ được dập tắt.
Ngoài ra để chữa cháy bằng các phương pháp làm lạnh ta còn có thể sử dụng khí cácboníc ở dạng tinh thể hoặc khí nén ở áp suất cao (tác dụng này chỉ là phụ)
b. Bản chất phương pháp cách ly
Làm ngừng sự cháy bằng các phương pháp cách ly tức là ngăn cách sự tiếp xúc giữa các phần tử chất cháy và chất oxy hoá ở vùng phản ứng cháy.
Sự cháy chỉ xảy ra khi có đủ các điều kiện cần và điều kiện đủ. Một trong những điều kiện cần là có sự tiếp xúc trực tiếp giữa chất cháy và chất oxy hoá. Vì vậy, chúng ta có thể dập tắt đám cháy bằng các phương pháp cách ly không cho hơi chất cháy hoặc chất oxy hoá vào trong vùng cháy.
Khi áp dụng phương pháp này có thể sử dụng các cách sau:
– Đóng tất cả các cửa, lỗ thông hơi của phòng xảy ra cháy, không cho sản phẩm cháy truyền ra bên ngoài và không cho không khí tràn vào vùng cháy.
– Đóng các van, dùng chất nổ không cho chất cháy vào vùng cháy (đối với các hệ thống đường ống dẫn dầu khí hoặc các giếng phun dầu khí).
– Tạo lớp cách ly trên bề mặt chất cháy bằng các chất chữa cháy.
– Tạo lớp cách ly bằng cách tạo khoảng cách (cách ly chất cháy và nguồn nhiệt).
Các chất chữa cháy thể hiện đặc tính cách ly là bọt hòa không khí, bọt hóa học, cát, đất bột graphít, các tấm chắn phủ, nước… Trong đó bọt là hiệu quả nhất. Khi bọt được phun vào đám cháy, lớp bọt tạo thành trên bề mặt chất cháy đạt đến độ dày nhất định sẽ có tác dụng cách ly chất cháy với chất oxy hóa và ngăn cản sự thoát ra từ bề mặt chất cháy các hơi, khí cháy. Ngược lại, các chất oxy hóa (oxy không khí) cần thiết cho sự cháy từ môi trường không thể xâm nhập được vào vùng cháy. Do vậy hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ sẽ không được hình thành và sự cháy sẽ không được duy trì, đám cháy sẽ được dập tắt. Mặt khác, sự tạo thành lớp bọt có tác dụng ngăn cản nhiệt bức xạ từ ngọn lửa tới bề mặt chất cháy. Khi tạo thành lớp bọt cục bộ, nó có tác dụng che chắn một phần chất cháy khỏi tác động nhiệt bức xạ từ ngọn lửa. Bề mặt chất cháy không tiếp tục bị đốt nóng sẽ không có sự thoát ra của hơi khí cháy. Như vậy, hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ sẽ không được hình thành và sự cháy sẽ được dập tắt.
c. Bản chất phương pháp làm giảm nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy (làm loãng)
Bản chất của phương pháp làm loãng là làm giảm nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy xuống thấp hơn giới hạn nồng độ bốc cháy của chúng. Ví dụ như để dập tắt các đám cháy trong các phòng kín người ta phun khí trơ hoặc hơi nước vào bên trong, hay phun nước vào rượu đang cháy để giảm nồng độ của rượu xuống.
Để đạt được yêu cầu này ta phải phun vào vùng phản ứng cháy các chất như hơi nước, khí trơ… Phương pháp này có hiệu quả cao khi dập tắt các đám cháy trong phòng có thể tích không lớn lắm và ít cửa.
Một số chất dùng để làm loãng nồng độ chất cháy có : khí trơ (CO2, N2, Ar2..), khói, sản phẩm nổ, hơi nước hoặc nước phun dạng sương mù.
Chữa cháy bằng phương pháp làm giảm các chất tham gia phản ứng cháy chỉ có kết quả khi ta phun vào vùng cháy nồng độ chất chữa cháy phù hợp
d. Bản chất phương pháp ức chế hóa học
Bản chất dập tắt đám cháy bằng các phương pháp ức chế hóa học là phun các chất chữa cháy vào vùng phản ứng cháy, các chất này có tác dụng làm gián đoạn dây chuyền phản ứng cháy.
Quá trình này xảy ra như sau:
Trong quá trình cháy, các chất cháy bị nhiệt phân tạo ra hỗn hợp các chất trung gian. Phần lớn các chất này là các trung tâm hoạt tính cao của dây chuyền phản ứng cháy. Phản ứng cháy dây chuyền bắt đầu và tiếp tục đến khi nào không còn các chất tham gia phản ứng cháy nữa hay không còn các gốc, các nguyên tử tự do tham gia phản ứng cháy. Khi đó các phản ứng cháy dây chuyền bị gián đoạn và đám cháy bị tắt.
Để thực hiện được việc ức chế hoá học các phản ứng cháy, người ta sử dụng các chất chữa cháy có giới hạn nhiệt phân kém, các chất chịu nhiệt, các chất có nhiệt độ sôi và nhiệt hóa hơi thấp. Khi phun các chất này vào vùng cháy, chúng sẽ bị phân hủy, bốc hơi và kết hợp với các gốc tự do của chất cháy tạo ra các chất không cháy. Mặt khác chúng sẽ hấp thụ năng lượng của các gốc tự do, năng lượng của các phần tử này sẽ giảm đi đến mức không đủ để tiếp tục xảy ra phản ứng dây chuyền. Do đó phản ứng cháy dây chuyền sẽ bị bẻ gãy. Lúc này nhiệt lượng cung cấp cho quá trình nhiệt phân chất cháy không đảm bảo để duy trì sự cháy. Ngọn lửa được dập tắt.
Các chất ức chế hóa học phản ứng cháy có tác dụng :
– Ức chế về mặt hóa học các phản ứng cháy dây chuyền.
– Làm lạnh trung tâm hoạt tính cao của phản ứng cháy dây truyền.
– Khi bị nhiệt phân, các chất ức chế hoá học sinh ra chất không cháy, nó có tác dụng làm giảm nồng độ của các chất tham gia phản ứng cháy.
– Bột ức chế hóa học còn có khả năng ngăn cản không cho không khí vào vùng cháy, mặt khác bột ức chế tạo ra một lớp xốp trên bề mặt chất cháy có tác dụng như một lưới ngăn lửa.
Trong bốn phương pháp trên thì phương pháp làm lạnh, làm giảm nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy và cách ly là các phương pháp có tác dụng về mặt lý học. Phương pháp ức chế hóa học có tác dụng về mặt hóa học.
Trong thực tế chữa cháy thường sử dụng kết hợp các phương pháp trên. Tuy nhiên tùy thuộc vào từng loại đám cháy mà bao giờ cũng có một phương pháp đóng vai trò chủ đạo còn các phương pháp khác chỉ là bổ trợ.
 
Đào Anh Tuấn
Các biện pháp an toàn PCCC đối với dạng nhà ống
Những nguyên nhân gây ra cháy nổ ở các gara ô tô
Cách bảo quản tàu, cano, máy bơm cơ khí, khí tài