استفاده از دی اکسید کربن (CO2) به عنوان یکی از موثرترین سیستم‌های اطفای حریق خودکار برای محافظت از تجهیزات و محیط‌های صنعتی شناخته می‌شود. این گاز در دما و فشار محیط، مادهای بی‌رنگ، بی بو و نارسانای جریان الکتریسیته است، تقریبا 50 درصد از هوا سنگین‌تر است، در معرض شعله‌های آتش تجزیه نمی‌شود و از خود پسماند به جا نمی‌گذارند. این ویژگی‌ها، در کنار دسترسی آسان و قیمت نسبتاً پایین تجهیزات و گاز دی‌اکسید کربن باعث شده است تا CO2 به یکی از متداول‌ترین سیستم های اطفای حریق مورد استفاده در مکان‌های صنعتی تبدیل شود.
مکانیزم اصلی عملکرد سیستم‌های اطفای حریق CO2 برای خاموش کردن آتش، کاهش مقدار اکسیژن در مجاورت ماده سوختنی است. می‌دانیم که هوا از حدود ۲۱ درصد حجمی اکسیژن تشکیل شده است و کاهش این مقدار به کمتر از 15 درصد، باعث خاموش شدن آتشسوزی ناشی از بسیاری مواد خواهد شد. بنابراین تخلیه مقدار مشخصی از گاز CO2 در اتاق منجر به کاهش غلظت اکسیژن و به تبع آن خاموش شدن آتش می‌شود. علاوه بر این، CO2 پس از تخلیه در ناحیه اثر خنک‌کنندگی نیز دارد که این مورد به عنوان عامل فرعی خاموش کنندگی گاز CO2 شناخته می‌شود.
نکته بسیار مهمی که هنگام انتخاب و استفاده از سیستم اطفای حریق CO2 باید به آن توجه شود، خطر جانی مرتبط با آن است. از این سیستم نباید در محیط‌هایی استفاده شود که در شرایط دائم یا به طور معمول در آن انسان حضور دارد. زیرا غلظت طراحی سیستم های CO2 حداقل از 38 درصد حجمی شروع می‌شود و قرارگیری در معرض این غلظت موجب افزایش سطح CO2 خون (Hypercapnia)، کاهش اکسیژن و مرگ خواهد شد.
ویژگی‌های اصلی CO2 عبارتند از:
- در دما و فشار اتاق مادهای بی‌رنگ و بی‌بو است.
- نارسانای جریان الکتریسیته است.
- خاصیت خورندگی ندارد و در مجاورت شعله از خود مواد شیمیایی خطرناک تولید نمی‌کند.
- گاز CO2 به آسانی در دسترس است و به نسبت قیمت پایینی دارد.
- پس از تخلیه از خود پسماند به جا نمی‌گذارد.
- این گاز برای کاربردهای اطفای حریق خودکار معمولاً در سیلندرهای 67 لیتری نگهداری می‌شود.
- مکانیزم خاموش کنندگی گاز CO2، کاهش غلظت اکسیژن است. برای این کار گاز CO2 باید با غلظت مناسب در ناحیه تخلیه شود.
- سیستم CO2 به صورت Total Flooding و Local Application قابل استفاده است.
- قرارگیری در معرض این گاز موجب صدمات جانی خواهد شد، بنابراین از این سیستم در جایی استفاده می‌شود که به طور معمول انسان در آن حضور نداشته باشد.
موارد استفاده از سیستم CO2
CO2 برای خاموش کردن آتش های کلاس A، کلاس B، کلاس C و کلاس K مناسب است. از طرف دیگر، CO2 برای خاموش کردن آتش کلاس D و همچنین موادی که در هنگام سوختن از خود اکسیژن تولید می‌کنند، مثل نیتروسلولز و باروت مناسب نیست.
این سیستم مخصوصاً در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شود که در شرایط معمول، شخص در ناحیه حضور ندارد و یک (یا چند) از موارد زیر در آن ناحیه صادق است:
- در شرایط معمول و به طور دائم شخص در ناحیه حضور ندارد.
- در نواحی مثل اتاق کنترل (Control Room)، اتاق سرور، اتاق بایگانی و دیگر فضاهایی که افراد در آن حضور دائمی دارند، استفاده از سیستم اطفای حریق گازی Clean Agent مثل IG یا هالوکربن‌ها پیشنهاد می‌شود.
- وجود تجهیزات الکتریکی، استفاده از مادهای نارسانای جریان الکتریسیته را اجتناب ناپذیر می‌کند.
- دیگر مواد خاموش کننده مثل آب، پودر یا فوم به تجهیزات و مواد موجود آسیب وارد می‌کنند یا پاکسازی آنها پرهزینه است.
- لازم است تجهیز با استفاده از سیستم Local Application تحت حفاظت قرار گیرد.
برخی از نواحی صنعتی که می‌توان از سیستم CO2 استفاده کرد عبارتند از:
- اتاق های باتری
- انبار مایعات سوختنی
- کانال و محل عبور کابل
- سینی کابل (Cable Tray)
- اتاق های برق (مثل Switchgear Room، Cable Gallery و …)
- ترانسفورماتورها
- ژنراتورها
- اتاق ها و محفظه‌های نگهداری مایعات سوختنی
- ماشین‌های چاپ
- دستگاه نورد
- سیستم‌های هیدرولیک
- کاربردهای دریایی (Marine)
ایمنی
قرارگرفتن در معرض غلظت‌های بالای گاز CO2 (که معمولاً برای اطفای حریق به آن نیاز است) می‌تواند بر روی بدن انسان اثرات بسیار مخرب و حتی مرگ داشته باشد. این گاز در غلظت‌های بالا باعث خفگی می‌شود و علاوه بر آن، در ناحیه بخار سفید رنگی ایجاد می شود که دید را محدود کرده و خروج از ناحیه را مشکل می‌سازد.
در شکل روبرو، که از پیوست G استاندارد NFPA 12 گرفته شده است، اثرات CO2 بر سلامت انسان نشان شده است. مشاهده می‌شود که قرارگیری طولانی مدت در برابر غلظت ۲ درصد گاز CO2 در هوا می‌تواند موجب سردرد و تنگی نفس در فعالیت‌های فیزیکی خفیف شود. قرارگیری کوتاه مدت در معرض غلظت 4 الی 5 درصد این گاز موجب سردرد خفیف و نفس تنگی می‌شود.
قرارگیری چند دقیقه‌ای در معرض غلظت 7 تا ۱۰ درصد از این گاز می‌تواند موجب اختلال دید، زنگ زدن گوش، سردرد، افزایش ضربان قلب، تنفس سریع و غیره شود.
قرارگیری در معرض غلظت های بیشتر از 10 درصد حجمی در هوا می‌تواند باعث علائمی مثل اختلال بینایی، زنگ زدن گوش و لرزش ایجاد می‌شود و پرسنل ممکن است ظرف چند دقیقه هوشیاری خود را از دست بدهند؛ و در غلظت های بیشتر از 20 درصد حجمی، احتمال مرگ وجود دارد.
در صورت استفاده از سیستم CO2 باید به موارد ایمنی آن توجه شود و علاوه بر آن، آموزش‌های لازم نیز به کارکنان و افرادی که ممکن است در معرض این گاز قرار گیرند داده شود. در صورت عدم آموزش، نفرات بی تجربه ممکن است در صورت مواجهه ناگهانی با غلظت‌های نسبتاً کم CO2 نیز نتوانند به درستی فکر کنند و اقدام نامناسب انجام دهند.
تجهیزات مورد نیاز در سیستم CO2 برای افزایش ایمنی
1. علائم ایمنی (Safety Signs):
مطابق با استاندارد NFPA 12 هنگام استفاده از سیستم اطفای حریق CO2 باید داخل اتاق‌ها، در ورودی فضا، در فضاهای مجاور که امکان تخلیه گاز CO2 به آن وجود دارد، در ورودی اتاق نگهداری سیلندرها و نزدیک کلیدها یا شیر فعال کننده دستی سیستم اطفای حریق از تابلوهای هشداردهنده به صورت واضح و با دید مناسب نصب شود. در شکل زیر تابلوهای هشداردهنده مدنظر استاندارد NFPA 12 نشان داده شده است.
2. شیر مسدود کننده (Lockout Valve):
بر اساس استاندارد NFPA 12، در هر سیستم CO2 باید یک عدد شیر مسدود کننده مکانیکی به همراه نشانگر وضعیت باز یا بسته بودن نصب شود تا قبل از ورود پرسنل به ناحیه بتوانند مسیر لوله‌کشی گاز CO2 را به صورت دستی مسدود کنند. به این شیر Lockout Valve گفته می‌شود و نمونه‌ای از آن در شکل نشان داده شده است.
3. سیستم تاخیر دهنده نیوماتیک (Pneumatic time delay):
مطابق با استاندارد NFPA 12 در هر سیستم CO2 باید یک عدد سیستم تأخیر دهنده نیوماتیک در نظر گرفته شود که وظیفه آن ایجاد تأخیر حدوداً ۳۰ ثانیه ای قبل از ورود گاز CO2 به ناحیه جهت تخلیه نفرات از ناحیه است. لازم به ذکر است سیستم تاخیر دهنده معمولاً در سایر سیستم‌های اطفای حریق نیز وجود دارد ولی این وسیله در سیستم CO2 به دلیل قابلیت اطمینان بیشتر باید به صورت نیوماتیک عمل کند.
4. آژیر هشداردهنده نیوماتیک (Pneumatic Siren):
در هر سیستم CO2 باید عدد آژیر نیوماتیک نصب شود که وظیفه آن آگاه سازی پرسنل از فعال شدن سیستم پیش از ورود گاز به ناحیه است. نمونه‌ای از این وسیله در شکل زیر نشان داده شده است.
5. اضافه کننده رایحه (Odorizer):
از آنجا که CO2 گازی بی بو است، برای هر سیستم باید یک عدد Odorizer در نظر گرفته شود که وظیفه آن اضافه کردن رایحه به گاز خروجی است تا علاوه بر هشدارهای دیداری و شنیداری پرسنل را از تخلیه گاز CO2 آگاه کند.
لازم به ذکر است این وسیله معمولاً در ابتدای مسیر لوله‌کشی یا روی منیفولد سیستم CO2 نصب می‌شود و ماده ای به گاز عبوری اضافه می‌کند که آن را دارای بو می‌کند.
انواع سیستم‌های CO2
سیستم‌های اطفای حریق CO2 عمدتاً به یکی از روش‌های Total Flooding یا Local Application استفاده می‌شوند. انتخاب بین این دو سیستم معمولاً به ماهیت و ویژگی‌های ناحیه تحت حفاظت بستگی دارد. در هر دو مورد، مخزن یا سیلندرهای دی‌اکسید کربن به شبکه ثابت لوله‌کشی و نازل‌های تخلیه متصل می‌شود که گاز CO2 را به ناحیه تحت حفاظت هدایت می‌کنند. لازم به ذکر است هر دو این سیستم‌ها می‌توانند به صورت دستی یا اتوماتیک مورد استفاده قرار گیرند.
- در سیستم‌های Total Flooding، گاز CO2 در یک فضای بسته (Enclosed space) تخلیه می‌شود و پس از مدت مشخصی که به آن زمان تخلیه (Discharge time) می‌گویند، کل فضا را در بر می‌گیرد. در این روش، مقدار CO2 مورد نیاز بر اساس عوامل مختلف مثل طبقه‌بندی حریق، نوع و شدت خطر آتشسوزی مشخص می‌شود. لازم به ذکر است در سیستم‌های Total Flooding، گاز CO2 باید با غلظت مورد نظر در فضا باقی بماند تا مواد در حال سوختن را به اندازه کافی خنک گرده و از اشتعال مجدد آنها جلوگیری شود. بنابراین در این روش باید فضا به اندازه کافی بسته باشد تا غلظت ماده خاموش کننده برای حداقل زمان ماند (Hold time) حفظ شود.
- در سیستم‌های Local Application ماده خاموش کننده با غلظت بالا و به صورت مستقیم روی ماده در حال سوختن تخلیه می‌شود تا آتشسوزی مهار شود. این سیستم اغلب در جایی استفاده می‌شود که فضای محصور مناسب سیستم Total Flooding برای محافظت از تمام اتاق وجود نداشته باشد.
در این سیستم ماده خاموش کننده باید با دبی مشخص شده در مدت زمان مشخص بر روی تجهیز تخلیه شود.
از روش Local Application در نواحی استفاده می‌شود که در اطراف ناحیه تحت حفاظت فضای محصور وجود ندارد یا ابعاد فضای محصور خیلی بزرگتر از ناحیه ای است که قرار است تحت حفاظت قرار داده شود. بنابر این، در این روش ناحیه تحت حفاظت ممکن است داخل فضای بسته یا در فضای باز قرار داشته باشد. البته در فضاهای باز چیدمان نازل های تخلیه باید به نحوی باشد که تخلیه گاز دی‌اکسید کربن تحت تاثیر جریان هوا یا وزش باد قرار نگیرد.
سیستم‌های High Pressure و Low Pressure
با توجه به نحوه نگهداری CO2 در مخزن، سیستم‌های CO2 را می‌توان به دو دسته High pressure و Low pressure طبقه‌بندی کرد:
- در سیستم‌های High Pressure، گاز دی‌اکسید کربن در سیلندرهای پرفشار، در دمای محیط (بین 18- درجه سانتیگراد تا 54 درجه سانتیگراد) و با چگالی 600-680 kg/m3 نگهداری می‌شود. در این حالت، فشار داخل سیلندر CO2 در دمای 21 درجه سانتیگراد تقریباً برابر با 58.6 بار است.
- در سیستم‌های Low Pressure، دی‌اکسید کربن در مخازن با دمای کنترل شده 18- درجه سانتیگراد نگهداری می‌شود. در این دما، فشار مخازن نگهداری دی‌اکسید کربن 300psi خواهد بود.
در سیستم‌های بزرگ (معمولاً با ظرفیت بیشتر از 2000 کیلوگرم گاز CO2) هزینه اولیه سیستمLow Pressure نسبت به سیستم High Pressure کمتر است. ولی باید توجه شود که در ایران به دلایلی از جمله تعمیرات و نگهداری پیچیده سیستم سرمایش مورد نیاز سیستم‌های Low pressure و هزینه‌های ثانویه تعمیرات و نگهداری، استفاده از سیستم Low Pressure مرسوم نیست و در اکثر موارد از سیستم High Pressure استفاده می‌شود.
مشخصات فنی سیستم اطفای حریق CO2:
| نام شیمیایی | دی اکسید کربن |
| فرمول شیمیایی | CO2 |
| استاندارد مرجع | NFPA 12 |
| چگالی در دمای 0° C فشار 0.101 Mpa | 1.98 kg/m3 |
| چگالی نسبت به هوا | 1.5 |
| دمای بحرانی | 31°C |
| ظرفیت سیلندر | 67.5liters |
| قطر خارجی سیلندر (تقریبا) | 267mm |
| ارتفاع سیلندر (تقریبا) | 1600mm |
| وزن سیلندر پر شده | 100 ~ 120 kg |
| غلظت طراحی (درصد حجمی): حریق نوع Deep-seated (بر اساس استاندارد NFPA 12) | |
| تجهیزات برقی خشک (Dry electrical hazard) | 50% |
| بایگانی (Paper archive) | 65% |
| غلظت طراحی (درصد حجمی): حریق ناشی از مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق (بر اساس استاندارد NFPA 12) | |
| بنزین، سوخت دیزل، بوتان | 34% |
| اتانول | 43% |
| هیدروژن | 75% |