Hệ thống chữa cháy phun sương cho buồng máy và không gian kín trên tàu: nguyên lý, cấp áp suất và cách lập hồ sơ kỹ thuật

Hệ thống chữa cháy phun sương được nhắc đến ngày càng nhiều trong các dự án đóng tàu và công trình công nghiệp tại Việt Nam, nhưng tài liệu tiếp thị trên thị trường thường gộp chung nhiều khái niệm khác nhau. Trang này tách bạch các khái niệm đó: nguyên lý dập cháy, các cấp áp suất thực sự được định nghĩa ở đâu, và tuyến phê duyệt tương ứng với từng loại không gian trên tàu.

Phun sương dập cháy bằng cơ chế nào

Điểm khác biệt chính giữa hệ thống phun sương với hệ thống sprinkler hoặc deluge nằm ở kích thước giọt nước, chứ không nằm ở áp suất. Khi chia cùng một thể tích nước thành các giọt nhỏ hơn, tổng diện tích bề mặt tăng lên rất nhiều, và ba hệ quả xuất hiện.

• Hấp thụ nhiệt. Giọt nhỏ bay hơi nhanh hơn ở nhiệt độ ngọn lửa. Quá trình chuyển pha từ lỏng sang hơi rút nhiệt ẩn ra khỏi vùng cháy và khỏi các bề mặt xung quanh.
• Pha loãng ôxy. Lượng hơi nước sinh ra chiếm thể tích lớn gấp nhiều lần thể tích nước lỏng ban đầu, nên đẩy không khí ra khỏi chân ngọn lửa và làm giảm nồng độ ôxy cục bộ. Hiệu ứng này rõ rệt trong không gian kín hoặc bán kín, và gần như mất tác dụng ở khu vực hở có gió.
• Làm mát bề mặt, là cơ chế làm giảm khả năng cháy trở lại sau khi ngọn lửa đã tắt.

Các nhà sản xuất mô tả phun sương là vừa lấy đi nhiệt vừa lấy đi ôxy, trong khi sprinkler thông thường chỉ lấy đi nhiệt. Đó là phát biểu về nguyên lý, và nên được hiểu là so sánh tỷ trọng tác dụng của các cơ chế, không phải một khẳng định tuyệt đối. Tỷ trọng thực tế phụ thuộc vào kích thước không gian, mức độ kín, lưu lượng thông gió và loại nhiên liệu. Trang này không đưa ra con số tỷ lệ giãn nở hơi nước cụ thể, vì giá trị đó phụ thuộc nhiệt độ và áp suất tại điểm bay hơi và không có một con số nào đúng cho mọi trường hợp.

Ưu điểm có thể kiểm chứng, và những giới hạn phải chấp nhận

Ưu điểm có thể đối chiếu trực tiếp với hồ sơ thiết kế của chính hệ thống là lượng nước trên một đơn vị diện tích thấp hơn so với hệ thống chữa cháy thể tích truyền thống. Trên tàu, điều đó dẫn thẳng đến ba thứ: kích thước bơm và đường ống, tải trọng lên hệ thống thoát nước, và thiệt hại do nước đối với hàng hóa và thiết bị. Cả ba đều đo đếm được ở giai đoạn thiết kế, không cần tin vào tài liệu quảng cáo.

Ba giới hạn cũng phải được nêu rõ ràng như vậy.

• Gió phá hỏng hiệu quả của giọt nhỏ. Giọt càng mịn càng dễ bị thổi lệch khỏi mục tiêu. Đây chính là lý do vật lý khiến quy định yêu cầu đầu phun trên boong thời tiết hở phải được thiết kế có tính đến điều kiện thời tiết, và là lý do công việc trên boong hở dùng súng phun tạo tia nước liên tục thay vì đầu phun sương thuần túy.
• Hiệu ứng pha loãng ôxy cần không gian kín. Trong buồng máy kín, hiệu ứng này có trọng lượng thực sự. Trên boong thời tiết hở, gần như không.
• Phun sương không phải lời giải cho mọi loại nhiên liệu và mọi hình học không gian. Phạm vi mà nó thực sự hiệu quả được xác lập bởi kết quả thử nghiệm cháy của từng bộ đầu phun cụ thể trong từng loại không gian cụ thể — không phải bởi nguyên lý chung.

Áp suất thấp, trung bình và cao — các cấp này đến từ NFPA 750, không phải từ IMO

Các thuật ngữ áp suất thấp, áp suất trung bình và áp suất cao thường được dùng như thể chúng là các hạng mục pháp lý. Trên thực tế IMO hoàn toàn không định nghĩa các cấp áp suất này. Không có nội dung nào trong MSC/Circ.1165, MSC.1/Circ.1387, MSC.1/Circ.1430/Rev.3 hay Nghị quyết A.800(19) định nghĩa, bắt buộc hoặc loại trừ bất kỳ cấp áp suất nào.

Vì sao điều này ảnh hưởng đến giá và khối lượng thi công

Điều có trọng lượng thực sự trong công việc hàng hải không phải là tên gọi của cấp áp suất, mà là những gì kéo theo từ áp suất làm việc.

• Cấp áp lực của ống và phụ kiện. Hệ thống áp suất cao cần ống thép không gỉ thành dày, phụ kiện chịu áp cao, cùng công việc hàn hoặc tạo hình đòi hỏi nhân công và thiết bị chuyên dụng. Hệ thống áp suất thấp dùng ống và phụ kiện thuộc các cấp áp lực tiêu chuẩn vốn đã phổ biến trong ngành hàng hải.
• Cụm nguồn động lực. Hệ thống áp suất cao thường cần cụm bơm piston cao áp hoặc cụm dẫn động bằng chai khí, chiếm chỗ và trọng lượng, kèm theo lịch bảo trì riêng. Hệ thống áp suất thấp thường dùng cụm bơm gần với thực hành nước chữa cháy thông thường trên tàu.
• Tay nghề của máy trưởng và của các nhà máy đóng tàu trong khu vực — đây là chi phí vòng đời không xuất hiện trong báo giá đầu tiên nhưng xuất hiện trong hóa đơn sửa chữa và thời gian tàu nằm bờ.

Các nhà sản xuất khẳng định lợi thế về chi phí lắp đặt và bảo trì của hệ thống áp suất thấp đến từ việc dùng đầu phun và phụ kiện ống thuộc cấp áp lực tiêu chuẩn. Đó là khẳng định của nhà sản xuất, và nên được chứng minh bằng cách so sánh giá vật tư và nhân công thực tế trên chính dự án của bạn, thay vì chấp nhận như một kết luận đã hoàn tất.

Hệ thống áp suất cao cũng có những ưu điểm thực sự, cần được thừa nhận thẳng thắn không kém: kích thước giọt nhỏ hơn với cùng một kiểu đầu phun, và lượng nước trên một đơn vị diện tích thường thấp hơn — cả hai đều rất quan trọng trong các không gian kín nhỏ, nơi lượng nước và trọng lượng nước dự trữ là ràng buộc quyết định.

So sánh thẳng thắn: deluge, phun sương áp suất thấp và phun sương áp suất cao

Bảng dưới đây so sánh các loại hệ thống, không so sánh thương hiệu. Mục đích là giúp quyết định không gian nào phù hợp với hệ thống nào, chứ không kết luận hệ thống nào tốt hơn về tổng thể — vì không loại nào thắng ở mọi dòng.

Cách đọc bảng này cho có ích

• Trên boong thời tiết hở chở xe, quy định yêu cầu súng phun cố định đạt lưu lượng nhất định. Đó không phải lựa chọn giữa deluge và phun sương; đó là lựa chọn súng phun có tầm phun xa và lưu lượng chứng minh được, bố trí để thỏa mãn quy tắc 75 %.
• Với những phần của cùng boong đó mà súng phun không với tới, quy định yêu cầu đầu phun ở mức 5,0 L/phút trên mỗi mét vuông, thiết kế có tính đến điều kiện thời tiết. Đây là chỗ phải chọn kiểu đầu phun cẩn thận, vì giọt quá mịn sẽ bị thổi lệch khỏi mục tiêu.
• Buồng máy và các không gian kín dưới boong là nơi phun sương có lợi thế vật lý rõ ràng nhất, bởi chính tính kín của không gian mới tạo trọng lượng cho hiệu ứng hơi nước.
• Việc chọn giữa áp suất thấp và áp suất cao nên được quyết định từ ràng buộc của chính con tàu đó — chỗ đặt cụm nguồn động lực, trọng lượng chấp nhận được, tay nghề của những người sẽ bảo trì nó suốt vòng đời, và phạm vi phê duyệt thực sự tồn tại cho loại không gian đó — chứ không từ con số áp suất.

Điều bảng này không cho bạn biết là hệ thống nào thực sự được phê duyệt cho không gian của bạn. Phê duyệt gắn với một bộ đầu phun cụ thể, khoảng cách lắp đặt, chiều cao lắp đặt và dải áp suất đã thử nghiệm. Nó mang tính cá biệt, và không gắn với một cấp áp suất hay một công nghệ.

Các hạng mục khác trên tàu và tuyến phê duyệt tương ứng

Ngoài boong thời tiết, phun sương áp suất thấp còn được dùng ở nhiều không gian khác trên cùng con tàu. Nhưng mỗi không gian đi theo một tuyến phê duyệt khác nhau, và phê duyệt cho không gian này không chuyển sang không gian khác. Bảng dưới đây vì vậy là bảng các tuyến phê duyệt, không phải bảng sản phẩm.

Điểm phân biệt làm thay đổi cách viết hồ sơ kỹ thuật: “được thử nghiệm và phê duyệt theo” không đồng nghĩa với “được thiết kế theo”

Trong các tài liệu trên, chỉ MSC.1/Circ.1430/Rev.3 đồng thời là tài liệu thiết kế. Điều 1.1 của nó mở đầu bằng việc nêu rõ các hướng dẫn và thử nghiệm cháy dùng cho thiết kế và phê duyệt. MSC/Circ.1165, MSC.1/Circ.1387 và Nghị quyết MSC.265(84) chỉ là quy trình phê duyệt và thử nghiệm cháy. Một hệ thống được thử nghiệm và phê duyệt theo các tài liệu đó; nó không được thiết kế theo hay tuân thủ chúng theo nghĩa mà cụm từ này mang khi nói về một tiêu chuẩn thiết kế.

Đây không phải chuyện chơi chữ. Điều 3.1.2 của MSC.1/Circ.1387 nêu rõ rằng kết quả thử nghiệm cháy xác định các tiêu chí thiết kế và lắp đặt — khoảng cách tối đa giữa các đầu phun, khoảng cách tối thiểu và tối đa từ đầu phun đến đối tượng được bảo vệ, việc đầu phun có phải đặt ngoài khu vực bảo vệ hay không, và áp suất làm việc tối thiểu. Nói cách khác, phạm vi thiết kế là đầu ra của thử nghiệm, không phải quy tắc viết sẵn trong tài liệu đó.

Vì vậy, viết trong hồ sơ mời thầu rằng “hệ thống phải tuân thủ MSC.1/Circ.1387” là không quy định được điều gì có thể kiểm chứng khi nghiệm thu. Viết rằng “nhà thầu phải xuất trình giấy chứng nhận nêu rõ bộ đầu phun này đã được thử nghiệm theo MSC.1/Circ.1387 cho loại không gian này, ở khoảng cách lắp đặt và áp suất làm việc được đề xuất” mới là điều kiểm tra được.

Cấp áp suất không phải là điều kiện phê duyệt

Đây là câu trả lời kỹ thuật quan trọng nhất trên trang này. Không tài liệu nào trong bảng trên định nghĩa, bắt buộc hoặc loại trừ bất kỳ cấp áp suất nào. Tất cả đều dựa trên tính năng và đặt nền trên kết quả thử nghiệm cháy; áp suất chỉ tham gia với tư cách một thông số đã được thử nghiệm. MSC.1/Circ.1430/Rev.2 xử lý áp suất thông qua quan hệ hệ số K, Q = k nhân căn bậc hai của P, với P tính bằng bar. MSC/Circ.1165 nêu rằng đặc tính đầu phun phải nằm trong dải đã thử nghiệm, và yêu cầu tính toán thủy lực để chọn cỡ ống.

Hệ quả là hệ thống áp suất thấp có quyền tiếp cận ngang nhau với mọi tuyến phê duyệt ở trên. Nhưng mỗi giấy chứng nhận gắn với những giá trị đã thực sự thử nghiệm — kiểu đầu phun, khoảng cách đầu phun, chiều cao lắp đặt và dải áp suất làm việc — và chỉ cho một loại không gian. Giấy chứng nhận cho buồng máy không có hiệu lực nào đối với boong chở xe, và không có hiệu lực nào đối với khu vực sinh hoạt.

Buồng máy dùng nhiên liệu methanol — điều gì nói được và điều gì không

Chủ đề này đang thu hút nhiều quan tâm khi đội tàu chuyển đổi nhiên liệu, và đây cũng là chỗ dễ nói quá nhất.

Điều không nói được: không thể khẳng định MSC.1/Circ.1387 bao phủ buồng máy dùng nhiên liệu methanol. Từ methanol không xuất hiện một lần nào trong tài liệu đó. Quy trình thử nghiệm cháy của nó chỉ dùng đám cháy phun dầu diesel nhẹ, ở mức danh nghĩa 1 MW và 6 MW.

Điều nói được: MSC.1/Circ.1387 là tuyến phê duyệt cho chữa cháy cục bộ trong buồng máy loại A. Khả năng đối phó với methanol là một khẳng định riêng của nhà sản xuất. Bất kỳ ai cân nhắc tàu chạy methanol nên yêu cầu giấy chứng nhận nêu rõ loại nhiên liệu đã thử, quy mô đám cháy đã thử và giới hạn phạm vi bảo vệ đã xác lập — và coi đó là bằng chứng cần kiểm tra, thay vì chấp nhận một câu trong tài liệu tiếp thị.

Ứng dụng trên bờ: cùng nguyên lý, khác tiêu chuẩn

Nguyên lý phun sương không giới hạn trong lĩnh vực hàng hải. Trên bờ, nó được dùng cho nhà tuabin và phòng máy phát, phòng biến áp và phòng thiết bị đóng cắt, phòng ắc quy và UPS, hầm cáp, và các cụm máy đặt trong vỏ kín.

Điều thay đổi khi lên bờ. Tiêu chuẩn tham chiếu chuyển từ các nghị quyết và thông tư của IMO sang NFPA 750, và tại Việt Nam là TCVN 13657-2:2023 đối với hệ thống phun sương áp suất cao, cùng với hồ sơ thẩm định thiết kế về phòng cháy chữa cháy theo quy định hiện hành. Tuyến phê duyệt cũng thay đổi theo. Công việc hàng hải được chứng minh bằng giấy chứng nhận kiểu đối chiếu với một thông tư. Công việc trên bờ được chứng minh bằng thử nghiệm đối chiếu với phạm vi ứng dụng mà nhà sản xuất có chứng nhận, và bằng sự chấp thuận của cơ quan có thẩm quyền hoặc của bên bảo hiểm. Giấy chứng nhận hàng hải không tự động chuyển sang công trình trên bờ.

Năm câu hỏi cần trả lời trước khi chọn phun sương cho một hạng mục trên bờ. Thể tích phòng và chiều cao trần có nằm trong phạm vi mà nhà sản xuất đã thực sự thử nghiệm không? Phòng có đủ kín không? Hệ thống thông gió có được ngắt khi kích hoạt không? Thiết bị được bảo vệ chịu được bao nhiêu nước, và có hệ thống thoát nước để tiêu thoát không? Trả lời năm câu đó trước, rồi mới so giá.

Vai trò của SATU Innovative

Trang này giải thích nguyên lý và các tuyến phê duyệt. Đây không phải trang sản phẩm và không nêu tên thương hiệu nào.

SATU Innovative làm việc ở phía kỹ thuật và mua sắm: xác định phạm vi công việc khớp với phạm vi ứng dụng mà nhà sản xuất thực sự có chứng nhận, kiểm tra xem các giấy chứng nhận nhà thầu nộp có thực sự bao phủ thể tích phòng, chiều cao trần và cách bố trí đầu phun đang được đề xuất hay không, và lập danh mục kiểm tra cho công tác nghiệm thu.

Chúng tôi không tuyên bố mình là nhà phân phối của bất kỳ thương hiệu phun sương nào trên trang này. Khi có dữ liệu kiểm chứng được từ nhà sản xuất, chúng tôi sẽ công bố kèm nguồn. Liên hệ với kỹ sư của chúng tôi để trao đổi về một hạng mục cụ thể.

Câu hỏi thường gặp

Phun sương khác sprinkler và deluge ở điểm nào?

Chủ yếu ở kích thước giọt nước, không phải ở áp suất. Giọt nhỏ hơn cho tổng diện tích bề mặt lớn hơn nhiều với cùng một thể tích nước, nên bay hơi nhanh hơn và hấp thụ nhiều nhiệt ẩn hơn. Hơi nước sinh ra cũng pha loãng ôxy cục bộ ở chân ngọn lửa, tuy hiệu ứng thứ hai này cần không gian kín mới có trọng lượng và gần như vô tác dụng ở khu vực hở có gió. Sprinkler và deluge làm việc chủ yếu bằng lượng nước và làm mát. Hệ quả thực tiễn là phun sương dùng ít nước hơn trên mỗi đơn vị diện tích, kéo theo kích thước bơm, cỡ ống, tải thoát nước và thiệt hại do nước đều giảm.

IMO yêu cầu áp suất thấp hay áp suất cao?

Không yêu cầu loại nào. Không có nội dung nào trong MSC/Circ.1165, MSC.1/Circ.1387, MSC.1/Circ.1430/Rev.3 hay Nghị quyết A.800(19) định nghĩa, bắt buộc hoặc loại trừ bất kỳ cấp áp suất nào. Các cấp áp suất đến từ NFPA 750: áp suất thấp từ 12,1 bar trở xuống, trung bình trên 12,1 nhưng dưới 34,5 bar, cao từ 34,5 bar trở lên. Các tài liệu IMO dựa trên tính năng và đặt nền trên kết quả thử nghiệm cháy; áp suất chỉ tham gia với tư cách một thông số đã thử nghiệm.

Việt Nam có tiêu chuẩn riêng cho hệ thống phun sương không?

Có. TCVN 13657-2:2023 quy định yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với các bộ phận của hệ thống chữa cháy phun sương áp suất cao. Đối với hạng mục trên tàu, tiêu chuẩn này được áp dụng cùng với quy phạm của Đăng kiểm Việt Nam và tuyến phê duyệt IMO tương ứng với loại không gian. Đối với công trình trên bờ, hồ sơ còn phải qua thẩm định thiết kế về phòng cháy chữa cháy theo quy định hiện hành.

Tài liệu nào áp dụng cho chữa cháy thể tích buồng máy loại A?

MSC/Circ.1165, sửa đổi bởi MSC.1/Circ.1237, MSC.1/Circ.1269 và MSC.1/Circ.1386. Đây là hướng dẫn phê duyệt và quy trình thử nghiệm cháy, không phải tiêu chuẩn thiết kế. Hệ thống được thử nghiệm và phê duyệt theo tài liệu này. Các tiêu chí thiết kế — khoảng cách đầu phun, áp suất làm việc tối thiểu và tương tự — là đầu ra của thử nghiệm chứ không phải quy tắc viết sẵn trong tài liệu.

Giấy chứng nhận cho buồng máy có dùng được cho boong chở xe kín không?

Không. Phê duyệt gắn với một loại không gian và với những giá trị đã thực sự thử nghiệm: kiểu đầu phun, khoảng cách đầu phun, chiều cao lắp đặt và dải áp suất làm việc. Giấy chứng nhận buồng máy theo MSC/Circ.1165 không có hiệu lực đối với boong chở xe kín — vốn thuộc MSC.1/Circ.1430/Rev.3 — và không có hiệu lực đối với khu vực sinh hoạt, vốn thuộc Nghị quyết A.800(19) sửa đổi bởi Nghị quyết MSC.265(84). Khi đọc hồ sơ dự thầu, hãy kiểm tra giấy chứng nhận được nộp có nêu đúng loại không gian của hạng mục hay không.

Phun sương có làm hỏng thiết bị được bảo vệ không?

Lượng nước trên một đơn vị diện tích thấp hơn đáng kể so với hệ thống chữa cháy thể tích truyền thống, và đó là ưu điểm kiểm chứng được từ hồ sơ thiết kế chứ không phải từ quảng cáo. Nhưng hệ thống vẫn xả nước, không phải chất chữa cháy sạch. Với phòng chứa thiết bị điện hoặc thiết bị công nghệ thông tin nhạy cảm, khả năng chịu nước của thiết bị, cách bố trí đầu phun so với thiết bị, và hệ thống thoát nước của phòng đều phải được xem xét ngay ở giai đoạn thiết kế.

Hệ thống dùng cho tàu có dùng được cho công trình trên bờ không?

Nguyên lý thì chuyển được, và nó được dùng cho nhà tuabin, phòng máy phát, phòng biến áp và thiết bị đóng cắt, phòng ắc quy và UPS, hầm cáp và cụm máy trong vỏ kín. Nhưng tiêu chuẩn tham chiếu chuyển từ các thông tư IMO sang NFPA 750 và TCVN 13657-2:2023, và tuyến phê duyệt thay đổi theo. Giấy chứng nhận hàng hải không tự động chuyển sang. Hãy kiểm tra thể tích phòng và chiều cao trần có nằm trong phạm vi nhà sản xuất đã thực sự thử nghiệm hay không.

Phun sương áp suất thấp có được phê duyệt cho buồng máy chạy methanol không?

Phải tách hai việc. Tuyến phê duyệt cho chữa cháy cục bộ trong buồng máy loại A là MSC.1/Circ.1387 — nhưng quy trình thử nghiệm cháy của tài liệu đó chỉ dùng đám cháy phun dầu diesel nhẹ ở mức danh nghĩa 1 MW và 6 MW, và từ methanol không xuất hiện một lần nào trong đó. Vì vậy không thể nói MSC.1/Circ.1387 bao phủ methanol. Khả năng đối phó với methanol là khẳng định riêng của nhà sản xuất, và cần giấy chứng nhận nêu rõ loại nhiên liệu đã thử, quy mô đám cháy đã thử và giới hạn phạm vi bảo vệ đã xác lập.