اطفای حریق با استفاده از خاموش کننده خود فعال شونده مبتنی بر هیدرات دی اکسید کربن

اطفای حریق با استفاده از خاموش کننده خود فعال شونده مبتنی بر هیدرات دی اکسید کربن

برای اولین بار در چند دهه گذشته می بایست تمام تجهیزات حفاظت شخصی آتش نشانی که در ایالات متحده به فروش میرسند، تا حد زیادی بدون استفاده از چندین ماده شیمیایی خاص محدود شده ساخته شوند. این مواد شامل PFAS نیز می شود؛ گروهی از ترکیبات مصنوعی چند منظوره که سالها باعث دوام قابلیت تنفس و مقاومت لباس ها در برابر آب روغن و دیگر خطرات محل حریق شده بودند. چالش های فراروی این تصمیم بزرگ را در این مقاله بخوانید:

هیدرات های گازی مصنوعی و طبیعی پتانسیل زیادی به عنوان مواد اطفای حریق دوست دار محیط زیست ایفا می کنند در این تحقیق، ما یک خاموش کننده هیدرات خود فعال جدید توسعه داده و آن را در انواع مختلف حریق آزمایش کردیم.

این خاموش کننده در لحظه فعال سازی به دلیل موج شوکی که در اثر انفجار آن ایجاد می شود، احتراق شعله را متوقف می کند. سپس هیدرات گازی روی سطح سوخت در حال سوختن پخش می شود. پوسته یخی آن ذوب شده و باعث کاهش دمای محل حریق می گردد و همزمان گاز بی اثر آزاد می شود که با بیرون راندن اکسید کننده از ناحیه احتراق، فرآیند سوختن را متوقف می کند.

آزمایش ها نشان داده اند که زمان واکنش خاموش کننده را می توان با تغییر پارامترهایی مانند جرم هیدرات، فضای آزاد داخل خاموش کننده مقدار آب افزوده شده و نوع ضربه مکانیکی وارد شده به خاموش کننده، تنظیم کرد. همچنین ما یک چارچوب مفهومی برای تولید خاموش کننده های هیدرات خود فعال و رساندن آنها به حجم محل حریق طراحی کرده ایم در مجموع یافته های این تحقیق مسیر را برای بهبود کارایی ابزارهای اطفای حریق هموار می کند؛ به گونه ای که این ابزارها سازگارتر با محیط زیست کم خطرتر برای تجهیزات، و تا حد امکان متناسب با نیازهای دنیای امروز باشند.

هیدرات های گازی، که با نام هیدرات های کلاترات یا کلاترات ها نیز شناخته می شوند. ترکیبات جامد بلوری و غیر استوکیومتری هستند که از گازهای با جرم مولکولی پایین و آب در دماهای پایین و فشارهای بالا تشکیل می شوند. این گازها شامل هیدروکربن های سبک مانند C2H6، CH4 و C3H8 همچنین دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، نیتروژن و غیره هستند.

هیدرات ها به صورت طبیعی در رسوبات آبهای عمیق و مناطق یخ زده دائمی (پرمافراست) وجود دارند. جامعه علمی جهانی روش هایی برای تولید هیدرات های تک جزئی دو جزئی و چند جزئی با ترکیب های مختلف برای کاربردهای گوناگون یافته است در ادامه به رایج ترین این کاربردها اشاره خواهیم کرد.

پرمافراست (Permafrost)

پرمافراست (Permafrost) به مناطقی از زمین گفته می شود که خاک، سنگ یا رسوبات آن برای دو سال متوالی یا بیشتر در دمای صفر درجه سانتیگراد یا پایین تر باقی می ماند. این ماده ساختاری دو لایه ای :دارد لایه بالایی که در تابستان ذوب میشود ( Active Layer)، و لایه زیرین که منجمد باقی میماند پرمافراست در مناطق سردسیر مانند سیبری، آلاسکا، کانادا گرینلند و بخش هایی از قطب شمال یافت می شود در پرمافراست آب موجود در خاک یا سنگ به صورت یخ باقی می ماند که می تواند باعث سفت و سخت شدن لایه های زمین شود.

هیدرات های گازی مصنوعی و طبیعی دارای کاربردهای گسترده ای هستند در حوزه هایی مانند مهندسی انرژی، شیمی گاز، شیمی نفت، سامانه های تبادل حرارت و اطفاء حریق.

هیدرات های گازی قابل اشتعال (برای مثال بر پایه متان و پروپان) در بخش انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. هیدرات متان که به صورت گسترده در دسترس است و انتشار آلاینده های کمتری دارد توجه بسیاری از کشورها و مناطق را به عنوان یک منبع جایگزین انرژی به خود جلب کرده است. هیدرات های گازی همچنین برای جداسازی گازهای حاصل از احتراق و شیرین سازی آب دریا مورد استفاده قرار می گیرند. کلاترات های حاصل از گازهای غیر قابل اشتعال می توانند به عنوان عوامل خاموش کننده حریق به کار روند، زیرا تجزیه هیدرات ها موجب کاهش دما در محل حریق می شود و گازها و بخار آبی که از تجزیه آنها آزاد می شود از ورود اکسیژن به ناحیه احتراق جلوگیری می کند. این هیدرات ها را می توان از گازهای متصاعده حاصل از احتراق انواع سوخت ها در نیروگاه ها، سنتز کرد. پودرهای خاموش کننده با ترکیبات مختلف به طور گسترده ای برای اطفای حریق مورد استفاده قرار گرفته اند. بیشتر پودرهای خاموش کننده حاوی عناصر شیمیایی قلیایی مانند: K₂CO₃ ،NaHCO₃ ،KHCO₃ ،Na₂CO₃ و غیره هستند. اگر این پودرها روی سطح یک فلز بنشینند، آن را اکسید کرده و ممکن است لایه سطحی ماده را نیز دچار تغییر کنند.

سیستم های گازی اطفای حریق چنین آسیبی وارد نمی کنند زیرا گازها از نظر شیمیایی خنثی هستند. این سیستم ها بر پایه گازهای خنثی به ویژه N₂ ،Ar ,CO₂ و ترکیبات آنها طراحی شده اند چنین گازهایی با جلوگیری از رسیدن ماده اکسید کننده به منبع اشتعال از تجزیه حرارتی ماده جلوگیری می کنند.

گازهای خنثی در واکنش های اکسیداسیون نقشی ایفا نمی کنند رسانای حرارت نیستند و به طور کلی با فلزات، اسیدها یا مواد قلیایی واکنش نمیدهند. سیستم های اطفای حریق با استفاده از چندین روش عمل می کنند. یکی از این روش ها کاهش غلظت اکسیژن در منطقه احتراق از طریق تزریق رقیق کننده های خنثی (مانند دی اکسید کربن، نیتروژن، بخار آب و غیره) است. این کار از انجام واکنش اکسیداسیون در مرحله اولیه احتراق خود به خودی جلوگیری می کند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ سیستم های اطفای حریق مبتنی بر گازهای بی اثر

⇐ طبقه بندی آتش و روش های کنترل و اطفای آن

⇐ بررسی انواع سیستم های اطفاء حریق اتوماتیک