Tùy vào nguồn nước sẵn có của từng nhà máy mà hệ thống phòng cháy chữa cháy sử dụng loại nước nào cho phù hợp để thiết kế hệ thống. Một trong những yếu tố quan trọng để thiết kế hệ thống chữa cháy bằng nước, đó là cần phải có những tính toán tổn thất áp lực trên đường ống chính và nhánh của hệ thống chữa cháy. Trên cơ sở các yêu cầu đó, việc xây dựng phép tính cụ thể cũng là một trong những nhiệm vụ trong công việc thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy cho nhà máy nhiệt điện đốt than. Dựa trên những thiết kế và định tuyến đường ống cơ bản của Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 đã đưa ra phương pháp cũng như các tính toán ban đầu cho việc xác định tổn thất trên đường ống của hệ thống phòng cháy chữa cháy, để lựa chọn các thông số của đường ống và bơm chữa cháy cho hệ thống.
Trong nhà máy nhiệt điện đốt than, hệ thống chữa cháy bằng nước bao gồm hệ thống chữa cháy tự động bằng nước - sprinkler, drencher; hệ thống chữa cháy bằng bọt, bột… Một trong những yêu cầu để có thể xây dựng nên hệ thống chữa cháy bằng nước đó là cần phải có những tính toán về tổn thất áp lực trên đường ống chính và nhánh của hệ thống. Dựa trên yêu cầu này, bài báo sẽ đưa ra các nghiên cứu, cách tính toán tổn thất cũng như lựa chọn ra các thông số chính của các thiết bị và lựa chọn đường ống sử dụng cho hệ thống chữa cháy bằng nước nhằm đảm bảo sự vận hành tốt nhất của hệ thống chữa cháy.
2. Tiêu chuẩn, cơ sở và điều kiện áp dụng tính toán
2.1. Tiêu chuẩn áp dụng
Khi áp dụng các tiêu chuẩn cho một dự án xây dựng nói chung và nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam nói riêng thì thứ tự ưu tiên sẽ lần lượt là:
• Yêu cầu cụ thể của dự án
• Tiêu chuẩn Việt Nam
• Tiêu chuẩn quốc tế
Các tiêu chuẩn về phòng cháy chữa cháy đang được áp dụng cho Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 được bài báo liệt kê ra như dưới đây:
TCVN 33 – 2006: Cấp nước mạng lưới bên ngoài và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 2622 – 1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 3254 – 1989: An toàn cháy – Yêu cầu chung.
TCVN 4513 – 1988: Cấp nước bên trong – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 5040 – 1990: Thiết bị phòng cháy chữa cháy – Ký hiệu hình vẽ dùng trên sơ đồ phòng cháy – Yêu cầu kỹ thuật
NFPA 13 – 2013: Standard for the Installation of Sprinkler Systems
NFPA 14 – 2013: Standard for the Installation of Standpipes and Hose Systems
NFPA 15 – 2013: Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection
NFPA 16 – 2015: Standard for the Installation of Foam – Water Sprinkler and Foam – Water Spray Systems
NFPA 20 – 2015: Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection
2.2. Cơ sở lý thuyết, điều kiện áp dụng tính toán
2.2.1. Công thức tính tổn thất ma sát
Tính toán thủy lực được thực hiện dựa trên các điều kiện sau đây:
- Công thức tính tổn thất ma sát: Tổn thất ma sát trong đường ống được tính bằng công thức Hazen và William [4].
Trong đó:
+ P: hệ số chống ma sát (bar.g / mét).
+ Q: Lưu lượng dòng chảy (lít / phút).
+ d: Đường kính trong của ống (mm).
+ C: Hệ số tổn thất ma sát của đường ống (với ống HDPE là 150, và ống thép là 120) (theo mục 8.3.2.3 NFPA 14-2013 [4]).
- Công thức tính vận tốc nước trong ống:
Trong đó:
+ A =
+ V: Vận tốc (m/s);
+ Q: Lưu lượng dòng chảy (mm3 /s).;
+ A: Tiết diện bên trong đường ống (mm2);
+ D: Đường kính trong của ống (mm).
2.2.2. Các lựa chọn thiết kế
- Lựa chọn dữ liệu đường ống:
Các ống được thiết kế lắp đặt khác nhau với qui cách vật liệu khác nhau sẽ có các thông số áp dụng để tính toán khác nhau, trong nội dung nghiên cứu của hệ thống phòng cháy chữa cháy cho nhà máy nhiệt điện đốt than, bài báo đề xuất sử dụng hai loại vật liệu chính để áp dụng, đó là ống thép đúc ASTM hoặc ống HDPE với cách thức lắp đặt là đi nổi trên mặt đất (với ống thép đúc) và đi chìm dưới lòng đất (đối với ống HDPE).
Cụ thể, với ống nổi thì theo tiêu chuẩn NFPA 14-2013 mục 8.3.2.3 hệ số tổn thất ma sát của đường ống sẽ là C = 120 và với ống đi chìm thì tổn thất ma sát của đường ống sẽ là C = 150.
Vận tốc dòng chảy trong ống, kể cả ống đi nổi hay đi chìm thuộc mạch vòng chính không vượt quá 3 m/s [4].
- Lựa chọn áp suất thiết kế:
Áp suất tối thiểu tại các vị trí đầu ra xa nhất theo tham khảo trong tiêu chuẩn NFPA13-2013 mục 8.3.4 và các hồ sơ kỹ thuật của các dự án về nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam, bài báo đề xuất áp dụng cho hệ thống chữa cháy được nghiên cứu tương ứng với các thông số, như sau:
+ Họng ngoài trời (DN65): 3.5 bar;
+ Họng trong nhà (DN50): 3.5 bar;
+ Sprinkler: Nhỏ nhất 0.5 bar;
+ Đầu phun sương; vận tốc cao: 3.5 bar;
+ Vận tốc trung bình: 1.4 bar.
- Lựa chọn lưu lượng thiết kế:
Lưu lượng thiết kế của dòng chảy ở các vị trí đầu ra xa nhất theo tiêu chuẩn NFPA 14 – 2013 mục 7.10.3 được bài báo áp dụng và đưa vào trong các tính toán của mình đó là 946 L/ph (lít/phút) đối với các họng nước đặt ngoài trời và 379 L/ph đối với các họng nước trong nhà. Tuy nhiên, tùy vào các đặc thù có thể riêng biệt đối với từng trường hợp cụ thể mà các thông số này có thể cao hoặc thấp hơn các số liệu đã đề xuất.
Trên cơ sở đó, kết hợp với sơ đồ tuyến ống đã được thiết kế sơ bộ trước đây để tính toán tổn thất đường ống cho đối tượng là hệ thống phòng cháy chữa cháy của nhà máy nhiệt điện, mà cụ thể ở đây là Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1.
3. Áp dụng tính toán cho Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1
3.1. Kết quả tính toán tổn thất đường ống cho các điểm tính toán
Với các cơ sở, điều kiện tính toán được đề cập tới ở mục 2, trong nội dung bài báo này, kết hợp với sơ đồ tuyến ống đã xây dựng cho Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1, đã tính toán tổng hợp nhu cầu nước sử dụng cho mục đích chữa cháy cho 4 điểm tính toán có nhu cầu lớn nhất, tuyến ống lớn nhất của nhà máy, đó là: Khu vực trạm và máy biến áp, khu vực lò hơi, khu vực cảng dầu và khu vực bồn chứa dầu DO.
Song song với đó là tổng hợp kết quả tổn thất đường ống cho từng hạng mục với mục đích lựa chọn chính xác hệ thống bơm, đường ống chữa cháy cho hệ thống phòng cháy chữa cháy của nhà máy.
| Loại ống | Lưu lượng (Q) L/ph | Hệ số tổn thất (C) | Đường kính ống (D)
mm | Tổn thất ma sát trên đường ống (P)
Bar/m | Chiều dài ống (L)
m | Tổn thất áp suất trên đường ống (HTT)
mH2O |
| Tổn hao trên đường ống chữa cháy cho máy biến áp |
| Ống HDPE (P1) | 758 | 150 | 250 | 0.00003 | 53 | 0.01 |
| Ống thép (P2) | 758 | 120 | 250 | 0.0004 | 260 | 0.11 |
| Tổng | 0.12 |
| Tổn hao trên đường ống chữa cháy cho khu vực lò hơi |
| Ống HDPE (P1) | 758 | 150 | 250 | 0.00003 | 53 | 0.01 |
| Ống thép (P2) | 758 | 120 | 250 | 0.0004 | 260 | 0.11 |
| Tổng | 0.12 |
| Tổn hao trên đường ống chữa cháy cho khu vực cảng dẫn |
| Ống thép DN250 | 2500 | 120 | 250 | 0.00035 | 899 | 3.46 |
| Ống thép DN200 (P2) | 2500 | 120 | 200 | 0.00104 | 633 | 7.22 |
| Tổng | 10.67 |
| Tổn hao trên đường ống chữa cháy cho khu vực bồn dầu DO |
| Ống thép DN250 | 3800 | 120 | 250 | 0.00076 | 665 | 5.55 |
| Tổng | 5.55 |
Bảng 1. Bảng kết quả tính toán tổn hao trên đường ống chữa cháy [4]
Nhu cầu nước chữa cháy cho từng hạng mục kể trên sau khi tính toán, như sau:
- Tổng nhu cầu nước cho khu vực máy biến áp chính là: 450 m3/h (7490L/ph)
- Tổng nhu cầu nước cho khu vực lò hơi: 45.48 m3/h (758L/ph)
- Tổng nhu cầu nước cho cảng dầu là: 340.68 m3/h (5,678L/ph)
- Tổng nhu cầu nước cho bồn dầu là: 228 m3/h (3,800L/ph)
3.2. Tổng hợp thiết bị và thông số cho hệ thống chữa cháy bằng nước
Để lựa chọn được bơm chữa cháy cho hệ thống phòng cháy chữa cháy, cần phải tổng hợp được lưu lượng nước, áp suất yêu cầu dựa trên các hoạt động chữa cháy đồng thời và lớn nhất của hệ thống cộng thêm các yếu tố dự trữ, dự phòng và căn cứ thêm vào các thông số sản xuất bơm của nhà sản xuất.
Theo các số liệu đã tính toán, thu được bảng tổng hợp nhu cầu nước tại các khu vực, như sau:
| STT | Mô tả | Loại hệ thống | Nhu cầu nước | Nhu cầu nước | Áp suất thực tế tại bơm yêu cầu | Ghi chú |
|
|
| (l/ph) | m3/h | mH2O |
|
| 1 | Máy biến áp | Hệ thống phun sương, họng nước ngoài trời | 7490 | 450 | 90 | Trường hợp 1 |
| 2 | Khu vực lò hơi | Họng nước trong nhà | 758 | 45,48 | 109 | Trường hợp 2 |
| 3 | Cảng dầu | Súng phun bọt | 5678 | 340,68 | 100 | Trường hợp 3 |
| 4 | Bồn dầu DO | Đầu tạo bọt, họng tạo bọt, hệ thống phun sương | 3800 | 228 | 78 | Trường hợp 4 |
Bảng 2. Bảng tổng hợp nhu cầu nước và áp suất đồng thời [4]
Trong đó:
Trường hợp 1: Nhu cầu nước lớn nhất khu vực máy biến áp chính.
Trường hợp 2: Khu vực cao nhất - Lò hơi.
Trường hợp 3: Khu vực xa nhất - Cảng dầu.
Trường hợp 4: Tanh dầu DO.
Theo mục 6.2.5.1 NFPA850-2015 và mục 10.22 TCVN
2622-1995, bơm phải có công suất đủ đáp ứng nhu cầu về lưu lượng chữa cháy theo các điều kiện dưới đây:
Việc cung cấp nước cho thiết bị chữa cháy cố định phải dựa trên việc cấp nguồn nước liên tục trong 3 giờ cho cả hai mục (a) và (b), như sau:
(a) Một trong các mục 1 hoặc 2 dưới đây, tùy theo yêu cầu nào cao hơn:
1. Yêu cầu hệ thống chữa cháy cố định lớn nhất;
2. Bất cứ hệ thống chữa cháy cố định nào được thiết kế để hoạt động đồng thời tại một thời điểm (ví dụ: turbine dưới sàn bảo vệ kết hợp với các hệ thống phòng cháy khác trong khu vực turbine; bảo vệ băng tải than kết hợp với bảo vệ các cấu kiện xử lý than liên quan trong quá trình hỏa hoạn; các máy biến thế liền kề không được tách ra theo bảng).
(b) Nhu cầu lưu lượng không ít hơn 500 gpm (31.5 L/sec).
Dựa trên 4 trường hợp:
Lưu lượng lớn nhất 450 m3/h, với 10% dự trữ 450*1.1=495 m3/h. dựa trên các công suất của nhà sản xuất bơm và để an toàn, bài báo chọn lưu lượng thiết kế là 500 m3/h.
Áp suất lớn nhất 109 m, với dự trữ 106.2*1.1 = 117m, ta chọn 125 m.
Nguồn nước chữa cháy phải căn cứ theo TCVN2622 mục 10. 27, khả năng chứa nước chữa cháy phải cung cấp không nhỏ hơn (3) nhu cầu nước tối đa để chữa cháy.
Thể tích bể nước chữa cháy tối thiểu là: 500x3= 1500 m3.
Nước cung cấp cho các hệ thống mạch vòng chính hệ thống chữa cháy bằng trạm bơm chữa cháy. Các bơm chữa cháy được lựa chọn như bảng 3.
| STT | Loại | Công suất | Số lượng | Ghi chú |
| 1 | Bơm điện chữa cháy (Nhiệm vụ) | 500 m3/hr; 125 mH2O | 1 Set |
|
| 2 | Bơm Diesel chữa cháy (Dự phòng) | 500 m3/hr; 125 mH2O | 1 Set |
|
| 3 | Bơm điện bù áp | 15 m3/hr | 2 Set |
|
Bảng 3. Bảng tổng hợp và lựa chọn bơm chữa cháy [4]
4. Kết luận
Bài báo đã sử dụng các dữ kiện và tiêu chuẩn áp dụng để tính toán tổn hao đường ống, xây dựng hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Tuy nhiên, bài báo chỉ đề xuất phương án tính toán tổn thất đường ống và lựa chọn bơm chữa cháy trong trường hợp chỉ có một điểm cháy duy nhất cho toàn bộ khu vực tại một thời điểm. Trong các nghiên cứu tiếp theo, tác giả đang hướng tới nghiên cứu tính toán với cơ sở nhiều hơn một điểm cháy xảy ra tại một thời điểm, đồng thời tìm hiểu áp dụng phần mềm đã được thương mại hóa vào tính toán.
Tài liệu tham khảo
[1] Giáo trình thiết bị chữa cháy tự động; Trường cao đẳng PCCC – 1990.
[2] Các tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7336 – 2003, TCVN 4513 – 88, TCVN 5760 – 1993, TCVN 2622 – 1995, TCVN 33 – 2006, TCVN 4513 – 1988.
[3] Các tiêu chuẩn quốc tế NFPA 1 – 2015, NFPA 14 – 2013, NFPA 13 – 2013, NFPA 20 - 2015, NFPA 850 – 2015.
[4] Tính toán tổn thất đường ống hệ thống chữa cháy Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 – BCA Thăng Long.
Calculate the losses on the pipelines of the fighting fire system in thermal power plant
Abstract Depending on the available water source of each plant, which type of water fire fighting is suitable for system design. One of the important factors to be build a water fire-fighting system is that it is necessary to calculate the pressure loss on the main pipe and branch of the fire-fighting system. Based on these requirements, building a specific calculation is also one of the tasks in the design of fire protection systems for coal-fired thermal power plants. Based on the basic pipeline design and routing of Song Hau Thermal Power Plant 1, the paper gave the method as well as the initial calculations for determining the losses on the pipelines of the fighting fire system, so selecting pipes and pumps parameter for the system. Keyword: Fire protection, coal thermal power, fire protection pipe.
|
Nguyễn Văn Minh, Dương Mạnh Cường
(Nguồn: Tập san "Viện Nghiên cứu Cơ khí 60 năm lớn mạnh cùng đất nước")
