Dẫn nhập: Không phải tất cả các “đám cháy” đều giống nhau – sự khác biệt xa vời giữa cháy nhà ở và cháy nhà máy hóa chất
Đường cong tăng nhiệt độ cháy của phòng cháy trong thiết kế kiến trúc (ISO 834/GB 9978) và phòng cháy công nghiệp hóa dầu (UL 1709) hoàn toàn khác nhau ISO 834 (cháy xenlulo)——mô phỏng sự cháy của gỗ/giấy/dệt may——tăng nhiệt độ chậm——đạt 821°C sau 30 phút——cho nhân viên và hệ thống chữa cháy thời gian phản ứng lâu hơn. UL 1709 (cháy hydrocarbon)——mô phỏng sự cháy của dầu/mỏ khí tự nhiên/hóa chất——tăng nhiệt độ cực kỳ nhanh đạt 1093°C trong 5 phút——>1100°C trong 10 phút Kết cấu thép dưới tốc độ tăng nhiệt nhanh như vậy đạt nhiệt độ tới hạn (550°C) trong thời gian cực ngắn——yêu cầu lớp sơn chống cháy phải xây dựng lớp than cách nhiệt trong thời gian ngắn nhất, với tốc độ trương nở cao nhất. Sơn trương nở đạt chuẩn ISO 834 có thể hỏng sau 30-60 phút dưới UL 1709 vì tốc độ trương nở và tạo than của lớp sơn không theo kịp tốc độ tăng nhiệt của cháy hydrocarbon——lớp sơn chưa hoàn thành việc ”trương nở”——kết cấu thép nền đã đạt nhiệt độ tới hạn——chống cháy thất bại.
I. So sánh đường cong tăng nhiệt ISO 834 (cháy xơ cellulose) và UL 1709 (cháy hydrocarbon)
| Thời gian (phút) | Nhiệt độ ISO 834 (°C) | Nhiệt độ UL 1709 (°C) | Chênh lệch nhiệt độ (°C) | Thách thức đối với lớp phủ |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 576 | 1093 | 517 | UL 1709——lớp phủ cần hoàn thành trương nở trong <5 phút——cửa sổ cực ngắn |
| 10 | 678 | >1100 | >422 | ISO 834——sự trương nở của lớp phủ có thể kéo dài >30 phút |
| 30 | 821 | >1100 (ổn định) | >279 | UL 1709——ổn định nhiệt lâu dài ở >1100°C / lớp than hóa |
| 60 | 925 | >1100 | >175 | ISO 834——nhiệt độ tăng chậm / liên tục tăng |
Câu hỏi thường gặp
Q1: Tại sao “đạt 1093°C trong 5 phút” của UL 1709 lại là thách thức tối hạn đối với lớp phủ trương nở?Lớp phủ trương nở (APP/PER/MEL) có quá trình trương nở——(1) APP (amoni polyphosphate) phân hủy giải phóng axit phosphoric (xúc tác este hóa và tạo than của PER——>200°C); (2) MEL (melamine) phân hủy giải phóng khí như NH₃/CO₂ (tạo bọt——>250°C); (3) PER dưới xúc tác của axit phosphoric mất nước→tạo than——hình thành lớp than trương nở (>300°C). Tổng thời gian của ba phản ứng này là 2-5 phút dưới sự tăng nhiệt của ISO 834——từ 0→576°C (5 phút)——cửa sổ nhiệt độ đủ để lớp phủ hoàn thành việc trương nở. Nhưng ở UL 1709——0→1093°C chỉ trong 5 phút——APP/PER/MEL của lớp phủ trong vài giây đã bị “bỏ qua” nhiệt độ phản ứng tối ưu——phản ứng không hoàn chỉnh——trương nở không đầy đủ——lớp than hóa không đủ——thép đạt nhiệt độ tới hạn trong 10-15 phút——chống cháy thất bại.
Q2: Tại sao Dipentaerythritol (DPER) lại phù hợp hơn với đám cháy hydrocarbon so với Mono Pentaerythritol (PER)? Nhiệt độ nóng chảy của PER (khoảng 260°C) và nhiệt độ tạo than (trên 300°C/trong điều kiện xúc tác bằng axit photphoric) — sau khi cốc hóa sẽ tạo ra khung xương carbon. DPER (dimer/hai phân tử PER liên kết qua một nguyên tử oxy) có hàm lượng carbon cao hơn (khoảng 45% so với 41% của PER), lớp than tạo ra sau khi cốc hóa đặc hơn/có cường độ cao hơn, ở nhiệt độ cao duy trì trên 1100°C — tốc độ bào mòn (Ablation Rate) của lớp than chậm hơn — tuổi thọ chống cháy được kéo dài. DPER là “chất tạo than tiêu chuẩn” của sơn trương nở chống cháy hydrocarbon, PER chỉ thích hợp cho đám cháy xenlulo.
Q3: Tại sao APP vi nang hóa lại cải thiện khả năng chống cháy đối với đám cháy hydrocarbon?APP thông thường khi bị nung nóng nhanh ở >300°C — các sản phẩm phân hủy của APP (axit phosphoric/polyphosphoric) phân bố không đều trong lớp than hóa (bốc hơi cục bộ/dư thừa cục bộ) — chất lượng lớp than hóa không đồng đều. APP vi nang hóa (hạt APP được phủ bằng nhựa melamine-formaldehyde MF ở bề mặt) — (1) APP được “bảo vệ” bên trong nang MF khỏi sự phân hủy nhiệt sớm — chỉ giải phóng khi nhiệt độ lớp phủ tăng lên >350°C — thời điểm giải phóng chính xác hơn (vừa khớp với cửa sổ hoạt tính tạo than của PER); (2) sản phẩm phân hủy của vỏ nang MF (khí chứa nitơ) — đóng vai trò là nguồn tạo bọt bổ sung giúp tăng tỷ lệ trương nở.
Q4: Sự khác biệt giữa phun lửa (Jet Fire/ISO 22899-1) và đám cháy bể (Pool Fire/ISO 20041-1)?Phun lửa——khí/lỏng áp suất cao phun ra với tốc độ cao từ vết nứt của đường ống/bình chứakết hợp phun nhanh + cháynhiệt độ ngọn lửa >1300°C——đồng thời cósự xói mòn của luồng khí tốc độ cao (>100m/s) (va đập cơ học + oxy hóa nhiệt độ cao)lớp phủ dưới sự tấn công kép “nhiệt + xói mòn” của phun lửa——lớp carbon hóa có thể bị luồng khíthổi bay về mặt vật lýgây mất tác dụng chống cháy. Đám cháy bể——nhiên liệu lỏng hình thành “bể lửa” trên mặt đấtnhiệt độ >1100°C——nhưng không có xói mòn từ luồng khí tốc độ cao——thách thức của lớp phủ “chỉ” là nhiệt độ cao——yêu cầu về độ bền lớp carbon hóa của lớp phủ trương nở thấp hơn phun lửa. Phun lửa làbài kiểm tra chống cháy lớp phủ cao nhấtcủa công nghiệp hóa dầu và giàn khoan ngoài khơi.
Q5: Tốc độ bào mòn lớp carbon hóa (Ablation Rate) của lớp phủ chống cháy hydrocarbon được đo như thế nào? Dưới điều kiện gia nhiệt UL 1709——cách nhau >10 phút——(1) ngừng gia nhiệt——> đo chiều dày lớp carbon hóa còn lại; (2) dùng SEM phân tích cấu trúc vi mô của lớp carbon hóa (kích thước lỗ rỗng/độ dày thành lỗ——đánh giá hiệu quả cách nhiệt)——vẽ đường cong “chiều dày còn lại – thời gian”——ngoại suy thời điểm “lớp carbon hóa bào mòn hoàn toàn” (chiều dày còn lại = 0)——chính là “giới hạn chống cháy” của lớp phủ.
Q6: Sự khác biệt về công thức giữa loại phồng nở epoxy (dùng cho cháy hydrocarbon) và loại phồng nở acrylic (dùng cho cháy xenlulo)? Loại phồng nở epoxy——Nhựa epoxy (chịu nhiệt >150°C) + chất đóng rắn (amin/anhydrit axit)——Lớp phủ ở nhiệt độ thường đã có Tg và cường độ cơ học cao hơn, lớp than hóa khi gặp hỏa hoạn có cường độ > loại acrylic——Phù hợp với cháy hydrocarbon (>1100°C/cần lớp than hóa cường độ cao). Loại phồng nở acrylic——Nhũ tương acrylic (một thành phần/dễ thi công)——Tg thấp (<50°C)——Khi gặp hỏa hoạn mềm sớm——Phồng nhanh——Nhưng cường độ lớp than hóa và độ bền nhiệt yếu hơn loại epoxy——Phù hợp với cháy xenlulo (<950°C).
Q7: Thực tiễn kỹ thuật của “Phòng cháy thụ động” (PFP/Passive Fire Protection) đối với đám cháy hydrocarbon trên giàn ngoài khơi?Giàn ngoài khơi (khoan/sản xuất)——(1) Cột kết cấu thép và giằng đỡ——Loại phồng nở epoxy (PFP/DFT>10mm)——UL 1709/120min (đám cháy hydrocarbon/2h)——Độ dày lớp phủ>10mm (rất dày——cần phun nhiều lần); (2) Thiết bị (bình tách/máy nén)——Phồng nở + phun vermiculit xi măng (lớp bảo vệ kép); (3) Lối thoát hiểm——Loại phồng nở epoxy (>60min chịu lửa). Tổng trọng lượng lớp phủ PFP ngoài khơi có thể đạt >50kg/m²——có ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng kết cấu giàn——cần được xem xét ngay từ giai đoạn thiết kế.
Q8：Yêu cầu chống cháy của lớp phủ đối với hỏa hoạn hầm (đường cong RWS/tiêu chuẩn Hà Lan)?Đường cong lửa hầm RWS (Rijkswaterstaat/Hà Lan) — mô phỏng xe bồn cháy trong hầm>1200°C/120min — khắc nghiệt hơn UL 1709. Lớp phủ chống cháy hầm — (1) Độ ổn định nhiệt của lớp carbon hóa cực cao — ngăn lớp carbon hóa bốc hơi quá nhanh ở >1200°C; (2) “Khả năng sửa chữa” sau khi chống cháy — sau hỏa hoạn hầm, khu vực lớp phủ bị hư hại có thể sửa chữa cục bộ — không cần thay thế toàn bộ.
Q9: Trong công trình sơn chống cháy, “hệ số mặt cắt” (Hp/A/Section Factor) ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế chiều dày lớp phủ?Hp/A= tỷ lệ chu vi chịu lửa / diện tích mặt cắt của kết cấu thép càng lớn — tốc độ tăng nhiệt của cấu kiện thép càng nhanh, lớp sơn chống cháy cần thiết càng dày. Ví dụ — thép hình I (thép chữ I/Hp/A rất lớn — cánh mỏng — tăng nhiệt cực nhanh) so với thép hộp (Hp/A nhỏ — tấm thép dày — tăng nhiệt chậm) — chiều dày lớp phủ cần thiết của loại trước có thể gấp >2 lần loại sau. Trong TDS của sơn chống cháy phải cung cấp “bảng chiều dày khuyến nghị theo từng Hp/A khác nhau”, kỹ sư căn cứ vào đó để thiết kế phương án bảo vệ chống cháy cho kết cấu thép.
Q10：Chức năng giãn nở “thời hạn hiệu lực” của sơn chống cháy có bị suy giảm không?Sơn giãn nở loại APP trong quá trình sử dụng lâu dài (>10 năm) sẽ phản ứng chậm với độ ẩm và CO₂ trong không khíbị thủy phân một phần thành amoni hydro photphatmất khả năng xúc tác giãn nở——tỷ lệ giãn nở suy giảm >30%——hiệu năng chống cháy giảm sút. Mỗi 5-8 nămcần tiến hành“kiểm tra định kỳ tỷ lệ giãn nở” (GB 14907)lấy mẫu lớp sơn đưa vào phòng thí nghiệm nung >500°C——đo tỷ số độ dày sau giãn nở/độ dày ban đầu——50 lần)——kết luận khả năng giãn nở suy giảm——cần sơn lại lớp chống cháy.
Bài đọc liên quan
Tóm tắt
Sự khác biệt đường cong tăng nhiệt giữa hỏa hoạn hydrocarbon (UL 1709/đạt 1093°C trong 5 phút) và hỏa hoạn xenlulo (ISO 834/đạt 821°C trong 30 phút) – là biến số “kịch bản hỏa hoạn” quan trọng nhất trong thiết kế công thức sơn chống cháy. Cốt lõi của lớp phủ chống cháy hydrocarbon – chất tạo than điểm nóng chảy cao (DPER), APP vi nang hóa và nền epoxy – cung cấp bảo vệ chống cháy trên 120 phút ở nhiệt độ >1100°C. Khách Tín New Material cung cấp cho khách hàng trọn bộ sản phẩm sơn chống cháy phồng nở cho hỏa hoạn xenlulo và hydrocarbon cùng hỗ trợ kỹ thuật công trình.