سیستم‌های اطفای حریق فوم (Foam Firefighting Systems) و تجهیزات و اجزای آن در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی

Foam Firefighting System چیست؟

سیستم اطفای حریق فوم، سیستمی است که با ترکیب آب و ماده کنسانتره فوم، یک Foam Solution ایجاد کرده و سپس با استفاده از تجهیزات مناسب، فوم را روی سطح حریق یا منطقه تحت حفاظت تخلیه می‌کند.

فرآیند کلی سیستم به‌صورت زیر است:

Water Supply

↓

Foam Concentrate

↓

Proportioning / Dosing

↓

Foam Solution

↓

Foam Generation

↓

Foam Discharge

↓

Fuel Surface Coverage

فوم پس از قرار گرفتن روی سطح مایع قابل اشتعال، یک لایه محافظ ایجاد می‌کند که می‌تواند باعث:

جداسازی سوخت از اکسیژن

کاهش تبخیر سوخت

کاهش انتشار بخارات قابل اشتعال

کاهش انتقال حرارت

کنترل و خاموش‌سازی حریق

شود.

مکانیسم عملکرد فوم

عملکرد فوم تنها به خنک‌کاری محدود نمی‌شود.

مهم‌ترین مکانیزم‌های عملکرد آن عبارت‌اند از:

Smothering

جدا کردن سطح سوخت از اکسیژن.

Vapor Suppression

کاهش آزاد شدن بخارات قابل اشتعال.

Cooling

خنک کردن سطح سوخت و تجهیزات.

Separation

ایجاد یک سد فیزیکی بین سوخت و منبع احتراق.

به همین دلیل، فوم در بسیاری از حریق‌های مایعات قابل اشتعال عملکرد مناسبی دارد.

Foam Concentrate چیست؟

Foam Concentrate ماده اولیه‌ای است که برای تولید فوم آتش‌نشانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این ماده به‌صورت خالص در مخزن ذخیره شده و در هنگام عملکرد سیستم با آب به نسبت مشخصی مخلوط می‌شود.

برای مثال ممکن است سیستم برای یک نوع فوم با نسبت طراحی مشخصی مانند:

1%

یا:

3%

یا:

6%

طراحی شده باشد.

نسبت دقیق باید بر اساس نوع فوم، سوخت و مشخصات سازنده تعیین شود.

انواع Foam Concentrate

فوم‌های آتش‌نشانی را می‌توان بر اساس ترکیب و کاربرد به گروه‌های مختلف تقسیم کرد.

برخی انواع شناخته‌شده عبارت‌اند از:

AFFF

AR-AFFF

Fluoroprotein Foam

Protein Foam

Synthetic Foam

High-Expansion Foam

Low-Expansion Foam

انتخاب نوع فوم باید بر اساس:

نوع سوخت

نوع حریق

شرایط محیطی

تجهیزات تخلیه

الزامات پروژه

الزامات زیست‌محیطی

انجام شود.

در پروژه‌های جدید، انتخاب فوم باید با توجه ویژه به الزامات زیست‌محیطی و محدودیت‌های مرتبط با مواد فلورینه نیز انجام شود.

Foam Solution چیست؟

پس از ترکیب آب و Foam Concentrate، سیالی به نام Foam Solution ایجاد می‌شود.

برای مثال:

Water

Foam Concentrate

↓

Foam Solution

این محلول هنوز الزاماً فوم نهایی نیست.

در مرحله بعد، با ورود هوا به محلول از طریق تجهیزات مناسب، فوم تولید می‌شود.

بنابراین باید بین سه مفهوم تفاوت قائل شد:

Foam Concentrate

ماده اولیه فوم

Foam Solution

مخلوط آب و کنسانتره

Finished Foam

فوم نهایی تولیدشده با ورود هوا

Foam Proportioning چیست؟

Foam Proportioning فرآیندی است که طی آن مقدار مشخصی از Foam Concentrate با جریان آب ترکیب می‌شود.

برای مثال:

Fire Water Flow

Controlled Foam Concentrate Flow

↓

Correct Foam Solution Concentration

سیستم Proportioning باید بتواند نسبت اختلاط مورد نیاز را در محدوده طراحی حفظ کند.

این بخش یکی از مهم‌ترین قسمت‌های سیستم فوم است.

Foam Dosing چیست؟

اصطلاح Foam Dosing معمولاً به فرآیند تزریق مقدار مشخصی از Foam Concentrate به جریان آب اشاره دارد.

در عمل، سیستم Dosing یا Proportioning باید اطمینان دهد که کنسانتره با نرخ مناسب وارد جریان آب می‌شود.

در طراحی باید موارد زیر مشخص باشد:

دبی آب

درصد فوم

دبی Foam Concentrate

فشار سیستم

محدوده عملکرد

دقت اختلاط

به‌عنوان مثال، اگر سیستم برای غلظت مشخصی طراحی شده باشد، باید در شرایط مختلف دبی نیز نسبت اختلاط مورد نیاز را حفظ کند.

Foam Proportioning Methods

روش‌های مختلفی برای تزریق و اختلاط Foam Concentrate وجود دارد.

مهم‌ترین روش‌ها شامل:

Bladder Tank Proportioning

Balanced Pressure Proportioning

Around-the-Pump Proportioning

Inline Inductor

Inline Balanced Pressure Proportioning

Direct Injection

Foam Dosing Pump

هستند.

انتخاب روش به ظرفیت سیستم، محدوده دبی، نوع فوم و فلسفه طراحی پروژه بستگی دارد.

Bladder Tank چیست؟

Bladder Tank یکی از سیستم‌های رایج برای ذخیره و تزریق Foam Concentrate است.

این تجهیز شامل یک مخزن تحت فشار است که درون آن یک Bladder انعطاف‌پذیر حاوی Foam Concentrate قرار دارد.

در زمان عملکرد سیستم:

Fire Water

وارد فضای اطراف Bladder می‌شود.

فشار آب باعث فشرده شدن Bladder شده و Foam Concentrate را به سمت سیستم Proportioning هدایت می‌کند.

به‌صورت ساده:

Fire Water

↓

Pressurizes Bladder

↓

Foam Concentrate Discharged

↓

Proportioner

↓

Foam Solution

مزیت مهم این سیستم، عدم نیاز به پمپ مجزا برای Foam Concentrate در بسیاری از کاربردها است.

اجزای Bladder Tank System

یک سیستم Bladder Tank معمولاً می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

Bladder Tank

Foam Concentrate Bladder

Water Inlet

Foam Outlet

Proportioner

Valves

Pressure Gauges

Drain

Filling Connection

Venting Arrangement

Foam Concentrate Piping

طراحی دقیق تجهیزات جانبی به نوع و سازنده سیستم بستگی دارد.

نحوه عملکرد Bladder Tank

در حالت آماده‌به‌کار:

Foam Concentrate

درون Bladder ذخیره شده است.

در زمان حریق:

Fire Water Flow

↓

Water Enters Tank

↓

Bladder is Compressed

↓

Foam Concentrate Flows to Proportioner

↓

Foam Solution is Produced

↓

Foam Discharge Device

به این ترتیب، فشار شبکه آب آتش‌نشانی برای انتقال کنسانتره مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا و محدودیت‌های Bladder Tank

مزایا

عدم نیاز به Foam Pump در بسیاری از سیستم‌ها

طراحی نسبتاً ساده

قابلیت استفاده در سیستم‌های ثابت

مناسب برای برخی پروژه‌های متوسط و بزرگ

امکان ذخیره حجم مشخصی از کنسانتره

محدودیت‌ها

محدودیت ظرفیت

نیاز به فضای مناسب

نیاز به بازرسی Bladder

نیاز به نگهداری مناسب

محدودیت در برخی سیستم‌های بسیار بزرگ یا با دبی متغیر

بنابراین Bladder Tank همیشه بهترین گزینه نیست و باید با روش‌های دیگر مقایسه شود.

Foam Pump System

در سیستم‌های بزرگ‌تر ممکن است از پمپ مخصوص Foam Concentrate استفاده شود.

در این سیستم:

Foam Concentrate Tank

↓

Foam Pump

↓

Proportioning System

↓

Foam Solution

مزیت این روش، قابلیت کنترل بهتر جریان کنسانتره در محدوده‌های مختلف دبی است.

این روش می‌تواند برای پروژه‌هایی با:

دبی بالا

مناطق تحت حفاظت متعدد

سیستم‌های بزرگ

نیاز به انعطاف‌پذیری بالا

مناسب باشد.

Balanced Pressure Proportioning

در این روش، فشار Foam Concentrate و فشار آب در سیستم Proportioning با یکدیگر هماهنگ می‌شوند.

معمولاً:

Water Pressure

و:

Foam Concentrate Pressure

به‌صورت کنترل‌شده تنظیم می‌شوند تا نسبت اختلاط مناسب ایجاد شود.

این سیستم می‌تواند برای پروژه‌های بزرگ و پیچیده مناسب باشد.

Inline Inductor

در سیستم Inline Inductor، جریان آب از داخل تجهیز عبور کرده و به دلیل ایجاد شرایط فشار خاص، Foam Concentrate را به جریان آب وارد می‌کند.

این سیستم معمولاً ساختار ساده‌تری دارد.

اما باید محدوده مشخصی از:

Flow Rate

Pressure

Back Pressure

رعایت شود.

بنابراین استفاده از آن در سیستم‌هایی که تغییرات شدید دبی دارند، باید با دقت بررسی شود.

Foam Dosing Pump

در برخی سیستم‌های پیشرفته، از پمپ تزریق مستقل برای Foam Concentrate استفاده می‌شود.

در این روش:

Foam Tank

↓

Dosing Pump

↓

Foam Concentrate Injection

↓

Fire Water

↓

Foam Solution

مزیت اصلی این روش، کنترل دقیق‌تر مقدار کنسانتره است.

Foam Concentrate Storage Tank

برای سیستم‌های بزرگ، ممکن است Foam Concentrate در یک مخزن ذخیره مستقل نگهداری شود.

مخزن باید:

ظرفیت کافی

سازگاری متریال

دسترسی برای Filling

امکان Drain

امکان Inspection

داشته باشد.

همچنین باید مقدار مورد نیاز Foam Concentrate بر اساس سناریوی طراحی و مدت زمان عملکرد سیستم محاسبه شود.

Foam Chamber چیست؟

Foam Chamber یکی از تجهیزات مهم حفاظت از مخازن ذخیره مایعات قابل اشتعال است.

این تجهیز معمولاً روی Tank نصب می‌شود و محلول فوم را به داخل یا روی سطح مخزن هدایت می‌کند.

فرآیند کلی:

Foam Solution

↓

Foam Chamber

↓

Foam Generation

↓

Foam Discharge

↓

Fuel Surface

فوم به‌گونه‌ای تخلیه می‌شود که یک لایه محافظ روی سطح مایع ایجاد کند.

Foam Pourer چیست؟

Foam Pourer تجهیزی برای تخلیه و هدایت فوم روی سطح مایع قابل اشتعال است.

این تجهیز معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که فوم با آشفتگی کمتر روی سطح سوخت قرار گیرد.

در کاربردهای مخازن و برخی مناطق صنعتی، Foam Pourer می‌تواند بخشی از سیستم Fixed Foam باشد.

تفاوت Foam Chamber و Foam Pourer

به‌طور کلی:

Foam Chamber

یک تجهیز تخلیه فوم است که معمولاً در سیستم‌های حفاظت مخازن استفاده می‌شود و می‌تواند دارای محفظه و مکانیزم تولید فوم باشد.

Foam Pourer

برای هدایت و تخلیه فوم به سمت سطح سوخت طراحی می‌شود.

انتخاب بین این تجهیزات به:

نوع مخزن

نوع سقف

نوع ماده ذخیره‌شده

روش Application

وابسته است.

Foam Maker

Foam Maker تجهیزی است که با وارد کردن هوا به Foam Solution، فوم تولید می‌کند.

این تجهیز می‌تواند در برخی سیستم‌های:

Low Expansion Foam

High Expansion Foam

با طراحی‌های متفاوت مورد استفاده قرار گیرد.

عملکرد Foam Maker به:

فشار

دبی

نوع فوم

میزان Air Entrainment

وابسته است.

Foam Monitor

Foam Monitor برای پرتاب فوم از فاصله مناسب به سمت منطقه حریق استفاده می‌شود.

کاربردهای آن شامل:

Tank Farm

Loading Area

Process Area

Large Hydrocarbon Fire

است.

Foam Monitor می‌تواند:

Manual

Remote Controlled

باشد.

در برخی پروژه‌ها نیز Foam Monitor به‌صورت ثابت و در برخی موارد به‌صورت Portable استفاده می‌شود.

Foam Nozzle

Foam Nozzle برای تخلیه فوم یا Foam Solution در محدوده مشخص استفاده می‌شود.

این نازل‌ها می‌توانند در:

سیستم‌های فوم موضعی

مناطق باز

تجهیزات خاص

سیستم‌های Foam-Water

مورد استفاده قرار گیرند.

انتخاب نازل باید بر اساس:

Flow Rate

Pressure

Application Rate

Coverage

انجام شود.

Fixed Foam System

سیستم فوم ثابت معمولاً برای حفاظت دائمی از یک تجهیز یا منطقه طراحی می‌شود.

برای مثال:

Storage Tank

↓

Foam Chamber

یا:

Foam Pourer

و:

Foam Concentrate System

این سیستم می‌تواند به‌صورت خودکار یا دستی فعال شود.

Mobile Foam System

در برخی سایت‌ها از تجهیزات سیار نیز استفاده می‌شود.

مانند:

Foam Trailer

Mobile Foam Unit

Portable Foam Monitor

Foam Tender

این تجهیزات می‌توانند در زمان حادثه توسط تیم آتش‌نشانی به محل منتقل شوند.

سیستم‌های سیار معمولاً برای پشتیبانی از سیستم‌های ثابت یا مقابله با حوادث خاص استفاده می‌شوند.

Low Expansion Foam

فوم Low Expansion دارای ضریب انبساط پایین‌تر است و معمولاً برای حریق‌های سطحی مایعات قابل اشتعال کاربرد دارد.

کاربردهای آن می‌تواند شامل:

Tank Farm

Fuel Storage

Loading Area

Hydrocarbon Fire

باشد.

این نوع فوم معمولاً برای ایجاد یک لایه نسبتاً متراکم روی سطح سوخت استفاده می‌شود.

Medium و High Expansion Foam

فوم‌های Medium و High Expansion با نسبت انبساط بالاتر تولید می‌شوند.

این فوم‌ها می‌توانند برای پر کردن فضاهای بزرگ یا محصور کاربرد داشته باشند.

برای مثال:

Hangar

Warehouse

Enclosed Process Area

برخی فضاهای صنعتی

انتخاب نوع فوم باید بر اساس هندسه فضا و سناریوی حریق انجام شود.

سیستم فوم برای Tank Farm

یکی از مهم‌ترین کاربردهای سیستم Foam، حفاظت از Tank Farm است.

یک سیستم می‌تواند شامل:

Foam Concentrate Storage

↓

Proportioning System

↓

Foam Solution Piping

↓

Foam Chamber / Foam Pourer

باشد.

در این سیستم باید مشخص شود که:

کدام مخزن تحت حفاظت است.

چه مدت زمانی سیستم باید کار کند.

چه مقدار فوم مورد نیاز است.

چه تعداد مخزن ممکن است هم‌زمان درگیر شوند.

Foam Application Rate

یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی، Foam Application Rate است.

این پارامتر مشخص می‌کند چه مقدار Foam Solution باید در واحد سطح و زمان به سطح حریق اعمال شود.

به‌صورت کلی:

Required Foam Flow

=

Application Rate

×

Protected Area

اما مقدار دقیق Application Rate باید بر اساس نوع سوخت، نوع فوم و استاندارد طراحی تعیین شود.

Foam Concentrate Demand

پس از تعیین Foam Solution Flow، مقدار Foam Concentrate مورد نیاز محاسبه می‌شود.

به‌صورت ساده:

Foam Concentrate Flow

=

Foam Solution Flow

×

Foam Concentration

سپس با توجه به مدت زمان طراحی:

Required Foam Concentrate Volume

محاسبه می‌شود.

این مقدار برای تعیین ظرفیت:

Bladder Tank

Foam Storage Tank

یا سیستم ذخیره مورد نیاز استفاده می‌شود.

مدت زمان عملکرد سیستم

سیستم فوم باید برای مدت زمان طراحی‌شده بتواند جریان مورد نیاز را تأمین کند.

بنابراین باید مشخص شود:

Design Flow

Required Duration

↓

Required Foam Solution Volume

و سپس مقدار کنسانتره مورد نیاز محاسبه شود.

این موضوع در تعیین حجم Bladder Tank یا مخزن Foam Concentrate بسیار مهم است.

Foam System و Fire Water Network

سیستم فوم باید با شبکه Fire Water هماهنگ باشد.

سیستم کلی می‌تواند شامل:

Fire Pump

↓

Fire Water Network

↓

Foam Proportioning

↓

Foam Solution Piping

↓

Foam Discharge Device

باشد.

بنابراین ظرفیت Fire Pump باید علاوه بر نیاز سایر سیستم‌ها، نیاز سیستم فوم را نیز در سناریوی طراحی تأمین کند.

سیستم‌های Foam و Deluge

در برخی کاربردهای صنعتی، Foam System و Deluge System با یکدیگر ترکیب می‌شوند.

در این حالت:

Fire Detection

↓

Deluge Valve Opens

↓

Water + Foam Concentrate

↓

Foam Solution

↓

Foam Nozzles

سیستم می‌تواند برای حفاظت از مناطق خاصی که نیاز به تخلیه سریع فوم دارند استفاده شود.

سیستم Detection و Release

سیستم فوم می‌تواند به سیستم تشخیص حریق متصل شود.

برای مثال:

Flame Detector

↓

Fire & Gas System

↓

Release Logic

↓

Foam System Activation

در سیستم‌های حساس، ممکن است از Voting Logic استفاده شود تا از فعال شدن ناخواسته جلوگیری شود.

همچنین معمولاً Manual Release نیز در نظر گرفته می‌شود.

Cause & Effect

در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی، سیستم فوم باید دارای Cause & Effect مشخص باشد.

برای مثال:

Flame Detection

↓

Alarm

↓

Fire & Gas Confirmation

↓

Foam System Release

↓

Deluge Valve Open

↓

Foam Proportioning Start

↓

Foam Discharge

این منطق باید در طراحی سیستم کنترل و Fire & Gas مشخص و مستند شود.

Foam System برای Hydrocarbon و Polar Solvent

انتخاب فوم باید با نوع ماده قابل اشتعال سازگار باشد.

برای حریق‌های Hydrocarbon مانند:

نفت

بنزین

گازوئیل

از فوم‌های مناسب Hydrocarbon استفاده می‌شود.

برای مواد قطبی یا Polar Solvent مانند برخی:

Alcohols

Ketones

ممکن است به فوم‌های مخصوص Alcohol-Resistant نیاز باشد.

بنابراین انتخاب فوم باید همیشه بر اساس نوع ماده و تأییدیه فوم انجام شود.

بازرسی و نگهداری Foam System

نگهداری سیستم باید شامل بررسی:

Foam Concentrate

Bladder Tank

Foam Pump

Proportioner

Foam Chamber

Foam Pourer

Foam Monitor

Foam Nozzle

Valves

Piping

باشد.

همچنین کیفیت و شرایط کنسانتره فوم باید طبق برنامه نگهداری و الزامات سازنده بررسی شود.

تست و Commissioning

قبل از بهره‌برداری، سیستم باید به‌صورت کامل تست شود.

موارد مهم شامل:

تست عملکرد Proportioning

تست دبی

تست فشار

تست Foam Concentrate Flow

تست Foam Discharge

تست Bladder Tank

تست Foam Pump

تست Release System

تست Manual Activation

تست Alarm

است.

در سیستم‌های فوم، صرفاً تست باز شدن شیرها کافی نیست و عملکرد واقعی سیستم Proportioning نیز باید بررسی شود.

اشتباهات رایج در طراحی Foam System

برخی از خطاهای رایج عبارت‌اند از:

انتخاب نوع فوم بدون توجه به نوع سوخت

انتخاب نادرست Foam Concentrate

عدم بررسی Compatibility

انتخاب Bladder Tank با ظرفیت نامناسب

عدم محاسبه صحیح Foam Demand

عدم بررسی مدت زمان عملکرد

عدم هماهنگی Proportioner با دبی سیستم

عدم بررسی فشار مورد نیاز

طراحی نادرست Foam Chamber

جانمایی نامناسب Foam Pourer

عدم توجه به سناریوی هم‌زمانی

عدم هماهنگی با Fire Water Network

عدم تست واقعی Proportioning

عدم بررسی کیفیت Foam Concentrate

عدم توجه به الزامات زیست‌محیطی فوم‌های فلورینه

ساختار کلی یک سیستم فوم صنعتی

یک سیستم کامل را می‌توان به‌صورت زیر نمایش داد:

Fire Water Source

↓

Fire Pump

↓

Fire Water Network

↓

Foam Concentrate Storage

↓

Proportioning / Dosing System

↓

Foam Solution

↓

Distribution Piping

↓

Foam Chamber / Foam Pourer / Foam Maker / Foam Monitor / Foam Nozzle

↓

Protected Hazard

این زنجیره باید با سیستم:

Fire Detection

Fire & Gas

Release System

Alarm

هماهنگ باشد.

جمع‌بندی

سیستم Foam Firefighting یکی از مهم‌ترین روش‌های حفاظت در برابر حریق مایعات قابل اشتعال در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها است.

یک سیستم فوم کامل می‌تواند از اجزای زیر تشکیل شود:

Foam Concentrate

Foam Storage Tank

Bladder Tank

Foam Pump

Proportioner

Dosing System

Foam Solution Piping

Deluge Valve

Foam Chamber

Foam Pourer

Foam Maker

Foam Nozzle

Foam Monitor

Detection System

Fire & Gas System

Manual Release

Alarm System

عملکرد صحیح این سیستم به هماهنگی کامل بین تمام این اجزا وابسته است.

فرآیند طراحی را می‌توان به‌صورت زیر خلاصه کرد:

Hazard Identification

↓

Fuel Identification

↓

Fire Scenario

↓

Foam Type Selection

↓

Required Application Rate

↓

Foam Solution Demand

↓

Foam Concentrate Demand

↓

Proportioning / Dosing Selection

↓

Discharge Device Selection

↓

Hydraulic Calculation

↓

Fire Water Supply

↓

Detection & Release

↓

Testing & Commissioning

در طراحی حرفه‌ای سیستم‌های فوم، مهم‌ترین نکته این است که نوع فوم، روش Proportioning، ظرفیت ذخیره کنسانتره، دبی و فشار، تجهیزات تخلیه و سناریوی حریق همگی به‌صورت یک سیستم یکپارچه در نظر گرفته شوند.

برای مثال، انتخاب یک Bladder Tank با حجم مناسب به‌تنهایی تضمین‌کننده عملکرد سیستم نیست؛ بلکه باید مشخص باشد که Proportioner در محدوده دبی واقعی سیستم عملکرد صحیح دارد، Foam Concentrate با سوخت سازگار است، تجهیزات تخلیه مانند Foam Chamber یا Foam Pourer پوشش مناسب ایجاد می‌کنند و Fire Water Network توان تأمین دبی و فشار مورد نیاز را در سناریوی طراحی دارد.

به همین دلیل، سیستم Foam در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی باید به‌عنوان یک سیستم مهندسی یکپارچه اطفای حریق طراحی شود، نه صرفاً مجموعه‌ای از تجهیزات مجزا.