Bình chữa cháy CO2 làm cho mọi thứ lạnh như thế nào? Giải thích vật lý

Tại sao bình chữa cháy CO2 lại khiến mọi thứ trở nên lạnh lẽo

Sương giá len lỏi qua sừng phóng điện không phải là lỗi hay mánh lới quảng cáo. Đó là giai đoạn thay đổi carbon dioxide hóa lỏng trong một vài centimet di chuyển và việc hiểu nó sẽ thay đổi cách bạn chỉ định, định vị và bảo trì thiết bị CO2.

Xả bình chữa cháy carbon dioxide nặng 5 kg vào một tủ mở và trình tự diễn ra nhanh chóng và không thể nhầm lẫn. Chiếc sừng chuyển sang màu trắng do sương giá trong vòng hai hoặc ba giây, và một lớp bụi nhạt giống như tuyết bay ra từ vòi phun, gần như biến mất ngay khi nó chạm đất. Bất cứ ai cầm chiếc sừng đó bằng tay không đều sẽ biết được điều gì đó về carbon dioxide mà họ sẽ không quên.

Câu trả lời ngắn gọn đầu tiên: bình chữa cháy CO2 làm cho mọi thứ trở nên lạnh vì carbon dioxide bên trong nó được lưu trữ dưới dạng chất lỏng có áp suất và phải thay đổi pha khi thoát ra ngoài. Sự giãn nở từ khoảng 57 bar xuống áp suất khí quyển, cộng với năng lượng mà CO2 hấp thụ khi nó sôi và đóng băng một phần, đưa dòng khí thoát ra đến khoảng -70 °C dưới dạng khí và khoảng -78,5 °C dưới dạng các hạt băng khô rắn. Cảm lạnh đó là sản phẩm phụ của cách bảo quản tác nhân. Đó không phải là lý do khiến thiết bị CO2 dập lửa.

Từ chất lỏng đến tuyết trong vài centimet

Bình CO2 không phải là một bình chứa khí nén đơn giản. Ở nhiệt độ xung quanh 20°C, carbon dioxide tồn tại ở dạng hỗn hợp bão hòa: chất lỏng ở dưới đáy, hơi ở trên, cả hai đều ở áp suất khoảng 57 bar. Làm ấm phòng đến 30°C và áp suất tăng lên khoảng 72 bar. Đó là lý do tại sao lớp vỏ dày, tại sao thiết bị lại mang đĩa chống thủng thay vì dựa vào người vận hành, và tại sao đồng hồ đo áp suất thực sự là đồng hồ đo nhiệt độ.

Bên trong xi lanh có một ống siphon chạm tới đáy để van hút chất lỏng chứ không phải hơi. Điều này quan trọng hơn hầu hết các chủ sở hữu nhận ra: nguồn cấp chất lỏng xả nhanh và mạnh, trong khi nguồn cấp chỉ ở dạng hơi sẽ làm vòi phun bị đói và kéo dài thời gian xả vượt xa con số định mức.

Sự biến đổi tự nó xảy ra ở lỗ van. Trên một khoảng cách vài mm, áp suất giảm từ hơn 50 bar xuống khí quyển. Chất lỏng không thể vẫn ở dạng lỏng trong những điều kiện đó. Một phần khối lượng chuyển hóa ngay lập tức thành khí và phần còn lại đóng băng thành các hạt băng khô mịn. Cả hai đều để sừng đủ lạnh để làm đóng băng kim loại, ngưng tụ hơi nước trong không khí xung quanh và làm hỏng da.

Hai tác dụng làm mát

Sự giãn nở đoạn nhiệt

Khi một chất lỏng có áp suất bị ép qua một lỗ nhỏ, nó sẽ nở ra và sự giãn nở đó được bù đắp bằng năng lượng bên trong của chất lỏng, vì không có thời gian để nhiệt truyền vào từ môi trường xung quanh. Ở áp suất làm việc bình thường, carbon dioxide có hệ số Joule-Thomson dương, có nghĩa là việc điều tiết nó sẽ làm nó nguội đi thay vì làm nó nóng lên. Dòng nước đã lạnh hơn ngay khi nó thoát khỏi lỗ.

Ẩn nhiệt bay hơi và thăng hoa

Đun sôi CO2 lỏng thành khí, sau đó đông lạnh một phần khí đó thành chất rắn, cả hai đều tiêu tốn năng lượng. CO2 cung cấp năng lượng đó từ khối lượng còn lại của chính nó. Phần rắn là đá khô, cùng loại vật liệu được sử dụng trong vận chuyển dây chuyền lạnh và thăng hoa thẳng trở lại thành khí ở -78,5 °C.

Kết hợp cả hai hiệu ứng và hoạt động tại chỗ sẽ có ý nghĩa: một làn sương khí chuyển động nhanh ở khoảng -70 °C mang theo các hạt rắn ở khoảng -78,5 °C, di chuyển qua một chiếc sừng thường được đúc từ polyme cách điện vì lý do đó.

Cái lạnh không phải là cơ chế dập tắt. Đó là dấu hiệu không thể tránh khỏi của việc lưu trữ chất chữa cháy dưới dạng khí hóa lỏng và giải phóng nó trong vòng chưa đầy một giây.

Lạnh thế nào và ở đâu

Bảng dưới đây cho thấy một bình chữa cháy CO2 nặng 5 kg điển hình thải ra ở nhiệt độ môi trường 20°C. Các số liệu thực thay đổi theo kích thước xi lanh, thiết kế van, mật độ đổ đầy và nhiệt độ môi trường, nhưng kiểu dáng thì không.

Cái lạnh tác động như thế nào đến ngọn lửa và mọi thứ khác

CO2 dập tắt chủ yếu bằng sự dịch chuyển. Được giải phóng vào vùng cháy, nó làm loãng lượng oxy mà quá trình đốt cháy phụ thuộc vào và làm như vậy mà không để lại cặn hoặc dẫn điện. Hiệu ứng ớn lạnh là có thật nhưng chỉ là thứ yếu. Nước hấp thụ khoảng 2,26 MJ cho mỗi kg sôi đi, đó là lý do tại sao nước là chất làm mát và CO2 là chất làm ngạt. Bộ CO2 dập tắt ngọn lửa nhanh chóng, nhưng nó không loại bỏ nhiệt tích trữ trong kim loại phía sau nó, đó là lý do tại sao việc đánh lửa lại thường xảy ra khi thiết bị nóng vẫn được cấp điện.

Nhiệt độ thấp tự tạo ra vấn đề. Thủy tinh nóng, gốm sứ và nhựa mỏng có thể bị nứt khi bị dòng nước có nhiệt độ thấp hơn mức đóng băng 70 độ va chạm và việc làm lạnh cục bộ nhanh chóng các bề mặt rất nóng là một rủi ro thực sự bên trong các cụm điện được đóng gói chặt chẽ.

Chi tiết thiết kế quyết định cách thức hoạt động của cái lạnh

Hai bình chữa cháy có cùng công suất danh nghĩa có thể hoạt động rất khác nhau tại chỗ và sự khác biệt thường nằm ở phần cứng hơn là tiếp thị:

• Sừng và tay cầm. Một chiếc còi polyme cách điện hoặc một tay cầm đúc khuôn giúp giữ tay người vận hành khỏi bề mặt nằm ở nhiệt độ thấp hơn mức đóng băng.
• Xây dựng van và con dấu. Van phải bịt kín khí hóa lỏng ở áp suất 50 đến 70 bar và vẫn tuần hoàn sạch sau khi bảo quản lâu dài, vì vậy vật liệu thân và hợp chất bịt kín được chọn để hoạt động ở nhiệt độ thấp.
• Vòi nước. Ống mềm bị xoắn và ống bị xoắn trong quá trình xả là vấn đề về áp suất hơn là vấn đề về sự thuận tiện.
• Ống siphon. Chiều dài và độ vừa vặn của nó quyết định liệu thiết bị có cung cấp điện tích định mức hay chết sớm do hơi.
• Đĩa vỡ. Thiết bị cứu trợ là thứ ngăn chặn xi lanh ấm trở thành mối nguy hiểm, vì áp suất tăng theo nhiệt độ môi trường thay vì sử dụng.

Đối với người mua xuất khẩu, chất lượng nguyên liệu cũng quan trọng như số lượng công suất. Một thiết bị được đánh dấu CE được chế tạo trên thân CK45 có van phù hợp là một sản phẩm khác với một thiết bị lắp ráp không có thương hiệu mang cùng nhãn 5 kg.

Nhiệt độ môi trường xung quanh là nửa còn lại của thông số kỹ thuật. Các nhà sản xuất thường trích dẫn khoảng nhiệt độ vận hành từ -20 °C đến 60 °C, và phạm vi làm việc hữu ích trong kho lạnh, phòng máy và kho không có hệ thống sưởi xứng đáng nhận được câu trả lời rõ ràng trong quá trình tìm hiểu thay vì giả định khi vận hành thử. Đã xuất bản phạm vi thích ứng nhiệt độ đối với thiết bị CK45 CE nặng 5 kg là điểm tham chiếu hữu ích khi kết hợp phần cứng với môi trường cụ thể.

Phù hợp năng lực với công việc

Hành vi phóng điện thay đổi theo kích thước và mô hình sương giá cũng vậy. Các xi lanh nhỏ hơn rỗng nhanh hơn và đóng băng sớm hơn, trong khi các xi lanh lớn hơn cung cấp nhiều tác nhân hơn trong thời gian dài hơn, đó là lý do tại sao bộ xe đẩy 10 kg thường là câu trả lời phù hợp trong phòng máy và khu vực xử lý nhiên liệu thay vì một cụm thiết bị cầm tay. Phạm vi di động có trọng lượng từ 2 kg đến 3 kg đến 5 kg và mỗi bước sẽ thay đổi thời gian phóng điện và lực ném thay vì tính chất vật lý bên dưới. Người mua so sánh kích thước trên toàn Các loại bình chữa cháy CO2 nên đọc các số liệu về thời gian xả và phạm vi cùng nhau, không nên đọc riêng công suất.

Quy tắc xử lý và bảo trì thực tế

Cái lạnh không làm thay đổi cách bảo trì bình chữa cháy CO2 nhưng nó làm thay đổi cách xử lý nó. Các quy tắc này bao gồm hầu hết những gì sai:

1. Giữ xi lanh thẳng đứng. Ống siphon chỉ hoạt động theo thiết kế ở vị trí thẳng đứng.
2. Không bao giờ chạm vào còi hoặc ổ cắm kim loại trong hoặc ngay sau khi phóng điện; đợi cho đến khi sương tan.
3. Sử dụng các đợt ngắn đối với các đám cháy nhỏ và tấn công từ khoảng cách được khuyến nghị, vì luồng khí lạnh ném ra ngắn hơn so với vẻ ngoài của nó.
4. Cân xi lanh ở mỗi lần kiểm tra thay vì chỉ tin vào máy đo; việc mất điện chậm khiến máy đo trông bình thường.
5. Xác nhận đĩa vỡ, ống mềm và còi không bị hư hại và còi không bị nứt do chu kỳ làm lạnh trước đó.
6. Sau khi sử dụng trong phòng kín, hãy thông gió trước khi có người vào lại, bất kể ngọn lửa nhỏ đến mức nào.

Điều này có nghĩa là gì khi bạn chỉ định

Đối với bất kỳ ai chỉ định, mua hoặc vận hành thiết bị CO2, kết luận thực tế rất đơn giản. Hãy coi dòng phóng điện như một dòng tia lạnh, tốc độ cao chứ không phải là một đám mây khí. Kiểm tra xem còi và tay cầm có được thiết kế phù hợp với thực tế đó hay không, xác nhận vật liệu van và thân máy có phù hợp với nhiệt độ môi trường tại cơ sở của bạn không, đồng thời huấn luyện người vận hành không chạm tay vào phần cứng cho đến khi sương giá biến mất.

Hãy hiểu cơ chế đó và sương giá sẽ không còn trông giống như một khiếm khuyết nữa. Nó trở thành một hạn chế về thiết kế có thể dự đoán được, một hạn chế mà việc sản xuất bình áp lực tốt và kỹ thuật van chính xác phải được chế tạo để xử lý từ lần xả đầu tiên đến lần xả thứ mười.