Bài viết này nói về các vụ cháy trong hệ thống lưu trữ viên gỗ và những bài học kinh nghiệm từ nhiều thập kỷ vừa qua. Tác giả của bài viết này đã có hơn bốn thập kỷ kinh nghiệm trong ngành sản xuất viên nén gỗ. Kinh nghiệm và sự khôn ngoan mà ông và những người khác có được là cơ sở cho các thực hành tốt nhất được mô tả dưới đây.
Bài viết này không chỉ thảo luận về những thực hành tốt nhất mà còn kể lại cách họ đã được sử dụng để giải quyết thành công một vụ cháy silo lớn. Vụ cháy silo là tại nhà máy viên nén 350.000 tấn/năm của Pacific BioEnergy (PacBio) ở Prince George, BC (1) vào tháng 8/2017. Chiến thuật được sử dụng để chống cháy dẫn đến kết quả thành công. Điều này trái ngược với lịch sử lâu dài của các vụ cháy silo và kho chứa dẫn đến việc mất hoàn toàn các công trình, thiệt hại lớn cho cơ sở hạ tầng xung quanh, gây thương tích và thiệt mạng.
Khói từ những viên gỗ cháy âm ỉ bên trong silo PacBio chứa 3.500 tấn lần đầu tiên được chú ý vào tối thứ Tư ngày 23/8 (Bên trái trong ảnh bên dưới).
Trong khoảng thời gian 7 ngày, đám cháy đã được khống chế, dập tắt, silo đã được cứu và không có thương tích hay mất mạng. Kho sản phẩm viên nén gỗ trị giá hơn 500.000 USD đã bị hư hại, nhưng hàng triệu đô la cơ sở hạ tầng nhà máy viên nén không bị hư hại. Thật không may, mặc dù silo không sụp đổ và không có vụ nổ hoặc hỏa hoạn nào làm hỏng máy nghiền viên hoặc gây thương tích, silo sẽ phải bị phá hủy vì không chắc chắn về tính toàn vẹn cấu trúc của nó.
Kết quả thành công này thuộc về ban lãnh đạo của Pacific BioEnergy, và phản ứng đầu tiên từ sở cứu hỏa Prince George; tất cả đều tuân theo một kế hoạch được xây dựng cẩn thận để kiểm soát và dập tắt đám cháy. Giám đốc điều hành PacBio Don Steele, Phó Giám đốc điều hành Shawn Bells và nhóm điều hành của ông, cùng với sự hướng dẫn và hỗ trợ quan trọng từ tác giả bài viết này, John Swaan, đã áp dụng các thực hành tốt nhất trong ngành vào kế hoạch chiến thuật. Họ đã suy nghĩ cẩn thận trước khi hành động và sử dụng thông tin được phát triển từ nhiều năm kinh nghiệm. Họ đã tiến hành cẩn thận nhưng chủ động với mục tiêu chính là giữ mọi người an toàn
Không nên làm gì?
Trong lịch sử, ngành công nghiệp này có những ví dụ về những kết quả không thành công của các vụ cháy silo hoặc kho chứa. Điều này là do thiếu kiến thức về các đặc tính của viên gỗ (thường là bởi cả người vận hành nhà máy ép viên và người phản ứng đầu tiên) với chiến thuật thiếu chính xác. Các chiến thuật không chính xác sau đây là nguyên nhân làm hư hỏng các tòa nhà và các tài sản khác, sản phẩm viên nén, thương tích và tệ nhất là trong một số sự cố gây thiệt mạng.
Mặc dù nước có thể giúp kiểm soát ngọn lửa của sự cố cháy silo ngoài tầm kiểm soát, việc tách hoặc phun nước lên trên viên nén trong một silo hoặc kho chứa bằng phẳng sẽ không bao giờ giúp dập tắt một khối hạt gỗ âm ỉ. Các viên nén gỗ trên đỉnh sẽ hút nước và phồng lên, tạo thành một tấm chăn bằng vật liệu hạn chế khả năng nước xâm nhập bất cứ nơi nào gần lõi của các khối viên nén đang âm ỉ. Nước tiếp xúc với các viên nén gỗ bị nhiệt phân nóng sẽ tạo ra CO và hydro, làm tăng thêm mức độ nghiêm trọng của đám cháy và không hữu ích trong việc dập tắt đám cháy silo. Nước cũng có thể tạo ra các khối kết dính bên trong silo có thể trở thành vấn đề khi cố gắng loại bỏ sản phẩm.
Để ngay lập tức bắt đầu loại bỏ các viên nén gỗ từ silo, kho hoặc đống lưu trữ bằng phẳng trước khi hoạt động nhiệt phân trong lõi đã bị dập tắt là một thảm họa. Các khí được giải phóng bởi hoạt động nhiệt phân là khó chịu và nguy hiểm, đặc biệt là khí mêtan, CO và các loại khí đe dọa đến tính mạng khác. Điểm đánh lửa của khí mêtan thoát ra từ các viên gỗ rất thấp và sẽ bốc cháy khi gặp lõi âm ỉ và cung cấp oxy từ không khí mở. Nói cách khác, khi loại bỏ các viên nén gỗ ở mức độ mà các viên tiếp xúc với cả lõi âm ỉ và không khí trong khí quyển, khả năng xảy ra vụ nổ và/hoặc đám cháy lan nhanh là rất cao.
Bài học kinh nghiệm số 1: Có kế hoạch dựa trên các thực tiễn tốt nhất và huấn luyện đội cứu hỏa nội bộ.
Loại sự cố này có khả năng gây thương tích lớn và thiệt mạng. Tiền có thể thay thế tài sản vật chất, nhưng không phải là cuộc sống. An toàn của tất cả nhân viên tại chỗ và khu vực xung quanh là ưu tiên hàng đầu. Trong đám cháy PacBio, từng bước chủ động thực hiện để giảm thiểu sự cố bởi nhóm PacBio và mọi nguồn lực hỗ trợ tập trung vào an toàn đầu tiên.
Nhóm điều hành PacBio cũng duy trì việc thực hiện quyền kiểm soát tất cả các hành động, bao gồm cả những hành động của những người phản ứng đầu tiên. Phản ứng điển hình của sở cứu hỏa là dập lửa bằng nước. Đó là những hành động không nên làm. Sở cứu hỏa Prince George đã huấn luyện tại hiện trường và hiểu rằng một vụ cháy silo không phải là một sự cố điển hình. Phản ứng yêu cầu liên lạc trực tiếp với sở cứu hỏa nhưng với sự kiểm soát của đội ngũ vận hành nhà máy viên nén.
Dành thời gian để nghiên cứu các nguồn thông tin, xây dựng kế hoạch và làm việc với các nhân viên cứu hỏa địa phương là lý do chính khiến sự cố PacBio có kết quả thành công. Dựa trên kinh nghiệm của các sự cố khác có thành công hay không, đã giúp đưa ra quyết định các bước thực hiện.
Bài học kinh nghiệm 2 : Bơm khí trơ làm giảm đáng kể khả năng xảy ra kết quả tiêu cực.
Nguy cơ của một vụ nổ khí và/hoặc bụi gây thương tích nghiêm trọng, và thiệt hại tài sản trên diện rộng là rất có thể. Nitơ có hiệu quả nhất để giảm thiểu những rủi ro này và khiến cho rủi ro thấp để kiểm soát nhiệt phân âm ỉ bên trong đống nguyên liệu trong khi lấy nguyên liệu ra ngoài. Bơm nitơ được công nhận là giải pháp tốt dưới dạng khí trơ để giảm thiểu sự cố cháy silo: nó có sẵn với số lượng lớn, dễ bay hơi hơn và rẻ hơn CO2. Việc sử dụng khí nitơ là một phần quan trọng trong chiến thuật được sử dụng để kiểm soát và dập tắt đám cháy PacBio.
Chúng tôi khuyên bạn nên xem báo cáo được xuất bản năm 2013 bởi Henry Persson của SP Technical - Viện nghiên cứu Thụy Điển có tiêu đề: Lửa Silo - Các biện pháp phòng cháy và chữa cháy và các biện pháp chuẩn bị. Báo cáo này phải là một tài liệu tham khảo tiêu chuẩn cho mọi nhà máy viên nén và cho mọi bộ phận chữa cháy có thể phản ứng với một vụ cháy silo hoặc kho chứa.
Nhóm PacBio, với sự hướng dẫn của tác giả của bài báo này, đã tham khảo báo cáo khuyến nghị tốc độ dòng phun nitơ (2). Tính toán kích thước của silo nơi sản xuất, và rất nhanh chóng gọi đến nhà cung cấp khí đốt địa phương Praxair đã được thực hiện.
Một máy bơm khi nitơ lưu động cùng với bồn chứa khí được huy động từ Edmonton, Alberta (Ngành công nghiệp dầu khí sử dụng thiết bị loại này thường xuyên). Một kỹ sư của Solid Industrial Solutions cũng được cử đến để hỗ trợ tại chỗ với việc thiết lập hệ thống phân phối nitơ và kiểm soát tốc độ việc bơm nitơ.
Dựa trên lưu lượng và thể tích nitơ cần thiết, nhóm PacBio đã chỉ định cách chế tạo các mũi khoan để đưa vào bên trong của silo đường kính 80 feet (~ 24 mét). Bốn mũi khoan ¾ inch (~ 2 cm) dài khoảng 20 feet (~ 6 mét) với các lỗ ¼ inch (~ 6,5 mm) được khoan mỗi 2 inch (~ 5 cm) được lắp đặt ở phía dưới đáy của silo.
Trong vòng 24 giờ sau cuộc gọi để huy động nitơ; thiết bị hóa hơi được đặt tại chỗ, bơm tại chỗ, hệ thống phân phối nitơ được kết nối và bơm nitơ bắt đầu chảy.
Một số nỗ lực đã được thực hiện để tạo bọt trên đỉnh silo, tuy nhiên, bất kể mật độ bọt thế nào, hệ thống lắp đặt ban đầu làm thế nào để nước không đủ để cho bọt phân tán đều khắp trên đỉnh của khối viên nén nhằm tạo ra sự niêm phong bịt kín khối nguyên liệu. Việc làm trống silo bắt đầu trong vòng 48 giờ sau khi bơm nitơ sau khi mức oxy đo được trong không gian của silo giảm xuống dưới 10%.
Nhóm PacBio đã xử lý và sơ tán an toàn các nguyên liệu bị loại bỏ. Những người phản ứng đầu tiên được trang bị thiết bị hô hấp giữ cho tất cả các nhân viên an toàn và tránh khỏi nguy hiểm. Các viên nén gỗ và các khối carbon hóa đến từ silo đã được chuyển đi một cách an toàn mà không gặp sự cố đến một khu vực bằng phẳng cách xa nhà máy. Ngay cả khi gặp không khí trong khí quyển cũng không có vấn đề gì.
Phải mất khoảng 7 ngày để sơ tán 3500 tấn vật liệu bị hủy bỏ và mỗi xe tải được di chuyển an toàn đến một khu vực an toàn cách xa các kho dự trữ chất xơ khác và được tách ra bằng nước khi chúng được đổ để đảm bảo không có điểm nóng còn sót lại.
Bài học số 3 - Hãy chuẩn bị để phát hiện và kiểm soát các đám cháy silo kho chứa
Các hệ thống giám sát, phát hiện và dập tắt phải được cài đặt và bảo trì trong tình trạng hoạt động tốt.
Một hệ thống giám sát nhiệt được lắp đặt và vận hành đúng cách sẽ hỗ trợ phát hiện vị trí của một điểm nóng đang phát triển trong silo hoặc kho chứa. Những cảnh báo sớm về sự cố sẽ được phát hiện và báo động khi các máy đo nhiệt độ bên trong silo hoạt động chính xác. Cảnh báo sớm, trước khi khói được quan sát, sẽ làm giảm đáng kể việc mất sản phẩm và khả năng xảy ra sự cố nghiêm trọng hơn nhiều.
Các máy theo dõi carbon monoxide và oxy được cài đặt trên đỉnh silo cung cấp phép đo liên tục cũng sẽ giúp phát hiện sự cố sớm. Khi nitơ được bơm vào silo PacBio, việc đọc được mà không cần thiết bị lấy mẫu ở phía trên của silo khiến việc xác định mức khí cần thiết để loại bỏ vật liệu khỏi vật liệu silo trở nên khó khăn hơn. Kiểm tra và bảo trì các hệ thống này phải là một phần của chương trình PM (bảo trì phòng ngừa) hàng tuần.
Một hệ thống phun nitơ cố định và có kích thước phù hợp được lắp đặt trong silo hoặc kho chứa hoàn chỉnh với một ống dẫn ở vị trí an toàn với một móc nối thuận tiện là rất quan trọng (3). Nếu không có nhà cung cấp nitơ và thiết bị bay hơi gần đó, nhà máy nên cân nhắc việc có thiết bị đó tại chỗ.
Kiểm soát hệ thống thông gió silo hoặc kho chứa là rất quan trọng
- Hệ thống sẽ có khả năng tắt và bịt các quạt thông gió dưới đáy.
- Hệ thống phải có khả năng kiểm soát thông gió trên cùng của silo. Điều này rất có lợi để giảm thiểu lưu lượng khí thải và cải thiện sự thâm nhập nitơ và giảm tổng khối lượng nitơ cần thiết.
Lắp đặt một hệ thống phun bơm vĩnh viễn thích hợp có thể chứa cả nước và phân phối bọt đúng cách trên đỉnh của toàn bộ đống viên nén sẽ rất hiệu quả. Không có khả năng bịt kín vật liệu ở đầu silo hoặc kho chứa cho phép bơm nitơ thoát ra dễ dàng hơn làm giảm khả năng kiểm soát và ngăn chặn quá trình nhiệt phân. Sự cố PacBio có thể đã được kiểm soát với ít nitơ hơn và nhanh hơn nếu áp dụng nắp xốp.
Tóm tắt các bài học quan trọng
• Không nên phản ứng mà không có kế hoạch; an toàn và luôn kiểm soát để giảm thiểu sự cố.
• Được thông báo về các thực hành tốt nhất và hướng đến một kế hoạch hành động chủ động
• Có được sự tin tưởng và hợp tác của mọi người và các dịch vụ hỗ trợ liên quan đến việc giảm thiểu sự cố. Thông tin cho mọi người tại chỗ.
• Việc bơm nitơ làm giảm mức oxy trong silo hoặc vòm làm giảm nguy cơ nổ khí hoặc bụi và / hoặc sau đó là sự cố mất kiểm soát.
• Kiểm soát hệ thống thông gió silo là rất quan trọng.
• Một hệ thống tạo bọt được lắp đặt đúng cách để phân phối bọt đều trên đỉnh khối nguyên liệu giúp tối ưu hóa các hệ thống khí trơ.
• Một hệ thống phun nitơ vĩnh viễn với một số nitơ lưu trữ tại chỗ để sử dụng ngay lập tức có thể rất thuận lợi.
Nguyên nhân chính của hỏa hoạn bên trong silo viên gỗ, mái vòm, hoặc các nhà kho lưu trữ bằng phẳng.
Trong hầu hết các trường hợp, người ta nghi ngờ rằng việc đánh lửa gây ra hoạt động nhiệt phân là do một số mảnh vụn nóng bên ngoài. Điều này có thể là từ các vòng bi lăn của máy nghiền viên, trục lăn hệ thống băng tải và / hoặc hỏng đai, hoặc thép nóng chảy từ công việc bảo trì nóng. Tất cả những điều trên đã là nguyên nhân của sự cố.
Bởi vì viên gỗ là một sản phẩm sinh học, tự nóng lên cũng có thể là nguyên nhân gây ra sự cố cháy silo (4). Điều này có thể là do hoạt động sinh hóa, quá trình oxy hóa, sự phân tán hoặc hấp thụ độ ẩm, hoặc sự kết hợp của những điều này. Quá trình này thường xảy ra trong phạm vi nhiệt độ lên tới 45 hay 75 ˚C do vi khuẩn chết ở nhiệt độ cao hơn. Hoạt động của vi sinh vật chủ yếu tạo ra carbon dioxide (CO2) và có thể được phát hiện bằng cách đo nồng độ carbon dioxide trong silo. Ở nhiệt độ cao hơn, sự tự nóng lên có nguồn gốc từ các quá trình oxy hóa. Trong viên nén gỗ, nguyên nhân thường là quá trình oxy hóa do các viên nén này ít nhiều được khử trùng thành công trong quá trình sản xuất. Kinh nghiệm thực tế cho thấy quá trình oxy hóa đặc biệt có khả năng ở dạng viên mới được sản xuất, một phần là do quá trình oxy hóa của các loại nhựa khác nhau chứa trong các vật liệu gỗ.
Kêu gọi hành động
Mỗi bên liên quan trong ngành gỗ viên trên toàn cầu, từ nhà sản xuất đến người dùng cuối, phải chia sẻ những kiến thức về sự cố này và áp dụng các giao thức và công nghệ để giảm thiểu và hy vọng loại bỏ các sự cố cháy silo.
Lời kêu gọi hành động này bao gồm tất cả các hiệp hội và tổ chức công nghiệp viên gỗ, nhà máy viên gỗ, nhà ga vận chuyển và chủ sở hữu nhà máy điện. Điều cần thiết cho cả sự an toàn và độ tin cậy là những thực hành tốt nhất này được hiểu và áp dụng bởi các nhân viên và quản lý vận hành nhà máy viên gỗ, những người phản ứng và cứu hỏa đầu tiên tại địa phương và khu vực, các học viện đào tạo phản ứng đầu tiên, các tổ chức an toàn nơi làm việc của chính phủ, các nhà cung cấp thiết bị phòng cháy chữa cháy, nhà cung cấp xử lý viên gỗ (silo, mái vòm, băng tải), công ty vận tải và đường sắt, và các nhà phát triển dự án viên gỗ, kỹ sư và nhà thầu EPC.
Bất kỳ tổ chức trong chuỗi cung ứng có lưu trữ viên nén trong silo hoặc kho chứa phải được khuyến khích để đánh giá hệ thống lưu hiện tại của họ trong khả năng để phát hiện và cố điều khiển hỏa lực, và nếu thiếu, cài đặt công nghệ bảo vệ và thiết bị (bao gồm kiểm soát hệ thống thông gió, thiết bị tạo bọt, và máy phun nitơ). Các nhà máy viên gỗ, và các thiết bị đầu cuối vận chuyển và lưu trữ viên gỗ phải xác định và phát triển mối quan hệ với nơi cung cấp nitơ và dịch vụ kỹ thuật khí gần nhất với vị trí nhà máy của họ. Trong bán kính vận chuyển 10 đến 12 giờ sẽ cung cấp đủ thời gian đáp ứng. Bất kỳ nơi nào xa hơn, một hệ thống sản xuất nitơ tại chỗ nên được xem xét.
Bất kỳ thực thể nào trong chuỗi cung ứng có lưu trữ viên nén trong silo hoặc kho chứa phải được khuyến khích để phát triển kế hoạch giảm thiểu sự cố cháy. Họ phải đảm bảo rằng tất cả nhân viên vận hành và nhân viên cứu hỏa sẽ được gọi đến địa điểm này đều hiểu được đặc điểm của viên nén gỗ trong một silo hoặc kho chứa và cách chữa cháy với hiệu quả tối đa và giảm thiểu nguy hiểm và thiệt hại. Tất cả các nhân viên nên được làm quen với sự nguy hiểm của các khí có trong khói được thả ra.
Tuyên bố: “Không có gì nếu không có lửa” không bao giờ được phép trong suy nghĩ của các bên liên quan.
Tuy nhiên, khi có sự cố thì tất cả các bên liên quan phải được thông báo đầy đủ về cách xử lý sự cố và chuẩn bị đầy đủ để đối phó với nó một cách an toàn và hiệu quả.
Ghi chú:
(1) Nhà máy sản xuất viên nén ban đầu của công ty đã trở thành Cty Pacific BioEnergy ở Prince George, BC được xây dựng bởi tác giả bài này, John Swaan, vào năm 1994.
(2) Như được tham khảo trong báo cáo có tiêu đề: “Tóm tắt các biện pháp trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn silo” - Chương 1 - trang 13. Tốc độ phun khí nitơ dựa trên diện tích mặt cắt silo và tối thiểu phải là 5 kg/m2 mỗi giờ, cho tốc độ nạp khí thẳng đứng trung bình khoảng 8 m/h (dựa trên độ xốp 50% của vật liệu khối). Tổng lượng khí cần thiết phải được ước tính dựa trên tổng khối lượng silo (silo rỗng) và tổng nhu cầu khí là 5 chuyến15 kg/m3 có thể được dự kiến.
(3) Báo cáo của Henry Persson được tham khảo ở trên. Chương 7 Các biện pháp phòng ngừa và chuẩn bị - trang 96 – 110.