ระบบโฟมอัดอากาศ

ระบบโฟมอัดอากาศถูกนำมาใช้ในการดับเพลิงเพื่อส่งโฟมหน่วงไฟเพื่อดับไฟหรือปกป้องพื้นที่ที่ยังไม่ถูกไฟไหม้
ส่วนประกอบทั่วไปได้แก่ แหล่งน้ำปั๊มแบบแรงเหวี่ยงถังเก็บสารเข้มข้นสำหรับทำโฟม ระบบผสมโฟมแบบฉีดตรงที่ด้านจ่ายของปั๊ม ห้องหรืออุปกรณ์ผสมคอมเพรสเซอร์ลม แบบโรตารี่ และระบบควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการผสมสารเข้มข้น น้ำ และอากาศในอัตราส่วนที่ถูกต้อง
คำอธิบาย

ระบบโฟมอัดอากาศ หมายถึง ระบบปั๊ม น้ำ มาตรฐาน ที่มีจุดป้อนอากาศอัดเข้าไปใน สารละลาย โฟมเพื่อสร้างโฟม คอมเพรสเซอร์อากาศยังให้พลังงาน ซึ่งเมื่อเทียบปริมาณน้ำต่อปริมาณแล้ว จะช่วยผลักดันโฟมอัดอากาศได้ดีกว่า หัวฉีดน้ำแบบดูดหรือแบบมาตรฐาน
มีการพิสูจน์แล้วว่า CAFS สามารถโจมตีทั้งสามด้านของสามเหลี่ยมแห่งไฟได้พร้อมกัน โฟมจะปกคลุมเชื้อเพลิงทำให้ลดความสามารถของเชื้อเพลิงในการหาแหล่งออกซิเจนสารละลาย CAFS เกาะติดกับเพดานและผนัง ช่วยลดความร้อน ได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ พื้นผิวทึบแสงของโฟมที่เกาะติดกับผนังและเพดานยังช่วยป้องกันแหล่งเชื้อเพลิงจากพลังงานความร้อนแผ่รังสี (Brooks, 2005; Brooks, 2006) - ต่อมาได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่ถูกต้องในการศึกษาของ NIST ดูด้านล่าง
CAFS อาจหมายถึง เครื่องดับเพลิงชนิดน้ำ แรงดันสูงที่บรรจุโฟมและอัดแรงดันด้วยอากาศ ด้วยเช่นกัน
ต่อมาได้มีการพิสูจน์แล้วว่า CAFS ไม่ได้มีประสิทธิภาพในการดับไฟภายในอาคารมากกว่าน้ำธรรมดา และอาจเป็นอันตรายต่อการโจมตีภายในอาคารด้วยซ้ำ นอกจากนี้ยังมักทำให้เจ้าหน้าที่ดับเพลิงได้รับบาดเจ็บจากการถูกไฟไหม้ระหว่างปฏิบัติการภายในอาคาร เนื่องจากมีการนำอากาศ (ส่วนหนึ่งของรูปทรงสี่เหลี่ยมพีระมิดไฟ) เข้ามา และสร้างไอน้ำมากขึ้นเมื่อพยายามดับไฟในระยะเริ่มต้น[ 1 ]
ประวัติศาสตร์
แนวคิดที่ว่าน้ำไม่ใช่เครื่องมือที่สมบูรณ์แบบสำหรับการดับเพลิงนั้นได้รับการกล่าวถึงมานานแล้ว ดังที่ WE Clark (1991) กล่าวไว้ว่า "กระบวนการดับเพลิงด้วยน้ำนั้นยุ่งยากและโดยทั่วไปแล้วมีค่าใช้จ่ายสูง … ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งท่อส่งน้ำขนาดใหญ่พอสำหรับปริมาณการไหลที่ต้องการ การติดตั้งและการบำรุงรักษาหัวจ่ายน้ำดับเพลิงและการจัดหาและการบำรุงรักษาเครื่องสูบน้ำสายดับเพลิงและหัวฉีดของหน่วยดับเพลิง ทำให้การใช้น้ำเป็นสารดับเพลิงที่มีราคาค่อนข้างสูง … การใช้น้ำแทบจะไม่ใช่วิธีที่เหมาะสมที่สุดในการดับเพลิง … จะต้องมีวิธีการที่ดีกว่านี้ที่รอการค้นพบอยู่" (หน้า 75)
ลีบสัน (1996) กล่าวเสริมว่า "น้ำเป็นสารดับเพลิงที่ไม่มีประสิทธิภาพ ต้องใช้น้ำในปริมาณมาก ซึ่งก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายทั้งทางด้านการเงินและทางกายภาพ ค่าใช้จ่ายเหล่านี้ตกเป็นภาระของนักดับเพลิงและชุมชน" (หน้า 5)
การใช้สารเติมแต่งโฟมในน้ำเพื่อดับเพลิงมีมาตั้งแต่สิทธิบัตรของอังกฤษในปี 1877 สำหรับวิธีการผลิตโฟมเคมี (Liebson, 1991, หน้า xi) กองทัพเรืออังกฤษได้ทดลองใช้สารที่ทำให้เกิดโฟมโดยใช้ลมอัดในช่วงทศวรรษ 1930 (Darley, 1994) และกองทัพเรือสหรัฐฯได้ใช้ระบบโฟมลมอัด (CAFS) ในช่วงทศวรรษ 1940 สำหรับดับเพลิงของเหลวไวไฟ ในช่วงทศวรรษ 1960 ร้านล้างรถแบบทำเองได้ใช้ CAFS กับท่อและหัวฉีดแรงดันต่ำและเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ซึ่งมีอัตราการไหลของสารละลายประมาณ4 แกลลอนสหรัฐ (15 ลิตร)ต่อนาที และ ลม อัด 4 ลูกบาศก์ฟุต (0.11 ลูกบาศก์เมตร)ต่อนาที โดยมีระยะการฉีดของหัวฉีดประมาณ40 ฟุต (12 เมตร) (Rochna และ Schlobohm, 1992)
ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 มาร์ค คัมมินส์ ขณะทำงานให้กับกรมป่าไม้แห่งรัฐเท็กซัส ได้พัฒนาระบบขยายน้ำที่รู้จักกันในชื่อ "เท็กซัส สโนว์ จ็อบ" นายคัมมินส์เป็นผู้คิดค้นระบบ CAFS และได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาหมายเลข 4318443 ในปี 1982 ระบบ CAFS ระดับ A ที่บุกเบิกนี้ใช้น้ำยา ล้างจาน หรือ อนุพันธ์ ของสบู่สน ซึ่งหาได้ง่ายจากของเสียใน อุตสาหกรรมการผลิต กระดาษ ในท้องถิ่น เป็นสารทำให้เกิดฟอง โดยผสมในอัตราส่วน 8 ถึง 9 ส่วนต่อน้ำ 91 ถึง 92 ส่วน สามารถไหลได้ถึง30 แกลลอนสหรัฐ (110 ลิตร)ต่อนาที ระยะเวลาการใช้งานถูกจำกัดโดยการใช้ถังอัดอากาศแทนคอมเพรสเซอร์ (สิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาและต่างประเทศที่ออกให้แก่ มาร์ค คัมมินส์ ยังครอบคลุมถึงคอมเพรสเซอร์อากาศและเครื่องกำเนิดก๊าซเฉื่อยทุกประเภทด้วย) ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 การวิจัยโดยสำนักงานจัดการที่ดินแห่งสหรัฐอเมริการ่วมกับมาร์ค คัมมินส์ นำไปสู่คุณลักษณะการออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องอัดอากาศแบบหมุน ปั๊มแรงเหวี่ยง และระบบผสมโฟมแบบฉีดตรง (Fornell, 1991; IFSTA, 1966) ระบบ CAFS ได้รับความสนใจในระดับชาติในปี 1988 ระหว่างเหตุการณ์ไฟป่าในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน เมื่อโรงแรม Old Faithful Innสูงสี่ชั้นได้รับการปกป้องอย่างประสบความสำเร็จโดยการคลุมด้วยโฟมอัดอากาศ (Darley, 1994)
ในฤดูใบไม้ผลิปี 1994 รถสาธิตระบบโฟมแรงดันอากาศ (CAFS) ที่ผลิตโดยบริษัท WS Darley & Co. ถูกขับจากชายฝั่งหนึ่งไปยังอีกชายฝั่งหนึ่งในทวีปอเมริกาเหนือโดย Troy Carothers จุดประสงค์คือเพื่อเผยแพร่ข้อมูลเกี่ยวกับ CAFS และแสดงเทคโนโลยีใหม่นี้แก่ หน่วยดับเพลิง ของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาหลายปีก่อนหน้านั้น บริษัท Darley ได้ร่วมมือกับ Cummins ในการผลิตรถสาธิตระบบ WEPS (ระบบสูบน้ำขยายตัว) รถสาธิตของ Darley ในปี 1994 นั้นถูกขับโดย Troy Carothers ซึ่งมีส่วนร่วมในการออกแบบและประกอบผลิตภัณฑ์ Darley AutoCAFS ในช่วงเริ่มต้น ปัจจุบัน Carothers ดำรงตำแหน่งผู้จัดการ Darley AutoCAFS และดูแลทุกด้านของการพัฒนา CAFS สำหรับบริษัท Darley แนวคิดรถสาธิตนี้ได้ดำเนินต่อเนื่องมาทุกปีนับตั้งแต่ปี 1994
ประเภทของโฟม
CAFS สามารถสร้างโฟมที่มีความหนืดหลากหลายระดับ ตั้งแต่ประเภทที่ 1 (แห้งมาก) ถึงประเภทที่ 5 (เปียก) ซึ่งควบคุมโดยอัตราส่วนของอากาศต่อสารละลาย และในระดับที่น้อยกว่าโดยเปอร์เซ็นต์ของสารเข้มข้นต่อน้ำ โฟมประเภทที่ 1 และ 2 มีระยะเวลาการระบายที่ยาวนาน หมายความว่าฟองอากาศจะไม่แตกและปล่อยน้ำออกมาอย่างรวดเร็ว และมีอายุการใช้งานยาวนาน โฟมเปียก เช่น ประเภทที่ 4 และ 5 จะระบายออกได้เร็วขึ้นเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการใช้ CAFS คือความสามารถพิเศษในการผลิตโฟมคุณภาพหลากหลายประเภท เพื่อให้ได้การตอบสนองต่อเพลิงไหม้ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสถานการณ์เพลิงไหม้แต่ละแบบ สิ่งนี้ทำให้เจ้าหน้าที่ดับเพลิงสามารถปรับแต่งประเภทโฟมที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานทางยุทธวิธีและปัญหาเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นได้
หลังจากทดสอบโฟมชนิดแห้งประเภท 2 ในหลายสถานการณ์ จอห์นนี่ เมอร์ด็อก ตั้งข้อสังเกตว่า "ข้อสรุปที่กำลังเกิดขึ้นคือ โฟมชนิดแห้ง (ประเภท 2; อาจจะเป็นประเภท 1) ควรใช้ในการควบคุมไอระเหย ป้องกันโครงสร้างที่ยังไม่ถูกไฟไหม้ สร้างแนวกันไฟในพื้นที่ป่าที่มีเชื้อเพลิงที่ยังไม่ถูกไฟไหม้ ... และการดับเพลิงโครงสร้างต้องใช้โฟมชนิดเปียกกว่า (ประเภท 4 หรือประเภท 5) และทั้งการดับเพลิงโครงสร้างและการดับเพลิงในพื้นที่ป่าต้องใช้โฟมประเภท 5"
สำหรับการดับเพลิงโครงสร้างด้วยโฟมอัดอากาศ โดมินิก คอลเล็ตติ แนะนำให้ใช้สัดส่วน "อากาศต่อสารละลายโฟม" 0.5 ลูกบาศก์ฟุต (0.014 ลูกบาศก์เมตร)ต่อนาที ต่อ1 แกลลอนสหรัฐ (3.8 ลิตร) ต่อนาที โดยมีอัตราส่วนการผสมโฟมคลาส A ที่ 0.5% ซึ่งจะทำให้ได้อัตราการไหลของสารละลายโฟมจากสายยางขนาด 1-3/4 นิ้ว ทั่วไปที่ 120 แกลลอน สหรัฐ(450 ลิตร)ต่อนาที และ อากาศอัด 60 ลูกบาศก์ฟุต (1.7 ลูกบาศก์เมตร)ต่อนาที สัดส่วนอากาศต่อสารละลายโฟมนี้จะทำให้ได้โฟมที่เปียกและระบายออกได้เร็ว ซึ่งจะช่วยลดเปลวไฟและลดอุณหภูมิในห้องที่เกิดเพลิงไหม้ได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ สัดส่วนนี้ยังช่วยให้มีอัตราการไหลของสารละลายโฟม (ของเหลว) ที่สูงขึ้น เพื่อช่วยรักษาความปลอดภัยของนักดับเพลิงในระดับสูงสุด (คู่มือระบบโฟมอัดอากาศ, คอลเล็ตติ 2005)
แม้ว่าข้อกล่าวอ้างของคอลเล็ตติเกี่ยวกับอัตราการไหลจะไม่ได้รับการยอมรับจากผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมหลายคน ดังที่เห็นได้จากการประชุมสัมมนา CAFS ที่เมืองโรเซนเบิร์ก รัฐเท็กซัสในเดือนกุมภาพันธ์ 2550 คณะผู้เชี่ยวชาญในที่ประชุมเห็นพ้องกันว่า อัตราการไหลของ สารละลายโฟม 1 แกลลอน สหรัฐ(3.8 ลิตร)ต่อนาที ร่วมกับการไหล ของอากาศ 1 ลูกบาศก์ฟุต (0.028 ลูกบาศก์เมตร)ต่อนาที จะให้ผลลัพธ์ในการสร้างชั้นโฟมที่มีประสิทธิภาพสูงสุด นอกจากนี้ ยังได้ตกลงกันว่า ปริมาณการไหลของอากาศผสมกับสารละลายโฟมที่ไหลออกจากท่อขนาด 1-3/4 นิ้ว ภายใต้แรงดันปั๊มปกติ 100–125 PSI นั้น จะต้องไม่เกิน 140–150 กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การไหลพร้อมกันของอากาศ70 ลูกบาศก์ฟุต (2.0 ลูกบาศก์เมตร) ต่อนาที และน้ำ 70 แกลลอน สหรัฐ(260 ลิตร)ต่อนาที กำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดสูงสุดหรือความสามารถในการรับน้ำหนักของท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางนั้น (1.75 นิ้ว) (การประชุมสัมมนา CAFS ของรัฐเท็กซัส กุมภาพันธ์ 2550)
การแปลงน้ำเป็นกระป๋อง
เครื่องดับเพลิงแบบใช้แรงดันน้ำ (APW) มักถูกดัดแปลงเป็นเครื่องดับเพลิงแบบใช้แรงดันอากาศ (CAFS) โดยการเจาะรูขนาด 1/8-1/16 นิ้ว สองรูที่ท่อดูดเหนือระดับน้ำ จากนั้นเติม น้ำ 1.5 แกลลอนสหรัฐ (5.7 ลิตร)และ เติมโฟมดับเพลิง ชนิด A, AFFF , FFFPหรือผงซักฟอกทางการค้าลงในน้ำในอัตราส่วน 1% สำหรับไฟชนิด A และอัตราส่วน 3%-6% สำหรับไฟชนิด B โดยทั่วไปแล้ว จะตัดปลายหัวฉีดแบบเรียบออกเพื่อให้โฟมขยายตัวได้อย่างเหมาะสม การคงหัวฉีดไว้จะทำให้โฟมเปียกกว่าแต่มีระยะการฉีดไกลกว่า การตัดหัวฉีดจะทำให้โฟมแห้งและขยายตัว แต่จะมีระยะการฉีดสั้นกว่าหัวฉีดน้ำมาตรฐาน เครื่องดับเพลิง CAFS ยังสามารถติดตั้งอุปกรณ์ดูดอากาศ ซึ่งมักใช้กับเครื่องดับเพลิงโฟม AFFF และ FFFP ซึ่งจะทำให้โฟมขยายตัวมากขึ้น แต่จะทนความร้อนได้น้อยกว่าโฟมที่ไม่ใช้อุปกรณ์ดูดอากาศ เนื่องจากฟองอากาศจะไม่แตกตัว
ปัญหา
เมื่อวันที่ 17 ธันวาคม พ.ศ. 2548 นักดับเพลิง 2 นายจากเมืองทูบิงเงน ประเทศเยอรมนี เสียชีวิตภายในอาคารที่กำลังไฟไหม้ เนื่องจากสายยางเส้นหนึ่งภายในอาคารแตก และพวกเขาไม่มีสารดับเพลิงเหลืออยู่ ในการวิเคราะห์เหตุการณ์โศกนาฏกรรมครั้งต่อมา ผู้เชี่ยวชาญต่างประหลาดใจที่พบว่าสายยางที่บรรจุ CAFS มีแนวโน้มที่จะแตกภายใต้ความร้อนได้ง่ายกว่า เพราะโฟมไม่สามารถระบายความร้อนให้กับสายยางได้อย่างเพียงพอ[ 2 ]
สายดับเพลิงทุกประเภทมีความเสี่ยงที่จะระเบิดหรือฉีกขาด ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บและเสียชีวิตแก่เจ้าหน้าที่ดับเพลิงได้ การทดสอบแรงดันน้ำของสายดับเพลิงเป็นประจำทุกปีเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าสายดับเพลิงสามารถทนต่อแรงดันคงที่ได้ตามระยะเวลาที่กำหนด การทดสอบความทนทานต่อความร้อนของสายดับเพลิงในสภาพความร้อนภายในอาคารไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของเกณฑ์การทดสอบ และควรพิจารณาเป็นเพียงหลักฐานที่ได้จากการสังเกตการณ์ในกรณีเกิดเหตุเพลิงไหม้ที่สายดับเพลิงชำรุด เจอรัลด์ ฮิวจ์ส หัวหน้ากอง (เกษียณแล้ว) หน่วยดับเพลิงชิคาโก