Nguyên lý cơ bản để xảy ra và duy trì sự cháy được mô tả thông qua tam giác cháy, bao gồm ba yếu tố thiết yếu: chất dễ cháy (nhiên liệu), chất oxy hóa và nguồn nhiệt. Sự hiện diện đồng thời của cả ba yếu tố này là điều kiện tiên quyết cho một đám cháy hình thành và lan rộng. Tiêu chuẩn IEC 60079 về phòng chống cháy nổ được xây dựng dựa trên nguyên tắc này, tập trung vào việc kiểm soát và loại bỏ một hoặc nhiều yếu tố của tam giác cháy trong môi trường có nguy cơ cháy nổ do khí hoặc bụi dễ cháy. Tiêu chuẩn này đề cập đến các quy định và phương pháp phân loại, thiết kế, lắp đặt và vận hành thiết bị nhằm đảm bảo an toàn trong các khu vực nguy hiểm bằng cách xác định các nguyên tắc cơ bản về phân loại vùng nguy hiểm và các phương pháp bảo vệ thiết bị.

1. Phạm vi và mục tiêu

Tiêu chuẩn IEC 60079 được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp có nguy cơ cháy nổ như dầu khí, hóa chất, khai thác mỏ và nhà máy xử lý khí. Mục tiêu chính của tiêu chuẩn là:

• Xác định các tiêu chí để phân loại khu vực nguy hiểm dựa trên khả năng hình thành hỗn hợp cháy (chất dễ cháy và chất oxy hóa).
• Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện, điện tử và cơ khí được thiết kế để ngăn chặn nguồn nhiệt gây cháy trong môi trường nguy hiểm.
• Cung cấp phương pháp luận để đánh giá rủi ro cháy nổ bằng cách phân tích sự hiện diện của chất dễ cháy, chất oxy hóa và các nguồn nhiệt tiềm ẩn, từ đó áp dụng các biện pháp bảo vệ phù hợp.

2. Các khái niệm và thuật ngữ quan trọng

Để hiểu rõ các quy định của IEC 60079, cần nắm vững một số định nghĩa quan trọng sau:

• Tam giác cháy (Fire Triangle): Là một mô hình cơ bản mô tả ba yếu tố cần thiết đồng thời để xảy ra và duy trì sự cháy:
  • Chất dễ cháy (Fuel): Bất kỳ vật liệu nào có khả năng cháy khi đạt đến nhiệt độ thích hợp và có đủ chất oxy hóa. Trong bối cảnh tiêu chuẩn IEC 60079, chất dễ cháy có thể là khí, hơi, bụi hoặc sợi dễ cháy.
  • Chất oxy hóa (Oxidizer): Thường là oxy trong không khí, nhưng cũng có thể là các chất khác như clo hoặc flo. Chất oxy hóa cung cấp môi trường hóa học để phản ứng cháy diễn ra.
  • Nguồn nhiệt (Heat Source): Năng lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của chất dễ cháy lên đến điểm bắt lửa hoặc nhiệt độ tự bốc cháy. Các nguồn nhiệt có thể bao gồm tia lửa điện, bề mặt nóng, ma sát, hoặc phản ứng hóa học.
• Chất dễ cháy (Flammable Substance): Là các chất có khả năng tự cháy hoặc tạo ra hỗn hợp khí, hơi hoặc sương mù dễ cháy (một yếu tố của tam giác cháy).
• Điểm chớp cháy (Flashpoint): Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó một chất lỏng có thể tạo ra hơi đủ để hình thành hỗn hợp cháy với không khí (liên quan đến khả năng tạo ra chất dễ cháy ở một nhiệt độ nhất định).
• Áp suất hơi (Vapour Pressure): Áp suất do hơi của một chất rắn hoặc lỏng tạo ra khi đạt trạng thái cân bằng với pha khí của nó (ảnh hưởng đến nồng độ chất dễ cháy trong không khí).
• Giới hạn cháy dưới (Lower Flammable Limit - LFL): Nồng độ tối thiểu của khí hoặc hơi dễ cháy trong không khí để có thể tạo ra môi trường cháy nổ (nồng độ tối thiểu của yếu tố "chất dễ cháy" trong hỗn hợp với chất oxy hóa).
• Giới hạn cháy trên (Upper Flammable Limit - UFL): Nồng độ tối đa của hỗn hợp khí/hơi có khả năng cháy (nồng độ tối đa của yếu tố "chất dễ cháy" trong hỗn hợp với chất oxy hóa).
• Nhiệt độ tự bốc cháy (Auto-Ignition Temperature - AIT): Nhiệt độ thấp nhất mà tại đó một chất khí hoặc hơi có thể tự bốc cháy trong điều kiện thử nghiệm xác định (ngưỡng nhiệt độ của yếu tố "nguồn nhiệt" có thể gây cháy mà không cần tia lửa).

3. Phân loại vùng nguy hiểm

IEC 60079 phân loại các khu vực có nguy cơ cháy nổ thành các vùng khác nhau dựa trên tần suất và thời gian xuất hiện của hỗn hợp khí/chất dễ cháy (sự kết hợp của yếu tố "chất dễ cháy" và "chất oxy hóa"):

• Zone 0: Khu vực có môi trường cháy nổ liên tục hoặc tồn tại trong thời gian dài.
• Zone 1: Khu vực có khả năng xuất hiện môi trường cháy nổ trong điều kiện vận hành bình thường.
• Zone 2: Khu vực chỉ có nguy cơ cháy nổ trong trường hợp bất thường hoặc rò rỉ không lường trước.

Đối với môi trường có bụi dễ cháy (một dạng của yếu tố "chất dễ cháy"), các phân vùng tương ứng là Zone 20, Zone 21 và Zone 22.

4. Các phương pháp bảo vệ thiết bị

Để đảm bảo an toàn khi sử dụng thiết bị trong khu vực nguy hiểm, IEC 60079 đề xuất các phương pháp bảo vệ tập trung vào việc ngăn chặn sự hình thành của tam giác cháy:

• Chống cháy nổ (Flameproof - Ex d): Thiết bị được thiết kế để chịu được áp suất của một vụ nổ bên trong mà không gây lan truyền ra bên ngoài (kiểm soát hậu quả của sự cháy nếu nó xảy ra, ngăn không cho nó trở thành nguồn nhiệt gây cháy cho môi trường bên ngoài).
• An toàn nội tại (Intrinsic Safety - Ex i): Hạn chế năng lượng bên trong thiết bị để không thể tạo ra tia lửa điện hoặc nhiệt độ đủ để đốt cháy hỗn hợp dễ cháy (loại bỏ yếu tố "nguồn nhiệt").
• Bao bọc chống bụi (Encapsulation - Ex m): Niêm phong các bộ phận của thiết bị để ngăn chặn sự tiếp xúc với khí hoặc bụi dễ cháy (ngăn chặn sự tiếp xúc giữa "chất dễ cháy" và "nguồn nhiệt" hoặc "chất oxy hóa").
• Bảo vệ tăng cường (Increased Safety - Ex e): Thiết kế thiết bị nhằm giảm thiểu nguy cơ phát sinh tia lửa điện hoặc nhiệt độ cao trong quá trình vận hành bình thường (giảm thiểu khả năng tạo ra "nguồn nhiệt").
• Áp suất dương (Pressurization - Ex p): Duy trì áp suất khí trơ bên trong thiết bị để ngăn chặn sự xâm nhập của hỗn hợp dễ cháy từ bên ngoài (loại bỏ hoặc giảm nồng độ của yếu tố "chất dễ cháy" bên trong thiết bị).

5. Đánh giá rủi ro và phương pháp phân loại

IEC 60079 hướng dẫn cách đánh giá nguy cơ cháy nổ bằng cách phân tích các yếu tố cấu thành tam giác cháy:

• Tính chất vật lý và hóa học của chất dễ cháy (điểm sôi, áp suất hơi, tỷ trọng hơi - xác định khả năng tạo ra và lan truyền của yếu tố "chất dễ cháy").
• Điều kiện vận hành (nhiệt độ, áp suất, khả năng rò rỉ - ảnh hưởng đến sự hiện diện của "chất dễ cháy" và khả năng phát sinh "nguồn nhiệt").
• Đặc điểm của khu vực xung quanh (thông gió - ảnh hưởng đến nồng độ của "chất dễ cháy" và "chất oxy hóa", cấu trúc không gian - ảnh hưởng đến sự lan truyền của nguy cơ).

Các phương pháp tính toán và mô hình dự đoán cũng được đề cập để xác định phạm vi của các vùng nguy hiểm, giúp khoanh vùng nơi có khả năng hình thành tam giác cháy.

6. Ứng dụng trong thực tế

Tiêu chuẩn IEC 60079 được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau, nhằm kiểm soát các yếu tố của tam giác cháy:

• Nhà máy lọc dầu & khí tự nhiên: Xác định khu vực nguy hiểm quanh bồn chứa (chứa "chất dễ cháy"), đường ống dẫn và máy nén khí (có thể tạo ra "nguồn nhiệt").
• Nhà máy hóa chất: Phân loại vùng nguy hiểm xung quanh các hệ thống xử lý dung môi và các phản ứng hóa học (nơi có cả "chất dễ cháy" và tiềm ẩn "nguồn nhiệt").
• Ngành khai thác mỏ: Kiểm soát nguy cơ cháy nổ trong các đường hầm có chứa khí methane ("chất dễ cháy").
• Nhà máy sản xuất thực phẩm & dược phẩm: Bảo vệ thiết bị đo lường và điều khiển trong môi trường có bụi hữu cơ dễ cháy ("chất dễ cháy" dạng bụi).

Tóm lại, tiêu chuẩn IEC 60079 đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn trong các môi trường có nguy cơ cháy nổ bằng cách nhận diện và kiểm soát các yếu tố của tam giác cháy. Việc áp dụng đúng tiêu chuẩn này giúp các doanh nghiệp tuân thủ các quy định pháp lý, bảo vệ tính mạng con người và tài sản, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành thiết bị tại các khu vực nguy hiểm.