» مقالات روشنایی » ضدانفجار

ضدانفجار


ضدانفجار

ضدانفجار چیست؟

مقدمه 

مهندسان برق ، کنترل، فرآیند و نیز کارشناسان HSE مسئولیت عمده ای در رابطه با ایمن سازی محیط تاسیسات صنعتی بر عهده دارند.
تأسیسات برقی، ابزار دقیق، مکانیک و فرآیندی مورد استفاده در محیط های مستعد خطر باید به گونه ای طراحی، تولید و نصب گردند که حفاظت های لازم برای کار در این محیط ها حفاظت اشخاص و دستگاه ها در برابر صدمات ناشی از انفجارها را در خود داشته باشند و جرقه ناشی از کارکرد معمولی و یا جرقه حاصل از بروز عیب در آنها، در سطحی از انرژی باشد که نتواند باعث انفجار و یا شعله ور شدن غبارها، گازها و یا مایعات قابل اشتعالی که ممکن است به طور ناگهانی و اتفاقی در فضاهای عملیاتی رها شوند گردد.
بررسی دقیق و منطقی چنین وسایل مناسبی ، نیاز به احاطه کامل به مسایل مربوط به محیط های مستعدخطر و درک دقیق خواص وخصوصیات فنی غبارها ، مایعات، گازها و بخارهای قابل اشتعال در فضاهای مستعدخطر، و بالاخره شناخت کامل استانداردهای دستگاه های ضدانفجار دارد. 
تاریخچه
چگونگی وقوع یک انفجار
همان گونه که می دانیم برای به وجود آمدن اشتعال یا انفجار لازم است چند اتفاق به طور همزمان رخ دهد :
الف – یک گاز قابل اشتعال وجود داشته باشد و یا به وجود آید.
ب – برای تولید یک ترکیب قابل اشتعال یا قابل احتراق، گاز مزبور به نسبت لازم با هوا یا اکسیژن آمیخته شود به نحوی که در واقع یک محدوده ترکیب مناسب به وجود آید.
پ – این مخلوط بر اثر ایجاد جرقه با انرژی مناسب ، آتش بگیرد.
1. قوس های الکتریکی
2. جرقه های الکتریکی.
3. شعله ها.
4. سطوح داغ.
5. الکتریسیته ساکن.
6. ضربات مکانیکی.
7. اصطکاک مکانیکی.
8. جرقه بر اثر تراکم.
9. تشعشعات الکترومغناطیسی.
10. تشعشعات یونیزاسیون.
11. انرژی صوتی.
چنانچه در یک محل مستعد انفجار یا اشتعال، امکان حذف یکی از سه عنصر جرقه، هوا و ماده قابل انفجار نباشد از وسایل دیگر نظیر اضافه نمودن گازهای بی اثر مانند نیتروژن و یا اضافه نمودن دی اکسید کربن ، بخار آب و ... به تناسب نیاز و کارایی در محیط مزبور، برای تبدیل آن محیط به محیط غیرخطرناک استفاده می شود.
باید توجه داشت که در زمان وقوع انفجار، درجه حرارت محیط تا 2000 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و فشار (1-1000 bar) ایجاد می شود (1bar=14.7 psi).

LED EX

فصل مشترک محدوده ترکیب مناسب هوا با گاز قابل اشتعال با زیر این محدوده (که مقدار گاز به اندازه کافی برای ترکیب با هوا وجود ندارد) حد پائین انفجار یا حد پائین شعله وری و فصل مشترک این محدوده با بالاتر از آن (که مقدار هوا به اندازه کافی برای ترکیب برای ماده قابل انفجار وجود ندارد) حد بالای انفجار و یا حد بالای شعله وری نامیده می شود.
در زیر این محدوده، مقدار گاز در قیاس با هوا ، به اندازه کافی نیست که ترکیب این دو، قابلیت انفجار پیدا کند و بالای این محدوده، مقدار هوا در قیاس با حجم ماده آتشگیر، به اندازه نیست که ترکیب آن دو، قابلیت انفجار داشته باشد. البته در دوحالت اخیر نیز چنانچه نسبت به هریک به میزان مناسب برسد می تواند ترکیب را به "مستعد انفجار" تبدیل نماید.
به عنوان یک مثال عملی برای حد انفجار پائین، در زمانی که گاز قابل انفجار در داخل آشپرخانه جمع شود برای پیشگیری از انفجار، اولاً کلید برق را برای ایجاد روشنایی به هیچ وجه دست نمی زنیم که از ایجاد انفجار جلوگیری شود (زیرا قطع و وصل کلیدهای برق معمولی، باعث ایجاد جرقه با انرژی کافی در داخل کلید می شود) ثانیاً به آرامی پنجره ها را باز می کنیم که آمیزه قابل انفجار یا اشتعال را رقیق نمائیم و آنرا به زیر حد انفجار یا اشتعال برسانیم.
مثال دیگر این که مثلاً در یک خودروی پیکان، چنانچه بنزین به حد کافی به محفظه احتراق نرسد که آمیزه مناسب انفجار را به وجود آورد (حتی اگر شمع درست کار کند) اتومبیل مزبور روشن نمی شود.
و به عنوان یک مثال عملی برای آتش گیری آمیزه قابل انفجار یا اشتعال در حد بالای انفجار که ناشی از غلیظ بودن آن آمیزه و نبود هوای کافی برای ایجاد ترکیب مناسب قابل انفجار یا اشتعال است، استفاده از پمپ بنزین برقی در داخل باک بنزین خودروهای جدید به صورت معمول می باشد که در حالت عادی کارکرد باعث انفجار نمیشود زیرا در داخل باک، بخار اشباع شده بنزین داریم.
البته باید توجه داشت که لوله ای که باک را توسط آن از بنزین پر می کنیم به علت تماس با هوا بسیار خطرناک و حاوی آمیزه قابل انفجار و اشتعال می باشد به همین دلیل نباید در هنگام باز کردن درب باک بنزین و یا پرکردن باک از بنزین از موبایل شخصی استفاده نمود زیرا با اقدام به این عمل تا کنون چندین انفجار رخ داده است.
مثال دیگر در همان اتومبیل پیکان، در صورتی که بنزین بیش از حد موردنیاز به محفظه احتراق وارد شده باشد ، با وجود سلامت شمع ها و جرقه کافی، به علت آنکه آمیزه مناسب هوا و بنزین برای انفجار وجود ندارد و لذا بالای حد انفجار قرارداریم ، اتومبیل مزبور به هیچ وجه روشن نمی شود که در اینگونه موارد ، مکانیک های این اتومبیل ، درب بالای کاربراتور را باز می کنند که بخشی از بخار بنزین داخل آن به بیرون opening داشته باشد که متعاقباً به آسانی روشن می شود.

LED EX

شاید اولین محیط مستعدخطری که کشف گردیده مربوط به معادن اولیه زغال سنگ بوده است. در معادن زغال سنگ، با دو خطر مواجه هستیم :
وجود گاز متان و وجود غبارهای زغال سنگ
گاز متان امکان انفجار و به آتش کشیده شدن سراسر معدن را فراهم می کند. به دنبال این انفجار ، انفجارهای ثانویه بسیار شدیدتری بر اثر آتش گیری ذرات زغال سنگ موجود در معدن که به صورت ابری در تمام فضای داخل آن پراکنده شده اند و یا به صورت لایه های غبار زغال سنگ بر کف معدن گسترده شده اند به وجود می آید که به سرعت و مستقیماً تمام معدن را در بر می گیرد.
توضیح علمی حوادث یاد شده به شرح زیر است :
گاز متان در خلل و فرج زغال سنگ جذب می شود. موقعی که از معدن زغال سنگ بهره برداری می شود، این گاز با روندی طولانی، آزاد می گردد. برای رهایی کامل زغال سنگ از متان نفوذی به داخل آن ، زغال سنگ باید به مدت 1000 ساعت در محلی که به خوبی تهویه می شود نگهداری گردد.
زمانی که ساعت کار روزانه معدنچیان به پایان می رسید و معدن را تا روز بعد به حال خود رها می کردند، در فاصله توقف برداشت از معدن، گازهای متان داخل زغال سنگ معدن، به تدریج آزاد می شدند و چون از هوا سبکتر بودند ، آرام آرام، در سقف معدن ، لایه قابل اشتعال و انفجاری را به وجود می آوردند.
صاحبان معادن متوجه شده بودند که اگر قبل از ورود معدنچیان برای شروع کار روزانه ، شخصی با یک پتوی کاملا خیس ، سراسر بدن و صورت خود را بپوشاند و مشعل مشتعلی که بلندی آن تا نزدیک سقف معدن می رسد به دست بگیرید و به حالت خزیده در کف معدن، تمام طول آن را طی کند (و بدین وسیله باعث اشتعال لایه متان در سقف معدن بشود و آن را بسوزاند که تمام شود) دیگر خطری معدنچیان را تهدید نمی کند.
فردی که چنین کار خطرناکی را انجام می داد به "آتش کار" معروف شد. اما به زودی همگی دریافتند که تعداد بسیار کمی از افراد ، حاضر به انجام چنین کاری هستند. لذا پیشنهاد شد چنانچه محکومین به زندان ، "آتش کار" شوند، دوره محکومیت زندان آنها کوتاهتر شود. به همین دلیل محکومانی که آتش کار می شدند ، به "نادم" معروف شدند.
سرانجام کار به جایی رسید که هیچکس ، حتی زندانیان، حاضر به این کار نشدند.بنابراین معدنچیان مجبور شدند که از اسبان باربر در داخل معادن استفاده نمایند. برای نصب مشعل روی این حیوانات ، پایه مخصوصی ساخته شد و مورد استفاده قرار گرفت. اسب کاملاً خیس می شد. مشعل روی آن نصب گشته و به تاخت و چهار نعل به داخل معدن رانده می شد.بعد از اشتعال گاز متان سقف تونل به وسیله مشعل های روی اسب، حیوان بیچاره با چشمانی از حدقه درآمده (از ترس) و موهای کز خورده ، به تاخت و چهار نعل به بیرون از معدن فرار می کرد. این روند تا قبل از وضع قوانینی به نفع حیوانات ادامه داشت.
در بسیاری از موارد، انفجارهای ثانویه بسیار خطرناک تر و مهیب تر از انفجارهای اولیه می باشد. اگر کف معادن خوب تمیز نشده باشد و غبارهای زغال سنگ در کف آنها ته نشین شده باشند و یا به مقدار کافی با پودر سنک مخلوط نشده باشند که درجه آتشگیری آنها را پایین بیاورند، انفجارهای ثانویه در معادن زغال سنگ باعث می شود که پس از آتشگیری اولیه گاز متان، غبارهای زغال سنگ موجود در کف معادن، به صورت طوفانی از غبارهای آتش زا، باعث آتش سوزی ثانویه شوند که به سرعت تمام معدن را در بر می گیرد.
با ظهور تهویه مکانیکی و رقیق کردن گاز متان موجود با هوای تازه، به نحوی که آن را زیر "حدانفجار" بیاورد، تحول جدیدی در این روند به وقوع پیوست که هنوز هم مورد استفاده می باشد.
استفاده از الکتریسیته در معاد زغال سنگ انگلستان در اواخر قرن نوزدهم، به دلیل وجود گازها و غبارهای قابل اشتعال و انفجار، خطر جدیدی را در آن معادن به وجود آورد ؛ در حالی که قبلاً به علت استفاده از نیروی بخار و هوای فشرده چنین خطری احساس نمی شد. لذا این امر باعث جلب توجه و هشدار بازرسان فنی و معدنچیان شد، به طوری که دولت انگلستان در سال 1909 تصمیم گرفت کمیته ای را مأمور بررسی خطر استفاده از نیروی برق در معادن نماید که این امر در سال 1911 منجر به وضع قوانین استاندارد حفاظتی استفاده از برق در معادن، در آن کشور گردید. این قوانین فقط به قسمت های برقی با ولتاژ معمولی تک فاز و سه فاز توجه نموده بود و وضع قوانین استاندارد در مورد زنگ های اخبار، که به وفور در معادن مورد استفاده واقع می شدند و به دلیل ولتاژ پایین و مصرف کم، بی خطر تشخیص داده شده بودند، فراموش شده بود. به همین دلیل متأسفانه در سال های 1912 و 1913 انفجارهای مهیبی در یکی از معادن زغال سنگ ایالت ویلز به وقوع پیوست که منجر به کشته شدن حدود 300 نفر در انفجار اول و 439نفر در انفجار دوم از معدنچیان گردید. تحقیقات نشان دادند که عامل حادثه ، جرقه ناشی از عملکرد زنگ اخبار بدون حفاظ بوده است.

چراغ ضد انفجار

 

سیستم های زنگ اخبار موجود در معادن بررسی شدند. دو نوع مدار برای عملکرد این زنگ اخبارها استفاده شده بود. در یک نوع از باتری و در نوع دوم از ترانسفورماتور با ولتاژ پایین، به عنوان منبع قدرت، استفاده می شد. بررسیها نشان دادند که همین مدارهای با ولتاژ پایین می توانند جرقه هایی را با انرژی کافی تولید نمایند به نحوی که قادر باشند مخلوطی از هوا و گاز متان را منفجر نمایند. دلیل این موضوع، وجود ولتاژ یا جریان خیلی زیاد نبود بلکه در واقع ظرفیت القایی مدار باعث خطر می شد.
زمانی که یک مدار القایی گسسته می شود میدان مغناطیسی موجود در سیم پیچ فرو می ریزد و لذا ولتاژ معکوسی تولید می کند که می تواند بسیار بزرگتر از ولتاژ مدار باشد و باعث جرقه با انرژی کافی شود. این پدیده را "اثر انباره ای سیم پیچ های القایی" می نامند.
تحقیقات در مورد روش های جلوگیری از پدیدۀ ولتاژ معکوس از سال 1913 در انگلستان شروع شد و بالاخره در سال 1966 قوانین وضع شده در مورد آن به استانداردهای بقیه کشورهای اروپا راه یافت. این قوانین در سال 1968 به استانداردهای آمریکا نیز رسوخ نمود.
این تحقیقات باعث شد که با طراحی زنگ اخبارهایی که انرژی جرقه آن ها در موقع قطع و وصل مدار بسیار کم بود و بنابراین قادر به انفجار یا اشتعال آمیزۀ قابل انفجار متان با هوا نبود یک نوع دستگاه ضدانفجار به نام ایمن ذاتی ساخته شود.
به همین صورت اپراتورهای معادن دریافتند که چنانچه موتورهای برقی مورد استفاده در معادن را به نحوی نسبت بهمحیط بیرون خود، کاملاً محصور و آب بندی کنند که جرقۀ داخل آنها به بیرون سرایت نکند، این موتورها در محیط های مستعد خطر داخل معادن قادر به کار ایمن هستند و باعث انفجار و اشتعال نمی شوند.
اینجا بود که محفظه های ضد شعله با مادۀ اولیۀ محفظۀ چدنی و با اتصالات کاملاً آب بندی شده پا به عرصۀ حیات گذاشتند.
محیطهای مستعد خطر فقط به معادن زیرزمینی ختم نمی شوند، بلکه کلیه فضاهای عملیاتی بالاتر از سطح زمین که در آن ها گازها و بخارهای قابل اشتعال یا انفجار (نظیر بنزین، هیدروژن، متان، بوتان، استیلن و ...) و یا  غبارها ، فیبرها  و ذرات معلق در هوا به صورت لایه و یا توده ابر (نظیر ذرات منیزیم، روی، آلومینیوم، زغال، چوب، قهوه و ...) وجود دارند را نیز در برمی گیرد.
وجود جرقه با انرژی کافی و یا رسیدن به درجه خود اشتعالی این مواد باعث می شود که آتش بگیرندو یا تولید انفجار نمایند. به عنوان نمونۀ به درجه خود اشتعالی رسیدن مواد، می توان به آتش گرفتن خود بخودی مزارع گندمدر ماه گرم تابستان اشاره نمود که بر اثر وزش بادهای گرم بر روی مزارع گندم و همزمان اصطکاک دانه های گندم به یکدیگر به تدریج درجه حرارت دانه های گندم افزایش پیدا می کند و به ناگهان مزرعه آتش می گیرد.
در بسیاری از روستاهای ایران که چنین حادثه ای اتفاق می افتد روستائیان بر این باور هستند که همسایگان و یا افراد دیگری که با آنها در تضاد هستند مزارع آنان را آتش می زنند که تا کنون باعث درگیری های بسیاری شده است زیرا دلیل علمی آن را نمی دانند.
در موارد دیگری نیز موارد آتش سوزی خود به خودی جنگل ها هم بر اثر موضوع فوق الذکر مشاهده شده است.
یک نمونه دیگر از رسیدن به درجه خود اشتعالی را می توانیم در بازی های کودکانه خود جستجو کنیم که در مقابل آفتاب ، ذره بین را بالای کاغذ می گرفتیم و نور انرژی خورشید در یک نقطه از کاغذ متمرکز و باعث آتش سوزی کاغذ در همان محل می شد بدون آنکه از کبریت استفاده کرده باشیم.