يحدث انفجار الغبار عندما يبقى غبار قابل للاشتعال معلقًا في الهواء بتركيز كافٍ ويلتقي بمصدر إشعال. وتتطور الحادثة في أقل من ثانية، ويرتفع الضغط بسرعة في الحيز المغلق ويتجاوز قدرة تحمّل جسم المعدة. وقد يثير الانفجار الأولي غبارًا يُطلق انفجارًا ثانويًا أشد تدميرًا بكثير.
تسير إدارة المخاطر في مسارين. إذ تُصمَّم معًا التدابير التي تمنع الاشتعال وأنظمة الحماية التي تحدّ من الضرر عند وقوع الانفجار.
في تركيا يُعد إعداد وثيقة الحماية من الانفجار التزامًا قانونيًا على المنشآت المشمولة بهذا النطاق.
ما هو انفجار الغبار؟
يكفي للحريق وجود الوقود والأكسجين ومصدر الإشعال. أما لانفجار الغبار فيُضاف إلى هذه العناصر الثلاثة شرطان آخران: انتشار الغبار على شكل سحابة، وأن يكون المكان مغلقًا. وتُسمّى هذه البنية التي تجتمع فيها العناصر الخمسة في آن واحد في الأدبيات بخماسي الانفجار.
حجم حبيبات الغبار عامل حاسم. فكلما صغرت الحبيبات ازدادت المساحة السطحية لكل وحدة كتلة وسهل الاشتعال، لذلك يُؤخذ في الاعتبار الغبار الأصغر من 500 ميكرون. أما زيادة الرطوبة وكبر حجم الحبيبات فيؤثران في اتجاه تقليل الخطر.
لماذا يحدث انفجار الغبار؟
يأتي في مقدمة الأسباب عدم السيطرة على تراكم الغبار. فطبقة الغبار الناعم المتراكمة على أسطح المعدات وفوق العوارض وعلى الأرضيات ترتفع في الهواء بموجة ضغط صغيرة وتشكّل سحابة قابلة للانفجار.
يبدأ الحدث الأولي غالبًا داخل المعدة، أما الدمار الحقيقي فيظهر في الانفجار الثانوي الذي يحدث بارتفاع هذه الطبقة.
تسهم العوامل المرتبطة بالعمليات أيضًا في هذه الصورة. فخطوط النقل الهوائي وعمليات تعبئة الصوامع وتفريغها وخطوات الطحن والغربلة تولّد سحب غبار كثيفة. وتضع خطة الوقاية من انفجار الغبار في الصوامع كثافة السحابة في لحظات التعبئة والتفريغ هذه في صميم اهتمامها.
مصادر الإشعال المسببة لانفجار الغبار
مصادر الإشعال في الغالب عوامل تبدو عادية. وأكثرها ذكرًا في التقارير: الشرارة الميكانيكية، والاحتكاك والمحامل المفرطة السخونة، والتفريغ الكهروستاتيكي، والسطح الساخن، وعمليات اللحام والقطع، والقوس الكهربائي، والتسخين الذاتي.
يحتل التفريغ الكهروستاتيكي مكانة خاصة في هذه المجموعة. فالغبار يراكم شحنة أثناء حركته داخل الأنابيب والقنوات، وهذه الشحنة المتراكمة في قطعة معدنية غير مؤرّضة قد تتفرغ بشرارة واحدة. وبما أن طاقة اشتعال الغبار منخفضة في كثير من الأحيان، فقد يكفي تفريغ لا يُرى بالعين.
ما أنواع الغبار التي تحمل خطر الانفجار؟
يتصرف معظم الغبار العضوي والمعدني القابل للاشتعال تصرفًا انفجاريًا في الظروف المناسبة. وتُجمع المجموعات الرئيسية الحاملة للخطر في ستة عناوين.
ويدخل في هذه القائمة أيضًا غبار الألياف والمنسوجات، كما أن التنظيف الجاف من المجالات التي يجب تقييمها من حيث انفجار الغبار.
عناية إضافية في غبار المعادن: بما أن غبار الألومنيوم والمغنيسيوم قد يُطلق الهيدروجين عند ملامسته الماء، فلا تُستخدم حلول الفلاتر المائية في هذه الخطوط إلا إذا صُممت خصيصًا مع احتساب هذا التفاعل.
القطاعات المعرضة لخطر انفجار الغبار
يوجد الخطر في كل فرع إنتاج يولّد الغبار. وأبرز السيناريوهات المراقبة: انفجار غبار الدقيق في المطاحن ومنشآت المخبوزات، وانفجار غبار الحبوب وانفجار غبار القمح في الصوامع ومصانع الأعلاف، وانفجار غبار الفحم في محطات الطاقة الحرارية ومنشآت التعدين. وتتغير الصورة في جانب المعادن والكيماويات، إذ يبرز انفجار غبار الألومنيوم في خطوط السباكة والجلخ، وانفجار غبار الطلاء المسحوق في أكشاك الطلاء، وانفجار غبار الكبريت في منشآت الكيماويات.
وتدخل القائمة أيضًا مجالات غير متوقعة. فالتنظيف الجاف يُعد من المنشآت المعرضة لخطر انفجار الغبار، لأن غبار الألياف الناعم المتراكم على أسطح الفلاتر والأسطوانات يشكّل طبقة قابلة للاشتعال. كما أن منشآت إعادة التدوير وورش التصنيع بالإضافة التي تستخدم مساحيق المعادن من مجالات الخطر البارزة في السنوات الأخيرة.
كيف يُمنع انفجار الغبار؟
تقوم استراتيجية الوقاية على منع الاشتعال. ويمكن منع انفجار الغبار إلى حد كبير بثلاثية اختيار المعدات المقاومة للانفجار (Ex-proof) والتأريض والتنظيف المنتظم، ثم تُضاف فوق ذلك أنظمة الحماية.
لا تُعد الوقاية وحدها كافية. ففي النهج الدولي، وبما أنه لا يمكن خفض احتمال الاشتعال إلى الصفر، تُصمَّم أنظمة الحماية دائمًا كطبقة مكمّلة. لذلك يشمل تصميم الوقاية من انفجار الغبار في الصوامع معدات التنفيس والعزل أيضًا.
كيف تقلل أنظمة تجميع الغبار من خطر الانفجار؟
يعمل نظام تجميع الغبار في اتجاهين. فهو يقلل تشكّل السحب والطبقات في المكان بالتقاط الغبار من مصدره، لكنه في الوقت نفسه يصبح هو ذاته حيزًا يجب حمايته لأن الغبار المجمَّع يتركز في جسم الفلتر.
يختلف تصميم الحل بحسب القطاع. ففي خطوط تجميع الغبار في المناجم يُعالَج الغبار الكاشط والقابل للاشتعال معًا. أما في تطبيقات تجميع الغبار في الأغذية والأدوية فتُصمَّم شروط النظافة الصحية مع الحماية من الانفجار.
عناصر الفلتر المضادة للكهرباء الساكنة والتأريض
يراكم الغبار المار عبر كيس الفلتر والخرطوشة شحنة كهربائية. وفي طرازات كيس فلتر مضاد للكهرباء الساكنة والخراطيش، تنقل الألياف الموصلة المدمجة في بنية القماش هذه الشحنة إلى الجسم وتمنع تفريغها في نقطة واحدة.
يجب ألا يُنسى أن العنصر الموصل وحده غير كافٍ. فلكي يكون لاختيار فلتر خرطوشة مضاد للكهرباء الساكنة معنى، يجب تأريض الجسم وخط القنوات بأكمله.
فتحة تنفيس الانفجار وأنظمة التنفيس عديم اللهب
تنفتح فتحة تنفيس الانفجار عند عتبة محددة حين يرتفع الضغط داخل الجسم، فتصرّف اللهب والضغط في اتجاه آمن. وبذلك يُمنع تحطم الجسم ويُحصر الضرر في منطقة يمكن توقعها.
في الأماكن المغلقة التي لا يمكن فيها فتح اللوح إلى الخارج يُفضَّل التنفيس عديم اللهب. فالقفص المعدني داخل مدخنة الصرف عديمة اللهب يُخمد اللهب ويطلق الضغط إلى البيئة الداخلية بشكل آمن. أما في جانب العزل فيوقف قفل الهواء والصمام الدوار وصمام منع الارتداد تقدّم اللهب إلى الخطوط الموصولة.
المراوح والمعدات المتوافقة مع ATEX
تُعد المروحة من أكثر مكونات النظام احتمالًا لتوليد الشرر. وفي تصميمات مروحة ATEX المقاومة للانفجار تُستخدم أزواج مواد لا تولّد الشرر، وخلوص موسّع للدفّاعة، وترتيب محامل محكم الإغلاق.
يتم اختيار المعدات وفق فئة المنطقة. إذ تُصنَّف أجواء الغبار القابلة للانفجار إلى المنطقة 20 و21 و22، وتُحدَّد الحاجة إلى معدات مقاومة لانفجار الغبار (Ex-proof) مع هذا التصنيف. وتُصمَّم أنظمة منع الانفجار كجزء لا يتجزأ من هذه المنظومة.
كيف يُجرى تحليل مخاطر انفجار الغبار؟
يبدأ التحليل باختبار مخبري للغبار. والبيانات الأساسية اللازمة لحساب انفجار الغبار هي قيمة Kst التي تبيّن شدة الانفجار، وقيمة Pmax التي تبيّن أعلى ضغط يمكن بلوغه. ومن دون هاتين القيمتين لا يمكن حساب مساحة التنفيس ومتانة الجسم.
| الفئة | قيمة Kst (bar·m/s) | المعنى |
|---|---|---|
| St 0 | 0 | لا يُلاحَظ انفجار في ظروف الاختبار |
| St 1 | بين 1 و200 | انفجار ضعيف إلى متوسط الشدة، وغبار الدقيق والحبوب شائع في هذه المجموعة |
| St 2 | بين 201 و300 | انفجار شديد، ويدخل بعض غبار المواد الكيميائية والبلاستيك في هذه الفئة |
| St 3 | أكثر من 300 | انفجار شديد جدًا، ويُصنَّف غبار الألومنيوم والمغنيسيوم في هذه المجموعة |
بعد إتمام حساب انفجار الغبار تُقسَّم المنشأة إلى مناطق وتُحدَّد طريقة الحماية. وتُجمع جميع البيانات المستخلصة وتصنيف المناطق والتدابير المتخذة في وثيقة الحماية من الانفجار. وتُعَد هذه الوثيقة قبل بدء العمل في إطار لائحة حماية العاملين من مخاطر الأجواء القابلة للانفجار.
أهمية الصيانة الدورية في مواجهة انفجارات الغبار
النظام المصمم تصميمًا صحيحًا عند التركيب يفقد وظيفته الوقائية إذا تُرك دون صيانة. فعنصر الفلتر المسدود يخفض معدل تدفق الشفط، ويؤدي إلى ترسب الغبار داخل القناة، ويُنشئ تراكمًا قابلًا للاشتعال على امتداد الخط.
في خطة الصيانة تُفحص عناوين محددة بانتظام. ويأتي في مقدمة هذه القائمة: قيم فرق الضغط، وقياسات مقاومة التأريض، وسلامة لوح التنفيس، وحرية حركة صمام منع الارتداد، وتآكل الصمام الدوار، وحالة عناصر الفلتر. ويمكنكم إبلاغنا باحتياجكم عبر نموذج طلب العرض للحصول على تصميم الحماية المناسب لمنشأتكم.
شاركونا معلومات عمليتكم للحصول على تصميم الحماية من الانفجار المناسب لمنشأتكم، ولنحدد معًا الحل المخصص لكم.
اطلب عرض سعر
