كيفية تقسيم المناطق المقاومة للانفجار علميًا؟ - حلول تكييف معدات القياس الأساسية من شركة أوتو إنسترومنتس

كيفية تقسيم المناطق المقاومة للانفجار علميًا؟ - حلول تكييف معدات القياس الأساسية من شركة أوتو إنسترومنتس

في صناعات مثل البتروكيماويات، وتعدين الفحم، ومعالجة الغبار، والمواد الكيميائية الدقيقة، وخدمات التخزين والنقل، قد تنشأ بيئات قابلة للانفجار. ولتحقيق إنتاج آمن، من الضروري تحديد المخاطر من مصدرها، ويُعدّ تقسيم المناطق المقاومة للانفجار، كشرط أساسي للإنتاج الآمن، حجر الزاوية في جميع التصاميم المقاومة للانفجار، واختيار المعدات، وتخطيط أنظمة التهوية، وإدارة العمليات.

من خلال التقسيم العلمي للمجال، يمكن تحديد حدود ومستويات البيئات الخطرة بوضوح، مما يجعل التدابير الهندسية موجهة ويقلل من احتمالية مصادر الاشتعال، وبالتالي تقليل مخاطر الحوادث.

انخرطت شركة Auto Instruments بشكل كبير في مجال قياسات الأتمتة الصناعية، وقامت بتصنيف مبادئ وأنظمة معيارية وقواعد تصنيف بيئات الغاز والغبار، بالإضافة إلى العوامل المؤثرة في تقسيم المناطق المقاومة للانفجار. إلى جانب منتجها الأساسي - Autoأجهزة إرسال الضغطيقوم بتحليل مزاياها ونقاط تطبيقها في ظروف مقاومة الانفجار المختلفة، مما يوفر دعمًا احترافيًا للمؤسسات لتحقيق إنتاج آمن وفعال.

أولاً: مبادئ تقسيم المناطق المقاومة للانفجار

1. ثلاثة عناصر للانفجار

في السيناريوهات الصناعية، يعد التواجد المتزامن للمواد القابلة للاحتراق والمؤكسدات ومصادر الاشتعال هو الشرط الأساسي لحدوث الانفجار.

تشمل العناصر الثلاثة للانفجار المواد القابلة للاحتراق (مثل الغاز الطبيعي، وبخار البنزين، وغبار الفحم، وغبار المعادن)، والمؤكسدات (عادة الهواء، حيث يمثل محتوى الأكسجين المفتاح لتمدد الانفجار)، ومصادر الاشتعال (الشرارات الكهربائية، وشرارات الاحتكاك الميكانيكي، والكهرباء الساكنة، والأسطح ذات درجة الحرارة العالية، وما إلى ذلك).

عندما تتواجد العناصر الثلاثة بنسب محددة، تتوافر شروط الانفجار. يعتمد تقسيم المناطق المقاومة للانفجار أساسًا على تقييم احتمالية وجود هذه العناصر الثلاثة معًا في منطقة معينة، مع الأخذ في الاعتبار تكرار ومدة حدوثها. فكلما طالت مدة حدوثها وزاد تكرارها، ارتفع مستوى الخطر، وتُدار المناطق وفقًا لمستويات المخاطر.

2. مصادر النشر

هذه أجزاء قد تطلق مواد قابلة للاشتعال، مثل موانع تسرب المضخات والصمامات والشفاه وصمامات التهوية ومفاصل معدات نقل الغبار.

يتم تصنيفها بناءً على وتيرة ومدة إطلاقها إلى:

مصادر الإطلاق المستمر: وجود طويل الأمد (مثل منطقة الطور الغازي داخل الخزان)

مصادر التسرب من المستوى الأول: احتمال حدوث تسرب أثناء التشغيل العادي (مثل موانع تسرب المضخة).

مصادر التسريب من المستوى الثاني: التسريب قصير المدى فقط أثناء الظروف غير الطبيعية (مثل التسريب العرضي من الحافة)

كلما ارتفع مستوى مصدر التسرب، ارتفع مستوى الخطر في المنطقة.

3. ظروف التهوية

يشير هذا إلى قدرة الهواء على تخفيف تركيز المواد القابلة للاشتعال إلى مستوى آمن أقل من حد الانفجار، وهو عامل مهم يؤثر على استمرار البيئة الخطرة. ويشمل ذلك التهوية الطبيعية (تغيرات تدفق الهواء) والتهوية الميكانيكية (سحب الهواء بواسطة المراوح).

عندما تسمح التهوية الجيدة بالحفاظ بثبات على تركيز المواد القابلة للاحتراق دون الحد الأدنى للانفجار (مثل الحد الأدنى للانفجار لغاز الميثان).≈بنسبة 5٪)، يمكن تقليل خطر المنطقة بشكل كبير.

4. مبدأ التوازن التقني والاقتصادي

يجب أن يوازن تقسيم المنطقة بين السلامة والاقتصاد. فالتقسيم الضيق جدًا قد يُغفل المخاطر، بينما قد يؤدي التقسيم الواسع جدًا إلى ارتفاع تكاليف اختيار المعدات بشكل مفرط. ويتمثل النهج الأمثل في إجراء تقييم شامل بناءً على طبيعة المواد القابلة للاشتعال، واحتمالية التسرب، والبنية المكانية، والخبرة التشغيلية، بما يضمن امتثال التقسيم للوائح وسهولة تنفيذه هندسيًا.

ثانيًا: تقسيم المناطق للبيئات الغازية والبخارية

في الصين، يتم استخدام طريقة تقسيم المناطق (المناطق) بشكل رئيسي، مثل المنطقة 0 والمنطقة 1 والمنطقة 2.

1. المنطقة 0: منطقة خطرة باستمرار

يشير هذا إلى وجود غاز أو بخار قابل للاشتعال لفترة طويلة أو بشكل متكرر، لمدة تتجاوز 1000 ساعة في السنة. ويُلاحظ وجوده عادةً في خزانات التخزين، وفي حيز الطور الغازي للمفاعلات، وداخل الأنفاق وغيرها من البيئات المغلقة.

يجب أن تستخدم المعدات أعلى مستوى من النوع الآمن جوهريًا (Ex ia)، والذي يحد من الطاقة (التيار، الجهد) لضمان عدم توليد أي طاقة اشتعال بسبب أي عطل.

2. المنطقة 1: منطقة خطرة في بعض الأحيان

قد تتشكل سحب من الغازات القابلة للاشتعال أثناء التشغيل العادي، وغالبًا ما يرتبط ذلك بتقلبات العمليات وتسريبات تشغيل المعدات. على سبيل المثال، تُعد غرف المضخات (حيث قد يحدث تسرب من سطح الإحكام)، ومناطق تركيز الصمامات (حيث قد يحدث تسرب تشغيلي)، ومحيط موزعات الوقود (حيث يمكن أن ينتشر بخار البنزين بسهولة) من هذه المناطق. ويمكن استخدام معدات من النوع المقاوم للهب (Ex d)، أو النوع ذي الأمان المُعزز (Ex e)، أو النوع الآمن ذاتيًا (Ex ib).

يشير النوع المقاوم للهب (Ex d) إلى قدرة غلاف الجهاز على تحمل ضغط الانفجار الداخلي ومنع تسرب اللهب. أما النوع ذو الأمان المعزز (Ex e) فيعزز السلامة عن طريق تقليل الشرارات الكهربائية وخفض درجات الحرارة. تقاوم المعدات المقاومة للهب الانفجارات الداخلية بتقوية غلافها ومنع تسرب اللهب، وهي شائعة الاستخدام في المنطقة 1 كوسيلة للحماية من الانفجارات.

3. المنطقة 2: منطقة خطرة عرضية

لا تحدث الخلائط المتفجرة إلا لفترة وجيزة في حالات غير طبيعية أو حالات تسرب، مثل محيط مناطق الخزانات ومناطق الضبط التجريبية جيدة التهوية.

يمكن استخدام المعدات من النوع غير الشراري (Ex n)، والتي لا تنتج أقواسًا أو درجات حرارة عالية في ظل التشغيل العادي.

4. خصائص انتشار الغاز ونطاق المنطقة

تؤثر الكثافة النسبية للغاز (مقارنة بكثافة الهواء) على اتجاه انتشاره:

أثقل من الهواء (كثافة > 1): مثل البروبان والبيوتان، والتي تميل إلى التراكم عند مستويات منخفضة.

أخف من الهواء (الكثافة < 1): مثل الهيدروجين والميثان، اللذان يميلان إلى الطفو لأعلى.

يُحدد ارتفاع المنطقة عادةً وفقًا للقواعد المذكورة أعلاه. قد تتمتع المواد المتطايرة بنطاق انتشار أوسع، وهو ما يتطلب تقييمًا بناءً على بيانات الخصائص الفيزيائية. يرتبط نمط الانتشار ارتباطًا وثيقًا بسرعة الرياح والعوائق.

أثقل من الهواء→يبلغ ارتفاع المنطقة حوالي متر واحد فوق سطح الأرض

أخف من الهواء→تعتبر المنطقة الواقعة أسفل السقف بمقدار 1 إلى 2 متر منطقة خطرة

السوائل ذات نقطة الوميض العالية→انخفاض تبخر الغاز، يمكن تقليل نطاق المساحة

ثالثًا: تقسيم المناطق للبيئات المتربة

تختلف انفجارات الغبار عن انفجارات الغاز، ويكمن جوهرها في تكوّن سحب غبارية متفجرة (غبار معلق). فكلما صغر حجم جزيئات الغبار وزادت جفافه، زادت احتمالية تكوّن سحابة غبارية متفجرة.

1. المنطقة 20: منطقة سحابة الغبار المستمرة

يبقى الغبار معلقًا في الهواء لفترات طويلة. ونظرًا لوجوده بكثرة داخل مطاحن الدقيق، وصوامع مسحوق الفحم، وغرف خلط مساحيق المعادن، فإن انفجارات الغبار تنطوي على خطر حدوث انفجار ثانوي، ما يعني أن الانفجار الأولي قد يُثير الغبار المتراكم ويُسبب انفجارًا ثانويًا أكبر. لذا، فإن أعلى مستويات الحماية ضرورية.

2. المنطقة 21: منطقة سحابة الغبار العرضية

قد يتطاير الغبار أثناء التشغيل، كما هو الحال في نقاط التحميل والتفريغ ونقاط النقل، حيث قد تتشكل سحب غبارية. وعمومًا، يلزم استخدام معدات كهربائية مقاومة لانفجار الغبار (Ex tD)، ويجب التحكم في ارتفاع درجة حرارة السطح لمنع اشتعال الغبار.

3. المنطقة 22: منطقة سحابة الغبار النادرة

يوجد الغبار في الغالب في حالة مستقرة ولا يعلق لفترة وجيزة إلا ليشكل سحابة غبار عند تحريكه أو في حالة حدوث عطل، ويوجد عادة في الزوايا الميتة للمصانع، ومعدات إزالة الغبار الخارجية، ومناطق التخزين، ومنصات الزوايا.

يؤثر حجم الجسيمات والرطوبة وتكوين الغبار بشكل كبير على خطر الانفجار. فالجسيمات الأصغر حجماً والظروف الأكثر جفافاً تشكل خطراً أكبر.

غالباً ما يتم تقسيم مناطق الغبار باستخدام طريقة مسافة مصدر الانبعاث "، وهي الطريقة الأكثر عملية في المواقع الهندسية.

رابعاً: النظام القياسي

المعايير العامة الدولية

تُعد سلسلة معايير IEC 60079 المعايير الأساسية المعترف بها عالميًا للبيئات المتفجرة.

IEC 60079-10-1: تقسيم بيئات الغازات المتفجرة

IEC 60079-10-2: تقسيم بيئات الغبار المتفجر

متطلبات الاتحاد الأوروبي ATEX: المتطلبات الإلزامية في الاتحاد الأوروبي، والتي تغطي المعدات (ATEX 114) وإدارة الموقع (ATEX 153).

الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق/الرابطة الوطنية للكهرباء (الولايات المتحدة الأمريكية): تستخدم طريقة تصنيف الفئات/الأقسام

على الرغم من اختلاف المصطلحات، إلا أن المنطق الأساسي هو نفسه - فجميعها تميز مستويات المخاطر بناءً على تكرار ومدة ظهور المواد الخطرة.

خامساً: العوامل المؤثرة على نتائج تقسيم المناطق

1. خصائص المواد القابلة للاحتراق

نقطة الوميض: أدنى درجة حرارة يمكن أن ينتج عندها سائل ما بخارًا قابلاً للاشتعال عند تسخينه. كلما انخفضت نقطة الوميض، زادت سرعة اشتعال السائل وزاد خطر الانفجار.

الحد الأدنى للانفجار (LEL): إذا انخفض تركيز الغاز عن هذه القيمة، فلن ينفجر. على سبيل المثال، يبلغ تركيز غاز الميثان حوالي 5%. كلما انخفض الحد الأدنى للانفجار، زادت سهولة تكوين خليط متفجر.

يُحدد حجم الجسيمات والرطوبة وتركيب الغبار مدى قابليته للانفجار. على سبيل المثال، يُعد مسحوق الألومنيوم ومسحوق المغنيسيوم من أنواع الغبار شديدة الحساسية.

2. إصدار معلمات المصدر

معدل التسرب والضغط ودرجة الحرارة وما إلى ذلك تحدد كمية المواد القابلة للاحتراق المنبعثة.

كلما زاد معدل الإطلاق، كلما كان من الأسهل تكوين خليط قابل للاشتعال في وقت قصير.

مع ذلك، قد يؤدي النفث عالي السرعة إلى زيادة تأثير التخفيف نتيجةً للخلط المضطرب، الأمر الذي يتطلب تحليلاً دقيقاً. ويُستخدم التسرب الكارثي عادةً لتقييم خطط الطوارئ.

3. ظروف التهوية

يحدد حجم التهوية ما إذا كان من الممكن أن تتراكم الغازات القابلة للاشتعال أو سحب الغبار إلى تركيزات خطيرة، وهو العامل الأكثر شيوعًا الذي يتسبب في تغييرات في تصنيف المنطقة.

تتأثر التهوية الطبيعية بشكل كبير بالمناخ والتضاريس وسرعة الرياح؛ ويمكن للتهوية الميكانيكية التحكم باستمرار في التركيز، ولكن من الضروري التأكد من أن الأعطال لا تؤدي إلى تصعيد المخاطر (مثل إجراءات الإنذار في حالة فشل المروحة).

4. بنية الفضاء

تُعدّ المساحات المغلقة عرضةً لتراكم الغازات، بينما تُعدّ المساحات المفتوحة عرضةً لانتشارها؛ وقد تُشكّل العوائق (مثل رفوف الأنابيب والجدران) مناطق لاحتجاز الغاز، مما يزيد من المخاطر المحلية. ويؤثر التصميم الهيكلي الأمثل بشكل مباشر على شكل المنطقة الخطرة.

نحن.

آلي  جهاز إرسال ضغط المقياسجهاز استشعار الضغط الدقيق للبيئات ذات درجات الحرارة والضغط العاليين

جهاز إرسال الضغط من نوع السعةتُعدّ هذه المعدات أساسية لمراقبة الضغط الصناعي، حيث تحوّل إشارات الضغط إلى إشارات كهربائية قياسية للإخراج، مما يوفر دعمًا للبيانات في الوقت الفعلي للتحكم في العمليات والتحذيرات الأمنية. في ظروف درجات الحرارة والضغط العالية في المناطق المقاومة للانفجار، تُعدّ الأنظمة التقليدية جهاز إرسال ضغط ذكي وهي عرضة لمشاكل مثل تشوه الغشاء وانحراف الإشارة. ومع ذلك، فإن Autoجهاز إرسال الضغط HARTبتصميمها المخصص، تلبي هذه المنتجات المتطلبات الصارمة بشكل مثالي.

1. إنجازات في تحمل درجات الحرارة والضغط

نطاق درجة حرارة واسع للتكيف: عادةً ما يكون نطاق درجة حرارة التشغيل لأجهزة إرسال الضغط التقليدية من -20 إلى 150°ج، ومكونات مستشعراتها تميل إلى التقادم والتعطل في ظروف درجات الحرارة العالية. السياراتجهاز إرسال ضغط EXتستخدم هذه الأجهزة مستشعرات سعوية خزفية عالية الحرارة، وهي مزودة بتصميمات خاصة لتبديد الحرارة، مما يسمح للمكونات الأساسية بتحمل درجات حرارة تتراوح من -40 إلى 200 درجة مئوية.°ج، مع بعض النماذج المخصصة التي تمتد إلى 300°ج. تتضمن هذه الأجهزة خوارزميات تعويض درجة الحرارة متعددة المراحل، مما يحافظ على دقة القياس ضمن±0.1%FS عبر نطاق درجة الحرارة بأكمله، مما يزيل أخطاء القياس الناتجة عن انحراف درجة الحرارة.

مقاومة عالية للضغط وحماية مانعة للتسرب: في ظروف الضغط العالي، يُعد غشاء جهاز الإرسال وهيكل منع التسرب عنصرين أساسيين لمقاومة المخاطر. تستخدم أجهزة إرسال الضغط الأوتوماتيكية أغشية Hastelloy C-276، القادرة على تحمل ضغط فائق يصل إلى 100 ميجا باسكال، ما يلبي متطلبات القياس في المفاعلات عالية الضغط، وآبار النفط والغاز، وغيرها من التطبيقات. يعتمد هيكل منع التسرب على تقنية اللحام بالليزر، وهو مزود بحلقات مانعة للتسرب من المطاط الفلوري، ما يحقق مستوى حماية IP67 ويجتاز شهادة مقاومة الانفجار Ex d، ما يسمح بالاستخدام المباشر في المناطق الخطرة للغاز من الفئة 1، ويقضي على مخاطر السلامة الناجمة عن فشل منع التسرب.

2. مقاومة التداخل في الوسائط المعقدة

في البيئات المقاومة للانفجار والتي تحتوي على مواد شديدة التآكل وعالية اللزوجة (مثل الأحماض القوية والزيوت الثقيلة)، يكون مسبار جهاز الإرسال عرضة للتآكل والانسداد، مما يؤثر على استقرار القياس. توفر أجهزة إرسال الضغط التلقائية خيارات لبطانات مقاومة للتآكل من مادة PTFE وPFA، وبالنسبة للمواد عالية اللزوجة، فهي تعتمد تصميمًا ذا غشاء مسطح لتقليل التصاق المواد وانسدادها. كما أنها تتضمن خوارزميات ذكية لترشيح الإشارة لمقاومة التداخل الكهرومغناطيسي والاهتزازي بفعالية في البيئات الصناعية، مما يضمن إخراج إشارة مستقر.

سابعاً: الخاتمة

يُعدّ تقسيم المناطق المقاومة للانفجار نقطة انطلاق إدارة البيئة القابلة للانفجار، والإطار الأساسي لاختيار المعدات، وتصميم العمليات، وتصميم التهوية، والسلامة التشغيلية. ولا يمكن مطابقة نتائج تقسيم المناطق مع الأجهزة الفعلية، وبالتالي تشكيل نظام فعال للتحكم في المخاطر، إلا من خلال فهم خصائص المواد القابلة للاحتراق، وأنماط انبعاثها، وسلوكيات انتشارها، وخصائص المعدات.

أصبحت أجهزة إرسال الضغط التلقائي، بفضل أدائها المتميز في مقاومة الانفجار، ونطاق تحملها الواسع لدرجة الحرارة والضغط، وقدراتها الدقيقة في القياس، ومزاياها التقنية في التكيف مع الوسائط المعقدة، خيارًا موثوقًا به للمناطق المقاومة للانفجار في الصناعات عالية المخاطر مثل البتروكيماويات وتعدين الفحم.