ذرات ريز، چالش تأسيسات ذخيره‌سازي

راهکارهاي ممانعت از انفجار سيلو

سال 2013 رسانه‌هاي داخلي آمريکا از وقوع انفجاري شديد در يک انبار سيلو در ايالت “اينديانا” خبر دادند. اين حادثه در اثر انفجار يک بالابر غلات در اين سيلو رخ داده است.
سال2002 دو مامور آتش نشاني پس از انفجار مهيب در دهانه سيلويي در اوهايو کشته شدند. سي ان ان گزارش داد: آتش نشانان نيوبرمن پس از دريافت گزارش آتش سوزي سيلو به محل اعزام شدند و بيش از 9 مامور و 2 کارگر در بالاي سيلو مشغول عمليات امدادرساني و اطفاء حريق بودند که انفجار عظيم در بدنه بتوني رخ داد. پس از انفجار قطعات بزرگي از بتون تا فاصله يکصد ياردي به هوا پرتاب شد.
سال 2002 بر اثر وقوع انفجاري در يك سيلوي غلات در شهر بندري “لاذقيه” در شمال غربي سوريه رخ داد، يك نفر كشته شد و 20 نفر ديگر زخمي شدند.
روزانه اخبار بسياري در خصوص حوادث روي داده در سيلوها (به عنوان يکي از محيط هاي پر خطر) در ليست خبرها مي بينيم. علي رغم پيشرفت ايمني و استاندارد سيلوها در سال هاي اخير، همچنان شاهد انفجار سيلوها بعنوان يک چالش بزرگ و مهم در تأسيسات ذخيره سازي هستيم. خطر انفجار ذرات قابل اشتعال در هوا موضوع تازه اي نيست و حدوداً از سه ربع قرن پيش، بشر با اين حادثه مواجه بوده است؛ بر اساس اسناد و مدارك موجود، اولين انفجار ذرات ثبت شده، در اواخر قرن هجدهم صورت گرفته است و آن هنگامي بود كه يك كنت ايتاليايي با نام اكوف گزارشي از تجزيه و تحليل خود در باب انفجاري در انبار آرد يك نانوايي ارائه داد.
گرد و غبار در اثر تجزيه يافتن مواد مختلف جامد به ذرات بسيار ريز تشكيل مي شود و معمولا در هوا شناور و معلق مي گردد. اعمال مكانيكي از قبيل خردكردن، اره كردن، مته كردن، ساييدن و… باعث توليد گرد و غبار مي گردند. لذا در تجهيزاتي از قبيل آسياب ها، خشک کن ها، نوارنقاله ها، فيلترها، انبارها و سيلوها همواره خطر آتش سوزي و به تبع آن خطر انفجار وجود دارد.
ميليون ها تُن از غلات، سالانه در جهان فرآوري مي شود از سال 1995 تا 2005 در آمريكا در بخش كشاورزي حدود 106 انفجار بر پاية گرد و غبار بوده كه تقريباً 162 ميليون دلار به سيلوهاي ذخيره سازي و ماشين آلات فراوري خسارت وارد كرده است.
هر چه اندازه ذرات گرد و غبار كم شود سطح قابل دسترس براي واكنش افزايش مي يابد و در نتيجه پتانسيل گرد و غبار براي وقوع انفجار افزايش مي يابد. ذره كوچكتر انرژي كمتري براي آغاز نياز دارد. از طرف ديگر ذرات كوچكتر براحتي در هوا معلق شده و قابليت اختلاط آنها با هوا بيشتر است. تحقيقات نشان مي دهد كه ذراتي كه قطر آنها كمتر از 500 ميكرون باشد، قابل انفجار هستند. با وجود اين وقتي انفجار شروع شد ذرات بزرگتر نيز انرژي كافي براي ادامه انفجار را دريافت خواهند كرد.

براي پرهيز از آتش سوزي بايد يکي از اين سه عامل را دور و يا حذف کرد. اگر آتش سوزي اتفاق افتاده است نيز يکي از اين سه عامل را از محل آتش سوزي دور کرد. در مناطق خطر سوخت وجود دارد (حجم بالايي از مواد آتش زا) اکسيژن نيز در هوا موجود است. بنابراين دو عامل از سه عامل مثلث هميشه حاضر هستند. بروز عامل سوم منجر به آتش سوزي خواهد شد. هدف ما ايجاد مانع براي عامل سوم در مناطق خطر است. چرا که هيچ راه ديگري براي جلوگيري از آتش سوزي وجود ندارد. نمي توانيم سوخت را برداريم چرا که براي توليد، فرآيند هاي کاري، ذخيره سازي يا فرآيند هاي ديگر به آن احتياج داريم. اکسيژن را نيز نمي توان حذف کرد. ايجاد خلاء در اطراف منبع سوخت بسيار گران است. بنابراين تنها راه منطقي که باقي مي ماند ايجاد مانع بر سر راه عامل سوم است. بنابراين در چنين مناطقي استفاده از سيگار، فندک، جوش کاري و يا روشن کردن آتش ممنوع است. همچنين استفاده از تجهيزات الکتريکي که به راحتي جرقه توليد مي کنند ممنوع است. تنها از وسايل الکتريکي در اين مناطق استفاده مي شود که براي اين مناطق طراحي و توليد شده اند.

سه ويژگي مهم ذرات که منجر به اشتعال مي شود؛

خاصيت چسبندگي ذرات – بطور كلي به جهت حركات شديد ذرات گرد و غبار، امكان تصادم آنها در هوا زياد است و در اثر برخورد با يكديگر توليد توده متراكم و بهم چسبيده مي نمايند.
خاصيت الكتريكي – ذرات گرد و غبار داراي بار الكتريكي هستند و بدين جهت به طرف ذراتي كه داراي بار مخالف باشند، جذب مي گردند. لازم بذكر است كه هرگاه به ذرات گرد و غبار معلق، شارژ الكتريكي داده شود، تمايل تشكيل يافتن توده ها زيادتر مي گردد.
خاصيت خيس شدن – خيس شدن در مرحله اول يك پديده جذب است كه در واقع سطوح ذرات با قشر نازكي از آب پوشيده ميشود. اغلب مايعات تمايل به گسترده شدن و پهن شدن روي سطوح را دارند ليكن قواي زيادي بايد مصرف شود تا گرد و غبار خيس و مرطوب گردد و اين بدان علت است كه ذرات با قشري از هوا پوشيده و احاطه شده اند.

انفجار ذرات در سيلوها

علاوه بر مواردي که در طراحي و بهره برداري از سيلوها و انبارهاي غلات بخصوص گندم، مورد توجه قرار مي گيرد، دو خطر عمده شايان توجه، سيلوها را تهديد مي نمايد كه بايد هميشه مورد توجه خاص قرار گيرند:

غبار منفجر شونده

تخمير غله

گرد و غبار غله در اثر تماس و سايش دانه ها با حجم و سرعت زياد، ايجاد مي شوند. توده گرد و خاك متراكم غله، به صورت انباشته كه در فضا پخش نشده بيخطر است، اما تراكم و غلظت ذرات گرد و خاك معلق در هوا و نسبت هوا به گرد و خاك، يك عامل بحراني است كه ميتواند منجر به انفجار خطرناكي گردد. متاسفانه به علت تعدد و كثرت انفجار گرد و غبار معلق غله و آرد در سيلوها، اين اتفاقات به سوانحي عادي تبديل شده اند، در حاليكه جزء سوانح بسيار مخرب تاسيسات صنعتي مي باشند.
تحقيقات به عمل آمده علت را چنين اعلام مي كندكه معمولاً فضاي خالي انبارهاي نيمه پر اينگونه كالاها، از هواي مخلوط با غبار كاه، برگ و پوست خشك اين گياهان پرشده است كه با توجه به آتش پذيري زياد اين ذرات ريز معلق در هواي انبار و همچنين تركيب همگون اين ذرات در هوا تنها مقدار كمي حرارت جهت آتش گرفتن اين ذرات لازم مي باشد و در صورت آتش گرفتن اين ذرات، تمام هواي درون انبار يك دفعه آتش مي گيرد؛ انبساط ناگهاني هواي درون انبار در يك لحظه صورت گرفته و با توجه به بسته بودن فضاي درون انبار، اين انبساط سبب انفجار شديد انبار مي گردد. اين حادثه معمولاً در شرايطي اتفاق مي افتد كه آتش كوچكي بدلايل مختلف بوجود مي آيد. اين آتش كوچك سبب گرم شدن هواي غبار آلود درون انبار ميشود، ضمناً عمليات خاموش نمودن اين آتش سبب بلند شدن غبار بيشتر و همگوني گرماي هواي درون انبار مي شود، حال اين هواي گرم پر از ذرات ريز، مواد آتشگير درون انبار، تنها نياز به حرارت كمي براي آتش گرفتن دارد كه مي تواند از منابع مختلف و خصوصاً ايجاد گرماي دروني توسط خود گندم مرطوب كه در عمليات خاموش كردن آتش كوچك اوليه مرطوب شده اند، صورت گيرد.
در بين سال هاي 1987 الي 1997و129 مورد انفجار ذرات گرد و غبار غلات ثبت شده، كه حدود نيمي از آنها مربوط به غلاتي بود كه داراي هسته مي باشند؛ بطوريكه 11 مورد ناشي ازگرد و غبارهاي گندم و 10 مورد ناشي از گرد و غبارهاي لوبيا بوده است. زماني كه هسته هاي غلات به يكديگر ساييده مي شوند، ميليون ها ذره سوختي با قابليت اشتعال بالا توليد مي شود، كه از جمله مواردي كه منجر به سايش اين هسته ها به يكديگر مي شود؛ مي توان به حركت و جابجا شدن اين غلات در تسمه ها و نقاله ها و يا حتي سايش آنها به يكديگر در جعبه ها اشاره كرد.

روش هاي جلوگيري از انفجار در سيلوها

لازم به ذكر است كه مهمترين عامل در ايجاد زمينه براي وقوع آتش سوزي، مربوط به طراحي و ساخت غلط در وهله اول و نگهداري نامناسب و ضعيف از دستگاه ها و تجهيزات در حين بهره برداري در وهله دوم است. از آناليز انفجار ذرات در داخل سيلوها ميتوان درس هاي مهمي را در خصوص راه هاي پيشگيري از انفجار بدست آورد كه در زير به پاره اي از آنها اشاره مي شود:
توجه ويژه اي بايد به ماشين آلات و قطعات محافظ مانند: سنسورهاي دماي بلبرينگ ها، سنسورهاي جانبي الواتورها و دو راهي ها از نظر كاركردِ صحيح داشته باشيد. همچنين سيستم اتوماسيون كارخانه نقش مهمي را بازي مي كند. استپ اضطراري و توقف پروسة توليد در لحظات خطرناك مانند انفجار و آتش سوزي خيلي مهم است.
بصورت مرتب كارخانه و بخش هاي مختلف توليد بايد تميز و از گرد و غبار پاك گردد تا از انفجار احتمالي جلوگيري شود. مناطقي از كارخانه كه دور از چشم مي باشند مانند: بالاي ستون ها، تيرها و كنج هاي دور از دسترس مي تواند محل تجمع گرد و خاك خشك گردد كه استعداد بالقوة بالايي براي ايجاد انفجار دارد.
بايد دريچه هاي اضطراري با كانال هاي ويژه اي در كارخانه تعبيه گردد تا هنگام انفجار بصورت اتومات باز شده دوده ها و گازهاي ايجاد شده از محيط تخليه شوند. دريچه هاي اضطراري بايد انفجار را با مقاومت كم به منطقة امن هدايت كنند. كانال هاي مربوط به دريچه هاي اضطراري تا آنجا كه ممكن است بايد كوتاه و مستقيم باشد و از زانو و كانال هاي بلند بايد اجتناب كرد. خروجي كانال ها نبايد پوشانده شوند و نبايد ضعيف شده، صدمه ببينند و يا زنگ زده باشند.
منابع آغازگر انفجار از قبيل شعله مستقيم، سيگار روشن، برشكاري با گاز، جوشكاري از سيستم حذف شود به هنگام تعميرات دستگاه هاي آلوده به گرد و غبار بايستي اقدامات لازم براي تميز كردن و يا خنثي كردن گرد و غبارها صورت گيرد و قبل از جوشكاري يا برشكاري چك ليست اقدامات احتياطي تكميل شود. كارهاي گرم مانند جوشكاري و دريل كاري بهتر است منع گردد، بجز در جايي كه اجازه كارهاي گرم داده شده باشند، از تجهيزات ايجاد كننده جرقه خودداري شود.
واحد توليد (آسياب، خشك كن، فيلتر و… ) در ساختمان جداگانه اي كه ديواره ها و سقف آن از مواد سبك ساخته شده است نصب شود تا در صورت وقوع انفجار به عنوان مهاركننده و يا كند كننده انفجار عمل كند و يا در ديواره ها از موادي استفاده شود كه قادرند شوك انفجار را خنثي نمايند.
ابزارها و تجهيزات نبايد بصورت بالقوة آتشزا باشند كه اين مسئله شامل وسايل برقي قابل حمل و ابزارهاي توليد انرژي و موبايل نيز مي باشد. از تجمع آشغال، لباس هاي روغني و… در محوطه اجتناب شود.
نمايش دما در فضاهاي دروني و استفاده از سيستم هايي كه هرگونه افزايش غير طبيعي دما و راندمان گرد و غبار را گزارش دهند.

ايزوله نمودن قسمتهاي مختلف سيلوها از يكديگر

تمامي تجهيزات بايد مجهز به سيستم ارت باشد تا الكتريسيته ساكن تخليه شود.
از EX بودن تمامي سيم كشي ها و الكتروموتورها اطمينان حاصل شود.
براي تخليه فشار گازهاي حاصل از احتراق از تجهيزاتي از قبيل ديسك ها و پانل هاي انفجاري و درهاي انفجاري استفاده شود.
از سيستم اطفاء حريق در تجهيزات توليد كننده گرد و غبار استفاده شود و از تابلوهاي هشدار دهنده از قبيل سيگار كشيدن ممنوع و محوطه انفجار در محل هاي مربوطه استفاده شود.
در حين كار و بعد از كار مكان و عمليات انجام شده را از نظر ايمني بازرسي و تأييد نمايد.
پيمانكاران و بازديد كنندگان را بايد از خطرات انفجار و شرايط اضطراريِ محيط آگاه كرد. نهايتاً بايد اطلاعات اولية مربوط به انفجار و آتش سوزي را به تمامي كاركنان مجموعه آموزش داد.

انفجارهاي اوليه و ثانويه

ذرات گرد و غبار معلق در هوا كه به صورت يك توده مي باشند، در صورت اشتعال به صورت منظم، لايه به لايه و بدون شعله مي سوزند؛ اما اگر در لايه هاي ذرات گرد و غبار، اغتشاش وجود داشته باشد، در اين زمان ما با يك انفجار اوليه روبرو مي شويم، كه اغلب اين انفجارهاي اوليه در يك فضاي بسته مانند دستگاه ها اتفاق مي افتند و عمدتاً آنها از نيروي لازم براي آسيب رساندن و يا شكستن دستگاه برخوردار هستند. حال اگر موج حاصل از انفجار اوليه وارد محيط اطراف شود، در اين زمان ذرات گرد و غباري كه رسوب كرده اند، بلند مي شوند و بصورت معلق در هوا قرار گرفته و تشكيل ابر ذرات مي دهند؛ حال در اين حالت ممكن است كه با يك انفجار ذرات ديگر روبرو بشويم كه به آن انفجار ذرات ثانويه مي گويند كه نسبت به انفجار اوليه، انفجار بسيار عظيمي است. لازم بذكر است كه همه انفجارهاي بزرگ در اثر واكنش هاي زنجيره اي از اين نوع به وجود مي آيند.

تجهيزات ضد انفجار

تجهيزات ايزو لاسيون (عايقكاري و جداسازي)

انفجار ذرات مي تواند از طريق كانال ها و مجاري و سطوح شيبدار و كانال هاي پرتابي و باربرهاي نقاله اي و… انتشار پيدا نمايد و باعث ايجاد يك انفجار ثانويه در ديگر تجهيزات و يا ديگر نواحي كارخانه شود. بنابراين علي رغم وجود تجهيزات ايمني در برابر انفجار به منظور جلوگيري از انتشار انفجار توده ذرات از مكان شكل گيري به ديگر مكان هاي كارخانه بايد از پاره اي عايق هاي انفجاري استفاده نمود.

تجهيزات هوارسان

هر دستگاه محصوري كه در معرض ذرات گرد و غبار قابل اشتعال باشد، احتمال وقوع انفجار در آن وجود دارد. يكي از ارزان ترين و مورد استفاده ترين راه هاي حفاظت، هوارساني كمكي است؛ كه در آن فشار بالا رفته از طريق انفجار به وسيله منفذها، صفحات جدا كننده يا درهاي انفجاري كم مي شود. اين تجهيزات كمكي بايد در لحظه هاي خطر فوراً وارد عمل شوند. بنابراين بايد يك ضريب اطمينان بسيار كوچك بين فشار عملكرد هوارسان و فشار انفجار دستگاه وجود داشته باشد. با اين روش و با اين تجهيزات، بوسيله پايين نگه داشتن سطح فشار انفجار در مقداري پايين تر از استحكام نهايي طراحي مخزن و تخليه محصولات انفجار به طور صحيح؛ مي توان از آسيب هاي جدي انفجار جلوگيري كرد.

ساير تجهيزات

تعدادي سيستم هاي ضد انفجار ديگر موجود است؛ مانند يابنده هاي فشار، ترموكوبل هاي سريع، يابنده هاي امواج، يابنده هاي فشار انفجار در لحظه رسيدن به حد انفجار و تخليه فشار و خاموش كردن آتش و رطوبت زن اين سيستم آخري مي تواند به فرمان راه اندازي تهويه، متوقف كردن تجهيزات و براه اندازي آژيرها مجهز باشد. چنين مجموعه هايي معمولاً براي سيلو و كندوي انبار مواد منفجره به كارمي رود.