Table of Contents

وتستلزم نظم تصميم المواد الناموسية للبيئات الخطرة نهجا هندسيا صارما وحادي الجانب، وهذه النظم متماثلة في صناعات مثل التجهيز الكيميائي، واستخراج النفط والغاز، وصنع المواد الصيدلانية، والتعدين، وضبط الغازات القابلة للاشتعال، والاختناق، والغبار القابل للاحتراق، أو الألياف القابلة للتداول، وبالتالي يمكن أن تكون نتائج الاشتعال في سمات الاختراق أو التسرب عوامل الاختلال الرئيسية:

فهم البيئات الخطرة والتصنيفات المحلية

وتُعرّف البيئات الخطرة بالخصائص المادية للمواد الموجودة واحتمال أن يتكون الغلاف الجوي المتفجر، والتصنيف الدقيق هو الشرط الأساسي لكل قرار تصميمي، وينتشر نظام التصنيف الرئيسيان في نظام التصنيف من الدرجة/الشعبة المستخدم في أمريكا الشمالية (الرمز الكهربائي الوطني، ورقم 70 من المدونة الوطنية)، ونظام المنطقة المعتمد دوليا (سلسلة IEC fl79 وATEX في أوروبا)، وفي حين تختلف المصطلحات، يصنف كلا النظامين المخاطر حسب طبيعة الوجود.

الفئة الأولى والثانية والثالثة والشعبة 1 و2 (النيكل الجديد)

في إطار نظام لجنة المنافسة الوطنية:

  • Clas I]: Flammable gases or vapors (e.g., hydrogen, methane, propane).
  • Clas II]: الغبار الكسيف (مثل غبار الفحم، غبار الحبوب، مسحوق المعادن).
  • Clas III]: الألياف أو الطائرات المعرفية (مثل القطن، وحلقات الخشب).

ويقسم كل فئة إلى Division 1 (يوجد الخطر في ظروف التشغيل العادية) و]Division 2 (يوجد الخطر فقط في ظروف غير عادية مثل التسرب أو إخفاق المعدات).

تصنيف المناطق (IEC/ATEX)

ويستخدم نظام المنطقة ثلاثة مستويات للغازات (الزونات صفر و 1 و 2) وثلاثة للتراب (الزون 20 و 21 و 22) وتدل المنطقة صفر على وجود مناخ مستمر أو طويل الأمد للغاز المفقود؛ والمنطقة 1 من المرجح أن تعمل بشكل طبيعي؛ والمنطقة 2 غير مرجحة، ولفترات قصيرة فقط، وبالنسبة للغبار، تشير المنطقة 20 إلى وجود سحابة مستمرة، والمنطقة 21 من حين لآخر، والمنطقة 22 غير متكافئة أو قصيرة الأجل.

ويجب على المهندسين أيضاً أن ينظروا في ] فئات الغاز (مثلاً، IIC for hydrogen and acetylene) و] فئات زمنية ) (T1 إلى T6, حيث يكون لـ T6 أدنى درجة حرارة سطحية تبلغ 85 درجة مئوية).

اعتبارات تصميم السلامة للنظم النباتية

ويعني تصميم السلامة في الغلاف الجوي المتفجر منع أي مسببات للشعير المحتملة - السدود، والقوس، والأسطح الساخنة، والتصريف الكهروستانتي، أو الحرارة الاحتكاكية من الاتصال بالغلاف الجوي الخطر، وتوفر النظم النباتية ميزة متأصلة على النظم الكهربائية لأنها لا تعتمد على الكهرباء لأغراض الاختراع؛ غير أنها لا تزال تحتوي على مكونات يمكن أن تولد الطاقة )القيم، والمصابون، والمصابون المحددة بعناية(.

تفجيرات - حظر كشف البيانات والضغط

وفيما يتعلق بالمكونات الكهربائية مثل الصمامات المنوية، أو مفاتيح التبديل، أو أجهزة نقل الضغط، أو الضواحي المقاومة للانفجار (المعروفة أيضاً بضغوطات مقاومة للهب لكل من التلقيح الرئوي IEC 60079-1) تستخدم عادة، وترمي هذه الضواحي إلى احتواء انفجار داخلي ومنعه من الانتقال إلى الغلاف الجوي المحيط، وفي بيئات الغبار، يجب أيضاً أن تمنع الضوابط من استخدام أساليب بديلة للضغط (009).

العناصر الآمنة في جوهرها

إن السلامة الأساسية (IEC 60079-11) هي مفهوم حماية يحد من الطاقة الكهربائية التي تخزنها أو تطلقها دائرة إلى مستويات منخفضة جداً لحرق خليط قابل للاشتعال، حتى في ظل ظروف خاطئة، إذ أن العديد من صناع النظام الخلوي يقدمون الآن صمامات مأمونة تماماً، ومجسات قريبة، ومزودات نقل حرارة، وهذه المكونات مناسبة تماماً لصيانة الكبد.

المواد غير المنسَّقة والطرق السلوكية

ويجب أن تكون جميع القطع المعدنية المعرضة في نظام متحرك مترابطة ومبررة لمنع تراكم رسوم الكهروستاتية، وينبغي أن تُصنع مكونات مثل أجهزة الصمامات والملجئات والحوض من مواد غير مسروقة عند الإمكان - مثل الصلب اللاصق أو الشفرات أو الألومنيوم المزودة بالغازات.

Sealing and Leak Prevention

وفي بيئة خطرة، يمكن أن يؤدي أي تسرب لغاز العمليات أو البخار القابل للاشتعال بسرعة إلى خلق مناخ متفجر، ويجب أن تُغلق النظم المحتوية على أحواض عالية الجودة، وغازات، وختمات مُعدّلة لبضعة مواد كيميائية ودرجية، وينبغي أن تشمل الأنابيب المُعدّلة للغاز المُعدّل المزدوج والضعف لعزل الأجزاء دون أن تُنبُعَتُتَة إلى الغلاف الجوي.

مراقبة التدرج ومنع السطح الساخن

ويجب أن تكون درجة الحرارة القصوى لأي عنصر من العناصر المحتوية على مواضع أقل من درجة حرارة التلقائية للمواد القابلة للاشتعال المحيطة بها، وهذا يتطلب إدارة حرارية دقيقة: تجنب وضع المكونات بالقرب من الأنابيب الساخنة أو المصادر الحرارية، وتحديد الكتل المصاب باللون الوحدوي ذات درجات منخفضة من الطاقة، وضمان أن تكون الهواء المضغوط مبرداً بشكل كاف قبل دخول النظام، وتحتاج بعض التطبيقات إلى استخدام [مفتاح حراري]

استراتيجيات الموثوقية للعملية المستمرة

فالاعتماد على البيئات الخطرة ليس فقط بشأن الوقت الإضافي بل هو مسألة تتعلق بالسلامة، إذ إن الفشل المفاجئ لصمام وحيد، أو هبوط الضغط بسبب خرطوم ممزق، أو قفل النظام يمكن أن يؤدي إلى إطلاق غير متحكم للمواد الخطرة، ويجب على المهندسين تصميمها لإعادة التوحيد، والاستمرارية، والتسامح إزاء الأخطاء.

إعادة التفرغ وتصميم الفشل

ويمكن تنفيذ الوظائف الحاسمة مثل صمامات وقف العمل في حالات الطوارئ، أو صمامات العزل، أو حلقات مراقبة العمليات - بمكونات زائدة عن الحاجة، مثلاً، يمكن أن يضمن إنشاء صمامات مزدوجة مع منطق التصويت أن الفشل الوحيد لا يحول دون إغلاق النظام.

الصيانة الوقائية

تنفيذ برنامج صيانة منظم يقلل من الفشل غير المتوقع، وتشمل العناصر الرئيسية ما يلي:

  • Periodic leak testing] using ultrasound detectors or leak detectors compatible with hazardous areas.
  • Compponent inspection] for wear, corrosion, or contamination of seals and valve internals.
  • Air quality monitoring] -compressed air in hazardous environments must be dry, oil-free, and free of particulate matter to avoid blockages or accelerated wear.
  • ] Calibration and functional testing] of pressure shiftes, regulators, and sensors.

ويكفل إدماج هذه المهام في نظام محوسب لإدارة الصيانة الامتثال وإمكانية التعقب.

رصد الحالة وأجهزة الاستشعار الذكية

ويمكن تجهيز النظم الحديثة للتصوير بمكونات لرصد الحالة مثل قياسات التدفق، وأجهزة نقل الضغط، وأجهزة استشعار درجة الحرارة التي تتواصل عبر إشارات الأناولوجية أو شبكة الإثيرات الصناعية إلى نظام رقابة مركزي، وعندما تنحرف البارامترات عن خطوط الأساس، مثلا، يمكن رفع درجة بطيئة في دورة المحركات للإنذار المبكر، وبالنسبة للمناطق الخطرة، يجب التصديق على أجهزة الاستشعار التي تستخدم في المناطق الآمنة.

مدة المكونات في البيئات المتاخمة

(ه) إن اختيار المواد أمر بالغ الأهمية، في الجو التآكلي (مثل منابر النفط البحرية، والنباتات الكيميائية)، أو الصلب اللاصق (316L) أو هاستيلوي قد يكون مطلوباً بالنسبة لهيئات الصمامات، في حين ينبغي أن تُصنع الختم من FKM (Viton) أو PTFE لمقاومة الهجوم الكيميائي.() وفي البيئات الغبارية، يجب أن تُقيَّن بمعطف IP6X في مستوى الحماية الفعَّة.

المعايير والامتثال التنظيمي

والامتثال للمعايير المعترف بها دولياً إلزامي للتنفيذ القانوني للنظم الناموسية في البيئات الخطرة، والأطر الرئيسية الثلاثة هي " ATEX " في أوروبا، و " IECEx " على الصعيد العالمي، و " NEC/ANSI " في الولايات المتحدة، وفي حين أن المتطلبات التقنية تتداخل، فإن عمليات التصديق تختلف.

ATEX (EU)

وتستمد هذه المادة من توجيهي الاتحاد الأوروبي 2014/34/EU (المعدد) و1999/92/EC (سلامة أماكن العمل) ويجب أن تحمل المعدات وسماً من هيئة مخطرة تشير إلى مفهوم الحماية (مثلاً، Ex d, Ex i, Ex p) والمنطقة المنطبقة، كما أن المكونات البرمجية التي لا تحتوي على الطاقة الكهربائية قد تندرج ضمن فئة " الأجهزة البسيطة " ، ولكن يجب أن تكون مرخصة.

IECEx (International)

ونظام إصدار الشهادات هو نظام عالمي ينسق المعايير في جميع البلدان المشاركة، وهو نظام مقبول على نطاق واسع في الشرق الأوسط وآسيا وأستراليا وأجزاء من أفريقيا، وبالنسبة للنظم الناموسية، كثيرا ما تيسر عملية إصدار الشهادات في إطار اللجنة الاقتصادية الدولية قبولها في ولايات قضائية متعددة، وتشمل عملية التصديق إجراء اختبار من جانب هيئة معتمدة للكشف والإثبات والمراقبة المستمرة للمصانع.

لجنة الهدنة العسكرية ووكالة الأمن الدولية (أمريكا الشمالية)

وفي الولايات المتحدة، يحدد القانون الوطني للكهرباء (NFPA 70 —) و ANSI/ISA12.12.01 الشروط، ويجب إدراج المكونات البرمجية ذات العناصر الكهربائية في مختبر اختبار معترف به وطنياً، مثل UL، FM، أو CSA. ويستخدم مصطلح " الموقع الخطر " ، وتوضع المنتجات في علامة من الدرجة، الشعبة، والمجموعة.

معايير هامة أخرى

  • NFPA 69] (Standard on Explosion Prevention Systems) covers deflagration venting, suppression, and containment.
  • ISO 4414] (الطاقة السائلة الصنعية - القواعد العامة ومتطلبات السلامة للنظم ومكوناتها) توفر مبادئ تصميم تنطبق على جميع النظم المتحركة، بما في ذلك النظم الموجودة في المناطق الخطرة.
  • ISO 13849] (سلامة الآلات - الأجزاء المتصلة بالسلامة من نظم المراقبة) يمكن الاحتجاج بها لأداء مهام السلامة مثل ESD.

وينبغي للمهندسين أن يتشاوروا مع سلطة مختصة أو مفتش معتمد لضمان استيفاء النهج المختار للشروط التنظيمية المحلية، نظراً إلى اختلاف التفسيرات.

أفضل ممارسات تصميم النظم والتكامل

وفيما عدا اختيار العناصر، يجب أن يدعم الهيكل العام للنظام المرتكز على النتائج السلامة والموثوقية، وتستحق المجالات التالية اهتماماً مركزاً:

الإعداد الجوي والتخزين

(ب) أن يكون الهواء المضغوط يؤثر مباشرة على موثوقية النظام في المناطق الخطرة، وينبغي أن يُغطى الهواء بمقياس سعة ميكرون واحد، وأن يجف إلى نقطة حرارة على الأقل 10 درجات مئوية دون الحد الأدنى للماء، وأن يُعالج لإزالة تحلية النفط المتبقّى.() ويمكن أن يؤدي استخدام مادة [FLT:] مجففة إلى الحد من خطر تسرب المادة المبردة من المادة

Valve Manifolds and Solenoid Valves

وينبغي بناء محركات الصمامات المضغوطة من مواد مقاومة للتآكل وإدراج في خط أو في قاعدة فرعية ] للتقليل إلى أدنى حد من الموانئ وممرات التسرب المحتملة.

ناشطون (السير) وسائقون خطية

ويجب أن تُختم الأسطوانات الفوقية في المناطق الخطرة لمنع حدوث جرعات من الغبار أو الماء، ويجب أن تُصدَّق على أجهزة استشعار المواقع المغناطيسية أو فوق الصوتية لرصد السكتة الدماغية في المنطقة، وفي التطبيقات التي لا يسمح فيها بتلقي تعليقات على المواقع الكهربائية، [فيما يتعلق بـ: صفر] مفاتيح الحد الأقصى المضغوطة ] (مثلاستخدامات الميكانيكية)

التمرين، والرسوم، وأساليب الربط

إن التمساح اللاصق بالفولاذ ذي العجلات المزدوجة (مثل نوع سواجلوك) خيار موثوق به للمناطق الخطرة لأنه يوفر ختماً معدنياً ويقاوم التآكل، وينبغي تجنب الأنبوب البوليهيدي أو البوليوريثان في المناطق التي يمكن أن يمزق فيها أو يذيب أو يجذب شحنة كهرومغناطيسية.

نظم المراقبة والمهام المجهزة بأجهزة السلامة

وعندما تكون النظم المتطورة جزءاً من وظيفة مجهزة للأمان (مثلاً، إغلاق حالة الطوارئ أو الكشف عن الغازات المشتعلة)، يجب أن تلبي مستويات السلامة النزاهة المطلوبة لكل من وحدات التركيز المتكامل 61511 أو التركيز المتوقع 6061. وقد يتطلب ذلك تغطية تشخيصية بواسطة اختبارات جزئية للكشف عن الصمامات، مع تحديدها.

خاتمة

إن تصميم نظم ذات طابع بنيوي لبيئة خطرة هو تخصص هندسي متعدد الأوجه لا يمكن تخفيضه إلى قائمة مرجعية، ويتطلب فهماً شاملاً لتصنيف المناطق، واختياراً منهجياً لمفاهيم الحماية، وإيلاء اهتمام صارم للمواد المكوِّنة، والاختتام، ووضع استراتيجية للموثوقية تطلعية تتضمن إعادة التوحيد، ورصد الظروف، والامتثال للمعايير المنطبقة، ومن خلال إدماج هذه المبادئ في مراحل التصميم الأولى، يمكن للمهندسين أيضاً أن يهيئات الوصلية المأمونة على مدى العقود.

For further reading, consult OSHA’s hazardous locations guidance], the ]IECEx system, and the European Commission’s ATEX directives. Additional technical references include standards from the [FLT Association:6]