تطور تكنولوجيات قمع الحرائق في الهندسة البحرية

تطور تكنولوجيات قمع الحرائق في الهندسة البحرية

ولا تزال النار تشكل أحد أخطر التهديدات التي تتعرض لها السفن في البحر، وعزلة السفينة، وكثافة المواد القابلة للاحتراق، وطبيعة المقصورات تجعل حرائق السفن حرائقاً خطرة بوجه خاص، وعلى مر القرون، تحولت الهندسة البحرية نهجها لحماية السلامة من الحرائق من لواءات الدلويات إلى شبكات قمع متكاملة للغاية، واليوم، تزرع الصناعة عوامل نظيفة، وبيئة الذكاء.

طرق قمع الحرائق المبكرة: من باكتس إلى ستام سموترينغ

في عصر السفن الخشبية، كانت النيران في كل من الأسلحة وخطر مستمر، وكانت طريقة القمع الأولى مجرد خط من البحارة الذين يمرون بضلوع مياه البحر من جانب اللهب، وكانت هذه الألوية البطيئة، وكثيفة اليد العاملة، ومتوقفة تماما على تحمل البشر، وقد تصبح سرعة إطلاق النار في المجرة أو شرارة في الحرق، 17 قوارب من القرن السادس عشر.

وقد أدى ظهور أكواخ الحديد والصلب في القرن التاسع عشر إلى الحد من خطر حرق السفينة نفسها، ولكن ظهور مخاطر جديدة: فبإمكان ملاجئ الفحم أن تحرق تلقائياً، وأدخلت محركات البخار نظماً ذات ضغط عال، كما أن محركات حريق متحركة ذات مصب يدوي، كانت في كثير من الأحيان مثبتة على عربات متحركة أو محمولة تحت سطح البحر، أصبحت معدات قياسية.

The Rise of Fixed Fire Suppression Systems (1900-1960)

مرشّحات المياه ونظم ديلوغ

وقد جاءت القفزة الرئيسية الأولى بشبكات ثابتة لرش المياه، حيث كانت تلهفت براءات الرش البري من السبعينات، وتم تركيب نظم رشق بحرية في أماكن إقامة الركاب وأماكن عامة، واستخدمت هذه النظم شبكة من الأنابيب ذات المصابيح الزجاجية الحساسة للحرارة التي تحطمت في درجة حرارة ما قبل الفجر، مما أدى إلى ظهور المياه في مناطق حريق دونها.

وقد تم تطوير نظم ديلوغ، حيث تفتح جميع الألغاز في وقت واحد عندما تُشغل لوحة كشف، في المناطق الشديدة الخطورة مثل خزانات الطلاء وغرف تخزين سائلة قابلة للاشتعال، وهي توفر تدفقاً هائلاً للمياه لضبط الحرائق التي يمكن أن تنتشر بسرعة أكبر من قدرة فرادى رؤس الرشاة على الاستجابة.

أكسيد الكربون (CO2) المجموع

وكان إدخال ثاني أكسيد الكربون كعامل فيضان إجمالي في منتصف القرن العشرين بمثابة انطلاقة في غرف المحركات ومساحات الشحنات، حيث أن ثاني أكسيد الكربون أثقل من الهواء، وغير الموصل، ولا يترك أي جانبي للمخلفات في الأماكن التي بها معدات كهربائية وأجهزة حساسة، أما نظم ثاني أكسيد الكربون الثابتة فتتألف من مصارف ذات كسور عالية تتصل بشبكة متحركة وضخة أقل من النسيج.

غير أن نظم ثاني أكسيد الكربون تنطوي على مخاطر خطيرة: فالغاز سام للبشر عند التركيزات المستخدمة في إطفاء الحرائق، وقد أدى التصريف العرضي أو الفشل في إجلاء مقصورة إلى وقوع وفيات، وبالتالي فإن ترابط السلامة الصارم - مثل الإنذارات المشهورة، والتأخيرات الزمنية، ووصلات الغلق - هي التي تنص عليها الأنظمة الدولية، وعلى الرغم من هذه المخاطر، يظل ثاني أكسيد الكربون واحدا من أكثر العناصر انتشارا في الهندسة البحرية، ولا سيما بالنسبة للفضاء غير المأصول.

نظم رغاوي لحرائق السائلة القابلة للاشتعال

أما الماء وحده فهو غير فعال ضد حرائق النفط والوقود لأن الهيدروكربونات الخفيفة تطفو ويستمر في الحرق، وتعالج نظم الفوام هذا عن طريق إنتاج بطانية من الرغاوي تفصل الوقود عن الأكسجين، وكانت الرغاوي المنخفضة الانتشار مرتكزة على المواد الكيميائية، وتحتاج إلى الخلط مع المياه عن طريق معدات مصممة على التناسب، وبحلول الستينات، أصبحت الرغاويات القائمة على البروتين (المستمدة من بروتين) ورغاويات الطبيعية.

وعلى الصهاريج والسفن البحرية، يتم تركيب أجهزة مراقبة الرغاوي (المدافع الرغاوية الكبيرة) وأجهزة الصمامات الثابتة على السطح وفي غرف المضخات، وتحمي نظم الرغاوي الأصغر مناطق مثل حواجز مروحية وقاذورات حجرات محركات، وتستخدم النظم الحديثة رغاوي محسنة بيئياً " خالية من الفلور " للحد من التلوث الكيميائي المستمر - وهو اتجاه يعيد تشكيل الأنظمة على الصعيد العالمي.

التكنولوجيات الحديثة لقمع الحرائق )٠٧٩١-٩٢(

العميلة النظيفة (غاز) (FM-200) (نوفيك 1230) و(أونتر غاسيس)

وقد أدى البحث عن بدائل لثاني أكسيد الكربون تجمع بين الكفاءة العالية في التكتل والحد الأدنى من السمية والعلامات البيئية إلى تطوير عوامل نظيفة، وأصبح FM-200 (Hptafluoropropane) شائعا في التسعينات لأنه يطفيء الحرائق عن طريق إزالة الحرارة (البرد الطبيعي) بدلا من مجرد التشريد بالأكسجين، ويخزن كبديل سائل ويُفرغ كبديل للغاز، مما يتطلب حيزاً دافئاً للتخزينة أكبر من ثاني أكسيد الكربون للتغطية.

(ب) إن رقم 1230 (الدوديكافلورو-2-ميثيلبان-3-واحد) هو كيتا مفلوراً نشأ كبديل عن إحداث الاحترار العالمي الأدنى، وله عمر في الغلاف الجوي لا يتجاوز خمسة أيام، ومقياس للسعة العضوية الثابتة لمحطة واحدة فقط (مقارنة بـ 200 3 متر مكعب و1 ثاني أكسيد الكربون) غير متجانسة كهربائياً، ولا يترك أي مخلفات محددة.

كما أن نظم الغاز الخاملة (التي تستخدم النيتروجين أو الأرغون أو المزلاجات مثل IG-541) آخذة في الازدياد أيضاً في عملية التبني، حيث تقوم بإيقاف الحرائق عن طريق خفض تركيز الأوكسجين مع الحفاظ على بيئة قابلة للتنفس لفترات قصيرة، مما يتيح الإجلاء الأكثر أماناً، وهذه النظم مناسبة بوجه خاص لأماكن الآلات التي قد يكون فيها الموظفون حاضرين خلال المراحل الأولى من الحريق.

نظم مائية: كفاءة عالية، منخفضة الأثر

وتعالج تكنولوجيا ضباب المياه أوجه القصور في الرشاشات التقليدية: الضرر المائي، والفعالية المحدودة في الأماكن المعاقة، وارتفاع استهلاك الموارد الشحيحة في البحر، وترمي هذه النظم المياه من خلال نولزات متخصصة عند الضغط يتراوح بين 10 و 120 بارا، وتنتج قطرات ذات قطر متوسط يقل عن 000 1 ميكرونز، كما أن الضباب الدقيق يخلق منطقة سطحية كبيرة للتحلل الحراري، ويبرد منطقة الأكسجين بسرعة.

ونظرا لأن ضباب المياه يستخدم كميات أقل بكثير من المياه التقليدية (التي غالبا ما تكون 10 أو أكثر)، فإنه يقلل من خطر الإضرار باستقرار السفن بسبب تراكم المياه، كما أنه يقلل من الأضرار التي لحقت بالإلكترونيات والشحنات، وتعتمد الآن إساءة استخدام المياه من قبل جمعيات التصنيف لحماية أماكن الآلات وممرات الإقامة والمساحات العامة على السفن السياحية والأسمدة، ولا تزال البحوث مستمرة في نظم مهجنة تجمع بين الضباب في أماكن مغلقة.

شبكات كشف المعلومات الآلي والمراقبة المتكاملة

ولا يمكن فصل القمع المتحرك للنيران البحرية عن الكشف المتطور، إذ يتم ربط أجهزة الكشف عن الدخان (التأيين، والكهرباء، والتطلعات)، وأجهزة الكشف الحراري (أعداد الأزمات ودرجات الحرارة الثابتة)، وأجهزة كشف اللهب (الطاقم فوق البنفسج والأشعة تحت الحمراء) بشبكة في لوحة إنذار حريق مركزية، ويمكن لهذه اللوحة أن تشرع تلقائيا في إطلاق النار، وتغلق أبواب التهوية، وتخطر سلطات عديدة بالكشف عن مواقعها.

ويمتد التكامل إلى نظام الأمان العام للسفينة: إذا تم اكتشاف الحريق في غرفة المحرك، يمكن ربط نظام القمع لوقف المحركات، وربط صمامات الوقود القريبة، وإطلاق إنذارات معتدلة، وتستخدم بعض المنصات المتقدمة محلليات فيديو لكشف اللهب أو الدخان في الوقت الحقيقي، مما يقلل من الإنذارات الزائفة، مع توفير تغذية بصرية لمركز المراقبة، ويتجه ذلك إلى إقامة نظم مستقلة تماما لمكافحة الحرائق يمكن أن تعمل في الوقت.

الإطار التنظيمي: النظام المالي الموحد لموظفي منظومة الأمم المتحدة، المنظمة البحرية الدولية، جمعيات التصنيف

وقد شكل تطور قمع الحرائق البحرية بموجب اللوائح الدولية، وذلك أساسا من خلال الاتفاقية الدولية لحماية الأرواح في البحر، والفصل الثاني - 2 من الاتفاقية الدولية لحماية الأرواح في البحر، الذي يشار إليه عادة باسم " الحماية المالية " ، يحدد متطلبات نظم الحماية من الحرائق الهيكلية والكشف عنها وقمعها على جميع السفن التجارية التي تبلغ قيمتها 500 طن أو أكثر، وتستكمل هذه الأنظمة بانتظام من قبل المنظمة البحرية الدولية لإدماج التكنولوجيا الجديدة ومعالجة المخاطر الناشئة.

وقد ركزت مؤخراً قواعد محددة، مثل مدونة إجراءات الاختبارات المالية، على كيفية اختبار أداء نظم القمع ودواميتها، بينما تركزت قواعد المنظمة البحرية الدولية ] Fire Safety Working Group على الحد من الإنذارات الكاذبة، وتحسين نظام موثوقية نظم تخزين الطاقة بالبطارية على السفن الهجينة والكهربائية، كما ركزت على معايير التصميم العالية القدرة على إحداث الاحترار.

كما تقوم السلطات الوطنية بدور في هذا الصدد، فعلى سبيل المثال، يحتفظ خفر السواحل الأمريكي بقائمة من المعدات المعتمدة لضغط الحرائق ووكلاء السفن العاملة في المياه الأمريكية، وتتجاوز لوائحها في بعض الأحيان الحد الأدنى من المواد الكيميائية، أما بالنسبة للناقلات التي تحمل غازات مسيّرة، فإن مدونة قواعد السلوك الدولية (الناقل الدولي للغاز) تفرض شروطاً متخصّصة لقمعها تشمل نظماً مسحوقة للمواد الكيميائية الجافة لتسرب الغازات والنيران على سطح البحر.

التحديات التي تواجه قمع الحرائق البحرية

حرائق البطارية على متن السفن الهجينة والكهربائية

ومن أكثر التحديات الحديثة إلحاحاً قمع الحرائق في مجموعات البطاريات الليثيومية التي تستخدم بشكل متزايد في الدفع والقوة المساعدة، ومن الصعب بشكل ملحوظ إطفاء الحرائق في البطارية لأن الطاقة المكتظة لا تزال تغذي عملية الممر الحراري، ويمكن أن تُحدث الحرائق الأكسجين المولدة من مواد الطهي.

• ضباب المياه عالي الحجم ينطبق مباشرة على خلايا البطاريات
• ازدهار سوائل التبريد المكرّسة
• المعاطف المُستَهَلة التي تُقَمِعُ التكاثر
• الكشف المتطور عن الغاز (مثلاً بالنسبة لفلوريد الهيدروجين) للتحذير من وقوع أحداث حرارية وشيكة قبل اندلاع الحريق

وتصدر مجتمعات الرتب مبادئ توجيهية لتركيب البطاريات وسلامة الحرائق ، ومن المتوقع أن تُسند المنظمة البحرية الدولية تدابير محددة لقمع نظام تقييم الأداء كجزء من التحديث المقبل للفصل الثاني - 2 من نظام ساو باولو.

الوكيل البيئي

وهناك العديد من عوامل الإخفاء التي تعتبر مثالية، يجري التخلص منها تدريجياً بسبب الشواغل البيئية، حيث أن الهالون (مركبات ثنائي الكلوروفلوروميثان) الذي استخدم على نطاق واسع في غرف المحركات وأجهزة إطفاء الحرائق في الطيران محظورة بموجب بروتوكول مونتريال بالنسبة لممتلكاتها المستنفدة للأوزون، كما أن مركبات الغاز المتعددة الفلور (FM-200) ذات قدرة عالية على إحداث الاحترار العالمي، وهي خاضعة لأهداف خفض الانبعاثات بموجب بروتوكول كيوتو ولائحة الغازات الأوروبية المفلورية.

العوامل البشرية والتدريب

ولا يزال العنصر البشري حرجا مهما كان تطور التكنولوجيا، إذ إن التدريبات على الحرائق، وصيانة معدات القمع، وإجراءات التجاوز اليدوي الصحيحة هي إجراءات إلزامية ولكنها كثيرا ما تكون نقاط ضعف في الأساطيل الأصغر حجما أو المنخفضة الميزانية، وتستلزم عمليات تنشيطية، وتخزين غير سليم للمصابين، وعدم معايرة أجهزة الاستشعار عن بعد، مسائل دائمة.

الاتجاهات المستقبلية في مجال قمع الحرائق البحرية

نانشناولوجيا - ناشيد - وكيلات إطفاء

ويطور الباحثون جيلاً متتالياً من عوامل إطفاء الإطفاء باستخدام علم النانو، ويمكن وقف استخدام الجسيمات النانوية - مثل مادة النانو - السيليكا أو الجسيمات المعدنية - الغازات أو السوائل لتحسين امتصاص الحرارة وعرقلة الاحتراق على المستوى الجزيئي، ويمكن لبعض العوامل التجريبية أن تطفئ اللهب بجزء ضئيل من الحجم الذي تحتاج إليه العناصر التقليدية في القمع.

الاستخبارات الفنية وكشف التعلم الآتي

ويظهر الكشف عن الحرائق بواسطة الأجهزة العاملة في كل من التطبيقات البرية والبحرية، ويمكن تدريب نماذج التعلم الماكين على صور الكاميرا الحرارية، ومصفوفات أجهزة الاستشعار الغازية، والتوقيعات الصوتية لتحديد حريق في مراحله الأولى، قبل ظهور الدخان أو اللهب المرئية، وفي السفن المستقلة أو التي تعمل عن بعد، يمكن أن تقرر نظم آي إطلاق عوامل قمع دون تأكيد بشري، استنادا إلى نموذج لتقييم المخاطر.

النظم الهجينة والتصميم النموذجي

فالتوجه نحو السفن الجديدة المبنية هو نحو نظم هجينة تجمع بين أسلوبين أو أكثر من أساليب القمع، مثلاً، يمكن حماية غرفة المحركات من قبل كل من ضباب المياه (لضربة اللهب المباشرة) وثاني أكسيد الكربون أو الغاز الخام (لإجمالي الفيضانات بعد إجلاء الموظفين) وتخضع هذه النظم الهجينة لجهاز واحد متكامل للسلامة يُتسلسل الإطلاق استناداً إلى التغذية المستشعرة.

النظم المعتمدة بيئياً لفئة الجليد

ومع توسع الشحنات إلى المناطق القطبية، يجب أن تعمل نظم إطفاء الحرائق في ظروف باردة للغاية، ويمكن أن تتجمد النظم القائمة على المياه؛ وقد يصبح عملاء الرغاوي أكثر وضوحا؛ ويفقد أسطوانات ثاني أكسيد الكربون الضغط، وتوضع تركيبات جديدة لضباب المياه الباردة ومركزات الرغاوي ذات الحرارة المنخفضة، كما أن المدونة الدولية للسفن العاملة في المياه القطبية (مدونة القطبية) تتضمن أحكاماً بشأن معدات التشغيل التي تعمل في مجال إطفاء الحرارة.

خاتمة

إن تطور تكنولوجيات قمع الحرائق في الهندسة البحرية يعكس السرد الأوسع للسلامة البحرية: من الأساليب القديمة المرتجلة إلى نظام إيكولوجي متعدد المستويات ينظم الاكتشاف، الاحتواء، وتكنولوجيات الانقراض، والاعتماد المبكر على العضلة البشرية التي تولدت إلى نظم ثابتة مثل الرشاشات، وثاني أكسيد الكربون والرغاوي، وقد استحدثت هذه الحقبة عوامل نظيفة، وضباب المياه، وشبكات آلية متكاملة تماماً.

بالنسبة لمالكي السفن والمصممين والمنظمين، يظل الخيط المشترك كما يلي: يجب أن تكون التكنولوجيا موثوقة ومسؤولة بيئياً وتدعمها تدريبات صارمة، ولا يمكن أن تكون المخاطر في البيئة المعزولة لسفينة في البحر، فإن قمع الحرائق ليس مسألة ملكية وحدها، بل مسألة البقاء، وبما أن الصناعة البحرية تواصل دفع الحدود، فإن تكنولوجيا قمع الحرائق ستظل انضباطاً بالغ الأهمية في الهندسة البحرية، وتتطور باستمرار للوفاء بوعدها.