التعريف بأنواع الانفجارات الرئيسية

 

التعريف بأنواع الانفجارات الرئيسية

 

التعريف بأنواع الانفجارات الرئيسية والفرق بين الاحتراق الانفجاري والانفجار والتعريف بالفرق بين المتفجرات والمواد القابلة للاشتعال وتعريف هيئات الوقاية من الحريق لكلمة انفجار

أ.د. عبد الفتاح داود

أستاذ الوقاية من الحرائق والإنفجارات المتفرغ

بالمعهد القومي للقياس والمعايرة بوزارة البحث العلمي

 

سوف نتناول في هذا العدد التعريف بأنواع الإنفجارات الرئيسية وتأثيراتها وبعض الأساسيات في كيمياء الحريق والانفجار (الاحتراق – الانفجار – الاحتراق الإنفجارى) والفرق بين الاحتراق الإنفجارى والانفجار (المفرقعات) والمواد القابلة للاشتعال أو الانفجار في الصناعة والتعريف بالفرق بين المتفجرات وتعريف هيئات الوقاية من الحريق لكلمة انفجار (الاحتراق الإنفجارى)

التعريف بأنواع الإنفجارات الرئيسية (الميكانيكية والكيماوية والنووية) :

من المتفق عليه بين المشتغلين في مجال كيمياء الحريق والمتفجرات أن هناك ثلاث أنواع رئيسيه للانفجار فقد ينشأ الانفجار عن حالة فيزيقيه فيسمى بالانفجار الكيماوي وقد ينشأ من تفاعلات داخل النواة (الدمج النووي أو الانشطار النووي) فيسمى بالإنفجارات النووية ولها طبيعتها الخاصة.

وفيما يلي خواص هذه الأنواع الثلاث الرئيسية من الإنفجارات

الانفجار الميكانيكي (Mechanical) :

الانفجار الميكانيكي هو أي انفجار يمكن أن يحدث في وعاء Container ويشمل حالة فيزيقيه غير ثابتة ويكون فيها الضغط مساويا للضغط الجوى في جهة الوعاء وفي الجهة الأخرى أكثر أو أقل من الضغط الجوى وهو ما يحدث عن طريق التكوين التدريجي للضغط كما يحصل عادة للمراحل البخارية وأوعية الضغط حيث يتولد البخار وبفعل الحرارة يزداد الضغط داخل الوعاء فإذا زاد الضغط إلى نقطة لا يستطيع الوعاء تحملها ينطلق البخار بقوة اندفاع وضغط ويحدث انفجار ميكانيكي ويدخل انفجار إطارات السيارات في عداد الإنفجارات الميكانيكية لأن الانفجار يحدث نتيجة زيادة ضغط الهواء في الإطار عن الدرجة التي يتحملها الإطار.

الانفجار الكيماوي (Chemical) :

وهو أي انفجار ينشأ نتيجة تفاعل كيماوي ويشمل :

إنفجارات ناشئه عن انفجار مواد كيماوية تعرف بالمفرقعات أو المتفجرات (Explosives)  ويحدث بتحول سريع جداً للمادة الكيماوية من الحالة الصلبة أو السائلة إلى غازات مصاحباً بموجه صدمية وصوت (ضجة) عالي وحرارة عالية جدا ويحدث الانفجار في حيز مغلق أو في حيز غير مغلق أمثلة إنفجارات الديناميت والمفرقعات.

إنفجارات ناشئة عن مواد كيماوية تسمى بالمواد القابلة للاشتعال أو الانفجار ويحدث الانفجار تحت ظروف معينه كإنفجارات الغبار والأبخرة والغازات.

إنفجارات ناشئة عن الغازات المتولدة من اشتعال المواد الصلبة أو السائلة أو الغازات وتسمى أحياناً بالإنفجارات الحرارية Thermal explosions .

الانفجار النووي (Nuclear) :

يحدث من خلال ذرة النواة ويكون بانشطارها أو بدمجها والبحث في الإنفجارات النووية يحتاج لمعدات خاصة جداً وملابس خاصة وخبرة خاصة وهذا النوع يدخل في اهتمامات الهيئات المعنية ببحوث الطاقة النووية واستخداماتها في الأغراض السلمية واهتمام العلماء المتخصصين في التفجيرات النووية.

وهذا النوع في حقيقيته يعتبر إنفجارات كيماوية خاصة لأنه لا يمكن إحداث تفجيرات نووية إلا بوسائل تفجير كيماوية خاصة ولذلك فإن موضوع الإنفجارات النووية لا يدخل في اهتمامات علماء الحريق والانفجار إلا بقدر ضئيل (للتعريف فقط وجدير بالإيضاح أن هناك بعض المسميات يطلق عليها أسم انفجار كالإنفجارات الكهربائية والإنفجارات الحرارية والإنفجارات الصوتية وهذه لا تندرج تحت أنواع الإنفجارات الرئيسية لأن بعض العلماء يضعها تحت مسميات تأثيرات انفجارية لأن تأثيراتها ضعيفة ولا تدخل تحت إطار تعريف كلمة انفجار فهي لا تحدث تأثيرات انفجارية واضحة وإنما تحدث تأثيرات صوتية عالية كما ينجم عن الانفجار ولذلك يسميها بعض العلماء فرقعات صوتية وعلى أيه حال سنورد نبذه عنها فيما يلي

نبذة عن الإنفجارات الحرارية والإنفجارات الكهربائية وتأثيراتها :

ينتج أحيانا عن بعض التفاعلات الكيماوية كتفاعل الصوديوم مع الماء انطلاق طاقة حرارية فجائية )sudden)عالية وبعض الغازات وينتج عن ذلك تسخين الغازات مما يسبب حدوث فرقعة صوتيه ولكن تأثيراتها ضعيفة كما وأن تأثير الغازات الساخنة المتولدة من الحريق ينتج عنها في بعض الأحيان صوت فرقعة نتيجة نفس التأثير الحراري وبعض التفاعلات فمثلا ينتج عن الاحتراق في بعض الحالات تولد غاز أول أكسيد الكربون وهذا حينما يدخل الهواء لحيز الحريق يتفاعل الأكسجين مع أول أكسيد الكربون وتنطلق بعض الطاقة الحرارة المفاجئة تسبب تسخين الهواء وتولد موجة صوتية وسماع صوت فرقعه يظنه شاهد الحريق انفجارا وتأثيراتها ضعيفة جدا وتسمى Flash fire  أو إنفجارات حرارية Thermal explosions كما يطلق على صوت الفرقعة الصوتية نتيجة تولد شرارة كهربائية أو ماس كهربائي إنفجارات كهربائية

Electrical Explosions حيث تتولد حرارة مفاجئة عالية تسبب تسخين الهواء بدرجة كافية لحدوث فرقعة صوتية يظنها من يسمعها انفجارا وهذه تأثيراتها ضعيفة أو منعدمة.التعريف ببعض الأساسيات في كيمياء الحريق والإنفجارات والتعريف بالاحتراق والانفجار والاحتراق الإنفجارى

الاحتراق Combustion

الاحتراق هو تفاعل كيماوي يحدث حينما يتواجد الوقود والحرارة والأكسجين وبكميات كافية لانطلاق الحرارة والضوء ويطلق عليه أسم النار أو الحريق أو الاحتراق أو الاشتعال والاحتراق في حقيقته هو أكسدة سريعة للمادة الصلبة أو السائلة وتحويلها إلى غازات مصاحبة بحرارة وقد يكون مصاحبا بلهب من الغازات المشتعلة فيسمى النار أو الحريق (Fire)  وقد لا يكون مصاحبا بلهب فيسمى بالاحتراق التفحمى أو التوهجى ( ???)

الأكسدة هي تفاعل كيماوي تتحد فيه المادة مع الأكسجين أو مع أي مادة مؤكسدة وينتج عن هذا التفاعل حرارة والحرارة هي عنصر من العناصر الثلاث اللازم توافرها لحدوث الاحتراق أو الاشتعال وهى ما تسمى بمثلث الاشتعال وهى :

الوقود

الأكسجين

الحرارة

والأكسجين موجود في الهواء الجوى بنسبة ؟؟؟ بالحجم تقريبا

الانفجار (Delomation)

تعريف الإنفجارات الناشئة عن مواد كيماوية (مفرقعات) هي كلمة شائعة ومعروفة لدى الجميع لأنه لا يخلو يوم من حدوث إنفجارات وهى كلمة يعرف الجميع دلالتها وآثارها ولكننا حينما نود تعريفها لا تستطيع إلا بصعوبة فعند ذكر كلمة انفجار فإنه يرتبط في الأذهان ذلك الصوت المدوي الهائل الذي يسمعه كل من هو على مسافة بعيدة من مكان حدوث الانفجار ويرتبط في أذهاننا كذلك الآثار التدميرية الناجمة من الانفجار كتحطيم البيوت أو الجدران وتحول الأشياء وتناثرها وقذفها إلى مسافات قريبة أو بعيدة حسب شدة الانفجار وقوته ويرتبط في أذهاننا أيضا ما ينجم عن الانفجار من آثار وخسائر في الأرواح والإصابات التي تصيب من هو قريب من مكان الانفجار ويمكن تعريف الانفجار بصفة عامة بأنه الانطلاق السريع والمفاجئ للطاقة والغازات مصحوبة بضغط عالي.

والإنفجارات الناجمة عن المتفجرات تدخل في عداد الإنفجارات الكيماوية ولكي نستطيع تحديد معنى الانفجار الكيماوي تحديداً علمياً فإنه من المفيد أن نعرف أنه يلزم توافر ثلاثة عوامل لحدوث حالة الانفجار :

تولد الغازات

تولد الطاقة

تولد الغازات والطاقة بسرعة كبيرة جدا.

وينتج عن هذه العوامل الثلاثة مجتمعة تولد ضغط عالي فجائي وتأثير هذا الضغط على المجاورات (أو الجو المحيط) Surroundings  هو ما يسمى بالانفجار وهذا الضغط العالي يسمى بالموجة الصدمية Shock wave أو بموجة الضغط الانفجارية Blast Pressure ومن الضروري توافر هذه العوامل الثلاثة مجتمعة ولحظية.

وخلاصة القول.

أن الانفجار هو تحول سريع جدا ولحظي للمادة الصلبة أو السائلة إلى الحالة الغازية مصاحبا بحرارة وضغط شديدين وحيث يمكن أن تصل درجة  الحرارة إلى 1000م ويصل الضغط إلى عدة آلاف من الضغط الجوي وعند حدوث الانفجار تخرج الطاقة والغازات ذات الضغط العالي التي تتمدد بقوة كافية للتغلب على قوى التماسك في المواد والأشياء الموجودة في المجاورات بحيز الانفجار ( Surroundings )

الاحتراق الإنفجارى def – lagration

(تعريف هيئات الوقاية من الحريق لمعنى كلمة انفجار) الاحتراق عملية بطيئة نسبياً وعادة لا تؤدى إلى حدوث انفجار إلا أن هناك بعض الحالات التي قد يحدث عنها احتراق إنفجارى وهناك نظرية تقول أن الإنفجارات ما هي إلا نار سرعتها كبيرة جدا

ويطلق على الاحتراق الإنفجارى باللغة الإنجليزية defagration وأحيانا يسمى بالــــ Explosion

ومن الحالات التي قد يحدث فيها انفجار من الاحتراق ما يأتي

انتشار وتمازج الغازات مع الهواء وتسمى بالإنفجارات الغازية “gas explosions”

انتشار وتمازج أبخرة السوائل مع الهواء وتسمى بإنفجارات الأبخرة “ vapour explosions”

انتشار وتمازج سحابة غبار المواد الصلبة (Dust explosions)

ويطلق على هذه الإنفجارات الاحتراق الإنفجارى (defagration  – or Explosion) للتمييز بينها وبين الأنفجارات(detonation) وسميت بالاحتراق الانفجاري لأن سرعتها أبطأ من سرعة الانفجارات detonations كما سيرد إيضاحة فيما بعد.

والإنفجارات الغازية وإنفجارات الأبخرة والغبار لا تحدث إلا في ظروف معينة هي أنتشار الغاز أو البخار أو الغبار مع الهواء في تركيز معين بينن الحد الأدني والحد الأعلى للأنفجار ووجود مصدر إشعال مناسب ووجود مصدر الهواء أو الأكسجين ولذلك تسمى هذه الأنفجارات بانفجارات الغبار والأبخرة والغازات وتسمى المواد التى يمكن أن يحدث منها هذه الأنفجارات بالمواد القابلة للإشتعال أو الإنفجارات بالمواد القابلة للإشتعال أو الأنفجار وسطلق على المواد القابلة للأنفجار في حالة انتشارها وتمازجها مع الهواء المتفجرات المنتشرة “Dispersed Explosives”

تعريف هيئات الوقاية للحريق لمعنى كلمة انفجار

يتفق تعريف الهيئة القومية الأمريكية للوقاية من الحريق(NFPA) مع ما هو موضح بشأن تعريف “الأحتراق الأنفجارى” وأن الفرق بين الأحتراق أو النار أو الحريق وبين الأنفجار هو معدل انطلاق الطاقة الحرارية”Rate of heat Release”

وقد تضمنت المواصفة القياسية رقم 68 للهيئة القومية الأمريكية للوقاية من الحريق بشأن “إرشادات عن تفريغ الإنفجارات” “Gude for explosion venting” لتحقيق السلامة والأمان تعريف معنى الانفجار على الوجه التالي.

الأنفجار هو تولد سريع للطاقة في حيز محدود(confined) نتيجة احتراق غبار المادة الصلبة أو بخار السائل أو الغاز وينتج عن انطلاق الطاقة الحرارية في الحيز المحترق قوى ضغطية تسبب في أحيان كثيرة تدمير للمعدات والمنشآت ما قد تسبب تعرض حياة الأفراد للخطر.

الفرق بين الاحتراق الانفجاري والانفجار وإمكانية تمييز الآثار الناجمة عنهما

يطلق على الاحتراق الانفجاري defagration وعلى الانفجار detonation ويلخص الفرق بينهما في أن سرعة الاحتراق الانفجاري أبطأ من سرعة الانفجار ويتراوح الحد الفاصل بين سرعة الاحتراق الانفجاري والانفجار 1000متر/ثانيه و1300متر/ثانيه بينما تتراوح سرعة الانفجار من 2000 –  9000 متر/ثانيه.

ويمكن القول أن سرعة الانفجار يمكن أن تكون أسرع من سرعة الاحتراق الانفجاري ألف مره ونتيجة لذلك فإن شدة الانفجار الناجمة عن  detonationوتأثيراته تختلف في قوتها وأثارها عن الانفجارات الناجمة من الاحتراق الانفجاري  defagration.

هذا ويستطيع علماء وخبراء التفجيرات التمييز بين الآثار الناجمة عن حدوث انفجار detonation والناجمة عن حدوث defagration من فحص  مسرح الانفجار.

التعريف بالمتفجرات والمواد القابلة للاشتعال والانفجار

وفي ضوء ما سبق إيضاحه عند تعريف الانفجار الكيماوي يمكن تعريف المتفجرات بأنها :

المتفجرات هي مواد كيماويه أو خليط منها لها القدرة على إحداث انفجار بطاقاتها الذاتية by its own energy وحيث تتفكك وعند تفككها.

ينتج عن تفككها غازات.

ينتج عن تفككها طاقه حرارية.

تنطلق الطاقة والغازات بسرعة كبيره جدا أو لحظيه.

تحدث العاقبات الثلاث السابقة self – sustained لحظيا أي تستمر لحظيا خلال كتلة المادة المتفجرة.

وهناك تعريف أخر شامل المتفجرات أكثر إيضاحا وتحديدا وتعريفا لها حيث يوضح هذا التعريف متى تعتبر المادة مادة متفجرة أو غير متفجرة فمن أهم الخواص الانفجارية للمتفجرات أنها تنفجر بالطرق ” impact” أو بالاحتكاك أو بالحرارة أو بالصدم (shock)  أو بأي من هذه الوسائل مجتمعه وحيث تتحول إلى كميه كبيره جدا من الغازات مصاحبة بانطلاق كميه كبيره من الحرارة عند درجة حرارة عالية جدا مما يؤدي إلى انطلاق غازات ذات ضغط عالي والتي تمتد بقوة  كافية للتغلب على قوى التماسك الموجودة في الأشياء المتواجدة في حيز الانفجار ويؤدى الانفجار إلى تحطيم الأشياء وتمزيقها وتناثرها وقذفها إلى مسافات بعيده ويصل الضغط الناجم عن الانفجار إلى عدد ألاف من الضغط الجوى ولذا يطلق عليه الموجه الصدمية العالية Shock Wave أو الغط الانفجاري أو الموجه الانفجارية العالية (Blast pressure ).

والمتفجرات لا توجد في الطبيعة وإنما يتم تحضيرها معمليا وصناعيا وعلى الصورة المعروفة لدينا لإحداث التأثيرات المختلفة المطلوبة منها من نسف أو تدمير أو قذف أو دفع وللأغراض الحربية وللأغراض المدنية كذلك كالديناميت والبارود وهذه المتفجرات تنفجر في حيز مغلق أو حيز مفتوح وتنفجر في وجود الهواء أو عدم وجوده كما يمكن تفجيرها على الأرض أو تحت الماء وحيث ينتج عنها نفس التأثيرات الانفجارية المطلوبة.

الفرق بين المتفجرات والمواد القابلة للاشتعال والانفجار

ويطلق على المتفجرات اسم المتفجرات الصلبة أو السائله أو المكثفةcondensed  للتفريق بينهما وبين المواد القابلة للاشتعال أو الانفجار والتي تنفجر تحت ظروف معينه كما سبق إيضاحه والتي يطلق عليها اسم “dispersed explosives” وهناك فروق واضحة بين المتفجرات (condensed) والمواد القابلة للانفجار في حالة انتشارها مع الهواء(dispersed)أهمها :

أن المواد المتفجرة تتفجر على صورتها الموجودة بها كمواد صلبه أو سائله وان المواد القابلة للاشتعال والانفجار لا يمكن أن تنفجر الا في حالة انتشارها وامتزاجها مع مخلوط الهواء.

أن المواد القابلة للاشتعال أو الانفجار موجودة في الطبيعة ولا تنفجر الا تحت ظروف معينه : وجود الهواء أو الأكسجين وجودها في تركيز معين بين الحد الأدنى والحد الأعلى للانفجار وامتزاج هذا التركيز مع الهواء وجود مصدر إشعال مناسب بينما تفجر المواد المتفجرة تحت أي ظرف من الظروف وفي وجود الهواء أو عدم وجوده ويمكن أن تنفجر بالطرق أو بالصدم أو بالاحتكاك أو بالحرارة.

والانفجارات الناجمة عن المواد القابلة للاشتعال أو الانفجار يطلق عليها في حاله الصلبه انفجارات غبار المواد الصلبة (Dest Explosions)وفي حالة المواد السائلة انفجارات أبخرة السوائل (??? Explosions) وفي حالة الغازات الانفجارية الغازية (Gas Explosions) وهذه الانفجارات ضعيفة نسبيا وعند الحد الأدنى والحد الأعلى تكون الانفجارات ضعيفة جدا وبين هذين الحدين تكون إلى أقصى طاقاتها ولكنها على أيه حال انفجارات ضعيفة.

ولذلك جاءت بعض المحاولات لتقسيم أنواع الانفجارات إلى  :

انفجارات شديدة أو عالية القدرةhighoder – explosions

انفجارات ضعيفة أو منخفضة القدرة low order Explosion للتمييز بين الأنواع المختلفة للانفجارات من ناحية تأثيراتها الإنفجارية.

وقد أوضحنا أن علماء وخبراء التفجيرات يستطيعون التمييز بين الآثار الناجمة عن حدوث انفجار مواد مفرقعه والآثار الناجمة عن حدود انفجار من مواد قابله للانفجار من فحص مسرح الانفجار فتأثيراتها مختلفة.

(اقرأ في العدد القادم)

الخواص الخطرة للمواد ودرجات خطورة المواد القابلة للاشتعال والانفجار في الصناعة