الخواص الخطرة للمواد

الخواص الخطرة للمواد
الخواص الخطرة للمواد

Fire Hazard properties

ودرجات خطورة المواد القابلة للإشتعال أو الانفجار فى الصناعة

وتصنيف الهيئة القومية الأمريكية للوقاية من الحريق

أ . د عبد الفتاح داود

أستاذ الوقاية من الحرائق والانفجارات المتفرغ

بالمعهد القومى للقياس والمعايرة بوزارة البحث العلمى

أوضحنا فى العدد الماضى التعريف بأنواع الإنفجارات الرئيسية والفرق بين الإحتراق الإنفجارى والإنفجار والتعريف بالفرق بين المتفجرات والمواد القابلة للإشتعال وتعريف هيئات الوقاية من الحريق لكلمة إنفجار وأن المواد القابلة للإشتعال يمكن أن يحدث عنها انفجارات فى ظروف معينة حيث ينجم عن المواد الصلبة انفجارات غبار المواد الصلبة ، وينجم عن المواد السائلة انفجارات أبخرة المواد السائلة ، وينجم عن الغازات القابلة للإشتعال أيضا انفجارات الغازات أما فى هذا العدد سوف نتناول الخواص الخطرة للمواد ودرجات خطورة المواد القابلة للإشتعال أو الإنفجار فى الصناعة وتصنيف الهيئة القومية الأمريكية للوقاية من الحريق فقد تواصلت جهود العلماء وتوصلت الأبحاث العلمية المستفيضة فى هذه المجالات إلى تحديد الإختبارات والطرق التى يمكن من خلالها معرفة الخواص الخطرة للمواد الصلبة والسائلة والغازية ، وتحديد دلالات نتائج الإختبارات والتى يمكن من خلالها كذلك معرفة درجة خطورة المواد سواء من حيث قابليتها للإشتعال أو إشتعاليتها

Flammability أو من حيث قابليتها للانفجار وتوليد الضغط Susceptibility

To Release ، وتختلف هذه الطرق والإختبارات فى حالة غبار المواد الصلبة منها فى حالة أبخرة السوائل عنها فى حالة الغازات كما سيصير إيضاحه بإيجاز ، ولكن هناك عاملان أساسيان من الضرورى معرفتهما فى حالة غبار المواد الصلبة وأبخرة السوائل والغازات وهما :

الحد الإدنى للإشتعال أو الانفجار والحد الأعلى للإشتعال أو الانفجار :

ويعرف الحد الإدنى Lower  Limit  أو أقل تركيز منفجر

Minimum explosible con –

Centration بأنه ذلك التركيز الذي إذا تواجد الغبار أو البخار أو الغاز فى تركيز أقل منه لا يحدث إستمرار للهب إذا وجد مصدر مناسب للإشتعال أو هو ذلك التركيز الذى يضمن إستمرارية الإشتعال وتخرج عنه حرارة كافية لإستمرار إشتعالية المادة .

أما الحد العلوى Upper Limit  فعند هذا التركيز أو فوقه يكون تركيز الغبار أو الأبخرة أو الغاز كبيرا وبذلك تكون كمية الأكسجين الموجودة بالجو المحيط غير كافية لإستمرارية الحريق ، وعند الحد الأدنى تكون الانفجارات ضعيفة وكذلك عند الحد الأعلى ، وبين الحدين يوجد تركز معين يحدث عنده احتراق كامل للجزئيات فى الأكسجين الموجود فى الجو وعند هذا التركيز تحدث الانفجارات بأقصى طاقة ممكنة .

درجة إشتعال الغبار أو الأبخرة أو الغازات Ignition temperature :

وهى درجة الحرارة التى عندها تشتعل أبخرة السوائل أو الغبار أو الغازات من نفسها دون تعرضها لمصدر لهب Caqtch  fire by it self  ، أو فى تعريف آخر فهى درجة الحرارة التى يجب تسخين المادة إليها كلها أو جزء منها لحدوث إشتعال وحريق فيها .

ومع هذين العاملين الأساسيين تختلف الطرق المطلوب إجراؤها والعوامل المطلوب تحديدها لإستكمال معرفة الخواص الخطرة للغبار والخواص الخطرة لأبخرة السوائل والغازات .

وسنورد هنا أهم العوامل التى تحدد خطورة كل من المواد السائلة القابلة للإشتعال والغبار .

فهناك طرق مختلفة لتحديد الخواص الخطرة للمواد السائلة القابلة للإشتعال أهمها درجة الوميض ودرجة إشتعال البخار وأقل تركيز متفجر والحد الأعلى لانفجار بخار السائل ، وكلما زاد البخر وقلت درجة الوميض وقلت درجة حرارة الإشتعال واتسع مدى الإنفجار بين أقل تركيز متفجر والحد الأعلى كلما زادت خطورة السوائل القابلة للإشتعال ، ولذلك تأتى السوائل القابلة للإشتعال فى ترتيبها قل المواد الصلبة القابلة للإشتعال .

كما أنه من الضرورى تحديد الكثافة النوعية لأبخرة السوائل والتى يمكن من خلالها معرفة كيفية إنتشار الأبخرة والغازات ، فإذا كانت أقل من واحد فإن البخار أو الغاز يتصاعد لأعلى ، وإذا كانت حوالى واحد فإن البخار أو الغاز ينتشر فى الجو المحيط وإذا كانت أكثر من واحد فإن البخار أو الغاز يهبط لأسفل ، وهناك جداول متعددة توضح هذه الخواص وتتناول تعريف درجة الوميض والإشتعال … إلخ .

كما تتناول تعريف درجات خطورة هذه المواد من حيث قابليتها للإشتعال وكذلك من حيث قابليتها لتوليد الضغط ( الانفجار ) وكذلك المواد المناسبة للإطفاء ، ويتضمن تعريفا آخر بالخطر الذى يمكن أن تتعرض الصحة له (Health Hazard  ) .

متضمنا أمام كل مادة رقم لدرجة الخطورة وفقا لتقسيم الهيئة القومية الأمريكية للحريق .

  • وهناك طرق مختلفة لتحديد الخواص الخطرة للغازات القابلة للإشتعال أهمها .

درجة الإشتعال وأقل تركيز متفجر والحد  الأعلى الذى لا يحدث عنده انفجار ، والكثافة النوعية للغازات والتى يمكن من خلالها معرفة كيفية إنتشار الغاز ، والقوة الناجمة عن الانفجار .

درجة الإشتعال وأقل تركيز متفجر والحد الأعلى الذى لا يحدث عنده انفجار ، والكثافة النوعية للغازات والتى يمكن من خلالها معرفة كيفية إنتشار الغاز ، والقوة الناجمة عن الانفجار .

ومن خلال تحليل البيانات والمعلومات يمكن تحديد درجة الخطورة ، وهناك جداول كثيرة تضم هذه البيانات .

  • وهناك اختبارات للمواد الصلبة القابلة للإشتعال وجداول تحديد خواصها الثرموكيماوية وخواصها الخطرة ، إلا أنه من المعروف أن طرق إختبار قابلية المواد الصلبة للإحتراق لا تعطى دلالات واضحة ومؤكدة عن مدى خطورة هذه المواد ودرجات خطورتها لأن نتائج الإختبارات تتوقف على حالة المادة الصلبة التى يجرى عليها الإختبار ، وبذلك فإن النتائج كثيرا ما تكون غير متجانسة وغير مؤكدة .

وقد ثبت فى السنوات الأخيرة أن غبار المواد الصلبة متجانس وأن تحديد الخواص الخطرة لغبار المواد الصلبة يعطى دلالات واضحة على درجة خطورة هذه المواد .

  • وهناك إختبارات لقابلية غبار هذه المواد ( DUST ) للإنفجار وتحدد هذه الإختبارات خواصه الانفجارية وقوة الانفجار الناجمة عن انفجار الغبار وأقل تركيز متفجر والحد الأعلي الذى لا يحدث عنده انفجار ، ويمكن حساب ذلك أيضا بالحسابات النظرية ، كما يتم تحديد قابلية الغبار للانفجار بمصادر الإشتعال المختلفة كالشرر الكهربائى والشرارات الأستاتيكية ومصادر للإشتعال الأخرى ، كما أنه من الضرورى تحديد درجة إشتعال الغبار .

وقد نشرت معلومات كثيرة وجداول تحتوى على كثير من النتائج التى يمكن من خلالها تقييم ومعرفة مدى خطور المواد الصلبة القابلة للإشتعال فعلى سبيل المثال كلما قلت درجة إشتعال الغبار كلما زادت خطورته .

ونظرا لأن موضوع انفجارات غبار المواد الصلبة للإشتعال موضوع جديد وقليل ما نشر عنه بالعالم العربى فسنتناول فيما يلى بالإيضاح وبإيجاز شديد الموضوع بما يعطى نبذة واضحة عن انفجارات الغبار

ما هو الغبار المتفجر وإحصائية عن حوادث انفجارات الغبار :

لقد ثبت بالبرهان القاطع أنه حيثما توجد أى مادة صلبة قابلة للإشتعال أو الإحتراق – Com

Bustible material كالقطن أوالخشب أو اللبن أو السكر أو الأرز أو الذرة … ألخ فى كميات كبيرة فإنه يتواجد دوما معها غبار هذا المادة وأينما وجد هذا الغبار فإنه يصاحب وجوده دوما خطر حدوث انفجار للغبار Dust Explosion وإذا ما انفجر هذا الغبار المتكون فغالبا ما يؤدى إلى حدوث سلسلة أخرى من الانفجارات والحرائق نتيجة تكون غبار آخر بعد الحريق .

والغبار هو جزيئات ترابية دقيقة جدا من المواد الصلبة والتى تتواجد معلقة فى الهواء على هيئة سحابة Dust cloud أو تتواجد في طبقة متراكمة Dust Layer يسهل إثارتها وعمل سحابة الغبار السالف الإشارة إليها .

وفى إحصائية عن حوادث انفجارات الغبار فى الولايات المتحدة وحدها ثبت أـن 300.000 مصنع يتعرض لخطورة حدوث انفجارات الغبار وقد تبين من حصر الحوادث التى وقعت بالولايات المتحدة وحدها فى الفترة من 1860 إلى 1954 أن 950 انفجارا قد حدث نتيجة انفجار الغبار نجم عنه خسارة قدرها 90 مليون دولار و 600 قتيل هذا بخلاف انفجارات مناجم الفحم التى لم تدخل فى الإحصائية وجدير بالذكر أنه فى إحدى انفجارات مناجم الفحم وحدها فقد 1100 قتيل نتيجة انفجار أحد مناجم الفحم ومثل هذه الحوادث كثير جدا وقوعها .

ما هو انفجار الغبار :

يمكن تعريف انفجار الغبار بأنه حدوث مفاجئ وسريع لمعلقات الغبار مع الهواء مع ارتفاع سريع فى الضغط نتيجة لإرتفاع درجة حرارة الغازات الناتجة عن حريق الغبار ، والضغط الناتج من انفجار الغبار قد يكفى  لتدمير الأجهزة والمعدات وكثيرا ما يسبب تداعى المكان الذى به الأجهزة .

ومن خواص انفجار الغبار أنه إذا حدث انفجار للغبار فيمكن أن يقود إلى سلسلة أخرى من الانفجارات المتتالية نتيجة تولد سحابات أخري من غبار المواد المحترقة أو المتفجرة .

متى يحدث انفجار الغبار :

من الثابت علميا أن غبار المواد الصلبة القابلة للإحتراق إذا ما تواجد فى تركيز معين مع الهواء أو الأكسجين وإذا ما وجد وسيلة الإشعال المناسبة فإنه ينفجر أى أنه كى يحدث انفجار للغبار فيلزم توافر ثلاث عوامل وهى :

  • تركيز معين من الغبار المتواجد على شكل سحابة .
  • هواء أو أكسجين .
  • وسيلة الإشعال .

وتعتمد وسائل الأمان الكفلة بملافاة انفجارات وحرائق الغبار على التحكم فى هذه العوامل لإمكان منع الانفجار قبل وقوعه أو التحكم فيه فى حالة حدوثه لأسباب خارجة عن الإرادة والسيطرة عليه فى حالة وقوعه .

العوامل التى تؤثر على قابلية الغبار للانفجار :

أن قابلية الغبار للانفجار وقوة الانفجار الناجم عنه تعتمد إعتمادا كبيرا على عدة عوامل منها ما يختص بالغبار نفسه ومنها ما يعتمد على الجو الموجود فيه الغبار ومنها ما يتوقف على مصدر الإشعال المتسبب فى انفجار الغبار

هذا وجدير بالبيان والذكر أن قابلية الغبار للانفجار وخواصه الانفجارية يتأثرا تأثرا كبيرا بمصادر الإشعال ، فعلى سبيل المثال تتأثر قابلية الغبار للانفجار وخواصه الانفجارية تأثرا ملحوظا بدرجة حرارة وطاقة وسطح ومصدر الإشعال والزمن الذى يلامس فه الغبار هذا المصدر ، وبصفة عامة فإن كثيرا من أنواع الغبار المختلفة تتفجر بسرعة أكبر بواسطة اللهب المباشر أو الأسطح الساخنة عن انفجارها بواسطة الشرارات الكهربية وهنا تجدر الإشارة إلى أنهه أحيانا ما تكون قابلية بعض المواد للإشتعال أو الانفجار بواسطة الشرارة الكهربية أكثر كثيرا من قابليتها للانفجار بواسطة الأسطح الساخنة كالسكر .

تحديد خواص الغبار الانفجارية :

توجد عدة إختبارات معملية يمكن اجراؤها على غبار المواد المختلفة لمعرفة مدى قابليتها للإشتعال والانفجار وبالتالى تحديد وسائل الأمان والوقاية من تلك الانفجارات ويلزم تحديد الخواص الآتية للغبار .

  • حجم جزئيات الغبار .
  • درجة إشتعال الغبار .
  • نسبة الرطوبة .
  • التركيز اللازم لحدوث انفجار الغبار .
  • الحد الأقصى للضغط الناجم عن الانفجار .
  • أقل نسبة أكسجين لازمة لمنع حدوث انفجار الغبار وتحديد هذه النسبة من أهم العوامل التى تحدد درجة خطورة الغبار والظروف الأمنة لإستخداماته .

هذا وقد أمكن فى السنوات الأخيرة تقدير بعض هذه العوامل من الحسابات النظرية كالتركيز اللازم للإنفجار والضغط الناشئ عنه بل ويتجه رأى كثير من العلماء الأن للأخذ بما وصلت إليه هذه الحسابات إمعانا فى الأمان والوقاية .

موجز لوسائل وطرق الوقاية من انفجارات الغبار :

تتركز وسائل الأمان والوقاية من حدوث انفجارات الغبار فى الآتى

  • العمل على تقليل تكون سحب الغبار المتفجر فى المصانع وأماكن تخزين المنتجات الزراعية .
  • استبعاد جميع مصادر الإشعال من الأماكن المحتمل تواجد غبار بها .
  • اتخاذ الخطوات الملائمة للسيطرة على الانفجار أو الحريق فى حالة حدوثه وتحديده وعدم انتشاره .

وتتناول وسائل وإختبارات الأمان لمنع حدوث انفجارات الغبار وضع التصميمات المناسبة للمصانع وعمل الماكينات واختبارها وعمل فتحات مناسبة لتحديد الانفجار وحصره وإستعمال الغازات الخاملة فى حالة الضرورة لذلك ، كما تتناول إختبارات الأمان إختبارات التأكد من نظافة المبنى وخلوه من الغبار وتحديد النسبة المتواجد بها إذا وجد الغبار لظروف خارجة عن الإرادة وإختبار الماكينات دوريا للتأكد من عدم وجود مصادر إشعال ناجمة عنها فمثلا يمكن أن ينفجر الغبار نتيجة رمان البلى الساخن وكذا التأكد من مطابقة الوصلات الكهربية للمواصفات العالمية التى وضعتها الهيئة العامة للمواصفات الكهربية العالمية بالنسبة للوصلات الكهربية المستخدمة فى أماكن معرضة لانفجار الغبار ، والتأكد دوريا من سلامة هذه التوصيلات ، كما يلزم إجراء الإختبارات اللازمة من إيصال الوصلات الكهربية بالأرض ، وإجراء الإختبارات اللازمة للتأكد من عدم تولد شرارات كهربية إستاتيكية حيث ثبت أنها مصدر كبير من مصادر الخطورة التى تتسبب فى إنفجارات الغبار

وقد أصدرت الهيئة القومية الأمريكية للوقاية من الحريق كتيبا خاصا عن معرفة الخواص الخطرة للمواد من حيث قابليتها للإشتعال وقابليتها للانفجار والخطورة من حيث الصحة .

ويتضمن الجدول الخاص بدرجات خطورة المواد تحديد ثلاث عوامل للخطورة يندرج تحتها خمسة تصنيفات أو ترقيمات تتدرج وفقا لدرجة الخطورة كما هو مبين بالجدول الموضح وتشمل تلك العوامل :

العمود الأول :

الخطورة من حيث الصحة وتحديد نوع التعرض للإصابة .

العمود الثانى :

معرفة الخطورة من حيث قابليتها للإشتعال وتشمل خمسة درجات .

العمود الثالث :

معرفة الخطورة من حيث قابليتها للتفاعل وتوليد الضغط وتشمل خمسة درجات وتتدرج الخطورة فى كل عمود بتدرج تنازلى حتى رقم صفر وفقا لخطورتها كما هو موضوح بالجدول .