كيف تمنع الأدوات غير المُولِّدة للشرارات مخاطر الانفجار؟

علم الاشتعال: لماذا تُشكِّل الشرر مخاطر بالغة الخطورة في الأجواء القابلة للاشتعال

عتبات الطاقة الدنيا اللازمة للاشتعال (MIE) للغازات، والأبخرة، والغبار القابل للاشتعال

لا تشتعل المواد إلا إذا وفّر شيءٌ ما، مثل الشرارة، طاقةً كافيةً لتخطّي ما يُسمى عتبة الطاقة الدنيا اللازمة للاشتعال (MIE)، والتي تُقاس بوحدة الملي جول (mJ). فعلى سبيل المثال، يتطلّب غاز الهيدروجين فقط ٠٫٠١٩ مللي جول لإشعاله، وفقًا لإرشادات NFPA لعام ٢٠٢٤. أما بخار الأسيتون فيتطلب حوالي ٠٫١٤ مللي جول قبل أن يشتعل. وتطرح جزيئات الغبار تحدياتٍ مختلفةً تمامًا: إذ تحتاج مسحوق الألومنيوم إلى نحو ١٥ مللي جول ليشتعل، بينما تبلغ العتبة الخاصة بغبار الحبوب حوالي ٣٠ مللي جول. وتُنتج أدوات الصلب العادية شراراتٍ أثناء التصادم، غالبًا ما تتجاوز طاقتها ١ مللي جول، أي ما هو أعلى بكثير من مستويات عتبة الطاقة الدنيا اللازمة للاشتعال (MIE) للعديد من أبخرة الهيدروكربونات. وهذا ما يفسّر أهمية الأدوات الخاصة غير المُولِّدة للشرارات، المصنوعة من سبائك النحاس-berylium، في بيئات معينة. فهذه الأدوات تحافظ على طاقة الاحتكاك الناتجة عند مستوى أقل من ٠٫٠٥ مللي جول، مما يضمن بقائها دون أدنى قيم عتبة الطاقة الدنيا اللازمة للاشتعال (MIE) الموجودة في الواقع. وإن الإلمام الجيّد بمدى قرب هذه القيم الفعلية من بعضها البعض يُحدث فرقًا كبيرًا في تجنّب الحوادث الخطيرة في مواقع العمل.

حالة فشل واقعية: كيف أدى استخدام أداة قياسية إلى شرارة تسببت في حادث كارثي في منشأة غازية

في عام ٢٠٢٢، تسبَّبت انفجارٌ مفاجئٌ للميثان في منشأة أنابيب في إحدى المناطق الوسطى بالولايات المتحدة الأمريكية بعد أن استخدم طاقم الصيانة مطرقة فولاذية عادية على صمام. وقد أدى الشرارة الناتجة عن هذه الفعلة البسيطة — والتي بلغت طاقتها نحو ٠٫٨ ملي جول وفق التقارير — إلى اشتعال الغاز الذي كان يتسرب منذ فترة طويلة. والنتيجة؟ أضرارٌ بلغت قيمتها نحو مليوني دولار أمريكي وإصابة أربعة عمال، وفق ما أشارت إليه هيئة السلامة الكيميائية العام الماضي. وعند التحقيق في الحادث، وجد الخبراء أن المطرقة المعدنية كانت قد أحدثت مناطق ارتفعت فيها درجة الحرارة إلى ما يتجاوز ١٢٠٠ درجة مئوية. وهذه الحرارة مرتفعةٌ بما يكفي لإشعال أي شيء في أي منطقة تحتوي على أبخرة قابلة للاشتعال. وما يجعل هذه الحالة بالغة الأهمية هو أنها وقعت في قسمٍ مُصنَّفٍ على أنه «منطقة من الدرجة الأولى، القسم الثاني» (Class I, Division 2)، أي أن استخدام أدوات خاصة غير مُولِّدة للشرارات هو الشرط الوحيد المسموح به هناك. وبعد أن استبدلت عدة شركات أدواتها القياسية بأدوات بديلة معتمدة وغير مُولِّدة للشرارات، لم تشهد أي حوادث مماثلة خلال ١٨ شهرًا كاملة. وهذا يُظهر بوضوح مدى التأثير الكبير الذي يمكن أن تحققه المواد المناسبة في منع هذا النوع من الحوادث عند تطبيقها بشكل صحيح في البيئات الصناعية.

هندسة المواد: كيف تزيل أدوات منع الشرر مصادر الاشتعال

سبائك النحاس-berylium والألمنيوم-برونز: حرارة احتكاك منخفضة ولا أكسدة طاردة للحرارة

تُصنع أدوات التخصص غير المُولِّدة للشرارات في الغالب من سبيكة بيريليوم النحاسية وبرونز الألومنيوم لمنع الشرارات التي قد تتسبب في نشوب حرائق. فما الذي يميز هذه الأدوات عن الأدوات المعدنية العادية؟ حسنًا، عند ضربها ضد الأسطح فإنها تُنتج حرارة أقل بكثير لأنها لا تتأكسد مثل المعادن القائمة على الحديد. ولا تحدث أي تفاعل كيميائي هنا، وبالتالي لا يوجد ما يمكن أن يشتعل حتى في وجود الأكسجين. ويتميَّز بيريليوم النحاس بقدرته الفائقة على تحمل عزم الدوران العالي دون أن يتآكل بسرعة. أما برونز الألومنيوم فيُستخدم بشكل أفضل في الأماكن التي يكون فيها الرطوبة موجودة باستمرار، مثل المناطق القريبة من المياه أو البيئات المعرَّضة لهواء مالح. وبالفعل، فإن طريقة عمل هذه الفلزات على المستوى الذري تؤدي إلى امتصاص طاقة التصادم بدلًا من تركها تتراكم حتى تُكوِّن مناطق ساخنة. وقد خضعت هذه الخاصية لاختبارات وفقًا للمعايير الصناعية مثل ASTM F1169. وبفضل هذه الخاصية الفريدة، يمكن للعاملين استخدام هذه الأدوات بأمان في المناطق التي تحمل شهادة ATEX، حيث تكون الأدوات الفولاذية العادية خطرة جدًّا بسبب احتمال إنتاج الشرارات.

تفنيد الخرافات: لماذا لا يعني مصطلح «غير حديدي» بالضرورة أن المادة «غير مشبّكة بالشرارات» — ودور الصلادة والبنية المجهرية

فقط لأن مادة ما ليست مصنوعة من الحديد لا يعني ذلك تلقائيًّا أنها آمنة من التسبب في الشرر. فخذ الفولاذ المجلفن كمثالٍ على ذلك. فعلى الرغم من احتوائه على طبقة من الزنك، فإن الفولاذ الكامن وراء هذه الطبقة لا يزال يتصرف مثل أي معدن عادي ويمكن أن يولِّد شرارات خطيرة عند احتكاكه بأسطح أخرى. أما العاملان الرئيسيان اللذان يُعوَّل عليهما حقًّا في منع حدوث الشرر، فينبغي أن يعمل أحدهما جنب الآخر. أولًا: يجب ألا تتجاوز صلادة المواد ٣٥ درجة حسب مقياس روكويل (HRC). ثانيًا: يجب أن تحافظ هذه المواد على بنية حبيبية متجانسة طوال تركيبها. أما السبائك التي تستوفي هذين الشرطين معًا — مثل النحاس الأصفر المُنقَّى جيدًا أو خليط البريليوم النحاسي المعتمَد خصيصًا — فهي تمنع تراكم الحرارة عند نقاط التلامس أثناء التصادمات. بل إن بعض أنواع سبائك الألومنيوم، وهي معدن غير حديدي من الناحية التقنية، تسببت فعليًّا في نشوب حرائق خلال تجارب خاضعة للرقابة، وذلك بسبب اشتعال أبخرة الأسيتون بفعل أسطحها الصلبة وميولها إلى التصدع المفاجئ. وقد وقعت العديد من الحوادث الصناعية في البيئات الخطرة المصنَّفة ضمن الفئة الأولى القسم الثاني (Class I Div 2) بالضبط بسبب اعتماد العمال فقط على ما إذا كانت الأدوات تحتوي على حديد أم لا، بدلًا من التحقق من بيانات الأداء الفعلية لها. ولذلك يلتزم معظم المتخصصين باستخدام مواد معتمدة وفق المواصفة القياسية ASTM F1169 عندما تكون السلامة هي الأولوية القصوى في الأجواء المتفجرة.

السلامة التشغيلية: التحكم في الاحتكاك والتأثير والكهرباء الساكنة أثناء الاستخدام اليومي للأدوات غير المُولِّدة للشرر

إن إدارة مخاطر الاشتعال باستخدام الأدوات غير المُولِّدة للشرر لا تقتصر على اختيار المادة فحسب، بل تتطلب اتباع ممارسات تشغيلية منضبطة. وتخضع السلامة في الواقع العملي لثلاثة عوامل مترابطة:

• التحكم في الاحتكاك : إن انزلاق الأدوات أو انسدادها يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السطح بسرعة؛ لذا فإن اختيار الحجم المناسب وتصنيف عزم الدوران يمنعان ارتفاع الحرارة غير المقصود.
• التخفيف من آثار التصادم : إن ضرب الأسطح بزوايا مائلة أو استخدام قوة مفرطة قد يُضعف سلامة السبيكة — حتى الأدوات غير المُولِّدة للشرر تُنتج حرارةً إذا أُسيء تطبيقها.
• التبديد الستاتي : يجب تأريض السبائك الموصلة كهربائيًّا عبر التعامل السليم معها والتلامس الصحيح مع سطح العمل، وذلك لتفريغ الشحنة الكهروستاتيكية بأمان قبل أن تصل كثافتها إلى مستويات خطرة.

يجب أن تكون الحفاظ على نظافة الأدوات وخلوها من التلوث أولوية قصوى للعاملين الذين يستخدمون مفاتيح ربط من نحاس البريليوم. فحتى كميات صغيرة جدًّا من غبار الحديد أو بقايا الجَلْخ العالقة على هذه الأدوات قد تُحدث شراراتٍ تشكِّل مخاطر جسيمة. كما أن فحص الأدوات بانتظام للبحث عن علامات التآكل أو البقع الصدئية أو الشقوق الدقيقة يكتسب أهمية كبيرة، لأن الأسطح التالفة تغيِّر طريقة عمل الاحتكاك وقد تدفع مستويات الطاقة إلى ما وراء الحدود الآمنة. وتخزين هذه الأدوات المتخصصة بشكل منفصل عن المواد القائمة على الحديد يحافظ على نظافتها وجاهزيتها للاستخدام. وبالمثل، فإن اختيار سبيكة المعدن المناسبة للمهمة المحددة يُحدث فرقًا كبيرًا؛ فعلى سبيل المثال، يُعدّ النحاس الألومنيومي أكثر كفاءة في التعامل مع صمامات التشغيل الصعبة مقارنةً بالخيارات الأخرى. وعند دمج هذه العادات الجيدة مع التدريب السلّامي السليم، نلاحظ انخفاضًا حادًّا في مخاطر الحرائق. ووفقًا لأبحاثٍ حديثة نُشِرت في مجلة «مواد الخطر» (Journal of Hazardous Materials) عام ٢٠٢٣، فإن العمال المدرَّبين يتعرَّضون لحوادث الاشتعال بنسبة أقل بنحو ٦٣٪ في المناطق الخطرة المصنَّفة ضمن بيئة «الفئة الأولى، القسم الثاني» (Class I Division 2).

الامتثال والثقة: الوفاء بالمعايير الخاصة بالأدوات غير المُولِّدة للشرارات في المواقع من الفئة الأولى، القسم الثاني

متطلبات NFPA 70E وASTM F1169 وCSA Z462 للشهادة والنشر في بيئة العمل

يتطلب نشر الأدوات غير المُولِّدة للشرارات في المواقع الخطرة الالتزام الصارم بالمعايير الدولية المعترف بها في مجال السلامة — ومنها معايير NFPA 70E وASTM F1169 وCSA Z462. وتضع هذه الإطارات متطلبات موضوعية قائمة على الاختبارات للحصول على الشهادات وللنشر في بيئات العمل من الفئة الأولى، القسم الثاني. ومن أبرز هذه المتطلبات:

• التحقق من أن سبائك الأداة لا تُنتج شرارات تتجاوز طاقة ٢٠ ميكروجول عند إخضاعها لاختبارات التصادم والاحتكاك القياسية — وهي قيمة أقل بكثير من أدنى حد معروف لطاقة الاشتعال الدنيا (MIE);
• التحقق من قدرة الأداة على تبديد الشحنات الساكنة ومدى سلامتها الهيكلية تحت الاستخدام المتكرر من قِبل جهة مستقلة؛
• توثيق تركيب المادة وصلابتها وتناغم تركيبها المجهرى.

عدم الامتثال يترتب عليه عواقب جسيمة: فالمنشآت التي تستخدم أدوات غير معتمدة تتعرض لعدد مخالفات تصل إلى ثلاثة أضعاف عدد المخالفات التي تتعرض لها المنشآت التي تحافظ على امتثالها الكامل للاعتماد (تقرير مراجعة السلامة لعام ٢٠٢٣). والاعتماد ليس إجراءً بيروقراطيًّا روتينيًّا، بل هو دليل تجريبيٌّ على أن الأداة تفي بالحدود الفيزيائية المطلوبة لقطع سلسلة الاشتعال في الظروف الواقعية.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي أقل طاقة ضرورية لإحداث الاشتعال (MIE)؟

أقل طاقة ضرورية لإحداث الاشتعال (MIE) هي أصغر كمية من الطاقة اللازمة لاشعال مادة ما، ويُقاس هذا المقدار بوحدة الملي جول (mJ).

لماذا تعد الأدوات غير الشررية مهمة؟

تُعد الأدوات غير المشبَّعة بالشرارات ضرورية جدًّا في البيئات الخطرة لأنها تقلِّل من خطر حدوث شرارات قد تؤدي إلى اشتعال أبخرة أو مواد قابلة للاشتعال، وبالتالي تمنع وقوع الحوادث.

من أي مواد تُصنع الأدوات غير المشبَّعة بالشرارات عادةً؟

تُصنع الأدوات غير المشبَّعة بالشرارات عادةً من مواد مثل سبيكة النحاس-berylium وألومنيوم البرونز، والتي تقلِّل من حرارة الاحتكاك والتفاعلات الأكسيدية.