چرا از ابزارهای بدون جرقه در محیط‌های خطرناک استفاده کنیم؟

درک محیط‌های خطرناک و خطرات اشتعال

محل‌های خطرناک کلاس ۱ تقسیم‌بندی ۲ چیستند؟

مکان‌های کلاس ۱ تقسیم‌بندی ۲ یا C1D2 مطابق با انجمن ملی حفاظت از حریق (NFPA) به مکان‌هایی اشاره دارند که مواد قابل اشتعال مانند گازها، بخارات یا مایعات ممکن است به دلیل عواملی مانند خرابی تجهیزات یا هنگام انجام کارهای نگهداری و تعمیرات، برای مدت کوتاهی ظاهر شوند. برخلاف مناطق تقسیم‌بندی ۱ که در آن مواد خطرناک همواره وجود دارند، این مناطق C1D2 تنها تحت شرایط خاصی دارای خطر بالقوه هستند. این مناطق معمولاً در پالایشگاه‌های نفت، واحدهای فرآوری شیمیایی و هر جایی که سوخت ذخیره می‌شود دیده می‌شوند. باید در اینجا پروتکل‌های ایمنی به دقت رعایت شوند تا از ایجاد جرقه و اشتعال در عملیات روزمره مانند تعمیر شیرها یا بازرسی داخل مخازن ذخیره جلوگیری شود. اگرچه خطر همیشگانی نیست، ولی هر زمان که کارگران وارد این فضاها می‌شوند، لازم است برنامه‌ریزی دقیق و اجرای محتاطانه‌ای صورت گیرد.

خطر اشتعال ناشی از جرقه در محیط‌های قابل اشتعال

ابزار فولادی معمولی تمایل دارد جرقه هایی تولید کند که حدود 10 میلی جول (mJ) انرژی را حمل می کنند که در واقع برای روشن کردن هیدروژن در فقط 0.017 mJ یا متان نیاز به 0.28 mJ کافی است. به همین دلیل بسیاری از صنایع به جایگزین های غیر شعله دار تبدیل می شوند که از مواد خاص مانند بریلیوم مس یا آلومینیوم برنز ساخته شده اند. این ابزارهای جایگزین جرقه های بسیار ضعیف تری را ایجاد می کنند که بسیار کمتر از آنچه باعث مشکلات احتراق می شود باقی می مانند. کارشناسان ایمنی واقعاً بر این نکته تاکید می کنند، زیرا آمارها نشان می دهد که حدود ۴۰ درصد از تمام آتش سوزی های صنعتی که می توان از آن جلوگیری کرد، به دلیل جرقه ها در محیط های خطرناک رخ می دهد که ممکن است گاز های قابل احتراق در آن حضور داشته باشند.

چگونه جرقه های ثابت و مکانیکی انفجار را تحریک می کنند

اصطکاک ناشی از فعالیت های عادی مانند کار با ابزار، برق ثابت را ایجاد می کند که گاهی اوقات به بیش از ۱۵۰۰۰ ولت می رسد. وقتی فلز به فلز برخورد می کند، جرقه ها در حدود 3500 درجه فارنهایت پرواز می کنند. این نوع جرقه ها وقتی که اکسیژن زیادی در اطراف شناور می شود یا بخار در هوا وجود دارد، بسیار خطرناک می شوند. به همین دلیل است که سازمان حفاظت و خدمات کاری قوانین سختگیرانه ای در مورد ابزار هایی که کارگران باید برای تعمیرات به فضاهای تنگ بیاورند، دارد. ابزارهای سنتی ممکن است به نظر بی ضرر باشند، اما حتی جرقه های کوچک می توانند مشکلات بزرگی را در مکان هایی که با چیزهایی مانند محصولات نفتی یا گاز دست و پنجه نرم می کنند، ایجاد کنند. تاسیسات که با این مواد کار می کنند باید خیلی مراقب این چیزها باشند.

ابزار غیر شعله دار چیست و چگونه کار می کند؟

تعریف و عملکرد ابزار غیر شعله دار

ابزارهای غیر جرقه‌زن در اشکال مختلفی آمده و معمولاً از آلیاژهای خاصی مانند برنز آلومینیوم، مس بریلیم و مس نیکل ساخته می‌شوند. این ابزارها به کاهش خطر آتش‌سوزی در مکان‌هایی که ممکن است گازهای قابل اشتعال، بخارات یا گردوغبار در حال پرواز باشند، کمک می‌کنند. تفاوت این ابزارها با ابزارهای فولادی معمولی قابل توجه است. مواد خاص کمترین اصطکاک را ایجاد می‌کنند و در واقع گرما را بهتر دفع می‌کنند، بدین معنا که هر جرقه‌ای که ایجاد شود، انرژی کمتری دارد. طبق تحقیقاتی که سازمان OSHA در سال 2023 منتشر کرده، استفاده از این نوع ابزارهای غیر جرقه‌زن در محیط‌های مستعد انفجار، احتمال اشتعال را در مقایسه با ابزارهای فلزی معمولی حدود ۹۲ درصد کاهش می‌دهد.

چگونه ابزارهای غیر جرقه‌زن از خطرات اشتعال جلوگیری می‌کنند

جلوگیری از انفجار به دو عامل اصلی بستگی دارد: مواد با اصطکاک بسیار پایین و هدایت حرارتی خوب. وقتی این ابزارها به چیزی برخورد می‌کنند، جرقه‌های تولید شده توسط آلیاژ آنها حاوی انرژی گرمایی بسیار کمتری نسبت به ابزارهای فولادی معمولی هستند. در واقع حدود ۲۵ درصد کمتر، که در محیط‌های صنعتی برای اشتعال گازهایی مانند متان یا هیدروژن تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. علاوه بر این، جنبه پراکندگی گرما نیز مهم است. طراحی این ابزارها به گونه‌ای است که گرما را پخش می‌کند و اجازه نمی‌دهد هیچ نقطه‌ای به اندازه کافی داغ شود تا باعث مشکلات احتراقی شود. این موضوع در محیط‌هایی که حتی جرقه‌های کوچک نیز می‌توانند منجر به شرایط خطرناکی شوند، اهمیت زیادی دارد.

افسانه در مقابل واقعیت: آیا ابزارهای ضد جرقه تمام جرقه‌ها را حذف می‌کنند؟

بسیاری افراد فکر می‌کنند که ابزارهای ضد جرقه کاملاً از ایجاد جرقه جلوگیری می‌کنند، اما این طور نیست. در واقع این ابزارها فقط احتمال بروز مشکل توسط جرقه را کاهش می‌دهند. برای مثال، ابزارهای ساخته شده از آلیاژ مس-بریلیوم همچنان می‌توانند در محیط‌های کم‌نور، جرقه‌های مرئی ایجاد کنند. با این حال، این جرقه‌ها انرژی حرارتی کافی برای رسیدن به دمای اشتعال اکثر مواد شیمیایی (که معمولاً بین ۴۵۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد است) را ندارند. ایمنی تنها به داشتن ابزار مناسب ختم نمی‌شود. کارگران باید رویه‌های خاصی را نیز رعایت کنند، مانند اطمینان از اینکه تمام ابزارها به درستی ارت شده‌اند و دور ماندن از تجهیزات آهنی یا فولادی هنگام کار با مواد قابل اشتعال. بدون رعایت این پیشگیری‌های اولیه، حتی بهترین ابزارهای ضد جرقه نیز نمی‌توانند از حوادث جلوگیری کنند.

مواد کلیدی: مس بریلیوم و برنز آلومینیومی

ویژگی‌های مس بریلیوم به عنوان یک ماده ضد جرقه

مس بریلیوم یا BeCu که اغلب به آن می‌گویند، در ساخت ابزارهای ضد جرقه برجسته است، زیرا ترکیب خاص آن از استحکام بسیار بالا (برخی انواع قبل از تغییر شکل حدود ۱۴۰۰ مگاپاسکال تحمل می‌کنند) و تمایل طبیعی بسیار پایین به ایجاد جرقه برخوردار است. هنگامی که این مواد مسی با سطوح دیگر برخورد می‌کنند، انرژی اشتعالی کمتر از ۱۰٪ نسبت به فولاد تولید می‌کنند. این موضوع در محیط‌هایی که حتی مقادیر نезدی بخار قابل اشتعال وجود دارد—گاهی اوقات تنها ۰٫۶٪ بر اساس ارزیابی‌های اخیر ایمنی NFPA 2023—بسیار مهم است. مزیت دیگر BeCu این است که حتی در شرایط یخبندان نیز انعطاف خود را حفظ می‌کند و در برابر خوردگی ناشی از آب شور مقاومت می‌کند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که این ماده هم در پلتفرم‌های نفتی دور از ساحل که با محیط‌های دریایی سختگیرانه دست و پنجه نرم می‌کنند و هم در انبارهای سرد که دماهای شدید رایج است، بسیار مفید باشد.

مزایای برنز آلومینیوم در کاربردهای با استحکام بالا

آلیاژهای برنز آلومینیومی در شرایط ساینده، حدود ۲۵٪ بهتر از فولاد ضدزنگ مقاومت می‌کنند و به همین دلیل بسیاری از صنایع از آنها برای تعمیرات شیرآلات و انواع تجهیزات معادن استفاده می‌کنند. خبر خوب تنها همین نیست. این مواد حرارت را با شدتی حدود ۴۰٪ کمتر از مس معمولی هدایت می‌کنند، بنابراین در طول جلسات طولانی سنباده‌زنی، گرمای کمتری تولید می‌شود. این موضوع اهمیت زیادی دارد، چون به جلوگیری از موقعیت‌های خطرناکی کمک می‌کند که در آن ذرات گرد و غبار ممکن است پس از رسیدن دما به بالای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد، به طور خودبه‌خودی مشتعل شوند؛ مطابق دستورالعمل‌های OSHA از سال گذشته. علاوه بر این، با رتبه سختی قابل توجه ۸۵ HRB، این آلیاژها حتی تحت بارهای سنگین بالاتر از ۱۰ کیلونیوتن نیز از شکل خارج نمی‌شوند و بهتر از همه، در حین انجام این کار جرقه تولید نمی‌کنند.

اموال	مس بریلیوم	برنج آلومینیومی	فولاد کربنی (برای مقایسه)
مقاومت کششی (Mpa)	1,200–1,400	600–900	400–550
هدایت حرارتی	۱۰۵ وات/متر·کلوین	۵۹ وات/متر·کلوین	50 وات/متر.کلوین
شدت جرقه	عدم اشتعال	اشتعال کم	اشتعال بالا

سازگاری مواد و مقاومت در برابر خوردگی در شرایط سخت

هر دو آلیاژ از نرخ خوردگی <15 میکرومتر/سال در محیط‌های pH 2 تا 12 طبق آزمون ASTM G31 پشتیبانی می‌کنند و در شرایط غنی از کلر، عملکرد بهتری نسبت به فولاد ضدزنگ دارند. مطالعه سازگاری مواد 2023 نشان داد که برنز آلومینیومی در تعمیرات لوله‌های پالایشگاه، مقاومت در برابر خوردگی ترکیبات گوگردی را 3 برابر بیشتر از آلیاژهای نیکل داشت — این یک مزیت حیاتی در کار با تجهیزات حاوی مرکاپتان است.

تحلیل اختلاف: نگرانی‌های سمیت مربوط به گرد و غبار مس بریلیمی

ابزارهای BeCu به خودی خود خطرناک نیستند تا زمانی که سالم باقی بمانند، اما مشکلات هنگام عملیات سنگ‌زنی پیش می‌آیند که ذرات ریز بریلیوم به هوا آزاد می‌شوند. این مقادیر اغلب بسیار فراتر از حد مجاز OSHA که تنها ۰٫۲ میکروگرم در متر مکعب است، می‌روند. طبق یک مطالعه اخیر NIOSH از سال گذشته، حدود سه‌چهارم محیط‌های کاری هنوز اقدامات کنترل گرد و غبار مناسبی برای این مواد ندارند. خوشبختانه گزینه‌های بهتری اکنون در دسترس هستند. برنز آلومینیومی به عنوان یک جایگزین مناسب برجسته شده است، زیرا به طور کامل خطرات بهداشتی ناشی از قرار گرفتن در معرض بریلیوم را از بین می‌برد. نکته جالب اینجاست که علیرغم ایمن‌تر بودن، این ماده تقریباً ۹ دهم خاصیت ضد جرقه‌ای را حفظ می‌کند که باعث محبوبیت BeCu در محیط‌های صنعتی مختلف شده بود.

کاربردهای اساسی در صنایع مختلف

ابزارهای ضد جرقه نقشی ضروری در بخش‌های پرخطر ایفا می‌کنند که در آن‌ها بخارات، گازها یا گردوغبار قابل اشتعال، محیطی انفجاری ایجاد می‌کنند. ترکیب مواد و طراحی تخصصی این ابزارها از واکنش‌های زنجیره‌ای فاجعه‌بار در حین تعمیرات و کارهای تولید حیاتی جلوگیری می‌کند.

نفت و گاز: جلوگیری از وقوع فجایع در حین تعمیر و نگهداری

تنظیمات معمولی شیرها، تعمیرات خطوط لوله و تمیزکاری مخازن در پالایشگاه‌های نفت اغلب با قرار گرفتن در معرض متان یا سولفید هیدروژن همراه است. استفاده از آچارها و سنگ‌زن‌های ضد جرقه در این کارها خطر اشتعال را حذف می‌کند و از حوادثی مانند آتش‌سوزی پالایشگاه تگزاس در سال ۲۰۲۲ که ناشی از استفاده از ابزارهای معمولی در تعمیر کمپرسور بود، جلوگیری می‌کند.

تولید مواد شیمیایی و برخورد با مواد فرار

انتقال حلال‌هایی مانند استون یا اکسید اتیلن نیازمند ابزارهایی است که در غلظت‌هایی معادل تنها ۱٫۲ درصد از حجم هوا، قادر به ایجاد جرقه نباشند. طبق بررسی‌های ایمنی شیمیایی، واحدهایی که از بازکننده‌های بشکه و قیچی بولت ضد جرقه استفاده می‌کنند، در طی پنج سال ۷۸ درصد کاهش در وقوع حوادث اشتعال داشته‌اند.

تولید دارویی در اتاق‌های تمیز مستعد انفجار

ضدعفونی با اتانول در اتاق‌های تمیز کلاس ۵ ISO باعث ایجاد بخارات قابل انفجار می‌شود. استفاده از پیچ‌گوشتی‌ها و ابزارهای گشتاور ضد جرقه، تعمیر و نگهداری ایمن از خشک‌کن‌های بستر سیال و دستگاه‌های درب‌بندی شیشه‌های دارو را بدون خطر از دست دادن بیش از ۲ میلیون دلاری محیط استریل به دلیل فعال‌سازی سیستم‌های سوسپانسیون ممکن می‌سازد.

تعمیرات تأسیسات و فضاهای محدود در حضور بخارات قابل اشتعال

تکنسین‌های فاضلاب که از ابزارهای بازکننده منفذ و قیچی کابل ضد جرقه استفاده می‌کنند، سالانه در ۸۵٪ موارد ورود به فضاهای محدود از آتش‌گیری متان جلوگیری می‌کنند. شهرداری‌هایی که این ابزارها را به کار گرفته‌اند، از سال ۲۰۲۰ کاهش ۴۱٪یی در آسیب‌های نیروهای امدادی را تجربه کرده‌اند (شورای ملی ایمنی تأسیسات).

رعایت مقررات ایمنی و بهترین روش‌ها برای استفاده از ابزارهای ضد جرقه

استانداردهای OSHA، ANSI و DOT برای استفاده از ابزار در محیط‌های خطرناک

نظارت‌کنندگان فدرال، پروتکل‌های سختگیرانه‌ای را برای ابزارهای غیر جرقه‌زا در محیط‌های انفجاری الزامی می‌دانند. بخش ۲۹ CFR 1910 سازمان OSHA الزامات طراحی را تعیین می‌کند، در حالی که استاندارد ISEA 121-2022 مؤسسه ANSI ترکیب مواد و آزمون ضربه را تنظیم می‌کند. وزارت حمل و نقل (DOT) ایمنی حمل و نقل را از طریق بخش ۴۹ CFR 173 اعمال می‌کند و استفاده از کیت‌های ابزار تخصصی برای کار با مواد خطرناک را الزامی می‌سازد. بازرسی‌های منظم و گواهی‌نامه‌های شخص ثالث، انطباق قوانین را تضمین کرده و خطر حوادث آتش‌سوزی و جریمه‌های نظارتی در صنایع پرخطر را کاهش می‌دهند.

‫سوالات متداول‬

محل‌های خطرناک کلاس ۱ تقسیم‌بندی ۲ چیستند؟

محل‌های کلاس ۱ تقسیم‌بندی ۲، مناطقی هستند که مواد قابل اشتعال ممکن است به دلیل خرابی تجهیزات یا فعالیت‌های تعمیر و نگهداری، برای مدت کوتاهی ظاهر شوند. برخلاف مناطق تقسیم‌بندی ۱، این خطرات به صورت مداوم وجود ندارند.

ابزارهای غیر جرقه‌زا چگونه از اشتعال جلوگیری می‌کنند؟

ابزارهای غیر جرقه‌زا که از موادی مانند برنز آلومینیومی یا مس بریلیمی ساخته می‌شوند، با تولید جرقه‌هایی با انرژی کمتر و پراکندگی بهتر گرما، خطر آتش‌سوزی را کاهش می‌دهند و احتمال اشتعال را به حداقل می‌رسانند.

آیا ابزارهای ضد جرقه کاملاً فاقد جرقه هستند؟

خیر، ابزارهای ضد جرقه همچنان ممکن است جرقه تولید کنند، اما جرقه‌های تولید شده انرژی حرارتی بسیار پایین‌تری دارند و به همین دلیل احتمال اشتعال مواد قابل اشتعال را کمتر می‌کنند.

آیا مس بریلیوم ایمن برای استفاده است؟

ابزارهای مس بریلیوم در صورت عدم آسیب دیدن ایمن هستند؛ با این حال، باید در فرآیندهایی مانند سنگ‌زنی احتیاط کرد و از قرار گرفتن در معرض گرد و غبار بریلیوم جلوگیری نمود، زیرا این ماده خطراتی برای سلامتی دارد.