الانفجارات الغبارية .. متى تقع؟ وكيف نتجنّبها؟

تعدّ الانفجارات الغبارية (Dust Explosions) من أسوأ المخاطر التي تواجه أي صناعة ينتج عنها غبار (مطاحن الحبوب، مصانع السكر، بعض الصناعات المعدنية، وغيرها). لا يمكن التهاون أبداً في إجراءات الوقاية من هذه الانفجارات، فكثيراً ما تكون مدمرة جداً، على الرغم من إمكانية تجنّبها بمجرّد فهم أسبابها والالتزام بقواعد العمل.

وهنا نشدّد على ضرورة استشارة المختصّين، وعدم الاكتفاء بالكتب والإرشادات العامّة.

1 ■ متى تقع الانفجارات الغبارية؟

كما نعلم، يتطلّب نشوب الحرائق العاديّة ثلاثة شروط هي:

• الوقود.
• الأوكسجين.
• مصدر للإشعال.

يُطلق مصطلح الحريق الغباري (dust fire) إذا كان الوقود غباراً قابلاً للاشتعال (يكون الغبار قابلًا للاشتعال إذا كانت مادّته قابلة للاشتعال بحدّ ذاتها).

أمّا الانفجار الغباري (dust explosion) فيقع عند توافر شرطين إضافيين هما:

• انتشار الغبار.
• المكان المغلق.

لن ندخل في تفاصيل الشروط الخمسة، فمثلًا:

← لا بدّ من انتشار الغبار بتراكيز معيّنة لكي يقع الانفجار. ← لا يقتصر مصطلح “المكان المغلق” على الأوعية أو الغرف محكمة الإغلاق، بل يشمل أي مكان يمكن أن يرتفع الضغط فيه (صالات الإنتاج مثلًا).

ولكن، لماذا ينفجر الغبار إذا توفرت بقية الشروط؟

يعود السبب إلى المساحة الكبيرة التي تتمتع بها أسطح جسيمات الغبار، فعند تفتيت أي مادة سنحصل على مساحة أكبر. يمكن تشبيه ما يحدث بالمثال التالي:

 نأخذ قطعة خشب كبيرة ونُضرم النار فيها، ونراقب سرعة الاحتراق. طبعاً، سيكون الاحتراق أسرع إذا قسّمنا القطعة الكبيرة إلى قطع صغيرة (وستكون عملية الإشعال أسهل).

لنتابع التقسيم والتفتيت وصولاً إلى حالة الغبار، ولنبعثر هذا الغبار في الهواء (لتكون كامل أسطحه مُحاطة بالأوكسجين)، فما الذي يحدث إذا تعرّض الغبار لأي مصدر إشعال ولو كان صغيراً؟

بات الجواب واضحاً، سيكون اشتعال الغبار عنيفاً وسريعاً جداً، ويمكن وصف الحالة بالانفجار.

وللتنويه، يوجد أكثر من تعريف للغبار القابل للاشتعال.

ما الفرق بين الانفجارات الغبارية الأولية والثانوية؟

يُطلق مصطلح “الانفجار الغباري الأولي” على انفجار أي غبار إلّا إذ كان الغبار متطايراً للتوّ بسبب قوّة عصف انفجار غباري آخر أو أي قوّة أخرى.

بات واضحاً أنّ “الانفجار الغباري الثانوي” يقع بعد تطاير الغبار المتراكم على الأرضيات والمعدّات (حيث يتطاير الغبار بسبب قوّة عصف الانفجار الغباري الأوّلي أو لأسباب أخرى أهمها الرياح القوية).

في كثير من الأحيان، تكون الانفجارات الغبارية الثانوية أكثر ضرراً من الانفجارات الغبارية الأولية.

هنا تبرز أهمية الحفاظ على نظافة الأرضيات والمعدّات وكل ما يمكن أن يصل الغبار إليه.

2 ■ لنتعلّم من أخطاء غيرنا:

لا يمكن إحصاء كل الانفجارات الغبارية على مستوى العالم. سنكتفي في هذه الفقرة بعدد قليل جداً من الحوادث دون أن نخوض في تفاصيلها:

a● انفجار صومعة حبوب في مرفأ اللاذقية – عام 2005:

الخسائر البشرية: وفاة 16 عاملًا. الخسائر المادية: تدمير المبنى الملاصق للصومعة، وانهيار البرج المعدني المجاور المؤلّف من سبعة طوابق.

أجمعت لجان التحقيق أن سبب الانفجار الغباري هو الغبار المتناثر عن القمح مع توافر بقية الشروط، وقد صدرت عدّة توصيات أهمها وجوب الالتزام التامّ بنظافة أماكن العمل.

 

b● انفجار مطحنة قمح إيطالية – عام 2007:

اسم المطحنة: Cordero. الخسائر: وفاة 5 عمال، دمار هائل في مبنى المطحنة. الحادثة:

في ذلك اليوم، بدأ العمال بنقل كمية من الطحين إلى إحدى الشاحنات، ولكنهم نقلوا كمية زائدة قليلاً، فاضطروا لتشغيل نظام النقل الهوائي لإعادة الكمية الزائدة إلى الصوامع (عبر تركيب خرطوم مطاطي).

وهنا بدأت الكهرباء الساكنة بالتشكّل على جسيمات الطحين الراجع (بسبب احتكاك الطحين مع جدران الخرطوم، ولم يكن هناك تأريض لتفريغ الشحنات).

وما أن حدث تماس بين الطحين الراجع والأنبوب الفولاذي التابع للصومعة حتى نتجت شرارة تفريغ كبيرة كانت كافية لوقوع الانفجار الضخم.

 

c● انفجار مصنع أمريكي للأدوات الصيدلانية – عام 2003:

اسم المصنع: West Pharmaceutical Services. الخسائر: وفاة 6 عمال، دمار هائل في المصنع أدّى إلى إغلاقه نهائياً.

يُنتج المصنع المنكوب عدداً من الأدوات الطبية، وقد وقعت الحادثة في قسم صناعة المكابس المطاطية الخاصّة بالمحقنات عندما انفجر غبار البولي ايتيلين.

الحادثة:

في إحدى مراحل التصنيع، يتم غمر المكابس المطاطية في مزيج سائل يحوي على بودرة فائقة النعومة من البولي ايتيلين (يهدف استعمال البولي ايتيلين إلى تخفيض قوى الالتصاق بين المكابس المطاطية والمواد الدوائية في المحقنة).

وبعد عملية الغمر، يتمّ تجفيف المكابس المطاطية بواسطة تيّارات من الهواء، ممّا يؤدي إلى تناثر بقايا البودرة في الجوّ وتراكمها مع مرور الزمن على أحد الأسقف المعلقة في المصنع والتي يصعب تنظيفها.

ونظراً للدمار الكبير، لم ينجح المحققون في تحديد مصدر إشعال البودرة المتراكمة، ولكنهم لاحظوا أن المعدّات الكهربائية القريبة لم تكن مخصّصة للعمل في أجواء الغبار.

تذكير: من الضروري جداً إغلاق أي مكان يصعب تنظيفه ويمكن للغبار أن يصل إليه.

 

d● انفجار مصنع أمريكي لصناعة عجلات الألمنيوم – عام 2003:

اسم المصنع: Hayes Lemmerz International. الخسائر: وفاة عامل واحد، ضرر كبير في المعدّات.

يوزّع المصنع المنكوب ما ينتجه من عجلات الألمنيوم إلى العديد من مصانع السيارات، تظهر في الصورة المجاورة بعض العجلات من موقع الحادثة.

مجريات الحادثة:

قبل عدّة ساعات من الانفجار: شبّ حريق داخل أنبوب يصل إلى ساحبة الدخان، ولم يكن موقع الحريق غريباً على العمّال فسارعوا إلى إغلاق نظام تزويد رقائق الألمنيوم الجافّة، وقاموا بعدّة إجراءات لنقل المواد المحترقة إلى الخارج (من خلال ساحبة الدخان)، وكانت النتيجة انتهاء الحريق.

قبل عشر دقائق من الانفجار: أعاد العمّال تشغيل نظام تزويد رقائق الألمنيوم الجافّة، وقد لاحظ أحدهم سقوط الرقائق من أحد الصناديق المُركّبة على أنبوب مُجمِّع الغبار. لم يكن هناك متسعاً من الوقت لاتّخاذ أي إجراء فلم تمضِ سوى لحظات قليلة حتّى وقع الانفجار الضخم.

مُجمِّع الغبار:

يُرجّح أن بداية الانفجار كانت من مُجمِّع الغبار السالف الذكر، وذلك وفقاً لتحقيقات مكتب السلامة الكيميائية (CSB) الأمريكي.

تحذر العديد من الدراسات العالمية من خطورة معدّات الحدّ من انتشار الغبار، إذ قد تكون بحدّ ذاتها سبباً للانفجارات.

مصدر الإشعال:

لم ينجح المحقّقون في تحديد مصدر الإشعال بدقّة، فهناك عدّة احتمالات نذكر أهمّها:

• تفاعل الثرميت:

Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

حيث ينتج عن التفاعل طاقة حرارية كبيرة.

ذكر العمّال أنهم لاحظوا سابقاً وصول بعض الأدوات المعدنية كالبراغي إلى داخل الآلات (ممتزجة مع رقائق الألمنيوم)، يمكن لتفاعل الثرميت أن يبدأ عند اصطدام إحدى الأدوات الحديدية الصدئة بأحد جدران مُجمِّع الغبار.

• شرارة الاصطدام:

قد تكون شرارة الانفجار الأولى ناجمة عن اصطدام إحدى الأدوات الفولاذية بأحد الأسطح (كما ذكرنا، لاحظ العمّال وصول بعض الأدوات إلى داخل الآلات). أظهرت التحقيقات عدم مرور رقائق الألمنيوم الجافّة من خلال أي جهاز فصل مغناطيسي.

• انفراغ الكهرباء الساكنة.
• عطل في إحدى الدارات الكهربائية.
• المواد المحترقة أو الأسطح الساخنة.

e● انفجار مصنع أمريكي لمعالجة بقايا الزركونيوم – عام 2010:

الشركة صاحبة المصنع: AL Solutions. الخسائر: وفاة 3 عمال، دمار هائل في المصنع.

إلى يوم الحادثة، كان المصنع ينتج أقراصاً مضغوطة من الزركونيوم ليتمّ بيعها فيما بعد إلى مصانع الألمنيوم.

ولتصنيع هذه الأقراص، كانت تُشترى بقايا الزركونيوم من عدّة مصادر، ومن ثم تخضع للمعالجة (من خلال عدّة عمليات كالطحن والمزج والكبس).

الحادثة:

سمع العمّال صوتاً قوياً مصدره صالة المازج والمكابس، وقد أوحى الصوت باصطدام أو سقوط شيئاً ما، وعلى الفور وقع الانفجار واندلعت النيران. كان واضحاً للمحققين أن غبار الفلزات هو المسؤول عن الانفجار، فماذا حدث؟

على الأرجح، كانت بداية الانفجار من المازج (وكان حاوياً على كمية زائدة من الزركونيوم، ولم يكن غطاؤه مغلقاً كما يجب).

أمّا الاحتمال الأقوى لمصدر الإشعال فهو حرارة الاحتكاك الحاصل بين الشفرة والجدران في المازج (وقع الاحتكاك بسبب عطل).

3 ■ الوقاية:

كما ذكرنا في الفقرة الأولى، تقع الانفجارات الغبارية عند توافر خمسة شروط هي:

← قابلية الغبار للاشتعال (أن تكون مادّة الغبار بحدّ ذاتها قابلة للاشتعال). ← انتشار الغبار بتراكيز معينة. ← انتشار الغبار في مكان مغلق. ← توافر كمية كافية من الأوكسجين. ← تعرّض الغبار لمصدر إشعال.

تعمل وسائل الوقاية على منع أو تقليل الشروط الخمسة السابقة، وبذلك يمكننا فهم الإجراءات التالية:

◄ استعمال المعدّات التي تحدّ من انتشار الغبار: هناك الكثير من الأنواع، وقد تكون مصدراً للخطر بحدّ ذاتها إذا لم يتم تركيبها أو صيانتها بشكل صحيح.

◄ الحدّ من مصادر الإشعال، ومنها نذكر:

□ الأسطح الساخنة. □ عمليات التلحيم. □ السجائر. □ المآخذ والقواطع الكهربائية. □ انفراغ الكهرباء الساكنة: قد لا ينتبه البعض إلى إمكانية تشكّل الكهرباء الساكنة على الأسطح المختلفة بما في ذلك جسيمات الغبار أو أي نوع من المعدّات. (لنتعلّم من أخطاء غيرنا ← الحادثة b)

تكمن الخطورة في الشرارات الناجمة عن تفريغ الكهرباء الساكنة.

◄ الصيانة الدائمة للمعدّات، مثل:

□ الحفاظ على النظافة بشكل صارم. □ الصيانة الكهربائية الدورية لشبكة الكهرباء (مآخذ، قواطع، …). □ صيانة النواقل، فقد يؤدي توقف النواقل إلى تراكم المواد في أماكن معيّنة، وقد تتعرّض هذه المواد إلى ضغط مرتفع يكفي لتبعثر غبارها في المكان المحيط. □ يؤدي الاحتكاك في بعض الأماكن الغير متوقعة إلى درجات حرارة مرتفعة قد تكفي لوقوع الانفجار الغباري إذا توافرت باقي الظروف. (لنتعلّم من أخطاء غيرنا ← الحادثة e) □ قد يؤدي انفلات الوصلات أو اهتراء الجوانات إلى انتشار الغبار في أماكن خطرة.

◄ تصنيف مناطق العمل (مباني، معدّات) وفقاً لظروف تشكّل غمامات الغبار فيها.

◄ التأكّد من صنف المعدّات المستعملة في أماكن انتشار الغبار، سواء أكانت هذه المعدّات كهربائية أم ميكانيكية. من الواضح أنّ تصنيف المعدّات يتعلّق بتصنيف مناطق االعمل.

◄ استعمال الغازات الخاملة للحد من تأثير الأوكسجين (تشكّل هذه الغازات مصدراً للخطر إذا لم يتم تركيب المعدّات أو صيانتها بشكل صحيح).

◄ تجنّب تركيب المعدّات في الأماكن المغلقة (قدر الإمكان).

◄ أدوات الكشف المبكّر عن الجسيمات الخطرة (كالظاهرة في الصورة المجاورة):

يتمّ عادة تركيب هذه الأدوات في بعض المواقع (كالأنابيب والأوعية)، وتهدف إلى الكشف المبكر عن الجسيمات الساخنة التي قد يؤدي مرورها إلى انفجارات داخل المعدّات (في مُجمِّعات الغبار مثلاً).

يترافق تركيب هذه الأدوات مع  تركيب أدوات الإطفاء الذاتية.

◄ الحدّ من أثر الانفجار إن وقع:

يجب مراعاة الكثير من الأمور أثناء بناء المنشآت واختيار المعدّات، ومن هذه الأمور:

□ تركيب صمّامات أوتوماتيكية تعمل على وقف تدفق المواد القابلة للاشتعال إلى الأماكن الخطرة. □ تركيب صمّامات تنفيس تفتح تلقائياً عند تعرّضها إلى ضغط معيّن. □ إيجاد نقاط ضعف مدروسة بحيث تتمزّق عند ضغط معيّن، أي تكون بمثابة فتحات تنفيس، وبذلك نتجنّب الانهيار الكامل أو الجزئي للمباني والمعدّات.

يظهر في الصورة المجاورة لوحاً مركباً على إحدى المعدّات ولكنّه سينفكّ من مكانه عند تعرّضه لضغط معيّن.

◄ التأكد من تطبيق التشريعات المحلية والعالمية فيما يخص إجراءات الأمان.

◄ التعلّم من تجارب الغير، واستشارة الشركات المختصة.

 4 ■ المزيد:

a ● الحفاظ على النظافة أمر هام جداً:

نعود ونشدّد على أهمية النظافة، فكما ذكرنا في الفقرة الأولى، تقع الانفجارات الغبارية الثانوية بسبب الانتشار المفاجئ للغبار، وكثيراً ما تكون الانفجارات الغبارية الثانوية أكثر ضرراً من الانفجارات الغبارية الأوّلية. نعرض فيما يلي بعض الأمور التي يجب اتّباعها:

□ منع تراكم الغبار على المعدّات والأرضيات. □ تنظيف فتحات التهوية باستمرار. □ من الأفضل أن تكون منصات وسلالم الصيانة ثابتة قدر الإمكان (التجهيزات المتحركة غير عملية على المدى الطويل). □ إغلاق أي مكان يصعب تنظيفه ويمكن للغبار أن يصل إليه. تُلزم الكثير من التشريعات حول العالم بهذا الإجراء. (لنتعلّم من أخطاء غيرنا ← الحادثة c). □ في كثير من المؤسسات، لا يكون واضحاً من هي الجهة المسؤولة عن متابعة شؤون النظافة، وهذا يخلق بعض التراخي في العمل. يجب وضع إجراءات واضحة وعملية لتطبيق برامج النظافة. □ على الجميع أن يدرك أن النظافة ليست قضية جمالية فقط.

b ● معدّات الحدّ من انتشار الغبار:

لا بُدّ من دراسة كل تفاصيل العمل قبل تركيب هذه المعدّات، إذ أنّ اختيار المناسب منها وتركيبها في الأماكن الصحيحة ليس بالأمر السهل.

أهمّ أنواع المعدّات المستخدمة:

□ الفلاتر. □ المُرسِّبات الكهربائية. □ أجهزة الفصل الدوامية (الإعصارية)، وتُعرف أيضاً بالسيكلونات.

للتذكير:

□ يمكن للكهرباء الساكنة أن تتشكّل على جسيمات الغبار المتناثرة في الجو، وقد يكفي انفراغ هذه الكهرباء لوقوع الانفجار. □ في كثير من الحوادث، كانت المعدّات السابقة هي المشكلة بحدّ ذاتها، بسبب اختيارها الخاطئ أو إهمال صيانتها. على سبيل المثال، تُشكّل مُجمِّعات الغبار وسطاً مناسباً جداً لوقوع الانفجارات (لوجود الكثير من الغبار في داخلها). (لنتعلّم من أخطاء غيرنا ← الحادثةd). □ من الأفضل أن نتّبع طرقاً تصنيعية ينتج عنها الغبار بأقل كميّات ممكنة، فيخفض ذلك من المخاطر المحتملة ومن تكاليف معدّات الحدّ من انتشار الغبار.

c● التصنيف:

هناك عدة طرق لتصنيف المناطق والمعدّات المُعرّضة لخطر الانفجار، سواء أكان الانفجار غبارياً أم لا. يفيد التصنيف في تحديد نوعية المعدّات التي يمكن استخدامها بأمان.

سنتحدّث قليلاً عن الطريقة الأوروبية:

المناطق الغبارية:

تعتمد الطريقة الأوروبية على أمرين هما سرعة تشكّل غمامات الغبار القابلة للانفجار، وتكرار تشكّل هذه الغمامات.

Zone 20: هي المنطقة التي تتواجد فيها غمامة الغبار القابلة للانفجار بشكل مستمر أو متكرّر جداً أو لفترات طويلة. مثال عن هذه المنطقة: الفراغات داخل الصوامع.

Zone 21: هي المنطقة التي تتواجد فيها غمامة الغبار القابلة للانفجار بشكل مؤقت أثناء ظروف العمل العادية. تشمل الأماكن القريبة من Zone 20.

Zone 22: هي المنطقة التي لا تصلها غمامة الغبار القابلة للانفجار أثناء ظروف العمل العادية إلا نادراً ولفترات قصيرة. تشمل الأماكن الأكثر بعداً عن Zone 20.

يوجد أيضاً تصنيف خاص بالمناطق الغازية.

المعدّات:

من الواضح أننا بحاجة إلى معدّات أكثر أماناً عند التعامل مع المواد القابلة للاشتعال، إذ يكفي أي مصدر إشعال لوقوع الانفجار في حال توافر بقية الظروف.

يتم وضع الرمز “Ex” على المعدّات المُجهّزة للعمل في المناطق المُعرّضة للانفجار (سواء أكانت المناطق غبارية أم غازية، وسواء أكانت المعدّات كهربائية أم ميكانيكية)، ويقترن الرمز عادةً مع معلومات أخرى سنذكر منها:

رقم الهيئة:

يعتمد الاتحاد الأوروبي عدّة هيئات (Notified Bodies) مهمّتها التأكد من أنّ المعدّات مُصنّعة وفقاً للمعايير المطلوبة. تقوم الشركة الصانعة للمعدّات بوضع رقم يدلّ على الهيئة الفاحصة، وفيما يلي بعض الأمثلة:

الهيئة	الرمز
DEKRA EXAM GmbH	0158
TÜV NORD CERT GmbH	0044
SIRA CERTIFICATION SERVICE	0518
CESI	0722

تصنيف المعدّات وفقاً لمكان تواجدها:

وفقاً للتوجيه الأوروبي ATEX، يتمّ تصنيف المعدّات إلى مجموعتين رئيسيتين (Groups) تنقسمان إلى عدّة فئات (Categories):

درجة الحرارة:

ويُقصد بها درجة الحرارة العظمى التي يمكن أن تتعرّض لها الأسطح الخارجية للمعدّات:

درجة الحرارة العظمى	الرمز
450°C	T1
300°C	T2
200°C	T3
135°C	T4
100°C	T5
85°C	T6

نمط الحماية:

تختلف المعدّات عن بعضها باختلاف نمط حمايتها، أي باختلاف تصميمها الذي يضمن عدم تحوّلها إلى مصادر إشعال. لكل نمط حماية رمز خاص به، ومن الرموز الكثيرة نذكر: iD وpD وtD.