انفجار غباري

مصادر الغبار

وفي السياق ذاته، لدعم الاحتراق السريع، يجب أن يتكون الغبار من جزيئات صغيرة جدًا ذات مساحة سطح عالية نسبة إلى الحجم، مما يجعل مجموع مساحة الأسطح لجميع الجسيمات كبيرة جدًا مقارنة بمساحة سطح الجزيئات الأكبر. يُعرَّف الغبار بأنه مسحوق ذو جسيمات يقل قطرها عن 500 ميكرومتر، الغبار ذو الجزيئات الأصغر يمثل خطرًا أكبر بكثير من الغبار ذوق الجسيمات الخشنة بفضل مساحة السطح الكلية الأكبر لجميع الجسيمات.

ومن جهة أخرى، يمكن أن ينشأ الغبار المتفجر من أنشطة مثل نقل الحبوب، وغالبًا ما يتم تدمير صوامع الحبوب بشكل عنيف. يؤدي استخراج الفحم إلى تكوين غبار الفحم، وبالمثل تحتوي مطاحن الدقيق على كميات كبيرة من غبار الدقيق نتيجة طحن القمح. دمر انفجار هائل لغبار الدقيق مطحنة في منيسوتا في 2 مايو 1878، مما أسفر عن مقتل 18 عاملاً في واشبورن إيه ميل وأربعة آخرين في المباني المجاورة. حدثت كوارث مماثلة في مناشر الخشب والأماكن الأخرى المخصصة لأعمال النجارة.

وفي هذا السياق، منذ ظهور الإنتاج الصناعي على نطاق واسع لتصنيع المساحيق المعدنية وهي من المواد الرئيسية المستعملة في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (AM) في عام 2010 أصبحت هناك حاجة متزايدة لمزيد من المعلومات والخبرات لمنع الانفجارات الغبارية والحرائق الناجمة من انتشار غبار بودرة المعادن أثناء تصنيع العناصر بواسطة الليزر أو خلال معالجتها بطرق الانصهار الأخرى.

من جانب آخر، هناك الكثير من المواد الشائعة القابلة للاحتراق تستطيع أن تولد انفجارات غبارية مثل الفحم ونشارة الخشب. يمكن كذلك أن يسبب انتشار غبار الكثير من المواد العضوية العادية سحابة غبار خطيرة، مثل الحبوب والدقيق والنشا والسكر والحليب المجفف والكاكاو والقهوة وحبوب اللقاح. يمكن أن تشكل البودرة الناعمة للمعادن (مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم) معلقات متفجرة في الهواء.

في هذا الإطار، على الرغم من أنه ليس غبارًا بالتعريف الدقيق، إلا أن جزيئات الورق المنبعثة أثناء المعالجة - خاصة اللف أو إعادة فتح الورق الملفوف، التسوية وقطع الأطراف الزائدة، قطع الأوراق..ألخ- من الممكن أن تقود إلى خطر الانفجار الغباري. عادةً ما تحافظ مناطق مصانع الورق المغلقة المعرضة لمثل هذه الأخطار على رطوبة هواء عالية جدًا لتقليل فرصة انفجار غبار الورق المنتشر في الهوء.

وعلى صعيد آخر، في عروض المؤثرات النارية، يعتبر مسحوق الليكوبوديوم ومبيض القهوة وسيلتين شائعتين لإنتاج تأثيرات حريق آمنة نستطيع التحكم بها.

تعريف

وفي السياق ذاته، يمكن تصنيف الانفجارات الغبارية على أنها إما «أولية» أو «ثانوية». قد تحدث الانفجارات الغبارية الأولية داخل الحاويات ومعدات العمل ويتم التحكم فيها بشكل عام عن طريق تخفيف الضغط من خلال مجاري مبنية لهذا الغرض تصل إلى الجو الخارجي. الانفجارات الغبارية الثانوية هي نتيجة تراكم وانتشار الغبار داخل المبنى مرة أخرى نتيجة للانفجار الأولي مما يؤدي إلى انفجار أكثر خطورة يمكن أن يؤثر على الهيكل الإنشائي بأكمله. تاريخياً، الدمار الكبير والوفيات المرافقة له كانت بسبب الانفجارات الغبارية الثانوية.

ومن ناحية أخرى، في حالة حدوث احتراق سريع في مكان محصور، يمكن أن تتراكم ضغوط زائدة هائلة، مما يتسبب في أضرار كبيرة في الهيكل الإنشائي مع توليد حطام متطاير. يمكن أن ينتج عن الإطلاق المفاجئ للطاقة من «الانفجار» موجة صدمة تحدث إما في الهواء الطلق أو في مكان محصور. إن كانت سرعة انتشار اللهب بسرعة أقل من سرعة الصوت، فإن هذه الظاهرة تسمى أحيانًا «الاحتراق»، ومن الشائع استخدام كلمة «انفجار» للتعبير عن الظاهرتين.

مصادر الاشتعال

من جهة ثانية، تفريغ إلكتروستاتيكي (مثلًا، حزام ناقل مُركب بشكل غير صحيح، والذي يمكن أن يعمل مثل مولد Van de Graaff)

وفي السياق ذاته، هناك الكثير من مصادر الاشتعال ولا يلزم وجود لهب لحدوث الاحتراق: أكثر من نصف انفجارات الغبار في ألمانيا في سنة 2005 كانت من نتيجة حوادث لا علاقة لها باللهب. تشمل المصادر الشائعة للاشتعال ما يلي:

دراسات حالة OSHA لانفجارات الغبار

حماية المصانع ومنشآت الحبوب من مخاطر انفجار الغبار:

معدات مراقبة المخاطر - الاختيار والتركيب والصيانة

ندوات حول سلامة الغبار القابل للاحتراق

ومن جهة أخرى، http://www.hse.gov.uk/pubns/books/hsg103.htm - نصائح HSE (المملكة المتحدة) بشأن التعامل الآمن مع الغبار القابل للاحتراق.

نتائج الانفجارات الغبارية

في هذا الإطار، يمكن أن يتسبب الانفجارالغباري في حدوث أضرار جسيمة للهياكل الإنشائية والمعدات والأفراد بسبب الضغط الزائد العنيف أو تأثيرات الموجات الصدمية. يمكن أن تتسبب الأجسام والحطام المتطاير نتيجة الانفجار المزيد من الأضرار. كما يمكن أن تؤدي الحرارة المشعة الشديدة الناتجة عن الكرة النارية إلى إشعال المناطق المحيطة بها أو التسبب في حروق جلدية شديدة في الأشخاص غير المجهزين بوسائل حماية من النار. يمكن أن يسبب النضوب المفاجئ للأكسجين في مكان مغلق بإحكام الاختناق للموجودين في داخله. عندما يكون أساس الغبار الكربون -كما هو الحال في منجم الفحم- قد يولد الاحتراق غير الكامل كميات كبيرة من أول أكسيد الكربون الذي يمكن أن يتسبب في وفيات أكثر مما سببه لانفجار الأصلي إلى جانب إعاقة محاولات الإنقاذ.

حوادث ملحوظة

وفي هذا السياق، تعتبر السحب الترابية مصدرًا شائعًا للانفجارات، حيث تسبب ما يقدر بنحو 2000 انفجار سنويًا في أوروبا. يسرد الجدول الأحداث البارزة في جميع أنحاء العالم.

• انظر كذلك
• نسبة الهواء إلى الوقود
• سلاح حراري
• المراجع

الحماية والتخفيف من الأضرار

علاوةً على ذلك، تستبعد بعض الصناعات الأكسجين من عملياتها وهو إجراء احترازي يُعرف باسم «الخمول». عادةً ما يستعمل النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون أو الأرجون، وهي غازات غير قابلة للاحتراق يمكن أن تحل محل الأكسجين. تُستعمل نفس الطريقة كذلك في الخزانات الكبيرة حيث يمكن أن تتراكم الأبخرة القابلة للاشتعال. سلبية استخدام الغازات الخالية من الأكسجين هي وجود خطر اختناق العمال.

وعلى صعيد آخر، تساعد ممارسات التدبير المنزلي الجيدة مثل التخلص من تراكم رواسب الغبار القابلة للاحتراق والتي يمكن أن تنتشر في الهواء وتؤدي إلى انفجار ثانوي على التخفيف من حدة المشكلة.

• ترطيب
• تخفيض تركيز المؤكسد
• تنفيس الاحتراق
• احتواء ضغط الاحتراق

من جانب آخر، أفضل الإجراءات الهندسية في هذا المجال يمكن العثور عليها في الكود NFPA: معايير الغبار القابل للاحتراق للجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA):

علاوةً على ذلك، تم إجراء الكثير من الأبحاث في أوروبا وأماكن أخرى لفهم كيفية السيطرة على هذه المخاطر لكن لا تزال الانفجارات الغبارية تحدث. نعرض الأفكار التالية لجعل مراكز الإنتاج والمصانع أكثر أمانًا.

وفي هذا الصدد، في صناعة استخراج الفحم، يمكن أن يؤدي انفجار غاز الميثان إلى انفجار غبار الفحم، والذي يمكن أن يدمر حفرة المنجم بأكملها. كإجراء احترازي يتم نشر غبار الحجارة غير القابلة للاحتراق على طول طرق المناجم، أو يتم تخزينه في صواني معلقة من السقف، لتخفيف نسبة غبار الفحم المنتشر في الهواء نتيجة موجة الصدمة إلى قيمة لا يمكن أن يحترق فيها. يمكن كذلك رش المناجم بالماء لمنع الاشتعال.

ومن جهة أخرى، غالبًا ما يستعمل العمال الذين يحتاجون إلى الإضاءة في الأماكن المغلقة حيث يكون الانفجار الغباري خطرًا كبيرًا مصابيح مصممة للغواصين تحت الماء، حيث لا يتعرضون لخطر إصدار شرارة مفتوحة بسبب تصميمها المحكم المقاوم للماء.

وجود مصدر اشتعال

وجود منطقة محصورة - كبناء مغلق مثلًا

تركيز المواد

إضافةً إلى ذلك، من الصعب تحديد الحد الأدنى والحد الأقصى لتركيز المواد القابلة للاحتراق في الهواء التي تسبب بحدوث الانفجار الغباري، تملك المراجع المختلفة أرقام متباينة لهذه المحددات، تتراوح مستويات التراكيز النموذجية في الهواء من بضع عشرات من الجرامات / م 3 للحد الأدنى، إلى بضعة كجم / م 3 للحد الأقصى. مثلًا، تم تحديد LEL لنشارة الخشب بين 40 و 50 جرامًا / م 3 . يتغير هذا الحد بتغير الكثير من العوامل بما في ذلك نوع المواد المستعملة.

إضافةً إلى ذلك، لا يحدث الانفجار الغباري عندما يكون تركيز المواد في الوسط المؤكسد أقل من قيمة الحد الأدنى لحدوث الانفجار (LEL) بسبب عدم وجود غبار كافٍ لدعم الاحتراق بالمعدل المطلوب للانفجار. يُعتبر تركيز المواد القابلة للاشتعال عند 25٪ أو أقل من الحد الأدنى للإنفجار آمنًا. وبالمثل: إذا زادت نسبة الوقود في الهواء فوق الحد الأعلى لحدوث لانفجار (UEL) سيتم استهلاك العامل المؤكسد قبل الوصول إلى حالة احتراق مستمر.

انتشار الغبار في الهواء بتركيز عالي

وجود عامل مؤكسد (عادة الأكسجين الجوي)

المؤكسد

إضافةً إلى ذلك، عادةً يكون الأكسجين الجوي العادي كافيًا لدعم الانفجار الغباري في حالة توفرالظروف الضرورية الأخرى. تعتبر البيئات عالية الأكسجين أو البيئات التي يتوفر فيها الأكسجين النقي خطرة بشكل خاص، وكذلك البيئات التي تتوفر فيها الغازات المؤكسدة القوية مثل الكلور والفلور. كذلك، يمكن أن تزيد معلقات المركبات المؤكسدة مثل البيروكسيدات والكلورات والنترات والبيركلورات وثنائي كرومات من خطر حدوث الانفجار في حالة وجود مواد قابلة للاحتراق كذلك.

قمع الاحتراق

تنفيس الاحتراق من خلال جهاز احتجاز الغبار وإيقاف اللهب

اشتعال الذاتي

إضافةً إلى ذلك، من الصعب غالبًا تحديد المصدر الدقيق للاشتعال عند التحقيق بعد حدوثه. عندما يتعذر العثور على مصدر، غالبًا ما يُعزى الاشتعال إلى الكهرباء الساكنة. يمكن أن تتولد الشحنات الساكنة من مصادر خارجية، أو يمكن أن تتولد داخليًا عن طريق احتكاك أسطح الجسيمات نفسها أثناء اصطدامها أو تحركها فوق بعضها البعض.

الشروط المطلوبة لحدوث الانفجارات الغبارية

غبار قابل للاشتعال

هناك خمسة شروط ضرورية لحدوث الانفجار الغبار:

آلية حدوث الانفجارات الغبارية

وفي هذا الصدد، يملك الغبار مساحة سطح كبيرة جدًا مقارنة بكتلته. ونظرًا لأن الاحتراق يمكن أن يحدث فقط على سطح المواد الصلبة والسائلة حيث يمكن للمادة القابلة للاحتراق التفاعل مع الأكسجين، فإن هذا السطح الكبير يجعل الغبار أكثر قابلية للاشتعال من المواد الخام في حالتها الطبيعية. مثلًا: كرة وزنها من مادة قابلة للاحتراق بكثافة 1 غرام/ سم 3 سيكون قطرها قرابة وتبلغ مساحتها . ومع ذلك إذا تم تقسيمها إلى جزيئات غبار كروية قطرها 50 ميكرومتر -نحو حجم جزيئات الدقيق- فستكون مساحة سطحها . تسمح مساحة السطح الكبيرة للمادة بالاحتراق بشكل أسرع، والكتلة الصغيرة للغاية لكل جسيم تسمح له بالاشتعال عند طاقة أقل بكثير من الطاقة اللازمة لاحتراق المادة في حالتها الطبيعية، حيث لا يوجد فقد حراري داخل المادة نتيجة الناقلية الحرارية.

إضافةً إلى ذلك، عندما يتم اشتعال هذا المزيج من الوقود والهواء -خاصة في مكان مغلق مثل المستودع أو الصوامع- تتولد زيادة كبيرة في الضغط غالبًا ما تكون أكثر من كافية لهدم الهيكل الإنشائي. حتى المواد التي يُعتقد تقليديًا أنها غير قابلة للاشتعال (مثل الألمنيوم) أو بطيئة الاحتراق (مثل الخشب) يمكن أن تنتج انفجارًا قويًا عند تقسيمها إلى جزيئات صغيرة حيث يمكنها أن تشتعل بواسطة شرارة صغيرة.

احتكاك

• قوس كهربائي من الآلات أو غيرها من المعدات
• الأسطح الساخنة (مثل المحامل شديدة الحرارة)
• نار