مقالات عمومی
خطرات الکتریسیته ساکن در صنعت نفت
فهرست مطالب
خطر اصلی الکتریسیته ساکن، تخلیه جرقه ای و آرک فلشی است که می تواند مواد آتش زا را مشتعل کند یا حتی باعث انفجار شود. محصولات خطرناک در مکان های کلاس I از گازها، بخارات یا مایعات قابل اشتعال تشکیل شده اند. الکتریسیته ساکن به همراه گرمای بیش از حد می تواند این محصولات را مشتعل کند.
خطرات الکتریکی در صنعت نفت
منابع اشتعال اولیه صنعت نفت شعله های آتش، جرقه های الکترواستاتیک، جرقه ها یا قوس های الکتریکی و سطوح داغ هستند. اکثر فرآیند های صنعتی الکتریسیته ساکن تولید می کنند. در مکان های خطرناکی که همراه با گازها، بخارات یا مایعات قابل اشتعال هستند، الکتریسیته ساکن ممکن است باعث آتش سوزی یا انفجار شود. امروزه دانش کافی در مورد خطرات اشتعال ناشی از الکتریسیته ساکن در مکان های خطرناک وجود دارد، اکثر یافته ها ناشی از تجربه و تحقیقات در صنایع شیمیایی و نفت است. تحقیقات در زمینه ارائه اطلاعات در مورد پدیده های الکترواستاتیک ادامه دارد و فرآیند های جدید مورد بررسی قرار می گیرند تا روش های استاندارد و مناسب تری جهت کاهش خطر در شرایط بحرانی، تبیین شوند.
مروری کوتاه بر الکترو استاتیک
الکترواستاتیک بار الکتریکی ای است که بر روی اجسام انباشته یا ذخیره شده است، بار الکتریکی به دلایلی مانند اصطکاک و مالش اجزا داخلی به یکدیگر و یا دو جسم مختلف با یکدیگر، تولید و سپس ذخیره می شوند. بدن انسان نیز با مالش با محیط اطراف و حتی مالش بدن با لباس ها، تولید الکتریسیته ساکن می کند، در نتیجه، الکترواستاتیک در هر جایی و در هر جسمی می تواند تولید و ذخیره شده باشد. انرژی ذخیره شده می تواند بر حسب میزان آن، بسیار خطرناک باشد. این انرژی ذخیره شده تمایل به هم پتانسیل شدن با محیط اطراف و تخلیه خود دارد. در نتیجه در تماس با جسم رسانا با پتانسیل کمتر، احتمال تخلیه الکتریکی وجود دارد چراکه الکتریسیته ذخیره شده تمایل به هم پتانسیل شدن با اجسام و محیط اطراف خود با پتانسیل کمتر از خود دارد.
یک مثال از ذخیره و تخلیه الکتریسیته ساکن در بدن انسان هنگامی است که برای باز کردن درب منزل، کلید را درون قفل می اندازیم، احتمالن تجربه یک برق گرفتگی بسیار خفیف یا دیدن یک جرقه کوچک را داشته اید، این فرآیند مثالی از تخلیه الکترواستاتیکی است و در واقع انرژی ذخیره شده در بدن، از طریق درب در زمین تخلیه می شود و یا با زمین هم پتانسیل می شود.
در نتیجه دور از انتظار نیست که جرقه بخار قابل اشتعال یا مخلوط گاز و هوا را در محدوده غلظت قابل اشتعال، مشتعل کند.
شکل 1. تخلیه آرک فلش و جرقه بین الکترودهای کروی. تصویر از L. G. Britton، 1999.
واژه نامه اصطلاحات مفید
قبل از اینکه جلوتر برویم، بیایید معنای برخی از اصطلاحات مهم مربوط به مواد قابل اشتعال و احتراق مورد استفاده در صنعت نفت را برسی نماییم.
- مکان های خطرناک (طبقه بندی شده) (NEC): مکان هایی که ممکن است گازها، بخارات یا مایعات قابل اشتعال، گرد و غبار قابل احتراق و الیاف قابل اشتعال در غلظت کافی برای ایجاد آتش سوزی یا انفجار وجود داشته باشد.
- مکان های کلاس I :
مکان هایی که ممکن است خطر آتش سوزی یا انفجار به دلیل تجمع گازها، بخارات یا مایعات قابل اشتعال وجود داشته باشد.
- بخار: گازهای قابل اشتعال ساطع شده از سطح مایعات قابل اشتعال یا احتراق (مثلاً بخارات بنزین).
- نقطه اشتعال:
حداقل دمایی که در آن یک مایع با غلظت کافی، بخار تولید می کند تا مخلوطی قابل اشتعال با هوا در نزدیکی سطح مایع در ظرف آزمایش ایجاد کند. برای اینکه احتراق رخ دهد، یک مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق باید در نقطه اشتعال خود باشد.
- مایعات قابل اشتعال:
آنهایی که نقطه اشتعال آنها کمتر از 37.8 درجه سانتیگراد است.
- مایعات قابل احتراق:
آنهایی که نقطه اشتعال آنها در 37.8 درجه سانتیگراد یا بالاتر است.
- حد پایین اشتعال پذیری (LFL):
کمترین غلظت بخار یا گاز قابل اشتعال در هوا است که در زیر آن انتشار شعله در تماس با منبع احتراق رخ نمی دهد.
- حد بالایی اشتعال پذیری (UFL):
بالاترین غلظت بخار یا گاز قابل اشتعال در هوا است که در بالای آن انتشار شعله در تماس با منبع احتراق رخ نمی دهد. بالاتر از این غلظت، مخلوط برای سوزاندن یا آتش گرفتن”غنی” است.
- محدوده قابل اشتعال بخار یا گاز:
فاصله بین LFL و UFL. آزمایشات حد اشتعال، محدودیت غلظت مخلوط سوخت و هوا را در حضور منبع احتراق مناسب پیدا می کند.
- ذخیره کننده های الکتریسیته ساکن:
موادی که می توانند بارهای الکترواستاتیکی را برای مدت طولانی نگه دارند و آنها را در خود ذخیره نمایند.
- آرامش:
فرآیند ترشح.
- زمان استراحت یا تنفس:
زمان کاهش شارژ تا 37 درصد مقدار اولیه آن.
- رسانایی:
قابلیت مایع برای پخش بار الکترواستاتیکی. که بر حسب پیکوزیمنس بر متر (PS/m) بیان می شود.
- حداقل انرژی اشتعال (MIE):
حداقل انرژی مورد نیاز یک منبع اشتعال برای احتراق بخارها یا غبار، که بر حسب میلی ژول (mJ) بیان می شود. آزمایش های اشتعال پذیری حداقل انرژی یا دمایی را تعیین می کند که واکنش پذیرترین مخلوط سوخت و هوا را مشتعل می کند.
- بارگیری سوئیچ:
بارگیری یک محصول با فرار کم در مخزنی که قبلاً حاوی یک محصول با فرار بالا بوده است. این شامل مواردی مانند بارگیری دیزل، یک ژنراتور با استاتیک بالا در مخزنی است که قبلاً بنزین ذخیره شده است و بخارات قابل اشتعال از آن بنزین باقی می ماند.
- مثلث آتش:
سه شرط همزمان مورد نیاز برای وقوع آتش سوزی یا انفجار: سوخت (بخار یا گاز)، اکسیژن (هوا)، و منبع احتراق با انرژی کافی (جرقه یا شعله). نسبت سوخت و اکسیژن مورد نیاز به گاز یا بخار قابل احتراق بستگی دارد.
علل ایجاد استاتیک در مکان های خطرناک
شرایط مختلفی ممکن است باعث تولید الکتریسیته ساکن در مکان های خطرناک باشد :
- مایعات کم رسانایی که از طریق لوله یا شیلنگ جریان دارند.
- تکان خوردن مایعات در یک مخزن
- تانکرهای سوخت که بر روی تایرهای لاستیکی قرار دارند.
- خروج مایع با سرعت بالا از نازل ها
- ضربه بین جامدات
- ذرات جامد در مایعات
- پرسنل یا اشخاص
- آب
بیایید هر یک از این دلایل را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.
مایعات کم رسانا که از طریق لوله یا شیلنگ جریان دارند
بسیاری از فرآورده های نفتی وقتی از لوله ها و شیلنگ ها عبور می کنند، از جمله بنزین، نفت سفید، روغن های سوختی، سوخت جت، گازوئیل و موارد مشابه که رسانای الکتریکی ضعیفی هستند، می توانند از نظر الکتریکی، باردار شوند. معمولاً این بارهای ساکن نا ایمن نمی شوند مگر اینکه سرعت جریان زیاد باشد.
وقتی مایعی در امتداد لوله جریان دارد، دیواره لوله یون های آن را جذب می کند. این کار هم لوله و هم مایع را شارژ می کند. بارها سعی می کنند خنثی شوند و نزدیک به هم بمانند و یک لایه الکتریکی دوتایی تشکیل می دهند که شبیه صفحات خازن است.
مایع جاری با بار الکتریکی را می توان به عنوان جریان الکتریکی در نظر گرفت. اگرچه جریان کوچک و در حدود یک میکرو آمپراست، اما می تواند ولتاژی به اندازه کافی برای تولید جرقه ایجاد کند.
هنگام پمپاژ مایع با سرعت بالا و عبور آن از فیلترها (یک فیلتر می تواند از 10 تا 200 برابر شارژ بیشتر تولید کند) یا دریچه ها و اتصالات، بارهای ساکن افزایش می یابد. کاهش قطر لوله همچنین می تواند بارهای ساکن را افزایش دهد. لوله های نارسانا مانند PVC یا فایبرگلاس و بخش های جدا شده لوله های فلزی نیز به ایجاد بارهای ساکن کمک می کنند. ناخالصی هایی مانند اکسید فلز، آب و مواد شیمیایی، خاصیت تولید بار ساکن مایع را افزایش می دهند.
تلاطم یا تکان در یک تانک یا مخزن
پر شدن بیش از حد مخازن باعث ایجاد اصطکاک بین لوله تغذیه و مایع می شود ، خصوصا زمانی که تلاطم وجود دارد. هنگامی که از زمین عایق می شود، بارهای ساکن روی سطح مایع و روی پوسته مخزن دریافت کننده، جمع می شوند. جرقه ممکن است در سراسر سطح مایع و از بدنه مخزن به زمین یا یک جسم به زمین یا یک شخص به زمین ایجاد شود.
احتمال جرقه از مایع به دیواره مخزن به ویژگی های تولید بار ثابت محصول بستگی دارد. با یک ظرف فلزی عایق شده، جرقه زدن از سطح مایع، صرف نظر از رسانایی مایع، می تواند یک خطر اساسی باشد. پر شدن پاشش و تجمع قطرات غبار ریز می تواند بارهای استاتیکی با مقدار کافی ایجاد کند تا منبع را آماده اشتعال یا انفجار نماید.
کامیون های تانک روی عایق های لاستیکی
مخازن فلزی که روی یک پایه غیر رسانا قرار دارند می توانند بارهای ساکن ایجاد کنند، عمدتاً زمانی که از بالای مخزن پر شوند.
بارهای استاتیک در مخزن تانکرها یا توسط محصول در حال پر شدن یا توسط مالش لاستیک ها به جاده تولید می شود. با این حال، خطر شارژ از طریق لاستیک های جاده ای با کربن کم است، زیرا شارژ به سرعت از طریق لاستیک ها در زمین تخلیه می شود و در عرض چند ثانیه پتانسیل را به سطح ایمن کاهش می دهد.
نگرانی اصلی شارژ در حین انتقال مایع است زیرا ممکن است بین دریچه بالای مخزن و لوله پر کننده جرقه بزند. بسیاری از رویداد های تانکرها شامل بارگیری سوئیچ است. حذف بخارات قابل اشتعال باقیمانده قبل از بارگیری مایعات با رسانایی کم، حیاتی است.
خروج مایع با سرعت بالا از نازل ها
نازل های جت بصورت ویژه ای در معرض افزایش بارهای ساکن هستند. سرعت جریان بالا باعث افزایش پاشش در داخل مخزن می شود و تولید بار استاتیک را تقویت می کند. محدود کردن نرخ جریان در خط پر کردن مخزن و نازل های تخلیه، سطح بیشتری از محافظت در برابر الکتریسیته ساکن اضافی را فراهم می کند.
تاثیر بین جامدات
تاثیر ذرات جامد بر روی صفحات مخزن مانند سندبلاست و شاتکریت.
ذرات جامد در مایعات
ته نشین شدن قطعات لجن و زنگ در مخازن.
پرسنل
انسان هایی که در این مکان های خطرناک کار می کنند ممکن است منبع اشتعال باشند. بدن انسان قابلیت ذخیره مقدار زیادی از الکتریسیته ساکن در خود را دارا می باشد، با توجه به تماس پرسنل یا اشخاص با بدنه مخازن و محیط اطراف، انتقال انرژی بین انسان و مخزن، دو از ذهن نیست.
آب
مقادیر کم آب می تواند باعث تجمع خطرناک بارهای ساکن شود. همچنین، شستشو با استفاده از آب و اسپری های آتش نشانی می توانند بار کافی برای احتراق مواد قابل اشتعال را ایجاد کنند.
یک منبع اشتعال ممکن است جرقه ای باشد که توسط تخلیه الکتریسیته ساکن از غبار ذرات ریز آب با سرعت بالا از یک سر فشار بالا ایجاد می شود. هنگامی که قطرات آب در کف مخازن می نشیند، شارژ استاتیک نیز اتفاق می افتد. آتش سوزی برخی از مخازن توسط الکتریسیته ساکن ایجاد شده در هنگام استفاده از فوم در نازل های آتش نشانی یا مانیتورهای راه دور ایجاد شده است. در نتیجه دور نگاه داشتن تمام فرآورده های نفتی تا حد امکان از آب ضروری است.
بررسی نکات کلیدی
خطر اصلی الکتریسیته ساکن در مخلوط گاز، بخار یا هوای قابل اشتعال، تخلیه جرقه ای است که ممکن است باعث آتش سوزی یا انفجار شود. هنگامی که اقدامات احتیاطی صورت نگیرد یا نادیده گرفته شود، یک محصول خطرناک می تواند به راحتی مشتعل شود.
ارزیابی های کنونی خطر اشتعال ناشی از الکتریسیته ساکن بر اساس تجربه و تحقیقات صنعتی از کیفیت بالایی برخوردار است. یکی از راه های تولید الکتریسیته ساکن، تماس یا مالش دو جسم و جدا کردن سریع آنهاست. بارهای ساکن در صنعت نفت از منابع مختلفی ناشی می شود.
یک موقعیت رایج که بارهای ساکن را ایجاد می کند، جریان مایعات از طریق لوله ها و شیلنگ ها است. هنگامی که مایعات با رسانایی کم با سرعت بالا از طریق فیلترها پمپاژ می شوند، بارهای ساکن افزایش می یابد. ناخالصی هایی مانند آب، اکسید فلز و مواد شیمیایی نیز باعث افزایش تولید بار ساکن در مایعات می شوند.
پاشیدن و آشفتگی یک مایع در هنگام بارگیری یک مخزن باعث تولید بار الکترواستاتیک اضافی می شود و ممکن است جرقه ای بین لوله و مایع در حال افزایش رخ دهد. تانکرهای سوخت یا مواد قابل اشتعال، بارهای ساکن را جمع می کنند زیرا توسط عایق ها یا جدا کننده های لاستیکی از زمین جدا می شوند.
ارت الکترونیکی
ارت الکترونیکی سیستمی حفاظتی و مکمل سیستم اتصال زمین و ارتینگ می باشد، ارت الکترونیکی در سال 1386 به شماره 46660 در سازمان اختراعات و مالکیت معنوی به ثبت رسیده است و کلیه امتیازات مادی و معنوی آن به شرکت کنزا صنعت الموت منتقل شده است. عملکرد ارت الکترونیکی کنزا صنعت در حیطه ارت عملیاتی می باشد. ارت عملیاتی یا کلین ارت به روش اتصال به زمین سیستم ها و تجهیزات حساس کامپیوتری و الکترونیکی به سیستم ارت کلی اشاره دارد. در صنایع سنگین مانند صنعت کشور با شبکه از تجهیزات قدرت از یک سو و سیستم های حساس کامپیوتری و ابزار دقیق از سوی دیگر مواجه هستیم، یکی از مهمترین مشکلات در صنعت ارتینگ، طریقه طراحی سیستم زمین و عدم تداخل بدنه سیستم های حساس و سیستم های قدرت می باشد. بر اساس استاندارد ما ملزم به همبندی کامل و استفاده از یک سیستم زمین واحد هستیم به این معنا که از نظر استاندارد چه یک الکترود زمین اجرا شده باشد و چه چندین الکترود زمین اجرا شده باشد، در نهایت همگی در یک نقطه به هم متصل می شوند و در آن نقطه شینه یا ترمینال اصلی زمین نصب می شود و در نهایت از همان نقطه جهت اتصال به ارت های مختلف مانند ارت ایمنی (PEN)، ارت حفاظتی(PE)، ارت عملیاتی (FE) و ارت صاعقه گیر اقدام می نماییم. مشکلی که به وجود می آید تداخل ارتینگ سیستم های حساس و سیستم های عمومی و قدرت است. کاربرد ارت الکترونیکی کنزا صنعت در همین رابطه است، هدف از نامگذاری ارت الکترونیکی در واقع این است که نشان دهیم این سیستم ارتینگ سیستم های حساس کامپیوتری، الکترونیکی، سیستم های ابزار دقیق و تجهیزات مخابراتی را تامین می نماید. در واقع ارت الکترونیکی کنزا صنعت خود یک سیستم اتصال به زمین است و محل قرار گیری آن بین ترمینال اصلی زمین و سیستم های حساس می باشد. در واقع هدف تامین ” ارت عملیاتی ” می باشد. ارت الکترونیکی کنزا صنعت با کاهش امپدانس حلقه اتصال کوتاه به کمتر از یک اهم ، علاوه بر ایجاد شبکه ارتینگ با مقاومت بسیار پایین نسبت به زمین لوکال، اختلاف ولتاژ بدنه تجهیزات با زمین را به کمتر از یک ولت کاهش می دهد. مهمترین خصوصیت ارت الکترونیکی کنزا صنعت، عدم تغییرات امپدانس حلقه اتصال کوتاه در شرایط جوی مختلف است.
سخن پایانی:
همانطور که می دانیم، نمی توانیم از ذخیره الکتریسیته ساکن در اجسام مختلف و حتی بدن انسان ها و موجودات زنده، جلوگیری نماییم، شاید الکتریسیته ساکن در ظاهر قدرت کمی داشته باشد، ولی ذخیره شدن آن و تخلیه آن در محل با موادی خطرناک و قابل اشتعال می تواند فاجعه بهمراه داشته باشد. در نتیجه نیازمندحفاظت در مقابل آنها هستیم. علاوه بر نکاتی که در این مقاله مورد برسی قرار گرفت لازم است دو روش مطمئن را جهت جلوگیری از تخلیه بدون کنترل الکتریسیته ساکن، در نظر داشته باشیم.
- همبندی بر اساس استاندارد ها.
- استفاده از ارتینگ و سیستم های اتصال زمین صحیح .
روش اجرای همبندی و ارتینگ در هر صنعتی با توجه به محدودیت ها و شرایط آن صنعت، متفاوت است، البته مفهوم کلی، یکی است و هدف هم پتانسیل سازی کلیه تجهیزات و بخش های مورد نیاز با یکدیگر و سپس اتصال زمین صحیح آنها است. با استفاده و تبعیت از قوانین و استاندارد ها، می توانیم سطح خطر و تنش را پایین آورده و محیطی امن جهت کار و زندگی برای خود و اطرافیان، فراهم آوریم.