تصنيف المنطقة الخطرة للمنشآت العلوية في المنصات البحرية: ممارسة مجموعة الغاز وفئة درجة الحرارة ومدى المنطقة

المشكلة: رسومات التصنيف التي لم تعد تطابق السطح

معظم رسومات المناطق الخطرة في المنصات البحرية تكون دقيقة في يوم إصدارها. ثم تحصل الوحدة على جدار رياح جديد، أو يتم وضع قاعدة تحميل بجانب فاصل، أو تضاف غرفة بطاريات، أو يُعاد ضبط خامد التهوية. تبقى حدود المنطقة في الرسم كما كانت، لكن نمط تشتت الغاز الحقيقي قد تغير. يجد مفتشو Ex معدات تطابق الرسم ولكنها لا تطابق الخطر. ويجد مهندسو سلامة العمليات ملصق Zone 2 في مكان لم يعد فيه الانبعاث الصغير قادراً على التشتت.

العواقب عملية. فإما أن توضع معدات قابلة للاشتعال في موقع أصبح الآن Zone 1، أو أن يحصل سطح لم يحتج أبداً إلى معدات Ex ثقيلة عليها بأي حال. كلاهما مكلف. تغطي هذه المقالة كيف تحدد مصادر الانبعاث والتهوية وتدرجات التهوية حدود المناطق في أسطح المعالجة البحرية النموذجية، وكيفية اختيار مجموعة الغاز وفئة درجة الحرارة بمجرد معرفة المنطقة.

سياق المعايير والمتطلبات

الإطار هو نفسه أينما كنت تعمل، في بحر الشمال أو في أي مكان آخر:

• يغطي IEC 60079-10-1 تصنيف المناطق ذات الأجواء الغازية المتفجرة. وهو مبني على درجة الانبعاث، ودرجة التهوية وتوافرها، ونوع ومدى المنطقة الناتجين.
• يحدد IEC 60079-0 المتطلبات العامة لمعدات Ex، بما في ذلك الوسم حسب المجموعة وفئة درجة الحرارة ومستوى حماية المعدات.
• يغطي IEC 60079-14 تصميم واختيار وتركيب التمديدات الكهربائية في الأجواء المتفجرة.
• يغطي IEC 60079-17 فحص وصيانة التمديدات الكهربائية في الأجواء المتفجرة.
• يوفر IEC 60079-20-1 خصائص المواد (مجموعة الغاز، بيانات الاشتعال الذاتي) لتصنيف الغاز والبخار.
• يغطي API RP 505 تصنيف مواقع Class I و Zone 0 و 1 و 2 في المنشآت البترولية. ويعد API RP 500 هو المعادل لنظام Division.
• تتناول التوجيهات Directive 1999/92/EC تقييم مخاطر الانفجار في مكان العمل وتحديد المناطق. وتتناول التوجيهات Directive 2014/34/EU المعدات المطروحة في السوق للأجواء المتفجرة.

في نظام IEC، تعد المجموعة Group IIC (الهيدروجين، الأسيتيلين) هي الأكثر تطلباً وتطلب حماية المعدات الأكثر صرامة. في نظام NEC/API Division، تعد Group D هي الأكثر تطلباً. في الوحدات البحرية التي تحتوي على قواعد موردين من عدة مناطق، يعد خلط المعيارين أمراً شائعاً، وهو مصدر متكرر لأخطاء الاختيار.

كيفية اشتقاق المناطق

مصدر ودرجة التحرر

يبدأ تصنيف المناطق بتحديد كل مصدر للتحرر وتصنيفه:

• الدرجة المستمرة تعطي تحرراً مستمراً أو متوقعاً لفترات طويلة. وهذا يؤدي إلى المنطقة Zone 0.
• الدرجة الأولى تعطي تحرراً متوقعاً بشكل دوري أو عرضي في التشغيل العادي. وهذا يؤدي إلى المنطقة Zone 1.
• الدرجة الثانية تعطي تحرراً غير متوقع في التشغيل العادي، ويكون قصير الأمد إذا حدث. وهذا يؤدي إلى المنطقة Zone 2.

بعد ذلك، تقوم التهوية بتعديل هذه المنطقة الأساسية. وتشمل المصادر البحرية النموذجية ما يلي:

• نهايات فتحات التهوية وتصريف العمليات
• نقاط أخذ العينات ووصلات زجاجات العينات
• أغلاق مرسل ومستقبل المكاشط (Pig)
• فتحات تهوية سدادات الضاغط
• سدادات المضخات
• وصلات أنابيب الأجهزة
• الفلانشات وحشوات الصمامات في خطوط الهيدروكربون
• البالوعات والمصارف المفتوحة

عادةً ما تكون الفلانشات والحشوات في خطوط الهيدروكربون المضغوطة من الدرجة الأولى. أما فتحات التهوية ونقاط أخذ العينات التي تُفتح في التشغيل العادي فهي من الدرجة الأولى أو مستمرة. وتعتبر أبواب الإغلاق والوصلات العرضية من الدرجة الثانية.

درجة وتوفر التهوية

يعالج IEC 60079-10-1 التهوية في بعدين. تصف الدرجة مدى كفاءة التهوية في تخفيف التحرر (عالية أو متوسطة أو منخفضة). ويصف التوفر مدى موثوقية وجودها (جيد أو مقبول أو ضعيف). يمكن لسطح مفتوح ذو تهوية طبيعية أن يوفر تخفيفاً عالياً، لكن توفره يعتمد على الرياح التي تتغير باستمرار. ومن الناحية العملية، تمنح العديد من التقييمات الأسطح البحرية المفتوحة تهوية ذات توفر جيد فقط عندما تكون الهندسة المعمارية مفتوحة حقاً. أما الوحدات المغلقة فتعتمد على HVAC، لذا فإن توفرها يعتمد فقط على كفاءة المراوح والدامبرز والطاقة التي تغذيها.

تدرجات التهوية

لا تتوفر في الأسطح الحقيقية تهوية موحدة أبداً. فاتجاه الرياح، وازدحام المعدات، وتصفيح الأسطح، ورفوف الأنابيب، وجدران صد الرياح، كلها تخلق تدرجات. قد يكون أحد جوانب الوحدة جيد التهوية بينما يقع الجانب المحجوب في جيب إعادة تدوير. إن رسم المنطقة كغلاف متماثل حول المصدر يتجاهل كل ذلك. يجب على المفتشين النظر إلى مكان تحرك الهواء فعلياً، باستخدام اختبارات الدخان، أو قراءات مقياس سرعة الرياح، أو نتائج CFD حيثما وجدت، بدلاً من الوثوق بمسقط الخطة.

كثافة الغاز مهمة أيضاً، خاصة في المساحات المغلقة وتحت المظلات الصلبة وباطن الأسطح. وتستقر الأبخرة الأثقل الناتجة عن المكثفات أو التدفقات الغنية بـ LPG في المناطق المنخفضة، وفي الخنادق وتحت إطارات الزلاقات (skids). يتبع شكل المنطقة الصحيح طفو التحرر، وليس شكلاً قياسياً كروياً أو أسطوانياً.

المدى: الهندسة والتقدير

تقدم المعايير والأكواد إرشادات حول المدى، ولكن الازدحام في المناطق البحرية غالباً ما يجعل المسافات العامة غير مجدية. يتم تحديد الحدود بواسطة العوائق بقدر ما يتم تحديدها بالمسافة. فالأسطح الصلبة والحواجز والجدران المصفحة توقف السحابة أو تعيد توجيهها. تنتهي المنطقة عادةً عند حاجز صلب، ولكنها قد تنتقل عبر الفتحات والأبواب والقنوات إلى المناطق المجاورة.

اختيار مجموعة الغاز وفئة درجة الحرارة

مجموعة الغاز

يتم تحديد مجموعة الغاز بناءً على المادة الأكثر خطورة التي يمكن أن تتواجد، بناءً على طاقة الاشتعال وخصائص الفجوة المقاومة للهب.

المعدات التي تحمل علامة IIC تغطي تطبيقات IIC و IIB و IIA، ولكن ليس العكس. لتصنيف IEC 60079-20-1، استخدم التركيبة الفعلية في أسوأ ظروف العملية، وليس تحليل الغاز الاسمي. يمكن لتيار حامض أو غاز عادم يحتوي على الهيدروجين أن يدفع المجموعة المطلوبة إلى أعلى من افتراض الهيدروكربون العام.

فئة درجة الحرارة

تضع فئة درجة الحرارة حداً أقصى لدرجة حرارة سطح المعدات بحيث تظل أقل من درجة حرارة الاشتعال الذاتي للغاز.

بالنسبة لأنظمة الهيدروكربون، اختر الفئة بناءً على أدنى درجة حرارة اشتعال ذاتي بين سوائل التحرر المحتملة، بما في ذلك أجزاء المكثفات الأثقل وأي إضافات. لا تعتمد على المكون المهيمن وحده. وتعتبر أسطح العمليات الساخنة مثل العوادم والمبادلات الحرارية والخطوط المسخنة مصادر اشتعال في حد ذاتها، ويجب تقييمها مقابل نفس قيمة الاشتعال الذاتي.

سيناريو توضيحي: وحدة ضغط بعد التعديل

تم إعداد هذا السيناريو للتوضيح ولا يصف منشأة حقيقية.

تم تصنيف وحدة ضغط غاز على أنها Zone 2 حول الوصلات ذات الشفاه وفتحات تهوية الأختام، بناءً على التهوية الطبيعية مفتوحة الجوانب. لاحقاً، تم إنشاء جدران صد الرياح في جهة الطقس، وأضيف طابق ميزانين مغطى بالألواح فوق جزء من سلسلة الضواغط. لم يتم تنقيح مخطط التصنيف أبداً.

يجد المفتش الذي يتفقد الوحدة ما يلي:

1. صناديق التوصيل تحت الميزانين من نوع Ex e، وهي مناسبة لـ Zone 2 ولكن دون وجود دليل على تقييم لـ Zone 1.
2. يشكل سقف الميزانين جيباً حيث يمكن للغاز الأخف من الهواء المتسرب من فتحة تهوية الختم أن يتجمع.
3. الدخان المنبعث عند فتحة تهوية الختم يتوقف تحت اللوح بدلاً من أن يتشتت.

الاستجابة الصحيحة ليست مجرد إعادة تسمية المنطقة. يقوم مهندس السلامة الوظيفية بالتحقق من درجة مصدر التسرب (هل فتحة تهوية الختم هي حقاً مصدر تسرب ثانوي فقط؟)، ويعيد تقييم درجة التهوية في الجيب، ويقرر ما إذا كانت المنطقة القريبة من السقف ستصبح Zone 1. تشمل الخيارات استعادة الانفتاح، أو إضافة تهوية محلية، أو نقل صناديق التوصيل، أو ترقية المعدات لتناسب أي منطقة مخصصة الآن. يتم بعد ذلك تنقيح مخطط التصنيف وسجل المعدات، وإعادة فحص المنشأة المتأثرة.

قائمة مرجعية للمفتشين ومهندسي السلامة الوظيفية

• تأكد من أن مراجعة مخطط التصنيف تطابق السطح كما هو قائم: الجدران، الألواح، المظلات، الزلاقات وترتيبات التهوية.
• افحص كل تعديل منذ الدراسة الأخيرة لمعرفة تأثيره على تدفق الهواء ومصادر التسرب.
• تحقق من مصادر التسرب مقابل مخططات P&IDs كما هي منفذة، بما في ذلك الفتحات، والمصارف، ونقاط أخذ العينات والأقفال.
• حيثما كان ذلك ممكناً، اختبر سلوك التهوية في الموقع باستخدام الدخان أو مراقبة تدفق الهواء في المناطق الميتة، والميزانين، والجوانب المحجوبة عن الرياح.
• راجع سيناريوهات فقدان التهوية للمساحات المغلقة وتأكد من صحة افتراضات المنطقة لتلك الحالة.
• تحقق من الكثافة: الغازات الأخف تحت الأسقف، والأبخرة الأثقل في البالوعات، والخنادق، والحاويات المنخفضة.
• تأكد من أن مجموعة الغاز المخصصة تغطي أسوأ حالة للسوائل، بما في ذلك مصادر الهيدروجين والتدفقات الحامضة.
• تأكد من أن فئة درجة الحرارة تعتمد على أدنى درجة حرارة اشتعال ذاتي معقولة، وأنه تم تقييم الأسطح الساخنة.
• قارن علامات كل عنصر (المجموعة، فئة درجة الحرارة، مستوى حماية المعدات) مع المنطقة المحددة في السجل.
• سجل أي عدم تطابق كانحراف، مع تحديد مسؤول، وإجراء مؤقت، وتاريخ لإعادة التصنيف.

السلامة أثناء التفتيش

يتم التفتيش بالقرب من مصادر الهيدروكربونات بموجب نظام تصريح العمل في المنشأة. إذا استدعى التفتيش فتح أو تفريغ الضغط أو العمل على معدات تحتوي على هيدروكربونات، فتأكد من وجود العزل، وتفريغ الضغط، والتحقق من الطاقة الصفرية، وإجراءات القفل والوسم، واحتياطات المنطقة الخطرة قبل بدء العمل. استخدم أجهزة كشف الغاز المحمولة والمعايرة، وقم بالتهوية بأمان إلى موقع محدد. لا تفتح أغطية معدات Ex الحية في منطقة خطرة ما لم يسمح التصريح وشهادة المعدات بذلك.

الخلاصة والخطوات التالية

تأتي حدود المناطق في المنشآت البحرية من درجة التسرب، ودرجة التهوية، والتوافر، ونمط تدفق الهواء الفعلي. ثم تتبع مجموعة الغاز وفئة درجة الحرارة بناءً على أسوأ حالة للسوائل. مخطط التصنيف يكون جيداً فقط بقدر جودة آخر مراجعة له.

الخطوات العملية التالية:

1. استخرج مخططات التصنيف الحالية وقارنها بالسطح كما هو قائم، بدءاً من الوحدات التي شهدت تغييرات في الجدران أو الألواح أو التهوية.
2. أعطِ الأولوية للمناطق المغلقة والمغلقة جزئياً، حيث تؤدي تدرجات التهوية وسيناريوهات فقدان التهوية غالباً إلى تغيير المنطقة.
3. طابق علامات كل عنصر مع المنطقة المخصصة له، ومجموعة الغاز، وفئة درجة الحرارة.
4. قم بتغذية نظام إدارة التغيير بحيث يؤدي أي تعديل إنشائي أو في التهوية إلى مراجعة التصنيف قبل إغلاقه.