في جو{0} غني بالأكسجين، يمكن أن تشتعل قطعة من القطن مثل البارود، ويمكن أن يحترق أثر شحم السيليكون بعنف عند ملامستها لسطح ساخن. البيئات أعلاه23.5% أكسجين من حيث الحجميتم تصنيفها على أنها غنية بالأكسجين-وتخضع لمبادئ التحكم الصارمة في الإشعال. ويجب تصميم لوحة التسخين المخصصة لهذه الخدمة بحيث لا يمكن لأي شرارة أو تلوث أو درجة حرارة سطحية مفرطة أن تؤدي إلى الاحتراق تحت أي ظروف معقولة.
الانضباطتسخين لوحة التسخين بالأكسجين في الجو الغني بالوقاية من الحرائقولذلك يتمحور حول القضاء على مصادر الاشتعال من خلال اختيار المواد، والحد من درجة الحرارة، والإزالة الكاملة للمركبات العضوية من النظام الحراري.
مخاطر الحريق الأساسية في الأنظمة الغنية بالأكسجين-.
يؤدي إثراء الأكسجين إلى تقليل عتبات طاقة الاشتعال بشكل كبير. المواد التي تكون عادة مستقرة في الهواء قد تصبح شديدة الاشتعال أو تتفاعل بعنف.
تشتمل السيناريوهات الحساسة للإشعال- الشائعة على ما يلي:
تتبع التلوث الهيدروكربوني على الأسطح
الشحوم أو البقايا التي أساسها- السيليكون
الغبار العضوي أو شظايا العلامات
الانحناء الكهربائي في-الوصلات غير المغلقة
ارتفاع درجة الحرارة الموضعية لنقاط الاتصال
في الأكسجين النقي، تعتبر السلامة -حالة محفزة للغاية حيث يمكن أن يؤدي إطلاق الحد الأدنى من الطاقة إلى بدء الاحتراق.
لهذا السبب، تم تصميم معدات خدمة الأكسجين وفقًا لمعايير متحفظة مثل:
ASTM G63 (توافق نظام الأكسجين)
ASTM G94 (ممارسات تنظيف الأكسجين)
ASTM G124 (اختبار حساسية الاشتعال)
إرشادات CGA (رابطة الغاز المضغوط).
بروتوكولات توافق الأكسجين التابعة لناسا
متطلبات التصميم الهيكلي لألواح التسخين الآمنة بالأكسجين
كل-فلسفة البناء المعدني
يتم تحديد جسم لوح التسخين عادةً على أنه كتلة صلبة من الفولاذ المقاوم للصدأ تم تنظيفها وتخميلها بالأكسجين.
تشمل المتطلبات الرئيسية ما يلي:
لا يوجد طلاءات بوليمرية
لا المجلدات العضوية
لا يوجد طلاء أو تشطيبات سطحية تحتوي على الهيدروكربونات
عدم التعرض للمرونة في المناطق الساخنة
يُسمح فقط باستخدام المواد غير العضوية وغير المسببة للإثارة في مناطق الاتصال المباشر بالأكسجين.
وهذا يضمن عدم وجود طبقة سطحية قابلة للاحتراق يمكن أن تتحلل أو تشتعل تحت الضغط الحراري.
تصميم عنصر التدفئة
تقنية التدفئة المعدنية-المعزولة (MI).
يلزم أن تكون عناصر التسخين معزولة بالمعادن-، وعادةً ما يتم استخدام أكسيد المغنسيوم (MgO) كمادة حشو عازلة.
خصائص البناء تشمل:
غلاف معدني من النيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ
الختم المحكم بالكامل
عزل MgO غير العضوي
لا يحتوي على مكونات سيليكون أو PTFE أو بوليمرية
والنتيجة هي نظام تسخين محكم الغلق وغير قابل للاحتراق-يمنع تعرض الأكسجين الداخلي للموصلات الكهربائية.
سلامة التوصيل الكهربائي
تمثل النهايات الكهربائية واحدة من أعلى مناطق خطر الاشتعال في أنظمة الأكسجين بسبب الانحناء المحتمل والتلوث.
متطلبات القدر والختم المحكم
يجب أن تكون جميع التوصيلات الكهربائية:
يتم زرعها بالكامل في أصيص باستخدام مواد غير عضوية متوافقة مع الأكسجين-.
مختومة ميكانيكيا ضد دخول الغاز
معزولة عن أي مركبات قابلة للاحتراق
تم تصميمه لمنع الانحناء-الدقيق في مناطق التعرض للأكسجين
صناديق التوصيل عادة ما تكون:
يتم تطهيره بالغاز الخامل أثناء التجميع
مختومة لمنع دخول الأكسجين
مصنوعة من العلب المعدنية فقط
استراتيجية التحكم في درجة حرارة السطح
الحد من درجة الحرارة هو إجراء حاسم للوقاية من الحرائق.
يجب التحكم في درجة حرارة سطح الصوانى لتظل أقل من عتبات الاشتعال للملوثات الأكثر حساسية التي من المحتمل أن تكون موجودة في البيئة.
هامش درجة الحرارة المحافظ
يتطلب نهج السلامة النموذجي الحفاظ على درجة حرارة التشغيل على الأقل:
50∘C50^\\circC50∘C
أقل من درجة حرارة الاشتعال التلقائي-لأقل الملوثات خطورة-، مثل بقايا الورق، أو الهيدروكربونات، أو غبار العمليات.
T-تصنيف التقييم
يعد اختيار فئة درجة الحرارة (تصنيف T-) أمرًا أساسيًا في تصميم نظام الأكسجين.
بالنسبة إلى البيئات الغنية بالأكسجين-، قد يتطلب التصنيف الصارم ما يلي:
تصنيف T6 (درجة حرارة السطح القصوى حوالي 85 درجة)
وهذا يضمن أنه حتى التلوث العرضي لا يصل إلى ظروف الاشتعال.
فلسفة اختيار المواد
يتبع اختيار المواد في أنظمة التدفئة الغنية بالأكسجين- مبدأ استبعاد صارم.
خصائص المواد المسموح بها
تتضمن المواد المسموح بها عادةً ما يلي:
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (منظف بالأكسجين-)
سبائك قائمة على النيكل-في حالات مختارة
العوازل الخزفية غير العضوية
الأكاسيد المعدنية (MgO، Al₂O₃)
فئات المواد المحظورة
تشمل المواد المستبعدة من خدمة الأكسجين ما يلي:
جميع الهيدروكربونات
المواد اللاصقة العضوية
مركبات أساسها-السيليكون
PTFE والبوليمرات الفلورية الأخرى في المناطق الساخنة
الشحوم أو مواد التشحيم ذات الأصل العضوي
حتى التلوث الضئيل يعتبر خطر اشتعال محتمل.
نظافة وتحضير الأكسجين
نظافة السطح لا تقل أهمية عن اختيار المواد.
تتضمن إجراءات التنظيف المتوافقة مع الأكسجين-عادة ما يلي:
إزالة الشحوم بالمذيبات باستخدام عوامل آمنة-للأكسجين
التنظيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة الجزيئات
تجفيف متحكم به بالهواء المصفى أو النيتروجين
التحقق من خلو الأسطح من الهيدروكربونات-.
التلوث المتبقي يمكن أن يقلل بشكل كبير من عتبات الاشتعال.
متطلبات الاختبار والتحقق من الصحة
قبل النشر، تخضع لوحات التسخين عادةً إلى:
اختبار توافق الأكسجين
الدراجات الحرارية تحت التعرض للأكسجين
تقييم حساسية الاشتعال السطحي
التحقق من سلامة التسرب
اختبار مقاومة العزل الكهربائي
تضمن هذه الإجراءات بقاء الأنظمة الميكانيكية والكهربائية مستقرة في ظل ظروف التشغيل الغنية بالأكسجين-.
أوضاع الفشل في خدمة الأكسجين
غالبًا ما يكون الفشل في البيئات الغنية بالأكسجين-مفاجئًا ونشطًا.
تشمل المخاطر الحرجة ما يلي:
اشتعال موضعي على الأسطح الملوثة
الانحناء الكهربائي في الأختام غير الكاملة
الهروب الحراري من النقاط الساخنة غير المنضبطة
الاحتراق السريع للمخلفات العضوية النادرة
ونظرًا لأن الأكسجين يعمل على تسريع عملية الاحتراق بشكل كبير، فإن حتى الأعطال الصغيرة يمكن أن تتفاقم بسرعة.
خاتمة
إن لوح التسخين المصمم للخدمة الغنية بالأكسجين-ليس مجرد جهاز تسخين صناعي ولكنه نظام إشعال مصمم هندسيًا بالكامل-يتم التحكم فيه. يتطلب التشغيل الآمن التخلص من جميع المواد العضوية، واستخدام -معدن غير مسبب للشرر-فقط، وعناصر تسخين معدنية معزولة-، وواجهات كهربائية محكمة الغلق بالكامل. يجب أن يكون التحكم في درجة حرارة السطح محدودًا للغاية باستخدام تصنيفات تصنيف T- المحافظة وأنظمة السلامة المتكررة.
وبالتالي فإن لوح التسخين الآمن للأكسجين-هو عبارة عن آلة حرارية مصنوعة من المعدن فقط-تم تصميمها للعمل في بيئة تمثل في حد ذاتها انفجارًا في انتظار الزناد. في مثل هذه الأنظمة، لا يتم التعبير عن هوامش الأمان كنسب مئوية، بل بالغياب المطلق لشرارة واحدة.
