پراکندگی گازها

English

 

فارسی

 

 

 

 

 

 

 

مديريت ريسك

 

هر جا كه مواد شيميايي سمي يا قابل اشتعال ساخته ميشوند،‌فراوري ميگردند،‌ انباريا حمل ميشوند، همواره احتمال حادثه يا نشت آنها وجود دارد. حتي نشت مقدار مختصري از اين مواد ميتواند براي انسانها مضر باشد، به محيط زيست آسيب برساند و يا حتي باعث تخريب اموال شود. رجوع به تاريخ يادآور حوادث و فاجعه بار بودن اينگونه حوادث است.

 

درس از تاريخ

 

نظر به احتمال وقوع حوادث،‌ حكومتها در سراسر دنيا دستور العمل ها و ضوابطي اجباري جهت كاهش حوادث منتشر كرده اند. ضوابط حكومتي، شركتهايي كه مقادير بيش از حد مشخصي از مواد خطر زا را نگهداري ميكنند را ملزم به براورد خطر نموده است. هدف اصلي اغلب برآورد هاي خطر، تشريح جزييات جلوگيري، آمادگي ونقشه اقدامات اظطراري است. سيستم هاي آشكار سازي گاز نقش اساسي در جلوگيري يا كاهش يك حادثه دارند. آشكارسازي سريع يك گاز سمي يا گاز قابل اشتعال اين امكان را به افراد ميدهد تا فرصت كافي براي فرار داشته باشند و يا منابع انفجار را غير فعال نمايند. اقدامات پيشگيرانه ديگر ميتواند شامل هشدارهاي محلي ويا فرامحلي ،‌جداسازي مواد فرايندي توسط بستن خودكار شيرها ويا فعال نمودن اقدامات اظطراري اضافي باشد. سيستمهاي اشكارسازي گاز از نشت اوليه جلوگيري نمي كنند بلكه فقط به حادثه نشت عكس العمل نشان ميدهند. به منظور تعيين اندازه نقشه پاسخ اظطراري ، شبيه سازي نشت گاز در مقياس بزرگ لازم است. اين شبيه سازي مرزها يا نقاط انتهايي كه گاز سمي ديگر مضر نخواهد بود يا مخلوط گاز قابل انفجار و هوا ديگر مشتعل نخواهد شد را تعيين ميكند. دانستن چگونگي پراكندگي گاز براي انجام چنين شبيه سازي اساسي خواهد بود.

 

تحليل حوادث

 

جمع آوري اطلاعات از تمام حوادث بسيار مهم است. اطلاعات جمع آوري شده از حوادث بازرسان را قادر ميكند تا دليل وقوع حوادث و نتايج آنها را روشن سازند . سه دليل اصلي براي وقوع حوادث وجود دارد.حوادث مهم به تنهايي اتفاق نمي افتند،‌آنها تركيبي از اتفاقات كوچك مانند نشت گاز جزيي هستند كه در مجموع به حادثه اي بزرگ منجر ميشود. اثر حوادث در مقياس بزرگ را با آشكارسازي زود هنگام گاز يا آزاد سازي گاز يا مواد و با شروع عمليات مناسب ميتوان كاهش داد يا از آنها جلوگيري كرد.يك سيستم آشكارسازي گاز خوب طراحي شده، كه در آن موقعيت آشكارسازها بهينه سازي شده است، همانند خط مقدم دفاع در برابر نشت خطرناك مواد سمي و قابل اشتعال عمل خواهد كرد. سيستم آشكار سازي سريع سرمايه گذاري گرانبهايي محسوب ميشود.

 

نقش سيستم هاي آشكار سازي گاز

 

يك سيستم اعلام و آشكارسازي گاز فقط تعدادي آشكارساز گاز كه در يك پلنت صنعتي چيده شده نيست. تعداد آشكارسازها، انتخاب نوع آشكارسازو دستورالعمل هاي سرويس و نگهداري كل سيستم اعلام گاز همگي از اهميت برخودارند. هر چند مساله اصلي مشخص نمودن مسير حركت گاز رها شده است كه بر مبناي عوامل متعددي از جمله جهت باد، دماي محيط ، نوع زمين و فشار فرايند و غيره كه مكان صحيح استقرار آشكارسازها را تعيين مي نمايد. پر كردن يك پلنت صنعتي با آشكارسازهاي گازي عملي نيست همانطوركه نصب يك آشكار ساز منفرد در مساحتي بزرگ غيرمنطقي است. انجام مصالحه اي بين هزينه و كاهش ريسك لازم است. دو نوع اصلي آشكارساز گاز وجود دارد. آشكارساز نقطه اي كه وجود گاز در محل را بلافاصله رصد ميكند ، و آشكار ساز مسير باز كه وجود گاز را در مساحت بزرگي بين دو نقطه اعلام مي‌نمايد. هر كدام از آنها مزايا و معايب خود را دارند. همچنين انتخاب تكنولوژي اندازه گيري داراي اهميت است چون بعضي اشكارسازها توسط مواد شيميايي ديگر مسموم ميشوند و يا درمقابل رطوبت آسيب پذيرند و يا اعدادي غير واقعي را به دليل حساسيت متقابل نشان ميدهند.در همه ي كاربردها اجتناب از آلارمهاي غير واقعي مهم است.

 

 خطر گاز نامريي

 

متاسفانه بيشتر نشت گازها براي چشم انسان غير قابل رويت هستند. اين بدان معني است كه ما تجربه كمي از چگونگي رفتار نشت گاز و اينكه نهايتا به كجا پخش ميشود داريم. ما قضاوتمان را بر مبناي رفتار ابر دود برخاسته از آتش بنا مينهيم كه ازآن دانش خوبي داريم.هر چند اين تكنيك محدوديتهاي خودش را دارد چون آتش انر‌ژي حرارتي توليد مينمايد كه با نيروي رانش گاز متفاوت است. آنچه كه ما ميدانيم اينست كه نشت گاز در هسته اوليه خودش داراي تمركز زيادي است و با وجود اغتشاش در لبه ها مقدار كمتري قابل اندازه گيري است. فاصله گاز نشتي را رقيق ميكند تا جاييكه نشتي به مرزي ميرسد كه اثرات زيانبار آن از بين ميرود.

 

شبيه سازي نرم افزاري

 

در سالهاي اخير نرم افزارهايي براي پيش بيني مشخصه حركت و گسترش نشت گاز در مساحتهاي وسيع فراهم شده اند. اين نرم افزارها براي مشخص نمودن رفتار گازها در چند متري نزديك به منبع نشت گاز دقيق نيستند چون اطلاعات موجود نزديك منبع نشت براي ايجاد مدل پراكندگي دقيق ناكافي هستند. بنابراين براي پراكندگي نزديك منبع بايد به جاي شرايط سايت و شرايط جوي به شرايط ترموديناميكي و مشخصات فيزيكي اجزاي گاز متكي بود. استفاده از چگالي گاز به عنوان تنها عامل، به سادگي منجر به بيان نادرستي از پيش بيني پراكندگي گاز خواهد شد.

 

فازهاي مواد

 

براي درك كامل مشخصه هاي هر ابر گازي، بايد ابتدا سه فاز ماده يعني گاز ، مايع و جامد را بشناسيم.اگر دماي ماده اي از دماي جوش آن بالاتر رود آن ماده در حالت گاز خواهد بود. حجم گاز با تغيير دما و فشار آن تغيير ميكند. افزايش دما باعث حجم گاز را افزوده و چگالي آن را كاهش ميدهد.گازهايي كه در مخازن ذخيره ميشوند چگالي بيشتري دارند. در فشار بيشتر اغلب گازها به مايع تبديل ميشوند. بسياري از جامدات و مايعات در دماي پايين تر از دماي جوش تمايل به تبخير و تبديل به حالت گازي كه به آن بخار گفته ميشود دارند. براي مقدار بخاردر حالت گازي حدي وابسته به دما و فشار وجود دارد. مقدار بخار هرگز از مقداري به نام فشار بخار اشباع بيشتر نميشود. با تغيير دماي محيط بخار اشباع شده ميتواند به مايع تبديل شود. اين چگالش يا منجر به تشكيل قطرات معلق در هوا شده و يا لايه اي از مايع را بر سطوح سرد تشكيل ميدهد. قطرات ريز در هوا به طور آزاد حركت كرده و ايروسل ناميده ميشوند. ايروسل ها گاز نيستند بلكه حالت مايع يك ماده محسوب ميشوند. اگرچه آب خالص در دماي اتاق گاز محسوب نميشود، آب در فاز مايع به راحتي با هواي خشك مخلوط ميشود تا جاييكه فشار نسبي بخار آب به فشار بخار اشباع در دماي محيط برسد. اين هوا مرطوب از هواي خشك سبك تر است به دليل اينكه وزن مولكولي آب از وزن مولكولي متوسط هوا كمتر است. مقدار حداكثر تمركز بخار آب (فشار بخار اشباع) در هوا ي 20 درجه سانتيگراد 23،000 ppm ميباشد. اين مقدار براي دماي 10 درجه سانتيگراد 12،000 ppm و براي دماي انجماد فقط 6،000 ppm است. اين مقدار با افزايش هر 10 درجه تقريبا دوبرابر ميشود. به هنگام سرد شدن مقدار اضافي به شكل ابر ،‌ مه يا باران متراكم ميشود.

 

خواص مواد گازي

 

چگالي يك ماده نسبت جرم به حجم آن ماده مي‌باشد. تمام مواد خالص داراي چگالي مخصوص به خود هستند. وزن هر ماده به چگالي آن وابسته است. اگر چگالي هر ماده را با چگالي هوا مقايسه كنيم ميتوانيم بفهميم كه آن ماده از هوا سنگين تر ،‌سبك تر و يا هم وزن آن است. چنانچه گازي از هوا سبك تر باشد به سمت بالا حركت ميكند و از زمين فاصله مي‌گيرد ،‌همانند هيدروژن و هليوم كه در بالون ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. گازهاي سنگين تر از هوا به سمت زمين حركت مي‌كنند. گازهاي هم وزن هوا به همراه هوا حركت كرده و از خود حركتي خودبخود نخواهند داشت. بايد در نظر داشت اطلاعاتي كه در جداول راجع به چگالي گازها ارايه ميشوند ،‌براي مواد خالص و دماي مشخص محيط مثلا 20 درجه سانتيگراد مي‌باشند. گرم شدن گاز باعث كاهش چگالي آن ميشود و نيروي محرك باعث حركت توده گاز به سمت بالا ميشود. به همين دليل بالونهاي با هواي گرم در هوا معلق مي‌مانند. از طرف ديگر كاهش دماي گاز باعث افزايش چگالي آن شده و باعث حركت توده گاز به سمت زمين خواهد شد. قانون سر انگشتي در اينجا تغيير 3% در چگالي به ازاي تغيير 10 درجه سانتيگراد دماي گاز است. در دماي اتاق متان با غلظت 100% داراي چگالي 0.55 نسبت به هوا است. اين به آن معناست كه متان از هوا سبكتر بوده و به سمت بالا حركت ميكند. براي جابجايي و ذخيره سازي متان در دماي 162- درجه سانتيگراد به مايع تبديل ميشود. در اين حالت چنانچه متان نشت كند ابر بسيار سردي تشكيل مشود كه از هوا سنگين تر ميباشد. در دماي112- درجه سانتيگراد چگالي متان با چگالي هوا يكسان بوده و چنانچه دماي آن بالاتر رود سبكي آن غلبه خواهد كرد. با پخش شدن يك گاز دو رويداد اتفاق مي افتد: تمركز ابر گازي كاهش مي يابد و چگالي ابر گازي به سمت چگالي هوا نزديك ميشود. بنابراين با پخش يك گاز رفتار آن نهايتا نسبت به هوا همسان خواهد شد. گاز رقيق شده ديگر از هوا جدا نشده و غلظت آن افزايش نمي‌يابد.

 

پراكندگي جوي

 

زماني كه يك گاز از يك فرايند نشت پيدا ميكند،‌ بين حالتي كه تحت تاثير شرايط فرايند (همانند فشار ، دما ) قراردارد و حالتي كه تحت تاثير شرايط محيطي (همانند سرعت باد،‌ عوارض زمين،‌دما) است،‌ مرزي وجود دارد. مدل كردن نشت گاز به دليل تعدد متغييرها ي موثر بسيار پيچيده است. مدلسازي بر مبناي فقط چگالي دقيق نخواهد بود. حتي در يك روز آرام ميانگين سرعت باد 3 متر بر ثانيه است و اگرچه باد محسوس نيست ولي براي جابجا كردن گاز كافي است. اثرات حرارتي اضافي با توجه به دماي گاز نشتي وجود خواهند داشت. يك گاز داغ هواي اطراف را گرم كرده و باعث ايجاد جريانهاي حرارتي به سمت بالا ميشود. و بالعكس گاز سرد جريان حرارتي به سمت پايين ايجاد ميكند.

 

گاز معلق

 

وقتي نشت گاز حالت ايستا داشته باشد به سرعت توده يا ابر ايجاد ميكند. اگر اين توده يا ابر بيشتر از 2 درصد از هوا سبك تر باشد،‌ نشت گاز معلق ناميده ميشود كه به صورت طبيعي تمايل به بالا رفتن دارد. گاز هاي داغ نيز رفتاري مشابه دارند. حركت نسبي گاز بالارونده در لبه هاي خود اغتشاش ايجاد ميكند كه اختلاط سريع گاز و هوا را در پي خواهد داشت. اين اختلاط باعث گسترش جانبي گاز بالارونده خواهد شد. ابر گاز با بالا رفتن رقيق شده و به سمت اطراف گسترش مي يابد و چگالي آن كاهش يافته و در نتيجه نسبت به هوا خنثي خواهد شد. به محض از بين رفتن حالت تعليق شرايط محيطي غالب شده و ابر گاز ميتواند آزادانه حركت كند. ‌براي آشكار سازي چنين گازي ،‌ با در نظر گرفتن جهت باد غالب، استقرار آشكار ساز گاز بالاتر و نزديك به محل احتمالي نشت گاز توصيه مي‌شود. صفحه يا مخروط جمع آوري كمكي را مي‌توان براي هدايت گاز نشتي به سمت آشكارساز استفاده نمود. مشخصه گاز معلق باعث ناپايداري اندازه گيري گاز به دليل تمركز متغيير درابر گازي مي‌شود. گاز متان ،‌آمونياك و هيدروژن نمونه هايي از گازهاي معلق هستند. به طور آماري فقط 20% از گازها معلق هستند. همانند تمام گازها آخرين مرحله ابر گاز خنثي شدن نسبت به هوا است.

 

گاز هموزن

 

گاز هموزن داراي چگالي تقريبا برابر چگالي هوا است. اتيلن ،‌اتان ، مونواكسيد كربن و اتانول نمونه هايي از گازهاي هموزن هستند. گازهاي هموزن به طور ذاتي حركت رو به بالا يا پايين ندارند. ابر گازي توسط باد يا جريانهاي مصنوعي رانده ميشود. گازهاي هموزن به دليل اغتشاشات و جريانهاي گردابي بسيار سريع با هواي اطراف مخلوط ميشوند. گازهاي سمي وقتي با هوا مخلوط ميشوند و به محدوه ي محل كار مي‌رسند،‌ به چگالي تعادلي با هوا رسيده اند و همانند گاز هموزن رفتار مي‌كنند. براي آشكارسازي چنين نشت گازي سطحي مساوي با محل احتمالي نشت گاز با در نظر گرفتن جهت باد غالب توصيه مي‌شود.

 

گاز چگال

 

گازها و بخارات چگال از هوا خيلي سنگين تر مي‌باشند و بزرگترين گروه مواد پخش شونده را تشكيل مي‌دهند. اين گروه مواد پخش شونده عبارتند از گازهاي سنگين تر از هوا ، بخارات متصاعد از مايعات و گازهاي سرد . نيروي محرك براي حركت گازهاي چگال نيروي جاذبه زمين مي‌باشد و بنابراين پخش شدگي آنها به صورت طبيعي از عوارض و شيبهاي زمين تبعيت مي‌كند. يك گاز چگال همانند يك آبشار فرو ميريزد و همانند آب در سطح جريان مي‌يابد و مسافتهاي طولاني را قبل از رقيق شدن طبيعي در هوا طي مي‌كند. اين پراكندگي گسترده باعث بوجود آمدن نواحي بزرگتري از خطر خواهد شد. ابر گاز چگال به سادگي توسط هوا بهم ريخته و مخلوط نميشود،‌هر چند ساختمانها ،‌ديوارها و دايك ها حركت آنها را كنترل و محدود مي‌كنند. گازهاي چگال بسيار خطرناك هستند چون با ورود به زيرزمينها ، كانالها ،‌تونلها و چاهها ناپديد مي‌شوند و اقدام متقابل را بسيار سخت مي‌كنند. هر چند به دليل قابل پيش بيني بودن مسير حركتشان جايابي آشكارسازهاي گازي نسبتا ساده و سرراست خواهد يود. تمام آشكارسازها بايد نزديك سطح زمين و در مسير احتمالي حركت گاز قرار بگيرند. اگر ابر گازي از گاز سردي كه درحالت عادي در دماي اتاق معلق است تشكيل شده باشد، رفتار آن كمي متفاوت خواهد بود. در ابتدا دماي گاز باعث رفتار گاز چگال مي‌شود و با گذشت زمان و گرم شدن گاز مشخصه آن به گاز معلق تغيير مي‌كند. ابرگاز چگال سرد گاهي به سهولت ديده مي‌شود چون بخار آب فضاي اطراف خود را متراكم كرده و مه اي قابل رويت ايجاد مي‌كند.

 

بازگشت