طوارئ الغاز البترولي المسال

الدرس التاسع

طوارئ الغاز البترولي المسال

 

1- الغرض

الغرض من هذا الدرس هو تعريف الطلبة بالخصائص العامة لطوارئ الغاز البترولي المسال وكيفية التعامل مع هذه الطوارئ .  

2 - المقدمة

يهدف عرض موضوع طوارئ وحرائق الغاز البترولي المسال إلى مساعدة رجل الإطفاء المتدرب في الإجابة على الأسئلة التالية :

·         ما الفرق بين طوارئ الغاز البترولي المسال والبنزين ؟

·         ما هو الغاز البترولي المسال وكيف ينتج وما هي خواصه الطبيعية ؟

·         في طوارئ الغاز البترولي المسال ما هي الاحتياطيات الأساسية الموصى باتخاذها ؟

·         لماذا يجب حماية صهاريج أو حاويات تخزين الغاز البترولي المسال ؟ وكيف يمكن وقايتها من التعرض للحريق ؟

·         كم عدد الخراطيم المطلوبة للتبريد ؟

·         ما هي أنواع طوارئ الغاز البترولي المسال ؟

·         ما هي متطلبات التخطيط قبل وقوع الحريق بالنسبة إلى طوارئ الغاز البترولي المسال ؟

·         ما هي التكتيكات المقترحة للتعامل مع حريق وطوارئ الغاز البترولي المسال ؟

3- مقارنة الغاز البترولي المسال والبنزين

توضح الأمثلة التالية مدى اختلاف المشاكل المرتبطة بالوقاية من الحريق وأعمال مكافحة الحريق بالنسبة إلى الغاز البترولي المسال والبنزين .

انسكاب أو تسرب الغاز البترولي المسال بكمية معينة أكثر خطورة من انسكاب أو تسرب البنزين بنفس الكمية . لأن الغاز البترولي المسال أكثر تطايراً من البنزين . وهذا يؤدي بسرعة إلى تكون سحابة بخار أكبر وأسرع وصولاً إلى مصدر الإشعال من البخار الناتج عن البنزين .

حتى يفهم رجل الإطفاء هذه الفروق ويقدرها ، يجب أن يعرف بعض خصائص الغاز البترولي المسال . وسيرد ذلك بعد قليل ، ولكن يجب أن نعرف أولاً ما هي الفروق الهامة الأخرى ؟

عادة يمكن إطفاء حريق البنزين في أمان . ولكن الأمر يختلف في حالة الغاز البترولي المسال في أكثر الأحيان . وفي الواقع ، القاعدة العامة هي : عدم البدء في إطفاء حريق الغاز البترولي المسال إلا إذا تم إقفال مصدر الوقود أولاً .

ومن المعروف أنه أكثر أماناً أن نترك الغاز البترولي المسال حتى يحترق تحت السيطرة لأن إطفاء الحريق مع عدم إقفال مصدر الوقود يمكن أن يؤدي إلى تجمع سحابة من البخار غير المحترق ، فإذا اشتعلت مرة أخرى قد تلحق الضرر برجال الإطفاء وغيرهم من الموجودين في المنطقة . وإذا كانت داخل أماكن مغلقة فيمكن أن تؤدي إلى انفجار هائل وخطير .

ولا يمكن إطفاء بقعة الغاز البترولي المسال المحترقة بالرغاوي لأن الغاز البترولي المسال سيتبخر تحت طبقة الرغوة وينتج فقاعات ويستمر في الاحتراق فوق هذه الطبقة . أما في حالة البنزين فتقوم الرغوة بحبس بخار البنزين تحت غطائها مما يؤدي إلى إخماد الحريق .

( أ ) بخار البترولي المسال وخصائصه

يختلف تكوين الغاز الطبيعي الخام حسب البئر والمنطقة المحيطة به . والميثان (CH₄) هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي مع كميات أقل من الإيثان (C₂H₆) ، والبروبان (C₃H₈) ، والبيوتان (C₄H₁₀) ، والبنتان (C₅H₁₂) ، والهيدروكربونات الأثقل . ويتم إنتاج الغاز البترولي المسال في الحقل (مصانع الغاز) وفي محطة التكرير . وأنظمة التشغيل في هذه المصانع لها أشكال متعددة ، ولذلك يمكن إزالة البروبان والبيوتان بالامتصاص أو الضغط ، أو بالامتصاص والضغط معاً ، أو التبريد .

ويباع الغاز المتبقي من هذه المصانع كغاز وقود (غاز طبيعي) ، بينما يجزأ البنزين الطبيعي إلى بروبان وبيوتان . وغالباً ما يكون وقود الغاز البترولي المسال بروبان أو بيوتان أو خليط منهما ، لذلك سيقتصر النقاش على  هذه المكونات .

4- الخصائص

الخصائص	البروبان	البيوتان	البنزين (مع اختلاف القيم حسب الدرجة)
كثافة البخار	1.6	20	3 -4
ضغط البخار : 80 فهرنهايت	125 psig	47 psig	13 -
100 فهرنهايت	205 psig	77 psig
نقطة الغليان (فهرنهايت)	- 44	34	100-400
قدم مكعب غاز (60 فهرنهايت) في الجالون	36.5	31.5
مجال القابلية للاشتعال الحد الأدنى – الحد الأقصى	2.1-9.5	1.6-8.4	1.4 – 7.6

( أ ) من وجهة نظر رجل الإطفاء ، الخصائص الطبيعية الهامة هي : حدود القابلية للاشتعال والثقل النوعي ومعدل التمدد وضغط البخار .

1- حدود القابلية للاشتعال

حدود قابلية البروبان للاشتعال هي : 2.1 - 9.5 ٪  وحدود البيوتان : 1.6 – 8.4 ٪ . وهي قريبة بصفة عامة من مجال القابلية للاشتعال بالنسبة إلى البنزين (1.4 - 7.6 ٪) .  وتمثل هذه النسب المئوية نسبة الغاز في الهواء .

2- الثقل النوعي

عند تسرب الغاز البترولي المسال على مستوى الأرض لا يتشتت البخار بسهولة لأنه أثقل من الهواء . ويتدفق إلى أسفل وفى اتجاه الريح ، ويبقى قريباً من الأرض ، ويملأ الأماكن المنخفضة مثل الحفر والسراديب . ولا يحدث ذلك عند تفريغ أبخرة الغاز البترولي المسال من صمامات التخفيف مثلما يحدث في صهاريج تخزين الغاز البترولي المسال .

ونتيجة سرعة التفريغ ، وتأثير النفث ، ونظراً لأن التفريغ في الاتجاه الرأسي ، تنتشر الأبخرة وتمتزج بسرعة مع الهواء . والثقل النوعي للخليط القابل للاشتعال من الغاز البترولي المسال والهواء يماثل تقريباً الثقل النوعي للهواء . وفي هذه الظروف يمكن إبعاد الأبخرة عن مصدر الإشعال باستخدام خط رذاذ أو طارد للدخان . وفى حالة استخدام طارد الدخان يجب أن يكون من النوع المقاوم للانفجار .

3- تمدد البخار  

التبخر الكامل لجالون واحد من الغاز البترولي المسال أو البنزين ، ينتج الحجم التالي من البخار النقي :

البنزين	البيوتان	البروبان
200 جالون	230 جالون	270 جالون

الجالون الواحد من البيوتان السائل ينتج حوالي 20 × 230 = 4600 جالون خليط قابل للاشتعال من البخار والهواء (بنسبة 5 ٪) . وكما شرحنا من قبل ، الفرق الأساسي بين الغاز البترولي المسال والبنزين هو تبخر الغاز البترولي المسال بمعدل أسرع من تبخر البنزين . ويترتب على ذلك أن بقعة البنزين لا تنتج سحابة خطرة من الأبخرة القابلة للاشتعال بسرعة مثلما يفعل الغاز البترولي المسال .

تذكر : الثقل النوعي لبخار الغاز البترولي المسال ، في مجال القابلية للاشتعال ، هو تقريباً نفس الثقل النوعي للهواء (1.0) ، وبالتالي يمكن تشتيته أو تحويله عن مساره المعتاد .

4- ضغط البخار ودرجة الحرارة

قراءة مقياس الضغط الموجود على خزان أو حاوية الغاز البترولي المسال يشير إلى ضغط بخار السائل داخل الخزان . ويعتمد هذا الضغط على درجة حرارة سائل الغاز البترولي المسال داخل الوعاء أو الخزان . وبعبارة أخرى يختلف ضغط الخزان مع اختلاف درجة الحرارة . على سبيل المثال :

ضغط الخزان البروبان النقي	درجة حرارة السائل فهرنهايت	ضغط الخزان البيوتان النقي	درجة حرارة السائل فهرنهايت
11.5 psig	- 20	3.1 psig	40
24.5 psig	+- صفر	6.9 psig	50
42 psig	20	11.5 psig	60
65 psig	40	17 psig	70
83 psig	60	23 psig	80
128 psig	80	30 psig	90
177 psig	100	38 psig	100
204 psig	110	47 psig	110

يتضح من ذلك أن البروبان يتميز بأعلى ضغط بخار . ويجب عدم تخزين البروبان في خزان مصمم لتخزين البيوتان . أكثر أوعية تخزين الغاز البترولي المسال الحديثة مصممة لاحتواء 250 psig كأقصى ضغط تشغيل مسموح به ، ولذا فهي آمنة بالنسبة لكل من البروبان والبيوتان .

5- احتياطات الطوارئ

الهدف الأساسي لأي عمل مرتبط بطوارئ الغاز البترولي المسال هو تقليل وتفادي الخطر على حياة البشر . لهذا يجب اتخاذ الاحتياطات التالية لحماية رجال الإطفاء .

( أ ) طوارئ الغاز البترولي المسال بدون حريق  

1- عند الاقتراب من تسرب الغاز البترولي المسال ، اقترب من اتجاه الريح ومن أعلى إذا أمكن ذلك .

2- عند مواجهة الطوارئ ، يجب أن يكون ترتيب الأعمال : إزالة مصادر الإشعال ، معاينة  المنطقة لتحديد مدى سحابة البخار القابل للاشتعال ، وإخلاء المنطقة . على أن يتم ذلك كله في نفس الوقت .

3- يجب إبعاد جميع الأفراد ، فيما عدا أفراد المواجهة ، إلى مسافة 1500 قدم من موقع الطوارئ .

6- حماية أوعية الغاز البترولي المسال

بالإضافة إلى تزايد ضغط وعاء الغاز البترولي المسال نتيجة التعرض للحريق ، قد يحدث ضعف هيكلي إذا زادت حرارة جدار الوعاء عن 800 - 1000 فهرنهايت .

لماذا يسبب ذلك تمزق عنيف لجدار الوعاء ؟

لأن ارتفاع درجة الحرارة إلى أكثر من 800 فهرنهايت يجعل الحديد المنخفض السبك يفقد قوة الشد بسرعة . وتصل درجة حرارة المعادن إلى أقصاها عند ملامسة النيران مباشرة لجدران الوعاء وتسخينه إلى أعلى من مستوى حرارة سائله . وإذا كان تأثير النار على جدار الوعاء دون مستوى السائل يظل بارداً مثل السائل .

وهذا مماثل لموقف محاصرة الحريق لصهريج ألومونيوم ممتلئ ، حيث ينصهر الجزء المكشوف من جدار الصهريج إذا وصلت حرارته إلى أعلى من مستوى السائل .

على سبيل المثال : عند ضبط صمام التخفيف على 250 psig تكون درجة حرارة جدار الخزان ، بالنسبة لخزانات البروبان والبيوتان المعرضة للنار ، أقل من مستوى السائل ، كما هو موضح بالجدول التالي :

ضبط صمام التخفيف	درجة حرارة جدار الوعاء
	البروبان	البيوتان
250 psig	125	220

آلية انهيار جدار الوعاء عبارة عن حدوث انتفاخ وتآكل موضعي للجدار نتيجة صهر النيران للجدار المعدني أعلى من مستوى السائل . ويحدث الانتفاخ نتيجة ضعف الجدار بسبب ارتفاع درجة الحرارة . ونتيجة لهذا الانتفاخ يقل سمك الجدار . ويحدث التمزق العنيف للوعاء نتيجة الضغط المتزايد وانخفاض سمك الجدار . وقد يكون ذلك انهيار أو تمزق بسيط ، ولكن في أكثر الأحيان يتضاعف التمزق في شكل حلزوني حول محيط الوعاء .

كم من الوقت يمر قبل أن يتمزق الوعاء ؟

بينت دراسات حالات طوارئ الغاز البترولي المسال أن الأوعية التي لا يتم تبريدها تستغرق من 15 - 20 دقيقة قبل أن تبدأ في التمزق ، وأن ذلك يعتمد على مستوى شدة الاتصال بالنار . وفي حالة حريق معمل تكرير فلتشر (27 مارس 1969) تمزق خزان البيوتان الأفقي البالغ قطره 12 قدم وطوله 30 قدم (25000 جالون) بعد حوالي 11 دقيقة من بدء الحريق .

ويتساءل بعض رجال الإطفاء ، لماذا لا تمنع صمامات التخفيف انهيار الوعاء ؟

عندما يبدأ انصهار المعدن نتيجة السخونة الشديدة يحدث الانتفاخ والانهيار بصرف النظر عن قدرة صمام التخفيف ومستوى ضبطه .

وماذا يعنى ذلك بالنسبة إلى ضابط إدارة المطافئ ورجل الإطفاء في مواجهة حادث الغاز البترولي المسال ؟

( أ ) من المفترض أن إدارة الحريق قامت بإعداد خطة إطفاء مسبقة للمصنع الذي توجد به صهاريج ثابتة لتخزين الغاز البترولي المسال . تشمل المخطط العام للمصنع ، وأقرب مكان لحنفيات الحريق .. إلى آخره ، مما يمكنها من إجراء تقدير فوري ودقيق لحالة الطوارئ .

(ب) في حالة حريق الغاز البترولي المسال يجب أن تكون الأولوية الأولى لعمليات التبريد هي تبريد ذلك الجزء المحتوي على البخار من جدار الوعاء المحاط باللهب . لأن هذا الجزء أشد الأماكن حاجة للتبريد ، ولأنه في هذه المنطقة تتكون "النقاط الساخنة" . وقد لا تكون هذه المنطقة المكشوفة كبيرة ، ولكن يجب على الفور بذل أقصى جهد لتبريدها بتيارات مياه مكثفة بعيدة المدى من جوانب الوعاء .

(ج)  الحرارة الإشعاعية على أوعية التخزين المجاورة ، أو على سبيل المثال : المقطورة ، لا تعتبر خطراً كبيراً إلا إذا كان هناك اتصال باللهب . الحرارة الإشعاعية بمفردها لا ترفع حرارة جدار الوعاء إلى 800 فهرنهايت أو أكثر بالمستوى الذي يمكن أن يسبب انهيار الوعاء . ولتحديد مستوى حرارة جدار الوعاء يجب رش الوعاء القريب بخرطوم الماء من وقت لآخر ، فإذا تحول الماء إلى بخار بمجرد ملامسة جدار الوعاء فلابد من التبريد .

(د ) أية زيادة في شدة النار أو ارتفاع مستوى صوت صمام التخفيف تعتبر دليل على عدم التحكم في الحريق . ولذلك ، ما لم يكن هناك جدوى من الناحية العملية لزيادة التبريد عن طريق استعمال المزيد من خطوط الخراطيم الإضافية أو زيادة فعالية تيارات الخراطيم الموجودة ، يجب النظر في الانسحاب الفوري .

(هـ) في هذه الظروف ، يجب على رجال الإطفاء الاستفادة من الحماية المتوافرة خلف المباني أو أجهزة الإطفاء الموجودة . ويفضل استخدام أجهزة الرقابة المحمولة عن الخراطيم اليدوية إذا كان من الممكن استخدام تيارات مركزة طويلة المدى لتوفير الحماية . وفي حالة انهيار الوعاء وتولد كتلة نيران علوية ، يجب أن يقوم أحد رجال الإطفاء بالتعامل مع جهاز المراقبة أو مقبض الخرطوم واستخدام خرطوم آخر لتوفير غطاء علوي من الماء .  ويجب على جميع الأفراد الانسحاب إلى مكان آمن .

7- متطلبات المياه - التبريد

دائماً ما يسأل رجال الإطفاء : "ما هي كمية الماء المطلوبة للتعامل مع حالة الطوارئ ؟"  وهذا يتوقف على حجم الوعاء ، وعدد الأوعية المتأثرة ، ودرجة التأثر . يجب إجراء بعض التمارين الذهنية البسيطة كجزء من عملية التقدير .

ولتوضيح العملية بشكل جيد ، افترض وقوع حادث لأوعية تخزين الغاز البترولي المسال . مع تسرب المواسير وحريق في أحد الأوعية كما يلي :

( أ ) سعة صهريج الشاحنة 7500 جالون وقطرها 8 قدم وطولها 20 قدم . مع تسرب من المواسير وحريق في الجزء الأوسط للشاحنة .

1- من التسرب ، جزء طوله 6 قدم مشتعل واللهب يمتد إلى أعلى الصهريج .

2- المطلوب : حساب معدل الماء المطلوب لحماية السطح الكلى للصهريج بنسبة 100٪ .

3- الحسابات التقريبية = القطر × 3 × الطول

المساحة الكلية لصهريج الشاحنة = 8 × 3 × 20 = 480 ، استخدم 500 قدم².

وفقاً لإرشادات الهيئة القومية للوقاية من الحريق : 0.3 جالون / دقيقة تكفي لتبريد مساحة قدرها قدم مربع .

4- المعدل الإجمالي = 500 × 0.3 = 150 جالون في الدقيقة

وكما هو المعتاد في العمليات التكتيكية لمكافحة الحريق ، تعتمد كمية المياه المطلوبة على درجة التأثر ، وفاعلية استخدام الماء ، وأخيراً توافر الماء .

تذكر أنك ستواجه مشكلة تقييم الموقف وتقدير كميه المياه المطلوبة واتخاذ القرار بسرعة ودقة أثناء حالة الطوارئ . وفي ضوء الحسابات السابقة ومن دراسات طوارئ الغاز البترولي المسال ، تتطلب هذه الحالة عدد (2) خرطوم 1.5 بوصة للتبريد ومنع انهيار الوعاء .

7- أنواع طوارئ الغاز البترولي المسال

( أ ) هناك نوعان من طوارئ الغاز البترولي المسال :  تسرب الغاز البترولي المسال مع الحريق . وتسرب الغاز البترولي المسال بدون حريق .

1- تسرب الغاز البترولي المسال مع الحريق

يجب عدم إطفاء هذا النوع من الحرائق إلا إذا كان من الممكن وقف التسرب في الحال . وإذا تعذر إقفال مصدر التسرب ، يجب إطلاق تيارات مياه التبريد على منطقة البخار لجميع الأوعية المعرضة للاتصال بالنيران . ويجب إعطاء الأولوية للجزء التي يحتمل أن يحدث عنده الاتصال بالنيران . وبعد التأكد من حماية وعاء التخزين المتأثر ، وإذا لم يتيسر وقف التسرب بإقفال الصمام أو أية وسيلة أخرى ، فإن الحريق تحت السيطرة للغاز البترولي المسال أسلوب إطفاء مقبول . في حالة عدم وجود مياه كافية لتبريد الصهريج ، ويمكن ملاحظة زيادة الضغط بمراقبة الزيادة في حجم الحريق وارتفاع مستوى الضوضاء . وما لم تتوافر كميات كافية من الماء على الفور ، يجب على رجال الإطفاء الانسحاب إلى منطقة آمنة .  

2ـ تسرب الغاز البترولي المسال بدون حريق

التسرب بدون حريق قد يكون شديد الخطورة وتختلف درجة الخطورة مباشرة حسب حجم التسرب . وعندما تحدث بقعة كبيرة من البنزين ، قد لا يزيد خطر البخار عن 150 قدم حسب مساحة التسرب ، والماء ... إلى آخره . ومن المعروف أن سحابة البخار الناجمة عن تسرب الغاز البترولي المسال قد تنتقل عبر مسافة 5000 قدم ، مخلفة وراءها طبقة عمقها من 6 إلى 8 قدم . وبعد إقفال مصدر التسرب وإزالة جميع مصادر الإشعال يجب إجراء مسح على المنطقة المتأثرة على الفور لتحديد مساحة المنطقة الخطرة مع التركيز الخاص على الأماكن المنخفضة مثل السراديب والخنادق والمصارف .. إلى آخره .

الفوهات المعدلة على النمط المناسب مفيدة في تشتيت سحابة بخار الغاز البترولي المسال . يجب استخدام هذا النمط على الفور مع توجيه تيار الماء عبر مسار البخار .

ب) صهريج تخزين سعة 50000 جالون يبلغ قطره 12 قدم وطوله 62 قدم .

1- جزء طوله 10 قدم في أحد أطراف الصهريج مغطى بالكامل باللهب والدخان .

2- ما هو معدل الماء المطلوب لحماية سطح الصهريج بالكامل ؟

3- الحسابات التقريبية : المساحة الإجمالية للصهريج = 12 × 3 × 62 = 2232 قدم²

4- معدل الماء = 2232 × 0.3 = 669 جالون/دقيقة ، استخدم 700 جالون/دقيقة

يجب ملاحظة أنه في المثالين السابقين يتوقف معدل الماء على المساحة الإجمالية للصهريج . هل تعتبر تلك الطريقة متحفظة ؟ الإجابة "نعم" ما لم يكن الماء متوافر بكميات كبيرة . في العديد من المواقف ستجد أن كمية المياه محدودة . ولذلك يجب خلال التخطيط لعملية المواجهة مناقشة هذا الأمر واستخدام سبورة لإجراء هذه الحسابات لمساعدة القائد المسئول عن المواجهة في تقدير حجم المشكلة .

يجب تحليل مشاكل حرائق محاكية وإجراء حسابات عملية ، على سبيل المثال :

ج) متطلبات المياه

التسهيلات	المساحة الكلية بالقدم المربع	جالون / دقيقة	خطوط الخراطيم المطلوبة 1.5 بوصة
شاحنة/مقطورة :
7500 جالون	500
قطر 8 قدم × طول 20 قدم
تغطية 100٪		150	2
تغطية 50٪		75	1

التسهيلات	المساحة الكلية بالقدم المربع	جالون / دقيقة	خطوط الخراطيم المطلوبة 1.5 بوصة
صهريج تخزين :
50000 جالون	2232
قطر 12 قدم × طول 62 قدم
تغطية 100٪		700	7
تغطية 50٪		350	4
تغطية 25٪		175	2
شاحنة توزيع :	270
قطر 6 قدم × طول 15 قدم
تغطية 100٪		80	1
تغطية 50٪		4	1

ومع أن الحسابات السابقة تشير إلى أن خرطوم 1.5 بوصة قد يكفي ، إلا أنه يفضل استخدام خرطومين للأسباب التالية :

1- افتراض استخدام 100٪ من تيار التبريد غير سليم بسبب فاقد الريح ، الرذاذ ، سوء توجيه تيار الماء .

2- توجيه المياه من جانب واحد قد لا يكفي لتغطية المنطقة ، لذلك يجب إضافة تيار إضافي من الاتجاه الآخر .

9- الملخص

( أ ) الغاز البترولي المسال أسرع في التطاير من البنزين .

(ب) لا تطفئ حريق الغاز البترولي المسال إلا بعد إقفال مصدر التسرب .

(ج) بقعة السائل المشتعلة لا يمكن إطفاؤها بالرغوة .

(د ) تختلف خواص الغاز البترولي المسال عن البنزين .

(هـ) يبدأ جدار الوعاء في الانهيار عند 800 فهرنهايت تقريباً .

( و ) ضبط صمام التخفيف = 250 فهرنهايت .

(ز ) الأولوية الأولى هي تبريد منطقة البخار .

(ح ) ازدياد اللهب أو ارتفاع صوت صمام التخفيف دليل على عدم كفاية التبريد .

(ط ) استخدم 0.3 جالون / دقيقة لكل قدم مربع من سطح الصهريج للتبريد .

(ى ) استخدم الماء لتشتيت الأبخرة .

10- قائمة المراجع

( أ ) الهيئة القومية للوقاية من الحريق     

(ب) فيشر كنترولز

(ج ) الكود القومي للحريق