د . علي ســــعيد الشهراني

1. خطط الطوارئ الفاعلة في العمليات والتخزين دراسة علمية في: أثر الظروف البيئية ( الضغط والحرارة) في تنامي مخاطر كوارثالحرائق البترولية وعلاقة ذلك بنشوب الاشتعال الذاتي وسرعة الاحتراق وسلوك اللهب د . علي ســــعيد الشهراني مؤتمر ومعرض الاطفاء والسلامة الدولي الثالث 4- 6 مارس 2014 م دولة الكويت www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

2. محتويات العرض • مقدمة :بناء الخطط - اهم مسببات الحرائق البترولية وخصائصها • الاحتراق : انواعه – تصنيف اللهب والمقارنة • كيمياء الحرائق البترولية : تأيّن ذرات المادة ودور الجذور الكيميائية في الحريق • مراحل تكوّن اللهب في الحرائق البترولية • سرعة الاحتراق وكيفية قياسها والعوامل المؤئره عليها • مفهوم ظاهرة الشدّ واللاستقرارية في اللهب واثرهما على سرعة الاحتراق • مخاطر الانفجارات في الحريق البترولية وكيفية نشوبها • الاشتعال الذاتي : مسبباته وعلاقة ذلك بارتفاع الضغط والحرارة • النتائج والتوصيات www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

3. بناء خطط الطوارئ كيف يمكن بناء خطط طوارئ فاعلة وملائمة للعمليات والتخزين لمواجهة اخطار الحرائق البترولية ؟ يتطلب ذلك عدة امور هامة من اهمها ما يلي:- 1- معرفة الخصائص الفزيائية والكيميائية للمادة القابلة للاشتعال (Burning Velocities m l s) 2- سرعة احتراق المادة Heat Flux3- كمية الحمل الحراري التي تنفثها السنة اللهب ( التأثير الاشعاعي ) 4- سرعة انتشار اللهب (Propagating flame speed m l s) 5- لهب عاصف ام طبقي (انسيابي منتظم ) 6- لهب مستقر ام غير مستقر ( ( stable or unstable flame 7- حركة اللهب: افقية (ويسمى اللهب الزاحف) ام حركة رأسية (اللهب المتسلق) 8- هيكل ومساحة سطح اللهب: (Flame Structure & surface area) www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

4. مسببات الحرائق البترولية يمكن ان تصنف مسببات الحرائق البترولية الى:- 1- مسببات فنية: وجود اعطال فنية في الانظمة الصناعية تتسبب في نشوب الحريق مثال ذلك تعطل الأنظمة الكهربائية (التماس كهربائي) – انهيارانظمة التبريد والتهوية – اعطال في نظام مكافحة الحريق .... 2- مسببات مهنية: تتعلق بالأخطاء المهنية عند القيام بأعمال فنية في المنشأة البترولية وخاصة عند مزاولة اعمال اللحام والقص بالأوكسجين 3- مسببات خارجية: ينحصر هذا الصنف في الكوارث الطبيعية ( الزلازل البراكين الصواعق) اعمال التخريب – تعرض المنشأة الى قــذائــف عسكرية سوآء في حالات التدريب والمناورات أوحالات الحرب www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

5. الحريق البترولي مصدر خطر حقيقي للمنشآت والمباني www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

6. الحريق البترولي مصدر خطر حقيقي لوسائط النقل بأنواعه www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

7. خصائص الحرائق البترولية 1- حجم المخاطر الناتج عنها جسيم وذلك لاحتوائها على المجموعة الهيدروكربونية بذرات كربونية وهيدروجينية عالية (مثال: C4-C9 لمجموعة البنزين وC10-C14لوقود الكيروسين) 2- عناصر المادة البترولية المشتعلة ذات وزن جزيئي وكتله عالية نسبيا حمل حراري (heat flux)3- عالي جدا (درجة حرارة اللهب والغازات عالية) وبالتالي خطورة اكبر 4- احتراق غير كامل وبالتالي نواتج احتراق بأبخرة كثيفة وسامة 5- كيمياء حريق معقدة تصل أعداد العناصر الكيميائية الداخلة في تلك التفاعلات إلى أكثر من 100 عنصر تحول الحال من حريق عادي الى انفجار وخاصة عند وجود المواد البترولية مخزنة بأوعية مغلقة www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

8. مصادر الخطر في الحريق مصادر الخطر في الحرائق البترولية يتلخص في جانبين : الاول: النيران (السنة اللهب) والحمل الحراري الضخم التي تنفثه تلك الحرائق يشمل دراسة : مراحل نشأة اللهب - سرعة الاحتراق – سرعة انتشار اللهب – ظاهرة الشّد ظاهرة اللاستقرارية – تخلخل اللهب الثاني: الانفجارات المصاحبة للحريق البترولي يشمل دراسة : مراحل الاحتراق المؤدية للانفجار – (DFW- موجات الاحتراق الفجائي ( (SW موجات الاحتراق الاهتزازية (ٍ – (DW– موجات المؤدية للانفجار( مخاطرالحرائق البترولية : - مفجع ومفاجئ (وخاصة تلك التي تقع في معامل التكرير ومحطات الطاقة) -غالبا لا يتم السيطرة عليه إلا بوجد امكانيات لوجستية ضخمة - الخسائر البشرية والمادية تكون كبيرة www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

9. مفهوم الاحتراق وانواعه عملية كيميائية يتم فيها أكسدة سريعة تنتج عنها حرارة و ضوء ، اوعملية أكسدة بطيئة مصحوبة بحرارة أقل بدون ضوءأما آخرون فيعرفونه بأنه تداخل تفاعلات كيميائية تظهر عند اختلاط الوقود ( أو المادة المحترقة) بالمؤكسد (عادة – هواء) مصحوبة بظاهرة حركة سوائل وانتقال حركي (4 – 300 تفاعل كيميائي) www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

10. تصنيف اللهب www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

11. مقارنة بين اللهب المنتظم واللهب العاصف www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

12. Stages of flame formationمراحل تكون اللهب - 4 2 3 1 العناصر الناتجة من التفاعل العناصر الداخله فىالتفاعل عناصر جديدة تنشأ اثناء التفاعل الكيمياء (محفزات للهب) منحنى درجة الحرارة مراحل تكوّن اللهب من منظور كيميائي – آحادى البعد www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

13. المراحل الكيمائية لنشوب الحرائق البترولية المرحلة الاولى:- بداية التكوّن (التدشين) initiation المرحلة الثانية:- الانتشار ( الامتداد ) Propagation المرحلة الثالثة: التفرّع (التشّعب) Branching المرحلة الرابعة: النهايةTermination A ----------------- 2X جذر كيميائي جديد (ناتج التفاعل) جريء المادة الداخلة في التفاعل (الوقود مثلآ) X+A ----------------- Y+P جذر كيميائي جديد + (ناتج احتراق) جزيء + الجذر السابق X+A ----------------- 3Y+P 3جذور كيميائية جديدة + (ناتج التفاعل) جزيء + الجذر السابق X+X+M----------------- X2+M www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

14. الجذور الكيميائية النشطة 00وظاهرة التأين الذرات والجذور الكيمائية الطليقة Free atoms & Radicals التأيّن :- Ionization www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

15. Burning Velocity سرعة الاحتراق إن من أهم محاور علم الاحتراق هي معرفة سرعة احتراق الوقود السائل والغازي أو الصلب وذلك لما لهذه الخاصية من أهمية قصوى في الجوانب التالية:- 1- تقييم مخاطر الحريق. 2- معرفة واستنتاج سرعة انتشار اللهب الناتج عن عملية الاحتراق. 3- وضع الأسس والإجراءات الاحترازية والوقائية لمنع نشوب الحريق (السلامة). 4- معرفة فاعلية و كفاءة الوقود المستخدم في إنتاج الطاقة www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

16. Burning Velocity سرعة الاحتراق تُعرف سرعة الاحتراق بأنها السرعة النسبية للغاز الغير محترق والمتجه بشكل عمودي لسطح اللهب المعاكس لاتجاه الغاز ولها وحدة قياس (م/ث). طرق قياس سرعة الاحتراق: 1- المشبه الكروي 2 - الحراق (بنسن) 3- النماذج الرياضية 1 2 سرعة الاحتراق = سرعة اللهب – سرعة الغاز الغير محترق. (1) سرعة الاحتراق = سرعة اللهب . (كثافة الغاز المحترق / كثافة الغاز الغير محترق (2) www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

17. المشبه الكروي مزودا بالأنظمة البصرية والحاسوب منظر داخلي المشبه نظام القياس متكامل www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

18. ظاهرة اللاستقرارية ( نشأة اللهب المضطرب) (Flame instabilityهنالك سببين لحدوث اللاستقرارية في الاحتراق :- ( أ) التأثير الهيدروديناميكي ب) الانتشار الحراري وتمدد الكتلة في هيكل اللهب مسئول عن تخلخل اللهب مسئول عن اضطراب حركة اللهب لهب مستقر لهب غير مستقر www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

19. مفهوم اللاستقرارية في الاحتراق التأثير الهيدروديناميكي: ينشأ بسبب تقارب وتباعد مسارات الحركة الانسيابية للغاز المتجه للهب بفعل التمدد الحراري للغاز أمام اللهب، واضطرابات حركة اللهب نفسه ويكون هذا النوع من اللاستقراريةمسؤولا عن تعرّج اللهب ليصبح مضطرب. التأثير بفعل الأنتشار الحراري و تمدد الكتلة: ينشأ بسبب التنافس بين تأثير الانتقال الحراري من اللهب وانتشار جزيئات المادة القابلة للاحتراق ( الوقود) على سطح اللهب. وقد أثبتت الدراسات المخبرية (13) أن هذه الظاهرة (اللاستقرارية) تزيد من سرعة الاحتراق للمادة وبصفة تدريجية. و هذا النوع مسؤولآ عن تخلخل اللهب ( أي نمو خلايا تنقسم وتزيد من مساحة سطح اللب). www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

20. ظاهرة الشـــدّ في اللهب Flame Stretch تنشأ ظاهرة الشد (التمدد) بسببين: - الاول: بفعل تقوّس سطح اللهب اثناء ظهوره, والثاني بفعل عاملالجهد الذي يتعرض له هيكل اللهب بسبب تدفق الغازات تجاه مقدمته والدومات الحركية المحيطه باللهب فيترتب على ذلك تغّير في مساحة سطحه. وتكون قيمة الشدّ عالية في بدابة نشأة اللهب وتقل كلما زادت مساحته. ويمكن معرفة مقدار الشدّ لكلا النوعين (بفعل تقوس اللهب والجهد) باستخدام الصيغ الرياضية التالبة : مقدار الشد = 2 (سرعة اللهب) / قطر اللهب www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

21. تأثير الضغط والحرارة على سرعة الاحتراق www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

22. الاشتعال الذاتي المصاحب لعملية احتراق المادة = 1 Then we may Expect auto-ignition www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

23. مسببات الانفجارات في الحريق البترولي وكيفية نشوبها من اكثر مصادر الخطر في الحرائق البترولية تدميرا ... الانفجارات وتكون إما: (تفاعل كيميائي بطيء): كما في اللهب الطبقي المنتظم وتكون سرعة انتشار اللهب بطيئة عشرات السنتيمترات في الثانية. يصاحب ذلك نمو بطــــيء لدرجات الحرارة والضغط (تفاعل كيميائي متوسط السرعة): يتم الاحتراق ببطيء ثم يتسارع فجائيا في هذا النوع تكون سرعة انتشار اللهب عشرات الامتار في الثانية (تفاعل كيميائي سريع جدا): يتكوّن فيه موجات ضغط عالية السرعة تتسبب في الانفجار Detonation Waves - DWيصاحب ذلك ارتفاع كبير في الحرارة والضغط سرعة انتشار اللهب غالبا تكون مئات الامتار في الثانية. www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

24. مسببات الانفجار في الحرائق البترولية نشأة هذه الموجات السريعة في الحريق يتوقف على عدة عوامل من أهمها: 1- الخصائص الفيزيائية والكيميائية للوقود (او المادة القابلة للاشتعال) 2- نطاق الاشتعال للوقود اوالمادة 3- الضغط والحرارة السائدة في الوسط المحيط بموقع الحريق 4- تخلخل اللهب من جرّاء عدم استقراره بعد نشأته 5 - مقدار الطاقة الحرارية المسببة للإشعال 6- النيران محصورة ام طليقة 7- التخزين في اوعية مضغوطة ام غير مضغوطة www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

25. نتائج الدراسة اتضح من خلال هذه الدراسة انه لكي يتم عمل خطط طوارئ ناجحة في العمليات والتخزين, تحد من مخاطر الحريق البترولي بإذن الله تعالى, لابد من مراعاة الاعتبارات التالية :- 1- ارتفاع الضغط وبالتالي درجة الحرارة يعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية بين المادة البترولية والمؤكسد (الهواء) بكسر الروابط الكيميائية بين ذرات المادة وبالتالي زيادة سرعة الاحتراق وسرعة انتشار اللهب. 2- لوحظ ان ظاهرة اللإستقرارية تعمل على زيادة سرعة الاحتراق بسبب تكون خلايا جديدة وانقسامها مما يزيد في مساحات اسطح اللهب وبالتالي زيادة الحمل الحراري للهب. 3- اظهرت هذه الدراسة ان اللهب الغير مستقر اكثر خطورة من المستقر وذلك للاحتمالات الكبيرة لوجود غازات نشطة عير محترقة في طياّته تكون بمثابة محفزات لبدء الانفجارات بسبب اشتعالها ذاتيا يصاحب ذلك تنامي سريع في درجات الحرارة وتكوّن موجات ساخنة للغازات المحترقة بسرعات هائلة تصل الى سرعة الصوت بل ربما اسرع. www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

26. نتائج الدراسة 4- يعتبر اللهب العشوائي العاصف(الغير منتظم) اكثر خطورة وسرعة في الانتشار من اللهب الطبقي المنتظم وذو حمل حراري كبير وبالتالي اكثر دمارآ لاسيما في الحرائق البترولية. 5- تلعب الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة المشتعلة دورا هاما في سرعة انتشار اللهب وكذلك في احتمالات تحول الحريق الى انفجار. 6- تتصف كوارث الحرائق البترولية عن تلك التقليدية بمخاطرها الجسيمة وقوتها التدميرية بسبب حجم الحمل الحراري التي تنفثه تلك الحرائق وما يصاحبها من انفجارات فجائية مدمرة بسبب ارتفاع في الضغط والحرارة في الوسط المحيط بتلك الحرائق. www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany

27. نهاية العرض أشكر لكم حضوركم ونسعد بسماع استفساراتكم www.kfsd.gov.kw – Ali Shahrany