المنطقة 21 هي تصنيف للمناطق الخطرة يُستخدم في الأماكن التي من المحتمل أن تتشكل فيها أجواء متفجرة على شكل سحب من الغبار القابل للاحتراق في الهواء بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. من الناحية العملية، تقع بين المنطقة 20 التي تتواجد فيها أجواء الغبار المتفجرة بشكل مستمر أو لفترات طويلة أو متكررة، والمنطقة 22 التي لا يُحتمل أن تتشكل فيها سحب الغبار أثناء التشغيل العادي، وإذا حدثت فلا تستمر إلا لفترة قصيرة. يُستخدم هذا التصنيف على نطاق واسع في القطاعات الصناعية التي تتعامل مع المساحيق والألياف والحبيبات والمواد الجزيئية الدقيقة التي يمكن أن تشكل سحب غبار قابلة للاشتعال عند إطلاقها أو تشتيتها أو إزعاجها.

يعد فهم المنطقة 21 أمرًا مهمًا لأن مخاطر الغبار القابل للاحتراق غالبًا ما يتم تقليل تقديرها. قد يتراكم الغبار بهدوء على أسطح المعدات أو داخل أنظمة النقل أو حول نقاط التحويل. وبمجرد تشتيته في الهواء وتعرضه لمصدر إشعال كافٍ، يمكن أن تشتعل سحبة الغبار بسرعة. ونتيجة لذلك، يؤثر تصنيف المنطقة 21 على اختيار المعدات وتصميم العبوات والحدود الحرارية ومداخل الكابلات وجداول الفحص والنهج العام لحماية الانفجارات.

ما هي المنطقة 21 للمناطق الخطرة الناتجة عن الغبار؟

المنطقة 21 للمناطق الخطرة الناتجة عن الغبار هي المكان الذي من المحتمل أن تتشكل فيه سحبة غبار قابل للاحتراق بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. عبارة «التشغيل العادي» ذات أهمية، فلا تشير فقط إلى التشغيل المثالي في ظروف المختبر، بل تشمل أيضًا أنواع الإطلاقات التي يمكن أن تحدث أثناء النشاط الصناعي العادي، مثل عمليات التعبئة والإفراغ والتحويل والغربلة والخلط أو دورات التنظيف. إذا كانت هذه الأنشطة العادية يمكن أن تخلق سحبة غبار قابل للاحتراق من وقت لآخر، فقد تحتاج المنطقة المحيطة إلى تصنيفها كمنطقة 21.

تشمل المواقع النموذجية للمنطقة 21 المنطقة حول محطات تفريغ الأكياس ونقاط تفريغ المصاعد الدلوية والناقلات والخلاطات والمطاحن والمنخلات والأعاصير وأجهزة التغليف وفتحات الفحص على معدات معالجة الغبار. في مصانع الأغذية، قد يشمل ذلك غبار الدقيق والسكر والنشا ومسحوق الحليب والكاكاو والأعلاف. في معالجة الأخشاب، يمكن أن يشمل ذلك غبار الصنفرة والقطع. في المصانع الكيميائية والصيدلانية، قد يشمل ذلك المساحيق العضوية الدقيقة. في المعادن، يمكن لبعض المواد المجزأة بدقة خلق مخاطر غبار قابلة للاحتراق في الظروف المناسبة.

لا يتم تحديد المنطقة 21 بالغبار وحده، بل يجب أن يكون الغبار قابلًا للاحتراق وقادرًا على التشتت في الهواء، ويجب أن يكون سيناريو الإطلاق موثوقًا أثناء التشغيل العادي. لذلك، يعتمد تصنيف المنطقة على خصائص المواد وتكرار الإطلاق والتهوية والنظافة وتراكم الطبقات وتخطيط المعدات وسلوك العملية.

ما هي المعايير التي تحدد المنطقة 21؟

يأتي الإطار الدولي الرئيسي من سلسلة مواصفات IEC 60079. بالنسبة لتصنيف المناطق الناتجة عن الغبار، تتناول المواصفة IEC 60079-10-2 الأجواء الغبارية المتفجرة وتقدم الأساس لتحديد ما إذا كان يجب تصنيف المنطقة كمنطقة 20 أو منطقة 21 أو منطقة 22. بالنسبة لبناء المعدات واختبارها ووسمها، تضع المواصفة IEC 60079-0 المتطلبات العامة لمعدات الحماية من الانفجارات (Ex)، بينما تغطي المواصفة IEC 60079-31 الحماية بواسطة العبوة «t» للأجواء الغبارية المتفجرة. بالنسبة لتصميم واختيار وتركيب المعدات الكهربائية، تعد المواصفة IEC 60079-14 المرجع الأساسي، وتتناول الفحص والصيانة طوال دورة الحياة من خلال المواصفة IEC 60079-17.

في السوق الأوروبي، يعد إطار ATEX مهمًا للغاية أيضًا. يتناول التوجيه 1999/92/EC سلامة أماكن العمل وتصنيف المناطق الخطرة، بما في ذلك التعريف الرسمي للمنطقة 21 للأجواء الغبارية القابلة للاحتراق. يتناول التوجيه 2014/34/EU المعدات والأنظمة الواقية المخصصة للاستخدام في الأجواء المحتملة الانفجار. بموجب ATEX، تتطلب المنطقة 21 عادةً معدات مناسبة لتطبيقات الفئة 2D، والتي تتوافق مع مستوى عالٍ من الحماية من مخاطر الغبار.

تعمل هذه المعايير والتوجيهات معًا وليس بشكل مستقل. يحدد تصنيف المنطقة مستوى المخاطر، وتحدد معايير المنتجات كيفية تصميم المعدات واختبارها، وتحدد معايير التركيب والصيانة ما إذا كان مفهوم الحماية يظل صالحًا طوال عمر خدمة المعدات.

كيف يتم تقييم المنطقة 21 في الممارسة العملية

في المنشآت الفعلية، يتم تحديد المنطقة 21 من خلال دراسة تصنيف المناطق القائمة على المخاطر. يفحص المهندسون مصدر إطلاق الغبار وكمية الغبار وطريقة تشتيت الغبار واحتمالية تشكيل السحب وفعالية التهوية والمدة التي قد تظل فيها الأجواء المتفجرة موجودة. تعد طبقات الغبار مهمة أيضًا، لأن الغبار المتراكم يمكن رفعه إلى الهواء عن طريق تدفق الهواء أو الاهتزاز أو الإزعاج الميكانيكي أو أنشطة التنظيف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأسطح الساخنة المغطاة بطبقات الغبار خلق مخاطر إشعال حتى في حالة عدم وجود سحبة غبار مرئية.

لهذا السبب، لا يقتصر تصنيف المنطقة على الغبار المحمول في الهواء في لحظة معينة من الوقت، بل يأتي في الاعتبار أيضًا سلوك المصنع بمرور الوقت. قد تبرر نقطة التحويل التي تطلق الغبار لفترة قصيرة ولكن بشكل متكرر خلال كل دورة دفعة تصنيف المنطقة 21. وبالمثل، يمكن لمنطقة فحص القادوس التي تُفتح بشكل متكرر أثناء التشغيل العادي أن تخلق نمط إطلاق عرضي ولكن متوقع. يمكن للنظافة الجيدة والاستخلاص تقليل حجم المنطقة الخطرة، لكنها لا تلغي الحاجة إلى التصنيف المناسب عندما يظل إطلاق الغبار القابل للاحتراق موثوقًا.

درجات الحماية وعلامات Ex للمنطقة 21

أحد أهم الأفكار في اختيار معدات المنطقة 21 هو أن أداء الحماية من الغبار العادي لا يكفي بمفرده. يجب أن يكون المنتج مناسبًا للأجواء الغبارية المتفجرة، وليس مجرد مقاوم لدخول الأوساخ. لهذا السبب ينظر المهندسون إلى ما وراء درجة الحماية IP البسيطة ويقيمون علامات Ex الكاملة ومفهوم العبوة والحدود الحرارية والأساس الشهري وشروط التركيب.

1. مستوى حماية المعدات وفئة ATEX

تتوافق المنطقة 21 عادةً مع مستوى حماية المعدات Db في نظام IEC ومع الفئة 2D في إطار ATEX. وهذا يشير إلى المعدات المخصصة للاستخدام في الأماكن التي من المحتمل أن تتشكل فيها أجواء غبارية متفجرة بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. بعبارة أخرى، يجب أن يوفر المنتج مستوى عالٍ من الحماية من مخاطر الغبار، وليس مجرد متانة صناعية عادية.

2. الحماية بواسطة العبوة «t»

بالنسبة للعديد من المنتجات الكهربائية المستخدمة في الأجواء الغبارية، يكون مفهوم الحماية النموذجي هو Ex t، ويُكتب أيضًا في العلامات مثل Ex tb. تتناول المواصفة IEC 60079-31 تقنية الحماية هذه، وتركز على منع دخول الغبار إلى العبوة والحد من درجة الحرارة السطحية حتى لا تشتعل سحب الغبار أو طبقات الغبار. للاستخدام في المنطقة 21، تتضمن العلامة غالبًا مستوى «b» مثل Ex tb، مع مجموعة الغبار المناسبة ومستوى حماية المعدات EPL.

3. مجموعات الغبار IIIA و IIIB و IIIC

تنقسم الأجواء الغبارية أيضًا إلى فئات المجموعة III. تغطي IIIA المواد الطائرة القابلة للاحتراق، وتغطي IIIB الغبار غير الموصّل، وتغطي IIIC الغبار الموصّل. هذا مهم لأن الغبار الموصّل يتطلب بشكل عام تصميم معدات أكثر صرامة. يمكن للمنتج المصنف للمجموعة IIIC للمنطقة 21 تلبية متطلبات تطبيقات IIIA و IIIB الأقل صرامة أيضًا، لكن العكس غير صحيح.

4. وسم درجة الحرارة السطحية

بالنسبة لمخاطر الغبار، يعد التحكم في درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية. غالبًا ما تحدد علامات المعدات درجة حرارة سطحية قصوى مثل T85°C أو T120°C. يجب أن يظل المنتج المختار تحت خصائص إشعال الغبار الفعلي الموجود، مع هامش هندسي مناسب. هذا مهم بشكل خاص حيث يمكن أن تتراكم طبقات الغبار، لأن طبقة الغبار العازلة يمكن أن ترفع درجة حرارة سطح المعدات وتغير مخاطر الإشعال.

5. درجة الحماية IP وسلامة العبوة

لا تزال درجات الحماية IP مهمة، لكن يجب قراءتها بشكل صحيح. تحدد المواصفة IEC 60529 نظام رمز الحماية IP للحماية من دخول الجسيمات الصلبة والسوائل. في المناطق الخطرة الناتجة عن الغبار، غالبًا ما يُطلب مستوى عالٍ من الحماية من دخول الغبار لدعم مفهوم الحماية Ex. في الممارسة العملية، يبحث المهندسون غالبًا عن عبوات محكمة الغبار مثل IP6X، خاصة حيث توجد غبار دقيق وظروف تنظيف قوية. ومع ذلك، لا تثبت درجة الحماية IP وحدها ملاءمة المنطقة 21، بل يجب دمجها مع التصميم Ex الصحيح والاختبار والوسم والأساس الشهري.

قد تبدو العلامة النموذجية لتطبيق منطقة 21 الناتج عن الغبار على النحو التالي:

Ex tb IIIC T85°C Db

• Ex تحدد المعدات المحمية من الانفجارات.
• tb تشير إلى الحماية بواسطة العبوة «t» في المستوى المناسب للغبار.
• IIIC تحدد مجموعة الغبار الأكثر صرامة للغبار الموصّل.
• T85°C تحدد درجة الحرارة السطحية القصوى المسموح بها.
• Db تحدد مستوى حماية المعدات المناسب للمنطقة 21.

لماذا درجة الحماية IP وعلامة Ex ليستا نفس الشيء

هذا أحد أكثر مصادر الالتباس شيوعًا. قد تكون العبوة ذات درجة الحماية IP66 أو IP67 مفيدة للغاية في البيئات الصناعية المتربة أو الرطبة، لكنها لا تعد تلقائيًا معدات محمية من الانفجارات. يشير رمز الحماية IP بشكل أساسي إلى المقاومة لدخول المواد الصلبة والمياه في ظروف الاختبار المحددة. وبالمقابل، تعتمد ملاءمة المنطقة 21 على ما إذا كانت المعدات مصممة ومقيمة بحيث لا تشتعل الأجواء الغبارية المتفجرة المحيطة بها. وهذا يتطلب النظر في تصميم العبوة والسلوك الحراري وظروف العيوب والمواد ومقاومة دخول الغبار والوسم والشهادة.

باختصار، تدعم درجة الحماية IP الحماية البيئية، بينما تعالج علامة Ex مخاطر الإشعال في الأجواء المتفجرة. بالنسبة للمنطقة 21، قد يكون كلا الأمرين مهمين، لكنهما لا يتبادلان.

التطبيقات النموذجية لمعدات المنطقة 21

تُستخدم معدات المنطقة 21 في العديد من الصناعات حيث يمكن إطلاق الغبار القابل للاحتراق أثناء التشغيل العادي. فيما يلي أكثر الأمثلة شيوعًا:

1. معالجة الأغذية والحبوب: مطاحن الدقيق ومطاحن الأعلاف ومعالجة السكر ومعالجة النشا ونقل الحبوب وتعبئة مسحوق الحليب.
2. معالجة الأخشاب: مناشر الأخشاب وخطوط الصنفرة وأنظمة استخلاص الأخشاب ومصانع الحبيبات وتصنيع الألواح.
3. المصانع الكيميائية والصيدلانية: المساحيق العضوية الدقيقة والإضافات والوسائط ونقاط نقل المواد الدفعية.
4. المعادن والمواد المتقدمة: مساحيق معدنية دقيقة مختارة وغبار الكربون وأنظمة معالجة المواد المتخصصة.
5. إعادة التدوير ومعالجة المواد السائبة: نقاط التحويل والمفصولات وخطوط التمزيق وأنظمة الجرعات وواجهات جمع الغبار.

في هذه البيئات، قد تشمل المنتجات النموذجية للمنطقة 21 الهواتف الصناعية ومحطات الإنتركوم ومحطات التحكم المحلية وصناديق الوصلات والإضاءة ومكبرات الصوت وأجهزة الإنذار والمستشعرات والمحركات ومحابس الكابلات وعبوات الكاميرات، بشرط أن تكون مصدقة ومثبتة بشكل صحيح للاستخدام في المناطق الخطرة الناتجة عن الغبار.

اعتبارات الاختيار والتركيب للمنطقة 21

لا يقتصر اختيار المعدات للمنطقة 21 على شراء منتج مصدق فحسب، بل يجب أن يحافظ التركيب على مفهوم الحماية. تحتاج مداخل الكابلات والمحابس والقوابس وعناصر الإيقاف والحشوات وطرق التركيب والوصول للصيانة جميعها إلى مطابقة ظروف الاستخدام المصدقة. يجب أخذ تراكم الغبار حول الأجهزة المولدة للحرارة في الاعتبار أثناء التخطيط. يجب مراجعة أنظمة التهوية والاستخلاص جنبًا إلى جنب مع التصميم الكهربائي وليس كمسألة منفصلة.

يجب على المهندسين أيضًا التحقق من خصائص الغبار الفعلية للمنشأة، بما في ذلك سلوك الجسيمات وميل تكوين الطبقات وخصائص الإشعال والتوصيلية عند الاقتضاء. قد لا يكون المنتج المناسب لخط معالجة مساحيق واحد مناسبًا لآخر إذا تغيرت مجموعة الغبار أو الملف الحراري. لهذا السبب يجب دائمًا التحقق من بيانات اللوحة والشهادات وتعليمات التركيب مقابل دراسة تصنيف الموقع.

الأخطاء الشائعة في مشاريع المنطقة 21

• الافتراض بأن المعدات الصناعية العادية المضادة للغبار مناسبة تلقائيًا للأجواء الغبارية المتفجرة.
• الاختيار بناءً على درجة الحماية IP وحدها وتجاهل علامات Ex ومجموعة الغبار وبيانات درجة الحرارة السطحية.
• تجاهل مخاطر الغبار الموصّل حيث قد تكون هناك حاجة لمعدات IIIC.
• الفشل في أخذ تراكم طبقات الغبار على أسطح العبوات في الاعتبار.
• استخدام المعدات المصدقة ولكن تركيبها بمحابس أو مداخل أو ملحقات غير متوافقة.
• التعامل مع تصنيف المنطقة كتمرين ورقي بدلاً من تقييم هندسي فعلي.

الأسئلة الشائعة

هل المنطقة 21 أكثر خطورة من المنطقة 22؟

نعم. تشير المنطقة 21 إلى أن الأجواء الغبارية المتفجرة من المحتمل أن تحدث بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي، بينما تعني المنطقة 22 أنها ليست محتملة أثناء التشغيل العادي، وإذا حدثت فلا تستمر إلا لفترة قصيرة.

ما نوع المعدات التي تُستخدم عادةً في المنطقة 21؟

تُختار المعدات ذات مفهوم الحماية Ex المناسب للغبار، والتي غالبًا ما تكون موسومة بمستوى حماية المعدات Db وتستخدم الحماية بواسطة العبوة مثل Ex tb، بشكل شائع لتطبيقات المنطقة 21. يعتمد الاختيار الدقيق على مجموعة الغبار ومتطلبات درجة الحرارة وشروط التركيب.

هل درجة الحماية IP65 كافية للمنطقة 21؟

لا بمفردها. لا تثبت درجة الحماية IP وحدها الحماية من الانفجارات. يجب أن يكون المنتج للمنطقة 21 ذا تصميم Ex ووسم وشهادة صحيحة بالإضافة إلى مستوى الحماية للعبوة المناسب.

ما الفرق بين المنطقة 20 والمنطقة 21؟

تنطبق المنطقة 20 على الأماكن التي تتواجد فيها أجواء غبارية متفجرة بشكل مستمر أو لفترات طويلة أو متكررة. تنطبق المنطقة 21 على الأماكن التي من المحتمل أن تحدث فيها بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي.

هل يمكن أن تكون طبقات الغبار خطرة حتى في حالة عدم وجود سحبة غبار مرئية؟

نعم. يمكن أن تصبح طبقات الغبار خطرة لأنها قد تتعرض للإزعاج وتشتت في الهواء، كما أنها يمكن أن تعزل الأسطح الساخنة وزيادة مخاطر الإشعال. لهذا السبب تعد النظافة والتحكم في درجة الحرارة كلاهما مهمين في المناطق الخطرة الناتجة عن الغبار.

هل تنطبق المنطقة 21 في الأماكن المغلقة فقط؟

لا. على الرغم من أن العديد من مخاطر عمليات الغبار تكون في الأماكن المغلقة، يمكن أن توجد المنطقة 21 أيضًا في الهواء الطلق حيث يتم إطلاق الغبار القابل للاحتراق وترسيقه ويمكن تشتيتها في ظروف التشغيل العادي.

الخلاصة

المنطقة 21 هي تصنيف مهم للمنشآت التي يمكن أن تتشكل فيها سحب غبار قابلة للاحتراق بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. وهي تخضع لأطر معترف بها مثل IEC 60079 وATEX، وتتطلب أكثر من مجرد متانة صناعية عامة. يعتمد الاختيار الصحيح للمعدات على مفهوم الحماية الكامل، بما في ذلك علامات Ex ومستوى حماية المعدات EPL أو الفئة ومجموعة الغبار ودرجة الحرارة السطحية وسلامة العبوة والتركيب المتوافق. عند تقييم هذه العناصر معًا، تصبح حماية المنطقة 21 مهمة هندسيه منظمة بدلاً من تخمين يعتمد على المظهر أو الادعاءات العامة المضادة للغبار.