المنطقة 21 هي تصنيف مناطق خطرة يُستخدم للمواقع التي يُحتمل أن تظهر فيها سحابة غبار قابلة للاشتعال بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. توجد عادةً بالقرب من نقاط النقل، ومحطات التعبئة، ومعدات الغربلة، وآلات التعبئة، وفتحات الفحص، ومجمعات الغبار، ومناطق العمليات الأخرى حيث قد تنطلق المساحيق أو الألياف أو الحبيبات أو الجسيمات الدقيقة إلى الهواء.

بالمقارنة مع المنطقة 20 والمنطقة 22، تمثل المنطقة 21 خطر غبار متوسط. لا يوجد جو الغبار القابل للانفجار بشكل مستمر، ولكن من المتوقع حدوثه بشكل متكرر بما يكفي لضرورة التعامل مع اختيار المعدات وتركيبها وفحصها ونظافتها وصيانتها كجزء من استراتيجية الحماية من الانفجار.

لهذا السبب لا ينبغي فهم المنطقة 21 على أنها مجرد ملصق مقاوم للغبار. قد يبدو الجهاز متينًا أو محكم الإغلاق أو صناعيًا، ولكن هذا لا يجعله تلقائيًا مناسبًا لجو غبار قابل للانفجار. يحتاج المهندسون إلى التحقق من علامة Ex الكاملة، ومجموعة الغبار، ودرجة حرارة السطح القصوى، ومستوى حماية المعدات، وشروط الشهادة، ومداخل الكابلات، وبيئة التشغيل الفعلية.

ما الذي تعنيه المنطقة 21

منطقة الغبار الخطرة 21 هي موقع يُحتمل أن تظهر فيه سحابة غبار قابلة للاشتعال من وقت لآخر أثناء النشاط الصناعي العادي. عبارة التشغيل العادي مهمة. إنها لا تعني فقط الإنتاج المثالي أو الخالي من الأعطال. إنها تشمل الأنشطة المنتظمة مثل التعبئة والتفريغ والنقل والخلط والغربلة والطحن والتعبئة والفحص والتنظيف الروتيني.

إذا كان بإمكان هذه الأنشطة إطلاق ما يكفي من الغبار القابل للاشتعال لتشكيل سحابة قابلة للاشتعال، فقد تحتاج المنطقة المحيطة إلى تصنيفها على أنها منطقة 21. يعتمد التصنيف على احتمالية وجود جو غبار خطير، وليس ببساطة على ما إذا كان الغبار مرئيًا على الأرض أو سطح المعدات.

تشمل مواقع المنطقة 21 النموذجية محطات تفريغ الأكياس، ونقاط تفريغ روافع الأوعية، ومناطق نقل السيور، والخلاطات، والمطاحن، والمناخل، والأعاصير، وآلات التعبئة، ونقاط الوصول على معدات مناولة الغبار. في مصانع الأغذية، قد يشمل ذلك غبار الدقيق أو السكر أو النشا أو مسحوق الحليب أو الكاكاو أو الأعلاف. في معالجة الأخشاب، قد يشمل غبار الصنفرة أو القطع أو الاستخراج أو مناولة الكريات. في المصانع الكيميائية والدوائية، قد تخلق المساحيق العضوية الدقيقة والإضافات والمواد الوسيطة مخاطر مماثلة.

يمكن لبعض المساحيق المعدنية أيضًا أن تخلق جوًا غباريًا قابلًا للانفجار في ظل الظروف المناسبة. هذا مهم لأن الغبار الموصل قد يتطلب علامات معدات أكثر تطلبًا من الغبار العادي غير الموصل. لهذا السبب، يجب أن يبدأ تصنيف المنطقة 21 دائمًا بخصائص الغبار وسلوك العملية، وليس بافتراض صناعي عام.

كيفية تقييم المنطقة 21

يتم تحديد تصنيف المنطقة 21 عادةً من خلال دراسة تصنيف المناطق الخطرة للغبار. يراجع المهندسون مصدر الانطلاق، وكمية الغبار التي يمكن أن تتسرب، ومدى سهولة انتشار الغبار، واحتمالية تشكل السحابة، وتأثير التهوية أو الاستخلاص، والمدة المتوقعة للجو القابل للانفجار.

طبقات الغبار مهمة أيضًا. قد لا يبدو الغبار المتراكم فوريًا مثل السحابة المرئية، ولكن يمكن رفعه في الهواء عن طريق الاهتزاز أو تدفق الهواء أو الاضطراب الميكانيكي أو أعمال الصيانة أو نشاط التنظيف. يمكن لطبقات الغبار أيضًا عزل الأسطح الساخنة وزيادة خطر الاشتعال. يأخذ التقييم الجيد في الاعتبار كلاً من سحب الغبار العالقة وتراكم الطبقات.

يجب أن يعكس التقييم كيفية عمل المصنع فعليًا. نقطة النقل التي تطلق الغبار لفترة وجيزة خلال كل دورة إنتاج قد تبرر تصنيف المنطقة 21. فتحة فحص القادوس التي تُستخدم بشكل متكرر أثناء الإنتاج قد تخلق أيضًا انطلاقًا عرضيًا ولكن متوقعًا. يمكن أن يقلل الاستخلاص الجيد والنظافة من حجم أو مدى المنطقة الخطرة، لكنها لا تلغي الحاجة إلى التصنيف المناسب إذا ظل انطلاق الغبار القابل للاشتعال ممكنًا.

المعايير وأطر الاعتماد

عادةً ما تسترشد مشاريع المنطقة 21 بمعايير المناطق الخطرة المعترف بها وأنظمة الاعتماد. يعتمد الإطار الدقيق على المنطقة والصناعة ومواصفات المشروع ومسار الموافقة، لكن مراجع IEC و ATEX تُستخدم بشكل شائع في أعمال المناطق الخطرة للغبار على المستوى الدولي.

توفر سلسلة IEC 60079 إطارًا تقنيًا رئيسيًا. يُستخدم المعيار IEC 60079-10-2 لتصنيف المناطق التي قد تحدث فيها أجواء غبار قابلة للانفجار. يساعد في تحديد ما إذا كان ينبغي تصنيف الموقع على أنه منطقة 20 أو منطقة 21 أو منطقة 22.

بالنسبة لتصميم المعدات وعلاماتها، يحدد IEC 60079-0 المتطلبات العامة لمعدات Ex، بينما يغطي IEC 60079-31 الحماية بالهيكل "t" لأجواء الغبار القابلة للانفجار. يُستخدم IEC 60079-14 بشكل شائع لتصميم واختيار وتركيب المعدات الكهربائية في الأجواء القابلة للانفجار. يتناول IEC 60079-17 الفحص والصيانة خلال دورة حياة المعدات.

في السوق الأوروبية، يعتبر ATEX مهمًا أيضًا. يتعلق التوجيه 1999/92/EC بسلامة مكان العمل وتصنيف المناطق الخطرة، بينما يغطي التوجيه 2014/34/EU المعدات وأنظمة الحماية المخصصة للاستخدام في الأجواء القابلة للانفجار المحتملة. بموجب ATEX، تتطلب المنطقة 21 عادةً معدات مناسبة لتطبيقات الفئة 2D، مما يعني أن المعدات يجب أن توفر مستوى عالٍ من الحماية ضد مخاطر الغبار.

في الممارسة العملية، تُستخدم هذه الوثائق معًا. يحدد تصنيف المنطقة مستوى الخطر. تحدد معايير المنتج كيفية تصميم المعدات واختبارها ووضع علامات عليها. تساعد معايير التركيب والصيانة على ضمان بقاء مفهوم الحماية المعتمد صالحًا بعد تركيب المعدات.

كيفية قراءة علامات Ex للمنطقة 21

يجب أن تكون المعدات المستخدمة في المنطقة 21 مناسبة لأجواء الغبار القابلة للانفجار. الأداء العادي المقاوم للغبار الصناعي ليس كافيًا. يحتاج المهندسون إلى مراجعة علامة Ex الكاملة، ومفهوم الحماية، ومستوى حماية المعدات، ومجموعة الغبار، ودرجة حرارة السطح القصوى، وشروط الشهادة، ومداخل الكابلات، ومتطلبات التركيب.

مستوى حماية المعدات وفئة ATEX

تتوافق المنطقة 21 بشكل شائع مع مستوى حماية المعدات Db في نظام IEC والفئة 2D في إطار ATEX. يشير هذا إلى معدات مخصصة للمواقع التي يُحتمل أن يحدث فيها جو غبار قابل للانفجار بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. يجب أن يوفر المنتج مستوى عالٍ من الحماية ضد الاشتعال في المناطق الخطرة للغبار.

الحماية بالهيكل "t"

تستخدم العديد من المنتجات الكهربائية للمناطق الخطرة للغبار الحماية بالهيكل، المحددة بـ Ex t. بالنسبة لتطبيقات المنطقة 21، تظهر العلامة غالبًا كـ Ex tb. يركز مفهوم الحماية هذا على الحد من دخول الغبار إلى الهيكل والتحكم في درجة حرارة السطح بحيث لا تشتعل سحب الغبار أو طبقات الغبار المحيطة.

مجموعات الغبار IIIA و IIIB و IIIC

تُقسم أجواء الغبار إلى فئات المجموعة III. تغطي IIIA المواد المتطايرة القابلة للاشتعال، وتغطي IIIB الغبار غير الموصل، وتغطي IIIC الغبار الموصل. يعتبر الغبار الموصل أكثر تطلبًا بشكل عام من منظور تصميم المعدات.

يمكن للمنتج الذي يحمل علامة المجموعة IIIC أن يغطي عادةً تطبيقات IIIA و IIIB الأقل تطلبًا، ولكن لا ينبغي افتراض أن المعدات التي تحمل علامة IIIA أو IIIB فقط مناسبة للغبار الموصل. هذا مهم بشكل خاص في المشاريع التي تشمل المساحيق المعدنية أو غبار الكربون أو الأغبرة الأخرى ذات السلوك الموصل.

درجة حرارة السطح القصوى

التحكم في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية في المناطق الخطرة للغبار. قد تتضمن علامات المعدات درجة حرارة سطح قصوى مثل T85°C أو T120°C. يجب أن يبقى المنتج المختار أقل من خصائص اشتعال الغبار الفعلي الموجود، بهامش هندسي مناسب.

تتطلب طبقات الغبار اهتمامًا خاصًا لأنها يمكن أن تعزل الأسطح المولدة للحرارة. قد يصبح السطح الذي يبدو مقبولاً في ظل ظروف الاختبار النظيفة أكثر خطورة إذا سُمح بتراكم طبقات الغبار. لهذا السبب يجب تقييم درجة حرارة السطح وإجراءات النظافة والفحص معًا.

حماية IP وسلامة الهيكل

لا تزال حماية IP مهمة لأن دخول الغبار يمكن أن يؤثر على مفهوم الحماية، خاصة للمعدات التي تستخدم حماية الهيكل. في العديد من تطبيقات المنطقة 21، يبحث المهندسون عن هياكل محكمة ضد الغبار مثل IP6X. ومع ذلك، يجب معاملة تصنيف IP كجزء من تقييم البيئة والهيكل، وليس كدليل على الحماية من الانفجار بحد ذاته.

ما تظهره علامة المنطقة 21 النموذجية

قد تبدو العلامة النموذجية لتطبيق غبار المنطقة 21 كما يلي:

Ex tb IIIC T85°C Db

• Ex يحدد المعدات المحمية ضد الانفجار.

• tb يشير إلى الحماية بالهيكل "t" عند مستوى حماية الغبار المطلوب.

• IIIC يحدد الملاءمة للغبار الموصل، فئة الغبار الأكثر تطلبًا في المجموعة III.

• T85°C يحدد درجة حرارة السطح القصوى المسموح بها.

• Db يحدد مستوى حماية المعدات المرتبط عادةً باستخدام المنطقة 21.

يجب مع ذلك التحقق من هذه العلامة مقابل شهادة المنتج وتعليمات التركيب. تقدم العلامة ملخصًا موجزًا، لكن الشهادة تشرح الشروط المعتمدة، ونطاق درجة الحرارة المحيطة، ومتطلبات مدخل الكابل، وشروط الاستخدام الخاصة، وأي قيود تؤثر على التركيب.

لماذا يختلف تصنيف IP عن تصنيف Ex

قد يكون هيكل IP66 أو IP67 مناسبًا للبيئات الصناعية المتربة أو الرطبة، ولكنه ليس مناسبًا تلقائيًا للمنطقة 21. يصف كود IP الحماية ضد دخول المواد الصلبة والماء في ظل ظروف اختبار محددة. لا يثبت أن المعدات قد صُممت وتم تقييمها واعتمادها لتجنب الاشتعال في جو غبار قابل للانفجار.

يعالج تصنيف Ex خطر الاشتعال. يأخذ في الاعتبار بناء الهيكل، ومقاومة دخول الغبار، والسلوك الحراري، والمواد، ودرجة حرارة السطح، وظروف العطل، والعلامات، والاعتماد، وشروط الاستخدام. بالنسبة للمنطقة 21، قد تكون هناك حاجة إلى كل من حماية IP وشهادة Ex، لكنهما غير قابلين للتبادل.

هذا التمييز هو أحد أكثر مصادر الاختيار الخاطئ شيوعًا. قد يمنع الهيكل الصناعي المقاوم للعوامل الجوية الغبار في ظل الظروف الصناعية العادية، لكن هذا لا يعني أنه تم تقييمه كمعدات محمية ضد الانفجار. يجب أن يكون لمعدات المنطقة 21 تصميم Ex الصحيح وعلاماته واعتماده وشروط تركيبه.

تطبيقات المنطقة 21 النموذجية

تُستخدم معدات المنطقة 21 في الصناعات التي يمكن أن ينطلق فيها الغبار القابل للاشتعال أثناء الإنتاج الروتيني أو مناولة المواد. يجب أن يأتي التصنيف الدقيق دائمًا من تقييم خاص بالمشروع، لكن العديد من القطاعات تشمل عادةً مناطق 21.

معالجة الأغذية والحبوب

يمكن لمطاحن الدقيق ومصانع الأعلاف وأنظمة مناولة السكر وخطوط معالجة النشا ونقاط نقل الحبوب ومناطق تعبئة مسحوق الحليب أن تخلق سحب غبار قابلة للاشتعال أثناء التشغيل العادي. تعتبر معدات التعبئة في أكياس والنقل والغربلة والنقل مواقع شائعة لمراجعة المنطقة 21.

معالجة الأخشاب

يمكن للمناشر وخطوط الصنفرة وأنظمة استخلاص النجارة ومصانع الكريات ومرافق تصنيع الألواح أن تطلق غبار خشب قابل للاشتعال. قد تتطلب نقاط تجميع الغبار وقنوات الاستخلاص وفتحات معدات المعالجة أجهزة معتمدة اعتمادًا على نتيجة التصنيف.

الإنتاج الكيميائي والدوائي

يمكن للمساحيق العضوية الدقيقة والإضافات والمواد الوسيطة ونقاط نقل المواد على دفعات أن تخلق مخاطر انفجار غباري. في مصانع الكيماويات الدقيقة والأدوية، قد يحتاج اختيار المعدات أيضًا إلى مراعاة قابلية التنظيف والغسل ومقاومة التآكل واستمرارية العملية.

المعادن والمواد المتقدمة

قد تتطلب مساحيق معدنية دقيقة مختارة وغبار الكربون وأنظمة مناولة المواد المتخصصة ملاءمة لمجموعة غبار أكثر تطلبًا. يمكن أن يؤثر الغبار الموصل على متطلبات علامات المعدات وتصميم الهيكل وطرق التركيب.

إعادة التدوير ومناولة المواد الصلبة السائبة

قد تتطلب نقاط النقل والفواصل وخطوط التقطيع وأنظمة الجرعات وواجهات تجميع الغبار ومناطق التعبئة معدات المنطقة 21 عندما يكون انطلاق الغبار القابل للاشتعال ممكنًا أثناء التشغيل العادي.

المعدات النموذجية المستخدمة في المنطقة 21

قد تشمل المنتجات المستخدمة في مناطق المنطقة 21 أكثر بكثير من الإضاءة وصناديق التوصيل. غالبًا ما تتطلب مواقع مناولة الغبار الحديثة معدات اتصالات وإنذار وتحكم ومراقبة وتشغيل ميداني معتمدة.

• هواتف صناعية ومحطات اتصال داخلي محمية ضد الانفجار

• محطات تحكم محلية وأزرار ضغط ومحطات توقف طارئ

• صناديق توصيل وصناديق طرفية ومانعات تسرب الكابلات

• إضاءة ومنارات وأبواق وأجهزة إنذار

• مكبرات صوت لأنظمة العناوين العامة والإنذار العام

• مجسات وأجهزة إرسال ومحركات وأجهزة قياس

• أغلفة كاميرات ومعدات مراقبة

• أغلفة شبكات أو تحكم مستخدمة بالقرب من مناطق معالجة الغبار

يجب أن يكون كل منتج معتمدًا وموسومًا ومركبًا ومفحوصًا ومصانًا بشكل صحيح للمنطقة الخطرة للغبار المحددة. الجهاز الميداني المعتمد هو جزء واحد فقط من سلسلة الحماية. تؤثر الملحقات ومداخل الكابلات وممارسات التركيب وإجراءات التنظيف وسجلات الفحص جميعها على الامتثال طويل الأجل.

اعتبارات الاختيار والتركيب

اختيار معدات المنطقة 21 ليس مجرد قرار شراء. يجب أن يحافظ التركيب على مفهوم الحماية المعتمد. يجب أن تتطابق مانعات تسرب الكابلات وسدادات الغلق وعناصر التوقف والأختام وطرق التثبيت والملحقات ومداخل الصيانة جميعها مع الشهادة وتعليمات التركيب.

يجب على المهندسين التحقق من خصائص الغبار في الموقع، بما في ذلك سلوك الجسيمات وتشكل الطبقات وخصائص الاشتعال والتوصيل عند الاقتضاء. قد لا يكون الجهاز المناسب لخط مناولة مسحوق ما مناسبًا لآخر إذا كانت مجموعة الغبار أو درجة حرارة الاشتعال أو متطلبات درجة حرارة السطح أو طريقة التنظيف أو التعرض البيئي مختلفة.

يجب مراعاة تراكم الغبار حول المعدات المولدة للحرارة أثناء التخطيط. المعدات التي تكون آمنة عندما تكون نظيفة قد تصبح أكثر صعوبة في الإدارة إذا تراكمت طبقات الغبار على الهياكل أو المحركات أو الإضاءة أو مزودات الطاقة أو خزانات التحكم. لذلك يجب معاملة النظافة كجزء من خطة الحماية من الانفجار، وليس فقط كمسألة نظافة.

الصيانة هي أيضًا جزء من الامتثال. إذا تم فتح هيكل معتمد بشكل غير صحيح، أو تم إصلاحه بأجزاء غير معتمدة، أو تم تركيبه بمانعات تسرب غير متوافقة، أو تم تغطيته بطبقات الغبار لفترات طويلة، فقد لا يعود مفهوم الحماية الأصلي موثوقًا. يجب تحديد إجراءات الفحص والصيانة قبل وضع النظام في الخدمة.

الأخطاء الشائعة والإصلاحات الأفضل

كيفية الحكم على صحة الاختيار

يجب أن يبدأ اختيار معدات المنطقة 21 الصحيح بدراسة تصنيف المناطق الخطرة. يجب على المهندس تأكيد أن الموقع هو بالفعل منطقة 21 وأن الغبار قابل للاشتعال وقابل للانتشار وموثوق كمصدر انطلاق أثناء التشغيل العادي.

الفحص الثاني هو علامة المنتج. يجب أن تحمل المعدات مفهوم حماية Ex مناسب للغبار، ومستوى حماية المعدات الصحيح، ومجموعة الغبار الصحيحة، ودرجة حرارة سطح قصوى مناسبة. يجب أن تتطابق هذه التفاصيل مع خصائص الغبار وتصنيف الموقع.

الفحص الثالث هو توافق التركيب. يجب أن تحافظ مانعات تسرب الكابلات وسدادات الغلق والأختام وطرق التثبيت والملحقات ومداخل الكابلات على مفهوم الحماية المعتمد. يمكن أن يصبح الجهاز ذو العلامات الصحيحة غير متوافق إذا تم تركيبه بملحقات غير مناسبة أو تم تعديله في الميدان.

الفحص الأخير هو إدارة دورة الحياة. تعتمد حماية المنطقة 21 على الفحص والتنظيف والصيانة والتحكم المستمر في طبقات الغبار. إذا لم يتم الاحتفاظ بالمعدات في الحالة التي تفترضها شهادتها وتعليمات التركيب، فقد لا يعود الاختيار الأصلي يوفر حماية موثوقة.

النظرة النهائية

تنطبق المنطقة 21 على المناطق التي يمكن أن تحدث فيها سحب الغبار القابلة للاشتعال بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. توجد بشكل شائع حول عمليات نقل المساحيق والتعبئة والغربلة والتعبئة في أكياس والنقل وتجميع الغبار ومناولة المواد الصلبة السائبة. يعتمد التصنيف على سلوك انطلاق العملية وخصائص الغبار والتهوية والنظافة واحتمالية تشكل السحابة.

يتطلب اختيار المعدات الصحيح أكثر من مجرد هيكل قوي أو تصنيف IP عالٍ. يجب على المهندسين مراجعة علامة Ex ومفهوم الحماية ومستوى حماية المعدات ومجموعة الغبار ودرجة حرارة السطح القصوى وسلامة الهيكل وشروط الشهادة والملحقات وطريقة التركيب وممارسات الصيانة.

عندما يتم تقييم هذه العوامل معًا، تصبح حماية المنطقة 21 عملية هندسية واضحة بدلاً من تخمين قائم على المظهر أو ادعاءات مقاومة الغبار العامة. الهدف هو منع الاشتعال والحفاظ على التشغيل الموثوق والحفاظ على المعدات المركبة متوافقة طوال عمرها التشغيلي.

الأسئلة الشائعة

هل المنطقة 21 أكثر خطورة من المنطقة 22؟

نعم. تعني المنطقة 21 أنه من المحتمل حدوث جو غبار قابل للانفجار بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي. تعني المنطقة 22 أنه ليس من المحتمل حدوثه أثناء التشغيل العادي، وإذا حدث، فمن المتوقع أن يستمر لفترة قصيرة فقط.

ما نوع المعدات المستخدمة عادةً في المنطقة 21؟

عادةً ما تحمل معدات المنطقة 21 مفهوم حماية Ex مناسب للغبار، مثل Ex tb، ومستوى حماية معدات مثل Db. يعتمد الاختيار النهائي على مجموعة الغبار ودرجة حرارة السطح القصوى وتصميم الهيكل وشروط الشهادة وبيئة التركيب.

هل IP65 كافٍ للمنطقة 21؟

لا. قد يشير IP65 إلى مستوى من الحماية ضد دخول الغبار والماء، لكنه لا يثبت الملاءمة لأجواء الغبار القابلة للانفجار. يجب أن يكون لمعدات المنطقة 21 تصميم Ex وعلامات وشهادة وشروط تركيب صحيحة.

ما الفرق بين المنطقة 20 والمنطقة 21؟

تنطبق المنطقة 20 حيث يوجد جو غبار قابل للانفجار بشكل مستمر أو لفترات طويلة أو بشكل متكرر. تنطبق المنطقة 21 حيث يُحتمل حدوث جو غبار قابل للانفجار بشكل عرضي أثناء التشغيل العادي.

هل يمكن أن تكون طبقات الغبار خطرة بدون سحابة غبار مرئية؟

نعم. يمكن أن تضطرب طبقات الغبار وتنتشر في الهواء، مما يخلق سحابة غبار. يمكنها أيضًا عزل الأسطح الساخنة وزيادة خطر الاشتعال. لهذا السبب تعتبر إجراءات النظافة والتحكم في درجة حرارة السطح والفحص مهمة في المناطق الخطرة للغبار.

هل تنطبق المنطقة 21 على الأماكن الداخلية فقط؟

لا. على الرغم من أن العديد من المناطق الخطرة للغبار داخلية، يمكن أن توجد المنطقة 21 أيضًا في الهواء الطلق حيث ينطلق الغبار القابل للاشتعال ويترسب ويمكن أن ينتشر أثناء ظروف التشغيل العادية.