هنر اعمال مواد ضد حریق

نعمت الکتریسیته و برق یکی از اجزای جدا نشدنی زندگی روز مره ماست که برخی اوقات فراموشش می کنیم. تقریبا هر چیزی به برق نیاز دارد، ما گاهی فراموش می کنیم چگونه این برق هزاران کیلیومتر منتقل می شود تا به خانه ها، مدارس، بیمارستان ها، پالایشگاه ها و ساختمان های حساس برسد. برای انجام انتقال بهینه در فواصل زیاد، برق را با ولتاژ بالا ارسال می کنند و هادی ها باید با مواد عایق مناسب و با کیفیت بالا پوشانده شوند.
کابل ها مسیر طولانی ای را از سال 1882 که برای خط انتقال برق نیویورک معرفی شدند تا به امروز، طی کرده اند. از آن موقع تا به امروز، مواد عایق الکتریسیته پیشرفت قابل توجهی داشته اند مانند پلی اتیلن Water-TreeRetardant Cross-Linked (TR-XLPE) که قادر است کابل ها را حتی با عبور هزاران ولتاژ الکتریسیته امن و مقاوم نگه دارد. کابل ها همچنین در سیستم های اخطار آتش سوزی برای هشدار وقوع آتش سوزی استفاده می شوند. مواد عایق کننده مناسب برای به کارگیری برای انتقال سیگنال و توان مورد استفاده قرار می گیرند.
هنگامی که یک آتش سوزی اتفاق می افتد، مخصوصا در مراکز پالایشگاهی که دما گاهی تا 1100 درجه سانتی گراد می رسد در عرض 5 دقیقه، عایق های الکتریسیته ممکن است بسوزند و به این ترتیب کابل امکان انتقال سیگنال و توان را نداشته باشد. در عرض چند دقیقه، مدار الکتریکی شکل گرفته می تواند منجر به مسائل امنیت جانی شود و پروسه کنترل با شکست روبرو شود.

شکل:‌ محافظت کابل پیشرفته (سلولزی یا هیدروکربنی)

مطالعه موردی: آتش سوزی در مرکز پالایشگاهی Mid West

در اواخر دهه 1990، در یک مرکز پالایشگاهی در MidWest، لوله حامل مواد اشتعال پذیر منفجر شد، و منجر به وقوع آتش سوزی در عمق 15 فوتی در زیر زمین گردید. دمای زیاد تولید شده توسط آتش سوزی به تانکر نزدیک پالایشگاه رسید که محتوی صد ها گالن هیدروکلریک اسید بود.
واحد آتش نشانی بلافاصله عمق و شدت خطر را تشخیص داد و سعی کرد تانکر اسید را از آتش دور نگه دارد. کابلی که برای ارسال سیگنال برای شیرها مورد استفاده قرار می گرفت در معرض آتش سوزی بود. این مدار نیاز بود تا برای خالی کردن تانکر سالم باشد.
در چنین موقعیت های حساسی که نیازمند سرعت بسیار زیاد است، تنها 30 دقیقه برای خالی کردن تانکر زمان داریم.
E-Mat چگونه به کابل کمک کرد که 30 دقیقه بتواند در چنین موقعیت حساس و خطرناکی دوام بیاورد، در حالی که انتظار می رفت ظرف چندین دقیقه ماده عیق کننده از بین برود؟

تکنولوژی اندوترمیک

3M™ Interam™ E-5A-4 Endothermic Mat “E-mat” یک ماده انعطاف پذیر است که از تکنولوژی اندوترمیک برای آزاد کردن آب برای خنک کردن عضو مورد نظر و انتقال حرارت ایجاد شده توسط آتش سوزی استفاده می کند. این محصول در موقعیت هایی که دمای کابل به 1100 درجه سانتی گراد می رسد باعث شد هیدروکربن برای مدت بالاتر از 60 دقیقه دوام بیاورد. در صنایع گاز و نفت معمولا از موادی باید استفاده شود تا بتوانند برای 15-30 دقیقه کار محافظت را انجام دهند. این امر معمولا با براورد خطر و هزینه ای که توسط صاحب و مالک صنعت مورد نظر انجام می شود، صورت می پذیرد. سیستم 3M می تواند طوری تنظیم شود تا بتواند از پس این شرایط بر بیاید.
هنر پشت این طراحی چیست که می تواند کار محافظت مدار را اینقدر خوب انجام دهد در حالی که باقی مواد و پوشش ها نمی توانند؟

کابل قدرت

سیم های موجود در کابل های انتقال قدرت می توانند در دماهای بسیار بالا نیز کار کنند و برخی تا دمای 250 درجه و تا زمانی که اکسیداسیون رخ دهد به فعالیت خود ادامه می دهند. در صنعت، به ندرت دمای کابل به 250 درجه می رسد، اما ماکزیمم دمای 90 درجه نرمال محسوب می شود و تا 40 سال عمر مفید کابل مورد مطلوب است. این طول عمر به سبب مشخصات و جنس ماده عایق کننده است که به مرور زمان فرسوده می شود و پس از 40 سال این پوشش ترد می شود و بیشتر مستعد شکستن می گردد.
مانند بیشتر جاها، لازم است تا زمان هایی که دمای کاری بالاتر از میزان میانگین می شود محاسبه شود. در مواقع پر باری، دما تا 130 درجه نیز می رسد. اما چه اتفاقی برای طول عمر عایق کابل می افتد؟
به عنوان یک قانون سر انگشتی، به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش دما، طول عمر کابل با ضریب 2 کاهش پیدا می کند. این مدل ریاضی بین دما و طول عمر کابل رابطه آرنیوس نامیده می شود.
در دمای 130 درجه، طول عمر کابل به طور قابل ملاحظه کاهش می یابد و تنها 1000 ساعت می شود (42 روز). به همین سبب است که دمای 130 درجه را دمای “کارکرد اضطراری” می نامند.

شکل:‌محافظت رده T تا 4 ساعت

کابل های ضد حریق

برای حصول اطمینان از کار کردن صحیح کابل ها در آتش سوزی های سلولزی و هیدروکربنی، کاربر باید دمای کارکرد اضطراری کابلش را مشخص کند و زمان لازم برای کنترل آتش سوزی را نیز تخمین بزند. در مورد ذکر شده، دمای قطع در بیشترین میزان 140 درجه بود.
دمای ماکزیمم ذکر شده از تست استاندارد ASTM E 1725 می آید که به “متد های تست استاندارد برای اجزای سیستم محافظت الکتریکی” می پردازد.
در این استاندارد، کارکرد کابل بستگی به جنس ماده عایق و قابلیت حفظ خاصیت ماده در دماهای آتش سوزی دارد. موارد مختلف تست برای نقاط کارکرد ترکیبات مختلف مواد مختلف وجود دارد. در این تست ها دمای از بین رفتن بین 149 تا 427 درجه سانتی گراد گزارش شد. این کشف منجر به استفاده از دما به عنوان یک شرط اصلی برای محاسبه کارکرد الکتریکی استفاده شد.
E-Mat انعطاف پذیری و ضخامت مناسبی دارد که باعث می شود در 1،2،3 یا حتی 10 سال بتوان از کابل استفاده کرد. این مورد، سطوح مختلف محافظت در برابر آتش سوزی را ممکن می سازد. لایه ها می توانند به سادگی کنده شوند و بر روی دیگر تجهیزات الکتریکی نصب شوند.
E-mat مقاومت در برابر الکتریسیته کمی را نیز ایجاد می کند، چون حرارت ایجاد شده به سبب عبور الکتریسیته به سادگی به اطراف کابل منتقل می شود، بر عکس مواد عایق دیگر که گرما را حبس می کردند. برای صنایع ارتباطی، کابل های اپتیک فیبری معمولا دوباره کار گذاشته می شوند.

آیا کاربرد های این کابل در همین حد محدود می شود؟

فولاد ساختمانی

حمایت گرهای فولادی ساختمانی امروزه به وفور در صنایع ساختمانی و پالایشگاه ها یافت می شوند. آنها معمولا سبک تر از بتن هستند و برای بالا بردن سرعت ساخت و ساز ساختمان یا مخزن های نگهداری مواد شیمیایی در پالایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند و جای کمی را نیز اشغال می کنند. با آنکه این لوازم از فولاد ساخته می شوند، اما جاهایی نیز هست که از بتن استفاده می شود.
بتن و فولاد ساختمانی هر دو برای موارد تحمل بار مورد استفاده قرا می گیرند. اما هنگامی که این اجزا در مواجهه با آتش قرار می گیرند، آسیب پذیر می شوند و در دمای 538 درجه سانتی گراد تسلیم می شوند. برای جلوگیری از تسلیم شدن حین آتش سوزی، فولاد ساختمانی باید محافظت شود. متد های قدیمی تر محافظت عبارت است: از ایجاد پوشش سیمانی یا intumescent . این متد های قدیمی با استفاده از پوشش های سیمانی و intumescent که گاهی تحت عنوان متد های خیس شناخته می شوند، شیوه هایی قدیمی برای محافظت در برابر آتش سوزی می باشند. نصب آنها سخت و مستلزم وجود منابع آب، آماده سازی سطح به شکلی مناسب و با احتیاط، سیستم های پمپ پیچیده و محیط محدود برای نصب می باشد. همچنین ملاحظاتی در مورد چگونگی اثر محیط بر این نوع پوشش ها و چگونگی ترک برداشتن این پوشش ها نیز وجود دارد.
E-mat به عنوان یک متد خشک برای محافظت در برابر آتش سوزی می تواند به سادگی روی تیر ها و ستون های مختلف اعمال شود و همچنین انعطاف پذیری لازم برای جدا کردن و نظارت برای خوردگی را دارا می باشد. E-mat همچنین برای مواجهه با شرایط طبیعی و غیر طبیعی محیطی تست شده است. هر گونه جدا شدن این پوشش از سطح می تواند به سادگی تشخیص داده شود و به سادگی می توان آن را به حالت اول برگرداند.

شکل: متد خشک برای محافظت در برابر آتش و نظارت خوردگی

نتیجه گیری

در هر طراحی در برابر آتش سوزی، مهم است که نوع اجزای مورد محافظت مشخص گردد. خواه کابل های انتقال نیرو باشد یا لوله و فولاد های ساختمانی، کاربر باید مشخصات مواد مورد استفاده را بداند. E-mat انعطاف پذیری حقیقی در محافظت همه این اجزا را دارا می باشد. اگر از تکنولوژی اندوترمیک استفاده شود، هنر ضد آتش کردن می توان ساده باشد.
3M E-mat برای کاربرد های مختلف از کابل های توانی گرفته تا سازه های فولادی و لوله ها مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده برای بیش از 30 سال به طور موفق برای محافظت ساده و موثر ساختمان ها و مراکز پالایشگاهی نفت و گاز و هسته ای مورد استفاده قرار گرفته است.
برای اطلاعات بیشتر به سایت 3m.com مراجعه نمایید.