تقنية وسائل الأيروسولات (Aerosols)، والجزيئات، والأبخرة الرذاذيَّة، والهباء الجوي المكثف.
مقدمة :
مواد الإطفاء (الأيروسولات) أو ما يُسمَّى بـ (الهباء الجوي) تُعتَبر من المواد النَّظيفة والحديثة، ومن بدائل الهالونات، والتي لا تُؤثِّر على استنزاف طبقة الأوزون، واحتماليَّة تأثيراتها في الاحتباس الحراري (صفر)، وصديقة للبيئة، ولا تُؤثِّر على الموجودات بعد عمليَّة إطفاء الحرائق.
وسائل وأشكال الأيروسولات:
- أنظمة ثابتة:
عبارة عن منظومات متكاملة تعمل بطريقة كهربائية أو حرارية عبر أجهزة استشعاريَّةK وشبكة إنذار، وأنظمة إطفاء تلقائيَّة.
- أنظمة متنقلة:
لمكافحة الحرائق في مختلف الأماكن، وعند الطوارئ.
- كرات وبالونات إطفاء:
تُسْتخدم لتأمين السيَّارات، وسيارات النقل، وأماكن الكهرباء والبطاريات، ويمكن استخدامها يدويًّا وكهربائيًّا، أو بمجرَّد اتِّصالها بحرارة.
- قنابل يدويَّة،وبخاخ رش، وزجاجات مختلفة الأحجام والأنواع:
للحماية الشخصيَّة، ولتأمين بعض الأماكن المهمة بصورة عاجلة، وأثناء المواقف الطارئة.
مزايا الهباء الجويِّ المكثف:
- فعالية عالية جدًّا، وغير موصلة للكهرباء.
- ليست بحاجة لمادة دافعة.
- مناسبة لمكافحة جميع أنواع الحرائق.
- صديقة للبيئة،وغير سامَّة، ولا تُؤثِّر على طبقة الأوزون.
- ليست بحاجة لصيانة أو متابعة،وسهلة التركيب والاستخدام.
- لا تتسبَّب في إحداث أي صدأ على الموجودات.
عيوب الهباء الجوي:
- يطفو إلى الأعلى
- يُسبِّب إعاقة رؤية.
- لا يُسْتخدم لمكافحة حرائق المعادن المُشعَّةوالمواد المؤكسدة.
نظريَّة عمل الهباء الجوي على عملية الإطفاء:
مواد الإطفاء (Aerosols) (الهباء الجوي المكثف) (الناتجة عن تفاعلات كيميائيَّة) تتكوَّن من جزيئات صُلْبة صغيرة من أملاح الفلزات القلويَّة حوالي (40٪) من وزن مولدات الهباء الجوي، والغاز حوالي (60٪) من وزن الهباء الجوي المتولد (في الغالب النيتروجين، وثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء), ويعمل الهباء الجوي على إطفاء الحريق من خلال آليَّة كيميائيَّة؛ ممَّا يتداخل مع تفاعل سلسلة الاحتراق، وإزالة الجذور الحرَّة للَّهب، ويطفئ النَّار دون استنزاف الأكسجين، ويأخذ الهباء الجويُّ الطاقة من بيئة الاحتراق (عمل تبريد)، يحدث هذان التفاعلان بشكلٍ رئيسٍ على سطح جزيئات الهباء الجوي الصُّلبة؛ لذلك كلَّما زاد عدد الجسيمات الصغيرة، كان سطح التفاعل أكبر، وزاد عدد الجسيمات الفعَّالة، وبالتالي فعالية عمل الإطفاء؛ لأنَّ هذه الذرَّات لديها القدرة على التقاط الجذور الحرَّة الأخرى التي يتمُّ إنتاجها من خلال التفاعل المتسلسل لعمليَّة الاحتراق، ممَّا يؤدِّي إلى انقطاعها, وتجدُر الإشارة إلى أنَّه بغضِّ النظر عن (البيكربونات)، فإنَّ البوتاسيوم يُثْبت أنَّ له تأثيرَ تثبيطٍ قويٍّ على التفاعل المتسلسل بفضل إمكانات التأيُّن المنخفضة الذي يمتاز بها.
الاستخدامات وأماكن التأمين والحماية للأيروسولات:
تُسْتخدم وسائل ومواد الإطفاء (الأيروسولات) في الكثير من المجالات الصناعيَّة والهندسية لإطفاء الحرائق في منصَّات الغاز، والنفط، وحاملات الوقود، وأماكن الكهرباء، ومخازن الوقود، ولتأمين مراوح الرِّياح التُّوربينيَّة، وعلى القطارات، وفي محطَّات إنتاج الكهرباء، ومُحرِّكات الطائرات، ولتأمين شبكات شاشات المراقبة والاتصالات، وأنظمة الحواسيب.
مجالات استخدام مواد الإطفاء (الأيروسولات):
آليَّة عمل الأيروسولات:
يتمُّ إنتاج رذاذات الهباء الجوي الحديث النُّشوء من خلال الاحتراق أو التحلُّل الحراري للأكسدة غير العضوية، والأملاح الموجودة في حافظة وقود الإبوكسي غير العضويَّة، أو العضويَّة (البوتاسيوم العامل الكيميائي الصلب والنشط)، يكون مغلفًا في وعاءٍ مُحْكم الإغلاق، وعند إشعاله حراريًّا أو كهربائيًّا باستخدام الدَّوائر الكهربائيَّة، أو تلقائيًّا عبر أجهزة اكتشاف النار والحرارة، أو عنصر مقاوم, بمجرَّد بدء عملية التحلُّل الحراري يتفاعل مسحوق الإطفاء مع نواتج الاحتراق؛ ممَّا يؤدِّي إلى حدوث سلسلةٍ من التفاعلات الكيميائيَّة شديدة الحرارة، والَّتي تؤدِّي إلى انهيار مركبات البوتاسيوم، وإنتاج الأملاح المعدنية القلويَّة, وتتشكَّل الأملاح المعدنية القلويَّة كسوائل تُحمَل في غازات التحلُّل إلى مصدر الوقود عندما تتوسَّع وتنمو بسبب الطفو فوق اللَّهب،
وتعمل الغازات السَّاخنة على تشتيت الجسيمات الصُّلبة في جميع أنحاء منطقة الحماية والحريق أثناء امتصاص جسيمات الهباء الجوي للحرارة، وبعض التخفيف بواسطة الغازات السَّاخنة، بالإضافة إلى مزيدٍ من التفاعلات الكيميائيَّة بين الجسيمات الصُّلبة، ومناطق التَّفاعل في النار، وبالتَّالي تؤدِّي إلى إخماد النَّار المشتعلة، وتبريد مناطق الحماية.
وبشكل عامٍّ، فإنَّ أملاح البوتاسيوم غير العضويِّ والتي تُشكِّل أيونات البوتاسيوم تكون أكثر فعاليةً في تثبيط عمليات الاحتراق الهيدروكربوني؛ لذلك غالبًا ما يتمُّ اختيار نترات البوتاسيوم (KNO3) كمُكوِّن رئيس لمعظم الأيروسولات، وعلى الرغم من أنَّ المؤكسدات القوية الأخرى المستخدمة اليوم تشمل بيركلورات البوتاسيوم (KClO4)، وكلوريد البوتاسيوم (KCl)، يتمُّ استخدام هذه التقنية الجديدة نسبيًّا مع الغازات الخاملة، أو الهالوكربونية، وهكذا يتمُّ تضمينها مع مادة الإطفاء كمادة دافعة, ويتكوَّن الهباء الجويُّ والغازات الخاملة بما يشبه الألعاب الناريَّة.
ويعمل الهباء الجويُّ الصُّلب مباشرةً على اللَّهب عن طريق جهاز حسَّاس، وبمجرَّد اكتشاف الحرارة لحدٍّ مُعيَّنٍ يبدأ بتفعيل خطوات التشغيل من الاحتراق، والتفاعل والانتشار، وتعمل الغازات كآليَّة لإيصال الهباء الجوي إلى مناطق الحماية فوق النار المشتعلة, والجسيماتُ الصُّلبةُ لها فعالية عالية جدًّا نسبةً إلى وزنها, ومع ذلك فهذه الجسيمات قد تُتْلف المُعدَّات الحسَّاسة جدًّا، وهي ليست مناسبةً لمنع الانفجار بسبب ارتفاع درجة الحرارة التي يتمُّ إنشاؤها وسط أوعيتها وأسطواناتها.
وهناك مشاكل فسيولوجية حادَّة مرتبطة باستنشاق المواد والجزيئات المنطلقة في نطاق الحجم المطلوب والآمن لمَن هم بجوار الحريق أثناء عملية التَّشغيل,
ومن فائدة هذه التقنية: أنَّها تحُدُّ هذه المشكلات في المناطق المأهولة. وتشمل المجالات التي يمكن أن تُوفِّر فيها أنظمة الجسيمات الصُّلبة الدقيقة بديلًا عمليًّا للهالونات كونها تُسْتخدم في الاتصالات السِّلكيَّة واللَّاسلكيَّة، وعلى السيارات، والقوارب، والمراوح الهوائيَّة، وكبائن المولدات الكهربائيَّة، وشبكات الحاسوب الآلي.
ويتمُّ إنشاء الهباء في حاويةٍ غير مضغوطة من مادة صُلْبة عن طريق الوسائل الكيميائيَّة، أو الحرارية، أو الكهربائيَّة، ويتمُّ إنشاؤها وتوزيعها بسرعة مشتتة للغاز حول المنطقة المراد حمايتها، وإطفاء النار عن طريق تغيير كيمياء اللَّهب، وامتصاص الحرارة، وتخفيف الوقود والأكسجين في منطقة الاحتراق بواسطة سحابة الهباء الجويِّ.
الغازات الدَّافعة: ثانـي أكسيد الكربون، وغازات الهالوكربون، وبخار الماء, وتنفصل جزيئات كربونات البوتاسيوم في منطقة اللَّهب، وتنتج البوتاسيوم الذي يقطع استمراريَّة الغازات الطليقة، وبالتالي يتوقَّف الحريق, ويُطْفئ الحرائق أيضًا عن طريق امتصاص الحرارة كنتيجةٍ للتغيُّرات في مراحل تغيير انتقال الحرارة، وتغيير حالة مادة الإطفاء من (صلبة إلى سائلة إلى غاز)، والتحلُّل الماص للحرارة من جزيئات كربونات البوتاسيوم.
لأيروسولات غير مناسبةٍ للحرائق التي تحتوي على المعادن التفاعليَّة والمُشعَّة؛ مثل: الصُّوديوم، والبوتاسيوم، والمغنيسيوم، والتيتانيوم، والزركونيوم، واليورانيوم، والبلوتونيوم.
فاير برو (Firepro) هباء جوي مكثف:
- يُسْتخدم بطريقة الغمر الكلِّي على قاعدة بودرة البوتاسيوم، ذرات وجزيئات صغيره جدًّا.
- يُسْتخدم لحماية غُرَف البطاريات، وأماكن الإلكترونيات والكهرباء، وكنظام حماية وإطفاء حرائق على السيارات والمُعدَّات.
سات – إكس (Sat-X ) مولد الهباء الجوي المكثف:
المُكوِّنات:
نترات البوتاسيوم، رقم التسجيل 7757-79-1
المُكوِّنات مخلوطة ومضغوطة في قالب + راتنج عضوي، رقم التسجيل 9003-35-4
يعمل هذا النظام بطريقة حرارية، ويستخدم لحماية المراوح التوربينيَّة من جرَّاء الحرائق المحتملة، كما يُسْتخدم لتأمين الأماكن والمُعدَّات البعيدة؛ كالهوائيات، وأبراج الاتصالات، ومحطات توليد الكهرباء. ويُعتَبر ضمن سياسة بديلة جديدة مهمة SNAP (Significant New Alternate Policy) كونه غير ضارٍّ بالبيئة.
مصدق عليه من قِبَلِ UL وبموجب
NFPA® 2010 Standard for Fixed Aerosol Fire-Extinguishing Systems.
أيروسول مواد وجزيئات صلبة كيميائيَّة
الهباء الجوي الساخن أيروجين – (Hot Aerosol AeroGen) أيروجين:
المُكوِّنات: بودر كيميائي (بيكربونات البوتاسيوم) + غاز مخلوط نتروجين وغاز ثانـي أكسيد الكربون + ماء.
يُسْتخدم لمكافحة جميع أنواع الحرائق – كبائن الكهرباء والإلكترونيَّات – نظام مكافحة إطفاء الحرائق في السُّفن والقوارب والطائرات وسيارات السباق، ووسائل المواصلات العامَّة، وهو مادة نظيفة، ولا تؤثر على البيئة أو طبقة الأوزون.
غاز النتروجين Nitrogen:
غاز النيتروجين يعتبر عنصرًا ضروريًّا لجميع الكائنات؛ كونه يدخل في تركيب بنية الخلايا، ومُكوِّنًا أساسيًّا في تركيب البروتينات والأحماض, والأساس في تركيب الإنزيمات الَّتي تتحكَّم في النَّشاطات الحيويَّة داخل كلِّ خلية خاصَّة بالنمو والتكاثر, ويعتبر من أهمِّ الغازات التي توجد داخل الغلاف الجوي، ومصدره الأساسي هو الهواء الجوي؛ حيث يُشكِّل النيتروجين حوالي (78%) من حجم الهواء الجوي, ولأنه من الغازات الخاملة وغير نشطٍ يصعب تفاعله مع عناصر أخرى إلَّا في حالات خاصة، وفي درجات حرارة مرتفعة، وضغط عال مع وجود مُحفِّز وطاقة كبيرة لكسر الروابط. ويرمز له N2، وعدده الذَّري 7 – أخف قليلًا من الهواء.
أسماء تجارية لغاز النيتروجين : Trade Name
- Nitrogen, Nitrogen compressed, Nitrogen N48, Nitrogen N52, Nitrogen HG, Lasal 1, Lasal
- 2001, Aligal 1, Alphagaz N2 1, Alphagaz N2 2, Alphagaz 1 Nitrogen, Alphagaz 2 Nitrogen,
- Lasal 1, Phargalis 1, Albee Cool N2 ,Azote , REFRIGERATED LIQUID, Cryogenic Liquid Nitrogen, Liquid Nitrogen,
الصيغة الكيميائية: N2 Chemical Formula،
الاسم الكيميائي: Nitrogen
رقم التسجيل CAS-No. : 7727-37-9
خصائص غاز النيتروجين:
- غاز عديم اللَّون والرائحة.
- لا يشتعل، ولا يساعد على الاشتعال.
- يُشكِّلحوالي (78 %) من مُكوِّنات الهواء الجوي.
- يُعتَبرمن الغازات الخاملة.
- غازنظيف وخالٍ من الرطوبة.
- عنصر غير نشط، ولا يتفاعل بسهولة مع أي عنصر .
- شحيح الذوبان في الماء.
- يُسمَّى: آزوت (Azote).
- غاز غير سامٍّ نسبيًّا، أمَّا إذا ازدادت نسبته أكثر من (84 %)، وقلَّت نسبة الأكسجين، فأضراره كثيرة على التنفُّس.
- يدخلفي تركيب أجسام الكائنات الحية؛ مثل: المادة الوراثية والبروتينات.
التوزيع الإلكتروني (5 – 2) ,.
نوع العنصر: لا فلز.
موقع العنصر: يقع في الدورة الثانية، والمجموعة الخامسة.
رقم التأكسد: -3 . يميل لتكوين روابط أيونيَّة وروابط تشاركيَّة.
تحضير غاز النيتروجين:
يحضر تجاريًّا بالتقطير التجزيئي للهواء المُسَال.
التقطير التجزيئي: عمليَّة فصل خليط مُكوِّناته الأصلية، ويتم عن طريق تسخينها وتكثيفها بالاعتماد على فرق درجات الغليان بين مُكوِّنات الخليط. ويحضر مخبريًّا من خلال تفاعل نيتريت الصوديوم وكلوريد الأمونيوم، فينتج نيتريت الأمونيوم الذي يتحلَّل إلى غاز النيتروجين والماء. المصدر الرئيس لتحضير النيتروجين: هو الهواء الجوي عن طريق إسالة الهواء بالضغط والتبريد، ثمَّ التقطير التجزيئي للهواء السائل لفصل غازي الأكسجين والنيتروجين.
ومن أهمِّ الطرق المستخدمة صناعيًّا في تحضير النيتروجين: هي طريقة (لند)؛ حيث تتمُّ إسالة الهواء على أساس ظاهرة (جولي، وطومسون) اللَّذين وجدا أنَّه عند السماح لغازٍ تحت ضغط كبير بالتمدُّد خلال فتحة ضيقة بدون اكتساب طاقه خارجية، فإنَّ درجة حرارته تنخفض نتيجةً لأنَّ الغاز يبذل ضغطًا داخليًّا في التغلُّب على قوى التجاذب بين جزيئاته، وبتكرار عملية الضغط فالتَّبريد والتمدُّد بدون اكتساب طاقة يتحوَّل الهواء إلى الحالة السائلة، وبتكرار هذه العملية نحصل على نيتروجين نقي، ويتبقَّى أكسجين نقي في الحالة السائلة.
استخدامات غاز النيتروجين:
- مكافحة الحرائق العميقة في مناجم الفحم والتعدين.
- يستخدم كنظام إطفاء مركزي في الأماكن المحصورة.
- يستخدم في معظم عمليَّات التَّصنيع والغذاء.
- يستخدم في تعبئة أجهزة الهبوط الرئيسة في الطائرات لامتصاص الصَّدمات.
- يستخدم في نَفْخ مزالج النجاة والهروب في الطائرات.
- يستخدم في تعبئة إطارات سيارات السباق؛ لأنه لا يشتعل، ولا يتأثر بالاحتكاك.
- يستخدم كمادة دافعة لمواد الإطفاء؛ لأنه لا يشتعل، ولا يساعد على الاشتعال، ولا يوجد به رطوبة.
- يتمُّ استخدامه لتخزين كميات كبيرة من البترول، والعديد من المواد القابلة للاشتعال.
- يصعب إذابته بالماء، كما أنَّه لا يشتعل، ولا يمكن تفاعله مع الغازات أو العناصر الأخرى، فهو من مجموعة الغازات اللَّافلزات.
«يتمُّ استخدامه مع الحالات التي تُعَاني من السرطان، فهو يساعد على التخلُّص من جميع الخلايا الخبيثة، وأيضًا يساعد كثيرًا في علاج الآفات الجلديَّة التي تصيب الكثير من الأشخاص, وأيضًا يتمُّ استخدامه عند التبريد العميق.
كما يستخدم كمصدرٍ أساسيٍّ لتحفيز إنتاج النيتروجين الجاف، ويتمُّ استخدامه أيضًا في تصميم الأجهزة والأنظمة التي تُسْتخدم لإطفاء الحرائق, ويتمُّ استخدامه بكثرة داخل المستشفيات والمراكز الطبيَّة التي تحتاج إليه للاحتفاظ بعينات الدَّم.
كما يستخدم أيضًا للحفاظ والحماية على معظم العيِّنات لحين القيام بالعمليات, ويستخدم داخل عمليَّة تُسمَّى: (العزل المبرد)، وهذه العملية يتمُّ من خلالها تبريد النفط لكي يتمكَّنوا من معالجته وتنقيته من جميع الشَّوائب التي تُعِيقُ استخدامه.
ومن أهمِّ الاستخدامات أنَّه يساعد كثيرًا في الحفاظ على الخلايا بواسطة تبريدها لكي يتمكَّنوا من نُموِّها وتعايشها مرَّة أخرى، كما أنَّ غاز النيتروجين من الغازات الخاملة، والمعروف عن الغازات الخاملة أنَّها من الغازات التي لا تشتعل، ولا تُسبِّب اشتعالًا، وأيضًا يستخدم لتقليل الإشعال الذي يحدثه الكثير من الغازات الأخرى.
وغاز النيتروجين يعتبر من أهمِّ عناصر الأحماض النوويَّة, كما أنَّ النيتروجين يمدُّ النَّباتات بما تحتاج إليه من البروتين الذي يساعد كثيرًا في بقاء النباتات خضراء؛ لذلك تُعتَبر النباتات مصدرًا جيدًا للبروتين، أي: مصدرًا جيدًا لغاز النيتروجين.
أضرار غاز النيتروجين:
غاز النيتروجين له أهميةٌ بالنسبة للإنسان، فهو من الغازات اللَّازمة لاستكمال الحياة، لكن أكَّد الكثير من العلماء على أنَّ لغاز النيتروجين الكثير من الأضرار التي يُسبِّبها للإنسان، ومن أهمِّ هذه الأضرار: هي أنَّه عندما يتمُّ إطلاق غاز النيتروجين بسرعةٍ شديدةٍ، فإنَّه يتسبَّب في حدوث الاختناق؛ لأنَّه في ذلك الوقت يتسبَّب في التخلُّص التام من غاز الأكسجين الموجود بالمكان، فعندما يتمُّ استنشاق غاز النيتروجين، فإنَّه يتسبَّب في حالةٍ من التخدير للمصاب، فيتسبَّب ذلك في إصابة الشخص بحالةٍ من الإغماء الشديد, وعند استخدام الغوَّاصين الهواء لكي يتمكَّنوا من الغوص في البحار، وخاصةً إذا تمَّ الغوص لمسافات عميقة جدًّا إلى قاع البحر، وعند صعود الغوَّاص إلى السطح، فيتسبَّب غاز النيتروجين في الكثير من حالات الإصابة بانخفاض معدل الدَّم.
كما يوجد في الطبيعة على شكل غازٍ في درجات الحرارة والضغط القياسيين, ويُشكِّل النيتروجين النِّسبة الأكبر من الغلاف الجوي للأرض؛ حيث يُشكِّل النيتروجين نسبة (78%) من الهواء المحيط بنا، وهو يوجد – عادةً – على شكل جزيء مُكوَّن من ذرَّتين N2، ويُعدُّ النيتروجين أهمَّ جزءٍ في البروتينات في أجسام الكائنات الحيَّة، فهو يدخل في تركيب الأحماض الأمينيَّة. وغاز النيتروجين له العديد من الاستخدامات في الصناعة والحياة العمليَّة، وهو يُسْتخدم في شكليه (الغازي، والسائل)، ويدخل في إنتاج بعض المركبات الكيميائيَّة المهمَّة .
أهميَّة غاز النيتروجين:
- يُسْتخدم النيتروجين المُسَال في علاج الأورام الجلديَّة، وحفظ الأطعمة والتَّبريد السريع.
- يُسْتخدم في صناعة الأمونيا التي تستخدم في صناعة مُخصِّبات التربة.
- يُسْتخدم في بعض الإلكترونيات والبارود.
- يستخدم في حماية وتخزين زيت البترول، والمواد المتفجرة، والمواد شديدة الاشتعال؛ لأنَّه غاز غير نشط.
غاز النيتروجين في أنظمة الحماية، ومكافحة الحرائق Nitrogen Fire Suppression System
- يستخدم غاز النيتروجين في أنظمة مكافحة الحرائق بإزاحة نسبة الأكسجين إلى ما دون (15%)، وعندها يتمُّ إطفاء الحريق.
- يستخدم في شبكات الإطفاء التلقائيَّة مخلوطًا مع غاز ثاني أكسيد الكربون، أو مع غاز الأرجون، وغيره من الغازات الَّتي تستخدم في مكافحة الحرائق.
- يستخدم في مكافحة حرائق المناجم والحرائق العميقة.
- يستخدم في تعبئة إطارات الطائرات.
- يستخدم في أجهزة الهبوط الرئيسة لامتصاص الصدمات؛ كونه غازًا خاملًا، ولا يتأثر بالاحتكاك.
- يستخدم أيضًا في نفخ مزالج النجاة في الطائرات.
- يستخدم في حماية خزانات وقود الطَّائرات من مخاطر الحرائق؛ كونه غازًا خاملًا.
- يستخدم في دفع سوائل ومواد الإطفاء.
الخاتمة:
لُوحِظَ مؤخرًا الإقبال الشديد على استخدام أنظمة الإطفاء الحديثة؛ كونها آمنةً على البيئة، وأثناء الاستخدام لإطفاء الحرائق، ولا تؤثر على المواد التي استُخْدمت عليها بأي أضرارٍ أو تلفٍ، ولا تترك أثرًا على الموجودات، كما أنَّها ليست بحاجةٍ إلى تكاليف صيانة كثيرة مقارنة بمواد الإطفاء التقليديَّة.
