شیر برقی ضد انفجار چیست و چه کاربردی دارد؟

یکی از تجهیزاتی که نقش بسیار مهمی در تأمین ایمنی این محیط‌ها دارد، شیر برقی ضد انفجار است. این وسیله که نوعی سلونوئید ولو (Solenoid Valve) ویژه محسوب می‌شود، به‌طور خاص برای کار در مکان‌هایی طراحی شده که گازها، بخارات یا گرد و غبار قابل اشتعال وجود دارد و هر جرقه یا حرارت اضافی می‌تواند به فاجعه‌ای بزرگ منجر شود. در این مقاله توضیح می‌دهیم که شیر برقی ضد انفجار چیست، طراحی خاص آن چگونه از بروز انفجار جلوگیری می‌کند، چه استانداردهای بین‌المللی باید رعایت شوند، در چه صنایعی به کار می‌رود، چه برندهایی این محصول را تولید می‌کنند و به سؤالات متداول شما در این زمینه پاسخ می‌دهیم.

طراحی ضد انفجار در شیر برقی | چگونه از بروز انفجار جلوگیری می‌شود؟

شیر برقی ضد انفجار در ظاهر ممکن است شبیه شیرهای برقی معمولی باشد، اما تفاوت اصلی در طراحی محفظه سیم‌پیچ (بوبین) و سایر قطعات الکتریکی آن است. در این نوع شیر، تمام اجزای الکتریکی که احتمال ایجاد جرقه، قوس الکتریکی یا سطح حرارت خطرناک دارند، درون یک محفظه‌ی کاملاً محفوظ و مقاوم در برابر انفجار قرار گرفته‌اند. این محفظه‌ی ویژه به قدری مستحکم و درزبندی‌شده است که اگر هرگونه انفجار یا احتراق کوچکی در داخل سیم‌پیچ رخ دهد، شعله و فشار ناشی از آن را در خود نگه می‌دارد و اجازه نمی‌دهد به محیط اطراف سرایت کند. به بیان ساده‌تر، حتی اگر در اثر نوسان برق یا خرابی داخلی، جرقه‌ای در بوبین ایجاد شود، این جرقه نمی‌تواند گازها یا ذرات قابل اشتعال محیط پیرامون را شعله‌ور کند.

دقیق‌تر بگوییم، اصطلاح «ضد انفجار» به این معنا است که انرژی الکتریکی و حرارتی تولیدشده در سیم‌پیچ یا اتصالات داخلی شیر به اندازه‌ای محدود و مهار شده که برای احتراق محیط قابل اشتعال اطراف کافی نباشد. محفظه‌ی ضد انفجار (که گاهی Flameproof Enclosure یا محفظه مقاوم در برابر شعله نیز نامیده می‌شود) تمامی قطعات مستعد جرقه را از فضای بیرون جدا می‌کند. اگر مخلوط گازهای قابل انفجار احیاناً از طریق درز بسیار ریز به داخل این محفظه نفوذ کند، در صورت اشتعال نیز انفجار حاصل در همان فضای بسته رخ می‌دهد و گسترش نمی‌یابد. به این ترتیب از وقوع یک انفجار بزرگ در محیط جلوگیری می‌شود و کارگران و تجهیزات پیرامونی در امان می‌مانند.

برای درک بهتر، تصور کنید داخل محفظه‌ی سیم‌پیچ یک انفجار کوچک رخ دهد؛ طراحی ضد انفجار تضمین می‌کند این انفجار کوچک از محفظه فراتر نرود و هیچ شعله یا جرقه‌ای به بیرون درز نکند. نتیجه آن که محیط بیرونی که ممکن است پر از گازهای قابل اشتعال باشد هرگز با این شعله در تماس قرار نمی‌گیرد. این ویژگی حیاتی باعث شده است که شیرهای برقی ضد انفجار تبدیل به انتخابی الزامی در محیط‌های پرخطر شوند.

استانداردهای بین‌المللی (ATEX و IECEx) و اهمیت رعایت آن‌ها

استفاده از تجهیزات الکتریکی در محیط‌های قابل انفجار تابع استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای است. در سطح بین‌المللی، دو استاندارد و گواهی مهم بیش از همه مورد توجه قرار می‌گیرند: استاندارد ATEX و استاندارد IECEx. تجهیزات ضد انفجار معمولاً باید دارای تأییدیه یکی از این دو (و گاهی هر دوی) استانداردها باشند تا استفاده از آن‌ها در مناطق خطرناک مجاز شناخته شود.

گواهی ATEX (برگرفته از عبارت فرانسوی Atmosphères Explosibles به‌معنی محیط‌های انفجاری) یک استاندارد اروپایی است که دستورالعمل‌ها و الزامات ایمنی برای تجهیزات به‌کاررفته در اتمسفرهای قابل انفجار را تعیین می‌کند. تجهیزاتی که دارای نشان ATEX هستند با یک کد خاص روی پلاک مشخص می‌شوند (مثلاً چیزی شبیه به Ex II 2G Ex d IIC T4 Gb) که سطح حفاظت، گروه گازی و کلاس دمایی تجهیز را نشان می‌دهد. این گواهینامه در کشورهای اتحادیه اروپا اجباری است و داشتن آن به معنای گذراندن آزمایش‌های دقیق ایمنی است.

گواهی IECEx (مخفف IEC Explosive Atmospheres) یک سیستم گواهی‌دهی بین‌المللی تحت نظر IEC است. برخلاف ATEX که منطقه صدور آن محدود به اروپا است، IECEx در سراسر جهان اعتبار دارد و بسیاری از کشورها آن را به‌رسمیت می‌شناسند. در عمل، یک شیر برقی ضد انفجار دارای گواهی IECEx تقریباً معادل ایمنی همان تجهیز با استاندارد ATEX است و تفاوت عمده آن‌ها در گستره جغرافیایی کاربردشان است (ATEX مخصوص اروپا، IECEx قابل قبول در اغلب مناطق دیگر).

علاوه بر ATEX و IECEx که بیشترین کاربرد جهانی را دارند، استانداردهای دیگری نیز وجود دارند که مرتبط با مناطق خاص یا کشورهایی مانند آمریکا و کانادا هستند. برای مثال، در آمریکا از طبقه‌بندی NEC و استانداردهای NEMA استفاده می‌شود که محیط‌های خطرناک را به Class و Division تقسیم‌بندی می‌کنند (برای نمونه Class I Div 1 معادل Zone 1 در سیستم ATEX است). همچنین گواهی‌هایی نظیر UL و CSA (مختص آمریکا و کانادا) و استانداردهای ملی چین (NEPSI)، برزیل (INMETRO) و روسیه (TR CU) وجود دارند. خبر خوب این است که تولیدکنندگان معتبر معمولاً محصولاتی ارائه می‌دهند که چندین گواهی را به‌صورت همزمان دارند.

اهمیت رعایت استانداردها

وجود گواهینامه‌های ATEX و IECEx بر روی یک شیر برقی ضد انفجار نشان می‌دهد که محصول توسط آزمایشگاه‌های معتبر تست شده و در شرایط واقعی توانسته است از پس آزمون‌های سخت ایمنی برآید. استفاده از تجهیزات بدون این تأییدیه‌ها در محیط‌های پرخطر، علاوه بر غیرقانونی بودن در بسیاری از کشورها، می‌تواند عواقب شدیدی به دنبال داشته باشد. رعایت استانداردهای ضد انفجار برای حفظ جان پرسنل، جلوگیری از خسارات مالی ناشی از انفجار و نیز تطبیق با الزامات بیمه و بازرسی‌های ایمنی ضروری است. به بیان ساده، داشتن استاندارد ATEX/IECEx معادل یک اطمینان‌نامه برای شماست که شیر برقی مورد استفاده‌تان در سخت‌ترین شرایط نیز جرقه‌زن و منفجرکننده نخواهد بود.

همچنین این استانداردها با تعریف زون‌های خطر میزان ریسک هر ناحیه را مشخص کرده‌اند. به طور خلاصه:

• Zone 0: محیطی که به طور پیوسته یا طولانی‌مدت دارای اتمسفر انفجاری (گاز یا بخار قابل اشتعال) است. (مثلاً داخل یک مخزن سوخت). تجهیزات Category 1 (بالاترین سطح حفاظت) برای این محیط لازم است.
• Zone 1: محیطی که به طور متناوب در شرایط عادی عملیات ممکن است اتمسفر انفجاری در آن وجود داشته باشد. (مثلاً اطراف دریچه‌های مخازن یا محل‌های تخلیه مواد در پالایشگاه). تجهیزات Category 2 (یا 1) مورد نیاز است.
• Zone 2: محیطی که به طور معمول اتمسفر قابل انفجار در آن وجود ندارد ولی احتمال نادر و کوتاه‌مدت برای حضور آن هست (فقط در شرایط غیرعادی، مثلاً در صورت نشت اتفاقی) – مانند اطراف برخی لوله‌کشی‌ها. تجهیزات Category 3 (یا بالاتر) در این مناطق استفاده می‌شود.

شیرهای برقی ضد انفجار عموماً برای زون 1 و 2 طراحی می‌شوند (معمولاً با Category 2G/2D یا 3G/3D). برای زون 0 غالباً از روش‌های حفاظتی دیگر مانند ابزارهای ذاتاً ایمن (Intrinsic Safety, Ex i) استفاده می‌شود که در آن سطح انرژی مدار آن‌قدر پایین نگاه داشته می‌شود که حتی جرقه‌های احتمالی هم توان اشتعال نداشته باشند.

کاربردهای شیر برقی ضد انفجار در صنایع مختلف

هر جایی که گازها، مایعات یا غبارهای قابل اشتعال وجود داشته باشند و خطر انفجار محتمل باشد، شیر برقی ضد انفجار به کار می‌آید. این شیرها در نقش‌های کنترلی مختلف (قطع و وصل جریان سیال، کنترلactuatorها و غیره) مورد استفاده قرار می‌گیرند و حضور آن‌ها برای ایمنی فرآیند حیاتی است. در ادامه به برخی از صنایع و محیط‌های شاخص که از این تجهیز بهره می‌برند اشاره شده است:

1. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی: در پالایشگاه‌های نفت، سکوهای گاز و پتروشیمی، خطوط لوله انتقال گاز و مراکز ذخیره‌سازی سوخت، مخلوط‌های هیدروکربنی قابل اشتعال همه‌جا حاضرند. شیرهای برقی ضد انفجار برای کنترل جریان گازها و مایعات در این تأسیسات استفاده می‌شوند تا عملیات‌هایی نظیر قطع اضطراری (ESD) یا کنترل مشعل‌ها و مشعل‌پایلوت‌ها با ایمنی کامل انجام شود.
2. معادن (به‌ویژه معادن زغال‌سنگ): گاز متان در معادن زغال‌سنگ یک خطر همیشگی است. هر تجهیز الکتریکی که در تونل‌های معدن به کار می‌رود باید ضد انفجار باشد. شیرهای برقی کنترل‌کننده جریان هوا، آب یا سایر سیالات در معادن نیز از نوع ضد انفجار انتخاب می‌شوند تا جرقه‌ای موجب انفجار گاز متان نشود. همین‌طور در معادن طلا، آهن و … اگر گرد و غبار قابل انفجار (مثل غبار زغال‌سنگ یا فلزات) وجود داشته باشد، این تجهیزات به کار گرفته می‌شوند.
3. کارخانه‌های شیمیایی و دارویی: بسیاری از مواد شیمیایی و حلال‌ها قابلیت اشتعال بالایی دارند (مانند الکل‌ها، استون، حلال‌های آلی و غیره). در واحدهای تولید مواد شیمیایی یا داروسازی که اینگونه مواد را تولید، مخلوط یا استفاده می‌کنند، استفاده از شیرهای برقی ضد انفجار برای کنترل بخارات و سیالات امری ضروری است. برای مثال در بخش اختلاط حلال‌های آتش‌گیر یا در دستگاه‌های تقطیر و راکتورها، سلونوئید ولوهای ضد انفجار جهت کنترل امن جریان بخارات نصب می‌شوند.
4. صنایع رنگ، رزین و فرآورده‌های شیمیایی قابل اشتعال: کارگاه‌ها و کارخانجات تولید رنگ، رزین، چسب و امثال آن معمولاً با بخارات قابل اشتعال سر و کار دارند. یک جرقه کوچک در سالن تولید رنگ می‌تواند فاجعه‌بار باشد. بنابراین تمام تجهیزات برقی از جمله شیرهای برقی کنترل خطوط رنگ یا حلال باید ضد انفجار باشند. صنعت چاپ (چاپخانه‌هایی که از حلال‌های اشتعال‌پذیر استفاده می‌کنند) نیز در این دسته قرار می‌گیرد.
5. سیلوهای غلات و صنایع غذایی گردوغباردار: شاید تعجب کنید، اما گرد و غبار برخی مواد خوراکی نیز شدیداً انفجاری است (مثلاً گرد غلات، آرد، شکر خشک). سیلوهای گندم یا کارخانه‌های آرد و قند جزو محیط‌های مستعد انفجار گرد و غبار هستند. در این مکان‌ها اگر سیستم‌های انتقال پنوماتیکی یا تجهیزات کنترلی با شیر برقی وجود دارد، نوع ضد انفجار آن جهت جلوگیری از اشتعال غبار الزامی است.
6. نیروگاه‌ها و صنایع تولید انرژی: در نیروگاه‌های گازی یا واحدهایی که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند (نظیر توربین‌های گاز یا تاسیسات تولید بیوگاز)، محیط اطراف بخش سوخت‌رسانی خطرناک محسوب می‌شود. برای کنترل جریان سوخت (گاز طبیعی، هیدروژن، گازوئیل و …) از شیرهای برقی با تاییدیه ضد انفجار استفاده می‌شود تا هیچ جرقه‌ای موجب آتش‌سوزی نشود. همچنین در نیروگاه‌های زغال‌سنگ، وجود غبار زغال شرایطی شبیه معادن ایجاد می‌کند که در آنجا هم این تجهیزات به‌کار می‌روند.

به طور خلاصه، هر صنعتی که با مواد قابل احتراق در حالت گاز، بخار یا پودر سر و کار دارد، میدان کاربرد شیر برقی ضد انفجار است. این شیرها همان اطمینان خاطری را به مهندسان می‌دهند که یک کلید قطع‌کن اضطراری در موقع بروز خطر می‌دهد. به همین دلیل در بسیاری از مقررات ایمنی صنعتی، نصب تجهیزات دارای گواهی ضد انفجار در مناطق خطرناک اجباری است و بازرسان ایمنی به‌طور خاص این موضوع را کنترل می‌کنند.

معرفی برندهای معتبر و مقایسه ویژگی‌ها

با توجه به اهمیت شیرهای برقی ضد انفجار در صنایع حساس، شرکت‌های معتبر بین‌المللی در حوزه تجهیزات کنترل صنعتی اقدام به تولید مدل‌های متنوعی از این محصولات کرده‌اند. از مهم‌ترین برندهای شناخته‌شده در این زمینه می‌توان به ASCO (از گروه Emerson)، Parker Hannifin، Bürkert و IMI (برندهای Norgren/Maxseal) اشاره کرد. این برندها، علاوه بر شناخته‌شده بودن در بازارهای جهانی، در صنایع نفت و گاز ایران نیز از اعتبار بالایی برخوردارند.

محصولات این شرکت‌ها مطابق استانداردهای معتبر جهانی نظیر ATEX ،IECEx و همچنین UL و CSA تولید می‌شوند و دارای گواهی‌های لازم برای استفاده در محیط‌های پرخطر و مستعد انفجار هستند.

در جدول زیر به مقایسه اجمالی ویژگی‌های برجسته این برندها پرداخته شده است:

سوالات متداول

تفاوت اصلی شیر برقی ضد انفجار با شیر برقی معمولی چیست؟

تفاوت عمده در نوع محفظه و حفاظ‌بندی بخش الکتریکی آن‌هاست. در شیر برقی معمولی، بوبین و اتصالات الکتریکی در یک محفظه عادی قرار دارند که در صورت جرقه زدن، شعله مستقیماً به بیرون منتقل می‌شود. اما در شیر برقی ضد انفجار، بوبین در یک محفظه‌ی مخصوص ضد انفجار (محکم و درزبندی‌شده) قرار دارد که جرقه یا شعله را کاملاً مهار می‌کند و نمی‌گذارد به محیط بیرون راه یابد. بنابراین شیر ضد انفجار می‌تواند در حضور گازهای قابل اشتعال کار کند بدون اینکه خطر انفجار وجود داشته باشد. از نظر کارایی کنترلی، هر دو وظیفه یکسانی (قطع و وصل یا کنترل جریان سیال) دارند، اما شیر ضد انفجار ایمنی بسیار بالاتری در محیط‌های پرخطر تأمین می‌کند.

از کجا بفهمیم یک شیر برقی، ضد انفجار است؟

روی پلاک یا بدنه‌ی شیرهای ضد انفجار معمولاً علائمی حک یا چاپ شده که نشان‌دهنده این ویژگی است. به دنبال عبارت‌هایی مانند Ex یا Explosion-Proof یا کدهای استاندارد بگردید. مثلاً وجود کد‌هایی نظیر Ex d IIC T5 یا نشان‌های استاندارد ATEX و IECEx روی محصول، گواه ضد انفجار بودن آن است. همچنین کلاس حفاظتی IP معمولاً بالا است (IP66 به بالا) و ممکن است عبارت “Flameproof” یا “Explosion-Protected” در کاتالوگ آن ذکر شده باشد. اگر محصولی این نشانه‌ها را ندارد، یا استاندارد مربوطه در مشخصاتش قید نشده، احتمالاً ضد انفجار نیست.

آیا می‌توان از یک شیر برقی معمولی در محیط مستعد انفجار استفاده کرد؟

به هیچ وجه توصیه نمی‌شود. استفاده از تجهیزات غیرمجاز در محیط‌های خطرناک نه تنها خلاف مقررات ایمنی و احتمالاً غیرقانونی است، بلکه ریسک جانی و مالی بزرگی به همراه دارد. یک شیر برقی معمولی اگر در معرض گاز یا بخار اشتعال‌پذیر قرار گیرد، با هر جرقه کوچکی می‌تواند آن را منفجر کند. حتی اگر سال‌ها هم مشکلی پیش نیاید، وقوع یک حادثه کافی است تا خسارت جبران‌ناپذیری وارد شود. پس در محیط‌های زون‌بندی‌شده و خطرناک حتماً باید از تجهیزات دارای گواهی ضد انفجار استفاده کرد تا ریسک به نزدیک صفر برسد. به زبان ساده، “جای هیچ گونه ریسک نیست” در این مواقع صادق است.

تفاوت «ضد انفجار (Explosion-Proof)» با «ذاتاً ایمن (Intrinsically Safe)» در چیست؟

هر دوی این اصطلاحات به روش‌های محافظت تجهیزات الکتریکی در برابر انفجار اشاره دارند اما رویکرد آن‌ها متفاوت است. ضد انفجار (که اغلب با علامت Ex d نشان داده می‌شود) به معنای محصور کردن قسمت‌های جرقه‌زن در یک محفظه‌ی قوی است؛ اگر انفجاری داخل دستگاه رخ دهد، محفظه آن را نگه می‌دارد و اجازه خروج نمی‌دهد. در مقابل، ذاتاً ایمن (Ex i) به روشی گفته می‌شود که در آن انرژی مدار الکتریکی آنقدر محدود است که حتی در صورت بروز جرقه، توان کافی برای اشتعال محیط را ندارد. به عبارتی در سیستم‌های ذاتاً ایمن، به جای محفظه‌بندی قوی، از ابتدا طراحی مدار به شکلی است که خروجی‌های آن نتوانند محیط را منفجر کنند. تجهیزات ذاتاً ایمن معمولاً در ترکیب با بریرهای ایمنی ویژه استفاده می‌شوند و بیشتر برای سنسورها، ابزارهای اندازه‌گیری و مدارات کنترل سیگنال کاربرد دارند. در مورد شیرهای برقی، نوع ضد انفجار (Ex d) رایج‌تر است زیرا سیم‌پیچ آن‌ها نسبتاً پرتوان است؛ البته برخی سلونوئید ولوهای کوچک‌تر ممکن است با روش Ex i نیز ساخته شوند. خلاصه اینکه ضد انفجار = محفظه مقاوم در برابر انفجار، ذاتاً ایمن = مدار کم‌انرژی بدون قابلیت انفجار.

استاندارد ATEX و IECEx چه فرقی با هم دارند؟ آیا داشتن یکی از آن‌ها کافیست؟

همان‌طور که در بخش استانداردها اشاره شد، ATEX یک استاندارد اروپایی و IECEx یک استاندارد جهانی برای تجهیزات ضد انفجار است. از نظر فنی بسیاری از آزمون‌ها و سطوح حفاظتی در این دو مشابه هستند. تفاوت اصلی در قلمرو جغرافیایی و روند صدور گواهی است. اگر تجهیزی گواهی ATEX داشته باشد، به این معنی است که در اتحادیه اروپا مجاز به استفاده است؛ IECEx نیز نشان می‌دهد در سطح بین‌المللی (خارج از اروپا) تأیید شده است. معمولاً شرکت‌های سازنده تلاش می‌کنند هر دوی این تأییدیه‌ها را بگیرند تا محصولشان در همه جا قابل استفاده باشد. برای کاربر نهایی، داشتن حداقل یکی از این دو گواهی لازم است (بسته به محل استفاده). مثلاً در ایران که استاندارد ملی مشخصی در این حوزه تدوین نشده، عموماً وجود گواهی ATEX یا IECEx بر روی تجهیز توسط کارفرمایان و بازرس‌ها مطالبه می‌شود. اگر یک دستگاه فقط ATEX داشته باشد ولی IECEx نداشته باشد (یا بالعکس)، معمولاً از نظر ایمنی مشکلی نیست اما ممکن است در برخی کشورها یا شرکت‌ها تأییدیه خاصی الزام شود. بنابراین بهتر است تجهیز انتخابی شما دوجانبه تأییدشده باشد تا خیال‌تان راحت‌تر باشد.

قیمت شیر برقی ضد انفجار چقدر است و آیا ارزش هزینه کردن دارد؟

قیمت این شیرها وابسته به سایز، جنس، برند و امکانات آن‌ها است و معمولاً بالاتر از قیمت شیرهای برقی معمولی هم‌اندازه خودشان است (به دلیل هزینه طراحی ویژه و گواهی‌های بین‌المللی). برای مثال، یک شیر برقی ضد انفجار ۱/۲ اینچ برند معتبر ممکن است چند برابر مدل غیر ضد انفجار همان برند قیمت داشته باشد. با این حال، ارزش سرمایه‌گذاری را دارد چون مستقیماً با ایمنی و جلوگیری از حوادث بزرگ در ارتباط است. هزینه نکردن در این مورد مصداق صرفه‌جویی کاذب است؛ چرا که یک انفجار احتمالی می‌تواند صدها برابر این اختلاف هزینه، خسارت ایجاد کند. علاوه بر این، در بسیاری از پروژه‌ها بدون تجهیزات ضد انفجار اصلاً مجوز بهره‌برداری داده نمی‌شود. پس بهتر است به دید یک سرمایه‌گذاری برای ایمنی و استمرار کسب‌وکار به آن نگاه کنیم. ضمن اینکه برخی برندها مدل‌های اقتصادی‌تری هم ارائه می‌کنند یا ممکن است با انتخاب جنس بدنه متفاوت (مثلاً برنجی به جای استیل) بتوان کمی از هزینه کاست. در هر صورت، توصیه کارشناسان همواره این است که اول ایمنی، بعد هزینه.

چگونه شیر برقی ضد انفجار بخرم؟

اگر شما هم در صنعت خود با محیط‌های مستعد انفجار سر و کار دارید و به شیر برقی ضد انفجار نیازمندید، حتماً از مشاوره کارشناسان مجرب کنترل با ما بهره ببرید. انتخاب مدل مناسب (از نظر سایز، ولتاژ، نوع گواهی و …) بسیار مهم است. جهت خرید یا دریافت مشاوره تخصصی در مورد انواع شیر برقی ضد انفجار، می‌توانید همین حالا با سایت کنترل با ما تماس بگیرید. کارشناسان ما در کنترل با ما آماده‌اند تا با ارائه راهنمایی‌های لازم، به شما در انتخاب امن‌ترین و به‌صرفه‌ترین گزینه کمک کنند. با انتخاب درست و ایمن، آسودگی خاطر را برای مجموعه صنعتی خود به ارمغان بیاورید.