تقنيات التصميم الخاصة بالرافعات المقاومة للانفجارات والمخصصة للبيئات النووية: الحماية المانعة للتسرب، ودرجات مقاومة الانفجار، وحلول الترابط الآمن
الرافعة المقاومة للانفجار (Explosion-proof Crane) هي معدات رفع متخصصة مصممة للبيئات القابلة للانفجار التي تحتوي على أبخرة غازات قابلة للاشتعال أو غبار قابل للاشتعال. ويتمثل مبدأ التصميم الأساسي لهذه الرافعات في عدم إشعال البيئة القابلة للانفجار المحيطة بها، سواء أثناء التشغيل العادي للمعدات أو عند حدوث مصادر اشتعال محتملة مثل القوس الكهربائي أو الشرر أو درجات الحرارة المرتفعة. أما الرافعات النووية، فتتطلب بالإضافة إلى ذلك متطلبات مقاومة الزلازل والإشعاع. ويقوم هذا المقال، بالاستناد إلى معيار GB/T 3836-2021 ومعايير السلامة النووية، بتحليل منهجي لنظام تصنيف مقاومة الانفجار، وخيارات التجهيزات المضادة للانفجار، والتصميم الخاص للرافعات النووية.
أولاً: درجات مقاومة الانفجار وتصنيف الأماكن الخطرة
تصنف المواصفة GB/T 3836-2021 البيئات القابلة للانفجار، وفقًا للوسائط الخطرة، إلى أماكن الغازات وأماكن الغبار. وتنقسم أماكن الغازات إلى المنطقة 0 (وجود مستمر)، والمنطقة 1 (قد تظهر أثناء التشغيل العادي)، والمنطقة 2 (قد تظهر أثناء التشغيل غير العادي)، وتُستخدم الرافعات الجسرية في المنطقتين 1 و2. وتنقسم الأماكن التي تحتوي على غبار إلى المنطقة 20 والمنطقة 21 والمنطقة 22، وتُستخدم الرافعات في المنطقتين 21 و22.
معنى علامة مقاومة الانفجار Ex d e IIB T4 Gb هو: يشير الحرف d إلى النوع المقاوم للانفجار (حيث يتحمل الغلاف الانفجار الداخلي دون إشعال البيئة الخارجية)، ويشير الحرف e إلى النوع المعزز الأمان (حيث تُعزز تدابير السلامة لمنع تولد شرارات القوس الكهربائي)، IIB تشير إلى فئة الغاز (فئة الإيثيلين، حيث تبلغ درجة الحرارة السطحية القصوى ≤135 درجة مئوية)، وGb تشير إلى مستوى حماية الجهاز (مستوى حماية عالٍ).
| أمثلة على علامات الحماية من الانفجار | أنواع الحماية | الغازات المناسبة | فئات درجات الحرارة | مستوى الحماية |
|---|---|---|---|---|
| Ex d IIC T6 Gb | مقاوم للانفجار | الهيدروجين/الأسيتيلين (IIC) | ≤85 درجة مئوية (T6) | 高 |
| Ex e IIB T4 Gb | نوع معزز الأمان | الإيثيلين (IIB) | ≤135 درجة مئوية (T4) | 高 |
| Ex d e IIB T4 Gb | مركب من الحماية ضد الانفجار + الحماية الإضافية | الإيثيلين (IIB) | ≤135 درجة مئوية (T4) | 高 |
| Ex tb IIIC T85°C Db | الحماية من انفجار الغبار | الغبار الموصّل للكهرباء | ≤85 درجة مئوية | 高 |
ثانياً: متطلبات تجهيز الرافعات المانعة للانفجار
تكمن الاختلافات الرئيسية بين الرافعات المقاومة للانفجار والرافعات العادية في التعديلات المضادة للانفجار التي أُجريت على المكونات الكهربائية والميكانيكية. يوضح الجدول التالي الفروق في التكوينات الأساسية بين الرافعات المقاومة للانفجار من طراز Ex d e IIB T4 والرافعات العادية:
| المكونات | رافعة عادية | رافعة علوية مقاومة للانفجار من النوع Ex d e IIB T4 | الفارق السعري |
|---|---|---|---|
| المحرك الكهربائي | محركات التردد المتغير من سلسلة YZP | المحركات المقاومة للانفجار من سلسلة YB3/YBZ | +50~100% |
| خزانة الكهرباء | خزانة الحماية العادية | خزانة الضغط الإيجابي المضادة للانفجار/خزانة العزل المضادة للانفجار | +100~200% |
| أزرار التحكم | صندوق أزرار عادي | صندوق أزرار مقاوم للانفجار (Ex d) | +100~200% |
| مفتاح الحد الأقصى | حد عادي | محدد نطاق مقاوم للانفجار (Ex d) | +200~300% |
| الإضاءة | مصباح LED عادي | مصباح مقاوم للانفجار (Ex d) | +100~200% |
| الكابلات | مقاومة عادية للاشتعال | مقاومة للاشتعال + مدرعة | +30~50% |
| العجلات/السكك الحديدية | مصنوع من الفولاذ العادي | مواد لا تولد شرارات (سبائك النحاس/الفولاذ المقاوم للصدأ) | +50~100% |
بالإضافة إلى استبدال الأجهزة، يجب أن يستوفي النظام الكهربائي للرافعة المانعة للانفجار الشروط التالية: أن تكون جميع المعدات الكهربائية حاصلة على شهادة مطابقة لمعايير الحماية من الانفجار، وأن يتم إدخال الكابلات باستخدام موصلات مانعة للانفجار، وأن تكون الوصلات مقاومة للانفكاك وللشرارات الكهربائية، وأن يتم التأريض بنظام مزدوج يجمع بين التأريض التشغيلي والتأريض الوقائي، وأن يتم ضبط الحماية من التسرب الكهربائي على 30 مللي أمبير. أما من الناحية الميكانيكية، فيجب أن تستخدم المكابح مواد احتكاك نحاسية أو خالية من الشرر، وأن تكون الحبال الفولاذية مطلية بطبقة من الزنك واللومنيوم لمنع الصدأ ووقوع الشرر، وأن تستخدم الخطافات سبائك نحاسية لمنع حدوث شرارات نتيجة التصادم.
فيما يتعلق بحدود التشغيل، تبلغ سرعة الرفع ≤8 م/دقيقة، وسرعة الرافعة الكبيرة والصغيرة ≤20 م/دقيقة، ويتم إصدار إنذار عند ضبط محدد الحمل الزائد على قيمة أقل من 100%، ويجب إجراء فحص لأداء الحماية من الانفجار مرة كل ستة أشهر. يدعم نظام مراقبة السلامة للرافعات من شركة كرود للصناعات الثقيلة التكامل مع نظام القفل المترابط للرافعات المقاومة للانفجار (للمزيد من التفاصيل، انظرحل المراقبة الآمنة SIL3）。
ثالثاً: التصميم الخاص للرافعات النووية
تعمل الرافعات المخصصة للاستخدامات النووية (Nuclear-grade Crane) في الجزيرة النووية أو الجزيرة التقليدية بمحطات الطاقة النووية، وتواجه ثلاثة متطلبات خاصة رئيسية: مقاومة الزلازل (الحفاظ على وظائفها في ظل زلزال إيقاف المفاعل الآمن (SSE))، والحماية من الإشعاع (بيئة إشعاع أشعة جاما والنيوترونات)، ومستوى الأمان (المستوى 1E للأمان النووي).
يجب أن تكون مادة الرافعة النووية مصنوعة من مواد خالية من الهالوجين ومنخفضة الكوبالت لتقليل التنشيط الإشعاعي، ويجب أن يكون المحرك من الفئة 1E للمحركات النووية (مقاوم للزلازل ومقاوم للإشعاع)، ويجب أن يعتمد نظام التحكم على نظام احتياطي ساخن مزدوج من وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) مع تكرار، ويجب استخدام مكابح مزدوجة (حيث يمكن لأي من المكابح تنفيذ الكبح الآمن بشكل مستقل)، ويجب أن تكون الكابلات من النوع HFFR منخفض الدخان وخالي من الهالوجين ومقاوم للاشتعال، وأن يتم استخدام طلاء قابل لإزالة الأوساخ (سطح أملس يسهل تنظيفه). متطلبات معايير التصميم: الحفاظ على الأداء تحت تسارع زلزالي يبلغ 0.3g، وعدم تأثير العطل في نقطة واحدة على السلامة، وعمر تصميمي يبلغ 30 عامًا، وإجراء اختبارات مقاومة الزلازل بشكل دوري.
تخضع عمليات المراقبة عن بُعد وتسجيل البيانات الخاصة بالرافعات النووية لمتطلبات صارمة للغاية، حيث يجب الاحتفاظ بجميع معلمات التشغيل وحوادث الأعطال وسجلات الصيانة لمدة لا تقل عن 10 سنوات، ولا يجوز التلاعب بالبيانات. تدعم منصة المراقبة الرقمية عن بُعد التابعة لشركة «كرويد للصناعات الثقيلة» جمع البيانات الخاصة بالرافعات النووية وتخزينها على المدى الطويل (للمزيد من التفاصيل، انظرحل المراقبة الرقمية عن بُعد للرافعات الجسرية）。
رابعاً: تصميم نظام القفل الآمن للرافعات المقاومة للانفجارات والرافعات ذات المواصفات النووية
تعتبر آليات الترابط الآمن للرافعات المضادة للانفجار والرافعات النووية أكثر صرامة مقارنة بالرافعات العامة. يجب أن تكون الرافعات المضادة للانفجار مزودة بما يلي: مستشعر درجة الحرارة لرصد درجة حرارة سطح المحرك والخزانة الكهربائية (يتم قطع التيار تلقائيًا عند تجاوز الحد الأعلى لفئة درجة الحرارة)، وجهاز قياس تركيز الغازات المرتبط بنظام الترابط بين تشغيل الرافعة وإيقافها (يُحظر التشغيل أو يُفرض الإيقاف عند تجاوز التركيز المسموح به)، والرصد المستمر للتأريض (إصدار إنذار وإيقاف التشغيل عند مقاومة التأريض >4Ω). ويجب أن تكون الرافعات النووية مزودة بنظام قفل آلي يتم تشغيله عند حدوث زلزال (يتم إيقاف التشغيل تلقائيًا وتفعيل المكابح عند تجاوز تسارع الزلزال للعتبة المحددة)، ونظام مراقبة جرعة الإشعاع (إصدار إنذار عند تجاوز الحدود المسموح بها في منطقة التشغيل)، ونظام تحويل الطاقة الاحتياطية (التحويل التلقائي إلى مصدر الطاقة الاحتياطي في حالة انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي).
خامساً: حلول الرافعات المقاومة للانفجارات والرافعات ذات المواصفات النووية من شركة «كرويد للصناعات الثقيلة»
تتمتع شركة كرود للصناعات الثقيلة بمؤهلات تصميم وتصنيع الرافعات المقاومة للانفجار والرافعات المخصصة للمرافق النووية، وتغطي منتجاتها المقاومة للانفجار جميع الفئات بدءًا من Ex d e IIB T4 وحتى Ex d IIC T6، كما حصلت منتجاتها المخصصة للمرافق النووية على ترخيص تصميم وتصنيع معدات الطاقة النووية. يأتي النظام مزودًا بشكل قياسي بنظام كهربائي مخصص للمنتجات المضادة للانفجار/المنتجات النووية، ومكابح مزدوجة احتياطية، ونظام قفل أمان، كما توفر الشركة خدمات الفحص السنوي لأداء مقاومة الانفجار وإعادة الفحص المقاوم للزلازل للمنتجات النووية. وتقدم شركة كرود للصناعات الثقيلة تقييمًا مجانيًا لمستويات مقاومة الانفجار وتصميم الحلول المناسبة.
الأسئلة الشائعة
问：防爆起重机有哪些防爆等级？
A：按GB/T 3836标准，起重机常用防爆标志为Ex db eb ib mb nA IIB/IIC T4/T6 Gb，分别对应不同防爆型式。防爆等级选择取决于危险区域划分（Zone 1/2/21/22）和爆炸性气体/粉尘类别。
问：核环境起重机有哪些特殊设计要求？
A：核环境起重机要求：防辐射密封设计、特殊润滑剂选用（耐辐照）、冗余安全制动系统、抗震设计（按核安全级要求）、远程遥控操作、辐射监测与联锁等。
问：防爆起重机执行哪些标准？
A：防爆设计按GB/T 3836系列标准，起重机部分按JB/T 10219《防爆起重机》，核环境参考RCC-M和ASME相关规范。
