مایعات قابل اشتعال و مایعات قابل احتراق-ویژگی‌ها، ریسک‌ها و چالش‌ها

چكيده

مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق همه روزه در خانه و محل کار استفاده می شوند و حتی استفاده از آن‌ها در خانه ها بیشتر از محل کار، گزارش شده است. این مایعات در بین 9 کلاس مواد خطرناک، دارای بیشترین سهم استفاده بوده و به عنوان پرمصرف ترین مواد خطرناک، تقریباً در همه جا یافت می‌شوند. یکی از تمایزات بسیار مهم این مایعات در مقایسه با سایر مواد قابل احتراق معمولی، تحرک منبع سوخت است که باعث میشود آتش با سرعت بسیار بیشتری گسترش یابد. بخار مایعات فرار این ویژگی را دارند که بر خلاف مواد قابل احتراق معمولی که نمیتوانند منبع احتراق خود را جستجو کنند، مسافتی را طی نموده و به منبع سوخت خود می رسند. این ویژگی در کنار سایر ویژگی های خطرناک، این مایعات را به عنوان یکی از پر مخاطره ترین مواد خطرناک برای شهروندان در حوزه های مختلف کاربردی از جمله ساختمان‌ها ،خودروها، جایگاه های عرضه سوخت و فضاهای باز تبدیل نموده است. در این گزارش تحقیقی سعی شده است ضمن بررسی ویژگی های این مایعات و ریسک‌های ناشی از آنها همراه با درج تعاریف مربوط، گزارش آماری سازمان NFPA در خصوص خسارات ناشی از این مایعات در حوزه‌های مختلف ارائه شود.

مقدمه

از لحاظ کیفی بین واژه‌های” مایعات قابل اشتعال” و ” مایعات قابل احتراق“، تمایز وجود دارد. مایع قابل اشتعال به مایعی اطلاق می‌شود که به آسانی مشتعل شده به سرعت و با شدت می‌سوزد و انرژی گرمایی زیادی تولید می کند؛ در صورتی که مایع قابل احتراق به مایعی گفته می شود که به راحتی مقابل اشتعال نیست، با سرعت کمتری می سوزد و بنابراین نسبتاً ایمن اسووت. در واقع مایعات قابل اشتعال بخارهایی را در دمای معمولی اتاق تولید می کنند که میتواند به راحتی با شعله کوچک یا جرقه مشتعل شود ولی در مقابل، مایعات قابل احتراق، فاقد این ویژگی می‌باشند. با این حال اگر مایع قابل احتراق تا نقطه اشتعال یا بالاتر از آن گرم شود، بخارهای تولید شده توسط این مایع گرم شده را می‌توان مشتعل کرد. در این موارد مایعات قابل احتراق می‌توانند به اندازه مایعات قابل اشتعال خطرناک باشند و بعضی از آن‌ها، به عنوان مثال سوخت‌های هیدروکربنی، میتوانند با همان سرعت مایعات قابل اشتعال به سرعت سوخته و به محض اشتعال به همان اندازه گرما ایجاد کنند. بنابراین، گرم کردن متو سط این مایعات یا ذخیره آنها در محیطی بسیار گرم نیز می‌تواند خطر آتش سوزی را ایجاد نماید. شکل 1 مقایسه توان آتشگیری بین مهمترین مایع قابل اشتعال یعنی بنزین و مهمترین مایع قابل احتراق یعنی گازوئیل را نشان می‌دهد.

شکل۱-مقایسه آتشگيری ماده قابل اشتعال و قابل احتراق

طی سال‌های 2007 تا 2011 ، درکشور ایالات متحده آمریکا به طور متوسط سالانه 160910 مورد آتش سوزی ناشی از مایعات قابل اشتعال یا قابل احتراق گزارش شده است. این آتش سوزی‌ها به طور متوسط سالانه 454 کشته، 3910 مجروح و 5 / 1 میلیارد دلار خسارات مالی به همراه داشته است. این حوادث به طور عمده مربوط به آتش سوزی ساختمان‌ها، خودروها و آتش سوزی در فضای باز می شود.

تعاریف

مایعات قابل اشتعال یا قابل احتراق خودشان نمی‌سوزند؛ بلکه بخارهای آزاد شده از مایعات می‌سوزد. حتی بخار آزاد شده از مایع نیز باید قبل از وقوع احتراق، با غلظت کافی وجود داشته باشد. مهمترین خواص فیزیکی مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق عبارتند از: نقطه اشتعال، فشار بخار، نقطه آتش و محدوده قابل اشتعال که در زیر به تعاریف آن ها بر اساس کد NFPA30 پرداخته می‌شود:

۱-نقطه اشتعال:

متداول ترین شاخص خطر آتش سوزی مایعات، نقطه اشتعال است. نقطه اشتعال درکد NFPA30 به عنوان ” کمینه دمای مایع که در آن بخار کافی برای تولید مخلوطی قابل اشتعال با هوا، در نزدیکی سطح مایع ایجاد می شود” تعریف شده است. نقطه اشتعال، مبنایی برای طبقه‌بندی مایعات فرار است که مستقیماً با فراریت مایع، یعنی توانایی آن در تولید بخار ارتباط دارد. کنترل بخارات یک مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق اصولی‌ترین روش برای کنترل خطر آتش سوزی است.

شکل۲- نقطه اشتعال- شاخص توانایی توليد بخار اشتعال‌پذیر در دمای پيرامون

۲- فشار بخار:

فشار بخار، مشخص‌های از مایع است که نشانگر مستقیم قابلیت تبخیر مایع می‌باشد. به طور کلی، در هر دمای معین، مایع با فشار بخار بیشتر، به راحتی تبخیر می شود . فشار بخار به دما وابسته است و با افزایش دما افزایش می‌یابد؛ بنابراین، گرم کردن مایع باعث تبخیر سریعتر آن می شود. در مورد یک مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق، این ویژگی نشوان می‌دهد که مایعات با فشار بخار زیاد به راحتی تبخیر می شوند و احتمال خطر آتش سوزی آن‌ها نسبت به موادی که فشار بخار کمتری دارند بیشتر است.

شکل۳- فشار بخار مایعات قابل اشتعال

۳- نقطه آتش:

نقطه آتش به عنوان پایین ترین دمایی تعریف می‌شود که مایع باید در آن گرم شود تا بتواند بخار کافی را تولید کند تا حداقل 5 ثانیه پس از استفاده از شعله آزمایشی، سوختن پایدار داشته باشد. نقطه آتش حداقل برابر با نقطه اشتعال است، اما می‌تواند بالاتر باشد. برای مایعاتی که نقطه اشتعال آن‌ها بسیار پایین تر از دمای معمولی محیط است، تفاوت بین نقاط اشتعال و نقطه آتش ناچیز است یا وجود ندارد.

۴- محدوده دمایی اشتعال پذیری:

از لحاظ نظری، نقطه اشتعال باید کمترین دمایی را نشان دهد که در آن غلظت بخار در پایین ترین مقدار ممکن است. حد اشتعال‌پذیری پائین (LFL) در هوا، یعنی پایین ترین دمایی که در آن فشار بخار مایع قادر به تولید مخلوطی قابل اشتعال است که تقریباً نقطه اشتعال با این نقطه مطابقت دارد. با این حال، به دلیل شرایط غیر ایده آل دستگاه‌های آزمون و روش‌های مختلف مورد استفاده، نقطه اشتعال همیشه در شورایط تعادل تعیین نمی‌شود و معمولاً بیشتر از مقادیر محاسبه شده از LFL و فشار بخار تعادل است.

کلاس‌بندی مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق

مطابق با کد NFPA30 ، مایعات قابل اشتعال به مایعاتی اطلاق می‌شود که نقطه اشتعال آن در آزمون ظرف در بسته، پایینتر از ℃ 8 / 37( ℉ 100 ) بوده و فشار بخار آن که مطابق با استاندارد ASTM D323 تعیین می‌شود از فشار مطلق kPa 276 ( psi40 ) دردمای ℃ 8 / 37 (℉ 100) بیشتر نشود. مایعات قابل احتراق به مایعاتی اطلاق می‌شود که نقطه اشتعال آن به روش آزمون ظرف در بسته، معادل یا بیشتر از ℃ 8 / 37 (℉ 100) باشد. بارزترین مایع قابل اشتعال، بنزین و بارزترین مایع قابل احتراق، گازوئیل است.

شکل۴- مقایسه دمای اشتعال و دمای جوش مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق

به طور کلی مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق در 3 کلاس I و II و III طبقه‌بندی می‌شوند که کلاس I مربوط به مایعات قابل اشتعال و کلاس های II و III مربوط به مایعات قابل احتراق است. مایعات کلاس I نیز خود به 3 زیر گروه IA ، IB و IC با توجه به نقطه اشتعال و نقطه جوش، طبقه بندی می‌شوند. مایعات کلاس II و کلاس III نیز به نوبه خود با توجه به نقطه اشتعال و نقطه جوش، طبقه بندی می‌شوند.

در جداول 1 تا 4 به کلاس‌بندی مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق اشاره شده و برخی از مهمترین مواد شناخته شده این نوع مایعات، مورد اشاره قرار گرفته است.

جدول۱-کلاس‌بندی مایعات قابل اشتعال

جدول۲- کلاس بندی مایعات قابل احتراق

جدول ۳- نمونه ای از دسته بندی مواد قابل اشتعال به همراه نقطه اشتعال آن‌ها

جدول ۴- نمونه ای از دسته بندی مواد قابل احتراق به همراه نقطه اشتعال آن‌ها

ریسک‌های ناشی از مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق

۱- انتشار مایعات سوختی بر روی سطح

بیشتر مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق دارای ویسکوزیته کمتری نسبت به آب می‌باشند، بنابراین به راحتی جاری شده و در صورت انتشار، در یک منطقه بزرگ پخش می‌شوند. ویسکوزیته پائین و در نتیجه سرعت جاری شدن آن‌ها، باعث افزایش سرعت تبخیر می‌شود و میتواند حجم آتش را به طور چشمگیری افزایش دهد. به طور خلا‌صه، آتش نا‌شی از مایعات سریعتر از مواد قابل احتراق جامد گسترش می یابد. هرچه نشت بزرگتر با‌شد، آتش سوزی گسترده تر است؛ زیرا سوختن تمام سطح به ویژه برای مایعات فرارتر، تقریباً بلافاصله رخ می‌دهد.

در سال 1987 در یک مرکز توزیع رنگ خودرو، محتویات مایع یک بشکه در فضای راهروی یک انبار ریخته شد و این مایع در زیر برخی از پالت‌ها جاری گشت. احتراق ناشی از نشت این مایع، به سرعت بشکه‌های ذخیره شده دیگر را در معرض آتش قرار داده و منجر به تخریب کلی این مرکز گردید. در این حادثه، نشت یک بشووکه 10 گالنی ( 378 لیتر) باعث آتش‌سوزی شد و در کمتر از یک ساعت در یک ساختمان 16722 متر مربعی، گسترش یافت.

چنین حوادثی بر اهمیت سیستم‌های کنترل نشت و زهکشی در مناطق ذخیره و نگهداری این نوع مایعات، تأکید می‌کند. توصیه‌هایی برای کنترل انتشار و نیز سیستم‌های زهکشی برای مناطق ذخیره سازی و انبارها در فصل های 9 تا 15 کد NFPA 30 ارائه شده است.

۲- نشت مخازن ذخيره زیرزمينی

ذخیره مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق در مخازن زیرزمینی مشکلات خاصی را ایجاد می‌کند. اگرچه این مخازن عموماً از نظر حفاظت در برابر آتش، کاملاً ایمن هستند، اما به دلیل خوردگی، مستعد نشت می‌باشند.

موضوع آلودگی سفره‌های آب زیرزمینی مدت‌هاست که به عنوان یک نگرانی زیست محیطی شناخته می‌شود. نشتی از سیستم های ذخیره‌سازی زیرزمینی بسیار موذیانه است. نشت مایعات از سوراخ مخزن یا لوله کشوی، مسیری با کمترین مقاومت در زیر زمین را دنبال می‌کند و اگر قابل تجزیه در آب نباشد، می‌تواند در بالای آب‌های زیرزمینی جاری شود. بخار ناشی از نشت در بالای مخزن نیز رفتار مشابهی دارد. در هر صورت، مایع یا بخار می‌توانند تا فاصله ای بدون تشخیص حرکت کنند، مسیری دقیق که توسط شرایط خاک و سایر عوامل زمین شناسی تعیین می شود که در این صورت خطر آتش‌سوزی و انفجار محتمل است. به این دلیل بسیاری از کاربران در کشورهای صنعتی ترجیح داده‌اند مخازن ذخیره زیرزمینی را با مخازن رو زمینی جایگزین کنند که برخی از آن‌ها دارای طراحی نوآورانه با محفظه ثانویه و سایر ویژگی‌های محافظتی هستند؛ اما در عین حال در بسیاری از موارد، سیستم‌های مخازن زیر زمینی ارتقا یافته و همچنان مورد استفاده اند.

شکل۵- خطر نشت مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق از مخازن ذخيره
زیر زمينی

۳- رفتار بخار

در بیشتر موارد، بخار مایعات قابل اشتعال، چگالتر از هوا است. از آن جایی که رقیق کردن این مایعات با حرکت طبیعی هوا تا رسیدن به یک حد غلظت ایمن، زمانبر است، بخاراتی که از محل انتشار دور شده اند نیز می توانند همچنان قابل اشتعال باشند. اگر آن ها به شعله یا جرقه های ناشی از تجهیزات الکتریکی یا سطح گرم برسند ممکن است احتراق رخ دهد و آتش به محل انتشار بخار بازگردد. بخارها به دلیل چگالی بیشتر از هوا، در سطح زمین جریان می‌یابند و در سطوح پایین تری مانند زیرزمین، طاق های تاسیسات زیرزمینی، فاضلاب‌ها و مکان‌های مستعد تجمع می‌یابند. همه این فضاها، کوچک و محدود بوده و در این صورت، خطر آتش سوزی و انفجار بدیهی می‌باشد.

۴- آتش سوزی با شعله سریع

نشت زیاد ممکن است ابر بخار ایجاد کند که بلافاصله شعله ور نمی شود؛ این موضوع می‌تواند در هوای آزاد یا در یک فضای بسته رخ دهد که به محض رسیدن به منبع اشتعال، شعله به سرعت در مناطق قابل اشتعال ابر بخار پخش می شود و منجر به پدیدهای می‌شود که” آتش سوزی انفجاری” نامیده می شود. این نوع احتراق کندتر است و فشارهای کوچکتری نسبت به انفجار ایجاد می‌کند با این حال، هم سرعت شعله و هم فشار ایجاد شده تمایل به افزایش با افزایش درجه محصور شدن دارند و ممکن است در یک فضای بسته مانند ساختمان، دیوارها یا سقف به راحتی بر اثر آتش سوزی منفجر شوند.

۵- ذرات معلق یا اسپری شده سوخت مایع

ذرات ریز معلق سوخت یک مایع قابل احتراق -حتی اگر دمای مایع زیر نقطه اشتعال خود باشد- می‌تواند خطر جدی آتش سوزی ایجاد کند؛ به‌طوریکه یک منبع اشتعال قوی میتواند قطرات بسیار ریز مایع را مشتعل سازد. مشعل‌های روغن سوز به این ترتیب کار می‌کنند. نمونه‌ای از چنین حریقی که منجر به مرگ 25 نفر گردید، مربوط به شکستگی خط هیدرولیک در نزدیکی اجاق گاز در کارخانه فرآوری طیور می باشد. روغن هیدرولیک که به طور معمول حداقل خطر آتش سوزی را در بر دارد تحت فشار، به شکل ابری از قطرات بسیار ریز آزاد شد. هنگامی که این ابر به مشعل ها رسید، شعله ور شده و آتش دوباره به خط شکسته شده نفت بازگشت و به طور پیوسته شعله‌های آتش مشعل را تغذیه می نمود. همچنین آتش سوزی مشابهی در یک کارخانه تولید برق در سال 1992 هنگامی که خط روغن روان کننده شکسته شده بود رخ داد.

آمار آتش سوزی‌های ناشی از مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق مندرج در گزارش‌های NFPA

طی سال‌های 2007 تا 2011 ، در ایالات متحده آمریکا به طور متوسط سالانه 160910 مورد آتش سوزی ناشی از مایعات قابل اشتعال یا قابل احتراق اتفاق افتاده است. این آتش سوزی‌ها به طور متوسط سالانه 454 کشته، 3910 مجروح و 5 / 1 میلیارد دلار خسوارت مالی به همراه داشته است. این حوادث به آتش سوزی ساختمان‌ها، آتش سوزی خودروها و آتش‌سوزی در فضای باز یا سایر موارد تقسیم می‌شود.

جدول ۵- آمار سالانه بر اساس ميانگين سال‌های 2007 – 2011 در مورد شروع آتش سوزی با احتراق مایعات قابل
اشتعال یا احتراق، بر اساس نوع اموال و نوع حادثه

همانطور که اعداد جدول 5 نشان می‌دهند، آتش سوزی وسایل نقلیه، بیشترین درصد آتش سوزی‌ها را به صورت سالانه به خود اختصاص می‌دهد. با این حال، آتش سوزی در ساختمان‌ها، بیش‌ترین تلفات جانی، جراحات و خسارات مالی سالیانه را به دنبال دارد. تقریباً دو پنجم ( 38 درصد) از آتش‌سوزی مایعات قابل اشتعال یا قابل احتراق مربوط به بنزین است، که عمدتاً به آتش سوزی وسایل نقلیه مربوط می شود. همچنین آمارها نشان می‌دهد در بازه زمانی سال 2002 تا 2011 بیشترین آمار آتش سوزی در ساختمان‌ها از نظر خطرات مرتبط با کلاس آتش، مربوط به مایعات کلاس IIIB می شود که شامل 36580 مورد آتش سوزی، 40 کشته، 1880 مجروح و 259 میلیون دلار خسارت
مالی می‌باشد.
بیش‌ترین آمار مرگ و میر در آتش سوزی ساختمان‌ها مربوط به بنزین با مرگ 120 نفر در سال می باشد. طی این بازه زمانی، تعداد 1940 (%42) مورد آتش سوزی های ساختمانی در سال که شامل بنزین نیز می شود عمدی بوده است. این آتش سوزی ها بطور متوسط سالانه باعث 31 درصد مرگ و میرها به واسطه مایعات قابل اشتعال یا قابل احتراق می شود .

شكل۶- آمار ميانگين سالانه شروع آتش سوزی با مایعات قابل اشتعال و احتراق در ساختمان‌ها
طی سال‌های 2002 الی 2011

نمودار شکل ۶ آمار سالانه آتش سوزی ساختمان‌ها را ناشی از مایعات قابل اشتعال و قابل احتراق نشان می‌دهد. در این بین از مایعات کلاس I ، بنزین به طور جداگانه گزارش شده است. مایعات کلاس IIIB که شامل روغن پخت و پز می شود بیش‌ترین آمار آتش سوزی را دارد و در سال 2008 این آمار با 38850 مورد آتش سوزی به اوج خود می رسد. 88 % آتش سوزی های کلاس IIIB در مشاغل مسکونی اتفاق افتاده است، بیش‌ترین تعداد در خانه های یک یا دو خانوادهای و بعد از آن در آپارتمان ها و سایر خانه های چند واحدی رخ داده است.

آتش سوزی‌های ناشی ازمایعات کلاس II ، از جمله مازوت، در سال 2004 به اوج خود رسیده و از آن به بعد کاهش یافته است. در طول دوره ده ساله، چهار مورد از پنج مورد (%82) آتش سوزی در سازه هایی که با مایعات کلاس II شروع شده اند، با عنوان  مشعل سوخت یا حریق در دیگ طبقه بندی شده اند، از جمله احتراق با تاخیر که در آن شعله ها هیچ آسیبی در خارج از محفظه احتراق ایجاد نکرده اند. در حالی که اکثر آتش سوزی های مربوط به مایعات کلاس II شامل تجهیزات گرمایش مرکزی می‌باشد.
سناریوی مرگ و میر آتش سوزی بسیار متفاوت بوده است؛ در طول دوره 10 ساله، 70 درصد از‌ مرگ و میرهای مربوط به مایعات کلاس II به دلیل آتش‌سوزی های مربوط به بخاری های ثابت یا قابل حمل بوده است. آتش سوزی های ساختاری شامل مایعات کلاس IIIA از کمترین میزان به تعداد 940 مورد در سال 2005 به حداکثر 1430 مورد در سال 2004 در نوسان بوده است.

جمع بندی و نتيجه گيری

با توجه به وجود ماهیت خطر در مواد قابل اشتعال و قابل احتراق و اجتناب‌ناپذیری کاربرد این مواد، با شناخت ویژگی‌های این نوع مواد، تعیین شدت پیامدهای احتمالی و اولویت بندی آن‌ها، علاوه برکمک به افزایش آگاهی عمومی در جهت کاهش خطرات ناشی از آتش‌سوزی، می‌توان اقدامات لازم را در زمینه طراحی و ارتقای سیستم های حفاظت در  برابر آتش به منظور کنترل و کاهش اثرات آن ها انجام داد که این مهم، مبنای اولیه در ارزیابی مناطق خطر در جایگاه‌های سوخت‌گیری خودرویی نیز محسوب می‌شود.

مراجع

[1] استاندارد ملی ایران 12054 -“جایگاههای سوختگیری وسایل نقلیه موتوری”- تجدید نظر اول- 1399
[2] Benedetti. Robert P; Shapiro. Janna E; Flammable and Combustible Liquids Code Handbook; Tenth Edition; 2018.