چیلر ضد انفجار چیست؟

در صنایع عظیم نفت، گاز، پتروشیمی و سکوهای نفتی، ایمنی یک انتخاب نیست؛ بلکه مرز باریک بین تداوم تولید و یک فاجعه تمام‌عیار است. در محیط‌هایی که هوا با بخارات قابل اشتعال یا غبارهای انفجاری اشباع شده است، کوچک‌ترین غفلت در انتخاب تجهیزات تاسیساتی می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به بار آورد. یکی از حیاتی‌ترین تجهیزات در این صنایع، سیستم‌های سرمایشی و تهویه مطبوع هستند که وظیفه خنک‌کاری فرآیندها یا ایجاد شرایط آسایش را بر عهده دارند.

اما آیا می‌توان از یک سیستم برودتی استاندارد در قلب یک پالایشگاه استفاده کرد؟ پاسخ مهندسی به این سوال، یک «نه» قاطع است. اینجا نقطه‌ای است که چیلر ضد انفجار (Explosion-proof Chiller) وارد معادله می‌شود. برخلاف تصور رایج، طراحی این دستگاه‌ها صرفا اضافه کردن چند قطعه محافظتی نیست؛ بلکه نیازمند بازنگری بنیادین در مهندسی ساختار دستگاه است. در این مقاله فنی، به بررسی عمیق آناتومی این چیلرها، تفاوت آن‌ها با مدل‌های معمولی و استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای که باید پاس کنند، می‌پردازیم.

چیلر ضد انفجار (Explosion-proof) چیست؟

پیش از ورود به بحث فنی، باید یک سوءبرداشت رایج را اصلاح کنیم. وقتی از چیلر ضد انفجار صحبت می‌کنیم، منظورمان این نیست که این دستگاه در برابر انفجار بیرونی (مثلا بمباران یا انفجار مخزن مجاور) مقاوم است و سالم می‌ماند.

در ادبیات مهندسی و استانداردهای ایمنی، واژه “Explosion-proof” یا به اختصار Ex، به تجهیزاتی اطلاق می‌شود که منشاء انفجار نخواهند بود. به عبارت دقیق‌تر، چیلر ضد انفجار دستگاهی است که تمامی قطعات الکتریکی، مکانیکی و اصطکاکی آن به‌گونه‌ای طراحی، عایق‌بندی و مونتاژ شده‌اند که تحت هیچ شرایطی (حتی در صورت بروز نقص فنی داخلی)، باعث ایجاد جرقه یا حرارت بیش از حد در محیط حاوی گازهای قابل اشتعال نشوند.

این چیلرها معمولا در کلاس‌های حفاظتی خاصی طراحی می‌شوند تا در صورت نفوذ گاز به داخل تجهیزات الکتریکی و وقوع انفجار در درون محفظه  (Enclosure)، این انفجار به محیط بیرون (اتمسفر کارخانه) سرایت نکند. بنابراین، هدف اصلی این تکنولوژی، حبس کردن خطر در داخل اجزای دستگاه و جلوگیری از انتقال آن به محیط بیرونی است.

 

چرا چیلر معمولی برای مناطق گازی (Hazardous Areas) خطرناک است؟

برای درک بهتر اهمیت چیلر EX، باید رفتار یک چیلر تراکمی معمولی را آنالیز کنیم. یک چیلر استاندارد مجموعه‌ای از قطعات الکترومکانیکی است که ذاتا مستعد تولید جرقه و حرارت هستند:

• کنتاکتورها و رله‌ها:  در هر بار قطع و وصل شدن کمپرسور یا فن‌ها، کنتاکتورها جرقه‌های ریزی (Arcing) ایجاد می‌کنند.
• الکتریسیته ساکن:  چرخش پره‌های فن پلیمری معمولی می‌تواند الکتریسیته ساکن تولید کند که پتانسیل تخلیه الکتریکی دارد.
• دمای سطحی:  بدنه کمپرسور یا هیترهای کارتر در حین کارکرد عادی داغ می‌شوند. اگر این دما از دمای اشتعال خودکار (Auto-ignition Temperature)  گاز موجود در محیط بالاتر رود، انفجار رخ می‌دهد.

حال تصور کنید این چیلر معمولی در زون عملیاتی یک پتروشیمی نصب شده باشد و نشت گاز رخ دهد. ترکیب مثلث آتش (اکسیژن هوا + ماده سوختنی نشت کرده + جرقه چیلر) تکمیل شده و فاجعه رخ می‌دهد. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات غیر استاندارد در تهویه مطبوع پتروشیمی و مناطق پرخطر  (Hazardous Areas)، قمار با جان پرسنل و سرمایه ملی است.

 

تفاوت‌های فنی و ساختاری: آناتومی یک چیلر ایمن:

تفاوت چیلر معمولی و ضد انفجار تنها در ظاهر نیست؛ بلکه در جزئیات مهندسی قطعات نهفته است. تبدیل یک چیلر معمولی به یک نسخه ضد انفجار نیازمند تغییرات اساسی در چهار بخش اصلی است:

۱.  تفاوت در کمپرسورها و ترمینال باکس:

کمپرسور قلب چیلر است و در مدل‌های ضد انفجار، تفاوت‌ها چشمگیر است. در چیلرهای معمولی، ترمینال باکس (محل اتصال کابل برق به کمپرسور) معمولا دارای درجه حفاظت IP54 یا IP55 است که تنها در برابر گرد و غبار و آب مقاوم است.  اما در چیلر ضد انفجار، ترمینال باکس کمپرسور باید از نوع Ex d  (محفظه ضد شعله) یا Ex e  (ایمنی افزایش یافته) باشد. این محفظه‌ها بسیار ضخیم و سنگین هستند و سطوح اتصال آن‌ها (Flanges) با دقت میکرونی ماشین‌کاری شده‌اند تا در صورت جرقه زدن سیم‌پیچ کمپرسور، شعله نتواند از درزها خارج شود. همچنین دمای بدنه کمپرسور دائما توسط سنسورهای PTC کنترل می‌شود تا از حد مجاز (T-Rating) تجاوز نکند.

۲.  تفاوت در تابلو برق و تجهیزات کنترلی:

پیچیده‌ترین بخش در ساخت چیلرهای  EX، تابلو برق است. در چیلر معمولی از تابلوهای ورق گالوانیزه ساده استفاده می‌شود. اما در مدل‌های ضد انفجار، ما با دو راهکار روبرو هستیم:

• استفاده از محفظه‌های ضد انفجار  (Ex d Enclosures):  این تابلوها معمولا از جنس آلومینیوم بدون مس یا استنلس استیل ضخیم ریخته‌گری می‌شوند. وزن آن‌ها بسیار زیاد است و وظیفه دارند فشار ناشی از انفجار احتمالی داخل تابلو را تحمل کنند.
• استفاده از سیستم پرج  (Ex p): در برخی چیلرهای ظرفیت بالا، از روش ایجاد فشار مثبت استفاده می‌شود. هوای تمیز یا گاز خنثی با فشار درون تابلو دمیده می‌شود تا گازهای خطرناک محیط نتوانند به داخل تابلو نفوذ کنند.

۳.  تفاوت در فن‌ها و الکتروموتورها:

فن‌های کندانسور در چیلرهای معمولی اغلب از مواد پلاستیکی یا کامپوزیت ساده ساخته می‌شوند. چرخش سریع این فن‌ها در محیط خشک می‌تواند الکتریسیته ساکن تولید کند.  در تجهیزات ضد جرقه و چیلرهای ضد انفجار، پره فن‌ها باید از مواد آنتی‌استاتیک (Anti-static) ساخته شوند یا از متریال فلزی خاص (مانند آلومینیوم) باشند که جرقه مکانیکی تولید نکنند. همچنین الکتروموتورهای فن باید دارای گواهینامه EX بوده و فاصله هوایی (Air Gap) بین رتور و استاتور به گونه‌ای باشد که حتی در صورت خرابی بلبرینگ، سایش منجر به جرقه نشود.

 

۴.  کابل‌کشی و گلندها  (Cable Glands):

در یک چیلر معمولی، کابل‌ها با گلندهای پلاستیکی ساده وارد تابلو می‌شوند. اما در استانداردهای سخت‌گیرانه صنایع نفت و گاز، تمامی کابل‌ها باید از نوع زره‌دار (Armored) باشند تا در برابر ضربات مکانیکی مقاوم باشند.  نکته حیاتی‌تر، استفاده از گلندهای ضد انفجار (Ex Glands) است. این گلندها دارای مکانیزمی هستند که کابل را کاملا مهر و موم کرده و با استفاده از رزین‌های خاص  (Compound)، مانع از عبور گاز از لابلای رشته‌های سیم به داخل تجهیزات می‌شوند.

 

استانداردهای بین‌المللی و کلاس‌بندی محیطی:

طراحی و ساخت این تجهیزات بدون رعایت استاندارد ATEX (اتحادیه اروپا) یا IECEx (بین‌المللی) فاقد اعتبار است. بر اساس این استانداردها، محیط‌های صنعتی به “زون” های مختلفی تقسیم می‌شوند که چیلر باید متناسب با آن طراحی شود:

• Zone 0: منطقه‌ای که گاز قابل اشتعال دائما در آن وجود دارد (معمولا داخل مخازن). چیلرها هرگز در این زون نصب نمی‌شوند.
• Zone 1: منطقه‌ای که احتمال نشت گاز در شرایط عادی عملیاتی وجود دارد. چیلرهای نصب شده در این منطقه نیازمند بالاترین سطح حفاظت معمولا  Ex d هستند.
• Zone 2: منطقه‌ای که نشت گاز تنها در شرایط غیرعادی (خرابی) و برای مدت کوتاه ممکن است رخ دهد. تجهیزات این منطقه می‌توانند با استانداردهای کمی سبک‌تر Ex n یا Ex e طراحی شوند.

انتخاب اشتباه کلاس حفاظتی مثلا نصب چیلر مناسب Zone 2 در محیط Zone 1 خطای مهندسی فاحشی است که توسط بازرسان ایمنی رد خواهد شد.

 

بومی‌سازی تکنولوژی و چالش‌های ساخت:

تولید چیلر ضد انفجار فرآیندی بسیار پیچیده‌تر از یک مونتاژ ساده صنعتی است و نیازمند دانش عمیق متالورژی برای انتخاب آلیاژهای ضد جرقه، مهندسی برق پیشرفته جهت طراحی مدارات فرمان ایمن و تسلط کامل بر استانداردهای بین‌المللی است. در حالی که تا پیش از این، تامین این تجهیزات با وابستگی مطلق به برندهای اروپایی و تحمل چالش‌های ارزی و خدماتی همراه بود، امروزه مهندسی تهویه مطبوع در ایران به بلوغی رسیده که این شکاف تکنولوژیک را از میان برداشته است. شرکت‌های پیشرو و دانش‌بنیان نظیر تهویه اروند با بومی‌سازی این دانش تخصصی، موفق به تولید چیلرهای ضد انفجاری شده‌اند که تمامی تست‌های سخت‌گیرانه و بازرسی‌های شخص ثالث (Third-party Inspection) را با موفقیت پشت سر می‌گذارند و استانداردهای جهانی را برآورده می‌کنند.

حضور نام‌هایی همچون تهویه اروند در وندور لیست‌های (Vendor List) معتبر صنایع نفت و گاز و اجرای موفق سیستم‌های تهویه در پروژه‌های استراتژیک و حساسی نظیر نیروگاه پارس جنوبی، گواهی روشن بر تسلط این مجموعه بر الزامات ایمنی مناطق گازی (Zone 1 & 2) است. این دستاورد بزرگ، نه‌تنها مدیران پروژه را از صرف هزینه‌های گزاف ارزی و انتظار طولانی برای واردات بی‌نیاز کرده، بلکه دسترسی سریع به خدمات فنی و اطمینان از عملکرد بهینه دستگاه در شرایط اقلیمی خاص ایران را نیز برای صنایع مادر تضمین می‌کند.

 

نتیجه‌گیری و راهنمای انتخاب چیلر ضد انفجار:

خرید چیلر برای صنایع حساس، خرید یک کالای مصرفی نیست؛ بلکه سرمایه‌گذاری بر روی امنیت سایت و پرسنل است.  تفاوت چیلر معمولی و ضد انفجار در زمان حادثه مشخص می‌شود؛ جایی که چیلر معمولی عامل تشدید بحران می‌شود، اما چیلر EX ایمنی خود را حفظ می‌کند.

برای انتخاب صحیح، تنها به کاتالوگ‌ها اکتفا نکنید. الزامات پروژه نوع گاز، کلاس دمایی T-Rating و زون عملیاتی را دقیقا مشخص کنید. به یاد داشته باشید که در صنایع پرخطر، هزینه کردن برای کیفیت و ایمنی، در واقع پیشگیری از هزینه‌های سنگین حوادث احتمالی در آینده است.