دراسة المواد البوليمرية المعوقة للاشتعال وإعداد نموذج لنمو الحريق وانتشاره فى المنشآت النووية المصرية

                                                "   تعتبر الحرائق من أكبرمصادر الخطر فى المنشآت الحيوية وخاصة المنشآت النووية ومن مراجعة حوادث الحريق فى هذه المنشآت نجد أن الكابلات من أكثر المكونات التى قد ينشأ عنها حريق يدمر هذه المنشآت. حيث أنه إذا وقع حريق فان الكابل يعد مصدر لزيادة سرعة انتشار الحريق من مكان إلى آخر داخل المبنى . لذلك تستخدم المواد المقاومة للحريق فى غطاء الكابلات والأسلاك حتى تمنع تحول الشرارة الكهربائية إلى حريق وبالتالي تمنع انتشار الحريق داخل المبنى . تستخدم أنواع كثيرة من المواد المقاومة للحريق فى الكابلات . فى مفاعل مصر البحثي الثاني ((Multi-Purpose Reactor MPR غطاء وعوازل الكابلات مصنوعة من البولي فينيل كلورايد .(PVC)

    الهدف من هذه الرسالة هو دراسة خواص البولى فينيل كلورايد المقاوم للحريق والمستخدم في كابلات المفاعل ومنها الكابلات الموجودة فى حجرة اللوحات الكهربائية داخل المفاعل بالإضافة إلى معدل سرعة انتشار الحريق و ذلك لمعرفة الزمن الذى تستغرقه عملية الحريق فى حالة وجود أو عدم وجود مواد مقاومة للحريق. وعلى الجانب الأخر تم قياس تركيز الغازات السامة الناتجة أثناء احتراق مادة  (PVC)  داخل نموذج تم تصميمه و تشييده لحجرة اللوحات الكهربائية بالمفاعل بمقياس رسم 1:11 من الحجم الأصلي للحجرة وذلك باستخدام مادة الجبس الحرارى . تم محاكاة الحريق من خلال مصدر حرارى يستخدم وقود بروبان بيوتان(LPG)  بحيث يصدر معدل حرارى ثابت بمقدار 7.2 كيلوات

و 11.02 كيلووات خلال التجارب . وقد أخذت القراءات لتوزيع الحرارة فى الاتجاه الرأسي والأفقي وذلك باستخدام ازدواج حرارى (thermo- couple) 

تتكون الرسالة من أربعة فصول على النحو التالى :-

الفصل الأول : مقدمة

يتناول مذا الفصل خواص الحريق ومفهوم حماية المنشآت النووية من الحرائق وخاصة حرائق الكابلات . ومراجعة  الدراسات السابقة التى تناولت عوازل وأغطية الكابلات المصنوعة من مادة البولى فينيل كلورايد .

الفصل الثانى: الخلفية النظرية:

ينقسم هذا الفصل إلى جزئين:

الجزء الأول : يتناول العوامل الأساسية لتعيين سرعة انتشار الحريق فى المواد البوليمرية والمعادلات المستخدمة لحساب زمن الاشتعال. تحليل أخطار الحريق فى المنشأة النووية وامتداد الحريق خاصة فى الكابلات المصنوع من مادة البولى فينيل كلورايد

الجزء الثانى : يتناول زمن فناء البوزيترون فى المواد البوليمرية وأيضا الأساس النظرى لحساب التوصيل والعزل وفقد العزل الكهربائى فى العوازل

الفصل الثالث: التقنيات التجريبية

يتناول  هذا الفصل وصف لمفاعل مصر البحثى الثانى ونظام الوقاية من الحريق الخاصة به . أيضا يحتوى على وصف لجهاز أشعة أكس الفلورنسية وجهاز معايرة المسح الحرارى التفاضلى و تقنية فناء البوزيترون المستخدمة فى القياسات. هذا بالإضافة الي العينات وشرح تفصيلى لمكونات نموذج الحريق المستخدم. هذه القياسات تمت على أربع عينات ثلاثة منهم من شركة الكابلات الكهربائية المعدنية والرابعة هى المستخدمة فى غطاء الكابل بحجرة اللوحات الكهربائية.

الفصل الرابع: النتائج

هذا الفصل يتناول نتائج المركبات الكيميائية للعينات باستخدام اشعة أكس الفلورونسية وجد أن جميع العينات تحتوى على عناصر الكالسيوم ( CL  ) والرصاص ( Pb) والكلور ( CL ) ولكن العينات المعوقة للحريق احتوت على الانتيمون ( Sb  ) كعنصر معوق للحريق .

وباستخدام جهاز معايرة المسح الفاصل تم تحديد درجة حرارة الانصهار ودرجة حرارة الانتقال الزجاجى ( Tg  ) . و قد تبين ان إضافة الرصاص الى البولى فينيل كلورايد يرفع درجة الانصهار من 160درجة مئوية الى 271.13 درجة مئوية للعينات الغير مقاومة للحريق و 282 درجة مئوية للعينات مقاومة للحريق.

ومن تجربة انتشار الحريق خلال النموذج وجد ان حالة الاستقرار تكن بعد عشرة دقائق من بداية الحريق . ومن جهة اخرى ، وجد ان التغيير فى درجة الحرارة يقل كلما بعدنا عن سقف النموذج . وبناء على هذا فالامان يتطلب وضع الكابلات بعيدة عن السقف. ايضا وجد ان الحريق لا ينتشر خلال عينات البولى فينيل كلورايد المعوقة للحريق ( FRPVC  ) .

ووجد ان معدل انتشار الحريق فى PVC  يكون 234 سم / ثانية ، ولكن فى حالة  )     (CB-FRPVCان معدل الانتشار هو 22. سم / ثانية . وبناء على ذلك فان CB-FRPVC  له خواص معوقة جيدة اكثر من العينات الاخرى . وقد بنت نتائج محلل الغازات ان عينة PVC  نتج دخان مكثف الذى يعوق الهروب من المكان . ووجد أن تركيز غاز أول اكسيد الكربون   ( CO ) فى عينة CBPVC  يكون اعلى منه فى العينة ( FR PVC – reactor  ) المستخدمة فى المفاعل وفى العينات الاخرى وكانت تركيزات الغازات مثل اول اكسيد الكربون وثانى اكسيد الكربون وثانى اكسيد الكبريت اعلى من القيم المسموح بها عالميا .

ويمكن تلخيص النتائج المستنتجة من قياسات الخواص الكهربية والحرارية وايضا قياسات عمر فناء البوزيترون كالتالى :

1- قد اثبتت نتائج العزل والتوصيلة الكهربية ان فقد العزل (ε”)  يزيد بزيادة التوصيلة الكهربية (  σ  ) بينما يقل ثابت العزل (ε”   ) كدالة فى الترددات ( من 100 هرتر الى 20 كيلو هيرتز )  ( 100 Hz-20 K Hz  ) ودرجات الحرارة فى المدى من 30 درجة مئوية حتى 140 درجة مئوية . ايضا وجد ان عينات البولى فينيل كلورايد المعوقة للحريق والتى تحتوى على الكربون الاسود لها قيم أعلى من العينات الاخرى .

2- بينت نتائج عمر فناء البوزيترون ان سهولة حركة السلسلة تزيد وذلك نتيجة زيادة حجم ونسبة الفراغات الحرة فى القياسات المعوقة للحريق تحت درجة 100 درجة مئوية ، ولكن أعلى من 100 درجة مئوية فان زيادة حركة  الأيونات والشحنات الحاملة للتيار (Free radicals)  تمنع تكون ذرة الاورثويوزيترويتوم ( o-Ps  ) وبذلك يقل عدد وحجم الفراغات الحرة . وبمقارنة الخواص الكهربية والقياسات الدقيقة  FRPVC   بعمر فناء اليوزيترون وجد ان عينة البولى فينيل كلورايد المعوقة للحريق لها خواص عزل كهربية افضل تحت درجة حرارة 100 درجة مئوية .

3- تمت مقارنة تغيرات درجة الحرارة الناتجة من التوصيل الحرارى لعينات البولى فينيل كلورايد المعوقة للحريق مع العينات الغير معوقة للحريق وذلك عند درجات حرارة اقل واعلى من درجة الاشتعال الزجاجى  Tg  . وبناء على ذلك تم تعيين معامل التمدد الحرارى (    ) ووجد انه يزيد فى المواد المعوقة للحريق بمعامل قيمته تقريبا 2.05 و 3.5 اقل واكبر من Tg على التوالى بالمقارنة بالعينات الغير معوقة للحريق .

4- وجد أن التوصيل الحرارى للعينات المقاومة للحريق أعلي منه فى حالة الغير مقاومة للحريق."