لماذا تحتاج منصات النفط والغاز إلى أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المقاومة للانفجار؟

نصائح: تعمل منصات النفط والغاز البحرية في بيئات خطرة حيث تشكل الأجواء القابلة للانفجار تهديدات مستمرة. يجب أن تحمل وحدات إمداد الطاقة غير المنقطعة الصناعية شهادتي ATEX وIECEx للمناطق من الفئة 1 والفئة 2 لضمان السلامة. تعمل أنظمة UPS المقاومة للانفجار هذه على حماية المعدات الحيوية مثل أنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ وأنظمة الكشف عن الحرائق أثناء انقطاع التيار الكهربائي. يساعد فهم تصنيفات المناطق الخطرة مديري المنشآت على اختيار أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة المناسبة التي تفي باللوائح الصارمة لصناعة النفط والغاز.

Ⅰ. مقدمة

تعمل منصات النفط والغاز في بعض أكثر البيئات قسوةً في العالم. فالمواقع البحرية النائية، والهواء المالح المسبب للتآكل، ودرجات الحرارة القصوى، والاهتزاز المستمر تشكل تحديات لكل قطعة من المعدات. والأهم من ذلك، أن هذه المنشآت تتعامل مع غازات وأبخرة قابلة للاشتعال، مما ينطوي على مخاطر الانفجار.

يجب أن يقوم مزود الطاقة الصناعي الذي لا ينقطع في هذه المواقع بأكثر من مجرد توفير الطاقة الاحتياطية. يجب أن يعمل بأمان في الأجواء الخطرة دون أن يصبح مصدرًا للاشتعال. المعيار يو بي إس لا تستطيع الأنظمة تلبية هذه المتطلبات. ومن الضروري استخدام وحدات إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المقاومة للانفجار والحاصلة على شهادتي ATEX وIECEx.

يتناول هذا المقال الأسباب التي تجعل أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المستخدمة في صناعة النفط والغاز تحتاج إلى حماية متخصصة ضد الانفجار. ونستعرض في هذا المقال تصنيفات المناطق الخطرة، ومعايير الاعتماد، والتطبيقات الحيوية. ويضمن فهم هذه المتطلبات توفير حماية آمنة ومتوافقة مع المعايير لنظام إمداد الطاقة في المنصات البحرية والمصافي وعمليات الحفر.

الشكل 1: المتطلبات الحرجة لحمل أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) ومدة الدعم الاحتياطي في مختلف تطبيقات قطاع النفط والغاز. تحتاج منصات الإنتاج إلى دعم احتياطي لمدة 24 ساعة لأنظمة السلامة.

Ⅱ. تصنيفات المناطق الخطرة

1. فهم مناطق ATEX

يحدد توجيه ATEX رقم 2014/34/EU متطلبات المعدات المستخدمة في الأجواء القابلة للانفجار. ويصنف التوجيه المناطق الخطرة إلى مناطق بناءً على احتمالية خطر الانفجار.

المنطقة 0 تشير إلى المناطق التي تتواجد فيها خليط غازات قابلة للانفجار بشكل مستمر أو لفترات طويلة. وتشمل هذه المناطق داخل أوعية المعالجة وخزانات التخزين. ولا يُسمح هنا إلا باستخدام المعدات ذات الأمان الذاتي (Ex ia).

المنطقة 1 تغطي المناطق التي يُحتمل أن تتشكل فيها خلائط قابلة للانفجار أثناء التشغيل العادي. وتندرج ضمن هذه الفئة المناطق المحيطة بمعدات المعالجة، ونقاط أخذ العينات، ومناطق الصيانة. وتتطلب أنظمة UPS المخصصة للمنطقة 1 حماية مقاومة للاشتعال (Ex d) أو حماية معززة (Ex e).

المنطقة 2 وتشمل هذه المناطق الأماكن التي يُستبعد فيها تكوّن خلائط متفجرة أثناء التشغيل العادي، وإذا حدث ذلك، فإنها لا تدوم سوى لفترة وجيزة. وتحيط هذه المناطق بمواقع «المنطقة 1» وتشمل منافذ التهوية. ويمكن تشغيل وحدات إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المزودة بنوع الحماية Ex n أو Ex p في هذه المناطق.

تندرج معظم معدات إمداد الطاقة غير المنقطعة الصناعية المستخدمة في قطاع النفط والغاز ضمن فئتي «المنطقة 1» أو «المنطقة 2». ويوفر تصنيف «المنطقة 1» مستوى أعلى من الحماية ومرونة أكبر في الاستخدام.

2. شهادة IECEx العالمية

في حين أن معيار ATEX ينطبق على الأسواق الأوروبية، فإن معيار IECEx يوفر اعترافًا دوليًا. ويعمل نظام المعدات المعتمدة من IECEx وفقًا لمعايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (سلسلة IEC 60079). وتُعتبر الشهادة الممنوحة في إحدى الدول الأعضاء معترفًا بها في الدول الأخرى.

تستخدم IECEx تصنيفات المناطق نفسها التي تستخدمها ATEX، لكنها تضيف «مستويات حماية المعدات» (EPL). وتحدد هذه المستويات موثوقية المعدات:

• EPL Ga: مناسب للمنطقة 0 (مستوى حماية عالٍ جدًّا)
• EPL Gb: مناسب للمنطقة 1 (مستوى حماية عالٍ)
• EPL Gc: مناسب للمنطقة 2 (مستوى الحماية العام)

بالنسبة لأجهزة UPS المستخدمة في تطبيقات النفط والغاز، يُشترط عادةً استخدام EPL Gb. وهذا يضمن أن المعدات لن تشعل الأجواء القابلة للانفجار حتى في حالة حدوث أعطال فيها.

3. مجموعات الغاز وفئات درجات الحرارة

يجب أن تتناسب الحماية من الانفجار مع الغازات المحددة الموجودة. وتحدد المعايير مجموعات الغازات على النحو التالي:

• المجموعة IIA: البروبان والغازات المماثلة (الأقل خطورة)
• المجموعة IIB: الإيثيلين والغازات المماثلة
• المجموعة IIC: الهيدروجين والأسيتيلين (الأكثر خطورة)

تستخدم معظم عمليات معالجة الهيدروكربونات شهادات المجموعة IIB أو IIB+H2. أما وجود الهيدروجين فيتطلب شهادات المجموعة IIC.

تشير فئات درجات الحرارة إلى درجات الحرارة القصوى للسطح:

• T1: 450 درجة مئوية كحد أقصى
• T2: 300 درجة مئوية كحد أقصى
• T3: 200 درجة مئوية كحد أقصى
• T4: 135 درجة مئوية كحد أقصى
• T5: 100 درجة مئوية كحد أقصى
• T6: 85 درجة مئوية كحد أقصى

تتطلب معدات UPS عادةً تصنيف T3 أو T4 في قطاع النفط والغاز. ونادرًا ما تكون هناك حاجة إلى تصنيف T6، إلا أنه يوفر هامش أمان إضافي للغازات ذات درجة حرارة الاشتعال المنخفضة.

الشكل 2: مناطق الخطر وفقًا لمعايير ATEX/IECEx ومتطلبات الاعتماد الخاصة بأنظمة UPS الصناعية في منشآت النفط والغاز.

Ⅲ. المتطلبات الفنية لأجهزة UPS المقاومة للانفجار

1. طرق الحماية (Ex d، Ex e، Ex p)

تتناسب تقنيات الحماية من الانفجار المختلفة مع التطبيقات المختلفة. ويساعد فهم هذه الأساليب في تحديد أنظمة UPS المناسبة.

العلبة المقاومة للاشتعال (Ex d): يحتوي غلاف وحدة إمداد الطاقة (UPS) على أي انفجار داخلي. وتمنع الجدران السميكة والمفاصل المحكمة انتشار اللهب إلى الجو الخارجي. وهذه هي الحماية الأكثر شيوعًا لوحدات إمداد الطاقة (UPS) المخصصة للمنطقة 1. وتعمل المعدات بالطاقة المقدرة بأمان تام.

زيادة مستوى السلامة (Ex e): تعمل ميزات التصميم المحسّنة على منع حدوث الأقواس الكهربائية والشرر وارتفاع درجات الحرارة بشكل مفرط أثناء التشغيل العادي. كما يجب أن تكون وحدات UPS من فئة Ex e معتمدة للتعامل مع حالات الأعطال. وتناسب هذه الطريقة التطبيقات ذات الطاقة المنخفضة وحدود المنطقتين 1 و2.

الضغط (Ex p): يحافظ الهواء النقي أو الغاز الخامل على ضغط موجب داخل غلاف وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS). ويمنع تدفق الهواء إلى الخارج دخول أي غازات. وهذا يتيح استخدام وحدات UPS القياسية داخليًّا، لكنه يتطلب أنظمة دعم معقدة. وتناسب وحدات Ex p القوى الكهربائية الكبيرة التي يصبح فيها التصميم المقاوم للاشتعال غير عملي.

فيما يتعلق بأنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة الصناعية في قطاع النفط والغاز، تهيمن فئة Ex d (المقاومة للاشتعال) على السوق. فهي توفر حماية قوية دون الحاجة إلى أنظمة دعم خارجية.

2. التحصين البيئي

تشكل المنصات البحرية تحديات بيئية تتجاوز مخاطر الانفجار. وتتطلب أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) ميزات تصميمية خاصة.

مقاومة التآكل: يؤدي الهواء المالح إلى تآكل الأجهزة الإلكترونية العادية. أما أجهزة UPS المقاومة للانفجار، فتستخدم أغلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ (درجة 316) أو من الألومنيوم المطلي بطبقات مقاومة للبيئة البحرية. كما تُغطى المكونات الداخلية بطبقة واقية مطابقة للشكل.

نطاق درجات الحرارة: تتراوح درجات الحرارة المحيطة في المنصات البحرية بين -40 درجة مئوية و+55 درجة مئوية. وتتطلب العمليات في القطب الشمالي استخدام عناصر تدفئة، بينما تتطلب المواقع الصحراوية تبريدًا معززًا. ويجب أن يحافظ نظام الإمداد غير المنقطع (UPS) على كفاءته الكاملة في ظل هذه الظروف القاسية.

تحمل الاهتزاز: تتسبب عمليات الحفر في اهتزازات مستمرة. ويجب أن تستوفي أنظمة UPS معايير الاهتزاز الواردة في المعيار الدولي IEC 60068-2-6. وتساعد حوامل الصدمات والتصميم الداخلي المتين على منع حدوث أي تلف.

الحماية من الرطوبة: تعد الرطوبة من النوع 100% شائعة في المنشآت البحرية. وتمنع العلب المغلقة دخول الرطوبة. كما تحافظ فتحات التهوية المزودة بمواد مجففة والحشيات المانعة للتسرب على جفاف البيئة الداخلية.

3. اعتبارات تتعلق بالبطارية

تشكل البطاريات تحديات فريدة في المناطق الخطرة. فالبطاريات الحمضية الرصاصية تطلق غاز الهيدروجين أثناء الشحن، وهو غاز قابل للانفجار. ولذلك، فإن اتخاذ احتياطات خاصة أمر إلزامي.

فصل حاوية البطارية: عادةً ما يتم تركيب البطاريات في حاويات Ex e منفصلة عن الأجزاء الإلكترونية لجهاز UPS. ويؤدي ذلك إلى عزل مصادر الهيدروجين عن مصادر الاشتعال المحتملة. كما تعمل أنظمة التهوية على إزالة أي تراكم للغاز.

أنواع البطاريات: تقلل بطاريات الرصاص الحمضية المختومة (VRLA) من انبعاث الغازات مقارنةً بالأنواع المفتوحة. وتتميز بطاريات النيكل والكادميوم بتحمل أفضل لدرجات الحرارة، لكنها أعلى تكلفة. أما أنظمة الليثيوم أيون فهي آخذة في الظهور، لكنها تتطلب شهادة تدل على إدارة حرارية دقيقة.

تعويض درجة الحرارة: يجب أن يتكيف شحن البطارية مع درجة الحرارة المحيطة. فالبيئات الحارة تقلل من عمر البطارية في حالة الشحن الزائد، بينما تتطلب البيئات الباردة خفض معدلات الشحن. ويجب أن توفر وحدة التحكم في نظام الإمداد غير المنقطع (UPS) تعويضًا تلقائيًّا.

Ⅳ. التطبيقات الحيوية في قطاع النفط والغاز

1. أنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ (ESD)

تُعد أنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ أكثر أحمال وحدات إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) أهمية. حيث تقوم أنظمة الإغلاق في حالات الطوارئ (ESD) باكتشاف الظروف الخطرة وبدء عملية إغلاق المنصة. وقد يؤدي انقطاع التيار الكهربائي إلى إعاقة الاستجابة لحالات الطوارئ في اللحظات الحرجة.

تشمل أنظمة ESD ما يلي:

• صمامات إيقاف التشغيل
• أنظمة عزل رؤوس الآبار
• أجهزة التحكم في مانع الانفجار (BOP)
• أنظمة الكشف عن الحرائق والغازات
• أنظمة الإذاعة العامة والإنذار

تتطلب هذه الأنظمة إمدادًا احتياطيًا بالطاقة من وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) تتراوح مدته بين 30 دقيقة و24 ساعة، حسب نوع المنصة. أما منصات الحفر فتحتاج إلى مدة احتياطية أقصر — حيث يُعد الإخلاء في حالات الطوارئ هو الإجراء الأولي. أما منصات الإنتاج فتحتاج إلى مدة احتياطية أطول لإدارة تسلسلات الإغلاق المتحكم فيها.

متطلبات شهادة IESD صارمة. يجب أن يحقق جهاز UPS تصنيفات مستوى سلامة النظم (SIL) عند تزويد الوظائف الآلية المتعلقة بالسلامة بالطاقة. ويجب ألا تؤدي نقاط الفشل الفردية إلى الإخلال بقدرات الاستجابة لحالات الطوارئ.

2. كشف الحرائق والغازات

تحمي أنظمة الكشف عن الحرائق والغازات الموظفين والأصول. ولا يمكن لهذه الأنظمة التي تعمل على أساس المراقبة المستمرة أن تتحمل انقطاع التيار الكهربائي.

أجهزة الكشف: تتطلب أجهزة كشف الدخان وأجهزة كشف الحرارة وأجهزة استشعار الغازات القابلة للاشتعال إمدادًا مستمرًا بالطاقة. وتقوم وحدات معالجة الإشارات بتحليل بيانات أجهزة الاستشعار وتشغيل أجهزة الإنذار. ويضمن نظام الإمداد غير المنقطع (UPS) استمرار عملية الكشف أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

أنظمة الإنذار: تُستخدم أجهزة الإنذار الصوتية وأجهزة الإشارة الضوئية وأنظمة الإذاعة الداخلية لتنبيه الموظفين إلى وجود خطر. ويجب أن تعمل هذه الأنظمة خلال حالات الطوارئ التي قد تنقطع فيها الإمدادات الكهربائية العادية.

تتطلب أنظمة UPS المقاومة للحريق والغاز عادةً توفير طاقة احتياطية على مدار 24 ساعة. ويضمن ذلك ألا تؤثر انقطاعات التيار الكهربائي الليلية سلبًا على السلامة. كما يجب أن تصمد هذه الأنظمة أمام الأحداث المتطرفة مثل الانفجارات أو الحرائق التي قد تلحق الضرر بشبكة توزيع الطاقة العادية.

3. التحكم في العمليات والأجهزة القياسية

تعتمد منصات النفط والغاز الحديثة بشكل كبير على أنظمة التحكم الآلية. وتقوم أنظمة التحكم الموزعة (DCS) بإدارة عمليات الإنتاج. ويؤدي فقدان التحكم إلى انقطاع الإنتاج ومخاطر تتعلق بالسلامة.

مكونات نظام التحكم: تتطلب وحدات التحكم ووحدات الإدخال/الإخراج ومحولات الشبكة ومحطات المشغلين إمدادًا بالطاقة من نظام الإمداد غير المنقطع (UPS). ورغم أن هذه الأنظمة لا تُعد ذات أهمية حاسمة من الناحية الأمنية مثل أنظمة الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، إلا أنها تضمن استمرار التشغيل المستقر.

الأجهزة: توفر أجهزة قياس التدفق، وأجهزة إرسال الضغط، وأجهزة استشعار المستوى، وأجهزة التحليل بيانات العملية. ويضمن تزويد الطاقة دون انقطاع دقة المراقبة والتحكم.

توفر أنظمة UPS المخصصة للتحكم في العمليات عادةً احتياطي طاقة يتراوح بين 30 دقيقة وساعتين. ويتيح ذلك إيقاف عمليات الإنتاج بشكل منظم. ونادرًا ما تكون هناك حاجة إلى احتياطي طاقة أطول، حيث إن عملية الإيقاف المنظم تكتمل ضمن هذا الإطار الزمني.

4. الملاحة والاتصالات

تحتاج المنصات البحرية إلى وسائل مساعدة على الملاحة من أجل حركة الملاحة البحرية. وتساعد أضواء هبوط طائرات الهليكوبتر في عمليات الإجلاء الطبي في حالات الطوارئ. كما تضمن أنظمة الاتصالات البقاء على اتصال مع العمليات على اليابسة وخدمات الطوارئ.

أدوات المساعدة على الملاحة: تُحدد منارات الرادار وأبواق الضباب وأنظمة الإضاءة مواقع المنصات. ويجب أن تعمل هذه الأنظمة بشكل مستمر، لا سيما أثناء العواصف عندما يكون انقطاع التيار الكهربائي أمراً محتملاً.

إضاءة مهبط طائرات الهليكوبتر: تُستخدم إضاءة منطقة الهبوط وإضاءة المحيط وإضاءة العوائق لتوجيه طائرات الهليكوبتر. ويضمن نظام UPS الاحتياطي إمكانية استمرار عمليات الإجلاء الطبي أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

الاتصالات اللاسلكية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية: توفر أجهزة الراديو التي تعمل على الترددات العالية جدًّا (VHF) الاتصالات في حالات الطوارئ. وتضمن الوصلات الساتلية استمرار نقل البيانات التشغيلية. كما تضمن أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) استمرار توفر هذه الأنظمة خلال الأزمات.

توفر أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) الخاصة بالملاحة والاتصالات عادةً احتياطيًا للطاقة لمدة تتراوح بين 4 و8 ساعات. ويغطي ذلك فترات انقطاع التيار الكهربائي المعتادة مع الحفاظ على القدرات الطارئة.

Ⅴ. الاعتماد والامتثال للمعايير

1. توجيه ATEX رقم 2014/34/EU

يجب أن تمتثل منشآت النفط والغاز الأوروبية لمتطلبات ATEX. ويتناول هذا التوجيه كلاً من تصميم المعدات والسلامة في مكان العمل.

يجب أن تحمل المعدات علامة CE مع الإشارة إلى Ex:

• رمز CE وEx على ملصق الجهاز
• رقم الفئة (1 للمنطقة 0، 2 للمنطقة 1، 3 للمنطقة 2)
• G تعني الغاز (D تعني الغبار)
• مستوى الحماية (Ga أو Gb أو Gc)
• رقم الشهادة الصادرة عن الجهة المُعتمدة

يلزم تقديم إخطار ضمان الجودة (QAN) بالنسبة للمعدات من الفئتين 1 و2. ويجب على الشركات المصنعة الالتزام بنظم إدارة الجودة المعتمدة. ويتم الإنتاج وفقًا لبروتوكولات جودة صارمة تخضع لتدقيقات تجريها جهات خارجية.

يجب أن تكون وثائق «إعلان المطابقة» مرفقة بكل نظام UPS. وتثبت هذه الوثيقة أن الجهاز يفي بجميع المتطلبات الأساسية المتعلقة بالصحة والسلامة.

2. متطلبات نظام IECEx

تضمن IECEx قبول الشهادات على الصعيد العالمي. ويشمل هذا النظام ما يلي:

المعدات الحاصلة على شهادة IECEx: إجراء الاختبارات من قبل هيئات إصدار شهادات IECEx (ExCBs) في الدول الأعضاء. وتُعتبر الشهادات معترفًا بها دوليًا، مما يتيح تجنب إجراء اختبارات مكررة.

تقرير تقييم الجودة (QAR) الصادر عن IECEx: يؤكد أن أنظمة الجودة الخاصة بالشركة المصنعة تستوفي متطلبات IECEx. وتُجري عمليات تدقيق QAR التحقق من استمرار الامتثال.

تقارير اختبار IECEx (ExTR): وثائق الاختبار التفصيلية الداعمة لعملية الاعتماد. وتقدم هذه التقارير أدلة فنية على الامتثال.

بالنسبة لشركات تصنيع أنظمة UPS، تفتح شهادة IECEx أبواب الأسواق العالمية. حيث تفي عملية اعتماد واحدة بمتطلبات أستراليا وسنغافورة والإمارات العربية المتحدة والعديد من المناطق الأخرى المنتجة للنفط والغاز.

3. المعايير الإقليمية

تفرض مناطق مختلفة متطلبات إضافية تتجاوز معايير ATEX/IECEx:

الولايات المتحدة (UL/NEC): تتوافق تصنيفات الفئة الأولى، القسمين 1 و2، مع المناطق 0/1 و2. وتسري معايير UL 1203 وUL 1012. ويتم تصنيف المناطق وفقًا للمادة 500 من «القانون الوطني للكهرباء» (NEC).

كندا (CSA): وعلى غرار المتطلبات الأمريكية المتعلقة بشهادة CSA، ينظم «القانون الكندي للكهرباء - الجزء الأول» أعمال التركيب.

البرازيل (INMETRO): يتطلب الحصول على شهادة وطنية بالإضافة إلى شهادة IECEx. وتحدد اللائحة رقم 179/2010 المتطلبات اللازمة.

روسيا (GOST-R وTR CU): تُطبق اللوائح الفنية للاتحاد الجمركي. ويُعد وضع علامة EAC إلزامياً.

الشرق الأوسط (SASO، GOST): تعترف المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة ودول الخليج الأخرى بشهادة IECEx، لكنها قد تشترط الحصول على شهادات محلية إضافية.

يتطلب النجاح في نشر أنظمة UPS فهم جميع المعايير المعمول بها. وتستجيب استراتيجيات الحصول على شهادات متعددة لمتطلبات السوق المتنوعة.

الشكل 3: مقارنة بين طرق الحماية من الانفجار ومتطلبات متوسط الوقت بين الأعطال (MTBF) لتطبيقات أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) الحيوية في قطاعي النفط والغاز. وتُعد تقنية «Ex d» المقاومة للاشتعال الأكثر ملاءمةً للمنطقة 1.

Ⅵ. الاعتبارات المتعلقة بتصميم النظام

1. استراتيجيات التكرار

لا يمكن للتطبيقات الحيوية في قطاعي النفط والغاز أن تتحمل تعطل أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS). وتضمن استراتيجيات التكرار توفير حماية مستمرة.

التكرار N+1: تدعم وحدة UPS احتياطية واحدة عدة أحمال حيوية. وفي حالة تعطل إحدى الوحدات، تتولى الوحدة الاحتياطية تحمل الحمل. وهذا يحقق التوازن بين التكلفة والموثوقية.

التكرار 2N: تكرار كامل لأنظمة UPS. ويحتوي كل حمل حيوي على مصدرين مستقلين للطاقة. وتقوم مفاتيح التحويل التلقائية باختيار مصدر الإمداد النشط.

التكرار المتوازي: تعمل عدة وحدات من أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) بالتوازي لتقاسم الحمل. وفي حالة تعطل إحدى الوحدات، تتولى الوحدات المتبقية الحمل دون انقطاع.

بالنسبة لأنظمة ESD وأنظمة الحريق والغاز، غالبًا ما يكون التكرار بنظام 2N إلزاميًا. وقد تستخدم أنظمة التحكم في العمليات نظام N+1. أما أنظمة الملاحة، فعادةً ما تكتفي بوحدة UPS واحدة مزودة ببطارية احتياطية.

2. مدة عمل البطارية الاحتياطية

يحدد حجم البطارية مدة التشغيل الاحتياطي. وتختلف المتطلبات باختلاف التطبيق ونوع النظام الأساسي.

عوامل الحساب:

• طاقة الحمل (كيلوواط)
• مطلوب وقت النسخ الاحتياطي (ساعات)
• جهد نهاية التفريغ
• معامل تقادم البطارية (عادةً 0.8)
• معامل تخفيض القدرة حسب درجة الحرارة

تتطلب غرف البطاريات تهوية وتحكمًا في درجة الحرارة. وتقوم أنظمة الكشف عن الهيدروجين بمراقبة تراكم الغاز. ويجب أن يتيح الوصول لأغراض الصيانة إمكانية استبدال البطاريات بأمان دون الدخول إلى المناطق الخطرة.

3. المراقبة والإدارة عن بُعد

توفر أنظمة UPS الحديثة إمكانيات مراقبة واسعة النطاق. وتعد الإدارة عن بُعد أمرًا ضروريًا للمنصات غير المأهولة.

المعلمات الحاسمة:

• جهد التيار الكهربائي وتياره عند المدخلات والمخرجات
• جهد البطارية وحالة الشحن
• قراءات درجة الحرارة (البيئية والداخلية)
• حالة المروحة وتشغيل نظام التبريد
• حالات الإنذار ورموز الأعطال

تتفاعل بروتوكولات Modbus وOPC-DA وOPC-UA مع أنظمة التحكم في المنصات. ويتيح التكامل مع نظام SCADA إمكانية المراقبة المركزية. كما يقلل التشخيص عن بُعد من عدد زيارات الصيانة إلى المناطق الخطرة.

Ⅶ. الخاتمة

تتطلب منصات النفط والغاز أنظمة إمداد طاقة صناعية متخصصة لا تنقطع. وتستلزم مخاطر الانفجار استخدام معدات حاصلة على شهادتي ATEX وIECEx ومصممة خصيصًا للمواقع المصنفة ضمن المنطقة 1 والمنطقة 2. ولا تستطيع أنظمة UPS القياسية تلبية متطلبات السلامة الصارمة هذه.

إن الطبيعة الحيوية لأنظمة التوزيع الكهربائي (ESD) وأنظمة الكشف عن الحرائق وأنظمة التحكم في العمليات تجعل يو بي إس موثوقة أمر ضروري. فقد يؤدي انقطاع التيار الكهربائي أثناء حالات الطوارئ إلى تعطيل أنظمة السلامة في الوقت الذي تكون فيه الحاجة إليها أشد ما تكون. وتوفر أجهزة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة (UPS) المقاومة للانفجار الحماية من كل من انقطاع التيار الكهربائي ومخاطر الاشتعال.

يتطلب التنفيذ الناجح فهم تصنيفات المناطق الخطرة، وطرق الحماية، ومتطلبات التطبيق. ويهيمن التصميم المقاوم للاشتعال من النوع Ex d على السوق بفضل الحماية القوية التي يوفرها وبساطته النسبية. وتتطلب أنظمة البطاريات اهتمامًا خاصًا بسبب تولد الهيدروجين أثناء الشحن.

مع انتقال عمليات النفط والغاز إلى بيئات أكثر قسوة — مثل المياه العميقة، والمناطق القطبية، ودرجات الحرارة المرتفعة — ستزداد المتطلبات المفروضة على أنظمة UPS. وستتطور معايير الاعتماد لمواجهة التحديات الجديدة. ولا يمكن تلبية هذه المتطلبات المتزايدة إلا من خلال أنظمة UPS المتخصصة المقاومة للانفجار.

المراجع

1. اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)الموقع الرسمي: www.iec.ch
2. مختبرات أندررايترز (UL)الموقع الرسمي: www.ul.com
3. اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي (CEN)الموقع الرسمي: www.cen.eu
4. إدارة التوحيد القياسي في الصين (SAC)الموقع الرسمي: www.sac.gov.cn
5. تحالف تشونغقوانكون لتكنولوجيا صناعة تخزين الطاقة (CNESA)الموقع الرسمي: www.cnESA.org
6. الموقع الرسمي للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO): www.iso.org