خلط الغازات للغوص


مزج الغازات للغوص (أو خلط الغازات) هو عملية ملء أسطوانات الغوص بغازات غير الهواء ، مثل النيتروكس والتريمكس والهيليوكس . ويهدف استخدام هذه الغازات عمومًا إلى تحسين السلامة العامة للغوص المخطط له، عن طريق تقليل خطر الإصابة بداء تخفيف الضغط و/أو التسمم النيتروجيني ، وقد يُحسّن أيضًا من سهولة التنفس .
يُشكل ملء أسطوانات الغوص بمزيج من الغازات خطراً على كلٍ من القائم بالملء والغواص. فخلال عملية الملء، ثمة خطر نشوب حريق نتيجة استخدام الأكسجين، وخطر انفجار نتيجة استخدام الغازات ذات الضغط العالي. يجب أن يكون تركيب المزيج آمناً لعمق ومدة الغوص المخطط لها. فإذا كان تركيز الأكسجين منخفضاً جداً، قد يفقد الغواص وعيه بسبب نقص الأكسجين ، وإذا كان مرتفعاً جداً، فقد يُصاب بتسمم الأكسجين . أما تركيز الغازات الخاملة، مثل النيتروجين والهيليوم، فيتم تخطيطه وفحصه لتجنب التسمم النيتروجيني ومرض تخفيف الضغط.
تشمل الطرق المستخدمة الخلط الدفعي بالضغط الجزئي أو بالكسر الكتلي، وعمليات الخلط المستمر. تُحلل الخلطات النهائية لتحديد تركيبها لضمان سلامة المستخدم. قد يُطلب من فنيي خلط الغازات بموجب القانون إثبات كفاءتهم عند تعبئة الغازات نيابةً عن الآخرين.
طلب
في بعض أنواع الغوص، يمكن استخدام مخاليط غازية أخرى غير الهواء الجوي العادي (21% أكسجين ، 78% نيتروجين ، 1% غازات نادرة) لتحقيق فائدة، [ 1 ] [ 2 ] شريطة أن يكون الغواص مُلِمًّا باستخدامها. يُعدّ النيتروكس ، المعروف أيضًا باسم نيتروكس الهواء المُخصّب (EAN)، الخليط الأكثر شيوعًا، وهو عبارة عن هواء مُضاف إليه أكسجين إضافي، غالبًا بنسبة 32% أو 36%، وبالتالي نسبة نيتروجين أقل، مما يُقلل من خطر الإصابة بداء تخفيف الضغط أو يسمح بالتعرض لفترة أطول لنفس الضغط مع تساوي المخاطر. كما قد يُتيح انخفاض نسبة النيتروجين إمكانية الاستغناء عن التوقفات أو تقليل مدة توقفات تخفيف الضغط أو تقليل الفترة الفاصلة بين الغطسات على السطح. قد تكون فرضية قدرة النيتروكس على تقليل التخدير صحيحة إلى حد ما، حيث أظهرت الأبحاث أنه إذا كان الأكسجين مُخدّرًا أيضًا، فإنه يعمل بشكل مختلف عن النيتروجين، ويبدو أن تأثيره أقل. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
يؤدي ارتفاع الضغط الجزئي للأكسجين نتيجةً لزيادة محتوى الأكسجين في النيتروكس إلى زيادة خطر التسمم بالأكسجين، وهو خطر يصبح غير مقبول عند تجاوز عمق التشغيل الأقصى للخليط. ولإزاحة النيتروجين دون زيادة تركيز الأكسجين، يمكن استخدام غازات مخففة أخرى، عادةً الهيليوم ، ويُسمى الخليط الناتج ثلاثي الغازات بالتريمكس ، وعندما يُستبدل النيتروجين بالكامل بالهيليوم، يُسمى بالهيليوكس .
في الغطسات التي تتطلب فترات توقف طويلة للتخفيف من الضغط، قد يحمل الغواصون أسطوانات تحتوي على مخاليط غازية مختلفة لمراحل الغطس المختلفة، والتي تُصنف عادةً إلى غازات السفر، وغازات القاع، وغازات التخفيف من الضغط. ويمكن استخدام هذه المخاليط الغازية المختلفة لإطالة مدة البقاء في القاع، وتقليل تأثيرات الغاز الخامل المخدرة، وتقليل أوقات التخفيف من الضغط .
المخاطر
توجد عدة مخاطر مرتبطة بخلط الغازات:
- تُملأ الأسطوانات بغاز عالي الضغط . في حال حدوث أي تلف أو تآكل في وعاء الضغط أو صمامات الأسطوانة، فإن هذه هي الحالة التي تكون فيها أكثر عرضة للانهيار الهيكلي. [ 8 ] [ 9 ]
- يُساعد الأكسجين على الاحتراق ؛ فإذا لامس الوقود والحرارة ، تتوافر العناصر الثلاثة اللازمة للاشتعال . وتشتعل النيران في وجود تركيزات عالية من الأكسجين بقوة أكبر من تلك الموجودة في الهواء. وقد يتسبب الحريق في وجود غاز مضغوط بشدة في تلف أسطوانات الغاز.
- تُستخدم معدات أخرى عالية الضغط مثل الخراطيم والضواغط وخزانات الغاز والصمامات، والتي قد تُسبب إصابات في حال انخفاض الضغط أو حدوث عطل ميكانيكي أثناء وجودها تحت الضغط.
- توجد مخاطر نشوب حريق بسبب مصادر الوقود والطاقة الكهربائية للضاغط
- توجد مخاطر الإصابة من الأجزاء المتحركة للضاغط
- هناك احتمال للاختناق بسبب وجود تراكيز عالية من الغازات التي لا تحتوي على الأكسجين، مثل الهيليوم، في مكان مغلق.
من الممكن أن يقوم مُصنّعو الغازات بتحضير مخاليط غازية سامة وخطيرة للغواصين. [ 8 ] [ 9 ] قد يكون ارتفاع نسبة الأكسجين أو انخفاضها في الخليط قاتلاً للغواص. تُستخدم أجهزة تحليل الأكسجين لقياس محتوى الأكسجين في الخليط بعد مزجه. قد يؤدي عدم كفاية المزج إلى نتائج تحليل غير دقيقة. ولضمان معرفة المستخدم النهائي بتركيبة الغاز، يتم تحليل محتوياته بحضور الغواص الذي يُقرّ باستلامها بتوقيعه في سجل خاص.
من المحتمل أن تتسرب ملوثات سامة، مثل أول أكسيد الكربون أو زيوت التشحيم الهيدروكربونية ، إلى أسطوانات ضاغط هواء الغوص . [ 8 ] [ 9 ] وعادةً ما تكون هذه مشكلة تتعلق بصيانة الضاغط أو بموقع مدخل الهواء إليه، مع إمكانية أن يكون مصدر التسرب من مصادر أخرى. [ 8 ]
يمكن أن تتسرب الملوثات السامة إلى خليط التنفس إذا احترقت أي مادة داخل صمامات أو أنابيب المزج، على سبيل المثال عند حدوث تسخين أديباتي أثناء تفريغ الأكسجين أو زيادته . [ 8 ] [ 9 ]
احتياطات الأكسجين
في وجود كميات كبيرة من الأكسجين عالي الضغط، يتشكل أحد أركان مثلث الحريق بشكل جيد. ومن الضروري منع تشكل الركنين الآخرين.
يجب أن تكون معدات المزج وأسطوانات الغوص خالية من الأكسجين من الداخل؛ إذ يجب إزالة جميع أنواع الوقود والجسيمات التي قد تكون مصادر للاشتعال . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] يجب أن تكون المواد المختارة للاستخدام في الصمامات والوصلات والضواغط متوافقة مع الأكسجين: أي يجب ألا تحترق أو تتحلل بسهولة في بيئات غنية بالأكسجين. [ 11 ]
في مزج الغازات، يمكن توليد درجات حرارة عالية بسهولة عن طريق التسخين الأديباتي، وذلك ببساطة عن طريق سكب غاز عالي الضغط في أنابيب أو أسطوانات ذات ضغط منخفض. [ 9 ] ينخفض الضغط عند خروج الغاز من الصمام المفتوح، ولكنه يرتفع مرة أخرى عندما يواجه الغاز عوائق مثل أسطوانة أو انحناء أو تضييق أو جسيم في الأنابيب.
إحدى الطرق البسيطة لتقليل حرارة التصفية هي فتح الصمامات ببطء. [ 9 ] مع الصمامات الحساسة، مثل صمامات الإبرة ، يمكن السماح للغاز بالمرور ببطء عبر الصمام بحيث يكون ارتفاع الضغط بطيئًا على جانب الضغط المنخفض. يجب تصميم الأنابيب والوصلات والصمامات في نظام المزج لتقليل الانحناءات الحادة والانقباضات المفاجئة. في بعض الأحيان، توجد حلقات بزاوية 360 درجة في الأنابيب لتقليل الاهتزاز .
ينبغي أن تكون الأماكن التي يتم فيها خلط الغاز أو تخزين الأكسجين جيدة التهوية لتجنب التركيزات العالية من الأكسجين وخطر نشوب حريق.
مزج النيتروكس
توجد عدة طرق لخلط الغازات مع النيتروكس : [ 8 ] [ 9 ] [ 12 ]
- الخلط بالضغط الجزئي: يُسكب ضغط مُقاس من الأكسجين في الأسطوانة، ثم تُملأ الأسطوانة بالهواء من ضاغط هواء الغوص . بالنسبة للمخاليط التي تحتوي على نسبة أكسجين 40% أو أكثر، يجب أن تكون جودة الهواء المُضخ مناسبة للاستخدام مع الأكسجين. ويتحقق ذلك عادةً باستخدام نوع مناسب من الزيت وفلتر إضافي مُدمج (فلتر فائق) لتقليل تلوث الزيت المتبقي في الهواء المضغوط إلى المتطلبات الأكثر صرامة للخلط مع غازات ذات ضغط جزئي عالٍ من الأكسجين. في بعض البلدان، يُشترط قانونًا تنظيف الأسطوانات المُستخدمة في الخلط بالضغط الجزئي، وللمخاليط التي تحتوي على نسبة أكسجين تزيد عن 40%، قبل استخدامها مع الأكسجين. في جنوب إفريقيا، يجب تنظيف الأسطوانة المُستخدمة في الخلطات ذات الضغط الجزئي العالي من الأكسجين قبل استخدامها. [ 13 ]
- تفريغ الخلطة المسبقة: يوفر مورد الغاز أسطوانات كبيرة بخلطات شائعة مثل 32% و36%.
- الخلط بالمزج المستمر: يُضخ الأكسجين بتدفق مُنظّم إلى خلاط ثابت مع الهواء، ثم يُحلل ويُضخ إلى مدخل الضاغط. يجب أن يكون الضاغط، وخاصة زيت الضاغط، مناسبًا لهذا الاستخدام. إذا كانت نسبة الأكسجين أقل من 40%، فإن بعض الدول لا تشترط تنظيف الأسطوانة والصمام لاستخدام الأكسجين.
- الخلط حسب نسبة الكتلة: يتم إضافة الأكسجين إلى أسطوانة مملوءة جزئيًا يتم وزنها بدقة حتى يتم تحقيق الخليط المطلوب.
- الخلط عن طريق فصل الغازات : يُستخدم غشاء نفاذ للنيتروجين لإزالة بعض جزيئات النيتروجين الأصغر من الهواء ذي الضغط المنخفض حتى يتم الحصول على المزيج المطلوب. ثم يُضخ النيتروكس الناتج ذو الضغط المنخفض إلى أسطوانات بواسطة ضاغط.
خلط مزيج الهيليوم

يمكن تحضير مخاليط الهيليوم عن طريق المزج بالضغط الجزئي، أو المزج بالكسر الكتلي، أو ضغط مزيج مسبق المزج عند الضغط الجوي (المزج المستمر).
المزج بالضغط الجزئي
يتم خلط الغاز عن طريق سكب أو ضغط الغازات المكونة في أسطوانة ذات ضغط عالٍ، ويتم قياسها عن طريق الضغط الجزئي، وتضاف بالتتابع، ويتم تصحيحها وفقًا لدرجة الحرارة. [ 9 ]
في نظام التريمكس ، تُفرغ ضغوط مُقاسة من الأكسجين والهيليوم في أسطوانة، ثم تُملأ بالهواء من ضاغط غاز الغوص، لينتج مزيج ثلاثي من الأكسجين والهيليوم والنيتروجين. [ 9 ] وثمة بديل يتمثل في تفريغ الهيليوم أولًا في أسطوانة، ثم ملؤها إلى ضغط التشغيل بمزيج نيتروكس معروف . تقدم كل من NAUI و TDI دورات تدريبية باستخدام تريمكس يُطلقون عليه اسم "هيليتروكس"، وهو مزيج مُعدّ بالطريقة الأخيرة، حيث تُحدَّد نسبة الهيليوم فيه بحوالي 17-20%. تتميز الخلائط المُحضَّرة بمزج الهيليوم مع النيتروكس الذي يحتوي على حوالي ثلث أكسجين، مثل EAN32 (وهو نيتروكس مُسبق الخلط شائع)، بخاصية مرغوبة، وهي أنه عند أقصى عمق تشغيل لها ، وبضغط جزئي للأكسجين يبلغ 1.4 بار، يكون عمق التخدير المُكافئ لها دائمًا حوالي 32 مترًا (105 قدمًا) ، وهو حد آمن.
في نظام الهيليوكس ، يتم سكب أو ضخ ضغوط محددة من الأكسجين والهيليوم في أسطوانة، مما ينتج عنه مزيج غازي من الأكسجين والهيليوم. [ 9 ]
في نظام الهيليار ، يتم سكب ضغط محدد من الهيليوم في أسطوانة، والتي يتم "ملؤها" بالهواء من ضاغط غاز الغوص، مما ينتج عنه خليط من ثلاثة غازات من الأكسجين والهيليوم والنيتروجين، مع تثبيت نسبة النيتروجين إلى الأكسجين عند 4:1. [ 9 ]
مزج النسب الكتلية
يتطلب مزج الكسر الكتلي ميزانًا دقيقًا، ويفضل أن يكون قادرًا على ضبطه على الصفر مع وجود الأسطوانة الفارغة المتصلة بخفاقة التعبئة على الميزان.
يجب حساب كتل الغازات المراد خلطها بناءً على نسبة الضغط الجزئي النهائي والضغط الكلي، ثم يُملأ الأسطوانة بالوزن المناسب الذي يتوافق مع الوزن المضاف لكل مكون. تتمثل ميزة هذا النظام في أن درجة الحرارة لا تؤثر على الدقة، حيث لا يُقاس الضغط أثناء العملية. أما عيبه، فهو أن كثافة الهيليوم أقل بكثير من كثافة المكونات الأخرى، وأي خطأ بسيط في قياس كتلة الهيليوم سيؤدي إلى خطأ كبير نسبيًا في التركيب.
المزج والضغط المستمران

مبدأ
المزج المستمر هو عملية إضافة الغازات المكونة للمزيج معًا بشكل متواصل، ثم ضغط المزيج في أسطوانة تخزين. والهدف من ذلك هو تزويد مدخل الضاغط بالغازات المكونة بتدفق مستمر عند ضغط مناسب لتصميم الضاغط، بعد مزجها مسبقًا وفقًا للمواصفات المطلوبة. يتطلب هذا عادةً معدات لمراقبة والتحكم في تدفق الغازات الداخلة، والتي تُزود عادةً من أسطوانات تخزين عالية الضغط، [ 9 ] باستثناء الهواء الذي يُؤخذ عادةً من البيئة المحيطة.
خلط الغازات

صُممت معظم ضواغط غاز التنفس عالية الضغط لاستقبال الغاز عند الضغط الجوي العادي. ونظرًا لأن الهواء الجوي أحد المكونات الشائعة لخلطات غاز التنفس المستخدمة في الغوص، فمن الملائم مزج الغازات عند الضغط الجوي باستخدام ملحق للضاغط يُسمى أنبوب الخلط أو عصا الخلط . يُعد أنبوب الخلط نوعًا من الخلاطات الثابتة ، ويمكن تصنيعه بطرق متنوعة، شريطة ألا يُعيق التدفق بشكل مفرط، وأن يخلط الغازات جيدًا قبل التحليل وقبل إدخالها إلى الضاغط. وقد استُخدمت بنجاح مجموعة واسعة من أنابيب الخلط، سواءً المصنعة تجاريًا أو محليًا. [ 9 ]
أحد التكوينات الشائعة لأنبوب الخلط هو أنبوب ذو تجويف كبير مع سلسلة من الحواجز الداخلية التي تخلق اضطرابًا في الخليط بعد نقطة الحقن، مما يتسبب في خلط سريع إلى حد ما للحصول على خليط متجانس، والذي يمكن بعد ذلك تحليله باستمرار بواسطة جهاز مراقبة قبل إجراء المزيد من المعالجة، أو يمكن معالجته وتحليله مباشرة لاحقًا من أسطوانة التخزين.
يُتيح التحليل المستمر ضبط معدل تدفق الغازات المُضافة لتصحيح الخليط في حال انحرافه عن المواصفات. أما التحليل اللاحق فيُصعّب عملية التصحيح. يُمكن إضافة المكونات بالتتابع أو معًا. إضافتها معًا تعني خلطها مرة واحدة، مما يُقلل من فقدان الضغط في نظام السحب.
من المهم خلط الغازات جيدًا قبل التحليل لضمان دقة النتائج. كما يُستحسن التأكد من عدم تغير محتوى الأكسجين في غازات السحب بشكل ملحوظ مع مرور الوقت لأسباب تتعلق بالسلامة، إذ من المرجح أن يكون الضاغط آمنًا فقط ضمن نسبة محدودة من الأكسجين.
يُتيح المزج المستمر بإضافة الأكسجين والهيليوم بالتتابع استخدام تغير الضغط الجزئي للأكسجين كمؤشر لقياس محتوى الهيليوم. يُضاف الأكسجين أولًا، ويُقاس ضغط الأكسجين الجزئي (PO₂ ) بعد المزج، ثم يُضاف الهيليوم في أنبوب مزج ثانٍ ويُقاس ضغط الأكسجين الجزئي عند المخرج بعد المزج. يُمكن استخدام الفرق في ضغط الأكسجين الجزئي لحساب نسبة الهيليوم (PHe)، أو بالعكس، يُمكن استخدام الضغوط الجزئية لمنتج التريميكس المطلوب لحساب ضغط الأكسجين الجزئي لمرحلتي النيتروكس والتريميكس في المزيج.
- مثال:
- المنتج المطلوب: 50% هيليوم، 16% أكسجين، والباقي نيتروجين (34%). يجب أن يكون ضغط الأكسجين الجزئي (PO₂ ) بعد إضافة الهيليوم 0.16 بار في حال كان فقدان الضغط ضئيلاً.
- يجب أن تكون نسبة الأكسجين إلى النيتروجين 16:34، مما يعطي 16/(16+34) = 32% أكسجين، أو 0.32 بار PO 2 للنيتروكس.
- ستتأثر هذه القيم بفقدان الضغط في أنابيب الخلط، لذلك قد يلزم إجراء بعض المعايرة التجريبية.
تُضبط معدلات تدفق الغاز عادةً بواسطة منظم غاز صناعي مُثبّت على الأسطوانة، ويمكن قياسها بواسطة مقياس تدفق صناعي . يُمكن أن يكون قياس معدل التدفق بديلاً عن تحليل الغاز المختلط، ولكنه عمومًا أقل دقة في التنبؤ بالخليط المُوَصَّل نظرًا لتغيرات درجة الحرارة وكفاءة توصيل الغاز للضاغط، والتي قد تتغير بتغير ضغط التوصيل.
ستكون الغازات المخلوطة عند مدخل الضاغط تحت ضغط أقل بقليل من الضغط الجوي المحيط، نتيجةً للفقد في أنبوب الخلط. قد يجعل هذا استخدام بعض أنواع أجهزة التحليل غير عملي، إذ تعتمد هذه الأجهزة على تدفق الغاز عبرها مدفوعًا بضغط الغاز المقاس. كما أن خلايا الأكسجين حساسة لانخفاض الضغط، لأنها تقيس الضغط الجزئي مباشرةً، وقد يؤدي ذلك إلى مزيج أغنى من المطلوب، حيث قد يُضبط تدفق الأكسجين على الضغط الجزئي المناسب للضغط الجوي، بينما يكون ضغط المزيج المقاس أقل.
يمكن تعويض ذلك باستخدام مضخة سحب عينات صغيرة تسحب الغاز من أنبوب المزج وتوصله إلى الأجهزة، أو بالسماح بانخفاض ضغط المدخل لتحليل الأكسجين باستخدام خلية استشعار مدمجة. يتطلب ذلك مقياس فراغ لقياس انخفاض الضغط أو الضغط المطلق عند المستشعر. يجب أن يكون الضغط الجزئي للأكسجين صحيحًا كنسبة من الضغط المطلق عند نقطة القياس.
ضغط
تُعدّ العديد من ضواغط الضغط العالي المستخدمة لغازات التنفس مناسبة لضغط مخاليط غازات التنفس التي تحتوي على نسب معتدلة من الأكسجين والهيليوم، ولكن ينبغي استشارة الشركة المصنّعة بشأن حدود استخدام كلا الغازين. يُشكّل ضغط المخاليط ذات النسبة العالية من الأكسجين خطرًا متزايدًا للحريق، ويجب أن يكون مُزيّت الضاغط متوافقًا لتقليل هذا الخطر. يُمثّل الهيليوم مشكلة مختلفة تمامًا، فهو خامل تمامًا ولا يُسبّب أي خطر حريق بشكل مباشر، ولكن ترتفع درجة حرارته عند الضغط أكثر من الأكسجين والنيتروجين، مما قد يُؤدّي إلى ارتفاع درجة حرارة الضاغط المُصمّم للهواء. [ 9 ]
قد يؤدي ذلك في النهاية إلى مشاكل في زيت تشحيم الضاغط والمحامل. وإذا كانت نسبة الأكسجين مرتفعة أيضًا، فسيزيد ذلك من خطر نشوب حريق. لحسن الحظ، تحتوي معظم خلطات التريمكس على نسبة أكسجين تتناسب عكسيًا مع نسبة الهيليوم، مما يقلل من احتمالية حدوث هذه المشكلة. [ 9 ]
تحليل المزيج
يجب تحليل الغاز المختلط قبل استخدامه، إذ قد يؤدي افتراض غير دقيق للتركيب إلى مشاكل نقص الأكسجة أو سمية الأكسجين في حالة تحليل الأكسجين، ومرض تخفيف الضغط إذا اختلفت مكونات الغاز الخامل عن التركيب المخطط له. عادةً ما يتم تحليل نسبة الأكسجين باستخدام مستشعر أكسجين كهروكيميائي ، بينما يتم تحليل نسبة الهيليوم عادةً عن طريق مقارنة انتقال الحرارة بين الغاز المُحلل وعينة قياسية. [ 9 ]
تعبئة الهواء
إعادة تعبئة الهواء، أو ما يُعرف أيضًا باسم "تعبئة الهواء"، هي عملية ملء أسطوانة تحتوي على مزيج غازي بالهواء المضغوط، إما إلى ضغط التشغيل الفعلي للأسطوانة، أو إلى أي ضغط أقل مُحدد مسبقًا أو محسوب. وهذا يُشابه من حيث المبدأ المرحلة النهائية من عملية خلط الضغط الجزئي، ويمكن حساب تركيبة المزيج الناتج مسبقًا باستخدام طريقة مماثلة، أو تحليلها بعد التعبئة، وذلك بحسب أهمية التحليل الدقيق لخطة الغوص.
الكميات والدقة
لتجنب التسمم بالأكسجين والتخدير ، يحتاج الغواص إلى تخطيط المزيج المطلوب وفحص نسب الأكسجين والغازات الخاملة فيه قبل الغوص. [ 9 ] [ 12 ] عمومًا، يجب أن يكون هامش الخطأ المسموح به لكل جزء من مكونات الغاز النهائية في حدود ±1% من النسبة المطلوبة. تتميز أجهزة التحليل الشائعة الاستخدام لدى غواصي الترفيه والغوص التقني بقدرتها على قياس نسبة الأكسجين والهيليوم بدقة تصل إلى 0.1%.
حساب التركيب
عند مزج المواد بضغوط تصل إلى حوالي 230 بار (3300 رطل لكل بوصة مربعة) ، يوفر قانون الغاز المثالي تقريبًا معقولًا، ويمكن استخدام معادلات بسيطة لحساب ضغوط كل غاز من الغازات المكونة للمزيج. عند هذا الضغط ودرجات الحرارة العادية، ينحرف الهواء عن الخطية بنسبة 5% تقريبًا، فعلى سبيل المثال، أسطوانة سعتها 10 لترات مملوءة بالهواء حتى ضغط 230 بار تحتوي فقط على حوالي 95% من الكمية المتوقعة البالغة 2300 لتر من الهواء الحر. عند تجاوز هذا الضغط، يصعب التنبؤ بتركيب المزيج النهائي باستخدام المعادلات البسيطة، بل يتطلب الأمر استخدام معادلة فان دير فالس الأكثر تعقيدًا .
حسابات الغاز المثالي
يُعدّ مزج الضغط الجزئي باستخدام حسابات الغاز المثالي عمليةً بسيطةً نسبيًا. يتم اختيار المزيج المطلوب إما كأفضل مزيج يُحسّن من مزايا تخفيف الضغط لضمان التعرض المقبول للأكسجين بناءً على خطة الغوص المُخطط لها، أو يتم اختياره من بين مجموعة من الخلطات القياسية المناسبة لمجموعة متنوعة من الأعماق والأوقات، أو يتم تحسينه ليناسب مخزونات الغاز المتاحة أو غيرها من القيود. يُحدد المزيج من حيث نسب الغازات المكونة له، ويتمثل العرف في تحديد النوع (نيتروكس، أو تريمكس، أو هيليوكس) والتركيب كنسبة مئوية حجمية من الأكسجين، والهيليوم إن وُجد، والنيتروجين. لا يُذكر النيتروجين المتبقي دائمًا بشكلٍ صريح، ويُفترض أنه يُمثل النسبة المتبقية.
- أمثلة:
- يُعدّ مزيج "Tx 20/40" (أو Tx 20/40/40) مزيجًا ثلاثيًا يحتوي على 20% أكسجين، و40% هيليوم، و40% نيتروجين. وهو مناسب لأعماق تصل إلى 60 مترًا (200 قدم) بشرط ألا يتجاوز الضغط الجزئي للأكسجين 1.4 بار. هذا المزيج طبيعي الأكسجين وآمن للاستخدام على السطح.
- "He/O 2 12/88" هو مزيج من الهيليوكس بنسبة 12% أكسجين و88% هيليوم. يُستخدم هذا الغاز في الغوص التجاري حتى عمق 100 متر تقريبًا (330 قدمًا) ، حسب مدة الغوص، ولكن لا يُمكن استخدامه على أعماق أقل من 7 أمتار تقريبًا (23 قدمًا) لتجنب خطر نقص الأكسجين.
- "نيتروكس 32"، أو EAN 32، هو مزيج من النيتروكس يحتوي على 32% أكسجين و68% نيتروجين. وهو مزيج شائع للغوص الترفيهي حتى عمق 33 متراً (108 أقدام) .
يُضاف النيتروجين إلى الخليط عادةً عن طريق ملء الأسطوانة بالهواء حتى الوصول إلى ضغط التعبئة. أما الهيليوم بالكامل، وجزء من الأكسجين، فيُضافان عن طريق تفريغ أو زيادة الضغط من أسطوانات الغاز الكبيرة.
حساب كمية الهيليوم التي يجب تفريغها بسيط للغاية: اضرب نسبة الهيليوم المطلوبة (F<sub> He</sub> ) في ضغط التعبئة الكلي (P <sub>tot</sub> ) للحصول على الضغط الجزئي للهيليوم (P<sub> He</sub> ). في حالة جهاز Tx 20/40، في أسطوانة ضغطها 230 بار، يكون الضغط 230 بار × 40% = 92 بار (أو لتعبئة بضغط 3000 رطل/بوصة مربعة، يتطلب الأمر 3000 × 40% = 1200 رطل/بوصة مربعة من الهيليوم).
يُعدّ حساب كمية الأكسجين أكثر صعوبة، إذ تُستمد من مصدرين: الأكسجين المُضاف والهواء المُضاف. مع ذلك، يُوفّر الهواء المُضاف كامل النيتروجين، لذا يُحسب الضغط الجزئي للنيتروجين بطريقة مشابهة لحساب الهيليوم، ما يسمح بحساب ضغط الهواء بافتراض أن النيتروجين يُشكّل 79% منه. في مثال Tx 20/40، تكون نسبة النيتروجين 100% - (20% + 40%) = 40%. بالتالي، يكون الضغط الجزئي المطلوب للنيتروجين 230 بار × 40% = 92 بار، لذا يكون ضغط الهواء المُضاف 92 بار / 79% = 116 بار (لضغط تعبئة 3000 رطل/بوصة مربعة، يكون الضغط 3000 × 40% / 79% = 1500 رطل/بوصة مربعة من الهواء). الضغط المتبقي 230 بار - 92 بار - 116 بار = 22 بار هو ضغط الأكسجين الإضافي المطلوب للمزيج (بالنسبة لملء 3000 رطل لكل بوصة مربعة، سيكون هذا 3000 - 1200 - 1500 = 300 رطل لكل بوصة مربعة من الأكسجين).
تأثيرات الغاز الحقيقي

عند ضغوط تتجاوز 200 بار تقريبًا، يبدأ انضغاط الغازات بالانحراف عن قوانين الغاز المثالي، وبالتالي يجب أن يأخذ مزج الضغط الجزئي في الاعتبار أن الغازات المضافة عند ضغط أعلى ستوفر نسبة حجمية أقل من الغازات المضافة عند ضغط أقل، وتختلف هذه الانحرافات عن الخطية باختلاف نوع الغاز. قد تتطلب حسابات مزج الضغط الجزئي عند الضغوط العالية استخدام معادلة فان دير فالس . لا يؤثر هذا على الغازات الممزوجة مسبقًا، والتي ستحافظ على نسبة مزجها عند أي ضغط، لذا فإن المزج المستمر لا يتأثر بهذه المشكلة.
ينضغط كل من النيتروجين والأكسجين بشكل خطي نسبيًا، ويقتربان من الغاز المثالي حتى ضغوط أعلى بكثير من الهيليوم، الذي ينحرف عنه بشكل ملحوظ حتى عند ضغوط أقل من 200 بار. ويمكن تقريب خليط الهواء والنيتروكس إلى الغاز المثالي دون خطأ كبير حتى حوالي 230 بار عند درجات الحرارة العادية.
تأثيرات التسخين الأديباتي
يؤدي ارتفاع درجة الحرارة أثناء التعبئة إلى صعوبة تفريغ أو ضخ كمية محددة من الغاز بدقة بناءً على قياس الضغط. [ 8 ] [ 9 ] عندما تُملأ أسطوانات الغاز بسرعة، عادةً خلال 10 إلى 60 دقيقة في محطة تعبئة الغوص، يسخن الغاز الموجود بداخلها، مما يزيد ضغطه بالنسبة لكتلته. وعندما تبرد الأسطوانة، ينخفض ضغط الغاز، مما يؤدي إلى انخفاض حجم الغاز المتاح للتنفس للغواص.
هناك عدة حلول لهذه المشكلة:
- املأ الأسطوانة بالضغط المطلوب، ثم اتركها تبرد وقس ضغط الغاز، وكرر العملية حتى الوصول إلى الضغط الصحيح. تعتمد فترة التبريد اللازمة على درجة حرارة المحيط. يجب اتباع هذه الخطوة لكل مكون من مكونات الخليط.
- املأ الأسطوانات في حمام مائي. نظرًا لارتفاع الموصلية الحرارية للماء مقارنةً بالهواء، فإن الحرارة تُسحب من الأسطوانة بسرعة أكبر أثناء ملئها. وللحصول على نتائج دقيقة، يجب أن يكون الملء بطيئًا بما يكفي لتجنب ارتفاع ملحوظ في درجة الحرارة. وهذا يتطلب بطءًا شديدًا.
- املأ الأسطوانات بكمية غاز تزيد بنسبة 5 إلى 20% عن الكمية المطلوبة (حسب قراءات الضغط). إذا تم تقدير الزيادة في الضغط (وهي ساخنة) بدقة، فسيكون الضغط النهائي عند تبريد الأسطوانة ضمن النطاق المسموح به. هذه العملية سريعة نسبيًا، ولكنها تتطلب تقديرًا دقيقًا مبنيًا على الخبرة، أو قياس درجة حرارة الغازات في الأسطوانة بعد كل مرحلة من مراحل الخلط، ويجب إجراء التعديلات اللازمة لمراعاة تأثير درجة الحرارة.
تحليل الغازات


قبل خروج خليط الغاز من محطة المزج وقبل أن يتنفس الغواص منه، يجب فحص نسبة الأكسجين فيه. عادةً ما تُستخدم مجسات الأكسجين الكهروكيميائية لقياس نسبة الأكسجين. [ 9 ] [ 12 ] كما توجد أجهزة تحليل الهيليوم ، على الرغم من ارتفاع تكلفتها حاليًا، والتي تُمكّن غواص التريمكس من تحديد نسبة الهيليوم في الخليط. [ 9 ] [ 14 ]
من المهم خلط خليط الغازات في الأسطوانة جيدًا قبل التحليل، وإلا ستكون النتائج غير دقيقة. عند إجراء الخلط الجزئي أو الخلط الكتلي بمعدلات تدفق منخفضة، لا تتحرك الغازات الداخلة إلى الأسطوانة بسرعة كافية لضمان خلط جيد، وخاصةً عند احتواء الخلطات على الهيليوم، فقد تميل إلى البقاء في طبقات بسبب اختلاف الكثافة. يُطلق على هذه الظاهرة اسم التطبق، وإذا تُركت لفترة كافية، فإن الانتشار سيضمن الخلط الكامل. مع ذلك، إذا كان سيتم تحليل الغاز بعد الخلط مباشرةً، يُنصح بالتحريك الميكانيكي. يمكن القيام بذلك بوضع أسطوانة واحدة على سطح مستوٍ ودحرجتها لفترة قصيرة، ولكن عادةً ما تُقلب أسطوانتان متجاورتان عدة مرات. يكون التطبق أكثر وضوحًا مع الخلطات التي تحتوي على الهيليوم، ولكنه قد يؤدي أيضًا إلى تحليل غير دقيق لخلطات النيتروكس. [ 9 ] وفقًا لمارك جريشام من معهد PSI/PCI ، فإن الطرق على الأسطوانة بمطرقة سيؤدي إلى خلط ناتج عن الطاقة الصوتية، وهو أكثر فعالية من الدحرجة. لم تُقدَّم أي بيانات تجريبية بخصوص التأثيرات الكمية، ولكن عندما لا يكون هناك أي تغيير إضافي في التحليل، فمن المرجح أن يكون الخلط قد اكتمل. [ 15 ]
لا تتوفر مواصفات موثوقة لكمية التحريك اللازمة للخلط الكامل، ولكن إذا بقيت نتائج التحليل كما هي قبل التحريك وبعده، فمن المرجح أن يكون الغاز قد اختلط تمامًا. وبمجرد الخلط، لن ينفصل الغاز إلى طبقات مع مرور الوقت.
تحديد محتويات الأسطوانة
قد يُشترط قانونًا وضع ملصق يُحدد محتويات الأسطوانة بنوع الغاز ونسبة مكوناته، وهو مفيد للمستخدم كسجل للخليط الذي تم تحليله آخر مرة في الأسطوانة. [ 13 ] تختلف تفاصيل شكل الملصق والترميز اللوني للأسطوانة باختلاف المناطق القضائية. [ 13 ] [ 9 ]
إمدادات الغاز
في المملكة المتحدة وجنوب أفريقيا ، يُشترى الأكسجين والهيليوم من موردي الغازات التجارية والصناعية والطبية، ويتم توصيلهما عادةً في أسطوانات سعة 50 لترًا من النوع "J" بضغط أقصى يبلغ 200 بار. إضافةً إلى تكلفة الغاز، قد تُفرض رسوم على استئجار الأسطوانات وتوصيلها.
يُستخدم نظام التعبئة المتتالية لتفريغ الغاز بكفاءة اقتصادية من مجموعات أسطوانات التخزين، مما يسمح بسحب أكبر كمية ممكنة من الغاز من المجموعة. [ 9 ] يتضمن ذلك ملء أسطوانة الغوص عن طريق تفريغ الغاز من أسطوانة المجموعة ذات الضغط الأدنى الأعلى من ضغط أسطوانة الغوص، ثم من أسطوانة المجموعة التالية ذات الضغط الأعلى تباعًا حتى تمتلئ أسطوانة الغوص. يُحسّن هذا النظام استخدام غاز المجموعة ذي الضغط المنخفض ويقلل من استخدام غاز المجموعة ذي الضغط العالي.

يمكن استخدام مضخات معززة ، مثل مضخة هاسكل، لسحب بقايا الغازات باهظة الثمن من الأسطوانات شبه الفارغة، مما يسمح بضخ الغازات منخفضة الضغط بأمان إلى الأسطوانات التي تحتوي بالفعل على غاز بضغط أعلى. [ 9 ]
التدريب والكفاءة في مجال خلط الغاز


تُقدّم بعض وكالات تدريب الغواصين التدريب والشهادات اللازمة لخلط غازات الغوص، [ 16 ] وقد يكون ذلك مطلوبًا بموجب التشريعات أو المعايير الوطنية. [ 13 ] يُحدّد معيار ISO 13293 الحد الأدنى من معايير التدريب لخلاطي الغازات في خدمات الغوص الترفيهي على مستويين. يُؤهّل خلاط الغازات من المستوى الأول لخلط النيتروكس والتعامل مع الأكسجين والهواء والنيتروكس، أي خلاط غاز النيتروكس، بينما يُؤهّل خلاط الغازات من المستوى الثاني أيضًا لخلط الغازات التي تحتوي على الهيليوم والأرجون، أي خلاط غاز التريمكس. [ 17 ]
يجب أن يكون فني مزج الغازات، وفقًا للمعيار ISO 13293 المستوى 1، مؤهلًا لمزج غاز النيتروكس للتنفس، ووفقًا للمستوى 2، مؤهلًا لمزج أي غازات مشمولة بالمعيار، والتي تشمل بشكل أساسي غاز التريمكس للتنفس. ويجب أن يكون مؤهلًا لمزج الغازات، وقياس تركيبها، ووضع علامات على الأسطوانة، وتسجيل تركيبات محددة وفقًا لمواصفات التركيب والضغط في أسطوانة ضغط عالٍ متوافقة. ولا يشمل هذا الاختصاص تنظيف الأكسجين وصيانة المعدات، أو تقديم المشورة للغواص بشأن استخدام الغاز، أو تحديد معايير تشغيله. [ 17 ]
انظر أيضاً
- مضخة معززة – آلة لزيادة ضغط السائل
- غاز التنفس - الغاز المستخدم في عملية التنفس البشري
- نظام التعبئة المتتالية – تعبئة الغاز المضغوط من سلسلة من أسطوانات التخزين
- الهيليوكس – غاز تنفسي مختلط من الهيليوم والأكسجين
- نيتروكس – غاز التنفس، خليط من النيتروجين والأكسجين
- الخلاط الثابت – جهاز لخلط مادتين سائلتين في أنبوب يحتوي على سلسلة من الحواجز
- التريمكس (غاز التنفس) – غاز التنفس الذي يتكون من الأكسجين والهيليوم والنيتروجين
مراجع
- ↑ دليل الغوص التابع للبحرية الأمريكية، الطبعة السادسة . الولايات المتحدة: قيادة أنظمة البحرية الأمريكية. 2006. مؤرشف من الأصل في 2 مايو 2008. تم الاطلاع عليه في 24 أبريل 2008 .
- ↑ بروباك، ألف أو؛ نيومان، توم إس (2003). فسيولوجيا وطب الغوص لبينيت وإليوت، الطبعة الخامسة المنقحة . الولايات المتحدة: سوندرز المحدودة. ص 800. ISBN 0-7020-2571-2.
- ↑ هيسر، سي إم؛ فاجرايوس، إل؛ أدولفسون، جيه. (1978). "أدوار النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون في التخدير بالهواء المضغوط". أبحاث الطب الحيوي تحت الماء . 5 (4): 391-400 . ISSN 0093-5387 . OCLC 2068005. PMID 734806 .
- ↑ بروباك، ألف أو؛ نيومان، توم إس. (2003). فسيولوجيا وطب الغوص لبينيت وإليوت، الطبعة الخامسة المنقحة . الولايات المتحدة: سوندرز المحدودة. ص 304. ISBN 0-7020-2571-2.
- ↑ فريجداغ، كزافييه (1 فبراير 2023). "هل يُعدّ التخدير بالأكسجين حالةً مرضية؟" . gue.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2023 .
- ↑ فريجداغ، إكس سي؛ فان وارت، إتش؛ سلي، جيه دبليو؛ باليسترا، سي؛ ميتشل، إس جيه (20 ديسمبر 2020). " دراسة تردد الوميض الحرج لرصد التخدير الغازي لدى الغواصين" . مجلة طب الغوص والضغط العالي . 50 (4): 377-385 . doi : 10.28920/dhm50.4.377-385 . PMC 7872789. PMID 33325019 .
- ↑ فريجداغ، كزافييه سي إي؛ فان وارت، حنا؛ سامز، كريس؛ ميتشل، سيمون جيه؛ سلي، جيمي دبليو. (20 يوليو 2022). "هل يُسبب الأكسجين عالي الضغط التخدير أم فرط الاستثارة؟ تحليل كمي لتخطيط كهربية الدماغ" . التقارير الفيزيولوجية . 10 (14) e15386. doi : 10.14814/phy2.15386 . PMC 9300958. PMID 35859332 .
- 1 2 3 4 5 6 7 ميلار، إلينوي؛ مولدي، بي جي (2008). "الهواء المضغوط للتنفس - إمكانية الشر الكامن في الداخل". طب الغوص والعلاج بالأكسجين عالي الضغط . 38 (2). جمعية طب الغوص في جنوب المحيط الهادئ : 145-151 . PMID 22692708 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 هارلو، فانس (2002). دليل مخترق الأكسجين . دار نشر إيرسبيد. ISBN 0-9678873-2-1.
- 1 2 روزاليس، ك. ر.؛ شوفستال، م. س.؛ ستولتزفوس، ج. م. (2007). "دليل لتقييمات توافق الأكسجين على مكونات وأنظمة الأكسجين". ناسا، تقرير فني لمركز جونسون للفضاء . NASA/TM-2007-213740.
- 1 2 3 لانغ، ماجستير (2001). وقائع ورشة عمل دان نيتروكس . دورهام، كارولاينا الشمالية: شبكة تنبيه الغواصين . ص 197.
- 1 2 3 4 المعيار الوطني الجنوب أفريقي SANS 10019:2008 حاويات قابلة للنقل للغازات المضغوطة والمذابة والمسالة - التصميم الأساسي والتصنيع والاستخدام والصيانة (الطبعة السادسة ). بريتوريا، جنوب أفريقيا: هيئة المواصفات الجنوب أفريقية. 2008. ISBN 978-0-626-19228-0.
- ↑ "دليل مستخدم محلل الهيليوم ANALOX 8000" (ملف PDF) . ستوكسلي، شمال يوركشاير: شركة Analox Sensor Technology Ltd. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 25 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 نوفمبر 2011 .
- ↑ جريشام، مارك؛ ديال، كيني (3 فبراير 2025). "101 | دحض خرافات أسطوانات الغوص: خبير في صناعة الغوص يفند المفاهيم الخاطئة الشائعة حول أسطوانات الغوص" . قناة الغوص . تم الاطلاع عليه في 9 يناير 2025 - عبر يوتيوب.
- ↑ "برنامج تدريبي على خلط غاز التريمكس" . معايير التدريب الخاصة بالاتحاد العالمي للغوص تحت الماء (CMAS). 2012. مؤرشف من الأصل في 7 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 3 يوليو 2016 .
- 1 2 فريق العمل (2012). "خدمات الغوص الترفيهي - متطلبات برامج تدريب مُخَلِّط الغازات" . ISO 13293:2012 . المنظمة الدولية للمعايير. مؤرشف من الأصل في 17 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 3 يوليو 2016 .
روابط خارجية
وسائط متعلقة بخلط الغازات للغوص على ويكيميديا كومنز
- إجراءات دعم الغوص تحت الماء
- غازات التنفس
