“ Patlamadan korunmanın farklı yöntemleri vardır. Üzerinde en çok yazıp-çizilen ve artık bir endüstri haline gelen alev-sızdırmaz (ex-proof) ekipmanlar bunların en önemlilerinden biridir.
Biz ise bu yazı serisinde Türkiye’de pek ele alınmayan Patlamadan Koruyucu Sistemleri tanıtıp kullanım yerlerini inceleyeceğiz ve ulaştığımız sonuçları yorumlayarak sizlerle paylaşacağız.”
Giriş
Patlamadan korunma günümüzde hepsi ayrı uzmanlık alanına giren farklı endüstriyel branşlar yaratmış, böylece Patlama ve Yangından Korunma Mühendisliği olarak bir bilim dalı doğmuş ve hızla derinlik kazanmıştır.
Patlamadan korunma konseptinin yasal dayanağı; bu endüstride kısaca Atex 137 (İşyerinde Patlamadan Korunma Gereklilikleri) ve Atex 95 (Patlamadan Korunma Ekipmanlarından İstenen özellikler) adıyla bilinen Avrupa Birliği Direktifleri’nin 2003 yılında yürürlüğe girmesiyle oluşturulmuş ve bu iki temel direktif ülkemiz mevzuatıyla da uyumlulaştırılmıştır.
Söz konusu direktifler sayesinde tehlikeli bölge (Zone) sınıflandırması ve buna göre belirlenecek alev-sızdırmaz elektrikli ekipmanlar ile Patlamadan Korunma Dokümanı gibi kavramlar hayatımıza girmiş oldu.
Atex 95, yani 94/9/AB Direktifi geçtiğimiz yıl revize olarak 2014/34/AB olarak yayınlanmış, yapılan önemli değişikliklerin başında ise direktif kapsamına elektrikli ekipmanların yanında, patlayıcı ortamlarda kullanılan ve tutuşturma kaynağı olabilecek diğer ekipmanların da eklenmesi olmuştur.
Yani artık direktifte kriterleri belirlenen “bazı” mekanik ekipmanlardan da “Ex-Proof” sertifikası istenecektir.
Bunlardan ilk akla gelenler pnömatik motorlar, fren mekanizmaları, dişli kutuları (redüktörler), alev tutucular ve bazı özel valfler gibi mekanik ekipmanlardır.
Dolayısıyla Patlamadan Korunma Konsepti ex-proof elektrikli ekipman kullanımının yanında bir çok tasarım önlemini kapsamak durumundadır.
Biz de bu yazımızda alev-sızdırmaz elektrikli ekipmanlar haricindeki Patlamadan Korunma Sistemlerini tanıtacak, tesis kurulumu ve revizyonu halinde dikkate alınması gerekli tasarım önlemlerine dikkat çekmeye çalışacağız.
Patlamadan Korunma Konseptine Genel Bakış
Patlamadan korunmanın üç temel ilkesi vardır:
- Patlayıcı ortam oluşmasını önlemek
- Tutuşturma kaynaklarını engellemek
- Patlamadan koruyucu sistem tasarımı
Bunlara bir de patlama etkilerini azaltıcı yapısal önlemleri eklemek mümkündür. Veya üçüncü maddenin kapsamını genişletip “sistem” adı altında teçhizat ve bina ile ilgili önlemleri de anlayabiliriz.
Birinci maddeden başlayalım:
Patlayıcı ortam oluşmasını proses girdilerinde değişiklik yaparak yani tehlikeli madde yerine az tehlikeli madde koyarak engellenebilse de bu her zaman mümkün olmayabilir.
Ne yazık ki solventler başta olmak üzere parlayıcı kimyasalların endüstride kullanımından en azından günümüz şartlarında vazgeçemiyoruz.
Tutuşturma kaynaklarını engellemek için uygulanan yöntemlere örnek vermemiz gerekirse; başta alev sızdırmaz elektrikli ekipmanlar, yıldırımdan korunma sistemleri, anti-statik kaplamalar ve kişisel koruyucular, uygun bakım ve temizlik yöntemleri ile organizasyonel önlemler (örneğin eğitimler, talimatlar, acil durum prosedürleri…) sayılabilir.
Bizim bu yazı serisinde ele aldığımız Patlamadan Koruyucu Sistemler; patlamayı başlangıç aşamasında hızlı şekilde durdurmak ve/veya patlamanın etkisini sınırlamak için tasarlanan bağımsız sistemler olarak adlandırılabilir.(2014/34/AB Direktifi,Tanımlar)
Yukardaki tanımı referans alarak Patlamadan Koruyucu Sistemleri dört ana kategoriye ayırmak mümkündür:
- Basınç tahliye sistemleri
- Patlama izolasyonu ve ayırma (dekuplaj) sistemleri
- Patlamayı bastırma sistemleri
- Patlamaya dayanıklı tasarım
Biz bu yazı serisinin ilk bölümünde basınç tahliye sistemlerini ele almak niyetindeyiz.
Bu sistemlerin uygulama zorunluluğu 2014/34/AB (eski:94/9/AB) Direktifinde ve bu Direktifteki değişikliği kapsayacak şekilde 30.06.2016’da uyumlaştırılan “Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat ve Koruyucu Sistemler ile İlgili Yönetmelik” te belirtilmiştir.
Adı geçen Yönetmelikte (Ek:2) Basınç Tahliye Sistemleri muhtemel patlayıcı ortamlarda kullanılacak teçhizat ve koruyucu sistemlerin tasarımında temel sağlık ve güvenlik gerekleri olarak ele alınmış ve üretici yükümlülüğü şu şekilde ifade edilmiştir:
“3.1.5. Basınç tahliye sistemleri
Koruyucu sistemler üzerindeki gerilmelerin yapısal mukavemetini aşma ihtimali varsa, tasarımda çevredeki insanları tehlikeye düşürmeyecek uygun basınç tahliye tertibatları için gerekli önlemler alınmalıdır.“
Patlama sonucu oluşabilecek gerilmeler ekipmanın mukavemetini aşması konusu aslında bir tercih veya optimizasyon meselesidir. Patlama esnasında oluşabilecek gerilmeler hesaplanabilir ve belirli bir emniyet faktörü uygulanarak ekipman tasarımı buna göre yapılabilir. Bu tercihin anti-tezi ise; basınç tahliye, izolasyon gibi patlamadan koruyucu sistemler tasarlanıp patlama sonrası basınç “rahatlatılarak” yani azaltılarak ekipmanın daha düşük basınca göre dizayn edilmesidir.
Bu konuya “Patlamaya Dayanıklı Tasarım” başlığı altında tekrar değineceğiz.
Şimdi Basınç Tahliye Sistemleri’ne genel bir bakış yapalım.
Basınç Tahliye Sistemleri
Basınç Tahliye Sistemleri kapalı kaplarda kabul edilemez derecede yüksek basınç oluşumunu engellemek için alınan bir önlemlere verilen genel isimdir. Bunlardan patlama tahliye kapakları ve alev sızdırmaz tahliye sistemleri genellikle tozlu ortamlar için, diğerleri sıvı ve gaz ortamlar için tercih edilen önlemlerdir.
Bu sistemler fonksiyonları ve kullanım yerleri aşağıda açıklanmaya çalışılmıştır.
Patlama tahliye kapakları
Patlama tahliyesi için kullanılan kapaklar ve menfezler belki de patlama etkilerinden korunmak için alınan tasarım önlemlerinin en eskisi ve en yaygın kullanılanıdır.
Kapalı kaptaki birleşim yerleri özel olarak zayıf tasarlanmış kapak patlama sonrası çok kısa bir sürede açılarak henüz yanmamış gaz-buhar karışımının ve diğer yanma ürünlerinin güvenli bir alana boşalarak kap içindeki basıncın düşmesini sağlar.
Bu kapaklar farklı basınç seviyelerine göre dizayn edilirler tankların veya toz toplama sistemlerinin üst veya yan kısımlarına monte edilirler. NFPA 68’e göre Patlama Tahliye Kapağı, bir kapta yanma sonrası oluşan yanmış veya yanmamış materyalin genişleyip boşalması için tasarlanan açıklığa verilen isimdir. (NFPA 68:Standard on Explosion Protection by Deflagration Venting)
Patlama tahliye kapakları;
Patlayıcı karışım bulunan tankın max. patlama basıncına göre dizayn edilemediği durumlarda ve,
Deşarj edilecek alanın insansız ve parlayıcı/tehlikeli madde içermediği durumlarda kullanılır.
Tahliye kapakları iç mekanlar ve toksik kimyasalların proses edildiği tanklar için uygun değildir.
| Resim 1: Patlama tahliye paneli ve bir siloda uygulama
Kaynak: Brilex GmbH |
 |
Patlama kapağını açıklığının belirlenmesi bir patlama tahliye sisteminin etkin olarak görev yapması için en önemli etmendir. Bu açıklığın hesaplanması EN 14994 standardına göre yapılmalı ve kap basıncı, şekli ve boyutları, patlayıcı gazın özellikleri ile kap içinde türbülans oluşturabilen faktörler dikkate alınmalıdır.(EN 14994: Gas explosion venting protective systems)
Alev sızdırmaz tahliye
Resim 2: Bir alev sızdırmaz tahliye kapağının toz filtre sisteminde testi, Kaynak: Fike
Alev sızdırmaz özelliği taşıyan tahliye kapakları toz patlamalarının etkilerinin hafifletilmesi için, boru veya kanal ile atmosfere tahliyenin mümkün olmadığı ve normal tahliyenin boşaltılacağı güvenli mekan bulunmayan kapalı mekanlarda kullanılır.
Tahliye kapağı hem yanmış malzemenin dışarıya püskürmesi hem de alevin tutulması amacına yönelik tasarlanmıştır.
Tahliye kapağı bir gövde, bağlantı flanşı, basınç esnasında açılan bir klape, çıkış ağzı ile örgü şeklinde yapılmış paslanmaz çelikten (veya seramikten) mamul alev tutucu kafeslerden oluşmaktadır. Genellikle birden fazla katmandan oluşan bu metal kafesler hem patlayıp püsküren yanmış veya yarı-yanmış tozun tutulmasında hem de patlama ısısının azaltılıp alevin dışarı çıkışının engellenmesinde kullanılır.(Resim 2)
Basınç Rahatlama Valfleri (Pressure Relief Valves- PRV)
Basınç rahatlama valfi; bir sistem veya tankta oluşabilecek enstrüman veya ekipman arızası, kontrol dışına çıkan reaksiyonlar, yangın gibi nedenlerden kaynaklanan basınç artışını kontrol etmeye veya sınırlandırmaya yarayan valflere verilen genel isimdir.
Valf ekipmanların tasarım basıncının altında bir basınca ayarlanır (set basıncı) ve sistem basıncı ayarlanan basınca ulaşınca rahatlama valfi akışkanı öngörülen yöne kanalize ederek basıncı düşürür. Sözkonusu “öngörülen yön” yanıcı madde veya insan olmayan bir açık alan, bir gaz tahliye sistemi veya direkt atmosfere çıkış olabilir.
Basınç rahatlama ekipmanlarını aşağıdaki kategorilere ayırabiliriz:
- Yaylı basınç emniyet valfleri (Resim 3)
- Patlama diskleri (Resim 4)
- Burkulma pimli emniyet valfleri (Resim 6)
- Diğer basınç rahatlama valfleri (pilot kumandalı,körüklü,kombine vb.)
Resim 3: Bir yaylı emniyet valfi Kaynak : www.wermac.org
Basınç rahatlama valfleri sıvı, gaz veya hibrid (sıvı+toz veya çift fazlı) akışkanların yer aldığı proses ekipmanlarında yaygın olarak kullanılırlar.
Rahatlama valfi veya emniyet valflerinin seçimi hangi kriterlere gözetilerek yapılır ?
Bu soruyu yanıtlamak için detaylı proses incelemesi gerekse de genel olarak aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır:
Yay ön yüklemeli emniyet valfleri genellikle basıncı kontrol edilecek hacimdeki tüm maddenin boşalmasının istenmediği durumlarda, kaynama noktasının üzerinde bulunan akışkanlarda,toksik maddelerde,normal proses şartlarına hızlı şekilde dönmenin gerekli olduğu hallerde ve sık basınç değişimlerine karşı kararlılığı sağlamak için tercih edilirler.
Basınç rahatlama valflerindeki en önemli iki tasarım karakteristiği boşalma oranı ve boşalma alanı olup,API 520’de bu parametrelerin hesaplanma yöntemleri yer almaktadır. (API 520:Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving Devices)
Patlama Diskleri
Patlama diskleri set basıncına ulaşıldığında yırtılan bombeli bir “kurban” metal plaka içeren basınç tahliye ekipmanlarıdır.Bazı hallerde diskin hem önünde hem de boşalma yönünde basınç olabildiği için patlama diskleri aslında fark basıncına göre çalışan elemanlardır.
Patlama diskleri ekonomiktir ve tüm maddenin boşalmasının daha az sorun yarattığı uygulamalarda, milisaniye seviyesinde hızlı ve yüksek boşalma istenen yerlerde,toksik olmayan maddelerde, yüksek viskoziteli ve tıkanmaya meyilli sistemlerde kullanımı daha uygundur.
| Resim 4 : Patlama diski ve boru hattına montajlı durumu
|
 |
Bazı durumlarda her iki valfin kombinasyonu da tercih edilebilir. Özellikle katı partikül içeren veya korozif akışkanlarda önce patlama diski daha sonra rahatlama valfi uygulanabilir. Bunun nedeni emniyet valfini tıkanma veya aşınma etkilerinden korumaktır.
Resim 5: Bir Rahatlama valfi ve patlama diski kombinasyonu Kaynak: Rembe GmbH
En doğru seçim yöntemi Ön Tehlike Analizi senaryoları oluşturarak basınç rahatlama sistemi seçimini buna göre yapmaktır. Örneğin;
- Aşırı dozajlama veya aşırı basınç
- Patlama veya yangın sonucu basınç yükselmesi
- Kontrol dışı egzotermik reaksiyonlar
- Boru sisteminin tıkanması veya kirlilik sonucu basınç artışı
- Herhangi bir kaynaktan sisteme ısı transferi
gibi senaryoların biri veya birkaçı ele alınarak basınç tahliye sistemine karar verilmelidir.
Burkulma Pimli Emniyet Valfleri
Bu valfler patlama diskleri ile aynı amaca yönelik kullanılsa da bazı üstünlükleri mevcuttur.
Burkulma pimi (çubuğu) çalışma esnasında eğrildiği için aynı zamanda görsel bir indikatör görevi yapar.
Aktivasyon sonrası burkulma çubuğu prosesi durdurmaya gerek kalmadan değiştirilebilir ve açma basıncı doğruluğu patlama disklerine göre daha yüksektir.(+/- %2 hassasiyet)
Son olarak patlama disklerinin değişken basınçlarda plastik şekil değişimine uğrayıp sızdırma olasılığı burkulma pimli emniyet valflerine göre daha yüksektir.
Şimdilik bu kadar…
Patlamadan Koruyucu Sistemleri irdelemeye devam edeceğiz.
