Patlamadan Koruyucu Sistemler ile ilgili hem Türkçe hem de yabancı açık kaynaklara bakarsanız firma katalogları dışında derli-toplu bir bilgiye ulaşmak zordur. Bu nedenle bu yazı dizisiyle konuya ilgi duyanlara bütünsel ve temel yaklaşımları içeren bilgi sunmayı amaçladık.
Kimyasal proses sistemleri sinir sistemine benzer, birçok ekipman boru hatlarıyla birbirine bağlanmıştır.
Bir proses ekipmanında herhangi bir nedenle patlamanın önüne geçilemez ise yapılacak ilk şey alev dalgasının önünü kesmek,yani tesisin diğer kısımlarına yayılmasını engellemektir.
Yeterince hızlı ve mutlak alev-sızdırmaz şekilde yapılmak zorunda olan bu işleme patlamayı izole etme veya ayırma diyoruz. Bu yazımızın konusu da söz konusu patlama izolasyon sistemlerini tanımak ve fonksiyonlarını açıklamak olacaktır.”
Patlama İzolasyonu (Explosion isolation, Decoupling)
Patlama İzolasyon önlemleri bir proses tesisi tasarlanırken planlanmalıdır.
Bu konuda öncelikle mevzuatın gereklerine bir göz atalım:
Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat ve Koruyucu Sistemler ile İlgili Yönetmelik Ek-2’ye göre İzolasyon ve Dekuplaj Sistemlerinden istenen tasarım özellikleri şöyledir:
“3.1.7. Patlama dekuplaj sistemleri
Yeni başlamış patlamalarda, teçhizatın bağlantısını uygun tertibatlarla mümkün olan en hızlı şekilde kesmek için düşünülmüş dekuplaj (bağlantı ayırma) sistemleri iç tutuşmanın iletilmesine karşı sağlam kalacak ve çalışma şartları altında mekanik mukavemetini koruyacak şekilde planlanmalı ve tasarlanmalıdır.”
Buna bağlı olarak patlamadan koruyucu sistemler yangın veya patlamanın vuku bulduğu ekipmana olan ürün beslemesini ve enerjiyi de kesecek şekilde tasarlanmalıdır.
“3.1.8. Koruyucu sistemler, emniyetli çalışmayan teçhizat parçalara malzeme beslemesinin ve enerji girişinin kesilmesi ve bu parçaların durdurulması için uygun bir alarm eşiğine sahip bir devreye bağlanabilmelidir.”
Patlama izolasyonu; alev dalgasının patlamanın meydana geldiği bölgede sınırlandırılarak bağlantılı diğer ekipmanlara ulaşmasının önlenmesi işlemine verilen isimdir. Burada amaç patlamayı başlangıç aşamasında ve yüksek basınç dalgası oluşmadan algılayarak yıkıcı etkilerin önlenmesidir. Patlama esnasında başlangıç safhasında oluşan alev yayılmasına deflagrasyon adı verilmekte olup, bu esnada alev hızı ses hızının altındadır.
EN 15089’a göre patlama izolasyon sistemleri aktif (dedektör ve kontrol elemanı içeren) ve pasif sistemler (dedektör ve kontrol elemanı içermeyen) olarak iki kategoriye ayrılır. (EN 15089 : Explosion isolating systems)
Patlamayı izole eden valfler ve bastırma cihazları silo çıkışlarına, tank hava alma sistemlerinin içine veya iki kap arasındaki boru hattının üzerine yerleştirilirler.
Patlamayı izole etmek için kullanılan cihazların temel fonksiyonları şunlar olmalıdır:
- Basıncın artmasını önlemek
- Alevin yayılmasını önlemek
- Ürün beslemesini kesmek
Bu cihazların en sık kullanılanları aşağıda özetlenmiştir:
Dönel valfler (Rotary valve)
Genellikle silo ve bunkerlerin altına yerleştirilen ve malın dozajını ayarlamakta kullanılan dönel valfler Atex sertifikalı seçilirse aynı zamanda alev sızdırmazlık fonksiyonunu yerine getirecektir.Silodaki bir patlama esnasında dönel valfin motoru stop eder ve valfin alev sızdırmaz yapısı sayesinde izolasyon sağlanmış olur. Valfin gövdesi ile hareketli elemanları arasındaki boşluk toleransı tozun minimum tutuşma sıcaklığına ve enerjisine bağlı olup Atex sertifikalı ürünlerde genellikle 0.2 mm’nin altındadır.
 Bir dönel valf ve alev sızdırmazlık için önemli olan boşluklar |
 |
Hızlı aksiyon bariyer valfleri (Fast-acting explosion barriere valve)
Boru hatlarında oluşabilecek alevi izole etmek amacıyla yerleştirilen ve bir yönden gelen alev dalgasına karşı hızlı şekilde kapanarak hattın geri kalanını koruyan ekipmanlardır.
Genellikle itici gaz olarak 10 ila 40 bar basınçta azotun kullanıldığı basınçlı bir tüple düşey yönde hareket eden valf klapesinden oluşurlar.
|
 Hızlı aksiyon valfi ve çalışması |
Valfin en önemli performans parametresi olan kapanma zamanı (alevin algılanmasından boru hattının tamamen kapanmasına kadar geçen zaman) anma çapına bağlı olarak 20 ila 60 ms. arasında değişmektedir. Burada hızlı aksiyon valfi ile korunması istenen silo veya tank arasındaki mesafe önemlidir ve bu mesafe tozun karakteristikleri, valf çapı, patlama sonrası beklenen basınç gibi parametreler dikkate alınarak hesaplanmaktadır.
Kanatlı izolasyon valfleri (Flap valve)
Sıklıkla toz toplama veya filtrasyon sistemlerinde,değirmen ve siklonların girişlerinde kullanılan kanatlı izolasyon valfleri,normal akışa izin veren ancak patlama esnasında basınç ayarlı bir kanat veya klapenin (flap) kapanması ile patlamayı izole eden pasif sistemlerdir.
Bir çeşit çek-valf olan bu valfler normalde açık olacak şekilde akış yönünde monte edilirler.
Patlama basıncı oluşumuyla birlikte kapanarak alevin korunacak ekipmanlara yayılmasını engellerler. Hareketli kanada bir sensör ilave edilerek kapanma pozisyonu bir harici gösterge vasıtasıyla dışarıdan izlenebilir.
Bir kanatlı izolasyon valfinin çalışması
Yüzer klapeli izolasyon valfleri (Float valves)
Bu valflerin işlevi kanatlı izolasyon valfleriyle aynı olmakla beraber her iki yöne hava akışına izin vermeleri bakımından uygulama avantajları mevcuttur.
Çift taraftan yaylı pimler tarafından dengede tutulan yüzer klape herhangi bir yönden basınç gelmesi halinde aksi yöne doğru hareket ederek alevin önünü keser ve patlamanın yayılmasını engeller.
Bir yüzer klapeli valfin çalışması Kaynak: Rico Safety
Patlama saptırıcılar (Explosions diverter)
Normal akışa izin veren ancak patlama esnasında alevi güvenli bölgeye yönlendiren ve boru dirseğine benzeyen yardımcı ekipmanlardır.
Diğer sistemlere göre daha ekonomik olması bakımından tercih nedeni olabilen patlama saptırıcılara rahatlama borusu (relief pipe) adı da verilebilir.
İlave güvenlik önlemi olarak hat üzerine saptırıcıdan sonra bir hızlı aksiyon izolasyon valfi de konulabilir.
Şekildeki kırmızı oklar patlamadaki alev dalgasını ifade etmekte, patlama saptırıcı ve bombe şeklindeki disk (4 ve 5) alev dalgasını güvenli bölgeye tahliye etmektedir.
Patlama saptırıcının çalışması,Kaynak: Rsbp Fire Protection, www.rsbp.cz
Patlama izolasyonunda dikkat edilmesi gereken en önemli husus sistemde kullanılan komponentlerin patlama kaynağına mesafesinin doğru tasarlanmasıdır.
Eğer izolasyon valfi kaynağa çok uzak yerleştirilirse patlama basıncın en yüksek ve alevin en hızlı yayıldığı detonasyon safhasına erişmiş olur ki artık önlem için çok geçtir.
Tersi,yani kaynağa çok yakın olan izolasyon elemanı ise alevin henüz söndürme sistemine ulaşmadan bastırıcının boşalmasına neden olur bu da sistemin etkinliğini azaltacaktır.
Alev Tutucular (Flame arrester/arrestor)
Yukarıda bahsi geçen sistemler genelde toz patlamalarına karşı kullanılırlar, patlayıcı atmosfer gaz veya solvent türevlerinde en yaygın kullanılan izolasyon elemanı ise alev tutucu elemanlardır.
Alev tutucular hareketli parçası olmayan pasif izolasyon elemanları olup işlevleri aslında alev dalgasını küçük kanallardan oluşturulan bir ağ içine yönlendirerek alevi boğmaktan ibarettir.
Çok sık örülmüş metal hücrelerden oluşan alev tutucu ağ veya hazne,yanıcı madde ısısını absorbe eder ve alevi engeller.
Normal çalışma esnasında serbest akışa izin veren metal hücreler, yanma esnasında alevi bloke ederek korunan taraftaki gaz kaynağına ulaşmasını engeller.
Alev tutucular patlama alevini iki yönlü veya tek yönlü engelleyecek şekilde tasarlanırlar.(Resim 13)
ISO 16852’ye bakılırsa, montaj şekline göre ise hat sonu (end of line) veya hat üzeri (in-line) olmak üzere iki farklı tip alev tutucudan bahsedebiliriz. ( ISO 16852:Flame arresters- Performance requirements, test methods and limits for use)
Hat sonu alev tutucular genellikle nefesliklerde tank üzeri havalandırma hatlarının sonunda kullanılırken, hat üzeri alev tutucular tanklara belirli mesafede iki boru hattının arasına montaj edilirler.
Bir nefesliğe akuple edilen alev tutucunun amacı tank içinde oluşan patlama alevinin atmosfere ulaşmasını engellemek değil,nefeslik etrafında oluşan patlayıcı karışımın yıldırım,statik deşarj gibi herhangi bir nedenle tutuşması halinde oluşacak alevin tanka ulaşmasını engellemektir.
Bir alev tutucunun elemanları ve çalışma aşamaları:
- Yanma oluşan kısım
- Korunan kısım
- Alevin tutucu yüzeyinde stabilize olması
- Metal örgülü eleman alevi bastırıyor
- Boru hattı
İki yönde alevi engelleyebilen bir alev tutucunun çalışma prensibi
Alev tutucu seçimindeki en önemli kriter proseste kullanılan gaz grubudur çünkü alev tutucuların içindeki kanalların ölçüleri her gaz grubuna karşılık gelen maksimum deneysel güvenli açıklık (Maximum experimental safe gap-MESG) değerine göre boyutlandırılmıştır.
Alev tutucular yapıları gereği belirli ölçüde basınç kaybına neden olan izolasyon elemanlarıdır ve hem seçimlerinde hem de hat tasarımında bu kayıplar dikkate alınmak zorundadır. Alev tutucu seçiminde dikkate alınması gereken diğer faktörler ise çalışma basıncı ile sıcaklığı, boru çapı ve montaj şeklidir.
Alev tutuculara dair iki ekstrem örnek: Resim 14’te bir rafineri uygulaması, Resim 15’te ise bir emniyetli solvent saklama kabında kullanılan alev tutucu görülüyor. Bu ikincide amaç; elleçleme esnasında dışarıda oluşabilecek bir alevin kabın içinde yayılmasını engellemektir.
 Resim 14 |
 Resim 15 |
Maksimum Deneysel Güvenli Açıklık (Maximum experimental safe gap-MESG)
Yeri gelmişken özellikle “d” tipi korumaya haiz elektrikli ekipmanlar ve alev tutucular için önemli bir tasarım girdisi olan ve ex-proof ekipmanın alev sızdırmazlık performansının değerlendirilmesi için kullanılan bu önemli parametreye değinelim.
İçinde bir buji (ateşleme düzeneği) bulunan çelik bir kaba parlayıcı gaz örneğin hidrojen koyalım ve bu gaz havayla patlama sınırları içinde kalacak bir karışım oluştursun.Bu kabın dışına ise kabı kapsayacak şekilde daha geniş hacimli bir başka kap koyalım ve dıştaki kabın içinde de aynı patlayıcı atmosferi oluşturalım.
Her iki kabın arasında uzunluğu 1 inç (25 mm) olan ve açıklığı ayarlanabilen bir kanal olsun.
İçteki kapta bulunan patlayıcı karışımı buji ile patlatalım ve çeşitli kanal açıklıklarında bu patlamanın dıştaki kaptaki patlayıcı karışıma ulaşıp ulaşmadığını,yani dıştaki patlayıcı karışımı patlatıp patlatmadığını bir gözetleme camı vasıtasıyla kontrol edelim.
Bu test esnasında kanal açıklığı öyle bir değere indirebiliriz ki içteki kapta patlama olmasına karşın oluşan alev dıştaki kapta bulunan karışımı patlatmaz.Bingo !. Bu durumda alev sızdırmaz (flame-proof) ekipmanın bağlantıları arasındaki açıklığı bulmaya çok yaklaştık.
Bu kanal açıklığında 10 defa aynı deneyi tekrarladığımızda sonuç değişmiyorsa Maksimum Deneysel Güvenli Açıklık (MESG) değerine ulaşmışız demektir.
MESG değeri gazları patlama risklerine göre sınıflandırmak ve ex-proof ekipmanları tasarlamak için kullanılan en önemli parametredir.Bu sınıflandırma için kullanılan bir başka parametre ise Minimum Ateşleme Akımıdır.(Minimum Ignition Current-MIC)
Her parlayıcı gaz veya buhar,patlamayla ilgili bu özelliklerine göre (MESG veya MIC) gruplandırılmış ve ex-proof ekipmanlar da bu gaz gruplarına göre tasarlanmıştır.
Bu tasarımın püf noktası ise şöyledir;ekipmanın patlama alevini iletme ihtimali olan birleşim yeri,(ki bu birleşim flanşlı,muflu,konik,dişli vb.olabilir) gazın MESG değerinin “yeterince” altında olmalıdır ki ekipman patlama alevini dışarıya iletmesin.Bu da yüzey işleme teknolojisi ve bağlantı kalitesinin yüksek olması anlamına gelir.
Gazların patlamayla ilgili tüm karakteristikleri,gaz grupları ve MESG değerleri EN 60079-20-1 standardında verilmiştir.(EN 60079-20-1: Explosive atmospheres. Material characteristics for gas and vapour classification)
Bu standarda göre de 4 adet gaz grubu oluşturulmuştur.
Bu gaz grupları Grup I,Grup IIA,IIB,IIC’dir.
Örneğin patlama karakteristikleri bakımından oldukça riskli olan ve gaz grubu IIC olan hidrojen için kullanılacak Atex sertifikalı bir ekipman için MESG=0,30 mm. iken gaz grubu I olan metan gazında bu değer 1,16 mm.olmaktadır.(EN 60079-1 Tablo 2)
Özetle MESG ölçüsü bir alev tutucunun alev dalgasını etkin bir şekilde bastırabilmesi için izin verilen en fazla boşluktur ve azaldıkça ekipmanın fiatı artar.
Böylece patlama izolasyon sistemlerine genel bir bakış yapmış oluyoruz.
Bu yazımızı bitirirken;
Patlama izolasyon sistemleri genellikle hem tahliye, hem de bastırma sistemleriyle kombine olarak tasarlanmalıdır.Böylece patlamanın kanal ve borular vasıtasıyla komşu ekipmanlara veya alanlara yayılması daha etkin olarak engellenmiş olacaktır.
Bir önceki yazımızda tahliye sistemlerine değinmiştik.
Gelecek yazımızın konusu ise patlamayı bastırma sistemleri olacak.
Kalın sağlıcakla…
