PATLAYICI ORTAMLARDA GAZ ALGILAMASI

👤MAVİLİ ELEKTRONİK İPEK YAVUZ KONAK, PAZARLAMA MÜDÜRÜ

🔍 Birçok endüstriyel tesiste hammadde olarak kullanılan veya üretim prosesleri sonucu oluşan patlayıcı gazlar tesis bünyesinde patlama riski oluşturmaktadır. Bu durum hem tesiste çalışan personel hem de tesis için tehlike arz ediyor.
Patlama riski nedir?
Bir ortamda patlama olabilmesi için oksijen, ateş kaynağı ve belirli miktarda patlayıcı gaz veya buharın bir arada bulunması yeterlidir. Bu üç parametre bir araya geldiğinde “Patlama Üçgeni”ni oluşturur.
Patlama üçgeninden herhangi bir parametre çıkarıldığında patlama riski ortadan kaldırılmış olur. Örneğin patlayıcı gaz seviyesinin belirli bir miktarın üzerine geçmesinin engellenmesi, ateş kaynağının oluşmasının engellenmesi gibi. Bu noktada devreye gaz algılama sistemleri girmektedir. Gaz algılama sistemleri ortamdaki patlayıcı gazın belirli bir yoğunluğa ulaşmasının ardından gerekli otomasyon sistemlerini tetikleyerek tesisin patlamaya karşı güvenliğini sağlıyor. 

Bu yüzden tesisin patlamadan korunabilmesi için en önemli unsurlardan biri de gaz algılama sistemleridir.

Patlayıcı Gazlar ve LEL seviyeleri
Her patlayıcı gazın bir “Alt Patlama Sınırı (LEL)” vardır. Uluslararası kaynaklarda LEL (Lower Explosion Limit) olarak geçen alt patlama sınırı, belirli bir gazın hacimsel olarak ortamdaki havanın minimum yüzde kaçı kadar olduğunda patlama riski oluşturduğunu ifade etmektedir.

Örneğin, metan gazının LEL seviyesi 4.4’tür. Yani hacimsel olarak 100 birim havanın 4.4 birimini metan gazı oluşturuyor ise o ortam patlayıcıdır. Patlayıcı bir gazın LEL seviyesi ne kadar düşükse gaz o kadar patlayıcıdır. Çünkü havadaki gazın miktarı çok az olsa bile, bulunduğu ortamı kolaylıkla patlayıcı hale getirebilmektedir.

Patlayıcı Ortam Nedir?
Ülkemizde 30 Nisan 2013’te yayınlanan “Çalışanların Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Korunması Hakkında Yönetmelik” te patlayıcı ortamlar aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir:
“Yanıcı maddelerin gaz, buhar, sis ve tozlarının atmosferik şartlar altında hava ile oluşturduğu ve herhangi bir tutuşturucu kaynakla temasında tümüyle yanabilen karışımı.”

Patlayıcı ortamlar, patlama olayının oluşma sıklığı ve devam etme süresi referans alınarak yönetmelikte aşağıdaki şekilde sınıflara ayrılmıştır:
“Bölge 0: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışımından oluşan patlayıcı ortamın sürekli olarak veya uzun süreli ya da sık sık oluştuğu yerler.

Bölge 1: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışımından oluşan patlayıcı ortamın normal çalışma koşullarında ara sıra meydana gelme ihtimali olan yerler.

Bölge 2: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışarak normal çalışma koşullarında patlayıcı ortam oluşturma ihtimali olmayan yerler ya da böyle bir ihtimal olsa bile patlayıcı ortamın çok kısa bir süre için kalıcı olduğu yerler.”

Buna göre patlayıcı ortamda yanıcı/patlayıcı gaz, buhar, sis ve toz bulunmaktadır. Ortamdaki patlayıcı gazın LEL seviyesine çıkması durumunda da her an patlama gerçekleşebilmektedir. Bu durumu önlemek için patlayıcı ortama uygun gaz algılama sistemleri kurulması gerekir.
Exproof gaz dedektörü seçilirken sensör tipi, çalışma sıcaklığı, tehlike sınıfı, IP koruma sınıfı vb. parametreler göz önünde bulundurulmalıdır. Dedektörün kullanılacağı ortamın şartlarına uygun olup olmadığı konusunda uzman kişilerce değerlendirilmelidir.

Uygun Gaz Dedektörü Seçimi

Sabit ve Portatif Gaz Dedektörleri
Sabit gaz dedektörleri tesiste gaz kaçağının olması muhtemel noktalara yerleştirilir. Dedektörler sürekli olarak gaz ölçümü yapar ve patlayıcı gazın belirli bir yoğunluğa ulaşmasıyla birlikte devreye girerek önceden belirlenmiş otomasyon işlemlerini tetikler.
Portatif gaz dedektörleri genellikle küçük boyutlu ve hafif yapılı olarak tasarlanır. Tesisteki personel patlayıcı gazın olması muhtemel bir mahale girmeden önce portatif gaz dedektörleri ile ölçüm yapar. Personel, ortamda patlama riski olmadığını tespit ettikten sonra mahale girebilir.
Patlayıcı Gaz Dedektörlerinde Sensör Tipleri
Patlayıcı gaz dedektörleri, içinde bulunan sensörlerin yapısına ve algılama teknolojisine göre sınıflara ayrılır. Patlayıcı gazlar için sensör tipleri aşağıdaki gibidir:
• Katalitik
• Infrared (IR)
• Termal İletkenli
• Yarıiletken
• Ultrasonic
• Alev İyonizasyonlu
• Alev Isı Analizi
Patlayıcı gazların algılanması için birçok sensör tipi olsa da günümüzde genellikle katalitik ve Infrared sensörler kullanılmaktadır.

Katalitik Sensörler
Katalitik sensörlerin yapısında iki tane pelistör adı verilen minik seramik kürecik bulunur. Pelistörün içinde bobin şeklinde sarılmış platinyum tel, üzerinde de katalizör katman bulunur. Patlayıcı gaz sensöre ulaştığında katalizör katman ile reaksiyona girer ve oksidasyon oluşur. Bunun sonucunda ise pelistörün ısısı artar. Pelistör ısısının artmasıyla birlikte içindeki platinyum tel bobinin elektriksel direnci artar.🔍

Katalitik sensörlerin yapısında bulunan pelistörlerden sadece bir tanesinin üzerinde katalizör katman bulunur. Diğer pelistör ise referans görevini görür. Wheatstone köprüsü şeklinde bağlanan pelistörler sayesinde ortam sıcaklığının artışı hatalı algılamaya yol açmaz. Eğer ortam sıcaklığı artarsa iki pelistörün de ısısı artar ve sensörde sinyal oluşmaz. Ancak patlayıcı gaz algılandığında sadece bir pelistör ısınır ve sensör sinyal oluşturur.
Katalitik sensörler patlayıcı gazları %100 LEL seviyesine kadar etkili bir şekilde algılayabilmektedir. Ancak katalitik sensörlerin yüksek gaz konsantrasyonuna uzun süre maruz kalmaları önerilmez. Çünkü yüksek gaz konsantrasyonunun olduğu ortamlarda oksijen seviyesi düşük olur ve pelistörde oksidasyon gerçekleşmeyebilir. Bu durumda sensör duyarlılığını kaybederek hatalı ölçüm yapabilir. Katalitik sensörlerin etkili ölçüm yapabilmesi için ortamdaki oksijenin minimum %10 seviyesinde olması gerekmektedir.

Infrared Sensörler
IR ışık kaynağı optik alıcıya bir ışın gönderir. Sensörün içine giren hidrokarbon gazı ışık kaynağından çıkan IR ışınını soğurur. Referans ışın ile algılama için gönderilen ışın arasındaki sönüm farkı alarm seviyesi olarak belirlenen eşiğe geldiğinde sensör sinyal gönderir.

IR sensörler ortam sıcaklığındaki değişimlere, neme, yüksek patlayıcı gaz konsantrasyonuna ve hidrojen sülfür gibi engelleyici gazlara karşı dayanıklıdır. Düşük veya yüksek oksijen konsantrasyonunun bulunduğu ortamlarda IR sensörleri güvenilir ölçüm yapabilmektedir.

Hangi gaz yoğunluğunda dedektör alarm durumuna geçmelidir?
Gaz dedektörünün alarm seviyesi tesisteki kişilerin can güvenliğini sağlayacak kadar düşük, yanlış alarm sebebiyet vermeyecek kadar da yüksek olmalıdır.

Gaz dedektörünün alarm seviyesini belirlerken aşağıdaki parametreler dikkate alınmalıdır:
• Standart ve yönetmelikler
• Algılanacak gazın alt patlama sınırı (LEL seviyesi)
• Potansiyel gaz kaçağının boyutu
• Gaz kaçağı olması durumunda patlama riskinin oluşma süresi
• Mahalde insan bulunma olasılığı
• Gaz alarmına cevap verilme süresi
• Gaz alarmı durumunda yapılacak işlemler
• Mahaldeki hava sirkülasyonu

Tek bir gaz alarm seviyesi belirlenmesine alternatif olarak iki adet gaz alarm seviyesi de belirlenebilir. Alt alarm seviyesi uyarı niteliğindedir ve alt alarm durumunda genellikle havalandırma sisteminin kontrolü ile patlayıcı gazın tahliye edilir. Üst alarm seviyesi ise tesisin ciddi bir patlama riski ile karşı karşıya olduğunu bildirir. Bu durumda tesisteki proseslerin durdurularak acil durum eylem planının yürütülmesi önerilir.  Alt alarm ve üst alarm seviyeleri mahalin yapısına, mahaldeki hava sirkülasyonuna, gaz kaçağı riskinin boyutuna vb. parametrelere göre değişkenlik gösterebilmektedir.
Sonuç olarak birçok endüstriyel tesiste üretim prosesleri dolayısıyla patlayıcı ortam oluşmaktadır. Patlayıcı ortamlarda hem tesisi hem de tesis personelini patlama riskine karşı korumak için gaz algılama sistemlerinin kurulması gerekmektedir. Uygun gaz algılama dedektörlerinin seçimi, sistemin projelendirilmesi, kurulumu ve bakımı konusunda uzman kişilerce gerçekleştirilmelidir.

Kaynakça
1. Çalışanların Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Korunması Hakkında Yönetmelik Resmi Gazete Tarihi: 30.04.2013 Resmi Gazete Sayısı: 28633
2. TS EN 60079-29-2 Elektrikli cihazlar - Patlayıcı ortamlarda kullanılan - Bölüm 29-2: Gaz dedektörleri - Tutuşabilir gazlar ve oksijen için dedektörlerin seçimi, tesis edilmesi, kullanılması ve bakımı
3. TS EN 60079-29-1 Patlayıcı gaz ortamları - Bölüm 29- 1: Gaz dedektörleri- Alevlenebilir gazlar için dedektör performans özellikleri
4. TS EN 60079-0 Elektrikli cihazlar - Patlayıcı ortamlarda kullanılan - Bölüm 0: Teçhizat - Genel özellikler
5. IEC 60079-10 Patlayıcı gaz ortamlarında kullanılan elektrikli cihazlar - Bölüm 10: Tehlikeli bölgelerin sınıflandırılması
6. “The selection and use of flammable gas detectors”, Health and Safety Executive 11/04
7. Crowcon Talking Gas Technical Documents
8.  IEC 60079-20 Electrical apparatus for explosive gas atmospheres - Part 20: Data for flammable gases and vapours, relating to the use of electrical apparatus