Emre Ergun
Avrupa Satış Müdürü
IEP Technologies GMBH

Yem fabrikalarında yüksek kapasiteli öğütme, taşıma ve depolama operasyonları, patlayıcı özellikteki organik tozları sürekli olarak ortama yayar. Tesis güvenliğini ve üretim sürekliliğini teminat altına alan mühendislik yaklaşımı; tehlikeli toz bulutları ile tutuşma kaynaklarının önlenmesi, ekipmanların patlama basıncına karşı korunması ve alev yayılımını engelleyen sistemlerle bağlı hatların izole edilmesi olmak üzere üç senkronize katmandan oluşur.

Yem fabrikaları büyük miktarda yanıcı organik madde taşır ve transfer, öğütme, kurutma, depolama ve toz toplama sırasında düzenli olarak ince toz üretir. Toz patlaması, beş durumun örtüştüğü durumlarda meydana gelebilir: yanıcı toz, bulut olarak havada dağılma, oksijen, ateşleme kaynağı ve kapalı ortam. Olay, tek bir ekipman içinde başlayabilir, ancak basınç ve alev kanallar, şutlar ve konveyörlerden geçip daha yıkıcı ikincil patlamalara yol açabilir. Bu nedenle etkin risk azaltma üç aşamalı katman gerektirir: tehlikeli toz bulutlarını ve ateşleme kaynaklarının önlenmesi, ekipmanın patlamaya karşı korunması ve bağlı ekipmanları izole ederek yayılımın durdurulması. Bu makale, başlıca tehlikeleri ve bunları yönetmek için kullanılan mühendislik önlemlerini, IEP Technologies’ten temsilli teknoloji örnekleriyle özetlemektedir.

KAYIP GEÇMİŞİ VE PATLAMA GELİŞİMİ

Yanıcı toz olayları ciddi can kayıplarına, yaralanmalara, mülk hasarına ve uzun süreli üretim kesintilerine yol açmaktadır. Yaygın olarak atıfta bulunulan bir ABD çalışması, 1980 ile 2005 arasında 281 büyük olay kaydetmiş olup, 119 ölüm ve 718 yaralanmaya yol açmıştır. Sektör odaklı veriler ayrıca kovalı elevatörler, öğütme sistemleri, silolar ve toz toplayıcıları birincil olayların sıkça yaşandığı yerler olarak tanımlamaktadır.

Birincil patlama genellikle tesis genelinde hasarın ana nedeni değildir. Bir basınç dalgası, zeminlerden, kirişlerden, kanallardan ve yapısal çıkıntılardan biriken tozu yerinden çıkararak binalar içinde büyük bir bulut oluşturabilir. Aynı zamanda, alev ve basınç bağlantılı boru veya şutlar aracılığıyla diğer ekipmanlara yayılır. Havada dağılan tozun tutuşması, çok daha büyük sonuçlara yol açan ikincil bir patlama yaratabilir. Dolayısıyla, ortam temizliği ve patlama izolasyonunu gibi uygulamalar patlama korunma kavramının temel parçaları haline gelir.

Risk, bir prosesin yoğun toz bulutu oluşturduğu ve alev kaynaklarının bir arada bulunduğu durumlarda en yüksektir. Değirmenler yüksek enerjisinden dolayı kıvılcımlar oluşturur; toz toplayıcılar en ince toz parçacıklarını yoğunlaştırır; kovalı elevatörler patlamanın hızlı dikey yayılımına sebep olur; ve silolar veya kurutucular içinde sıcak parçacıklar veya içten yanma durumları oluşabilir. Proses sahibi, işlenen toz malzeme, proses şartları, ekipman tipi, bağlantılar, doluluk, mevcut güvenlik önlemleri ve önceki olay kayıtlarına dayanarak risk değerlendirmesini yapmalıdır.

PATLAMA ÖNLEME STRATEJİLERİ

• Toz kontrolü. Patlama önleme, toz kaçak kontrolü, doğru toz emiş ve periyodik temizlik ile başlar. Tozsuzlaştırma sistemleri, transfer noktalarında salınımları en aza indirirken, temizlik programları yüksek yüzeylerde ve yerlerde toz katmanların birikmesini önlemelidir. Bu önlemler hem birincil olay olasılığını hem de ikincil bir patlama için mevcut yakıtı azaltır. Toz temizliğinde mobil vakum sistemleri veya benzer onaylı ekipmanlar kullanılabilir.
• Alev kaynağı kontrolü. Topraklama ve bağlanma statik boşalmayı kontrol etmeye yardımcı olur; manyetik ayırıcılar tramp malzemeyi ortadan kaldırır; ve önleyici bakım sürtünme ve aşırı ısınmayı sınırlar. Yatak sıcaklığı sensörleri, bant ve kayış hizalanma anahtarları ve sıfır hız anahtarları, tehlikeli koşullar oluşmadan önce alarm veya duruş başlatmalıdır. Sıcak çalışma izinleri, ekipman izolasyonu, denetimler ve iş sonrası yangın gözetimi de aynı derecede önemlidir çünkü bakım tozlu çalışma ortamlarına alev, kıvılcım ve sıcak cüruf sokabilir.
•  Erken tespit ve müdahale. Kıvılcım algılama ve söndürme sistemleri, pnömatik hatlar ve transfer şutlarında hızlı hareket eden kıvılcımları veya sıcak parçacıkları tespit etmek ve alev kaynağı toz toplayıcıya, siloya veya proses ekipmanlarına ulaşmadan önce az miktarda su püskürterek alev kaynağını soğutarak sönümler. Geniş algılama spektrumlu ve geniş görüş alanına sahip dedektörler, zorlu akış ve toz koşullarında bu algılamaları beklenir. Kıvılcım algılama sistemleri alev kaynağı kontrol katmanıdır; yanıcı toz bulutu ve başka alev kaynakları riskleri devam ettiği durumlarda patlama korumasının yerini tutmaz. IEP Teknolojileri ATEXON SD300Ex kıvılcım algılama dedektörleri ve bağlantılı söndürme ve kontrol üniteleri temsil edici uygulama örnekleridir.

Şekil 1. Transfer şutlarında kıvılcım algılama ve söndürme, dedektörler ve söndürme üniteleri besleme ve döküş şutlarında konumlandırılmıştır.

PATLAMA KORUMA VE YAYILIM ENGELLEME (İZOLASYON)

Patlama önleme, her anormal durumu ortadan kaldıramaz. Bir risk analizi veya toz tehlikesi analizi (DHA), patlayabilir atmosferlerin nerede oluşabileceğini, hangi ateşleme kaynaklarının güvenilir olduğunu, ekipmanın nasıl birbirine bağlı olduğunu ve hangi sonuçların mümkün olduğunu belirlemelidir. Korunma stratejisi, patlama deflagrasyon indeksi (Kst) ve maksimum patlama basıncı (Pmax) gibi test edilen toz özellikleri, ekipman geometrisi, ekipman dayanımı, konumu, doluluk, proses sıcaklığı ve çalışma basıncı etrafında tasarlanmalıdır.

Beş ana yöntemin biri veya birkaçı kullanılır. Patlama tahliye kapakları ve alevsiz patlama tahliye kapakları basınç birikimini azaltır; sönümleme alevin gelişimini ve basınç artışını sınırlar; ve izolasyon, bir patlamanın bağlantılı ekipmanlar arasında yayılmasını engeller. Patlama basıncına dayanımlı ekipman kullanımı ise, olası patlamada, patlamanın ekipman içinde yayılmadan ihtiva edilmesini sağlar. Yem ve tahıl sektöründe değirmen uygulamaları, üçüncü taraf onaylı ekipman ve sistemler kullanılarak bu çözümlerin kombinasyonunu gerektirir.

• Patlama tahliye kapakları. Patlama kapakları, belirli bir basınçta açılır ve alev, sıcak gazlar ve basıncı güvenli bir alana taşır. Açık ve güvenli alanda bulunan ekipmanlarda yaygın olarak kullanılır. Patlama tahliye alanı, işlenen toz malzeme patlama özellikleri ve ekipmana özel hesaplanmalıdır. Patlama tahliye yönü, güvenlik mesafesi ve personel ve araç güvenli geçiş bölgeleri tasarımda göz önünde bulundurulmalıdır.
  
  

  Şekil 2. Dış mekanda bulunan kovalı elevatörlerin patlama koruması, gövde üzerine monte edilmiş tahliye kapakları, şutlarda aktif patlama izolasyonu ve alev ve basınç patlama algılama sistemi kullanılarak sağlanmaktadır.

• Alevsiz patlama kapakları. Geleneksel patlama tahliyesi uygulanamadığı durumlarda, alevsiz patlama tahliye kapakları basınç tahliye ile alev soğutma mekanizmalarını birleştirir. Patlama kapağı olay sırasında açılır, gazları soğutur ve basıncı tahliye ederken kontrolsüz alev çıkışını sınırlar. Bina içinde bulunan veya güvenli alev tahliyesine izin vermeyen prosesler için kullanılabilir, ancak yine de çevreye bir miktar ısı, düşük basınç ve yanma sonrası ürünleri bırakır. Bu nedenle toz malzeme güvenlik bilgileri, ekipmanın içinde bulunduğu oda hacmi, ekipman geometrisi ve hacmi ve koruyucu sistemin çalışma sınırları değerlendirilmelidir. Temsili IEP çözümleri şunlardır; Kovalı elevatörler için tasarlanmış IVE tipi alevsiz patlama kapakları, daha büyük hacimli ekipmanlar için IV8 ve yeniden kapanabilir özelliğe sahip EVN tipi alevsiz tahliye sistemleri.

Şekil 3. Kovalı tahıl elevatörleri üzerine monte edilmiş IVE alevsiz patlama kapakları

Şekil 4. Besleme şutunda aktif izolasyon sistemi ve proses ekipmanı üzerinde IV8 alevsiz patlama kapağı kullanımı.

Şekil 5. Yeniden kapanabilir EVN alevsiz tahliye kapakları bir değirmen bunkeri üzerine monte edilmiştir.

• Patlama sönümleme. Aktif sönümleme sistemleri, çok hızlı patlama basınç ve alev gelişimini algılar ve sönümleme sistemini milisaniyeler içinde devreye alarak korunan ekipman içerisine boşaltır. Amaç, patlama basıncının ekipmanın mekanik dayanımını aşmadan önce patlamayı hızla sönümlemektir. Güvenilir performans, doğru ve onaylı sistem tasarımı, toz malzeme özellikleri, dedektör seçimi, sönümleyici miktarı ve dağılımı, izolasyon mesafesi, sistem tepki süresi, proses koşulları ve aktif sistemin rutin denetimine bağlıdır. SmartDS dinamik patlama dedektörleri ile birlikte IR-13 alev dedektörleri ve 100% elektromekanik çalışan eSuppressor sönümleyicileri temsil edici bileşenlerdir.

Şekil 6. Patlama sönümleme ve bağlı boru hatlarında alternatif aktif veya pasif patlama izolasyon uygulama örnekleri.

• Patlama izolasyonu. İzolasyon, şutlar, konveyörler veya kanalların alev ve basıncı bağlantılı ekipmana iletebileceği yerlerde gereklidir. Aktif sistemler, sönümleyiciler (ör. eSuppressor) veya hızlı kapanan izolasyon vanalarını tetiklemek için patlama algılama ve kontrol sistemleri ile birlikte kullanır. Pasif izolasyon vanaları ise patlamaya tepki verir. Örneğin, izolasyon vanası, patlama basınç dalgası ile kapanır ve ardından gelen alevin geçişini engeller. Kullanılacak sistemin uygunluğu, kanal açıklığı, toz yükü, hava akışı, kurulum mesafesi ve sertifikalı uygulama aralığına bağlıdır. Konum ve toz birikiminin izlenmesi, sistemin güvenilirliğini destekler, ancak periyodik denetimin yerini almaz.
  

KODLAR, STANDARTLAR VE UYGULAMA

Patlama korunma sistemleri uygun standartlara ve kanunlara göre uygulanmaktadır. Avrupa’da 1999/92/EC Direktifi işçi koruması ve tehlikeli alan sınıflandırmasını ele alırken, 2014/34/EU Direktifi potansiyel patlayıcı atmosferler için tasarlanmış ekipman ve koruyucu sistemleri kapsar. Türkiye’de İSG6331 yönetmeliği 5. maddesi alınması gereken önlemler hakkında temel bilgileri ve şartları bildirmektedir. EN ve VDI gibi ulusal standartlarla göre patlama korunma sistemlerinin tasarlanması gerekir. Amerika Birleşik Devletleri’nde NFPA 660, yanıcı toz malzemeleri işleyen çok kapsamlı bir standarttır; NFPA 68 patlama kapakları, NFPA 69 ise patlama önleme ve koruma sistemlerini ele alır.

Belgelenmiş risk değerlendirme bulguları; tehlikeli alan sınıflandırması; alev kaynakları analizleri, üçüncü parti onaylı patlama tahliye, sönümleme ve izolasyon sistemleri; proses denetim ve bakım aralıkları; ramak kalalar; çalışan eğitimi; ve değişim yönetimi sistemleri tesislerde uygulanacak patlama korunma stratejisinin ayrılmaz parçası olmalıdır. Kullanılan tüm patlama korunma ekipman ve sistemleri, mevcut mevzuat, standartlar, sertifikasyon şartları ve üretici prosedürlerine uygun olarak ve sadece sistem tedarikçisi eğitimi almış yetkin personel tarafından bakımları yapılmalıdır. Kullanılan toz malzeme türü, proses kapasitesi, hava akışı, ekipman geometrisi veya bağlantıyı etkileyen herhangi bir proses değişikliği, korunma stratejisinin gözden geçirilmesini tetiklemelidir.

SONUÇ

Yem fabrikalarında uygulanacak patlama güvenliği sahaya özgü bir stratejiye bağlıdır. Patlama önleme, toz salınımı ve tutuşma olasılığını azaltır; patlama tahliye veya sönümleme basınç ve alev etkilerini sınırlar; ve patlama izolasyonu, bağlı ekipmana yayılmayı engeller. Tek bir yaklaşım yetersiz kalacaktır. Nihai çözüm, yanıcı toz özelliklerini, ekipman geometrisini ve dayanıklılığını, tesis düzenini, çalışma koşullarını, prosedürleri, üçüncü taraf test edilmiş ve onaylanmış sistemlerin kullanımını ve geçerli kodları yansıtmalıdır. Patlama korunmanın sürdürülebilirliği, ayrıca bakım hizmetlerine, periyodik denetimlere, operatör eğitimine ve değişim yönetimine bağlıdır. Patlama korunma, bu önlemler birlikte uygulandığında, çalışanları ve ekipmanları korur ve uzun süreli iş kesintisi riskini azaltır.