Patlayıcı Gaz Ortamlarında Gaz Dedektörlerinin Seçimi, Montajı, Kullanımı ve Bakımı
Yazı Dizisi-1

Özkan Karataş

Özet
Endüstriyel tesislerde ham madde veya üretim çıktısı olarak ortaya çıkan gazlar ve buharlar alt patlama sınırlarına ulaşmaları halinde insan için ölüm ve mülkiyet için büyük yıkım doğurabilmektedir. Gaz ve buharların zamanında algılanarak kontrol altına alınması ile büyük endüstriyel kazaların önüne geçebilmektedir. Teknolojik olarak büyük aşamalar kaydetmiş olan gaz algılama sistemleri, tesislerde patlama güvenliğinin sağlanması için en önemli unsurlardan biridir. Gaz algılama sistemleri kurulu olmasına rağmen gerçekleşen patlamalar; bu sistemlerin doğru ve verimli olarak kullanılmadığını göstermektedir. Yanlış algılama, hatalı sistem ve teknoloji seçimi, kurulum, kullanım ve bakımlardaki eksik ve hatalar var olan sistemlere rağmen patlamaların temel nedenini oluşturmaktadır.

1. Giriş

Patlama üçgenini oluşturan hava, ateş kaynağı ve patlayıcı gaz karışımı endüstriyel süreçlerde sıklıkla kazalara neden olmaktadır. Yaşam için hava ve endüstriyel süreçler içinde oluşan ateş kaynağının varlığı, patlayıcı gazın sürekli olarak izlenerek kontrol altında tutulma zorunluluğunu getirmiştir.

Gaz algılama sistemlerine tarihte ilk kez maden ocaklarında ihtiyaç duyulmuştur. Sanayi devrimi ve gelişen endüstriyel süreçlerle birlikte kömür talebinde büyük bir artış yaşanmış ve bu talebe cevap veren maden ocaklarında patlamalar artmıştır. Bu patlamalar sonucunda büyük insan kayıpları yaşanmıştır.

Gaz algılama, kafasında yanan uzun bir fitil ve omuzlarında ıslak battaniye ile kömür madenine inen en cesur madenciler tarafından yapılmaya başlanmıştır. Gaz varlığında yanan fitilin neden olacağı patlama sadece bir madencinin ölmesine neden oluyor, ekibin geri kalanı çalışmaya devam ediyordu. Büyük ölümler üretimin aksamasına neden olduğu için bu yöntem uzun bir dönem kullanılmıştır.

Solunum sistemini kontrol eden sinir sistemi insana en çok benzeyen ve oldukça sesli ötüşen kanaryalar madenlerde gaz algılama amacıyla kullanılan ikinci yöntem olmuştur. Metan artışında veya oksijen azlığında ötmeyi bırakan kanaryalar patlamanın veya zehirlenmenin habercisi olmuştur.

Teknolojinin geldiği noktayla birlikte gaz dedektörlerinde büyük ilerlemeler sağlanmış ve neredeyse bütün ihtiyaçlar için çözümler geliştirilmiştir. Gelişen sistemlere rağmen uygulamalarda yanlış dedektör seçimi, yanlış montaj, kullanım hataları ve bakımsızlıktan dolayı ölümlere de neden olan büyük kazalar yaşanmaya devam etmektedir.

Uygulamalarda en doğru seçimi yapabilmek ve kaza riskini en aza indirebilmek için buhar ve gazların özellikleri ve davranışı iyi incelenmeli, uygun ölçme prensibine karar verilmeli, doğru donanım seçilmeli, serbest kalan gazın davranışı hesap edilmeli, sabit gaz algılama sistemlerinin tasarımı ve tesis edilmesi sağlanmalıdır.

2. Buhar ve gazların özellikleri, algılanması ve davranışı.

En basit bir donanımın bile seçimi, kurulumu, hizmete alınması, eğitimi, çalışması ve bakımı sırasında gazların ve buharların özelliklerinin tam olarak dikkate alınmaması yanlış okumalara yol açar. Bunlar yanlış alarmlara veya yanlış çalışmaya, bu yanlışlar yüzünden yanlış aksiyonlar alınmasına veya arıza alarmlarına neden olur. Bu durum ise insan hayatını ve mülkiyeti gereksiz olarak tehlikeye atmaktadır.

Bütün gazlar ve buharlar difüzyon vasıtasıyla veya karıştırılırsa tamamen birbirine karışırlar. Ayrıca bazı gazlar ve buharlar karıştırılma işleminde kimyasal olarak birbirleriyle reaksiyona girmektedirler.

Saf gazların yoğunluğu ve buharların etkin yoğunluğu moleküler kütleleriyle orantılıdır. Havanın, 1 olan bağıl yoğunluğuna karşılık gelen eşdeğer moleküler kütlesi yaklaşık olarak 29'dur. Moleküler kütlesi 29'dan daha düşük olan gazların bağıl yoğunluğu 1'den daha düşük olur ve dolayısıyla bu gazlar havadan daha hafiftir. Bağıl yoğunluğu 1'den büyük olan gazlar ise havadan daha ağır olurlar, bu gazlar çukurlara kanallara veya zemin noktasına birikme eğilimi gösterirler.

Yayılma kaynağı ve çevresindeki hava ortam havasından daha sıcak ise karışımın bağıl yoğunluğu 1'den büyük olsa bile başlangıçta yükselir. Genel kabul görmüş bir kural olarak, 30 K'lık sıcaklık artışının etkisi havadan %10 daha büyük bağıl yoğunlukla sonuçlanan hesaplamaya göre daha büyük olacaktır. Yayılmanın ortam sıcaklığından daha soğuk olduğu durumda bunun tersi uygulanır.

Yayılma ve normal türbülanstaki sıcaklık farklılıklarından dolayı gazlar ve bağıl yoğunlukları 0,8 ile 1,2 arasında olan karışımlar genellikle hava ile benzer bağıl yoğunluğa sahip olduğu kabul edilir ve bu nedenle bu tür gazlar bütün yönlerde yayılma yeteneğine sahiptir.

Buharlar gazlardan daha farklı davranış gösterirler ve bu davranışlar gazlara göre daha karmaşıktır, bu yüzden buharların algılanması gazlardan daha zordur.

Sıvı mevcut olduğu durumda buharlaşma hızı sıcaklık ile artmaktadır. Genel kabul görmüş bir kural olarak sabit basınçta herhangi bir buharın en büyük hacimsel oranı sıvı sıcaklığındaki her 10 K artış için 1,5 ile 2,0 arasında bir faktör kadar artar. Aynı şekilde her 10 K azalma için ise 1,5'dan 2,0'ye kadar olan bir faktör kadar düşer.

Sadece su buharı havadan daha hafiftir, havaya benzer yoğunlukta olan dört buhar vardır (metanol, hidroksilamin, hidrozin ve hidrojen) Diğer bütün buharlar havadan ağırdır, bunların çoğu da havadan oldukça ağırdır.

Yüksek parlama noktalı tutuşabilir bir sıvının buharı, ortam sıcaklığı parlama noktasının çok altında ise algılanabilir olmayabilir. Örneğin, ortam sıcaklığı parlama noktasının 60 K altında ise buharın en fazla % 1 ile % 8 LEL (Alt Patlama Sınırı) arasına erişebileceği ve daha sonra buhar havaya uçmuyorsa yavaşça sıvıya yakın olacağı tahmin edilebilir. Ortam sıcaklığının güneşten kaynaklanabilen 30 K artışı için buhar derişimi 8 kata kadar artar.

3. Ölçüm teknolojileri

İlgili ortamda gaz ve buhar ölçümlerinin analitik olarak doğru yapılabilmesi için dikkat edilecek en önemli husus doğru ölçüm teknolojisinin seçilmesidir. Ölçüm teknolojisi ayrıca kurulacak olan sistemin maliyetini de doğrudan etkilemektedir. Günümüzde en çok kullanılmakta olan ölçüm teknolojileri aşağıda verilmiştir.

* Katalitik sensörler
* Isıl iletken sensörler
* Kızıl ötesi sensörler
* Yarı iletken sensörler
* Elektrokimyasal sensörler
* Alev iyonlaştırıcı dedektör (FID)
* Alev sıcaklık analizörleri (FTA)
* Foto iyonlaştırıcı dedektör (PID)
* Paramanyetik oksijen dedektörü

Bundan sonraki yazımızda "Uygun Donanımın Seçilmesi"  ve "Serbest Kalan Gazın Davranışı"  anlatılacaktır.