×

Zehirli ve Patlayıcı Gaz Kaçak Algılama Sistemlerinin Tasarım ve Uygulama Esasları Bölüm-1



Zehirli ve Patlayıcı Gaz Kaçak Algılama Sistemlerinin Tasarım ve Uygulama Esasları 

Bölüm-1 


Tanju Ataylar 


Özet

Sadece petrokimya tesisleri değil, endüstriyel üretimin hemen her alanına yayılan ve üretimde kullanılan zehirli ve patlayıcı maddelerin oluşturduğu risklerin azaltılması amacıyla, riskin tümüyle gerçekleşmesinden önce kaçağın yerinin zamanında tespit edilmesi, parasal kayıpların azaltılması ve özellikle can güvenliğinin sağlanmasındaki etkin rolü nedeniyle algılama sistemlerinin önemi açıktır. Yangın Algılama Sistemleri’nden farklı olarak, tasarım ve uygulamasında birçok değişik kritere sahip zehirli ve patlayıcı gaz algılama sistemlerinin, ülkemizde geçerli tek bir standart ile ele alınması mümkün değildir.

Kaçak riski olan gaz veya sıvının bulundurulduğu sıcaklık ve basınç, algılamanın türünü ve yerini belirlemek için önem taşıdığı gibi, bulundurulduğu konsantrasyon da, hem zehirli hem patlayıcı gaz dağılımının ve dedektör tipinin belirlenmesinde önem taşır.

Genelde, Yangın Algılama Sistemleri’ne göre daha maliyetli ve karışık yapıda olan ve aynı ürün (gaz veya sıvı) için onlarca algılama elemanı seçeneği çıkarabilen sistemler için tasarım aşaması, sistemin işlevselliği açısından en önemli bölümü oluşturur.

Bu çalışmada, özellikle yaygın olarak bilinen yangın algılama sistemlerinden farklı olarak, değişik algılama türlerini (markadan bağımsız) ve zehirli-patlayıcı gaz kaçak algılama sistemlerinin tasarımı sırasında kullanılan teknik konuları ortaya koyarak, yeni gelişmeler hakkında bilgi verilecek, zehirli-patlayıcı algılama sistemleri hakkında anahtar kavramlar ve yaklaşımlar sunulacaktır.


Zehirli ve Patlayıcı-Yanıcı Gaz Kaçak Algılama ve Uyarı Sistemleri, tanım olarak gaz kaçağının olması sonrasında ancak ana riskin yani zehirlenme veya yangının-patlamanın öncesinde uyarı veren, önleme kapsamında ele alınan sistemlerdir. Yangın Alarm Sistemleri’nde algılamanın gerçekleşmesi için yanmanın başlaması ve fiziksel sonuçlarının (duman, ısı, alev vb.) ortaya çıkması gerekir. Zehirli-Patlayıcı Gaz Kaçak Algılama Sisteminin algılaması ise ortamda zehirlenmenin veya patlamanın olduğu anlamına gelmez. Bazı uygulamalarda alarm, belirlenmiş algılanan konsantrasyon eşik değerinin üzerinde gerçekleşir ki bazı uygulamalarda gözlem altında tutulan gazın eşik değerinin altında ortamda bulunması normal sayılabilir. Diğer taraftan gazın veya sıvının hangi fazda olduğu, ne miktarda ve nasıl yayılabileceği, ortamda nasıl davrandığı her gaz ve kullanımı için tümüyle farklılık gösterir. Örneğin hidrokarbon içeren bir sıvının belirli sıcaklık ve basınçta, gaz fazında algılanması mümkün değil iken aynı sıvının farklı koşullarda gaz fazında algılanması mümkün olan bir nitlelik sergileyebilir. Yine belirli basınçlarda kaçak noktalarına yakın alanlarda algılanabilirken, farklı basınç değerlerinde gaz fazındaki maddenin dağılım özelliklerine gore değişik biçimde algılama ihtiyacı doğabilir. Tüm bu nedenlerden dolayı, zehirli ve patlayıcı gaz algılama sistemleri hem seçiminde hem de yerleşiminin tespitinde önemli değerlendirme ve ön çalışma gerektirir.

Örneğin zehirli gaz algılama sisteminin tasarımında;

%LFL (Alt Parlama Noktası)=(Zehirli Yanıcı Gaz Alarm Değeri x 10.000) / (LFL x Zehirli Yanıcı Buhar Konsantrasyonu)

formülü gibi birçok değerlendirme, sistem tasarımı ve uygulama öncesinde her risk için gerçekleştirilmelidir. Algılamanın gerçekleştirilmesi öncesinde, kaçağı algılanmak istenen malzemenin hangi fazda olduğunun anlaşılması, hangi değerinin ne oranda yayıldığının tespiti, moleküler ağırlığının ne olduğu, yanıcı ve zehirli etkisi, atmosferde parçacık veya hacimsel olarak tespit gerekliliği, göz önünde bulundurulacak adımları oluşturmaktadır.

Bu konuda aşağıda temel bulgu ve bir yöntem önerisi ele alınmaktadır.

A- Tanımlar

1- Zehirli Gaz:

Belirli bir alanda 20°C sıcaklıkta tümüyle gaz halinde bulunan; solunduğunda, maruz kalındığında veya temas edildiğinde canlılarda ciddi hasara ve ölüme yol açan, insan sağlığına zarar veren maddelerin tümü ‘’Zehirli Gaz’’ olarak tanımlanmaktadır.

Zehirli gazların bulunduğu veya bulunabileceği ortamda, insan sağlığına risk oluşturabilecek tüm gazlar zehirli gaz kategorisindeki gazlardır. Zehirli gazlar;

 Ölümcül
 Zarar verici
 Aşındırıcı
 Tahriş edici
 Duyarlılık Arttırıcı
 Kanserojen
Uzun dönemde diğer maddelerle etkileşimli ve zehirli tepkimeye yol açıcı olabilir.

Belirtilen etkilere sahip gazların hepsi aynı kategoride ‘’Zehirli Gaz’’ olarak ele alınır ve bulunduğu ortam içinde Risk Değerlendirmesi sonucuna veya o ortam içindeki diğer gazların durumuna göre göre sınıflandırılabilir. Buna göre en yaygın karşılaşılan Zehirli Gazlar:

 Hidrojen Sülfür (H2S)
 Karbon Monoksit (CO)
 Karbon Dioksit (CO2)
 Sülfür Dioksit (SO2)
 Hidrojen Florid (HF)
 Amonyak (NH3)
 Klor, Ozon (Cl, O3)
 Benzer zararlı kimyasallar,

Bu örnekler arasında Karbon Dioksit (CO2); gazın kendi sınıflandırması ve özellikleri açısından atmosferik sıcaklıklarda ve basınçlarda renksiz, kokusuz, yanmaz ve nispeten toksik olmayan bir gaz olarak tanımlanırken insan üzerinde boğucu özelliği ile birlikte Karbon Dioksit (CO2) zehirlenmelerine yol açabilmektedir.

Yukarıdakilerle sınırlı olmayan bir çok zehirli gazla karşılaşmak mümkündür.

2- Yanıcı-Parlayıcı-Patlayıcı Gazlar:

Yanıcı-Patlayıcı Gazlar girebildiği hızlı kimyasal tepkimeler sonucu, sıcaklık ve basınç etkisi ile çevresine zarar verebilen gazların tamamıdır. (Bknz. ISO 16732)

Patlayıcı gaz olarak reaksiyon hızına bakılmasızın ve patlama enerjisine göre ayırmaksızın tüm patlayıcı/hızlı yanıcı gazlar aynı kategoride ele alınarak değerlendirir. Olası bir patlamanın meydana gelmesinde, patlayıcı gazın miktarının, türünden daha etkin rol oynaması, bu tür gazların özellikle depolanma ve bulunma koşullarına odaklanmayı gerektirmektedir. (FM DS 7-43)

Patlayıcı gazların risk değerlendirmesi için esas alınan alt konsantrasyon limiti (LEL) ve üst konsantrasyon limiti (UEL) her gazın için ayrı tanımlanarak değerlendirilir. Bu kapsamda dikkate alınacak olan gazlar;

 Hidrojen (H2)
 LPG ve bileşenleri
 Doğal Gaz
 Metan’dan Hexan’a kadar tüm Hidrokarbon Gazları
Yanıcı Patlayıcı gazların açığa çıkma riski olan bölgeler için tehlike alanları;
 kapalı veya kapalıya yakın alanlarda 5 m çapında küre içi,
 yarı kapalı veya parçalı kapalı alanlarda 7 m çapında küre içi,
 tümüyle açık alanlarda 10 m çapında küre alanı içi
olarak değerlendirilir.

Yanıcı gazlar aynı zamanda patlayıcı ortam oluşturabilir. Atmosferik ortamda (-20 C - +40 C, 0.8-1.1 bar) doğru yanma karışımında (LEL ve OEL değeri arasında) ses hızından daha hızlı yanma, patlama olarak değerlendirilir.

3- Belirlenmiş Eşik Değerleri:

Mesleki Maruz Kalma Limiti (OELs) değerleri iş sahasındaki havada bulunan tehlikeli madde konsantrasyonunu belirlemek için yetkili ulusal otoriteler ya da ilgili diğer ulusal enstitüler tarafından belirlenmektedir. Tehlikeli maddeler için OEL değerleri mesleki sağlık ve güvenlik aktiviteleriyle ilgili değerli bilgi vermesi, risk değerlendirmesi ve yönetimi açısından önemli bir araçtır. OEL hem üretilen ürün için hem de atık ve üretim süreci içerisinde uygulanabilir. Limitler sıklıkla değişmekte ve ülkeden ülkeye çeşitlilik göstermektedir. Ancak Türkiye EC ile aynı maruz kalma limitlerini kullanmaktadır.

En Fazla Maruz Kalma Limiti (MELs) ve Mesleki Maruz Kalma standartları yerine tek bir limit olarak İş Sahası Maruz Kalma Limiti getirilmiştir. Deriden geçme etkisi İş Sahası Maruz Kalma Limiti listesinde 'skin/deri' sözcüğü ile açıklanmakta, değerlendirilmektedir.

Düşük Patlama Limiti (LEL) havada bulunan gaz ya da buharın alevi yayabilecek en düşük yoğunluğuna verilen addır. Bu yoğunluğun altındaki karışım tutuşma ve alevin yayılımı için yetersizdir.

En Yüksek Patlama Limiti (UEL) havada bulunan gaz ya da buharın alevi yayabilecek en yüksek yoğunluğuna verilen addır. Bu yoğunluğun üstündeki karışım yanıcılık açısından fazlasıyla zengindir.

En Düşük ve En Yüksek Patlama Limiti En Düşük ve En Yüksek Alev Alma Limitleri ile özdeştir. Yanıcılık sınıfı; En Düşük ve En Yüksek Patlama Limiti arasında kalan değerlerden oluşmaktadır. Literatürde bulunan değerler dikkatle irdelenmelidir. Eksik bilgi olması ya da olduğundan şüphelenilmesi durumunda ölçüm için TIS oluşturulabilir.

Bir sıvının Parlama Noktası, yüzeyinde yeterli derecede buhar oluşup havayla karışarak tutuşabilecek bir karışıma dönüşmesi için gereken en düşük sıcaklıktır. Bu parametre kullanılırken değerinin ölçme metoduyla değişeceğine dikkat edilmelidir.

Örnek bazı değerler:


Bu durum oluştuğunda bir ateşleme kaynağı ile birlikte tutuşma ve parlama gerçekleşebilmektedir.

4- Patlayıcı Ortam Sınıfları :

Bu çalışma içinde patlayıcı ortam sınıflama bilgisine tüm ayrıntıları ile yer verilmeyecektir. Ancak özellikle ATEX (European Directives for Atmospheres)

EXplosibles) sınıflamasına uygun, cihazlara ait sınıflama aşağıda belirtilmiştir.
Patlayıcı-Yanıcı ortam içinde bulunan cihaz ve ekipmanlar üzerinde yer alan kodlama, doğrudan bulunduğu ortamın risk sınıfına bağlıdır. Ortam sınıflaması yapılması sonrasında ekipmana ait sınıflama ile uyumu sağlanmalıdır.

Ekipman sınıflamasının anlaşılabilmesi için EN 50014’e gore;

“Zone 0” – Sürekli yanıcı patlayıcı veya karışımı bulunan alan veya hacimler-“Atex Category 1”

“Zone 1” – Zaman zaman yanıcı patlayıcı veya karışımı bulunan alan veya hacimler-“Atex Category 2”

“Zone 2” – Bir terslik veya kaza sonucu yanıcı patlayıcı veya karışımı bulunan alan veya hacimler-“Atex Category 3”

olarak sınıflandırılır. Kullanılan Algılayıcı üzerinde yer alan Atex kodlamasını göre de ekipmanlar:



A: Ekipman Grubu;
I-Madencilik,
II-Diğer Patlayıcı Ortamlar,

B: Ekipman Kategorisi;
Gaz “Zone 0-1-2”
Toz “Zone 20-21-22”
Maden “M1-M2”

C: Patlayıcı Ortam Tipi;
G-Gaz, Buhar, Sis

D-Toz

şeklinde sınıflanır ve işaretlenir.

B- Risk Değerlendirme

Doğru algılama sisteminin kurulabilmesi ve risk alanı içinde risklerin eş değer kriterler dikkate alınarak belirlenmesi en önemli sorunu teşkil etmektedir. İster zehirli gaz, ister patlayıcı gaz kaçağı söz konusu olsun, farklı olasılık veya şiddette (risklerde) belirlenen alan veya bölge içinde göreceli olarak daha yüksek veya düşük risklerin belirlenmesi yapılmaksızın dengeli bir algılama sisteminin tasarlanması mümkün olmamaktadır. Risklerin belirlenmesi ve değerlendirilmesi, aşırı-gereksiz dedektör yerleşimi veya olası riskli bir kaçağın göz ardı edilmesi gibi, bir tasarım hatasının önüne geçmek için anahtar oluşturmaktadır. Tüm risk alanı içinde her türlü olası gazın algılaması mümkün olmamakta, hedef kaçak bölgeleri ve hedef kaçak maddelerin belirlenmesi gerekmektedir. Tasarımın en önemli bölümü haline gelen bu aşama risk değerlendirme olarak özetlenebilir.

Bu amaçla yapılmış bir ön çalışma örneği aşağıda sunulmaktadır.

1. Riski Oluşturan Etmenler (Risk Factors): Risk tanımlaması genel olarak, SEÇ standartlarında belirtildiği üzere; İnsan, Varlık, Çevre ve İtibar kaybı gibi sonuçların oluşmasına neden olan etmenler Risk Oluşturan Etmenlerdir.
Risk’i Oluşturan Etmenler’in belli bir iş konusu, işletme ve mekan özelinde saptanması önemlidir. Her etmen her yerde olamayacağı gibi, hepsinin oluşma olasılığı (probability) ve oluştuğunda yaratacağı kayıp da aynı önemde (severity) değildir.

Risk Değerlendirmesi, bir yapı, tesis, işletme veya sürecin (process) yangın/patlama/zehirlenme nedeniyle karşı karşıya bulunduğu veya değişik koşullar altında karşı karşıya gelebileceği kayıpların ve özelliklerinin belirlenmesidir.

Risk değerlendirmesi temel olarak iki amaçla yapılır:

a. Belirli alan, işletme veya sürecin karşı karşıya olduğu yangın güvenliği tehdit unsurlarını öğrenmek, bilmek, farkında olmak, yani "Farkındalık (Awareness)". Farkındalık hedefi, sonrasında bir eylem içermediğinden, edilgen (pasif) bir nitelik taşır.

b. Belirlenmiş alan, işletme veya sürecin karşı karşıya olduğu yangın güvenliği unsurlarını denetlemek, yönetmek ve istenen düzeye getirmek; yani "Risk Yönetimi (Risk Management)". Risk Yönetimi amacı, öğrenmenin sonrasında harekete geçme eylemini de içerdiğinden, proaktif bir nitelik taşır. Risk Yönetimi için yapılan Risk Değerlendirmesi sonucunda elde edilen bulgular, yangın güvenliğinin sistematik analizini, eksik ya da kuvvetlendirilmesi gereken unsurların, hangi ve ne tür bir yaklaşımla (olasılığı azaltma, etkiyi azaltma, önleme, denetleme, vb.) sağlanacağını belirleme konusunda temel oluşturur.

Çalışma kapsamı ile belirlenen Risk Değerlendirmesi, ikinci madde ile belirtilen amaçla yangın, gaz kaçak algılama sistemlerinin tasarımı sırasında ihtiyacın doğru belirlenmesi amacıyla şekillendirilecektir.

 Niteliksel Analiz (Qualitative Analysis):

Niteliksel Risk Değerlendirmesi yaklaşımı, yangın/patlama/zehirli gaz güvenliğinin sağlanması karşısında risk oluşturan etmenlerin, daha çok öznel (sübjektif), deneyimlere ve gözlemlere dayanarak saptanması ve olayların gerçek yaşamda nasıl gelişebileceğine ve oluşacağına yönelik kurgular oluşturulmasıyla gerçekleştirilir. Bu yaklaşımda gerek girdiler, gerekse çıktılar için herhangi bir hesaplama veya hesaplanmış sayısal istatiksel veri kullanılmaz; olaylar gerçek yaşam   koşullarında oluşabilecek senaryolar, olasılıklar türünden, birbirine göreceli kademeler biçiminde (az/orta/fazla, %0-%25-%50-%75-%100 vb.) ele alınır. Aynı veya benzer birikim, bilgi ve deneyime sahip olmayan, değişik kültürlerden gelen kesimlerin bulguları ve sonuçları arasında ciddi farklılıklar oluşabildiği için, bu analiz türü, tartışmaya açık (spekülatif) bir yaklaşımdadır.

Niteliksel Analiz yaklaşımda yapılan çalışmaların bazıları şunlardır:

a.Risk Etmenleri'nin (Faktörlerinin) belirlenmesi,

b.Olay ve Risk Bölgesi Tanımlamalarının hazırlanması,

c.İlişkisel Matrikslerin (Relational Matrix) hazırlanması.

Kullanılan yöntemlerden bazıları şunlardır:

- 5N-1K sorgulaması,
- Eğer Olursa (What if?) sorgulaması,
- Ardışık Sorular (Successive Questions)
- Neden Ağacı (Cause Tree),
- Kılçık Formları,
- Şematik Hata Ağacı Analizi,
- Şematik Olay Ağacı Analizi,
-Kontrol Listeleri'nin (Check List) oluşturulması ve doldurulması.

 Niceliksel Analiz (Quantitative Analysis)

Niceliksel Risk Değerlendirmesi yaklaşımı; yangın/patlama/zehirli gaz güvenliğinin sağlanması karşısında risk oluşturan etmenlerin, nesnel (objektif) olarak, hesaplamalar, istatistik veriler, ölçümler ve hesaplama teknikleri kullanılarak saptanması ve olayların gerçek yaşamda nasıl gelişebileceğine ve oluşacağına yönelik sayısal modellemeler yapılması yoluyla yangın güvenliğinin analiz edilmesi ve eksikler ya da kuvvetlendirilmesi gereken unsurların saptanmasıdır. Bu yaklaşımda gerek girdiler, gerekse çıktılar, tümüyle hesaplama, formüle yansıtılmış ilişkiler ve sayısal büyüklükler, fiziki değerler, grafik gösterimler kullanılarak ele alınır. Yorum ve tartışma ancak istatiksel verilerin derlenmesi ve şekillenmesi sırasında gerçekleşir. Bu tür analizde yöntem bilimsel, sonuçlar ise nesneldir. Bu yaklaşımda tartışma konusu; temel alınan hesaplama teknikleri, modellerin güvenilirliği, temel alınan katsayılar gibi konuların, konunun uygulayıcısı tarafından değil, ancak bilim camiası tarafından belirlenebilen yönleridir. Bu yaklaşımda, doğru ve yararlı sonuçların elde edilmesi, ancak girdi verilerin (input data) sağlıklı ve doğru olmasıyla olanaklı olduğundan, eldeki deterministik ve istatistik verilerin güvenilirliği son derece belirleyici hale gelmektedir.

Niceliksel Değerlendirme yaklaşımında yapılan çalışmaların bazıları şunlardır:

a. Modelleme (yangın/patlama/zehirli gaz, yayılım modellemesi, dayanım modellemesi vb.),

b. Fiziksel ve Kimyasal Sonuçlarının Hesaplanması (ısı yayılım hızı, toplam zarar, radyant ısı akısı, CO konsantrasyonu, optik yoğunluk vb.),

c. Süreç (Proses) Sınır Değerlerinin Hesaplanması (erişilebilen en yüksek basınç, en yüksek sıcaklık vb.),
- Çok Boyutlu Matriks Çözümleri,
- Hata Ağacı Hesaplaması,
- Olay Ağacı Hesaplaması.

Niceliksel analize örnek olması amacıyla, riskin değerlendirilmesine ilişkin bir değerlendirme yukarıdaki grafikte görülebilir. Burada belirlenen ALARP (As Low As Reasonably Practicable) bölgesi en düşük kabul edilebilir uygulama alanını belirlemektedir.

2. Risk Değerlendirme Amacı: Yapılacak Risk Değerlendirme çalışmasının amacı ve özellikleri şöyledir:  Tüm unsurlarıyla birbirine eşdeğer bir güvenlik ve çalışma kalitesi sağlamak,

 Zaman içine yayılan ve gelişmeci bir çalışma yapmak,
 Bir risk duyarlılığı ve şirket risk kültürü altyapısı oluşturmak,
 Yangın ve Gaz Algılama Sistemlerine kılavuz oluşturmak,
 Riski sınıflamak ve geriye dönük bilgi sağlamak,
 Alan içinde bulunan riski listelemek, değerlendirmek,
 Ayrıntılı Tasarım aşaması için bilgi kaynağı oluşturmak
Ele alınan sistemden beklenen rolü bu bağlamda tekrar hatırlamak gerekirse;
 Tehlikeyi Algıla (Detect the Hazard)
 Merkezi izleme ve bölgesel uyarı ile çalışanları uyar (Alert People)
 Önceden belirlenen çıktıları başlat (Initiate Action)


Bundan sonraki bölümde "Algılama Cihazları(Dedektörler, Sensörler), Dedektör-Sensör Tipleri"  anlatılacaktır. 
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt