×

Zehirli ve Patlayıcı Gaz Kaçak Algılama Sistemlerinin Tasarım ve Uygulama Esasları Bölüm-2



Zehirli ve Patlayıcı Gaz Kaçak Algılama Sistemlerinin Tasarım ve Uygulama Esasları 

Bölüm-2 


Tanju Ataylar 


C- Algılama Cihazları (Dedektörler, Sensörler):

Gaz kaçak algılamada kullanılan ekipmanların özellikleri ve montajları risk değerlendirmesi sonrasında aşağıdaki bilgiler ışığında ele alınır.

Dedektörlerin montaj yeri ve biçimi doğru ve zamanında algılama için son derece önemlidir. Bu konuda referans alınması gereken temel doküman EN 60079-29-2 olmalıdır. Algılama alanı ve dedektör yerleşimi için her durumda genel geçer bir formül yoktur. Özellikle dedektörlerin montaj yerinin belirlenmesi bir çok değişkene bağlıdır. Olası kaçak alanlarına yakın yerler, basıncın yüksek ve ek yerlerinin çok olduğu hatlar, depolar veya tüketim noktaları gibi ortam koşullarının değerlendirilmesi gereklidir.

Sadece gazın ortamda iletilmesi, bulunması veya tüketilmesi değil, ne şekilde hangi basınç ve sıcaklıkta olduğu diğer bir değerlendirme konusudur. Aşağıdakilerle sınırlı olmamakla birlikte sıralanan konular temel değerlendirme esaslarını belirler:

- Gazın kaynağı: Ana kriter veya soru; kaynak gaz çıkışı, ekipman, fırın, tüketim noktası, depo, tank, boru, boru ekleri, vana, döküntü veya olası başka neden olarak nedir?

- Gazın miktarı: Gazın kaynağına göre ortama zamana bağımlı olarak yayılması muhtemel olan kaçak gaz miktarı referans aralığı nedir?

- Gazın yoğunluğu: Gazın kaçak ortamı içinde (ortam sıcaklık ve basınç değerinde) havadan ağır mı hafif mi olması, toplanma bölgesi ve alanları nelerdir?

- Kullanım alanı: Kaçak alanı insanlı bir alan mıdır, insansız bir mahal midir?

- Gazın olağan durumu: Belirlenmiş alan içinde gaz olağan durumda belirli konsantrasyonlarda bulunuyor mu? Bulunması kaçak anlamına mı geliyor? Bulunması olağan ancak belirlenmiş konsantrasyonun üzerine çıkması istenmeyen durumu mu oluşturuyor?

Ortamda bulunuyor olması mı alarm nedeni, yoksa ortamda zaten bulunduğu biliniyor mu?

- Yasal gerekler: Dedektör bulunması veya yerleşim yeri için belirlenmiş yerel gerekler var mı? Nelerdir?

- Erişimde bakım ve güvenlik: Dedektör, erişilebilir, bakımı yapılabilir, bakım ve erişiminin hem amaçlanan hem diğer etkileşimde olabileceği cihazlar açısından güvenli yapılabileceği yere montajı yapılmalıdır.

- Alanın yerleşimi, koşulları: Engeller, çukurlar veya tavanda oluşan havuzlar, mahalin şekli, ilave algılama elemanı ihtiyacı olup olmayacağını belirler.

- Dolaşım yolları: Elle uyarı cihazlarının yerleşiminde dikkate alınmalıdır.

- Havadan hafif gazlar (Metan, Amonyak vb.) için dedektörler üst kotlara montajlanmalıdır.

- Havadan ağır gazlar (Butan, Süfür Oksit vb.) daha alt noktalara montajlanmalıdır.

- Gazın çıkışına ve doğal davranışına uygun olarak, rüzgar yönü, gazın dağılma yönü, hava hareketleri dikkate alınmalıdır. Cebri havalandırma var ise kanal emiş hatlarına yakın yerleşim tercih edilmeli, hava hareketi dikkate alınmalıdır.

- Dedektör yerleşiminde, cihazın doğal ortama karşı korunması dikkate alınmalıdır. Yağmur, taşma, su birikmesi vb. durumlar cihaz montajı için uygun ortamın sağlanması amacıyla değerlendirilmelidir.

- Yüksek basınç altında olan kaçak noktalarından gaz bulutu oluşumu ve birikme alanının oluşması muhtemel noktada kalması amacıyla daha uzağa yerleştirilmelidir.

- Dedektör montaj yeri, fonksiyonel denemelerinin ve bakımının yapılmasına olanak tanımalıdır. Hatalı algılama yapabileceği ortam veya noktalarda olmamalıdır.

- Geniş alan IR dedektörlerinin (open path infrared devices) montajında sürekli ve düzenli geçici süre engel oluşturacak, IR süzmeye engel olacak, cizim ve objelerin bulunmadığından emin olunmalıdır.

- Dedektörlerin alarm seviyeleri bulundukları duruma ve kaçak beklenen gaza gore belirlenmeli ve buna uygun biçimde ayarlanmalıdır. Örnek olarak aşağıda bazı gazlar için ön uyarı ve alarm seviyeleri verilmiştir.




- Tipik dedektör montaj yükseklikleri aşağıdaki çizimde gösterilmiştir.




D- Dedektör-Sensör Tipleri:

1. Katalitik Tip Sensörler:


Isıtılarak bulundurulan “Duyarlı Tane” (Sensitive Bead, Pellistor, Siegistor) algılama yapılmak istenen gaz ile etkileşimi ve buna bağlı olarak da sıcaklığının değişiminden yararlanılarak tasarlanan dış ortama kapalı referans ve ortama bakan “katalitik” malzemenin kullanıldığı dedektörlerdir. Ortamdaki gaz miktarına bağlı olarak değişen sıcaklık bir karşılaştırma devresi ile ölçülerek algılama yapılır.



“Katalitik Sensör”ün gaza uzun sure veya yüksek oranda maruz kalması ile ömürlerinin kısalmasına veya bozulmalarına neden olur. “Zehirlenme” diye adlandırılan bu durum sürekli ve düzenli kalibrasyon gereği de doğurur.

Algılamanın prensibi nedeniyle ısıtılmış sıcak bir yüzeyin bulunması bu tür dedektörlerin patlayıcı ortamda kullanımında özel kaplarda kullnılmasını gerektirir. Sızdırmaz ve alev tutuculu bu kaplar algılama süresini olumsuz etkiler. (20-30 s)

Ucuz ve yaygın kullanım alanı bulunan bu dedektörler, bazı tür gazlar (H2, CO, CO2, SO2 vb.) için ideal ve alternatifsiz çözüm oluşturur. Bulundukları ortam ve kullanım yerine gore kalibrasyon ve işletim giderleri dikkate alınmalıdır.

2. Elektrokimyasal Tip Sensörler:

Daha çok zehirli gazların algılanmasında kullanılan, çok düşk akım gerektiren, doğruluk, tekrarlama, sapma konusunda oldukça iyi ölçüm alınabilen yaygın kullanımlı dedektörlerdir.

Farklı gaz kaçak ihtimallerine karşı çok farklı tipte algılama elemanları kullanılabilir. Ortak yanları, ölçme konusundaki güvenirlikleri uzun kullanım süreleri, referans ve ölçüm olarak karşılaştırmalı kullanılan 2 hücreden oluşması sayılabilir.

30-60 s tepki süresi ve 0.02-500 ppm aralığında ölçüm yapmaları mümkündür.

Çalışma prensibi nedeniyle algılama yapılabilmesi için oksijen gereklidir. Oksijensiz ortamlarda algılama yapamayacağından tasarımlarda dikkate alınmalıdır.

3. Noktasal-IR Tip Sensörler:

Gazın ortamda bulunması ile IR ışığın dalga boyunun değişime uğramasından yararlanılarak algılama yapan, IR kaynak ve almaçtan oluşan ve buna bağlı olarak gazın ortamdaki konsantrasyonunu belirleyen dedektörlerdir. Tek atomlu gazlar dışında kalan bir çok gaz, IR bandında emilmeye ve değişime neden olur. Genelde hücre içinde birden fazla IR bandında algılama yapacak şekli ile uygun hücre içinde kullanılır.

Aynı dedektörün farklı kalibrasyonları ile farklı gazların algılanması mümkündür. “Zehirlenme” etkisi bu tür dedektörlerde prensipleri gereği olmaz.

IR kaynak ve almaç aynı dedektör kabı içinde yerleştirilerek kullanılır. Çoğu zaman hızlı ve kolay kalibrasyon sağlanabilir cihazlardır.

Katalitik dedektörlere gore 2-4 kat daha pahallı olmalarına rağmen, bakım ve işletme maliyetlerinin önem taşıdığı durumlarda ve dedektörün “Zehirlenme” riski olan yerlerde kullanım alanı bulur.

En önemli özelliklerinden biri de tepki süreleridir (<10 s). Zor ortam koşullarına dayanıklı olması özellikle endüstriyel alanda kullanımını arttırır.

Kullanımı gittikçe yaygınlaşan bu tür dedektörler geniş aralıklarda Hidrokarbon gazı algılaması yapabilir.


4. Açık Hat (Open Path) Tip Sensörler:

Noktasal-IR tipi dedektörlerin IR kaynağının (güçlendirilerek), IR almacından ayrılmış biçimi ile çalışan benzer prensipli cihazlardır. IR kaynak ve almaç ayrı ayrı 10-30 m mesafede monte edilir. IR ışını bu mesafe içinde olası herhangi bir gaz kaçağını algılar.

İki cihaz arasının engellenmemesi veya engelleyecek (dolaşım yolu, vinç vb.) ortamın olmaması gerekir. Algılamada kullanılan IR ışığın tümüyle bloke olması dedektörde hataya neden olur.

Tek bir cihazla geniş alanların korunmasına olanak tanıyan bu cihazlar tank altları, çok noktadan beslemeli fırınlar, boru hatları gibi doğrusal olarak kaçak kontrolü yapılmak istenen bölgelerde kullanım alanı bulur.

5. Yarı İletken (Semiconductor) Tip Sensörler:

Prensip olarak Katalitik tip algılama elemanlarına çok benzerler. Örneklenecek gaza maruz kalan “Metal Oksit” yüzeyin, gazın konsantrasyonuna bağlı olarak iletkenliğinin değişmesinden yararlanılarak, tümüyle yarı iletken teknolojisi kullanılarak tasarlanır ve üretilirler. Yapıları gereği diğer dedektörlere gore oldukça ekonomiktirler ve yaygın kullanım alanına sahiptirler.

Çoğunlukla ağır metallerden üretilen ince Metal Oksit yüzey 200-250°C’a kadar ısıtılır.



Isıtılan yüzeyi nedeni ile atmosferik koşullara (sıcaklık, nem vb.) duyarlı yapıları vardır. Güvenirlikleri, daha sık bakım ve control gerekleri nedeniyle endüstriyel uygulamalarda tercih edilmez.

6. Isı İletken Tip Sensörler:

Havadan farklı ısıl iletkenliği olan ve yüksek konsantrasyon değerlerinin algılanmasında kullanılan dedektörlerdir.

Düşük konsantrasyonların algılanmasında ve gaz ısıl iletkenliği havaya yakın olan gazların (Amonyak, CO vb.) algılanmasında kullanılamaz.



Ortama bakan referans ve ölçüm hücresi iki ayrı hücrenin iletkenliğinin karşılaştırılması ile çalışır.

7. Kağıt Şerit (Paper Tape) Tip Sensörler:

Örnekleme yapılacak gazın bir filtre kağıdına verilmesi ve kağıt üzerindeki renk değişikliğinin algılanması yolu ile çalışan dedektörlerdir. Filtre şerit üzerine örneklenen gaz verilir ve kağıt şerit üzerindeki renk değişimine bakılır.

Hassasiyeti çok yüksek ve hatalı algılama olasılığı çok düşük olan bu dedektörlerin tepki süreleri yavaştır. Mekanik hareketli parça içerirler ve sürekli filtre tüketimleri vardır.

Algılanması beklenen gaz önceden belirlenmeli ve sadece bu gazın algılanması için kullanılmalıdır. Genel amaçlı kullanım için uygun değildir.

E- Sonuç
Zehirli ve Patlayıcı Gaz Algılama Sistemleri hem can hem de büyük parasal kayıpların önüne geçmek amacıyla kullanılan önleme amaçlı sistemlerdir.

Önemi açık olmakla birlikte, doğru cihaz seçimi ve montajı, sistem başarısının ana belirleyicileridir. Diğer çok önemli bir sorun cihaz yerleşimi için her alanda dengeli, iç tutarlılığıu olan bir koruma ilkesinin oluşturulması ve uygulanmasıdır. Özellikle aşırı (gereğinden fazla) şekilde algılama yapılması veya belirli alanların atlanarak algılama yapılmaması olasılığı sistem tasarımının önemini arttırır. Daha önce yaşanmış olaylar, kaçak nedenleri ve ortam koşullarının iyi belirlenememesi, kolaylıkla dengesiz tasarımın veya hatalı tasarımın oluşmasına neden olur. Bu nedenle olası kaçak türü ve koşulları tasarım öncesinde ayrıntılı olarak belirlenerek ön çalışma yapılması, gereksiz veya eksik korunan alanların oluşmasına engel olarak, homojen bir koruma sağlar.

Ön çalışma ve tasarımın uygunluğu, doğrudan sistemlerin çalışma veya kullanılamama / algılama yapmama durumunu belirler.

Tüm bu bilgiler ışığında Zehirli ve Patlayıcı Gaz Algılama Sistemleri’nin tasarım çalışmaları öncesinde değinilen bilgilerdeki ön çalışma ve tespitlerin yapılması zorunludur. Çok boyutlu kriter ve inceleme gerektiren sistem tasarımı diğer dedektör montajı ve değerlendirme şeklinden ciddi farklılıklar gösterir.

KAYNAKLAR:

TBYKHY: Türkiye Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik-2020
NFPA: National Fire Protection Association - USA (Mentioned by the standard number)
EN: European Norms
API: American Petroleum Ins. Standards
Shell Doc.: Shell Design and Engineering Practice Documentation
IEC: International Electrotechnical Com. Recommended Practices
Üretici Bilgileri (Alfabetik Sırayla):
Det-Tronics Gas Detection Principles
Drager Design Guide
General Monitors Installation Hand Book
Honeywell Gas Book
 
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt