Patlayıcı Ortamlarda Yangın ve Gaz Algılama Sistemlerinin Projelendirilmesi, Malzeme Seçimi ve Uygulanması

 

Hatırlayacağınız üzere önceki bilgilendirmelerimizde;

• Yangın algılama ve alarm sistemleri ile ilgili ihtiyaçların belirlenmesi,

• Binada tesis edilecek sistemin tipinin belirlenmesi

• Algılayıcı tipleri ve bunların projelendirme esasları

• Yangın ihbar butonları ve uyarıcıların projelendirme esasları

• İzleme ve kontrol amaçlı kullanılan cihazlar

• Bölge denetim ve siren/flaşör kontrol amaçlı cihazlar ve kullanım alanları (Gerilim çıkışlı ve kontrollü cihazlar)

• Kablo tipi doğrusal sıcaklık algılama yöntemi ve kullanım alanları

• Hassas duman algılaması amacı ile kullanılan aktif hava örneklemeli duman dedektörleri ve projelendirme esasları

hakkında bilgileri aktarmıştık. Bu yayınımızda da Patlayıcı ortamlarda yangın ve gaz algılama sistemlerinin projelendirilmesi, malzeme seçimi ve uygulanması hakkında bilgileri sizlere aktaracağız.

Elektrik Mühendisliği hizmeti verilen alanların teknolojik gelişmelere paralel olarak hızla arttığı günümüzde, özellikle sanayide, elektrik enerjisinin yanı sıra, LPG, LNG ve Doğal Gaz kullanımında da artışlar görülmektedir. Bu kadar çok enerji kaynağı iç içe kullanılırken, normal çalışma veya arıza koşullarında tehlikeli ortamlar oluşabilmektedir. Burada tehlikeden kasıt, Yanıcı ve Patlayıcı Ortamlardır. Birçok çeşitliliği ve riskleri olan Patlayıcı Ortamlarda çalışırken daha dikkatli olunması ve gelişmelerin daha dinamik bir şekilde takip edilmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu noktada, Patlayıcı Ortam oluşabilecek işletmelerde çalışan, proje üreten, montajını yaptıran ve kontrol eden mühendislere ışık tutması amacıyla, yönetmelikler, standartlar ve ürünler göz önüne alınarak, Yangın ve Gaz Algılama Sistemleri hakkında genel bir bilgi oluşturulmuştur.

Patlayıcı ortam tanımı ve tehlikeli saha sınıflandırması

Normal atmosfer şartları altında havanın gaz, buhar, buğu veya toz hâlindeki yanıcı maddelerle yaptığı karışıma Patlayıcı Ortam, içinde cihazların yapılması, kurulması ve kullanılması için özel tedbirlerin alınmasını gerektirecek miktarlarda patlayıcı gaz veya toz ortamı bulunan veya bulunması beklenen bölgeye de Tehlikeli Bölge denir.

Patlayıcı ortam oluşabilecek yerlerde patlayıcı ortam oluşmasını önlemek, yapılan işlemlerin doğası gereği patlayıcı ortam oluşmasının önlenmesi mümkün değilse patlayıcı ortamın tutuşmasını önlemek esastır. Aşağıdaki şekilde gösterilen Patlama Üçgenindeki üç unsurdan birini bu ortamdan uzak tutmak yeterli olacaktır.

Şekil 1. Patlama Üçgeni

Yanıcı gaz, buhar veya tozun tehlikeli miktarlarda bulunabileceği alanlarda patlama riskini azaltmak için koruyucu tedbirler alınmalıdır. Tehlikeli bölgelerde kullanılan cihazların uygun şekilde seçilmesini ve kurulmasını sağlamak amacıyla söz konusu tehlikeli bölgelerin sınıflandırılması gerekmektedir. Tehlikeli Bölgelerin Sınıflandırılması dünyada yaygın olarak iki farklı görüşe göre yapılmaktadır. Birincisi Avrupa&IEC metoduna göre, ikincisi ise Kuzey Amerikan metoduna göre yapılmaktadır. Fakat ülkemizde yurt dışı kaynaklı projelerden dolayı her iki görüşün de kullanıldığı tesisler mevcuttur. Günümüzde ise TSE tarafından Aralık 2005'te yayınlanan TS 3491 EN 60079–10 standardı geçerlidir. Karşılaştırma açısından aşağıdaki tablo örnek olarak verilmiştir.

Tablo 1. Tehlikeli Bölge Sınıflandırması Karşılaştırma Tablosu

Tablo 1 'de her ne kadar bölgeler birbirine eşleşmiş görünse de Kuzey Amerikan metodu Zone1'e göre sertifika almış bir cihazı Division1'de kullandırtmaz. Avrupa Tehlikeli Bölgelere ZONE ismini vermiş, fakat TSE'nin ilgili standardındaki tariflerinde KUŞAK kelimesi kullanılmıştır. Bu tarifleri TS 3491 EN 60079–10 standardına göre açarsak;

Kuşak 0

İçinde gaz, buhar veya buğu hâlinde yanıcı maddelerin havayla karışımından meydana gelen patlayıcı gaz ortamının devamlı veya çok uzun süreli veya sıklıkla bulunduğu bölgedir.

Kuşak 1

İçinde gaz, buhar veya buğu hâlinde yanıcı maddelerin havayla karışımından meydana gelen patlayıcı gaz ortamının normal çalışmada ara sıra bulunduğu bölgedir.

Kuşak 2

İçinde gaz, buhar veya buğu hâlinde yanıcı maddelerin havayla karışımından meydana gelen patlayıcı gaz ortamının normal çalışmada ara sıra bulunması ihtimalinin zayıf olduğu, eğer bulunursa sadece çok kısa süreyle devam ettiği bölgedir.

Bu kuşak tarifleri Toz ortamlarda için de benzer ifadelerle tanımlanmış olup Kuşak 20, Kuşak 21 ve Kuşak 22 olarak adlandırılmıştır. Bölge sınıflandırması yanıcı malzemeler, prosesler ve teçhizat özellikleri hakkında bilgiye sahip olan kişiler tarafından emniyet, elektrik, makina ve diğer mühendislik personeline danışılarak yapılmalıdır. Bölge sınıflandırması; başlangıç proses ve enstrümantasyon hat şemaları ile başlangıç yerleşim planları mevcut ve teyitli iken ve tesisin ilk çalıştırılmasından önce yapılmalıdır. Tesisin ömrü boyunca gözden geçirmeler yapılmalıdır.

Bölge sınıflandırma, patlayıcı gaz ortamlarının meydana gelebileceği yerlerde, cihazların bu ortamda emniyetle kullanılabilmesini temin etmek üzere, cihazların seçilmesini ve montajını kolaylaştırmak amacıyla, gaz gruplarını ve sıcaklık sınıflarını dikkate alarak, ortamın analiz edilmesi ve sınıflandırılması metodudur. Bu gaz grupları ve sıcaklık sınıfları aşağıdaki tablolarda karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir.

Tablo 2. Gaz Grupları Karşılaştırma Tablosu

Tablo 3. Sıcaklık Sınıfları Karşılaştırma Tablosu

Yanıcı malzemelerin kullanıldığı çoğu pratik durumda, patlayıcı gaz ortamının hiçbir zaman oluşmamasını garanti etmek çok zordur. Cihazların hiçbir zaman ateşleme kaynağı oluşturmamasını sağlamak da zor olabilir. Bundan dolayı, patlayıcı gaz ortamlarının oluşma ihtimali yüksek olan yerlerde ateşleme kaynağı oluşturma ihtimali düşük olan cihazların kullanılmasına güvenilmelidir. Bunun tersine, patlayıcı gaz ortamının oluşma ihtimalinin düşürüldüğü yerlerde, daha az sıkı standartlara göre yapılmış cihazlar kullanılabilir. Tesisin veya tesis tasarımının basit bir incelemesi ile tesisin hangi bölümlerinin üç kuşak tarifine (Kuşak 0, 1 ve 2) eşitlenebileceğine karar verilmesi nadiren mümkün olabilir. Bundan dolayı, daha detaylı bir yaklaşıma ihtiyaç vardır ve bu da patlayıcı gaz ortamının temel oluşma ihtimalinin analizini içerir

İlk adım, bunun meydana gelme ihtimalinin Kuşak 0, Kuşak 1 ve Kuşak 2 tariflerine göre değerlendirilmesidir. Boşalmanın sıklık ve süresi (dolayısıyla derecesi), boşalma hızı, yoğunluk, hareket hızı, havalandırma ve kuşağın tipini ve/veya yayılma sınırlarını etkileyen diğer faktörler belirlendikten sonra, etraftaki bölgelerde patlayıcı gaz ortamının muhtemel varlığının tespit edilmesi için sağlam bir temel elde edilmiş olur.

Bundan dolayı bu yaklaşım yanıcı malzeme ihtiva eden, dolayısıyla boşalma kaynağı olabilen her proses cihazı için detaylı değerlendirme yapılmasını gerektirir. Buna göre hangi koruma tipindeki cihazın hangi bölgede kullanılabileceğini aşağıdaki karşılaştırmalı tablo izah etmektedir.

 

Tablo 4. Cihaz Sınıfları Karşılaştırma Tablosu

Patlayıcı ortamlardaki yangın ve gaz algılama sistemleri tesisatı

Elektrik tesisatının dikkatli tasarımlanması ile genellikle elektrikli cihazların birçoğunun daha az tehlikeli olan veya tehlikeli olmayan alanlara konulması mümkündür. Bir patlama meydana gelmesi için patlayıcı ortamın ve bir tutuşturma kaynağının birlikte bulunması gerekir. Koruyucu tedbirler, elektrik tesisatının bir tutuşturma kaynağı haline gelebilmesinin kabul edilebilecek seviyeye indirilmesine yardım eder. Kablo sistemleri ve yardımcı düzenleri, pratikte mümkün olduğunca mekanik hasara, korozyona veya kimyasal etkilere ve ısı etkilerine maruz kalmaları önlenecek konumlarda tesis edilmelidir. Bu yapının etkilenmesi önlenemiyorsa boru içinde tesisat yapılması gibi koruyucu önlemler alınmalı veya uygun kablolar seçilmelidir (örnek olarak mekanik hasar riskinin en aza indirilmesi, zırhlı, ekranlı kablolar kullanılabilir).

"i" Tipi Koruma, Kendinden Güvenlikli

 

Kendinden güvenlikli devrelerin tesisinde temel olarak farklı bir tesisat yapılması düşüncesi geçerlidir. Bütün diğer tesisat tiplerine kıyasla, tehlikeli çevrenin tutuşturulamayacağı biçimde tasarımlanmış tesisat sistemine verilen elektrik enerjisinin sınırlanmasına dikkat edilen yerlerde, kendinden güvenlikli devrenin kısa devre olması veya topraklanması halleri oluşsa da, diğer elektrik kaynaklarından enerji ile beslenmeye karşı korunmuş olmalıdır. Bu prensibin sonucu olarak kendinden güvenlikli devrelerin tesis edilmesi kurallarının hedefi, diğer devrelerden ayrılmanın sürdürülmesidir. Kuşak 1 ve 2 bölgelerinde kendinden güvenlikli devrelerin tesisinde, kendinden güvenlikli cihazlar ve bağlı cihazların kendinden güvenlikli bölümleri, en az IEC 60079-11'deki "ib" kategorisine uygun olmalıdır. Kuşak 0'daki kendinden güvenlikli tesisatta, kendinden güvenlikli cihazlar ve bağlı cihazlar IEC 60079-11'deki "ia" kategorisine uygun olmalıdır. Kendinden güvenlikli olan ve kendinden güvenli olmayan devreler arasında galvanik ayırma bulunan birleşik cihazlar tercih edilir. Devre (bütün basit bileşenleri, basit elektrikli cihazları, kendinden güvenlikli cihazları, birleşik cihazları ve ara bağlantı kablolarının izin verilen en büyük elektriksel parametrelerini ihtiva eden) "ia" kategorisinde olmalıdır.

Kendinden güvenlikli bir devre üç elemandan oluşmaktadır:

1. Güç kaynağı, kendinden güvenlikliliği sağlayan cihaz ve/veya bariyer.

2. Kablo

3. Patlayıcı ortam içersinde bulunan alet, ölçü hücresi gibi.

Kendinden güvenlikli devre ispatına göre Uo<ui, io<ii="" ve="" po<pi="" olmalıdır.="" <="" p="">

En büyük dış kapasitans (Co) ; Devredeki kapasitansın en büyük değeri.

En büyük dış endüktans (Lo) ; Devredeki endüktansın en büyük değeri.

En büyük giriş akımı (Ii) ; Kendinden güvenlikli devreler ile ilgili bağlantı elemanlarına uygulanabilen en büyük akım

En büyük giriş gücü (Pi) ; Bir dış kaynağa bağlandığında bir cihaz içinde harcanabilen devredeki en büyük giriş gücü.

En büyük giriş gerilimi (Ui) ; Kendinden güvenlikli devreler ile ilgili bağlantı elemanlarına uygulanabilen en büyük gerilim

En büyük iç kapasitans (Ci) ; Cihazın bağlantı elemanları arasında görülen cihazın toplam eş değer iç kapasitansı.

En büyük iç endüktans (Li) ; Cihazın bağlantı elemanları arasında görülen cihazın toplam eş değer iç endüktansı.

En büyük çıkış akımı (Io) ; Cihazın bağlantı elemanlarından alınabilen devredeki en büyük akım

En büyük çıkış gücü (Po) ; Cihazdan alınabilen devredeki en büyük elektrik gücüdür.

En büyük çıkış gerilimi (Uo) ; Kendinden güvenlikli bir devredeki en büyük çıkış gerilimi

 

Şekil 2. Kendinden Güvenlikli Devre örneği

 

Tablo 4. Güvenlik Değerleri Karşılaştırma Tablosu (ATEX)

"d" Tipi Koruma, Aleve Dayanıklı Muhafazalar

IEC 60079_1 'e uygun cihazların devresi daha sade ve basittir. Burada patlayıcı atmosferi ateşleyebilecek kısımlar, içindeki patlama basıncına dayanan ve patlamanın kendisini çevreleyen atmosfere yayılmasını engelleyen muhafazanın içine yerleştirilmiş olduğundan cihazın kablo girişinde kablo tipine uygun kablo rakorları kullanıldığında yeter şart sağlanmaktadır. Kablonun dış etkenlerden korunması için ilave tedbirler alınabilir. Bunlar, zırhlı kablo kullanmak ya da borulu tesisat olarak sıralanabilir. Borular tehlikeli bir alana girdiği ve çıktığı ve mahfazanın uygun bir koruma derecesi sağladığı (örneğin, IP54) mahfazalara komşu olduğu yerlerde durdurma kutuları ile birlikte sağlanmalıdır. Boru, bütün dişli bağlantılarında tamamen sızdırmaz olarak çekilmelidir.

 

Şekil 3. "d" Tipi Koruma ile Devre örneği

Patlayıcı ortamlardaki yangın ve gaz algılama cihazlarının seçimindeki ölçütler

Tehlikeli alanlarda uygun elektriksel malzeme seçimi için aşağıdaki bilgiler gerekir:

− Tehlikeli alanın sınıfı,

− İlgili gaz veya buharın sıcaklık sınıfı veya tutuşma sıcaklığı,

− Uygulanabilir olduğu yerde, elektriksel malzemenin grup veya alt grubuyla ilgili gaz ve ya buhar sınıfı,

− Dış etkiler ve ortam sıcaklığı. Bu bilgiler elde edildikten sonra tehlikeli bölgede kullanılacak cihazın sağlaması gereken asgari koşullar ortaya çıkmış olacaktır. Cihazlara ait bu bilgiler ise, cihazların etiketleri üzerindeki numaralandırma ve işaretler yardımıyla gösterilmekte aynı zamanda cihazların katalog sayfalarında belirtilmektedir.

 

Tablo 5. Cihaz Etiket Bilgileri

 

Şekil 4. Cihaz Etiket Örneği

Ülkemizde Sanayi ve Ticaret Bakanlığı tarafından 27.10.2002 tarih ve 24919 sayılı Resmi Gazetede yayınlanan Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat ile İlgili Yönetmelik (94/9AT) Avrupa Birliği direktiflerini referans almaktadır. Buna kısaca ATEX direktifi denmektedir. Bu direktiflerle gelişen sertifikasyon da ATEX Sertifikası olarak adlandırılmakta. Bu yönetmelik gereği ülkemizde Patlayıcı Ortamlarda kullanılacak ekipmanlarda ATEX sertifikası olma zorunluluğu gelmiştir. Bu yüzden patlayıcı ortamlarda kullanılan ekipmanların etiketinde ATEX ibaresi ve bu sertifikanın alındığı kuruluş ile sertifika numarası da olmak zorundandır. Yukarıdaki etiket örneğinde gösterilmiştir

Patlayıcı ortamlarla ilişkisi olmayan fakat standartların istediği su, toz, nem, dokunma gibi etkenlere karşı alınan önlemler için, "International Protection" kelimesinden kısaltılmış, simgesi IP olan, IP Koruma Sınıfları da tehlikeli ortamlarda kullanılan cihazlar için geçerlidir. IP işaretinden sonra gelen rakamların anlamı aşağıdaki tabloda kısaca özetlenmiştir.

 

Tablo 6. IP Koruma Sınıfları

Yangının duman, ısı ve alev gibi üç önemli etkisi ortaya çıkmaktadır. Patlayıcı ortamlarda yangın olayı öncesi, yanma koşulları oluşmadan biriken gazların algılanması ve bu aşamada ortamda gerekli önlemlerin alınması idealidir. Bu anlamda gaz algılama ve uyarma sistemlerinin patlayıcı ortamlarda kullanılması elzemdir. Patlayıcı ortamlarda oluşan yangınlarda yangının duman ve ısı etkisinden önce alev etkisi algılanabilir. Özellikle aşağıda belirtilen uygulamalarda alev dedektörleri ile yangın algılamanın ve gaz dedektörleri ile biriken gazların algılama sistemleri uygulaması yapılması gereklidir;

- Akaryakıt tesisleri (rafineriler, benzin istasyonları, dolum tesisleri)

- Boru hatları pompa istasyonları

- Uçak ve helikopter hangarları

- Otomotiv boya kabinleri - Madenler

- Arıtma tesisleri

- Gaz ulaşım ve dağıtım istasyonları

- Mühimmat üretim ve depolama alanları v.b. yüksek yanıcı malzeme ve gazlar bulunan mekanlar

Bu ortamlarda yangını en erken şekilde algılamak için kullanılan alev detektörleri, ortamdaki alevi algılar ve hızlı bir biçimde cevap verir. Alev dedektörlerinde alevin mor ötesi (UV), kızıl ötesi (IR) ve mor ötesi/kızıl ötesi birlikte (UV/IR) gibi etkilerini algılayan sensör yapıları olmakla birlikte, ortamdaki değişik dalga boylarındaki ışık etkilerinin yanlışlıkla algılanması durumu ile karşılaşılabilmektedir. Bu durumun yaşanmadığı IR3 alev dedektörlerinde, 3 adet IR sensör üç değişik kızılötesi dalga boyunda karşılaştırma yaptığı için asılsız alarmlar engellenmiş olur. Ani alev parlamalarında yaklaşık 2 ile 30 saniye içerisinde sinyal verirler. 4-20 mA çıkışları olduğu gibi ve mahaldeki alev büyüklüğüne göre farklı iki sevide de alarm ve hata bilgisi verebilirler.

Yukarıda belirtilen ortamlarda patlayıcı gaz seviyesini pelistör ve optik prensiple algılayan dedektörler, zehirleyici gazları algılamak üzere de elektrokimyasal dedektörler kullanılmaktadır.

 

Şekil 5. Alt ve üst patlama sınırları

 

Uygulama Örnekleri

Su kuyuları patlayıcı ve zehirleyici gaz algılaması ve merkezi izleme sistemine ilişkin örnek çalışma

 

Kampüs fabrikalar doğalgaz kullanım noktaları algılama ve merkezi izleme sistemi örnek uygulaması

 

Değerli Çözüm Ortağımız,

Bu aylık bu kadar, önümüzdeki yayınımızda, yangın algılama ve alarm sistemlerinde kullanılan kabloların seçimi, kablo tesisatları ve hat koruması hakkında sizleri bilgilendireceğiz. Sorularınız ve merak ettiğiniz konularda bizleri arayabileceğinizi hatırlatır, çalışmalarınızda başarılar dileriz.

Saygılarımızla..