Yanıcı Maddeler ve Sınıflandırılması

Yanıcı maddelerin doğru şekilde sınıflandırılması,
patlayıcı ortam risklerinin belirlenmesi
ve uygun Ex-proof ekipman seçimi açısından büyük önem taşır.

Yanıcı ve Yanıcı Olmayan Maddeler

• Yanıcı maddeler:
  Kömür, kağıt, benzin, doğal gaz ve hidrojen gibi tutuşabilen maddelerdir.
• Yanıcı olmayan maddeler:
  Beton, kum, metal, su ve azot gibi normal koşullarda yanmayan maddelerdir.

Maddelerin değerlendirilmesinde yalnızca kimyasal özellikleri değil,
bulundukları fiziksel form ve ortam koşulları
da dikkate alınmalıdır.

Ekipman ve Yanıcı Maddelerin Sınıflandırılması

Patlayıcı ortamlarda kullanılan ekipmanlar ve yanıcı maddeler,
EN IEC 60079 standart serisinde tanımlanan gruplara
göre sınıflandırılır. Bu sınıflandırma, ekipmanın kullanılacağı ortamın
doğru şekilde belirlenmesini sağlar.

• Grup I:
  Maden ocakları ve madencilik uygulamalarında kullanılan ekipmanları kapsar.
• Grup II:
  Yanıcı gaz veya buhar bulunan madencilik dışı uygulamaları kapsar.
  Grup II; IIA, IIB ve IIC alt gruplarına ayrılır.
• Grup III:
  Yanıcı toz bulunan madencilik dışı uygulamaları kapsar.
  Grup III; IIIA, IIIB ve IIIC alt gruplarına ayrılır.

A, B ve C alt gruplarının belirlenmesinde kullanılan kriterler için
Patlayıcı Atmosferin Tutuşması
bölümündeki açıklamalar dikkate alınmalıdır.

IIIA, IIIB ve IIIC Toz Gruplarının Sınıflandırılması

Yanıcı Uçucu Maddeler Nedir?

Yanıcı uçucu maddeler, normal çalışma veya ortam koşullarında
buharlaşarak hava ile birlikte
yanıcı veya patlayıcı bir atmosfer oluşturabilen maddelerdir.

İletken Toz Nedir?

İletken tozlar, elektriksel iletkenlik özellikleri nedeniyle elektrikli
ekipmanlar üzerinde ilave risk oluşturabilen yanıcı tozlardır.
Bu nedenle tozlu patlayıcı ortamlarda ekipman seçimi yapılırken
tozun elektriksel özelliklerinin de değerlendirilmesi gerekir.

Patlama Sınırları Nedir?

Yanıcı gazların, buharların veya tozların hava içerisindeki konsantrasyonu,
bir patlamanın meydana gelip gelemeyeceğini belirleyen temel faktörlerden biridir.

• Patlamalar yalnızca ilgili yanıcı maddeye özgü
  patlama sınırları içerisinde
  meydana gelebilir.
• Yanıcı tozlarda havadaki konsantrasyon; çökelme, birikme ve yeniden
  havaya karışma nedeniyle önemli ölçüde değişebilir.
• Atmosferik olmayan basınç ve sıcaklık koşullarında patlama sınırlarında
  farklılıklar meydana gelebilir.

Alt Patlama Sınırı (LEL) ve Üst Patlama Sınırı (UEL)

Alt Patlama Sınırı (LEL – Lower Explosive Limit),
yanıcı bir gaz veya buharın hava içerisindeki patlayabilir en düşük
konsantrasyonunu ifade eder.

Üst Patlama Sınırı (UEL – Upper Explosive Limit)
ise patlamanın mümkün olduğu en yüksek konsantrasyonu belirtir.

Patlayıcı Atmosferde Tehlikeli Miktar

Patlayıcı atmosferin miktarı, yapılacak
patlama riski değerlendirmesinde
önemli kriterlerden biridir.

• Oda hacminden bağımsız olarak yaklaşık
  10 litre patlayıcı atmosfer
  tehlikeli miktar olarak değerlendirilebilir.
• Küçük hacimli alanlarda oda hacminin
  10.000’de biri (%0,01)
  seviyesindeki patlayıcı atmosfer miktarı dahi dikkate alınmalıdır.
• Patlayıcı atmosferin insanların doğrudan yakınında oluşması durumunda
  daha küçük miktarlar da kritik olabilir.

Patlayıcı Atmosfer Örneği: Benzin

Benzinin Buharlaşması ve Patlama Riski

Benzin, yüksek uçuculuğu nedeniyle küçük miktarlarda dahi önemli miktarda
yanıcı buhar meydana getirebilir. Benzin buharının hava ile uygun oranlarda
karışması durumunda patlayıcı atmosfer oluşabilir.

• Patlama sınırları:
  yaklaşık %0,6 – %8,0 hacimsel konsantrasyon.
• 1 litre sıvı benzin,
  yaklaşık 196 litre benzin buharı oluşturabilir.
• LEL konsantrasyonunda yaklaşık
  32.700 litre patlayıcı atmosfer
  meydana gelebilir.
• UEL konsantrasyonunda yaklaşık
  2.450 litre patlayıcı atmosfer
  meydana gelebilir.
• Yaklaşık 0,3 ml sıvı benzin
  dahi uygun koşullarda yaklaşık
  10 litre patlayıcı atmosfer
  oluşturabilir.

Bu örnek, yanıcı sıvıların çok küçük miktarlarının dahi kapalı veya
yetersiz havalandırılan alanlarda neden ciddi bir
patlama ve yangın riski
oluşturabileceğini göstermektedir.

2. Patlayıcı Bir Ortamın Tutuşması

Patlayıcı Ortamlarda Potansiyel Tutuşma Kaynakları

Patlayıcı atmosferlerde yangın veya patlamanın meydana gelebilmesi için
yanıcı madde ve oksijenin yanı sıra yeterli enerjiye sahip bir
tutuşma kaynağının bulunması gerekir.
Endüstriyel tesislerde karşılaşılabilecek başlıca tutuşma kaynakları şunlardır:

• Sıcak yüzeyler
• Alevler ve sıcak gazlar
• Mekanik olarak oluşan kıvılcımlar
• Elektrik tesisatları
• Elektriksel dengeleme akımları ve katodik koruma sistemleri
• Statik elektrik
• Yıldırım
• Elektromanyetik dalgalar (10⁴ – 3 × 10¹¹ Hz)
• Elektromanyetik dalgalar (3 × 10¹¹ – 3 × 10¹⁵ Hz)
• İyonlaştırıcı radyasyon
• Ultrasonik ses
• Adyabatik sıkıştırma ve şok dalgaları
• Ekzotermik reaksiyonlar ve tozların kendiliğinden tutuşması

Sıcak Yüzeylerin Tutuşma Riski

Sıcak Yüzeyler Hangi Durumlarda Oluşabilir?

• Elektrikli ekipmanlarda, örneğin aydınlatma armatürlerinde
  ve mekanik ekipmanlarda, örneğin pompalarda
• Normal çalışma sırasında; örneğin ısı transfer yağı, iz ısıtma
  sistemleri veya buhar hatlarında
• Arıza durumlarında; örneğin yataklarda veya motor sargılarında
• Kaynak, delme ve taşlama gibi bakım çalışmaları sırasında
• Yetersiz yağlama veya kuru çalışma gibi yetersiz izleme durumlarında

Sıcak Yüzey Nedeniyle Tutuşma Ne Zaman Meydana Gelir?

• Yüzey sıcaklığının gaz, buhar veya toz bulutunun
  tutuşma sıcaklığını aşması durumunda
• Yanıcı toz tabakalarında korlaşma veya kızışma meydana geldiğinde

Yanıcı gazlar ve buharlar, sahip oldukları tutuşma sıcaklıklarına göre
farklı sıcaklık sınıflarına ayrılır.

Tutuşma Sıcaklığı Nedir?

Tutuşma sıcaklığı, yanıcı bir gazın, buharın veya başka
bir yanıcı maddenin harici bir alev veya kıvılcım olmadan sıcak bir yüzey
tarafından tutuşturulabildiği sıcaklıkla ilişkilidir.
Patlayıcı ortamlarda ekipman seçiminde bu değer kritik öneme sahiptir.

Gazlar İçin Sıcaklık Sınıfları

Yanıcı gazlar ve buharlar, tutuşma sıcaklıklarına göre
sıcaklık sınıflarına ayrılır.

• Sınıflandırma, yanıcı maddenin spesifik tutuşma sıcaklığına bağlıdır.
• Gaz ve buharlar için T1, T2, T3, T4, T5 ve T6
  sınıfları kullanılır.
• Yanıcı tozlar T1–T6 sıcaklık sınıflarına göre sınıflandırılmaz.
  Tozlu ortamlarda gerçek yüzey sıcaklıkları ve tozun tutuşma özellikleri dikkate alınır.

Sıcaklık Sınıfları Örnekleri

Sıcaklık Sınıfları ve Ex Ekipman Seçimi

Örnek: Solvent Depolama Alanı

Yanıcı bir madde, örneğin T4 sıcaklık sınıfı ile
karakterize edilebilir. T4 sınıfında ilgili ekipman için maksimum yüzey
sıcaklığı 135 °C ile ilişkilidir.

Bu nedenle yanıcı maddenin tutuşma sıcaklığı ile ekipmanın ulaşabileceği
maksimum yüzey sıcaklığı birlikte değerlendirilmelidir.

Örnek: Ex-Proof Armatür

Ex ekipmanlar izin verilen maksimum yüzey sıcaklıklarıyla karakterize edilir.
Örneğin T4 sınıfındaki bir ekipmanın maksimum yüzey sıcaklığı
135 °C’yi aşmamalıdır.

Yanıcı Tozların Özellikleri

Küçük yanıcı toz parçacıkları endüstriyel ortamlarda iki temel şekilde
bulunabilir:

• Havada dağılmış yanıcı toz bulutu
• Yüzeylerde birikmiş yanıcı toz tabakası

Tozun görünüm şekli, parçacık boyutu ve diğer fiziksel özellikleri
tutuşma davranışını ve tutuşma sıcaklığını etkileyebilir.

Toz Tabakasının Tutuşma Sıcaklığı

Toz Bulutunun Tutuşma Sıcaklığı

Yanıcı Tozlarda Yüzey Sıcaklığı ve Ekipman Seçimi

Örnek: Un Paketleme Tesisi

Yanıcı tozların bulunduğu ortamlarda iki farklı tutuşma sıcaklığının
dikkate alınması gerekir:

• Toz tabakasının tutuşma sıcaklığı
  (örneğin T_{5 mm} = 300 °C)
• Toz bulutunun tutuşma sıcaklığı
  (örneğin T_CL = 460 °C)

Örnek: Tozlu Alan İçin Ex-Proof Armatür

Tozlu tehlikeli alanlarda kullanılacak ekipmanlar
gerçek maksimum yüzey sıcaklığı ile işaretlenir.
Ekipman seçilirken gerekli güvenlik payları dikkate alınmalıdır.

Elektrik Tesisatlarında Tutuşma Kaynakları

Elektrik tesisatları patlayıcı ortamlarda başlıca iki şekilde
tutuşma kaynağı oluşturabilir:

• İzin verilen değerin üzerinde sıcak yüzey oluşması
• Tutuşmaya yeterli enerjiye sahip elektrik kıvılcımlarının oluşması

Elektrik kıvılcımı ile tutuşma riski değerlendirilirken yanıcı gaz ve
buharlar, ihtiyaç duydukları tutuşma enerjilerine ve özelliklerine göre
gaz gruplarına ayrılır.

Gaz Grupları ve Tutuşma Enerjileri

Tutuşma Enerjileri ve Ex Ekipman

Örnek: Hidrojen Soğutmalı Elektrik Santrali Jeneratörü

Bazı elektrik santrali jeneratörleri hidrojen ile soğutulur.
Hidrojen, IIC gaz grubunda değerlendirilir ve oldukça düşük
bir tutuşma enerjisine sahiptir.

Bu nedenle hidrojen bulunan ortamlarda kullanılan elektrikli ekipmanların,
çok düşük enerjili kıvılcımların dahi tutuşmaya yol açabileceği dikkate
alınarak seçilmesi gerekir.

Örnek: Kendinden Emniyetli Bariyer

Kendinden emniyetli bariyerler devredeki gerilim, akım ve
gücü sınırlandırarak kıvılcım enerjisinin tehlikeli seviyelere ulaşmasını
önlemeye yardımcı olur.

Uygun şekilde tasarlanmış bir sistemde oluşabilecek kıvılcım enerjisi,
IIC grubundaki yanıcı maddelerin tutuşturulması için gereken seviyenin
altında tutulur.

Mekanik Olarak Oluşan Kıvılcımlar

Mekanik Kıvılcımlar Hangi Durumlarda Oluşabilir?

• Yabancı parçacıkların hareketli parçalara girmesi durumunda;
  örneğin değirmene taş veya vantilatöre vida girmesi
• Bakım, onarım veya montaj sırasında el aletlerinin kullanılması sonucunda

Oksitlenebilir malzemelerin bulunduğu durumlarda veya yoğun
kıvılcım yağmuru oluşması halinde tutuşma riski artabilir.

Statik Elektrik ve Patlama Riski

Statik elektrik, elektrik yüklerinin bir yüzeyde veya
malzeme üzerinde birikmesi sonucu ortaya çıkabilir. Patlayıcı atmosferlerde
bu yüklerin ani boşalması tutuşma kaynağı oluşturabilir.

Statik Elektrik Hangi Durumlarda Oluşabilir?

• Tesislerin normal çalışması sırasında; örneğin rulolar üzerinden geçen
  folyolarda veya borular içerisinde hareket eden sıvılarda
• Yüzeylerin silinmesi gibi temizlik çalışmaları sırasında
• İnsanların yürümesi sırasında
• Malzemelerin temas etmesi, ayrılması, aktarılması veya sürtünmesi sırasında

Patlayıcı ortamlarda statik elektrik kaynaklı risklerin azaltılması için
uygun topraklama, eşpotansiyel bağlantı ve elektrostatik yük kontrolü
yöntemlerinin uygulanması önemlidir.

3. Patlamaların Etkileri

Patlamaların Karakteristik Değerleri

Patlayıcı gaz, buhar veya toz karışımlarının davranışı,
uygun test düzeneklerinde yapılan deneylerle belirlenebilir.
Bu deneyler, patlamanın şiddetini ve yayılma özelliklerini anlamak açısından önemlidir.

Patlama Deneylerinde İncelenen Temel Değerler

• Yayılma hızı
• Patlama basıncı
• Basınç artış hızı
• Küçük açıklıklardan patlamanın yayılma davranışı

Açıklıklardan Patlama Yayılımı

Bir patlama sırasında oluşan sıcak gazlar ve alevler,
ekipman üzerindeki açıklıklar veya birleşim yüzeyleri üzerinden çevreye yayılabilir.
Bu davranış, özellikle alev sızdırmaz Ex ekipmanların
tasarımında kritik öneme sahiptir.

Açıklık Genişliği ve Gaz Grupları

Farklı yanıcı gaz ve buharlarla yapılan tutuşturma deneyleri,
patlamaların maddeye özgü belirli açıklık genişliklerinden geçebildiğini göstermektedir.

Bu özellik, yanıcı gaz ve buharların
Maksimum Deneysel Güvenli Aralık (MESG – Maximum Experimental Safe Gap)
değerlerine göre sınıflandırılmasında kullanılır.

MESG değeri, özellikle IIA, IIB ve IIC gaz gruplarının
belirlenmesi ve uygun Ex ekipmanın seçilmesi açısından önemli bir kriterdir.

MESG Nedir?

MESG (Maximum Experimental Safe Gap), kontrollü deney koşullarında
bir patlamanın belirli bir açıklıktan geçerek dış ortamda bulunan patlayıcı karışımı
tutuşturmasını önleyen sınır açıklık değeriyle ilişkilidir.

Yanıcı gazların farklı MESG değerlerine sahip olması nedeniyle gazlar,
patlama davranışlarına göre IIA, IIB ve IIC gruplarına ayrılır.

Gaz Grupları ve MESG Örnekleri

Yanıcı gazların MESG değerleri birbirinden farklıdır.
Bu farklılık, gazların IIA, IIB veya IIC grubuna dahil edilmesinde temel kriterlerden biridir.

IIA, IIB ve IIC Gaz Gruplarının Sınıflandırılması

Patlayıcı gaz atmosferlerinde ekipman seçimi yapılırken gaz grubu büyük önem taşır.
Grup sınıflandırması, gazların tutuşma ve patlama davranışlarına göre yapılır.

• IIA:
  Görece daha yüksek MESG değerine sahip gaz ve buharları kapsar.
• IIB:
  IIA grubuna göre daha düşük MESG değerine sahip maddeleri kapsar.
• IIC:
  En düşük MESG değerlerine sahip, daha zorlayıcı gaz ve buharları kapsar.

Genel olarak ekipmanın gaz grubu uygunluğu arttıkça,
daha zorlayıcı patlayıcı atmosferlerde kullanılabilme kabiliyeti de artar.

MESG ve Ex Ekipman Seçimi

MESG değeri yalnızca yanıcı maddenin sınıflandırılması için değil,
aynı zamanda uygun Ex-proof ekipmanın seçilmesi için de kullanılır.
Ekipmanın birleşim yüzeyleri, patlamanın dış atmosfere iletilmesini önleyecek şekilde tasarlanır.

Örnek: Çözücü Depolama Alanı

Bir çözücü veya yanıcı gaz, sahip olduğu MESG değerine göre belirli bir
gaz grubunda sınıflandırılır. Örneğin bazı maddeler
IIC grubuna dahil olabilir.

IIC grubundaki maddelerde sıcak gazlar ve alevler
çok dar açıklıklardan dahi geçebileceği için,
ekipman birleşim yüzeylerinin tasarımı son derece önemlidir.

Örnek: Alev Sızdırmaz Ex-Proof Armatür

Alev sızdırmaz Ex ekipmanlar, iç hacimde meydana gelebilecek
bir patlamayı muhafaza içerisinde kontrol altında tutacak şekilde tasarlanır.

Gövde ve kapak arasındaki birleşim yüzeyleri, sıcak gazların ve alevlerin
dışarı çıkarken yeterince soğumasını sağlayarak çevrede bulunan
patlayıcı atmosferin tutuşturulmasını önlemeye yardımcı olur.

Örneğin IIC grubuna uygun bir alev sızdırmaz armatür,
birleşim aralıkları ve alev yolu tasarımı bakımından IIC gaz grubunun
gerektirdiği koşullara uygun olarak tasarlanmalıdır.