sm-88-2023

MAKALE
parçalayacak düzeye ulaşırsa, serbestleşen basınçlı gaz
3. Toz Patlamalarının Oluşumu dalgaları ortamdaki yüzeyler üzerinde (zemin, yan duvarlar,
ekipmanlar, borular vb.) tabakalaşmış olan tozları
Yanma, yanıcı maddenin ısı ve oksijenle birleşmesi sonucu
oluşan, ısı veren (ekzotermik) bir oksidasyon reak-
Şekil havalandırarak 2 – Yangın Üçgeni tesisin ve Toz diğer Patlaması kesimlerine Beşgeni. doğru taşımaktadır.
durumda Bu süreçte kalması basınçlı yanma olayının gaz dalgasını ivmelenmesini, takip eden hacmin alev sınırlandırılması
Tozun havada asılı
siyonudur. Yanmanın oluşması için “Yangın Üçgeni” ile
(kapalı alan) ise basıncın dalgasının hızla havalanmış yükselmesini toz sağlamaktadır. bulutunu ateşlemesi Ayrıca bir “İkincil patlama oluşabilmesi için
tasvir edilen üç ana etkenin (yanıcı madde,
havada
oksijen
asılı
ve
kalan
ısı
Patlama” toz konsantrasyonunun olayını meydana patlama getirmektedir sınırları (Şekil arasında 3). Çoğu olması gerekmektedir.
kaynağı) bir arada bulunması gerekir (Şekil
Kısmen
2’a).
sınırlandırılmış
Patlama
ise belli orandaki yanıcı madde – oksijen patlama karışımının meydana daha ge>receği şiddetli unutulmamalıdır ve yıkıcı olmaktadır. [2,5]. İkincil patlamanın
zaman bir ikincil alanda patlamalar oluşan bir birincil toz bulutunun patlamalara da tutuşması oranla çok halinde şiddetli bir
tutuşturma kaynağı ile temasa geçmesi ve yanıcı maddenin
hızla yanması sonucu bir şok dalgası
oluşturduğu basınç dalgasının yayılarak tesisin diğer
İşletmelerde
oluşturması ile
meydana gelen toz patlamaları birincil (primer) ve ikincil (sekonder) patlama
bölümlerinde birikmiş olan tozları havalandırdığı ve
seyreden kimyasal reaksiyondur.
olmak üzere iki grupta incelenmektedir. Birincil patlaması, toz bulutunun kapalı bir alan
(silolar, depolar, kovalı elevatörler, siklonlar, olayın Domino değirmenler, Etkisi elekler, ile yayıldığı kurutucular, pnöma>k
taşıyıcılar vb. ekipmanlar) içinde herhangi durumlar bir tutuşturucu da mevcuttur kaynak [2,3,10]. ile (yavaş yanan veya yanan
toz, açık alev, sıcak yüzeyler, mekanik darbe ve sürtünmeden kaynaklanan ısı, elektrosta>k
deşarj ve arklar, vb.) teması sonucu oluşan patlamalardır [10].
Eğer birincil patlama sonucu oluşan basınç, içinde gerçekleş>ği kapalı hacmi parçalayacak
düzeye ulaşırsa, serbestleşen basınçlı gaz dalgaları ortamdaki yüzeyler üzerinde (zemin, yan
duvarlar, ekipmanlar, borular vb.) tabakalaşmış olan tozları havalandırarak tesisin diğer
kesimlerine doğru taşımaktadır. Bu süreçte basınçlı gaz dalgasını takip eden alev dalgasının
havalanmış toz bulutunu ateşlemesi “İkincil Patlama” olayını meydana ge>rmektedir (Şekil 2).
Çoğu zaman ikincil patlamalar birincil patlamalara oranla çok daha şiddetli ve yıkıcı olmaktadır.
İkincil patlamanın oluşturduğu basınç dalgasının yayılarak tesisin diğer bölümlerinde birikmiş
Şekil 2 - Yangın Üçgeni ve Toz Patlaması olan Beşgeni. tozları havalandırdığı ve olayın Domino Etkisi ile yayıldığı durumlar da mevcu~ur [2,3,10].
Şekil 2 Şekil – Yangın 2 – Yangın Üçgeni Üçgeni ve Toz ve Patlaması Toz Patlaması Beşgeni. Beşgeni.
ozun havada havada asılı durumda asılı durumda kalması kalması yanma yanma olayının olayının ivmelenmesini, hacmin hacmin sınırlandırılması
Toz patlaması için yangın üçgeni dışında iki bileşene
lı kapalı alan) alan) ise basıncın ise basıncın hızla yükselmesini hızla yükselmesini sağlamaktadır. Ayrıca Ayrıca bir patlama bir patlama oluşabilmesi oluşabilmesi için için
daha ihtiyaç duyulur. Bu iki bileşen tozun havada asılı
a avada asılı kalan asılı halde kalan toz kalması konsantrasyonunun toz ve toz bulutunun belirli patlama bir patlama hacim sınırları içinde sınırları arasında arasında olması olması gerekmektedir.
n ısmen sınırlandırılmış (kapalı alan) bir sınırlandırılmasıdır. alanda bir alanda oluşan oluşan bir “Yangın toz bir bulutunun toz Üçgeni”ne bulutunun da tutuşması da tutuşması halinde halinde şiddetli şiddetli bir bir
atlama a meydana meydana iki bileşenin ge>receği ge>receği eklenmesi unutulmamalıdır ile Şekil 2b’de [2,5]. yer alan [2,5]. “Toz Patlaması
Beşgeni” meydana gelir [2].
şletmelerde elerde meydana meydana gelen gelen toz patlamaları toz patlamaları birincil birincil (primer) (primer) ve ikincil ve ikincil (sekonder) (sekonder) patlama patlama
Tozun havada asılı durumda kalması yanma olayının
lmak üzere üzere iki grupta iki grupta incelenmektedir. Birincil Birincil toz patlaması, toz patlaması, toz bulutunun toz bulutunun kapalı kapalı bir alan bir alan
ivmelenmesini, hacmin sınırlandırılması (kapalı alan)
silolar, depolar, depolar, ise basıncın kovalı kovalı elevatörler, hızla elevatörler, yükselmesini siklonlar, siklonlar, sağlamaktadır. değirmenler, değirmenler, Ayrıca elekler, elekler, kurutucular, kurutucular, pnöma>k pnöma>k
aşıyıcılar ılar vb. ekipmanlar) bir vb. patlama ekipmanlar) oluşabilmesi içinde içinde herhangi için herhangi havada bir tutuşturucu asılı bir kalan tutuşturucu toz kaynak konsantrasyonunun
alev, sıcak sıcak yüzeyler, yüzeyler, patlama mekanik mekanik sınırları darbe arasında darbe ve sürtünmeden olması ve gerek-
kaynaklanan aşamalar kaynaklanan [10]. ısı, elektrosta>k ısı, elektrosta>k
Şekil kaynak ile 2- Şekil (yavaş Toz ile patlamasında 3 (yavaş - yanan Toz patlamasında yanan veya birincil yanan veya ve yanan birincil ikincil aşamalar ve ikincil [10].
çık oz, alev, açık
j eşarj ve arklar, ve mektedir. arklar, vb.) teması vb.) Kısmen teması sonucu sınırlandırılmış sonucu oluşan oluşan patlamalardır bir alanda 4. Tozların oluşan [10]. Patlama bir [10]. Parametreleri
toz bulutunun da tutuşması halinde şiddetli bir patlama
birincil ğer birincil patlama patlama sonucu sonucu oluşan oluşan basınç, basınç, içinde Yanıcı içinde gerçekleş>ği tozların gerçekleş>ği patlama kapalı parametrelerinin kapalı hacmi hacmi parçalayacak parçalayacak
belirlenmesi, patlayıcı ortamlarda yapılacak risk
meydana getireceği unutulmamalıdır [2,5].
e üzeye ulaşırsa, ulaşırsa, serbestleşen serbestleşen basınçlı basınçlı gaz dalgaları gaz dalgaları değerlendirme ortamdaki ortamdaki yüzeyler çalışmaları yüzeyler 4. Tozların üzerinde sırasında üzerinde (zemin, Patlama ve (zemin, alınacak yan yan önlemler tespit edilirken (tesislerin
İşletmelerde meydana gelen toz patlamaları birincil
uvarlar, ekipmanlar, (primer) ekipmanlar, ve borular ikincil borular (sekonder) vb.) tabakalaşmış vb.) patlama tabakalaşmış olmak olan üzere olan tozları iki tozları havalandırarak Parametreleri
tesisin tesisin diğer diğer
esimlerine doğru grupta doğru taşımaktadır. incelenmektedir. taşımaktadır. Bu Birincil süreçte Bu süreçte toz basınçlı patlaması, basınçlı gaz toz dalgasını gaz bulutunun
bulutunu toz kapalı bulutunu ateşlemesi bir alan ateşlemesi (silolar, “İkincil depolar, “İkincil Patlama” kovalı Patlama” elevatörler, olayını olayını meydana meydana Yanıcı ge>rmektedir tozların patlama (Şekil (Şekil parametrelerinin 2). 2). belirlen-
dalgasını takip takip eden eden alev dalgasının alev dalgasının
avalanmış toz
zaman oğu zaman ikincil siklonlar, ikincil patlamalar değirmenler, patlamalar birincil birincil elekler, patlamalara patlamalara kurutucular, oranla oranla pnömatik çok daha çok daha şiddetli mesi, şiddetli patlayıcı ve yıkıcı ve yıkıcı ortamlarda olmaktadır. olmaktadır. yapılacak risk değerlendirme
diğer bölümlerinde çalışmaları sırasında birikmiş birikmiş ve alınacak önlemler
kincil patlamanın patlamanın taşıyıcılar oluşturduğu oluşturduğu vb. ekipmanlar) basınç basınç dalgasının içinde dalgasının herhangi yayılarak bir yayılarak tutuşturucu
kaynak ile ve (yavaş olayın ve olayın yanan Domino veya Domino Etkisi yanan Etkisi ile toz, yayıldığı ile açık yayıldığı alev, durumlar durumlar tespit da edilirken mevcu~ur da mevcu~ur (tesislerin [2,3,10]. [2,3,10]. boyutlandırılması, ekip-
tesisin tesisin diğer
ozları lan tozları havalandırdığı
sıcak yüzeyler, mekanik darbe ve sürtünmeden kaynaklanan
ısı, elektrostatik deşarj ve arklar, vb.) teması toz patlamalarının etkilerini tahmin edebilmek için
man seçimi vb.) önem taşımaktadır. Birçok ülkede
sonucu oluşan patlamalardır [10]. Eğer birincil patlama laboratuvar testlerinden yararlanılmaktadır. Ancak,
sonucu oluşan basınç, içinde gerçekleştiği kapalı hacmi
değerlendirme aşamasında laboratuvar test sonuçlarının
gerçek ortam şartlarını tam olarak yansıtmayacağı
da dikkate alınmalıdır. Söz konusu parametreler aşağıda
açıklanmıştır:
Minimum Patlayıcı Toz Konsantrasyonu (Minimum
Explosiv Dust Concentration), MTK, (g/m 3 ):
Toz bulutunun patlayabilmesi için havada asılı kalması
gereken minimum toz miktarını ifade eder. Alt
limit genellikle 30 – 40 g/m 3 ’tür. Ancak bu değer toz
malzemenin gaz/buhar gibi homojen bir dağılım göstermemesi
nedeniyle etkin olarak kullanılmamaktadır.
NFPA 654 standardına göre, minimum patlayıcı
konsantrasyonun %25’i kadar altında toz içeren ortamlar
toz patlama riski açısından güvenlidir.
Sınırlanmış Oksijen Konsantrasyonu (Limiting Oxygen
Concentration), LOK, (%): Toz bulutunda patlama
oluşturmayacak en yüksek oksijen konsantrasyonu değeridir.
Genel olarak toz ne kadar kuru ve inceyse bu
değer o kadar düşüktür. Tozun türüne göre, LOK değeri
% 2 - % 15 arasında değişmektedir. Organik tozlarda,
karbondioksit veya azot verilerek yapılan inertleme çalışmalarında
hedeflenen LOK değeri %8’dir.
Minimum Tutuşma Enerjisi (Minimum
Ignition Energy), MTE, (mJ):
Havadaki toz bulutunun elektrik ve
elektrostatik deşarjlara karşı duyarlılığını
ölçmeye yönelik bir parametredir.
Genel olarak 25 mJ’den düşük MTE
değerine sahip tozların patlama riski olduğu
kabul edilir. Yüksek ortam sıcaklığı
ve düşük nem oranı MTE değerinin
azalmasına, dolayısıyla toz karışımının
patlama riskinin artmasına neden olur.
Minimum Tutuşma Sıcaklığı (Minimum
Ignition Temperature), MTS,
(°C): Optimum toz-hava karışımının
tutuşması için gerekli minimum sıcaklıktır.
Genel olarak, toz partikül büyüklüğü
ve konsantrasyonu arttıkça MTS
değerinin azalacağı söylenebilir. Basınç
yükseldikçe MTS değeri düşer. Bu
parametre tesis içinde kullanılan motor,
rulman, V kayışı, fırın vb. ısınan
elemanların oluşturabileceği riskleri
öngörmeye yarar.
Kendi Kendine Tutuşma Sıcaklığı
(Auto İgnition Temperature), KTS,
(°C): Belirli test koşulları altında, toz
tabakasının kendi kendine tutuşmasını sağlayacak minimum
yüzey sıcaklığıdır.
Maksimum Patlama Basıncı (Maximum Explosion
Pressure), P max, (bar): Belirli test koşulları altında
kapalı bir deney kabında toz bulutunun patlaması sonucu
oluşan maksimum basınçtır.
Toz Patlama Sabiti (Dust Explosion Constant), K St ,
(bar.m/sn): Kapalı bir kapta toz bulutunun patlaması esnasında
oluşan basıncın maksimum artış hızı olarak tanımlanır.
K St değeri toz patlama şiddetinin bir göstergesi
olup, deneyin yapıldığı kabın hacmine bağlıdır. Kabın
hacmi arttıkça azalır. K St değeri Bartknecht tarafından
ortaya atılan küp kök yasası ile hesaplanmaktadır.
K St = (dP/dt) max • V 1/3
Bu eşitlikte;
K St : Toz patlama sabiti (bar.m/sn)
V : Test kabının hacmi (m 3 ),
(dP/dt) max : Birim zamanda maksimum basınç artış
hızıdır (bar/sn).
Laboratuvar çalışmalarında, Maksimum Patlama Basıncı
(Pmax) ve Toz Patlama Sabiti (K St ); 1m 3 hacmindeki
ISO deney kabı ve/veya 20 lt hacmindeki
Çizelge 1 KSt değerine göre toz patlama sınıfları.
Toz Patlama
Sınıfı
K St
(bar.m/sn)
Patlayıcılık
Karakteri
St 0 0 Patlayıcı
değil
St 1 0 < K St
≤ 200 Zayıf
patlayıcı
St 2 200 < K St
≤ 300 Kuvvetli
patlayıcı
St 3 K St
> 300 Çok kuvvetli
patlayıcı
Örnek Madde
Silika
Çizelge 2- Bazı tozların Patlama Parametreleri [8].
Toz türü
MTS
( 0 C)
MTE
(mJ)
MTK
(g/m 3 )
LOK
(%)
P max
(bar)
Süt tozu, şeker
Selüloz, odun
tozu
Alüminyum,
magnezyum
Buğday unu 380 50 125 11 9,8 70
Mısır unu 380 40 60 9 10,3 125
Şeker 370 30 60 - 9,5 138
Linyit 390 30 60 12 11,0 151
Ağaç 470 40 60 10 10,2 142
Alüminyum 550 15 60 5 13 750
K St
(bar.m/sn)
48 SEKTÖRMADEN SEKTÖRMADEN 49