f: 1 Çok İyi havalandırma - anadolu osgb ankara, anadolu İş … · 2017-02-04 · p c = p...

f Havalandırma Katsayısı:

f: 1 Çok İyi Havalandırma

2

3

4

5 Çok Kötü Havalandırma

Havalandırma Katsayısı 1 – 5 arası bir katsayıdır. Havalandırma çok iyi ise f

havalandırma katsayı 1 alınır. Çok Kötüyse 5 alınır. Havalandırmanın

durumuna göre ara katsayılar ( 2, 3, 4 ) seçilebilir. Katsayıyı büyük almak sizi

emniyetli tarafta tutar. Ele aldığınız tesisin havalandırma performansı

konusunda emin değilseniz, emniyetli tarafta kalmak daha doğru olur.

Vz : Teorik Hacim

Vz = f * Vk

V0 Değerlendirilen boşalmanın yakınındaki fiili

m3 havalndırmaya tabii toplam hacimdir

Açık havaya açılan boşalma yerleri için VO=3400 m3 alınır. Diğer durumlarda

kaçağın bulunduğu odanın (Kapalı alanın) hacmi alınır.

( dV/dt)min= ( dG/ dt ) max * T

k * LELm * 293

Vk = ( dV/dt) min

C C : Birim zamandaki hava değişim sayısı

C= (dVo/dt)

Vo

PC = P0*(ɣ+1)ɣ/(ɣ-1)

2

PC Kritik Basınç

P0 Kabın dışındaki basınç

ɣ Adyabatik genleşmede politropik indeks

PC > P Ses altı hızda gaz yayılması

P > PC Ses hızında gaz yayılması

ɣ = M*CP

M*CP -R

CP Sabit basınçta özgül ısı j/kgK

M Gazın molekül ağırlığı kg/kmol

2. Adım Gaz Yayınımının Ses altımı yoksa ses hızında mı yayıldığının tespitinden sonra bu yayılma oranlarının hesabı yapılmalıdır. Yayınımla ilgili temel kavramlar , aşağıdaki gibidir.

Asgari Volümetrik Hava

(dV/dt) min Akış Oranı (m3/s)

Boşalma Kaynağındaki

(dG/dt)max Azami Oran (kg/s)

Lelm Ye Uygulanan

Emniyet

k Faktörü Tipik Olarak

Sürekli Ve Ana Boşaltma

Dereceleri İçin K=0,25 0,25

Tali Boşalma Dereceleri

İçin K=0,5 0,5

T Ortam Sıcaklığı Kelvin

Ses Hızında Gaz Yayınımında, Gazın Sızıntı Yeri Çıkışındaki Yayınma Hızı Hesabı

VS= (ɣ*R*T/M)1/2 =

m/s

Ses Hızı Altında Gaz Yayınımında, Gazın Sızıntı Yeri Çıkışındaki Yayınma Hızı Hesabı

VO= dG/dt/(ƥO.S) =

m/s

PO: Atmosfer Basıncı

P: Kap içindeki Gazın Basıncı

ƥ: Kap içindeki Gazın Yoğunluğu

ƥO: Genleşen Gazın Yogunluğu

ƥO

= ƥ*(PO/P)1/ɣ= kg/m3

ƥ= P*M/(R*T)= kg/m3

Gazın Ortamda Kalıcılık süresi= (-f/C*(ln(LEL*k/XO)))

Havalandırma derecesinin belirlenmesi konusunda sayısal örnek:

Bu örneklerde XO = %100 olarak kabul edilmiştir. Bu durum hesaplamada kötümser sonuç

verebilir. Ancak emniyetli bölgede kalınmasını daha fazla garanti eder.

Hesap no: 1

Yayınımın Karakteristiği;

Alevlenebilir Malzeme Toluen Buharı

Toluenin Moleküler Kütlesi 92,14 kg/kmol

Yayınımın Kaynağı Havalandırma

Alt Patlama Limiti 0.046 kg/m3 ( % 1.2 hacimce 9

Emniyet Faktörü, k 0.25

Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 2,8X10-10 kg/s

Havalandırmanın Karakteristiği;

Kapalı ortam Koşulları,

Hava değişiminin sayısı, C 1/h, (2,8X10-4/s

Havalandırma Kalite faktörü, f 5 ( Çok kötü havalandırma durumu )

Ortam Sıcaklığı, T 20OC ( 293 K )

Sıcaklık Katsayısı, ( T/293 K ) 1

Bina Boyutu ( Hacmi), VO 10 m X 15 m x 6 m

Taze havanın,minumum volümetric 8hacimsel9 akış debisi;

(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 2.8X10-10/(0.25x0.046)x293/293=2.4X10-8 m3/s

Teorik hacim VZ’nin değerlendirilmesi

VZ=fx(dV/dt)min/C=5x2,4X10-8/2.8X10-4=4,3X10-4 m3

Kalıcılık Süresi; Bu ifade sürekli yayınımın olduğu durumlarda geçerli değildir. Yani patlayıcı

gaz devamlı ortamdadır. Belli bir süre sonra kaybolmaz.

Sonuç: Teorik hacim VZ ihmal edilebilir bir değerdedir.

VZ < 0.1 m3 olduğundan, havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına

göre yüksek olarak düşünülebilir.

Eğer havalandırmanın mevcut durumu, “İyi” ise, ihmal edilebilir bir zone O bölgesi olacaktır.

Havalandırma derecesinin belirlenmesi konusunda sayısal örnek - 2:



Hesap no: 1


Alevlenebilir Malzeme Toluen Buharı


Yayınımın Kaynağı Flanş arızası (Flanşta sızıntı)

Alt Patlama Limiti 0.046 kg/m3 ( % 1.2 hacimce 9

Yayınım dercesi İkincil (tali) yayınım


Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 2,8X10-6 kg/s







Bina Boyutu ( Hacmi), VO 10 m X 15 m x 6 m

Taze havanın,minumum volümetric 8hacimsel9 akış debisi;

(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 2.8X10-6/(0.5x0.046)x293/293=1,2X10-4 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=5x1,2X10-4/2.8X10-4=2,2 m3

Kalıcılık Süresi; t=-f/Cln((LELxk)/XO)=-5/1ln(1,2x0,5/100)=25,6 saat

Sonuç: Teorik hacim VZ, bina hacmi VO dan önemli ölçüde küçük olmasına rağmen 0,1 m3 den

büyüktür. Bu temelde; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına

göre orta olarak düşünülebilir. Ancak, alevlenebilir atmosfer kalıcı olabilir ve Zone 2

tanımlaması karşılanamayabilir.

Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)

Havalandırma derecesinin belirlenmesi konusunda sayısal örnek - 3:



Hesap no: 3


Alevlenebilir Malzeme Propan gazı

Propanın Moleküler Kütlesi 44,1 kg/kmol

Yayınımın Kaynağı Tank Doldurma Memesi

Alt Patlama Limiti 0.039 kg/m3 ( % 2,1 hacimce)

Yayınım dercesi Birincil (Ana) yayınım


Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 0,005 kg/s




Havalandırma Kalite faktörü, f 1 ( Çok iyi havalandırma durumu )


Sıcaklık Katsayısı, ( T/293 K ) 1,05

Bina Boyutu ( Hacmi), VO 10 m X 15 m x 6 m = 900 m3

Taze havanın,minumum volümetric (hacimsel) akış debisi;

(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 0,005/(0.25x0.039)x308/293=0,6 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=1x0,6/5,6X10-3=1,1X102 m3

Kalıcılık Süresi; t=-f/Cln((LELxk)/XO)=-1/1ln(2,1x0,25/100)=0,26 saat

Sonuç: Teorik hacim VZ, ihmal edilebilir büyüklükte değildir. Fakat bina hacmi VO ‘da

aşmamaktadır. Bu kriterler çerçevesinde ; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve

yayınım kaynağına göre orta olarak düşünülebilir. 0,26 saatlik kalıcılık ile, operasyon sıklıkla

tekrarlanmadıkça, zone 1 tanımlaması karşılanamayabilir.

Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)

Havalandırma Derecesinin Belirlenmesi Konusunda Sayısal Örnek-4:

Bu örneklerde XO = %100 olarak kabul edilmiştir. Bu durum hesaplamada kötümser sonuç verebilir.

Ancak emniyetli bölgede kalınmasını daha fazla garanti eder.

Hesap no: 4


Alevlenebilir Malzeme Amonyak Gazı

Amonyağın Moleküler Kütlesi 17.03 kg/kmol

Yayınımın Kaynağı Evaporatör valfi

Alt Patlama Limiti 0.105 kg/m3 ( % 14.8 hacimce)

Yayınım Derecesi İkinci ( Tali )


Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 5X10-6 kg/s



Hava değişiminin sayısı, C 15/h, (4,2X10-3/s)

Havalandırma Kalite faktörü, f 1 ( Çok iyi havalandırma durumu )



Bina Boyutu ( Hacmi), VO 10 m X 15 m x 6 m=900 m3


(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 5X10-6/(0.5x0.105)x293/293=9,5X10-5 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=1x9,5X10-5/4,2X10-3=0,02 m3

Kalıcılık Süresi;

t=-f/Cln(LELxk/XO)=-1/15ln(14,8x0,5/100)=0.17 saat ( 10 dakika )

Sonuç: Teorik Hacim VZ, ihmal edilebilir bir değere indirilir.

Bu kriterler çerçevesinde ; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına göre, yüksek ( VZ < 0.1 m3 ) olarak değerlendirilebilir.

Eğer havalandırmanın mevcudiyeti “İyi” ise, ihmal edilebilir durumda bir zone 2 olacaktır.

Ref: Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)


Bu örneklerde XO = %100 olarak kabul edilmiştir. Bu durum hesaplamada kötümser sonuç verebilir. Ancak emniyetli bölgede kalınmasını daha fazla garanti eder.

Hesap no: 5


Alevlenebilir Malzeme Propan Gazı

Propanın Moleküler Kütlesi 44,1 kg/kmol

Yayınımın Kaynağı Kompresör Keçesi




Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 0.02 kg/s



Hava değişiminin sayısı, C 2/h, (5,62X10-4/s)




Bina Boyutu ( Hacmi), VO 10 m X 15 m x 6 m=900 m3


(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 0,026/(0.5x0.0309)x293/293=1,02 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=5x1,02/5,6X10-4=9200 m3


t=-f/Cln(LELxk/XO)=-5/2ln(2,1x0,5/100)=11,4 saat

Sonuç: 10 m X 15 m x 6 m boyutlarındaki bir oda içinde, Teorik Hacim VZ, odanın hacmi VO dan büyük olacaktır. Buna ilave olarak, kalıcılık süreside bir hali uzundur.

Bu kriterler çerçevesinde ; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına göre, “Kötü” olarak değerlendirilebilir.

Bu durumda alan en iyimser olarak zone 1 olarak sınıflandırılır ve hatta, havalndırmanın durumu na bakılmaksızın zone o olarak değerlendirilebilir. Bu kabul edilemez bir durumdur.Acilen, sızıntı oranını azaltmak için veya kompresör keçe civarına yerel gaz tahliye çıkışı koyarak havalandırmayı önemli ölçüde iyileştirmek için gerek duyulan adımlar atılmalıdır.

Ref: Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)



Hesap no: 6


Alevlenebilir Malzeme Metan Gazı

Metanın Moleküler Kütlesi 16,05 kg/kmol

Yayınımın Kaynağı Boru Bağlantısı

Alt Patlama Limiti 0.033 kg/m3 ( % 5 hacimce)



Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 1 kg/s


Dış Ortam Koşulları,

Minumum rüzgar Hızı 0,5 m/s

Hava değişiminin sayısı, C > 3X10-2 / s

Havalandırma Kalite faktörü, f 1 ( Çok iyi havalandırma ( Zaten dış Ortam ) durumu )




(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 1/(0.5x0.033)x293/293=59,3 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=1x59,3/3X10-2=2000 m3


t=-f/Cln(LELxk/XO)=-1/0,03ln(5x0,5/100)=123 Saniye

Sonuç: Teorik Hacim VZ, ihmal edilebilir değildir.VO hacmi , dış ortam şartları için yapılan kabule göre 3400 m3

alınır.

Bu kriterler çerçevesinde ; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına göre, “Orta” olarak değerlendirilebilir.

Dış ortam koşullarında, havalandırmanın mevcudiyeti “İyi” dir. Ve bu nedenle, sözkonusun alan zone 2 olarak sınıflandırılır.

Ref: Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)



Hesap no: 7


Alevlenebilir Malzeme Toluen buharı


Yayınımın Kaynağı Flanş Arızası 8 flanşta Sızıntı )




Yayınımın Oranı, (dG/dt)maks 6X10-4 kg/s


Kapalı Ortam Koşulları,

Hava değişiminin sayısı, C 12 / h (3,33 X 10-3 / s

Havalandırma Kalite faktörü, f 2 ( iyi havalandırma durumu )




(dV/dt)min=(dG/dt)maks/kxLELxT/293 = 6X10-4/(0.5x0.046)x293/293=26X10-3 m3/s


VZ=fx(dV/dt)min/C=2x26X10-3/3,33X10-3=15,7 m3


t=-f/Cln(LELxk/XO)=-2/12ln(1,2x0,5/100)=0,85 saat ( 51 Dakika)

Sonuç: Teorik Hacim VZ, ihmal edilebilir değildir , fakat VO hacmini de aşmamaktadır.

Bu kriterler çerçevesinde ; havalandırmanın derecesi, ele alınan bölgeye ve yayınım kaynağına göre, “Orta” olarak değerlendirilebilir.

Eğer, havalandırmanın mevcudiyeti, 1İyi” ise, alan zone 2 olarak değerlendirilmelidir. Kalıcılık süresi esas alınırsa, zone 2 tanımlaması karşılanacaktır.,

Ref: Ref: (IEC 60079-10-1, Ed.1.0(2008) MOD)

Ölçekli Menzil hesab ve Patlama Etkisi:

Ölçekli mesafe (menzil) hesabı, patlamanın patlama noktasından uzaklığa göre hangi noktada ne etki

yaratabileceğini görebilmek için yapılır.

Z=R/W1/3 şeklinde formülüze edilmiştir.

Burada:

Z: Ölçekli menzil (m/kg1/3)

R: Etkinin hesaplanması istenen mesafe (m)

W: Eşdeğer TNT kütlesi (kg)

Burada bulunan Z değerinden hareketle aşağıdaki formül kullanılarak R mesafede patlamanın

oluşturduğu basınç bulunmaya çalışılır. Buna göre de, bu çalışmanın en başında verdiğimiz

basınç etkisine göre yıkım tablosundan hareketle ele alınan menzil içinde ne gibi bir yıkım

etkisi olacağı kestirilmeye çalışılır.

Log10Ø=∑ ( ) (not formüldeki i indislerini tam yazamadım. C’nin önündeki

alt indis parantezin dışındaki üst indis olacak.)

Bu formüldeki katsayılar için Lees’in 1996 yılındaki yayınladığı makaledeki patlama

parametreleri tablosundaki değerler kullanılır.

Kaynak: Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis – American İnstitute of

Chemical Engineers – AICHE publishing.

Örnek Senaryo ( Ref: MMO/ Mehmet Gültek – İstanbul Şubesi eğitiminden alınmıştır.): Bir Kimya tesisine; Yer üstü tank sahasında, 12 tonluk tolüen ve yine 12 tonluk ksilen tankı bulunmaktadır. Yer altında ise; 8 tonluk butil akrilat tankı bulunmaktadır. Tankların yükseklikleri 5m dir. Tanklardaki kimyasallar, hava ( pnömatik, patlayıcı ortamda elektrik tahrikli veya içten yanmalı fosil yakıtlı pompalar kullanılmaz ) ile çalışan bir pompa ile üretim tesisine aktarılmaktadır. Kimyasalların taşındığı iletim ve bağlantı boruları 100 mm çapındadır ve işletme basıncı sözkonusu sistemde 5 bardır. Üretim tesisinin bulunduğu bina 8 metre genişliğinde 10 metre derinliğinde ve 8 metre yüksekliğindedir. Binaya patlayıcı ortam oluşmasını önlemek için, saate 5000m3 hava verilmektedir. Üretim tesisinde üzerinde 1600 mm çapında ahşap kapak bulunan 300 000 cm3 lük mikser kazanında üretim yapılmaktadır. Kazanın basıncı atmosfer basıncındadır. Üretim tesisinde bir tane, 3 metre eninde ve 5 metre yüksekliğinde bir araç giriş kapısı vardır. Cephelerde, 32 m2 pencere ve çatıda 2 adet 2,5 m2 yüzey alanına sahip zayıf yapılı duman tahliye kapağı bulunmaktadır. Cephe ve çatı kaplama malzemesi sandviç paneldir. Bu verilere göre bu tesis için bir PKD hazırlanması istenmektedir. Buna göre gerekli PKD’yi hazırlayınız. Bunu aşağıdaki soruların yanıtlarını sırayla hazırlayarak yapabilirsiniz. Sorular: 1)Patlayıcı Ortam oluşturabilecek yerleri belirleyin. a- Madde ve Malzeme listesi b- İşyerindeki yanıcı sıvı ve gazlar tablosunu doldurunuz. c- Patlayıcı ortam sınıflandırma tablosunu hazırlayınız.

Şekil 1

2)Kimyasal Madde Güvenlik paramaetreleri tablosunu doldurunuz a- Politropik İndeks hesaplaması b- İlgili Kimyasalların Molekül ağırlıklarını ve Cp değerlerini bulunuz. 3) Ortam ölçüm tablosunu oluşturunuz. 4)Tehlikeli bölge sınıflandırma tablosunu doldurunuz. a- Yayınım (boşalma) derecelerini belirleyiniz. b- Basıncı hesaplayınız. c- Havalandırma tiplerini belirleyiniz. d- Havalandırma derecelerini belirleyiniz. e- Havalandırma kullanılabilirliğini belirleyiniz. f- zone (bölge) tablosunu oluşturup doldurunuz. g- bölge sınıfını belirleyiniz. 5) Ex Teçhizat listesi uygunluğunu aşağıda verilen bilgilere göre değerlendiriniz (doğrumu seçilmiş, yanlış mı ) ve mikser için etiket bilgisini oluşturunuz. a- Konveyör motoru : Ex II 2G I Ex e IIA T1 Gb

b- Kontrol Panosu : Ex II 2G I Ex e IIB T2 Gb c- Mikser Motoru : ? ( hesap sonuçlarına göre siz belirleyin )

6)Olması gereken açıklık miktarını belirleyin ve mevcut ortamla mukayese ediniz. 7)Öneri listesi oluşturunuz.

Patlama Etkisinin Belirlenmesi:

Kapalı Alanda

- Eşdeğer TNT Modeli

Açık Alanda

- ALOHA ( Areal Locations of Hazardous ) Modeli

Bu modelin internette programı mevcuttur. İsteyen indirip

kullanabilir.

Eşdeğer TNT Modeli:

Bu model, yakıt buharı 4 hava karışımlarının patlaması durumunda ortaya

çıkacak patlama enerjisine eşdeğer TNT ( Dinamit ) miktarını hesaplamayı esas

alır.

Daha sonra ölçekli menzil hesaplaması yapılır.

Hesapla bulunan TNT eşdeğer kütlesinin patlamasıyla ortaya çıkacak enerjinin

oluşturacağı basınç artışının hesaplamasıdır.

Eşdeğer TNT kütlesinin heaplanması:

Yanıcı madde miktarının eşdeğer olduğu TNT patlayıcı madde miktarı:

W=(Ý.M.EC)/ETNT

W: Eşdeğer TNT Kütlesi

Ý : Ampirik patlama katsayısı

M : Yanıcı madde kütlesi (kg)

EC : Yanıcı madde yanma ısısı (kj/kg)

ETNT : TNT nin yanma ısısı (kj/kg) Bu değer 4765 kj/kg dır.

Vz = f * Vk Vz : Teorik HacimBar Psi

0,0027 0,04 ( dV/dt) min : Asgari volümetrik hava akış oranı (m3/s)

0,0103 0,15

0,0275 0,4 ( dV/dt)min= ( dG/ dt ) max * T

0,0034 0,5-1,0

0,048 0,7

0,068 1

0,1378 1,0-2,0 Oluklu sac panellerle, sandviç panellerin bükülmesi, kıvrılması Vk = ( dV/dt) min C : Birim zamandaki hava değişim sayısı

0,1723 2,5-12,2 Şarapnel etkisi gösteren, uçuşan kesici parçaların oluşumu

(dV/dt) min (m3/s)

(dG/dt)max (kg/s)

k

0,2068 3

0,3447 5

T K

0,4826 7

0,6205 9 C= (dVo/dt)

0,6894 10 Vo

0,9997 14,5-29,0 Direk blast etkileri sonucu bölgede yaşayan bireylerin % 1 ' den

dVo/dt

Vo

LELm = 0,416 x 10-3 x M x LELv M: kg/kmol

Ortam sıcaklığı

Değerlendirilen hacimden geçen toplam temiz hava akış oranı

Değerlendirilen boşalmanın yakınında fiili havalandırmaya

tabii olan hacimdir

k * LELm * 293

Asgari volümetrik hava akış oranı

% 99 ' a kadar ölmesi

C

Boşalma kaynağındaki azami oran

LELm ye uygulanan emniyet faktörü tipik olarak

Sürekli ve Ana boşaltma dereceleri için k=0,25

Tali boşalma dereceleri için k=0,5

Evlerin tümden yıkılması

Yüklü tren vagonlarının devrilmesi

Tüm binanın yıkılma olasılığı

Yüklü tren vagonlarının parçalanması

Kagir binalarda duvar ve çatıların kısmi çökmesi

Tuğla binalarda duvarların çatlaması

Topluluğun % 90'nına kadar kulak zarı yırtılması

Tuğla binaların % 50 yıkılması

Çelik yapıların kayması, zeminden oynaması

Ahşap telefon direklerinin yıkılması

Pencerelerin oynaması, sökülmesi

Ahşap tip evlerde hafif yapısal hasar

Evlerin kısmen yıkılması, yaşanmaz hale gelmesi

Basınç Artışı Beklenen Hasar

Yüksek ses 143 db, sonik dalga ile cam kırılması

Cam kırıkları oluşur.

Çok hafif yapısal hasarlar

SENARYO HESAPLAMALARI – 1

Ele alınan sistemde, belirlenen noktalardaki akışın ses üstü mü ses altı mı olduğunu belirlemek için

incelediğimiz sistemdeki tüm gazlar için PC basıncını hesaplıyoruz.

Bunun çin formülümüz daha önceki kısımlarda belirttiğimiz üzere;

PC = P0*(ɣ+1)ɣ/(ɣ-1)

2

Burada PO atmosfer basıncını ɣ ise ilgili gazın izotropik indeksini göstermektedir. Yine önceki

bölümlerdeki paylaşımlarımızdan;

ɣ = M*CP

M*CP -R

Önce hesap için bize gerekli olanları bir tabloda toplayalım:

İncelene Kimyasallar v ve Fiziksel Özellikleri

Molekül Ağırlığı kg/kmol SabitBbasınçta Özgül Isı J/KgK

Toluen 92,14 1810

Ksilen 106,17 1717

Butil Akrilat 128.17 1930

Somra Bu değerleri kullanarak ele aldığımız sistemdeki her bir gaz için ploitropik indeksi hesaplayalım

ve tablo yapalım.

Politropik İndeks: ɣ PC (Pascal)

Toluen 1,055 1,68X105

Ksilen 1,048 1,68X105

Butil Akrilat 1,035 1,67x105

Daha sonra bulan PC basıncı gaz veya sıvı yayınım olasılığı olan her noktadaki sistem basıncı ile

karşılaştıırlır. PC > P ise yayınım sesaltı hızda gerçekleşir. PC < P ise yayınım ses hızında gerçekleşir.

Yayınımın hız karakteristiği belirlendikten sonra , her yayınım olasılığı olduğu kabul edilen noktada,

yayınım karakteristiğine uygun formüle göre ilgili sıvı/gaz ın yayınım oranı (dG/dt) hesaplanır.


Örneğimizde çizimi verilen tesiste patlayıcı ortamın oluşabileceği yerleri belirleyelim ve bir tablo

haline getirelim. Depolanan kimyasal miktarı için tablo yapalım. Ölçüm sonuçlarını tabloyalım

Bilgi Notu: Aynı sıcaklıkta buharlaşma basıncı yüksek olan bir kimyasalın uçuculuğu daha yüksek,

kaynama noktası daha düşüktür.

Patlayıcı ortam oluşabilecek bölümler

Bölümlerin Adı Açık alan Kapalı Alan Patlayıcı Ortam Kaynağı Bölge Açıklama

Gaz/sis/Buhar Toz

1 Tank Sahası X Gaz -

2 Yeraltı .tank Bölümü

X Gaz -

3 İmalathane X Gaz -

Hammadde Kodu Kimyasallar Tank Büyüklüğü

1 Numaralı Tank 10- (CAS noları yazılacak) Toluen 12 Ton

2 Numaralı Tank 10- Ksilen 12 Ton

3 Numaralı Tank 10- Butil Akrilat 8 Ton

Fiili Ölçüm Yaptırılması gereken yerler ve ölçülecek değerler

No Ölçüm Yeri

Kimyasal Patlayıcılık Sınırları Ölçüm sonucu % V

Değerlendirme Sıcaklık

OC LEL UEL LEL

(%V) %25 LEL

(% V)

1 Üretim Kapı önü

Ksilen 1,1 7 ……. < < %25 X

2 Tank sahası (Dış alan)

Ksilen 1.1 7

…….. < <%25

X

3 Üretim toluen 1.1 7 ………. < <%25 X

Bu ölçümler akredite

kuruluşlarca yapılır. Ölçümüm yapıldığı

andaki sıcaklık


Ele aldığımız tesisteki belirlenen kimyasallar için hesabımıza devam edecek olursak, bu kimyasalların “Güvenlik Parametrelerini” tablo haline getireceğiz.

Tablomuzu TS EN 60079-10-1:2009 Tehlikeli Bölge Sınıflandırma Bilgi Sayfası – 1. Bölüm: Yanıcı Madde Listesi ve Karakteristikleri

bölümündeki tablo formatında oluşturacağız.

Ele alınan tesisin adı: xxxxxxxxxxx Referans Çizim: Layout:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Yanıcı Madde

Parlama Noktası

( CO )

LEL Uçuculuk Polytropic

İndex

Gaz veya Buharın Havaya

Göre Nisbi Yoğunluğu

Tutuşma sıcaklığı

( C

O )

Gaz

Grubu

Yüzey Sıcaklık

Sınıfı

Diğer Bilgiler No Madde Adı

Bileşim CAS No Kg/m

3

Vol. %

Buhar Basıncı

20O

kPa

Erime Sıcaklığı

( C

O )

Kaynama Sıcaklığı

( CO )

1 Toluen 223-625-9 108-88-3 4 0,046 1.2 3,8 -95 110 1,055 3,1 480 IIA T1

2 Ksilen 202 849-4 100-41-4 26 0,044 1.1 6 ? -26,5 138 1,048 3,7 464 IIA T1

3 Butil Akrilat 205 480-7 141-32-2 29-39 0,053 1.1 0,5 -64,6 147 1,035 - 279 II T2

Normal Olarak Buhar Basıncı verilir. Bu bilgi yoksa ; o zaman kaynama noktası kullanılabilir ( Madde 4.4.1.d )

Not:LELm=0,416X10-3XMXLELV

Fiili Yapılan Ölçüm sonuçları aşağıdaki gibi olsun;

No Ölçüm Yeri

Kimyasal Patlayıcılık Sınırları Ölçüm sonucu % V

Değerlendirme Sıcaklık

OC LEL UEL LEL

(%V) %25 LEL

(% V)

1 Üretim Kapı önü

Ksilen 1,1 7 0,024 <1,1 < %25 15

2 Tank sahası (Dış alan)

Ksilen 1.1 7 < 0,001 <1,1 <%25 9

3 Üretim toluen 1.1 7 0,025 <1,27 <%25 12

SENARYO HESAPLAMALARI – 4:

Elimizdeki Kimyasalların Tutuşma enerjisini de tablomuza ekleyelim.

Kimyasal Madde LEL % V UEL% V Parlama Noktası OC

KTS (Kendiliğinden Tutuşma Sıcaklığı)

ETE ( En Düşük Tutuşma Enerjisi – mj)

Toluen 1,2 7 4.4 480 0,24

Ksilen 1 7 27 535 0,2

Butil akrilat 1 7 39 279 52 ( Diğerlerine göre çok yüksek )

TEHLİKE BÖLGE SINIFLANDIRMASI ( TABLO 2.26 )

Prosesler: Toluen için; Tanker Boşaltma,Tanka Depolama, İmalata Transfer, Üretim

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Re

fera

ns

Boşalma Kaynağı Yanıcı Madde Havalandırma Tehlikeli bölge

Adı Yeri Boşalma Derecesi

(a)

Ref. (b)

Çalışma Sıcaklığı ve

Basıncı Durum

(c) Tip (d)

Derece Kullanılabilirlik Bölge Tipi

(Zone)

Yayılma Sınırı Ref.

Diğer Bilgi ve görüşler

C kPa Dikey Yatay 1 Tank Havalandırma

bacası Sürekli 20 100

(Atmosfere açılıyor)

G Doğal Yüksek İYİ Zone1 3m

(standartan alınan veri

)

3m (standartan alınan veri

)

2 Tank Dip Vanası İkincil (Tali) 20 135 (ΔP=ƥgh+Patm)

S Doğal orta İYİ 2 1,8 “

3 “

3 Üretim Mikser Tankı

Yüzeyden Buharlaşma

Ana 20 100 G Yapay orta ORTA 1 8 10

(a) S-Sürekli, A-ana, T-Tali (b) Kısım X’deki Liste numarası (c) G-Gaz, S-Sıvı, SG-Sıvılaştırılmış Gaz, K-Katı (d) T-Tabii, S-Suni

b- Sesaltı Hızda Gaz yayınım hesabı örneği

20 OC sıcaklıkta bir metan gazı tankında, tankın genleşme emniyet valfi 0,005

bar a ayarlanmıştır. Bir arıza sırasında tankın 10 cm2 lik bir delikten sızıntı

yaptığı varsayılmaktadır. Gaz yayınım oranı ve ilk anda gazın yayınım hızı nedir ?

P=1,005 x 105 pa tank içindeki gazın basıncı.

PO=105 Pa Atmosfer Basıncı

T=253 k

M=16 Kg/kmol Metan gazının moleküler kütlesi

S=10-3 m2 Sızıntının olduğu yerin kesit alanı

γ =1,32 Metan gazının adyabatik genleşmede politropik indeksi

PC = P0*(ɣ+1)ɣ/(ɣ-1)

2

Pc değerler yukarıdaki formülde yerine konulursa, PC=1,84X105 pa

P < PC olduğundan gaz yayınımı sesaltı hızda gerçekleşir.

Sesaltı gaz yayınımında formül;

dG/dt= 2.8X10-2 kg/s bulunur.

VO=dG/dt/ρOS = 35 m/s bulnur.

Ref: AS/NZS 60079.10.1:2009

(dG/dt)max = S*P*(M*2*ɣ/(R*T*(ɣ-1))*(1-(P0/P)(ɣ-1)/ɣ)

))(1/2)

*(P0/P)(1/ɣ)

dG = S (2ƥΔp)1/2

dt

dG

dt

S m2

ƥ kg/m3

Δp Sızıntının gerçekleştiği açıklıktaki basınç farkı Pascal =

Veri Giriş

S: 1,00E-05 m2

ƥ: 790 kg/m3

Δp: 28000 Pascal

Sonuç

dG = S (2ƥΔp)1/2

dt

6,65E-02 kg/s

kg/sSıvının yayılma oranı

Yayılmanın gerçekleştiği kesit alanı

Sıvının yoğunluğu

Sıvı Yayınımı Örnek Problem

Bir Kimyasalın Sıvı halde Boşalma Oranı - Örnek ( Makine Mühendisleri Odası İstanbul

Şubesi Eğitiminden alınmıştır.)

Ürün :Aseton

Geometri : 3 metre boyunda tank

Emniyet : Gaz tahliye vanası

Yayılma noktası :Tank dibindeki bağlantı flanşında sızıntı.

Yayılma Kesiti :1mm2 =10-6 m2

Ƥ(yoğunluk) :790 kg/m3

g (yer çekimi ivmesi ) :9.81 m/sn2

Basınç farkı : PV=5X103 pa (maksimum basınç, kap içi )

P= PV + Ƥgh = 5X103 + 790 X 9,81 X 3 =2,8 X 104 Pa

Yayılma Oranı: Sıvı için daha önce paylaşılan sıvı yayınım dosyasındaki bağıntıya göre;

dG/dt=S.(2. Ƥ. P)1/2 = 10-6 . ( 2. 790 . 2,8X 10000 )1/2 = 6,7 X 10-3 kg/s

TNT Modeli için örnek. (Ref: M.Gültek ve S.Gültek – MMO eğitiminden alınmıştır.)

Örnek1.

Ortama yayılan 10ton propan gazının patlamasının oluşturacağı etkinin, eş değer TNT kütlesinin

bulunması:

Formülümüze hatırlayacak olursak;

W=(Ý.M.EC)/ETNT

W=(0,05).(10000 kg).46350 kj/kg)/4765(kj/kg)

W=4520 kg TNT eşdeğer kütlesi bulunur.

Örnek 2.

10 kg kütlesi olan TNT maddesinin veya eşdeğerinin patlaması sonucu , patlama merkezinden 10 m uzaklıkta oluşacak

basınç artışının hesaplanması.

İlk adım:

Z=R/W1/3 formulünden ölçekli mesafenin belirlenmesi yapılır.

Z=10m/(10 kg)1/3 Z=4,64 m/kg1/3 bulunur.

İkinci adım.

Log10P=∑ ( ) formülünden

=-0,2143+1,3503log(4,64)=0,6859 (parantezin içinin değeri, daha sonra i=11 e kadar

iterasyon yapılıp hepsi toplanacak )

a=-0,2143 b=1,35 Lees tablosundan alınan katsayılar.

Sonuçta;

Log10P=49,72 kpa çıkar buradan artık P çekilebilir.

Veri Tablosu

Şimdi Ele aldığımız alandaki kimyasallarla ve hesaplamalarda kullanılabilecek elimizdeki ( tesisin fiziki

durumuna ait ) tüm değerlerle ilgili olarak derlediğimiz verileri bir tabloda toplayalım.

Tesis ile İlgili Eldeki Sayısal Büyüklükler

Tesis Bilgisi: Boyutları: 8m x 10m x 8m

VOTesis = 640 m3 VOAçıkalan=3400 m3

Tanklar

12 Ton Ksilen 12 Ton Toluen 8 Ton Bütil Akrilat

Tank yüksekliği h=5 m

Tesise Basılan Temiz Hava:

VTemiz

Hava=5000 m3/Saat

Kimyasal Transfer Boru çapı:

dBoru=100 mm İşletme Basıncı: PİşletmeBoru = 5 bar

Mikser Kazanı Hacmi: VKazan=300.000 cm3

Kazan Kapağı Çapı:

dKazanKapağı=1600 mm

Tesis Kapı Boyutu: 5m x 3m ATesisKapı=5x3=15 m2

Pencere Alanı: APencere=32 m2 Çatı Kapak Alanı: AÇatı=2x2.5=5 m2

Tesiste Bulunan Kimyasallar ve Özellikleri

Parlayıcı Patlayıcı Kimyasallar

Yoğunluk:

LELVALT - LELVÜST CP KG

(dp/dt)

Bar/Sn

PMaks

Bar Alev Hızı Molekül

Ağırlığı En düşük Tutuşma Sıcaklığı

Parlama Noktası

Toluen 0,86 g/cm3 1.2 – 7.1 1810 kj/kgK 63 3,3 41 cm/sn 92.14 g/mol

480 OC 4.44

Ksilen 0,864 g/cm3 1 - 7 1717 kj/kgK 383 5.9 106.17

g/Mol 464 OC 24

Butil akrilat 0,89 g/cm3 1,3 – 9.9 1930 kj/kgK 128.17

g/mol 279 OC 39

Üniversal Gaz Sabiti: R=8314 J/MolK

Malzeme Listesi

Yanıcı Yanıcı Olmayan

1 Solventler X

2 Monomerler (bağlayıcı kimyasallar) X

3 Diğer yanıcı kimyasallar (alkoller gibi) - (bu sistemde yok) -

Tablonun Diğer kısımlarını sistemde bulunan öteki sıvı ve gazlar için sizler tamamlayabillir misiniz ?

Sizlere tabloda gerekli olan ama MSDS lerde olmayan bazı özelliklerin bulunması için ayrıca bazı

dikkat edilecek yapısal durumlar için faydalı olacak NFPA standartlarını da ekliyorum. Çoklu katılım

olursa daha bir iş çıkacaktır.

Yanma Hızı ( Şiddeti):

(Not: literatürdeki tam tercüme yanma şiddeti olarak Türkçeye çevrilmesi uygun olabilir. Ancak birim den ötürü hız

deniyor diye düşünüyorum )

Verilen bir yakıt konsantrasyonu için yanma hızı SO sıcaklık ve basınca bağlıdır. . Mühendislik

çalışmaları için bağıntı ( Metghalci & Keck 1982 ) genellikle aşağıdaki gibi alınmaktadır.

SO=Sr(T0/Tr)α.(P/P0)ƥ

Burada PO (bar ) ve TO (Kelvin) olarak ilk basınç ve sıcaklıktır. Pr(Bar) ve.Tr(K), Sr ( m/sn)referans

yanma hızı değerinin ölçüldüğü koşullardaki basınç ve sıcaklıktır.

Α üsteli genellikle 2 alınır. Ƥ üsteli ise malzemeye bağlı bir üsteldir.

Gerçekte, S0ın basınça bağlılığı, Ƥ hidrokarbonlar için 0.25 ( Shepherd et al. 1997) ve fakir hidrojen

hava karışımları için 0,2 ( Gelfand 2000 ) civarlarında olduğu için oldukça zayıftır.

Alev Hızı:

Gaz patlamalarında, alevin ön kısmı ateşleme noktasından uzağa bir gaz hava karışımı şeklinde

ilerlemektedir. Yanma ürünlerinin genleşmesi, yanmamış karışımı ateşleme noktasından uzağa doğru

iten bir piston gibi davranır. Pistonu , yanmamış gazı içinden akmasına izin veren gözenekli bir yapı

gibi düşünmek olayın mekanizmasını anlamak açısından yardımcı olacaktır. Sabit bir konuma göre,

alev ön cephesinin hızı akış ve yanma şiddetlerinin toplamıdır.

Gaz karışımının ilk halde sakin olduğunu, akışın laminer (çizgisel) olduğunu, Alev yüzeyinin düzgün ve

yanmamış gazların daima genleşen alev cephesinin arkasında tutulduğunu farz edin.

Bu durumda, Alev hızı ve yanma şiddeti arasındaki bağıntı aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

Harris Bağıntısı 1983.

VF=ESO

Genleşme faktörü E , son ve ilk durumlardaki karışım hacimlerinin sabit basınçtaki oranıdır.

E=Nf.Tf/(N0.T0)

Burada, Nf ve N0 ilk ve son durumda karışımın mol sayısını, Tf ve T0 da yine karışımın ilk ve son

durumdaki sıcaklığını göstermektedir

f: 1 Çok İyi havalandırma - anadolu osgb ankara, anadolu İş … · 2017-02-04 · p c = p...

Documents