IEC 60079-10-1/2 Uluslararası Standardları, IEC Teknik Komitesi’nin “Tehlikeli bölgelerin sınıflandırılması ve montaj gereklilikleri” adlı alt-komitesi tarafından ilk defa 2003 yılında hazırlanmıştır. Ancak ilk yayınlanan versiyon birçok konuda yetersiz ve hesaplamalar açısından muğlak bulunmuştur. Hidrojen tesisatları için tehlikeli alanların belirlenmesi ve EN 60079-10-1 standartının geliştirilmesi için altıncı çerçeve programları çerçevesinde «hySafe» AB projesi gerçekleştirilmiştir.
Sonuç raporu 2007’de yayınlanan projede EN 60079-10-1 standartının geliştirilmesi üzerine Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ve çeşitli simülasyonlar gerçekleştirilmiştir.
Önerilen metodolojiye dayalı olarak, "jenerik hidrojen yakıt ikmal istasyonu" (HRS) olarak bilinen bölgeler için tehlikeli bölge hesaplama formülleri sunulmuştur.
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) Teknik Alt Komitesi ilk yayınlanan versiyondaki hususların bir kısmına açıklık getirmek maksadıyla 2009 yılında yeni versiyonu yayınlamıştır.
Ancak AB projesi sonuçları alınmış olmasına rağmen bu sonuçlar yeni versiyonda yer almamıştır.. 2002 yılında İngiltere’de «Tehlikeli Maddeler ve Patlayıcı Ortamlar Regülasyonu – DSEAR» yayınlanmıştır.
İngiliz Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL) tarafından İngiltere’de patlayıcı ortam sınıflandırılması için kullanılan üç standartın incelenmesi için bir proje gerçekleştirilmiştir.
Bu standartlar
BS EN 60079-10-1: 2009,
Güvenli Uygulama Model Kodu, IP 15, 2005 versiyonu
Laboratuvarı Doğal gaz tesisatlarının tehlikeli bölge sınıflandırması, IGEM / SR / 25, 2010 versiyonudur.
İngiliz Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL)’nın yapmış olduğu araştırmaya göre EN 60079-10-1: 2009 standartının özellikle sıvı boşalması durumunda ortaya çıkacak patlayıcı ortam sınıflandırmasının CFD modellemesi ile bulunan değerlerden yaklaşık olarak 100 ila 3000 katı kadar yüksek hesaplama yaptığı bulunulmuştur.
EN 60079-10-1: 2009 standartındaki özellikle Vz hacminden ZONE hesaplama mantığının yanlışlığını CFD modellemesi ile ispat etmişlerdir.
İngiliz Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL) tarafından “Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (CFD)” simülasyonu ile “Doğrulanmış İntegral Serbest Jet Modeli ” açıklanmıştır.
Vz kavramı yerine “Arka plan yoğunluğu” modeli geliştirilmiştir. Modele QUADVENT modeli adı verilmiştir. Bilimsel temelli, entegre bir model açıklanmış, deneysel veriler ile doğrulanmış ve ilk defa bir model belgelendirilmiştir.
İngiliz Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL), EN 60079-10-1: 2009 Standartını hazırlayan Uluslararası Elektrik Komisyonunu “Aşırı Muhafazakar” olmakla itham etmiştir. Standartın hesaplama mantığının ve formülasyonlarının değişmesinde eleştrilerin büyük etkisi olmuştur!!!!
EN 60079-10-1:2015 ve EN 60079-10-2:2015 Tehlikeli Bölge Sınıflandırma Standartı Kısıtları
Öncelikle şunu söylemem gerekirse ZONE (BÖLGE) hesaplayan uzmanların standartı çok iyi okumaları, anlamaları ve standartın kısıtlarına uygun olmayan hesaplama yapmamaları gereklidir. Aksi durumda EN 60079-10-1:2009 versiyonundan çok daha muhafazakar BÖLGE hesaplayabilir ya da olması gerekenden çok çok daha küçük bir BÖLGE hesaplayabilirler.
Standartı öcelikle önsözünden incelemeye başlayacağız. Önsöz 8. madde’de şu uyarı yapılmaktadır:
Bu yayında atıfta bulunulmuş Normatif referanslara dikkat çekilmektedir. Bu yayının doğru şekilde uygulanabilmesi için atıfta bulunulan yayınların kullanılması vazgeçilmezdir/ zorunludur.
5.3. Endüstriyel kuralların ve ulusal standartların kullanımı bölümünde aşağıdaki bilgiyi standart vermektedir.
Uygulamaya uygun rehber ve standartlar bu standardın genel ilkelerine uygun olarak kullanılabilir. Ek K örneklerin yanı sıra daha fazla detay sağlayabilen ilgili sanayi kurallarını ve ulusal standartları tanımlamaktadır.
B.6 Boşalma şekileri Şekil B.1’de şematik olarak tarif edilmiş, tüm boşalma şekilleri ve koşulları için formüller verilmemiş, referans kaynaklara bakılması istenilmiştir.
6.3.2 Gaz boşalması
Bir flanş, pompa, boru bağlantısı vb. kaynaktan gaz boşalması koşulları anlatılmış ve B.7.2.3.2’de hesaplama formülleri verilmiştir.
Ancak söz konusu formülün Propan, Bütan, LPG ve LNG, Hidrojen, Amonyak vb. kimyasalların yüksek basınçta boşalması için kısıtı /limiti bulunmaktadır.
Standart yüksek basınçlarda genişlemeden dolayı bir termodinamik etkiden yani; Joule-Thomson kuralı etkisinden bahsetmektedir.
Ancak formül verilmemiştir. İlgili durum için formüller CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde mevcuttur.
6.3.7. Sıvı Boşalmaları
Yanıcı sıvılardan boşalma genellikle zeminde bir göllenme oluşturur, yüzey tarafından emilmediği sürece sıvının yüzeyinde bir buhar bulutu oluşur. Buhar bulutunun büyüklüğü maddenin özelliklerine ve ortam sıcaklığındaki buhar basıncına bağlıdır.
B.7.2.2 Sıvıların Boşalma Hızı
Sıvıların boşalma hızı için formül verilmiştir.
Ancak bir sürü KISIT / LİMİT’i bulunmaktadır.
DİKKAT : İki farklı koşuldan bahsedilmektedir ve bu koşullarda sıvı boşalımı için verilen formulün kullanılamayacağını net şekilde ifade etmektedir.
İlgili formül bir boşalma kaynağından çıkan sıvının kütlesel debisini hesaplamak için verilmiştir. Bu formülünün aşağıdaki koşul ve durumlarda geçerli olmadığı belirtilmektedir.
a)İki fazlı boşalma (sıvı ve gaz karışımı boşalması)
Propan, LPG, LNG, Amonyak, Hidrojen vb... Kimyasallar için,
Aeresoller
Sıvı ve gaz boşalımının aynı anda olması
a)Tek fazlı parlamayan sıvı boşalması
Kaynama Noktası Yüksek, Buhar Basıncı Yüksek Sıvılar,
Havalandırmanın olduğu ortamda boşalma
Standartın B.7.2.2. maddesinin son cümlesinde şu şekilde açıklama yapılmaktadır:
Çok sayıdaki koşullar ve değişkenler nedeniyle bu standartta sıvı boşalmasının buhar koşullarını değerlendirmek için bir metodoloji verilmemiştir.
Kullanıcılar modelin her türlü kısıtlamasını gözlemleyerek ve/veya her sonuç için uygun korumacı bir yaklaşım izleyerek uygun bir model seçmelidir.
B.7.3. Buharlaşan Havuzların Boşalma Hızı
Buharlaşan havuzlar sıvı sızıntısının bu bölümdeki değerlendirme ve formül ince yüzey dökülmeleri için geçerli değildir.
Formülün çok fazla kısıtı mevcuttur. Şu varsayımlar yapılmıştır:
Hiçbir faz değişimi yoktur ve gaz veya buhar bulutu ortam sıcaklığındadır.
Boşalan yanıcı madde havadan hafiftir.
Analizde yıkıcı dökülme kaybı için sürekli boşalma değerlendirilmemiştir.
Sıvılar kaplarından düz bir yüzeye dökülmüş ve 1 cm derinliğinde göllenme oluşturmuş ve ortam kaynama koşullarında buharlaşmasına izin verilmiştir.
Bu formül kaynama noktası yüksek buhar basıncı düşük ve havadan hafif kimyasalların 1 cm’lik göllenme şeklindeki boşalmaları için verilmiştir. Dökülen sıvının alanının nasıl belirleneceği ile ilgili net bilgi bulunmamaktadır.
CEI 31-35 ve CEI 31-35/A’da kısıtları bulunmayan alternatif formüller verilmiştir.
6.3.3. Basınç Altında Sıvılaştırılmış Gazlar
Propan, bütan, LPG vb. bazı gazlar sadece basınç uygulanmasıyla sıvılaştırılabilir ve genellikle bu şekilde depolanır ve nakliye edilirler.
Sıvı bir kaçak boşalma noktasında kısmen buharlaşacaktır. Bu olay flaş (ani) buharlaşma olarak bilinmektedir.
Basınç Altında Sıvılaştırılmış Gazların sıvı fazında boşalması için HİÇBİR formül verilmemiştir. İlgili durum için formüller CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde mevcuttur.
6.3.4. Soğutma Yoluyla Sıvılaştırılmış Gazlar (Kryojenik Sıvılar)
Metan ve hidrojen gibi gazlar olarak adlandırılan gazlar sadece soğutma yoluyla sıvılaştırılabilir.
Küçük soğutulmuş gaz sızıntıları ortamdan ısı çekerek sıvı göllenmesi oluşturmadan hızlı bir şekilde buharlaşacaktır.
Soğutma Yoluyla Sıvılaştırılmış Gazlar (Kryojenik Sıvılar) sıvı fazında boşalması için HİÇBİR formül verilmemiştir. İlgili durum için formüller CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde mevcuttur.
6.3.4. Aerosollar
Aerosol bir gaz değildir ancak havada askıda bulunan küçük sıvı damlacıkları içerir.
Damlacıklar belirli termodinamik koşullar altında buhar veya gazlardan veya basınçlı sıvıların flaş (ani) buharlaşmasından oluşurlar.
Aerosol şeklinde boşalma için formül verilmemiştir. İlgili durum için formüller CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde mevcuttur.
6.4. Havalandırma (veya hava hareketi) ve seyrelme
Atmosfere salınan gaz ve buhar, dağılma ve difüzyon yoluyla gaz tamamen dağılıncaya ya da yoğunluğu sıfır oluncaya kadar havada seyrelir.
Doğal veya suni havalandırma kaynaklı hava hareketi dağılmayı teşvik eder.
Artan hava hareketi ayrıca, açık sıvı yüzeyinde artan buharlaşma nedeniyle buhar boşalma hızını da arttırır.
Havalandırma altında bir sıvı birikiminden buharlaşma için HİÇBİR formül verilmemiştir. İlgili durum için formüller CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde mevcuttur.
Resimdeki koşullarda havalandırma nasıl hesaplanıcak?
Bir de doğal havalandırma da var diyelim söz konusu bir durumda nasıl hesaplama yapacaksınız?
Teknik uzmanların en fazla zorlandığı Tali, Ana, ve Sürekli Boşalma Derecelerinin nasıl değerlendirilmesi gerektiği ile ilgili KURAL formüllize edilerek CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde verilmiştir.
Standartta boşalma hızını hesaplamak için kullanılacak delik kesitleri aralık olarak verilmiştir.
Ancak hangi delik boyutunun hangi durumda kullanılması gerektiği ile ilgili KURAL tek tek ekipmanlar ve koşullar tarif edilerek CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde verilmiştir.
EN 60079-10-1:2015 versiyonunda kimyasalın buhar yoğunluğu ve havalandırmanın yönüne göre ZONE(BÖLGE)’nin nasıl değişeceğinin tarifi yapılmamıştır. İlgili KURAL tek tek ekipmanlar ve koşullar tarif edilerek CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde verilmiştir.
Standart «Arka Plan Yoğunluğu» kavramını detaylı şekilde anlatmamıştır.
IP 15 standartı içerisindeki patlayıcı ortam ihtimalleri kullanılarak Arka Plan Yoğunluğu’nun nasıl değerlendirilmesi gerektiği İngiliz EI15 rehberi ile CEI 31-35 ve CEI 31-35/A rehberinde detaylı şekilde verilmiştir.
İngiliz Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL) tarafından «Arka Plan Yoğunluğu» kavramını ve QUADVENT modelini anlatan dokumanlar yayınlanmıştır.
Tozlar için olan IEC EN 60079-10-2:2015 Tehlikeli Bölge Sınıflandırma Standartı TSE tarafından Türkçe’ye çevrilerek yayınlanmıştır.
Ancak standart içerisinde tozlar için patlayıcı ortam ZONE (BÖLGE) (Bölge)’lerinin nasıl hesaplanması gerektiği ile ilgili formül verilmemiştir.
Kişilere göre değişebilecek subjektif değerlendirmeler şeklinde verilmiştir.
Oysa CEI 31-56 (EN 60079-10-2) ile CEI 31-66 standartlarında tozlar için ZONE (BÖLGE) hesaplama formülleri verilmiştir.
Ayrıca ZONE (BÖLGE) yarı çapını belirlemek için de detaylı formüller verilmiştir. Hesaplama QUADVENT modelini kullanmaktadır.
SONUÇ OLARAK;
Patlayıcı Ortam Hesaplamalarını yapan uzmanların özellikle standartların gelişim evresini incelemesi ve standartların Kısıt ve Limit’lerini iyi incelemeleri gerekmektedir.
Özellikle standartların uygulama rehberlerinin de ayrıntılı olarak incelenerek hesaplama yapılması büyük önem taşımaktadır.
Aksi durumda bir çok koşul için yanlış veya aşırı muhafazakar hesaplama yapılması durumu ile karşı karşıya kalınacaktır.
Exproof ekipmanlarının montajı ve bakımı süreçleri de oldukça zor ve maliyetlidir. Hesaplamaların düzgün yapılmaması durumda firmaların gereksiz Exproof ekipman yatırımı yapmasına neden olacaktır.