Arme Danışmanlık Ltd. Şti.

Transkript

1 STATİK ELEKTRİK YÜKLERİNİN ÖLÇÜLEREK, OLUŞABİLECEK KIVILCIMLARIN POTANSİYEL ENERJİ DÜZEYLERİNİN TAYİNİ İLE PATLAMA RİSKİNİN KESTİRİLMESİNE İLİŞKİN BİR UYGULAMA ÖNERİSİ Serkan Küçük Kimya Müh. MSc. Danışmanlık Ltd. Şti. Cem Şengöz Elk. Elktr. Müh. Akdeniz Ünv. Teknik Bilimler MYO Tüm hakları saklıdır. Kaynak gösterilerek kısmi alıntı yapılabilir. Yazılı ve elektronik ortamda yazılı izin alınmadan çoğaltılması yasaktır.

2 ÖZET Statik elektrik başta yangın ve patlama olmak üzere ürün güvenliği ve insan sağlığı üzerinde bir çok olumsuz etki yaratabilmektedir. Endüstriyel uygulamalarda bu etkilerin ölçülmesine ve riskin boyutunun nicelleştirilmesine ilişkin sağlıklı yöntemlerin sayısı oldukça azadır. Bu çalışma statik elektrik boşalmaları sonucu oluşan kıvılcımların enerji düzeylerinin hesaplanması ve ortamdaki maddenin en düşük tutuşma enerjisi ile kıyaslanarak riskin gerçek boyutu hakkında fikir sahibi olunmasına yönelik bir yöntem aktarmaktadır. Anahtar Kelimeler : Statik Elektrik, En Düşük Tutuşma Enerjisi, MIE, Ark, Deşarj

3 I. TEMEL BİLGİLER I.1. Statik Elektrik Nedir? Bilindiği gibi maddenin yapıtaşı atomlardır. Bir atom proton, nötron ve elektronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklü, nötronlar yüksüz, elektronlar da negatif yüklüdür. Normal koşullarda kararlı olan bu yapı, maddelerin herhangi bir sebeple temasları, yakınlaşmaları ya da ayrılmaları esnasında değişmektedir. Herhangi iki veya daha fazla madde (veya nesne) birbirleriyle etkileşime girdiklerinde (örneğin sürtündüklerinde) aralarında elektron alışverişi yani yük değişimleri söz konusu olmaktadır. Elektron alan atom negatif yüklenmiş, elektron kaybeden de pozitif yüklenmiş olmaktadır. Bu durumda maddeler eletrostatik açıdan yüklenmiş olmaktadırlar. I.2. Statik Elektrik Kaynaklı Tehlikeler Nelerdir? Yukarıdaki tanıma göre dış yörüngesinde elektron olan ve dış ortamla sürekli etkileşim içinde bulunan, yaşama ve çalışma alanımızdaki birçok madde, nesne veya canlının elektrostatik açıdan yüklü durumda olduğunu söylemek mümkün olacaktır. Bu madde, nesne ya da canlının etkileşimlerinde yük transferleri, dengelenmeleri şeklinde alışverişler olmakta ve yük boşalmaları (deşarj) oluşmaktadır. Bu boşalmalar aşağıdaki şekilde sınıflandırılırlar: Korona Boşalması Kıvılcım (Ark) Boşalması Fırça Tipi Boşalma Bu boşalma veya birikmelerin tehlikeleri aşağıda sıralandığı gibidir: Yanma / Parlama Sınırlandırılamayan Buhar Bulutu veya Gaz Patlaması Toz patlaması Bütünleşik devrelerin ve diğer elektronik aksamın zarar görmesi Hassas ölçüm gerektiren işlerin sonuçlarında sapma Üretim sırasında aksamalar ve ürün biçimine yansıyan olumsuzluklar. (Özellikle teksitl, ambalaj, plastik vb. sektörlerde) Olumsuz sağlık etkilenmesi Psikolojik sıkıntı

4 I.3. Statik Elektrik Hangi İşler/İşlemler Sonucu Oluşur? Çok genel olarak ele aldığımızda endüstride statik elektriğin oluştuğu iş ve işlemler aşağıdaki şekilde sıralanabilir : Katıların sürtünmesi İki sıvının karışması Döndürme (santrfüj) Titreşim Boru içinde gaz ve sıvı akışı Toz ve sıvıların hava ya da cihaz içinde hareketi Sıvıların tank vb. çeperlere dökülmesi Basınçlı toz, sıvı ya da gaz püskürtülmesi Plastik film sarma (shrink vb.) işlemleri I.4. Statik Elektrik Yanma veya Patlamaya Nasıl Sebep Olur? Yukarıda statik elektrikten kaynaklanan boşalmalar sonucu, kıvılcım (ark) oluşma potansiyelinden bahsetmiştik. Bu kıvılcımların sahip oldukları enerji düzeyi sıvı buharı, gaz ve tozların bulunduğu ortamlarda patlamaya sebep olma potansiyeli taşımaktadır. Bu potansiyelin gerçekleşebilmesi için gerekli olan şartlar aşağıdaki gibidir: Gaz ve sıvı buharı hava içinde Alt Yanma / Patlama Sınırı ile Üst Yanma/Patlama Sınırları arasında olmalıdır.. Kıvılcım sıvı buharı ve gazları Parlama Noktası nın üzerine kadar çıkarabilmelidir. Kıvılcım Endüşük (Minimum) Tutuşma Enerjisi nin üzerinde bir enerjiye sahip olmalıdır. Ortam havasındaki oksijen seviyesi genel bir kabul olarak % 16 nın üzerinde olmalıdır. I.5. Statik Elektrik Tehlikeleri Nasıl Giderilir? Tehlikelerin giderilmesi için önce tespit edilebilmeleri gerekmektedir. Bu amaçla izlenecek yol aşağıdaki gibi olmalıdır: Yanıcı/patlayıcı ortamların tanımlanması Yüklenmenin oluşabileceği yer ve durumların tanımlanması Yüklerin birikebileceği yer ve durumların tanımlanması Kıvılcım risklerinin tespit edilmesi Enerji düzeyinin tanımlanması

5 Tehlikelerin tespit edilmesinden sonra giderilmesine yönelik olarak uygulanan yöntemler de aşağıdaki gibidir: Metallerin topraklanması İnsanların kontrol edilmesi Eşpotansiyel uygulaması (bonding) Ortam havasının nemlendirilmesi Ortam havasının etkisizleştirilmesi (inertleştirilmesi) I.6. İlgili Standartlar Nelerdir? Tablo 1 : Statik Elektrik Risklerinin Yönetimiyle İlgili Standartlar TEKNİK STANDARTLAR ANSI Z41 SD Type II API RP2003 ATEX 137 ATEX 95 BS 5958:1 BS 5958:2 CLC/TR EN345 TS EN ISO NFPA 77 TS 9037 EN TS EN USA Standard for Industrial Safety Footwear incorporating Static Diissipative Properties. American Petroleum Institute: Protection Against Ignitions Arising out of Static, Lighting, and Stray Current. European Directive covering work places with Potentially Explosive Atmospheres. European Directive covering equipment used in potentially explosive atmospheres. British Standard Code of practice for control of undesirable static electricity. Recommaditions for particular industrial situations Cenelec Code of practice for the avoidance of hazards due to static electricity. European footwear Standard incorporating details of antistatic footwear. Kişisel Koruyucu Donanımlar Emniyet Giyecekleri Recommended practice on Static Electricity, published by National Fire Protection Association. Patlamaya karşı koruma sistemleri kısım 1: Havada yanıcı tozların patlama indislerinin tayini Potansiyel patlayıcı ortamlar Patlamanın önlenmesi ve korunma Toz/hava karışımlarının en düşük tutuşma enerjisinin tayini

6 II. II.1. ELEKTRİK ALAN ÖLÇÜMÜ ÜZERİNDEN POTANSİYEL KIVILCIM ENERJİSİNİN HESAPLANMASI Elektrik Alan Ölçümünün Gerekliliği Malzemelerin; taşınma, sürtünme, akış, tahliye gibi etkiler ile etraflarında meydana getirdikleri elektrik alan değerinde değişimler olur. Bu değişimler ise malzemeler arasında bir potansiyel fark meydana gelmesine yol açar. Bunun sonucunda ise kıvılcım (ark) meydana gelebilir. Kıvılcım da ortamda bulunan ve yanıcılık yeteneğine sahip maddenin (yanma koşullarını sağlaması durumunda) tutuşmasını sağlar. Bu nedenle de tüm işlem basamaklarında, maddelerin ve veya nesnelerin etrafındaki elektrik alan değerini ölçerek elde edilen sonuçların dönüştürülmesi ile risk yaratan alanlar tespit edilmelidir. II.2. Ölçüm Büyüklüğü ve Metodu Elektrik alanının ölçümü için kolaylıkla bulunan ve elde taşınabilen (portatif) cihazların kullanılması tavsiye edilmektedir. Bu cihazlar kv cinsinden, nesnelerin etrafındaki pozitif ve negatif yük değerlerini kolaylıkla ölçebilmektedir. Kullanılan cihaz ölçüm yapılacak nesneye yaklaşık 10 cm mesafede tutularak elde edilen değerin kayıt edilmesi ve sonrasında anlamlı bir değere dönüştürülmesi gerekmektedir. II.3. Potansiyel Kıvılcım Enerjisinin Hesaplanması BS 5958:1 e göre bir ortamda meydana gelen kıvılcımın içerdiği enerjinin hesaplanması aşağıdaki formül ile gerçekleştirlmektedir; CV U e = ( mj) U e : Kıvılcımın enerjisi (mj) C V : Kıvılcımı meydana getiren sistemin kondansatör değeri (pf) : Kıvılcımı meydana getiren sistemin gerilim değeri (V) c sabiti için iki farklı değer kullanılmaktadır: İnsan ile gerçekleştirilen işlemlerde c: 100 pf Makine veya cihaz ile gerçekleştirilen işlemlerde c: 200 pf

7 II.4. Potansiyel Kıvılcım Enerjisinin Literatür Değerleri İle Karşılaştırılması Nesne veya madde üzerindeki elektriksel alanın yük değerinin ölçülmesi ve burada oluşabilecek kıvılcımın potansiyel enerjisinin hesaplanması ile çalışma sürecinin önemli bir bölümü tamamlanmış olacaktır. Şimdi elde edilen değerlerin, ortamda bulunan maddelerin (gaz, sıvı, toz) Endüşük Tutuşma Enerjisi- ETE (MIE : Minimum Ignition Energy) değerleri ile karşılaştırılması gerekecektir. Herhangi bir yanma veya patlamanın olabilmesi için Ue > ETE olmalıdır. Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin ETE değerleri yer almaktadır. Tablo 2: Bazı maddelerin ETE değerleri Madde ETE (mj) Alkanlar 0,28 Aromatikler 0,2 Hidrokarbonlar 0,3 Alkoller 0,14 Aseton 1,15 Alüminyum 10 Kömür (%37 nemli) 60 Magnezyum 20 Polistren 15 Tozlar için bir başka sınıflama Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 2 : Taneceki boyuıtlarına göre tozların minimum tutuşma enerji değerleri (BS 5958:1 e göre) Tanecik Boyutu (µm) MIE(mJ) > < < 10 5 < 10

8 Kaynakça 1. BS 5958:1, British Standard Code of practice for control of undesirable static electricity. 2. BS 5958:2, Recommaditions for particular industrial situations 3. Electro Static Hazards, Gunter Lüttgens & Dr. Norman Willson, Butterworth Heinmann, Electrostatic Hazards in the Chemical Process Industry, Dr. Vahid Ebadat, Chemical Engineering Magazine, July Statik Elektrik Yönetimi Eğitim Kitabı, İstisnai Eğitim ve Danışmanlık Hiz. Ltd. Şti., 2007