Toz Patlamaları ve Değirmen Sektöründe

Alınması Gereken Önlemler

Mahmut Bakırhan^1*, Ömer Sinan ŞAHİN², Murat Apakhan¹, Hakkı Ekem¹

¹İMAŞ Makina Sanayi A.Ş Ar-Ge Merkezi,4. OSB 407. Sokak No:8 42300 - Konya

m.bakirhan@imas.com.tr

²Konya Tek. Ü., Müh. ve Doğa Bil. F. Makine Böl, 42075 Kampüs/ Konya ossahin@ktun.edu.tr

Özet

Bu çalışmada çeşitli endüstri kollarında yaşanan toz patlamaları ve bu patlamalara ilişkin karakteristikler incelenmiş ve değirmencilik sektörüne etkileri değerlendirilmiştir. Ülkemizde cari olan mevzuata göre değirmencilik sektöründe faaliyet gösteren işletmelerde alınması gereken tedbirler değerlendirilmiştir.

Anahtar kelimeler: Toz patlaması, değirmencilik sektörü, ATEX

 1.Toz Patlamaları ve karakteristikleri

Toz patlaması, havadaki partiküllerin yoğunluğu belirli bir sınırı aştıktan sonra, bir kıvılcım ve benzeri bir etki ile ateşlenmesi sonucu oluşan patlamaların genel adıdır. Günümüz endüstrisinde nerdeyse her sektörde yaşanabilecek olan söz konusu patlamalar gerek tesis güvenliği ve gerekse iş sağlığı açısından oldukça önemlidir.

Amerikan Ulusal Yangın Önleme standardının tanımına göre; Partikül boyutuna ve şekline bakılmaksızın, havada veya herhangi bir okside edici ortamda asılı vaziyette bulunan ve parlama veya patlama tehlikesi taşıyan yanıcı katı her tür toz partikülatlayıcıtoz olarak kabul edilir. Tozlanma, tozun havada asılı bulutlar oluşturma ve havada kalma eğilimidir [1]. Tozluluk, aynı zamanda solunabilir fraksiyonu belirlemek ve sağlık risklerini değerlendirmek için kullanılan bir terimdir. Özellikle toz oluşturabilen bileşenlerin işlendiği işletmelerde taşıma, boşaltma, doldurma, tartma gibi işlemler sırasında ortaya çıkabilir.

Yaklaşık 130 yıl önce Holtzwart ve VonMeyer (1891), patlayıcı toz bulutlarının endüktif elektrik kıvılcımlarıyla tutuşabileceğini deneysel olarak kanıtlanmıştır [2].Toz patlamalarının oluşabilmesi için metreküp veya bulut başına 10 ve 1000 gram toz yoğunluğunun yeterli olduğu rapor edilmiştir [3]. Gıda sektöründeki başlıca patlayıcı tozlar; Şeker Tozu, un, nişasta, süt tozu, kakao, hazır kahve tozları, baharat tozları, krema tozu örnek olarak verilebilir.

Toz, genel olarak havada asılı kalabilen ve şartlara bağlı olarak çökebilen parçacıklar olarak tanımlanmaktadır. Boyutu 0,1 mikron ve daha küçük çaplı partiküllerin havada asılı kaldığı, 0,1-10 mikron büyüklüğündeki parçacıkların ise durgun havada asılı kalamadıkları rapor edilmiştir [4].Durgun hava ortamının ancak depo ve silo gibi hava sirkülasyonunun kısıtlı olduğu durumlarda ortaya çıkabileceği dikkate alınmalıdır. Katı maddelerden ortaya çıkan çeşitli vasıflardaki lifler, kırpıntılar ya da tozlar patlayıcı ortam oluşturabilmektedir [5]. Büyüklüğü kabaca 500 μm altında olan ve havada belirli bir zaman askıda kalabilen katı maddeler de toz kabul edilmektedirler [5].

Yanıcı malzemelerin havada yanıcı bulut oluşturması ve alevin yayılmasıyla oluşan patlamanın şiddetinin, ortamdaki oksijen ve yanıcı malzeme konsantrasyonuna bağlı olduğu bilinmektedir [6]. Belirtilen yoğunluk değerinin altında veya üzerindeki yoğunluklarda toz patlaması oluşmayacağı deneysel yöntemlerle gösterilmiştir [7, 8]. Ayrıca 0,5 mm’ nin altındaki çaplarda her tür tozun az ya da çok patlayıcı özellik gösterdiği de kanıtlanmıştır [5].

Patlayıcı tozların nem içeriği patlama şiddetine etki etmektedir. Tozların kuru olmasının patlama şiddetini arttırdığı [5] bilinmektedir.

Toz patlama parametrelerinin maksimum ve minimum değerleri belirsizdir çünkü patlama olasılığı belirli rastgele değişkenlere bağlıdır [9]. Bu durum toz patlamalarının oluşacağı zamanın ve patlamaya sebep olabilecek uygun koşulların net bir biçimde belirlenmesini zorlaştırmaktadır.

Alev üzerine bir basınç dalgası çarptığında veya alevin önündeki karışım çalkantılı olduğunda alev türbülanslı hale gelebileceği ve alev yayılımının bu aşamasında, alevin önünde basınç dalgası birikimi ve şok dalgası oluşumunun söz konusu olabileceği rapor edilmiştir [3].Genel olarak ilk patlama anından itibaren 25ms sonrasında hissedilebilir ilk şok dalgası ve titreşimler ortaya çıkmaktadır.

3 ms                                   6 ms                                   10 ms                                  15 ms

Şekil – 1 Toz patlamasında alevin yayılma hızı [15]

Bu aşamadan sonra yaklaşık 60ms anına ulaşıldığında dış ortamda bulunabilecek tozların havalanması ve savrulması görülür. Patlamanın başladığı silo, boru vb. ekipmanın cidarının delinmesiyle başlayan ikincil patlama yaklaşık 200 ms içerisinde tüm işletmeye yayılmaktadır.

Şekil – 2: Birincil ve ikincil patlama [16]

Normal bir yanma olayının başlaması ve sürebilmesi için gereken; yanıcı madde (yakıt), yakıcı madde (oksijen) ve tutuşturma ( ateşleme kaynağı ) uygun koşullarda bir araya gelmesine yanma üçgeni denir.

Şekil – 3: Yanma üçgeni [17]

Toz patlamalarında ise; patlayıcı ortamın oluşabilmesi için beş farklı zincirin bir araya gelmesi gerekmektedir [10]. Bunlar;

• Patlayıcı ortam (sınırlı alan)
• Patlayıcı madde (Gıda ve tarım ürünleri gibi organik maddeler, Pestisit, pigment ve plastik gibi sentetik organikler, -Kömür vb)
• Patlayıcı Toz konsantrasyonu (havada asılı toz bulutu)
• Patlayıcı ortamı ateşleyecek kıvılcım veya enerji kaynağı.
• Hava (yeterli oksijen miktarı)

Şekil – 4: Patlama beşgeni [18]

Buna patlama beşgeni adı verilmektedir. Bu beş bileşenden herhangi birinin diğerleri ile etkileşimi engellenirse patlama tehlikesi ortadan kalmaktadır. Toz patlamalarından korunmada alınması gereken ilk tedbir, söz konusu ortamları birbirinden izole etmek ve patlama oluşumunu önemektir. Ancak buna rağmen patlama oluşma tehlikesi varsa buna karşı tedbirler alınmalıdır. İşletmelerde bulunan tozların patlaması içinelektrikli cihazlardan gelebilecek ark ve/veya kıvılcımlar, sıcak yüzeyler, sürtünme etkisi ile oluşan kıvılcımlar ve statik elektriklenme gibi etkilerin yeterli olduğu rapor edilmiştir [10]. Örneğin kıvılcım oluşturmayan cihazların seçilmesi ve/veya bu tür cihazların izole edilmesi (exproof ünitelerin kullanımı) bir çözüm olabilir. Bununla birlikte, patlama etkisini sınırlandırılması için işletmelerin patlamaya dayanıklı yapılarda bulunması, yangın söndürme tesisatları ve patlamanın gerçekleşebileceği ortamları diğer bölgelerden izole etmek gibi önlemler önerilmiştir [10].

                Ülkemizde halen cari olan yönetmeliklere göre (Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat Ve Koruyucu Sistemler İle İlgili Yönetmelik (2014/34/AB) ), ateşleme kaynağının aktif hale geçme olasılığı, ortamda patlama konsantrasyonun da patlayıcı malzemenin bulunma süresi ve oluşacak etki değerlendirilerek Şekil 1’de gösterildiği gibi bir risk matrisi oluşturulması ve buna göre tedbir alınması gerekmektedir.

Şekil – 5: Risk Matrisi [14]

2.Toz Patlamasının Nedenleri

Tablolar 1-4’te sırasıyla toz patlamalarının nedenleri, toz patlamalarından en çok etkilenen sektörler, toz patlamalarının görüldüğü tesisler ve gıda sektöründeki çeşitli patlayıcı tozların özellikleri sunulmuştur. Görüldüğü gibi neredeyse tüm endüstrilerde toz patlaması yaşanması riski bulunmaktadır. Değirmencilik sektörü gibi, çok çeşitli vasıf ve boyutlarda tozların bulunduğu bir sektörde de ülkemizde cari mevzuat çerçevesinde gerek kurulu tesislerde ve gerekse halen üretilmekte olan bakine, sistem ve bileşenlerin değerlendirilerek tasarım ve işletimlerinin emniyetli bir biçimde gerçekleştirilmesi zorunludur.

Tablo 1. Toz patlamalarının nedenleri [12]

Tablo 2. Toz patlamalarından en çok etkilenen sektörler [12]

Tablo 3. Toz patlamalarının görüldüğü tesisler [13]

Tablo 4. Çeşitli patlayıcı tozların özellikleri [20]

 3.Değirmencilik sektöründeki uygulamalar

1878 yılında ABD Minneapolis’teki WASTERBURN “A” Mill un değirmeninde yaşanan patlama, Dünyada bilinen ilk değirmen tesisi patlamasıdır ve bu olayda 22 kişi yaşamını yitirmiştir.

Şekil – 6 Wasterburn A Mill değirmen tesisi [19]

Bilindiği üzere değirmencilik sektörü, ham ürünün nihai ürün haline gelmesi aşamasında çok sayıda makine ve bileşenden oluşan bir sistemler bütünü oluşturmaktadır. Bunlar, taşıma sistemleri, depolama sistemleri, sınıflandırma makineleri, öğütme makineleri ve ambalaj makineleri olarak sınıflandırılabilir. Belirtilen sistem ve bileşenler Tablo 5’te belirtilen sistemlere ait alt bileşenler gösterilmiştir. Belirtilen sistem ve alt bileşenler incelendiğinde, temelde tüm bileşenler için ATEX değerlendirmesi yapılabileceği ve tasarımın ilgili mevzuat çerçevesinde gerçekleştirilmesinin söz konusu olabileceği görülmektedir. Bununla birlikte bazı sistem ve bileşenlerin diğerlerine kıyasla hem patlama riski hem de etki derecesi bakımından diğerlerine kıyasla daha öncelikli olduğu değerlendirilebilir. Bu bileşenler elevatörler, toz filtreler, un mikseri, un fırçası, kepek fırçası, hava kilitleri torbalama kantarları ve kare eleklerdir.

Şekil - 7 Tipik bir un tesisindeki zone bölgeleri

Tablo 6’da gerek ülkemizde ve gerekse Avrupa Birliği mevzuatına göre değerlendirmeye esas olan bileşenler gösterilmiştir. Tabloda görüldüğü gibi neredeyse sektördeki tüm bileşenlerin bir yönü ile ATEX değerlendirilmesine tabi olduğu ve tasarımların ilgili mevzuat çerçevesinde gerçekleştirilmesi gerektiği anlaşılmaktadır.

Tablo 5. Değirmencilik sektöründe ATEX değerlendirmesi yapılabilecek sistem ve bileşenler

Tablo 6. Çeşitli ürün guruplarında dikkate alınması gereken ATEX unsurları

 4.Sonuçlar ve öneriler

Değirmencilik sektörü toz patlamalarından en çok etkilenen sektörlerin başında gelmektedir. Gerek gıda ve gerekse yem sektöründe var olan sistem ve bileşenlere ait ATEX değerlendirmesi ve tasarımların ilgili mevzuata uygun hale getirilmesi iş sağlığı ve güvenliği açısından da yasal bir zorunluluktur. Bu bakımdan değirmencilik sektöründe kullanılan bileşen ve makinelerin mutlaka tasarımlarının mevzuata uygun olması ve bu sistemleri kullanan son kullanıcıların da üreticilerden ATEX sertifikalı ürünleri talep etmeleri önerilmektedir.

1.Kaynaklar

[3] Proust, C.,Dustexplosions in pipes: a review, J. LossPrev. ProcessInd. 9(4); 261-211, 1996

[1] Klippeli A. Schmidt, M.,Krause, U., Dustiness in workplacesafetyandexplosionprotection-ReviewandOutlook, Journal of LossPrevention in theProcessIndustries 34 (2015) 22-29

[9] Zhang, J.,Xu, P., Sun, L., Zhang, W., Jin, J.,Factorsinfluencingand a statisticalmethodfordescribingdustexplosionparameters: A review, Journal of LossPrevention in theProcessIndustries 56 (2018) 386–401

[2] Eckhoff, R. K.,Measurement of minimum ignitionenergies (MIEs) of dustclouds – History,present, future, Journal of LossPrevention in theProcessIndustries 61 (2019) 147–159

[10] Uslu, Ö.A., Endüstriyel Tesislerdeki Yanıcı, Parlayıcı Kimyasal Sıvıların Atmosfer Patlamalarının (Atex) Teorik Ve Uygulamalı Olarak Hesap Edilerek Önlemlerinin Belirlenmesi, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2019

[5] Çolak, F., Tersanelerde Meydana Gelen Atmosfer Patlamalarının Teorik Ve Uygulamalı Olarak İncelenmesi Ve Patlamadan Korunma Önlemlerinin Alınması, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2019

[4] BARTEC Group, “Basic conceptsforexplosionprotection”, http://www.bartec.de, Erişim tarihi:2010.

[6] Ergür, H.S., Makine Endüstrisinde Karşılaşılan Toz Patlaması Olayı Ve Atex Yönergeleri, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 15(2), 2012,

[7] Çilingir, H., ATEX talimatları ve pnömatik, IV Ulusal Hidrolik-Pnömatik Kongresi, 1-4 Aralık2005, İzmir, Bildiri kitabı, ss. 417-426.

[8] Zeeuwen, P.,Percentage of flammability of substances, ChilworthTechnology Ltd., Southhampton,U.K., 2010, pp. 11-19.

[12] Randeberg, E. ElectricSparkIgnition of SensitiveDustClouds,Department of physicsandtechnology, University of Bergen, Norway, 2006.

[13] Eckhoff, R.F.,DustExplosionsInTheProcessIndustries, 3rd edition, Gulf Professional Publishing,2003.

[14] Gül, M, 7.Uluslararası İş Sağlığı ve Güvenliği Konferansı, 2014.

[15] Hans-Peter Scholz, Staubexplosion, Serienaufnahme; Mehlstaub wird mittels Druckluft im Trichter aufgewirbelt und mit Sprengzünder gezündet, 7 Ekim 2009

[16]  U.S. Department of Labor/OSHA, 2014

https://www.osha.gov/dts/shib/shib073105.html

[17]  By User:Gustavb - Own work, CC BY-SA 3.0, March 2006

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=618468

[18]  BSI ENGINEER, October 2020

https://bsiengr.com/dust-explosion-pentagon/

[19]  Contributor: The Color Archives / Alamy Stock Photo,

https://www.alamy.com/

[20]  Emine Esra Layık (İş Sağlığı ve Güvenliği Uzmanlık Tezi) ANKARA-2016

https://ailevecalisma.gov.tr/media/1403/emineesralayik.pdf