MESG ve MIC: IIA, IIB ve IIC gaz gruplarının arkasındaki iki test değeri

Maksimum deneysel güvenli aralık (MESG, maximum experimental safe gap) ve minimum tutuşturma akımı (MIC, minimum igniting current) oranı, yanıcı bir gazı veya buharı IIA, IIB veya IIC gaz grubuna yerleştiren iki laboratuvar değeridir. MESG, küçük bir test kabının iki yarısı arasındaki 25 mm uzunluğundaki bir birleşim yerinde, en tehlikeli konsantrasyonda, içerideki bir patlamanın dışarıdaki aynı karışımı tutuşturmasını hâlâ önleyen en geniş aralıktır. MIC oranı, standart kıvılcım test cihazında (95 mH bobinli 24 V'luk bir devre) gazı tutuşturan en küçük akımın metanı tutuşturan akıma bölünmesiyle elde edilir. Bir gaz, MESG değeri 0,90 mm veya üzerindeyse (MIC oranı 0,80'in üzerinde) IIA, 0,50 ile 0,90 mm arasındaysa (MIC oranı 0,45 ile 0,80) IIB, 0,50 mm veya altındaysa (MIC oranı 0,45'in altında) IIC'dir.

Bu yazı her bir değerin neyi ölçtüğünü, testlerin nasıl yapıldığını, neden iki değer bulunduğunu, grup sınırlarının nerede olduğunu ve bu sınırların yakınında hangi değerin belirleyici olduğunu, değerlerin nasıl doğru ve yanlış kullanıldığını açıklar.

Temel noktalar

• MESG, bir alevin dar bir aralıktan ne kadar kolay geçtiğini ölçer; alev sızdırmaz muhafazaların (Ex d) fiziksel temelidir. MIC oranı, gazın bir elektrik kıvılcımıyla ne kadar kolay tutuştuğunu ölçer; kendinden emniyetin (Ex i) temelidir.
• Her iki test de IEC 60079-20-1'in yerini alan ISO/IEC 80079-20-1 (2017) standardında tanımlanmıştır. MESG, daha büyük bir haznenin içindeki, 25 mm genişliğinde flanş aralığına sahip 20 cm³'lük küresel bir haznede, 20 °C ve 101,3 kPa'da ölçülür.
• MIC, IEC 60079-11'in kıvılcım test cihazıyla, (95 ± 5) mH hava çekirdekli bobinli 24 V DC'lik bir devrede, en kolay tutuşan konsantrasyonda ölçülür.
• Tipik değerler: hidrojen 0,29 mm ve 0,25, asetilen 0,37 mm ve 0,28, etilen 0,65 mm ve 0,53, propan 0,92 mm ve 0,82; metanın MESG değeri yaklaşık 1,12 mm'dir (Grup I için grizu kaleminde 1,14 mm) ve MIC için referanstır (oran 1).
• Çoğu madde için tek bir değer yeterlidir. Sınıra yakın durumlarda her ikisi de ölçülür: MESG 0,50 ile 0,55 mm arasındayken MIC oranı, MIC oranı 0,70 ile 0,90 veya 0,40 ile 0,50 arasındayken MESG belirleyicidir.
• MESG bir tasarım aralığı değildir. Alev sızdırmaz birleşim yerleri çok daha küçük aralıklarla yapılır ve MESG'nin kendisi de sıcaklık ve basınç arttıkça düşer.

Neden iki test değeri var?

Muhafaza ile patlamadan korunma ve enerji sınırlaması ile patlamadan korunma tamamen farklı şekillerde çalışır; bu nedenle bir gazın ne kadar "tehlikeli" olduğuna dair farklı ölçütlere ihtiyaç duyarlar:

• Alev sızdırmaz muhafaza gazın içeri girmesine izin verir, içeride tutuşabileceğini kabul eder ve dışarı kaçan gazları soğutarak dış ortamı tutuşturamamalarını sağlayan dar ve uzun birleşim yerlerine (alev yollarına) dayanır. Önemli olan, o gazın alevini durdurmak için aralığın ne kadar küçük olması gerektiğidir. Bu MESG'dir.
• Kendinden emniyetli devre, herhangi bir kıvılcımın enerjisini çok düşük tutarak tutuşmayı en baştan önler. Önemli olan, gazı ne kadar küçük bir kıvılcımın tutuşturabileceğidir. Bu MIC oranıdır.

Her iki özellik de aynı temel kimyayı (gazın ne kadar hızlı ve ne kadar sıcak yandığını) yansıtır, bu yüzden aralarında iyi bir korelasyon vardır: MESG değeri küçük olan gazların MIC oranı da düşük olma eğilimindedir. Yine de aynı değildirler; sınıflandırma kurallarının ne zaman tek değerin yeterli olduğunu, ne zaman ikisinin de gerektiğini belirtmesinin nedeni budur. Aynı gaz grupları daha sonra tüm koruma tiplerine uygulanır; bu iki ilkenin hiçbirine dayanmayan koruma tiplerinde de grup, plastik muhafazalardaki elektrostatik sınırlar gibi ikincil gereklilikler açısından önemlidir (bkz. IIA, IIB ve IIC gaz grupları).

MESG testi

Tek paragrafta tarihçe

Fikir, madenci güvenlik lambaları kadar eskidir: 19. yüzyıl başındaki lambalar alevleri durdurmak için tel kafes veya dar kanallar kullanıyordu. HSE'nin MESG yöntemlerine ilişkin bir incelemesi, kömür madenlerindeki elektrik makinelerinden patlama iletimi üzerine yapılan ilk araştırmaların, 50 mm'lik flanşlar arasındaki 1,2 mm'lik bir aralığın metan patlamalarını durdurduğunu bulduğunu kaydeder. İngiliz araştırmacılar daha sonra 8 litrelik bir kürede 25 mm'lik (1 inç) flanşları standart hale getirdi ve Alman laboratuvarları uluslararası yöntem haline gelen 20 ml'lik (20 cm³) kabı geliştirdi. Çoğu gaz için iki Avrupa kabı benzer değerler verir; küçük, kapalı bir alıcı hazneye sahip bir Kuzey Amerika cihazı ise bazı gazlar için çok farklı sonuçlar verdi (dietil eter için 0,87 mm'ye karşı yaklaşık 0,3 mm); aynı inceleme bunu dıştaki karışımın sınırlandırılmış olmasına bağlar. Günümüzün standart cihazı açık, sınırlandırılmamış bir bulutun tutuşmasını temsil edecek şekilde tasarlanmıştır.

Cihaz

ISO/IEC 80079-20-1 cihazı şöyle tanımlar (özetle):

• bir iç hazne: yatay olarak iki yarıya bölünmüş, düz kenarları 25 mm genişliğinde bir birleşim yeri oluşturan 20 cm³'lük (yaklaşık 34 mm çaplı) bir küre;
• bir dış hazne: bunun çevresinde 200 mm çapında ve 75 mm yüksekliğinde, gözlem pencereli bir silindir;
• iki kenar arasındaki aralığı hassas biçimde ayarlayan bir mikrometre;
• iç haznede, kıvılcım yolu birleşim düzlemine dik olan kıvılcım elektrotları;
• iç patlama sırasında birleşim yerinin açılmayacağı kadar sağlam bir yapı (1 500 kPa için tasarlanmış), normalde paslanmaz çelikten, gaz giriş ve çıkışında alev tutucularla.

Her iki hazne de 20 °C ve 101,3 kPa'da aynı gaz-hava karışımıyla doldurulur. Buhar basıncı 20 °C'de gerekli karışımı oluşturmaya yetmeyecek kadar düşük olan maddeler daha yüksek sıcaklıkta test edilir: standart, buhar basıncı için gereken sıcaklığın 5 K üzerini veya parlama noktasının 50 K üzerini belirtir.

Prosedür

1. Ön seri. Bir konsantrasyon için, hiç iletim olmayan bir aralıktan her zaman iletim olan bir aralığa kadar 0,02 mm'lik adımlarla, her aralıkta iki tutuşturma yapılır. Bu, dış tutuşmanın olmadığı en büyük aralık olan g0'ı ve her testte iletimin olduğu en küçük aralık olan g100'ü verir.
2. Konsantrasyon taraması. Seri bir konsantrasyon aralığı boyunca tekrarlanır. "En tehlikeli karışım", g0 ve g100 değerleri en küçük olan karışımdır. Genellikle stokiyometrik karışıma yakındır: tablo verileri propan için yaklaşık %4,2, etilen için %6,5 ve hidrojen için %27 verir.
3. Doğrulama. Bu konsantrasyonun çevresinde her aralık adımında 10 tutuşturma yapılır. En küçük g0 değeri MESG'dir.
4. Tekrarlanabilirlik. Farklı test serileri 0,04 mm içinde uyuşmalıdır. Tablodaki g100 eksi g0 farkı hassasiyeti gösterir; tipik olarak bir aralık adımıdır (0,02 mm). Cihazın kendisi referans gazlarla düzenli olarak kontrol edilir.

Dış tutuşma gözle değerlendirilir: dış haznenin alevle dolduğu görülmelidir. İç tutuşma olmayan bir test geçersizdir.

Aralıkta ne olur

Alevin kendisi aralıktan "sıkışarak geçmez". İçteki karışım yandığında basınç milisaniyeler içinde yükselir ve sıcak yanma ürünlerini birleşim yerinden dışarı iter. Dar aralığın içinde gaz, iki metal yüzeye ısı kaybeder; çıkışta ise soğuk dış karışımla karışan türbülanslı bir jet oluşturur. Jet, taze karışımla karşılaştığında hâlâ yeterince sıcaksa ve yeterince reaktif tür içeriyorsa onu yeniden tutuşturur. Aralık darsa jet çok soğumuş ve çok seyrelmiş olarak ulaşır. MESG, sonucun güvenilir biçimde "tutuşma yok" olduğu en büyük aralıktır.

Bu bir ısı ve karışma süreci olduğu için MESG koşullara bağlıdır. Standardın veri eki, MESG'nin artan sıcaklık ve basınçla azaldığını belirtir. MESG evrensel bir sabit değil, bir gazın atmosferik koşullarda ve belirli bir geometride ölçülen bir özelliğidir.

MIC testi

Minimum tutuşturma akımı, IEC 60079-11'in kıvılcım test cihazında test karışımını tutuşturan, dirençli veya endüktif bir devredeki en küçük akım olarak tanımlanır. Cihaz, kendinden emniyetli devrelerin test edilmesinde kullanılan cihazın aynısıdır:

• İki oluklu bir kadmiyum disk ve dört tungsten telli (0,2 mm çaplı) bir elektrot tutucu, en az 250 cm³'lük bir patlama haznesinin içinde birbirine göre kaçık iki mil üzerinde döner.
• Tutucu dakikada 80 devirle, disk ise ters yönde daha yavaş döner; böylece teller tekrar tekrar diske ve oluklarına temas eder, üzerinde kayar ve ayrılır, kapanma ve açılma kıvılcımları üretir.
• MIC için kontaklar (95 ± 5) mH hava çekirdekli bobinli 24 V DC'lik bir devreye bağlanır. Devre açıldığında bobin, açılan kontak üzerinde bir kıvılcım oluşturur.
• Akım, gazın en kolay tutuşan konsantrasyonunun tutuşması tam sınırda hâlâ gerçekleşene kadar düşürülür. Bu akım MIC'dir.

MIC oranı, gazın MIC değerinin aynı şekilde ölçülen laboratuvar metanının MIC değerine bölünmesidir. Sonucun oran olarak ifade edilmesi, farklı laboratuvarların sonuçlarını karşılaştırmayı kolaylaştırır.

Sertifikasyon testlerinde aynı cihaz temsili karışımlarla kalibre edilir. IEC 60079-11 %8,3 metan (Grup I), %5,25 propan (IIA), %7,8 etilen (IIB) ve %21 hidrojen (IIC) belirtir ve 24 V, 95 mH devredeki kalibrasyon akımları metan için yaklaşık 110 mA'dan 100 mA ve 65 mA üzerinden hidrojen için yaklaşık 30 mA'ya düşer. Bunlar MIC değerleri değil, cihazın duyarlılık kontrolleridir; ancak gruplar arasındaki farkın büyüklüğünü gösterirler.

Grup sınırları ve belirleyici değer

ISO/IEC 80079-20-1, çoğu madde için iki değerden herhangi birine göre sınıflandırmaya izin verir, ancak sınırların yakınında her ikisini de ister ve bu durumda hangisinin belirleyici olduğunu söyler:

• MESG 0,50 ile 0,55 mm arasında: her ikisi de ölçülür ve grubu MIC oranı belirler.
• MIC oranı 0,70 ile 0,90 veya 0,40 ile 0,50 arasında: her ikisi de ölçülür ve MESG belirler.

Hiçbir değerin ölçülmediği durumlarda bir madde, aynı homolog serinin daha alt üyelerinden yola çıkarak kimyasal benzerliğe göre geçici olarak sınıflandırılabilir. Tablolar bu tür kalemleri işaretler; bunlara uygun bir ihtiyatla yaklaşın.

Tipik değerler

Tablo, IEC malzeme özellikleri standardının veri ekinden (ISO/IEC 80079-20-1'in temeli olan 2010 baskısı) alınan değerleri, excodex kütüphanesinde kullanılan grupla birlikte verir.

Birkaç kalem yorumu hak eder:

• Etanol ve dietil eter kuralların neden var olduğunu gösterir. 0,88'lik MIC oranları IIA sınırının üzerindedir, ancak MESG'nin belirleyici olduğu 0,70 ile 0,90 aralığına düşer ve MESG değerleri 0,90 mm'nin hemen altındadır: IIB'dirler. 2017 baskısı etanol için ikinci bir kalem ekler: en az %4 su buharı içeren havada IIA'dır, kuru etanol ise IIB olarak kalır.
• Karbon monoksit nemle doymuş hava için tablolanmıştır. Nem ve küçük miktarlardaki hidrokarbonlar yanmasını hızlandırır ve MESG değerini düşürür; bu nedenle IIB sınıflandırması gerçekçi koşulları kapsar; daha kuru karışımlar daha büyük bir aralık verir.
• Amonyak alevleri yavaş ve soğuk olduğu için çok büyük bir MESG değerine (3,18 mm) sahiptir. Geniş bir payla IIA'dır; ancak dar yanıcılık aralığı ve toksisitesi başka sorunlar getirir.
• Asetilen dağınık sonuçlar verir. Bir HSE incelemesi, asetilenin çoğu zaman hidrojen gibi davrandığını (yaklaşık 0,3 mm), ancak bozunma reaksiyonlarının ölçülemeyecek kadar küçük aralıklarda dış tutuşmaya yol açtığını belirtir. Asetilenin bazı koruma yöntemlerinde ek kısıtlamalara tabi olmasının bir nedeni budur (bkz. IIC grubunun özel durumları).

Gaz karışımları

Bir karışım ideal olarak test edilmelidir. Tahmin için veri standardı Le Chatelier tipi bir kural verir: karışım MESG değerinin tersi, her bileşenin mol kesrinin kendi MESG değerine bölünmesiyle elde edilen değerlerin toplamıdır. Yöntem asetilen, oksijen veya başka bir güçlü oksitleyici ya da %5'ten fazla karbon monoksit içeren karışımlar için kullanılmaz; standart, azot gibi inert bileşenler için de kabuller verir.

Kural bir yaklaşımdır ve muhafazakâr olabilir. %10 hidrojen içeren metan için 0,87 mm (IIB) verir; oysa veri standardı (2010 ve 2017 baskıları), doğal gaz gibi endüstriyel metanın hacimce %25'ten fazla hidrojen içermediği sürece IIA kaldığını belirtir. Hidrojen harmanları ve diğer olağandışı bileşimler için ölçülmüş verileri veya standardın güncel baskısını kullanın. Karışımlar için grup seçimi yanıcı gaz ve buhar karışımları yazısında ele alınır.

Değerler nasıl kullanılır, nasıl kullanılmaz

Kullanım amacı: bir maddeyi IIA, IIB veya IIC'ye atamak; bu grup daha sonra bölge sınıflandırma dokümanlarında yer alır ve hangi ekipman işaretlemesinin kabul edilebilir olduğunu belirler. Ekipman standartları grupları tasarım kurallarına dönüştürür: IEC 60079-1'de izin verilen alev yolu aralıkları, IEC 60079-11'de ise izin verilen gerilim, akım, kapasitans ve endüktans.

Şu amaçla kullanılmaz: tasarım veya muayene değeri olarak. Alev sızdırmaz birleşim yerleri MESG'nin oldukça altında tasarlanır; pay IEC 60079-1 tablolarına yerleştirilmiştir ve daha zorlayıcı karışımlarla yapılan alev iletmeme testleriyle doğrulanır. Örneğin Grup I için en az 25 mm genişliğindeki flanşlı bir birleşim yerinin aralığı, grizunun yaklaşık 1,14 mm'lik MESG değerine karşılık 0,5 mm'ye kadar olabilir. Sahada ölçülen bir alev yolu aralığı gazın MESG değeriyle değil, her zaman sertifika ve üretici verileriyle karşılaştırılır.

Başka koşullarda geçerli değildir: MESG ve MIC havada, atmosfer basıncında ve yaklaşık 20 °C'de ölçülür. Yüksek basınç veya sıcaklıkta ya da oksijen zenginleştirmesinde alevler daha küçük aralıklardan geçer ve kıvılcımlar daha düşük akımlarda tutuşturur. Bir gaz grubu için sertifikalandırılmış ekipman yalnızca atmosferik koşulları kapsar (bkz. oksijen konsantrasyonu, zenginleştirme ve inertleme).

Çözümlü örnek: yeni bir solventin sınıflandırılması

Bir tesis, alışılmış tablolarda bulunmayan bir solvent kullanmaya başlar. Tedarikçinin laboratuvarı 0,85'lik bir MIC oranı bildirir.

1. Bir değer mi, iki değer mi? 0,85, 0,70 ile 0,90 arasındadır; dolayısıyla yalnızca MIC oranı yeterli değildir; MESG ölçülmeli ve belirleyici olacaktır.
2. MESG sonucu: 0,88 mm. Bu değer 0,90 mm'nin altındadır, dolayısıyla MIC oranı 0,80'lik IIA sınırının üzerinde olsa da solvent IIB'dir.
3. Ekipman için sonuç: IIB veya IIC ekipman gerekir. IIA alev sızdırmaz bir motor veya IIA kendinden emniyetli bir döngü kabul edilemez.
4. Sıcaklık sınıfı: kendiliğinden tutuşma sıcaklığından ayrıca seçilir.

Bu durum, yukarıdaki tablodaki etanol ve dietil eterin durumunun tam olarak aynısıdır. Laboratuvar yalnızca MIC oranını bildirmiş olsaydı, solvent yanlışlıkla IIA'ya yerleştirilmiş olurdu.

Sık yapılan hatalar ve yanlış kanılar

• MESG'yi izin verilen alev yolu aralığı olarak kabul etmek. IEC 60079-1'deki tasarım aralıkları MESG'den çok daha küçüktür; her zaman sertifikayı ve üretici verilerini kullanın.
• Büyük bir MESG değerini "daha az yanıcı" olarak okumak. MESG yanıcılık sınırları, parlama noktası veya kendiliğinden tutuşma sıcaklığı hakkında hiçbir şey söylemez. Amonyak tablodaki en büyük MESG değerine sahiptir, ancak toksik ve yanıcıdır; karbon disülfür IIC'dir, ancak T6 gerektirir.
• Sınıra yakın bir maddeyi tek değere göre sınıflandırmak. Örtüşme aralıklarında her iki değer de gereklidir ve kurallar hangisinin belirleyici olduğunu söyler.
• MIC'yi MIE ile karıştırmak veya farklı cihazlardan gelen verileri karıştırmak. MIC ve MIE farklı testlerden gelir ve birbirine dönüştürülemez; standart dışı cihazlardan elde edilen güvenli aralıklar standart yöntemden büyük ölçüde farklı olabilir.
• Proses koşullarına ekstrapolasyon yapmak. MESG daha yüksek sıcaklık ve basınçla azalır; sertifikalı ekipman basınçlı veya oksijenle zenginleştirilmiş ortamlar için test edilmez.

Sık sorulan sorular

Maksimum deneysel güvenli aralık (MESG) nedir?

25 mm uzunluğunda bir birleşim yerine sahip 20 cm³'lük bir test haznesinin iki yarısı arasındaki, en tehlikeli konsantrasyonda ve atmosferik koşullarda, içerideki bir patlamanın hazneyi çevreleyen aynı gaz karışımını tutuşturmasını önleyen en büyük aralıktır. ISO/IEC 80079-20-1'e göre ölçülür ve gazları IIA, IIB ve IIC gruplarına atamak için kullanılır.

Hidrojenin MESG değeri nedir?

IEC veri tablolarında yaklaşık 0,29 mm'dir; yaygın gazlar arasındaki en küçük değerlerden biridir. Asetilen (0,37 mm) ve karbon disülfür (0,34 mm) benzerdir. Üçü de MESG değeri 0,50 mm veya altında olan gazları kapsayan IIC grubundadır.

MIC oranı nedir?

Bir gazı IEC 60079-11 kıvılcım test cihazında, 95 mH bobinli 24 V'luk bir devrede tutuşturan minimum akımın, laboratuvar metanının minimum tutuşturma akımına bölünmesidir. 0,80'in üzerindeki bir oran IIA, 0,45 ile 0,80 arası IIB, 0,45'in altı ise IIC anlamına gelir.

MIC oranında referans neden metandır?

Metan, patlamadan korunmanın ilk kez kömür madenlerinde geliştirildiği gazdır ve Grup I'in referans gazı olmaya devam etmektedir. Paydada metanın kullanılması, cihaza bağlı bir akım değerini laboratuvarların karşılaştırabileceği bir orana dönüştürür.

MESG ve MIC oranı uyuşmazsa hangi değer belirleyicidir?

Kuralı standart verir. MESG 0,50 ile 0,55 mm arasındaysa MIC oranı, MIC oranı 0,70 ile 0,90 veya 0,40 ile 0,50 arasındaysa MESG belirleyicidir. Bu aralıkların dışında tek bir değer yeterlidir.

excodex'te ilgili yazılar

• IIA, IIB ve IIC gaz grupları ve tipik gazlar
• Alev sızdırmaz muhafazalar (Ex d): alev yolları bir iç patlamayı nasıl durdurur
• Kendinden emniyet (Ex i): ia, ib ve ic ile enerji sınırlama ilkesi
• IIB+H2 açıklaması: hidrojen için ne zaman yeterlidir?
• Bir maddenin gaz grubu ve sıcaklık sınıfı nasıl bulunur
• Gruplarıyla birlikte gaz kütüphanesi: /gas; standart sayfaları ISO/IEC 80079-20-1, IEC 60079-1 ve IEC 60079-11; Ex işaretleme kontrolü

Standartlar ve ek kaynaklar

• ISO/IEC 80079-20-1:2017, patlayıcı ortamlar, gaz ve buhar sınıflandırması için malzeme özellikleri, test yöntemleri ve veriler (IEC 60079-20-1:2010'un yerini aldı; önizlemeli katalog kaydı): https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/1bf4ec16-63c8-413f-9547-99bad8173a93/iso-iec-80079-20-1-2017
• IEC 60079-20-1:2010, Hindistan Standartlar Bürosu (Bureau of Indian Standards) tarafından kabul edilen hali (bu yazıda alıntılanan test yöntemi ve veri eki): https://law.resource.org/pub/in/bis/S05/is.iec.60079.20.1.2010.pdf; IEC web mağazası (güncel baskı, ISO/IEC 80079-20-1:2017): webstore.iec.ch
• IEC 60079-11, kendinden emniyet "i" ile ekipman koruması (kıvılcım test cihazı; güncel baskı 7.0, 2023). Cihaz tanımı için kullanılan 2011 baskısının kamuya açık kopyası: https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/inc/iec/iec.60079-11.2011.pdf; IEC web mağazası (güncel baskı, IEC 60079-11:2023): webstore.iec.ch
• IEC 60079-1, alev sızdırmaz muhafazalar "d" ile ekipman koruması.
• H. Phillips (HSE), A comparison of "standard" methods for the determination of maximum experimental safe gap (MESG): https://stacks.cdc.gov/view/cdc/185612/cdc_185612_DS1.pdf

Bu yazı excodex editör ekibinin hazırladığı genel teknik bilgidir. Geçerli standartların, ekipman sertifikalarının ve talimatlarının, ulusal mevzuatın veya yetkin bir kişinin değerlendirmesinin yerini tutmaz.