Toz için yüzey sıcaklığı sınırları: bulutta üçte iki kuralı ve tabakada 75 K payı

Patlayıcı toz ortamında ekipmanın maksimum yüzey sıcaklığı aynı anda iki sınırın altında kalmalıdır: toz bulutunun minimum tutuşma sıcaklığının üçte ikisinden fazla olmamalı ve 5 mm kalınlığa kadar toz tabakalarının oluşabildiği yerlerde 5 mm'lik tabakanın minimum tutuşma sıcaklığının 75 K eksiğinden fazla olmamalıdır. İki değerden düşük olanı izin verilen maksimum yüzey sıcaklığıdır ve ekipman üzerinde işaretli sıcaklıkla, örneğin T135 °C ile karşılaştırılır. Daha kalın tabakaların oluşabildiği yerlerde IEC 60079-14 ek bir düşürme ister; 50 mm'nin üzerindeki tabakalarda, kolay tutuşan tabakalarda veya toz içine gömülebilecek ekipmanda ise sınır laboratuvar deneyleriyle belirlenmelidir.

Bu yazı, iki kuralın nereden geldiğini, adım adım nasıl uygulandığını, kalın tabakaların sonucu nasıl değiştirdiğini açıklar ve mısır nişastası, kayın ağacı tozu, linyit ve pancar şekeri için yayımlanmış verilerle çözümlü örnekler verir.

Temel noktalar

• Toz sıcak yüzeyde iki şekilde tutuşur: sıcak bir yüzeye temas eden bulut olarak ve ısınan, için için yanan ve tutuşan tabaka olarak. Her birinin kendi deneyi ve kendi sınırı vardır.
• Bulut sınırı: Tmax ≤ 2/3 × T_bulut; burada T_bulut, toz bulutunun °C cinsinden minimum tutuşma sıcaklığıdır.
• Tabaka sınırı (5 mm'ye kadar tabakalar): Tmax ≤ T_5mm - 75 K; burada T_5mm, 5 mm'lik tabakanın minimum tutuşma sıcaklığıdır.
• İzin verilen maksimum yüzey sıcaklığı ikisinden düşük olanıdır. Birçok organik tozda belirleyici olan tabaka sınırıdır.
• 5 mm'den kalın tabakalar daha düşük sıcaklıklarda tutuşur. IEC 60079-14, 5 ile 50 mm arasındaki tabakalar için sınırın düşürülmesine yönelik bir grafik verir; bu grafik 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı en az 250 °C olan tozlar için geçerlidir. Bu aralığın dışında laboratuvar deneyi gerekir.
• Grup III ekipman, maksimum yüzey sıcaklığı °C cinsinden yazılarak işaretlenir (örneğin T135 °C). EPL Db ve Dc için bu değer normalde toz tabakası olmadan belirlenir; toz tabakası altında deneyden geçirilmiş ekipman, T harfinden sonra alt simge olarak mm cinsinden tabaka derinliğini taşır; IECEx kılavuzunda örnek olarak kullanılan biçim T500 320 °C şeklindedir.
• Gaz sıcaklık sınıfları T1 ile T6 toz için geçerli değildir. Yalnızca gaza yönelik bir T4 işareti, toz tutuşmasına karşı koruma hakkında hiçbir şey söylemez.

Toz neden kendi sıcaklık kuralına ihtiyaç duyar

Yanıcı gazlar için kural basittir: ekipmanın sıcaklık sınıfı, gazın kendiliğinden tutuşma sıcaklığının altında olmalıdır (bkz. T1 ile T6 arası sıcaklık sınıfları). Toz ise iki bakımdan farklı davranır.

Birincisi, sıcak bir yüzeye temas eden toz bulutu, fırın deneyiyle ölçülen bir sıcaklıkta tutuşur; bu sıcaklık organik tozlar için tipik olarak birkaç yüz °C'dir. Deney koşulları idealleştirilmiştir; gerçek bulutlar, yüzeyler ve temas süreleri farklılık gösterir, bu nedenle bir güvenlik payı uygulanır.

İkincisi, toz çöker. Bir motorun, bir aydınlatma armatürünün veya bir muhafazanın üstündeki tabaka yüzeyi yalıtır, ısıyı hapseder ve oksitlenmeye ve kendi kendine ısınmaya başlayabilir. Bir tabakanın tutuştuğu sıcaklık genellikle bulut değerinden çok daha düşüktür ve tabaka kalınlaştıkça düşer. İçin için yanan bir tabaka da çevresinde oluşan her bulut için tutuşturucu kaynak olur.

Her iki değer de standart deney yöntemleriyle ölçülür (IEC sisteminde ISO/IEC 80079-20-2, ABD'de ASTM E1491 ve E2021) ve Toz patlama parametreleri yazısında açıklanmıştır. Bu nedenle IEC sistemi toz ekipmanı için sıcaklık sınıfı kullanmaz. Grup III ekipman, gerçek maksimum yüzey sıcaklığı °C cinsinden yazılarak işaretlenir, örneğin Ex tb IIIC T85 °C Db; montajı yapan kişi de bu değerin toz için hesaplanan sınırın altında olduğunu kontrol eder.

Bulut sınırı: bulut tutuşma sıcaklığının üçte ikisi

Montaj standardı IEC 60079-14, ekipmanın maksimum yüzey sıcaklığının toz bulutunun minimum tutuşma sıcaklığının üçte ikisini aşmamasını ister:

Tmax ≤ 2/3 × T_bulut

Hesap, standartta ve yayımlanmış çözümlü örneklerde olduğu gibi °C cinsinden sıcaklıklarla yapılır. Bulut tutuşma sıcaklığı 430 °C olan bir toz için bulut sınırı 2/3 × 430 = 286,7 °C'dir ve aşağı yuvarlanarak 286 °C alınır.

Üçte iki katsayısı, laboratuvar fırını ile tesis arasındaki farklara karşı bir güvenlik payıdır: toz konsantrasyonu, parçacık boyutu, yüzey şekli, akış ve tozun sıcak yüzeyle temas halinde kaldığı süre. Bulut sınırı, toz tabakası bulunsun ya da bulunmasın, bulutun ulaşabildiği tüm ekipman yüzeyine uygulanır.

Tabaka sınırı: 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığının 75 K eksiği

Ekipman üzerinde 5 mm kalınlığa kadar toz tabakası oluşabiliyorsa standart, maksimum yüzey sıcaklığının 5 mm'lik tabakanın minimum tutuşma sıcaklığından en az 75 K düşük olmasını ister:

Tmax ≤ T_5mm - 75 K

75 K'lik fark 75 °C'ye eşittir; bu nedenle tabaka tutuşma sıcaklığı 310 °C ise tabaka sınırı 310 - 75 = 235 °C olur.

5 mm değeri, 5 mm'lik tabaka kullanan sıcak plaka deneyine ve olağan ekipman seçiminin dayandığı, düzenli temizliğin tabakaları ince tuttuğu varsayımına karşılık gelir. HSE kılavuzu, elektrik standartlarının toz birikintilerinin hiçbir zaman 5 mm'den kalın olmayacağını varsaydığını belirtir. 75 K'lik pay, deneyin belirsizliğini ve gerçek ekipman üzerindeki tabakanın deney tabakasından farklı olarak tek taraftan ısıtılıp farklı biçimde soğutulmasını karşılar.

Bazı tozlar sıcak plaka üzerinde tutuşmak yerine erir veya bozunur; bu durumda deney raporlarında "eriyor" ifadesi yer alır ya da en yüksek deney sıcaklığına kadar bir değer verilmez. Bu durumda tabaka sınırı deneyden hesaplanamaz ve sonucu, bulut sınırı ile erimiş veya bozunan malzemenin yüzey üzerinde neye yol açabileceğine ilişkin bir değerlendirme birlikte belirler.

İkisini bir araya getirmek

İzin verilen maksimum yüzey sıcaklığı iki sınırdan düşük olanıdır:

İzin verilen Tmax = (2/3 × T_bulut) ile (T_5mm - 75 K) değerlerinden düşük olanı

Çözümlü örnek 1: bir doğrama atölyesinde kayın ağacı tozu

Bir doğrama atölyesindeki toz emme odası, filtredeki kaçaklar ve temizlik turları arasında biriken toz nedeniyle Bölge 22 olarak sınıflandırılmıştır. GESTIS-DUST-EX veritabanındaki bir kayın ağacı tozu numunesinin (medyan parçacık boyutu 61 µm) bulut tutuşma sıcaklığı 490 °C (Godbert-Greenwald fırını), 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı ise 310 °C'dir.

1. Bulut sınırı: 2/3 × 490 = 326,7, yani 326 °C.
2. Tabaka sınırı: 310 - 75 = 235 °C.
3. İzin verilen maksimum yüzey sıcaklığı: düşük olan değer, 235 °C.
4. Ekipmanın kontrolü: Ex tc IIIB T135 °C Dc işaretli bir motor (Ex t, muhafaza ile korumadır; bkz. Muhafaza ile toz tutuşma koruması (Ex t)) geniş bir payla uygundur. T250 °C işaretli bir aydınlatma armatürü ise 250 °C bulut sınırının altında olmasına rağmen uygun değildir.

Çözümlü örnek 2: bulutun belirleyici olduğu mısır nişastası

Veritabanındaki bir mısır nişastası numunesinin (medyan 11 µm) bulut tutuşma sıcaklığı 430 °C'dir ve 5 mm'lik tabakada 490 °C'ye kadar akkorlaşma görülmemiştir.

1. Bulut sınırı: 2/3 × 430 = 286,7, yani 286 °C.
2. Tabaka sınırı: en az 490 - 75 = 415 °C (tutuşma bulunmadığı için gerçek değer daha yüksektir).
3. İzin verilen maksimum yüzey sıcaklığı: bulutun belirlediği 286 °C.

Çözümlü örnek 3: kalın tabakaların deney gerektirdiği linyit

Bir linyit numunesinin (medyan 32 µm) bulut tutuşma sıcaklığı 380 °C, 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı ise 225 °C'dir.

1. Bulut sınırı: 2/3 × 380 = 253,3, yani 253 °C.
2. Tabaka sınırı: 225 - 75 = 150 °C.
3. İzin verilen maksimum yüzey sıcaklığı: 150 °C. T135 °C işaretli bir motor kabul edilebilir.
4. 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı 250 °C'nin altında olduğundan IEC 60079-14'teki kalın tabaka grafiği kullanılamaz. 5 mm'den kalın tabakalar oluşabiliyorsa gerçek tabaka kalınlığının tutuşma sıcaklığı deneyle belirlenmelidir.

Çözümlü örnek 4: eriyen bir toz olarak pancar şekeri

Bir pancar şekeri numunesinin (medyan 29 µm) bulut tutuşma sıcaklığı 470 °C'dir ve 5 mm'lik tabaka sıcak plaka üzerinde erimektedir.

1. Bulut sınırı: 2/3 × 470 = 313,3, yani 313 °C.
2. Tabaka sınırı: tabaka tutuşmak yerine eridiği için deneyden elde edilemez.
3. Bulut sınırı 313 °C verir; ancak yetkin bir değerlendirme, sıcak yüzey üzerinde erimiş ve karamelleşen bir birikintinin neye yol açabileceğini dikkate almalıdır ve daha düşük bir sınır uygun olabilir.

Kalın tabakalar: 5 ile 50 mm kuralı ve ötesi

Daha kalın bir tabaka daha iyi yalıtır; bu nedenle içindeki yavaş oksitlenmenin ürettiği ısı daha zor dışarı çıkar ve tabaka daha düşük bir sıcak yüzey sıcaklığında tutuşur. Etki büyüktür. ASTM E2021, toz haline getirilmiş bir bitümlü kömür için sıcak yüzey tutuşma sıcaklığının 6,4 mm'de 300 °C'den 9,4 mm'de 260 °C'ye, 12,7 mm'de 240 °C'ye ve 25,4 mm'de 210 °C'ye düştüğünü gösteren verilere atıf yapar. Ağaç tozları üzerine yayımlanmış bir çalışma, aynı numuneler için 5 mm tabaka değerlerini 330 ile 350 °C, 12,5 mm değerlerini ise 300 °C olarak bulmuş ve 12,5 mm'lik tabakaların oluştuğu ağaç işleme atölyelerinde ekipmanın 225 °C'yi aşmaması gerektiği sonucuna varmıştır.

IEC 60079-14 bunu üç adımda ele alır:

1. 5 mm'ye kadar tabakalar: yukarıdaki 75 K kuralı uygulanır.
2. 5 mm'den 50 mm'ye kadar tabakalar: standart, tabaka kalınlığı arttıkça izin verilen maksimum yüzey sıcaklığını düşüren ve farklı 5 mm tabaka tutuşma sıcaklıkları için bir eğri ailesi içeren bir grafik verir. Grafik yalnızca 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı 250 °C veya üzeri olan tozlar için kullanılabilir.
3. Laboratuvar incelemesi şu durumlarda gereklidir: 50 mm'den kalın tabakalar, daha kalın tabakaların mümkün olduğu ve 5 mm tabakası 250 °C'nin altında tutuşan tozlar ve ekipmanın tamamen tozla çevrilebildiği veya toz içine gömülebildiği yerler, örneğin bir silo veya bunker içi.

Çoğu zaman daha iyi çözüm, kalın tabakanın oluşmasını önlemektir: iyi bir temizlik düzeni, muhafazaların üst yüzeylerinin eğimli yapılması ve ekipmanın tozun birikmediği yerlere monte edilmesi (bkz. Toz tabakaları ve temizlik). Kalın tabakaların prosesin bir parçası olduğu yerlerde ekipmanın kendisi bu tabakalar için sertifikalandırılabilir.

Tabaka kalınlığı için işaretlenmiş ekipman

EPL Db ve Dc için Grup III ekipmanın maksimum yüzey sıcaklığı normalde toz tabakası olmadan belirlenir. Ekipman belirli bir toz tabakası altında deneyden geçirildiğinde sonuç, mm cinsinden tabaka derinliğiyle birlikte işaretlenir: derinlik alt simge olarak T harfiyle yazılır ve ardından sıcaklık gelir. Bu işaretlemeye ilişkin IECEx kılavuzu örnek olarak T500 320 °C kullanır: ekipman 500 mm'lik bir tabaka altındayken 320 °C maksimum yüzey sıcaklığı. Koruma seviyesi ta (EPL Da) olan ekipman her zaman bir tabaka altında deneyden geçirilir ve bu nedenle her zaman bu biçimi taşır. Montajı yapan kişi, işaretli sıcaklığı yine 75 K payla, aynı derinlikteki bir tabakanın deneyle belirlenen tutuşma sıcaklığıyla karşılaştırır.

Sonucun uygulamada kullanılması

• Aynı şeyleri karşılaştırın. Toz için hesaplanan izin verilen değer, ekipman üzerinde işaretli maksimum yüzey sıcaklığıyla karşılaştırılır; bu değer anma ortam sıcaklığı aralığını zaten içerir. Ekipman işaretli ortam sıcaklığı aralığının dışında kullanılırsa işaret artık geçerli değildir (bkz. Ortam sıcaklığı aralığı Ta).
• Gaz ve toz işaretlerini ayrı okuyun. Hem gaz hem toz için sertifikalı ekipman iki işaret taşır, örneğin Ex db IIC T4 Gb ve Ex tb IIIC T135 °C Db. Toz için yalnızca Grup III işareti geçerlidir. Yalnızca gaza yönelik bir T4 sınıfı gaz için 135 °C anlamına gelir, ancak toz girişine karşı koruma veya toz tabakaları hakkında bilgi vermez.
• Prosesin sıcak yüzeyleri için de aynı sınırları kullanın. Buhar boruları, kurutucular, ısıtıcılar ve rulmanlar da tutuşturucu kaynaktır. Elektriksel olmayan ekipman ve proses yüzeyleri için yapılan tutuşma tehlikesi değerlendirmesi, bunları normalde aynı iki sınırla karşılaştırır; bkz. Tehlikeli bölgelerde sıcak yüzeyler.
• Hem tozu hem bölgeyi kontrol edin. Yüzey sıcaklığı yalnızca bir seçim kriteridir. Ekipman koruma seviyesi (Da, Db veya Dc) bölgeye, toz grubu (IIIA, IIIB veya IIIC) da toza uymalıdır; bkz. Ekipman koruma seviyeleri.

Kısaca Kuzey Amerika uygulaması

NEC Class II (Division) sisteminde ekipman sıcaklık işaretleri ilgili tozun tutuşma sıcaklığının altında olmalıdır; nem kaybedebilen veya karbonlaşabilen organik tozlarda ise işaretli sıcaklık, bu tutuşma sıcaklığı ile 165 °C (329 °F) değerlerinden düşük olanını aşmamalıdır. Burada açıklanan üçte iki ve 75 K kuralları IEC sistemine aittir; bkz. Kuzey Amerika tehlikeli konum onayları.

Sık yapılan hatalar ve yanlış kanılar

• Yalnızca bulut tutuşma sıcaklığını kullanmak. Çoğu organik tozda tabaka sınırı daha düşüktür ve belirleyicidir. Her zaman ikisini de hesaplayın.
• Toz için gaz sıcaklık sınıflarını kullanmak. T1 ile T6, gazların kendiliğinden tutuşma sıcaklıklarıyla ilgilidir. Toz ekipmanı °C cinsinden bir sıcaklıkla işaretlenir ve bu değer toz sınırlarıyla karşılaştırılmalıdır.
• Kalın tabakaları unutmak. 75 K kuralı 5 mm'ye kadar tabakaları kapsar. Daha kalın tabakaların birikebildiği yerlerde sınır daha düşüktür; 250 °C'nin altında veya 50 mm'nin üzerinde ise deneyle belirlenmelidir.
• Başka bir tozun veritabanı değerlerini almak. Bir numunenin tutuşma sıcaklıkları, daha ince bir kaliteyi, farklı bir nem içeriğini veya bir motorun üstündeki ince tanecikleri tanımlamaz. Sonuç ekipmanın değerine yakınsa fiilen bulunan tozu deneyden geçirin.
• Eriyen tozları göz ardı etmek. "Eriyor" sonucu, tabaka tehlikesi olmadığı anlamına gelmez. 75 K kuralının doğrudan uygulanamayacağı ve değerlendirmenin daha fazla özen gerektirdiği anlamına gelir.
• İşaretli bir sıcaklığın toz tabakasını içerdiğini varsaymak. IEC sisteminde T135 °C gibi düz bir Grup III sıcaklığı tabaka olmadan belirlenir. Yalnızca T500 320 °C biçiminde tabaka derinliği alt simgesi taşıyan bir işaret, belirli bir tabakayı kapsar.

Sık sorulan sorular

Toz için maksimum yüzey sıcaklığı nasıl hesaplanır?

Toz bulutunun minimum tutuşma sıcaklığının üçte ikisini ve 5 mm'lik tabakanın minimum tutuşma sıcaklığının 75 K eksiğini alın. İki değerden düşük olanı, ekipmanın sahip olabileceği en yüksek yüzey sıcaklığıdır. Örneğin 490 °C bulut değeri ve 310 °C tabaka değeri 326 °C ve 235 °C verir; bu nedenle ekipman 235 °C'yi aşmamalıdır.

Toz tabakası payı neden 75 K'dir?

Tabaka tutuşma sıcaklığı, sıcak plaka üzerindeki 5 mm'lik bir tabakada kontrollü koşullarda ölçülür. Ekipman üzerindeki gerçek tabakalar kalınlık, ısınma ve soğuma bakımından farklıdır ve deneyin de kendi belirsizliği vardır. 75 °C'ye eşit olan 75 K'lik sabit pay, 5 mm'ye kadar tabakalar için bir güvenlik mesafesi sağlar; daha kalın tabakalar daha büyük bir düşürme gerektirir.

Üçte iki kuralı °C cinsinden mi yoksa kelvin cinsinden mi uygulanır?

°C cinsinden. Montaj standardı tutuşma sıcaklıklarını °C cinsinden ifade eder ve yayımlanmış çözümlü örnekler °C cinsinden bulut tutuşma sıcaklığını üçte iki ile çarpar. Önce kelvine çevirmek, kuralın kastetmediği farklı bir sayı verir.

Toz tabakası 5 mm'den kalınsa ne olur?

5 mm'den 50 mm'ye kadar tabakalar için IEC 60079-14, 5 mm tabaka tutuşma sıcaklığı en az 250 °C olan tozlarda, tabaka kalınlaştıkça izin verilen yüzey sıcaklığını düşüren bir grafik verir. Daha kalın tabakalarda, 5 mm'lik tabaka olarak 250 °C'nin altında tutuşan tozlarda veya ekipmanın toz içine gömülebildiği yerlerde tutuşma sıcaklığı laboratuvar deneyleriyle belirlenmelidir.

Gaz için T4 sınıflı bir cihazı toz ortamında kullanabilir miyim?

Yalnızca bu temelde hayır. T4 işareti gazlarla ilgilidir; muhafazanın tozu dışarıda tuttuğunu veya toz altında yüzeyin ne kadar ısındığını göstermez. Cihazın uygun EPL, toz grubu ve toz için hesaplanan sınırın altında kalan °C cinsinden maksimum yüzey sıcaklığı içeren bir Grup III işaretine sahip olması gerekir.

Toz ekipmanında T135 °C ne anlama gelir?

Ekipmanın, anma değerleri içindeki en olumsuz koşullar altında işletmedeyken toz tabakası olmadan ölçülen maksimum yüzey sıcaklığıdır (tabaka deneyi, T harfinden sonra tabaka derinliği alt simgesiyle gösterilir). Bu değer toz için hesaplanan izin verilen sıcaklıktan düşük olmalıdır: örneğin sınırı 150 °C olan bir toz için kabul edilebilir, sınırı 130 °C olan bir toz için kabul edilemez.

excodex'te ilgili yazılar

• Toz patlama parametreleri: Kst, Pmax, St sınıfları, MIE ve minimum tutuşma sıcaklıkları
• Toz tabakaları ve temizlik: ne kadar kalınlık fazladır?
• Muhafaza ile toz tutuşma koruması (Ex t): ta, tb ve tc
• T1 ile T6 arası sıcaklık sınıfları: yüzey sıcaklığının kendiliğinden tutuşma sıcaklığıyla eşleştirilmesi
• Ex işareti nasıl okunur
• Araçlar ve standart alanları: Ex işaret kontrolü, IEC 60079-14, IEC 60079-31, IEC 60079-0; sorular için forum

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 60079-14:2024 (6.0 baskı), elektrik tesisatlarının tasarımı, seçimi ve montajı; toz tutuşma sıcaklıklarına göre ekipman seçimi ve toz tabakası kalınlığı ile izin verilen maksimum yüzey sıcaklığı arasındaki ilişki dahil: katalog kaydı ve önizleme
• IEC 60079-0, Ex ekipman için genel gereklilikler; Grup III için maksimum yüzey sıcaklığının belirlenmesi ve işaretlenmesi dahil.
• IEC 60079-31:2022, muhafaza ile toz tutuşma koruması t.
• Ex t ekipmanının toz tabakalı ve tabakasız işaretlenmesine ilişkin IECEx ExTAG karar sayfası taslağı (tabaka derinliği alt simgesi, örnek T500 320 °C): iecex.com
• ISO/IEC 80079-20-2, yanıcı tozlar için deney yöntemleri; bulut ve 5 mm tabaka tutuşma sıcaklıkları dahil.
• ASTM E2021, toz tabakalarının sıcak yüzey tutuşma sıcaklığı (tabaka kalınlığının etkisine ilişkin verilerle): astm.org
• IEV 426-01-04, maksimum yüzey sıcaklığının tanımı: electropedia.org
• IFA, tozların yanma ve patlama özelliklerine ilişkin GESTIS-DUST-EX veritabanı (burada kullanılan numune değerlerinin kaynağı): staubex.ifa.dguv.de
• M. Pastier ve diğerleri, Minimum ignition temperature of wood dust layers, Research Papers of the Faculty of Materials Science and Technology in Trnava, 2013: reference-global.com (PDF)
• HSE, HSG103 Safe handling of combustible dusts (yüzey sıcaklıkları ve toz birikintileri): hse.gov.uk (ücretsiz 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.