Bölge sınıflandırmasında havalandırma: seyrelme derecesi ve kullanılabilirlik

IEC 60079-10-1'de havalandırma iki ayrı soru üzerinden değerlendirilir. Seyrelme derecesi (yüksek, orta veya düşük), hava hareketinin belirli bir salımı alt patlama sınırının (APS, İng. LEL) altına ne kadar etkili seyrelttiğini sorar; salımın büyüklüğüne ve hava hızına bağlıdır. Kullanılabilirlik (iyi, yeterli veya zayıf) ise bu hava hareketinin ne kadar güvenilir biçimde mevcut olduğunu sorar. Bu iki cevap salım derecesiyle birlikte bölge tipini belirler; seyrelme derecesi ayrıca bölge boyutunu da etkiler: iyi bir havalandırma bölgeyi ihmal edilebilir boyuta indirebilirken zayıf bir havalandırma (düşük seyrelme) ikincil bir salımı Bölge 1'e dönüştürebilir.

Bu yazı doğal ve yapay havalandırmayı, IEC 60079-10-1'in 2020 baskısında kullanılan üç seyrelme derecesini ve üç kullanılabilirlik seviyesini, bunların bölge tipini nasıl değiştirdiğini açıklar ve bir kapalı alan örneğini adım adım çözer.

Temel noktalar

• Bölge sınıflandırmasında havalandırma, bir salımın çevresindeki havayı temiz hava ile değiştiren her türlü hava hareketidir: rüzgar ve sıcaklık farkları (doğal) veya fanlar (yapay, genel veya lokal).
• Seyrelme derecesi yüksek, orta veya düşüktür. Salım karakteristiği, yani salım debisinin gaz yoğunluğuna ve alt patlama sınırına bölümü, standarttaki bir diyagram üzerinde havalandırma hızı ile karşılaştırılarak değerlendirilir.
• Kapalı alanlarda ayrıca odadaki gazın arka plan konsantrasyonu kritik bir değerle, genellikle APS'nin %25'i ile karşılaştırılır: bu değer aşılırsa seyrelme genel olarak düşük kabul edilir.
• Kullanılabilirlik iyi (havalandırma neredeyse sürekli mevcut), yeterli (normal işletmede mevcut olması beklenir, yalnızca seyrek ve kısa kesintiler olur) veya zayıftır (ikisini de karşılamaz, ancak uzun kesintiler beklenmez).
• Açık dış alanlar genellikle iyi kullanılabilirlikle orta veya yüksek seyrelme sağlar; çukurlar, hendekler, sıkışık alanlar ve binalar ayrıca değerlendirilmelidir.
• Yapay havalandırma, otomatik devreye giren yedek fanlarla veya havalandırma durduğunda salımı kesen bir kilitleme (interlock) ile iyi kullanılabilirliğe ulaşabilir.

Havalandırma neden bu kadar belirleyici

Yanıcı bir gaz salımı, yalnızca konsantrasyonun alt ve üst patlama sınırları arasında kaldığı yerde patlayıcı ortam oluşturur. Hava hareketi gazı uzaklaştırır ve temiz hava ile karıştırır, böylece konsantrasyon mesafe ile düşer. Bu seyrelme ne kadar hızlı ve güvenilirse yanıcı bulut o kadar küçük olur ve salım durduktan sonra o kadar kısa süre kalır.

Bu nedenle havalandırma, sınıflandırmanın her iki çıktısını da etkiler:

• bölge tipini, çünkü salımdan sonra ortamın kalıcılığı ve havalandırmanın devre dışı kalma riski, patlayıcı ortamın ne sıklıkta bulunacağını değiştirir;
• bölge boyutunu, çünkü daha güçlü seyrelme, güvenli konsantrasyona kaynağa daha yakın bir noktada ulaşır.

Havalandırma salım derecesini değiştirmez. İyi havalandırılan bir alanda da flanş kaçağı ikincil salımdır. Değişen, bu kaçağın neye yol açabileceğidir.

Doğal ve yapay havalandırma

Doğal havalandırma

Doğal havalandırma, rüzgarın ve sıcaklık farklarının oluşturduğu hava hareketidir. Dış alanlarda bu, yapılar tarafından yavaşlatılan ve yönü değiştirilen rüzgardır. Kapalı alanlarda hava, binaya etkiyen rüzgar basıncı ve kaldırma kuvveti (iç ortam dışarıdan sıcak olduğunda baca etkisi) ile açıklıklardan girer ve çıkar. IEC 60079-10-1'in 2020 baskısında, binaların rüzgar kaynaklı, kaldırma kuvveti kaynaklı ve birleşik doğal havalandırması için bir ekte kılavuz bilgi bulunur.

Doğal havalandırmanın iki zayıf yönü vardır. Değişkendir: durgun hava, rüzgar yönü ve küçük sıcaklık farkları onu çok düşük seviyelere indirebilir, rüzgar kaldırma kuvvetiyle oluşan akışa karşı bile çalışabilir. Ve engellenebilir: yeni duvarlar, cephe kaplamaları, kapalı kapılar veya eklenen ekipmanlar onu kimse fark etmeden değiştirir. Birkaç tarafında büyük ve kalıcı açıklıklar bulunan bir bina veya sundurma bazen açık alan olarak ele alınabilir, ancak bunun gerekçelendirilmesi gerekir.

Yapay havalandırma

Yapay havalandırmada fanlar kullanılır. İki biçimi vardır:

Yanıcı ortam taşıyan fanlar ve kanallar, patlamadan korunma probleminin bir parçası haline gelir. Emiş fanı taşıyabileceği ortama uygun olmalıdır (elektriksel olmayan yönler ISO 80079-36 ve ISO 80079-37 kapsamındadır) ve egzoz çıkış noktası da kendi bölgesi belirlenmesi gereken bir salım kaynağıdır.

Seyrelme derecesi: yüksek, orta ve düşük

IEC 60079-10-1 üç dereceyi kabaca şöyle tanımlar:

Seyrelme derecesi nasıl değerlendirilir

Değerlendirme iki büyüklüğü birleştirir:

• Salım karakteristiği, m³/s cinsinden Wg / (ρg · LFL); burada Wg kütlesel salım debisi (sıvı için buharlaşma debisi), ρg ortam koşullarındaki gaz veya buhar yoğunluğu, LFL ise hacim kesri olarak alt patlama sınırıdır (APS, İng. LFL). Bu ifade, pratikte salımı APS'ye kadar seyreltmek için gereken hava hacim debisidir. 2020 baskısı, 2015 baskısının bu ifadede APS'ye uyguladığı ek emniyet faktörü k'yı kaldırmıştır.
• m/s cinsinden havalandırma hızı uw. Dış alanlarda bu bir rüzgar hızıdır; standart, yer ve salım tipine bağlı olarak bir tabloda tavsiye niteliğinde temkinli değerler verir. Kapalı alanlarda havalandırma debisinden ve havanın geçtiği oda kesitinden hesaplanır.

İki değer, standarttaki yüksek, orta ve düşük seyrelme bölgelerine ayrılmış seyrelme diyagramına işlenir. Güçlü hava hareketindeki küçük bir salım yüksek bölgeye, durgun havadaki büyük bir salım düşük bölgeye düşer.

Kapalı alanlarda: arka plan konsantrasyonu kontrolü

Bir odada hemen dışarı taşınmayan gaz oda havasına karışır ve ortalama konsantrasyonu, yani arka plan konsantrasyonu Xb'yi yükseltir. Yaklaşık olarak Xb, salınan gazın hacim debisinin havalandırma hava debisine bölümünün, mükemmel olmayan karışımı hesaba katan bir f faktörüyle çarpımına eşittir (ideal karışım için f = 1; örneğin engeller veya kötü yerleştirilmiş giriş ve çıkış ağızları nedeniyle karışım zayıfsa daha yüksek).

Arka plan konsantrasyonu, değerlendirme için APS'nin bir oranı olarak seçilen kritik konsantrasyon ile karşılaştırılır; en yaygın kullanılan değer APS'nin %25'idir. Arka plan konsantrasyonu bu değeri aşarsa, diyagram ne gösterirse göstersin seyrelme genel olarak düşük kabul edilir: oda salımla başa çıkamaz ve yanıcı ortam kalıcı olur.

Dış alanlarda: açık alan her zaman iyi havalandırılmış değildir

Açık ve engelsiz dış alanlarda seyrelme genellikle orta veya yüksek, kullanılabilirlik genellikle iyidir. Dış alanda düşük seyrelme nadirdir ama gerçektir: çukurlarda, hendeklerde, toplama haznelerinde ve zemin kotunun altında, yüksek yapılarla çevrili alanlarda ve havanın neredeyse hiç hareket etmediği sıkışık proses modüllerinde görülür. Propan (buhar yoğunluğu 1,52) veya toluen (3,18) gibi havadan ağır buharlar bu tür alçak noktalara akar ve orada kalır.

Rüzgar hızının seçimi sürekli tartışılan bir konudur. Standardın tavsiye ettiği değerler temkinlidir. Sahaya ait rüzgar istatistikleri farklı bir değeri destekleyebilir, ancak bunun gerekçelendirilmesi gerekir; muhafazaların rüzgarla sağlanan doğal havalandırması için İngiltere Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı (HSL) araştırması, gerçekçi en kötü durum olarak zamanın %80'inde aşılan rüzgar hızını önermiştir.

Kullanılabilirlik: iyi, yeterli ve zayıf

Kullanılabilirlik güçle değil, güvenilirlikle ilgilidir. Sık sık kapatılan güçlü bir fanın kullanılabilirliği zayıf olabilir; her zaman var olan mütevazı bir doğal hava akımının kullanılabilirliği ise iyi olabilir.

Zayıf seviyeyi bile karşılamayan havalandırma, hiç havalandırma olarak sayılmamalıdır.

Yapay havalandırmada iyi kullanılabilirliğe normalde iki yoldan biriyle ulaşılır. Ya debi düştüğünde yedek fan otomatik olarak devreye girer ya da debi kaybı prosesle kilitlenir ve salımın kendisi durdurulur, örneğin gaz besleme vanası kapatılarak. İkinci durumda havalandırma çalışırken belirlenen sınıflandırma korunabilir, çünkü havalandırma olmadan hiçbir salım oluşamaz.

Seyrelme ve kullanılabilirlik bölge tipini nasıl değiştirir

IEC 60079-10-1, salım derecesini seyrelme derecesi ve kullanılabilirlik ile bir tabloda birleştirir. Aşağıdaki özet her kombinasyon için bölge tipini verir; "+" işareti "ile çevrili" anlamındadır.

Tabloyu okurken dikkat edilecek noktalar:

• NE (ihmal edilebilir boyut, negligible extent), teorik olarak kaynağın yakınında bir bölge bulunduğu, ancak bu bölgenin bir tutuşmanın sonuçları ihmal edilebilir olacak kadar küçük olduğu anlamına gelir. Bu tanımlama gerekçelendirilmeli ve belgelenmelidir. Ulusal önsözler, ulusal kılavuzlar ve sektör kuralları kullanımına ek koşullar getirebilir.
• "Bölge 1 + Bölge 2" gibi kombinasyonlardaki çevreleyen bölge, havalandırmanın azaldığı veya hiç olmadığı dönemleri kapsar.
• Düşük seyrelmede (birincil veya ikincil bir salım için) Bölge 1 yerine Bölge 0, havalandırma o kadar zayıf ve salım öyle bir nitelikte olduğunda uygulanır ki patlayıcı ortam pratikte neredeyse sürekli bulunur.
• İkincil salımlarda kullanılabilirlik en çok seyrelme yüksek olduğunda önem taşır: tehlikesiz ile Bölge 2 arasındaki kararı belirler. Orta seyrelmede kullanılabilirlik ne olursa olsun sonuç Bölge 2'dir.
• Büyük bir ikincil salımdan kaynaklanan Bölge 2, aynı kaynaktaki birincil veya sürekli salımın oluşturduğu bölgeden büyük olabilir; bu durumda büyük olan boyut kullanılır.

Tablonun tam hali ve dipnotları için her zaman standardın güncel baskısını kontrol edin.

Çözümlü örnek: gaz ölçüm odası

10 m × 8 m × 4 m (320 m³) boyutlarındaki bir ölçüm odasında, burada metan olarak ele alınan (APS hacimce %4,4, buhar yoğunluğu 0,554) doğal gaz boru tesisatı bulunmaktadır. Odada saatte 6 hava değişimi sağlayan, yani 1920 m³/h veya yaklaşık 0,53 m³/s debili genel mekanik emiş vardır; gaz havadan hafif olduğu için emiş yüksek kottan yapılır.

Flanş kaçağı. Bu bölümdeki adım adım örnekte yer alan flanş kaçağı (yaklaşık 1,6 × 10⁻⁴ kg/s, ya da yaklaşık 2,4 × 10⁻⁴ m³/s gaz) ikincil bir salımdır.

Daha büyük salım. Arka plan konsantrasyonu APS'nin %25'ine (hacimce %1,1) ulaşmadan önce bu oda ne büyüklükte bir salımı tolere edebilir? Aynı f = 2 ile sınır, yaklaşık 0,011 × 0,53 / 2 ≈ 0,003 m³/s gaz debisi, kabaca 2 g/s metandır. Bundan fazla salım yapan arızalı bir conta veya kopmuş küçük çaplı bir bağlantı düşük seyrelmeye yol açar; düşük seyrelmedeki ikincil bir salım ise Bölge 1 veya daha kötüsüyle sonuçlanır. Oda havalandırması, ikincil salımlar için varsayılan delik çapları ve otomatik izolasyonlu gaz algılama gibi önlemler birlikte değerlendirilmelidir.

Kullanılabilirlik. Tek fanla kullanılabilirlik en iyi ihtimalle yeterli, fan arızası fark edilmeden kalabiliyorsa zayıftır. Değerlendirme orta seyrelme bulursa, ikincil salımlar kullanılabilirlik ne olursa olsun Bölge 2 verir. Yüksek seyrelme bulursa, yeterli kullanılabilirlik odanın yine tehlikesiz olarak ele alınmasına izin verir (kaynaklarda Bölge 2 NE), ancak zayıf kullanılabilirlik Bölge 2 verir. Emiş kaybında gaz giriş vanasını kapatan bir akış anahtarı veya otomatik devreye giren bir yedek fan eklemek kullanılabilirliği iyi seviyesine çıkarır ve tehlikeli olmayan bölge gerekçesini çok daha kolay hale getirir.

Örnek, tipik tasarım kaldıracını göstermektedir: havalandırma ve güvenilirliği, bir odada Ex ekipmana gerek olup olmadığına bile karar verebilir.

Yaklaşım nasıl değişti

2008 yöntemi birçok durumda yanıcı hacimleri olduğundan büyük tahmin ettiği için eleştirildi; İngiltere Sağlık ve Güvenlik Laboratuvarı ve diğerlerinin araştırmaları değişikliklere girdi oluşturdu. Dördüncü baskı, 2025'te oylama için komite taslağı olarak dağıtıldı. Yeni bir baskı tek başına mevcut bir sınıflandırmayı geçersiz kılmaz, ancak önemli bir değişiklikten sonra yapılan gözden geçirmede güncel yöntem kullanılmalıdır.

Sık yapılan hatalar

• Sayı vermeden "iyi havalandırılmış" yazmak. Seyrelme ve kullanılabilirlik gerekçelendirilmelidir: hava debileri, rüzgar varsayımları, açıklık alanları, fan düzenleri ve kilitlemeler.
• Dış alanın yüksek seyrelme anlamına geldiğini varsaymak. Çukurlar, hendekler, kapalı köşeler ve sıkışık modüller açık havada bile, özellikle ağır buharlar için düşük seyrelmeye yol açabilir.
• Kapalı alanlarda arka plan konsantrasyonunu göz ardı etmek. Hava değişim sayısı düşük küçük bir oda, kaçak yakınındaki yerel kontrolü geçip yine de gazla dolabilir.
• Havanın nereye gittiğini unutmak. Emiş noktaları gaz yoğunluğuna uygun olmalıdır: metan ve hidrojen gibi hafif gazlar için yüksek kotta, ağır buharlar için alçak kotta. Egzoz çıkışının kendi bölgesi olmalıdır.
• Tek fanı iyi kullanılabilirlik olarak değerlendirmek. Otomatik devreye giren bir yedek fan veya salımı durduran bir kilitleme yoksa, kullanılabilirlik en iyi ihtimalle yeterlidir.
• Doğal havalandırmanın bozulmasına izin vermek. Yeni duvarlar, cephe kaplamaları, kapatılmış panjurlar veya açıklıkların önüne yapılan depolama sınıflandırmayı değiştirir. Bunları değişiklik yönetimine dahil edin.

Sık sorulan sorular

Seyrelme derecesi ile havalandırmanın kullanılabilirliği arasındaki fark nedir?

Seyrelme derecesi, havalandırma çalışırken hava hareketinin bir salımı ne kadar iyi seyrelttiğini tanımlar: yüksek, orta veya düşük. Kullanılabilirlik, bu havalandırmanın ne kadar güvenilir biçimde mevcut olduğunu tanımlar: iyi, yeterli veya zayıf. İkisi ayrı ayrı değerlendirilir ve bölge tipini bulmak için salım derecesiyle birleştirilir.

Havalandırma tehlikeli bir alanı tehlikesiz hale getirebilir mi?

Evet, belirli sınırlar içinde. Yüksek seyrelme ve iyi kullanılabilirlik ile IEC 60079-10-1, bir salımın çevresindeki bölgenin ihmal edilebilir boyutta sınıflandırılmasına izin verir; böylece yer tehlikesiz olarak ele alınabilir. Bunun için salımın, seyrelmenin ve havalandırmanın güvenilirliğinin belgelenmiş bir değerlendirmesi gerekir; büyük salımlar için veya küçük bir tutuşmanın bile insanlara zarar verebileceği yerlerde uygun değildir.

Tehlikeli bir alan için hangi hava değişim sayısı gerekir?

IEC 60079-10-1 tek bir hava değişim sayısı belirlemez. Gerekli havalandırma salım debisine, gazın özelliklerine ve hedeflenen seyrelmeye bağlıdır; kapalı alanlarda arka plan konsantrasyonu değerlendirmede kullanılan kritik değerin, genellikle APS'nin %25'inin altında kalmalıdır. Salıma dayanmayan sabit bir hava değişim sayısı çok düşük ya da gereksiz yere yüksek olabilir.

Dış alan havalandırması her zaman iyi kullanılabilirlik olarak mı değerlendirilir?

Açık ve engelsiz dış alanlarda doğal havalandırma genellikle iyi kullanılabilirlik olarak ele alınır, çünkü bir miktar hava hareketi neredeyse her zaman mevcuttur. Seyrelme derecesi ayrı bir sorudur ve salıma ve varsayılan rüzgar hızına bağlıdır. Çukurlar veya yüksek yapılarla çevrili alanlar gibi hava hareketinin kısıtlı olduğu yerler ayrıca değerlendirilmelidir.

Gaz algılama havalandırma yerine sayılır mı?

Hayır. Gaz algılama hiçbir şeyi seyreltmez. Sınıflandırmayı dolaylı olarak destekleyebilir, örneğin gaz algılandığında ek havalandırmayı devreye alarak veya salımı izole ederek. Bu tür eylemlerden pay almak, bunların güvenilir, test edilmiş ve belgelenmiş olmasını gerektirir ve değerlendirmede dikkatle gerekçelendirilmelidir.

excodex'te ilgili yazılar

• Tehlikeli bölgeler: Bölge 0, Bölge 1 ve Bölge 2
• Gaz için tehlikeli bölge sınıflandırması adım adım nasıl yapılır
• Salım dereceleri: sürekli, birincil ve ikincil
• Tehlikeli bölgenin boyutunun tahmini: salım debileri ve seyrelme
• Basınçlandırılmış odalar ve analizör kabinleri: bir alanı havalandırma ile tehlikesiz hale getirmek
• Akü odaları ve şarj alanları: hidrojen, havalandırma ve tehlikeli bölgeler
• Araçlar: gaz ve solvent kütüphanesi, standart sayfaları IEC 60079-10-1, ISO 80079-36, forum

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 60079-10-1:2020 (baskı 3.0), Patlayıcı ortamlar, Bölüm 10-1: Alanların sınıflandırılması, patlayıcı gaz ortamları; havalandırma kılavuzu ve tehlikeli bölgelerin tahmini üzerine ekleriyle. IEC webstore sayfası
• ISO 80079-36 ve ISO 80079-37, patlayıcı ortamlar için elektriksel olmayan ekipman; emiş sistemlerindeki fanlar ve diğer mekanik ekipmanlar için geçerlidir.
• Ineris, Principes de ventilation en zone ATEX (Fransızca), 2022, seyrelme ve kullanılabilirlik üzerine uygulamalı kılavuz: ineris.fr
• Santon, Ivings, Webber, Kelsey (Health and Safety Laboratory), New methods for hazardous area classification for explosive gas atmospheres, IChemE Hazards XXIII, 2012: icheme.org
• Mauri ve van Wingerden, A closer look to some aspects of the methodology of hazardous area classification using CFD, IChemE Hazards 27, 2017: icheme.org
• HSE, Hazardous area classification and control of ignition sources, mekanik havalandırmanın rolü dahil: hse.gov.uk

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