Alev sızdırmaz muhafazalar (Ex d): alev yolları iç patlamayı nasıl durdurur

Alev sızdırmaz muhafaza (Ex d), patlayıcı gazı dışarıda tutmaya çalışmaz. Gazın içeri gireceğini ve tutuşacağını kabul eder; bu iç patlamaya dayanacak ve alevin dışarı çıkmasını durduracak kadar sağlam yapılır. Muhafaza parçaları arasındaki her birleşim yeri bir alev yoludur (flamepath): içinden itilen sıcak gazların ısılarını metale vererek dış ortamı tutuşturamayacak kadar soğumuş halde çıktığı, çok dar ve yeterince uzun bir aralık. db seviyesindeki alev sızdırmaz ekipman EPL Gb verir ve esas olarak Bölge 1'de kullanılır.

Bu yazı alev yollarının nasıl çalıştığını, farklı birleşim tiplerini (flanşlı, geçmeli, silindirik ve dişli), izin verilen aralığı ve genişliği neyin belirlediğini, basınç yığılmasının neden önemli olduğunu ve bir Ex d muhafazanın ömrü boyunca alev sızdırmaz kalmasını sağlayan montaj ve bakım kurallarını açıklar.

Temel noktalar

• Bir Ex d muhafaza iki şeyi yapmalıdır: iç patlamanın basıncına hasar görmeden dayanmak ve patlamanın birleşim yerlerinden çevredeki ortama iletilmesini önlemek.
• Bir alev yolu, aralığı (yüzeyler arasındaki boşluk) ve genişliği (içeriden dışarıya en kısa yol) ile tanımlanır; izin verilen aralık IIA'dan IIB'ye ve IIC'ye doğru küçülür ve birleşim tipine ve muhafaza hacmine bağlıdır.
• Dişli alev sızdırmaz birleşimlerde en az beş tam diş kavramalı ve muhafaza hacmine bağlı minimum eksenel kavrama uzunluğu sağlanmalıdır.
• Muhafazalar, ölçülen patlama (referans) basıncının 1,5 katında tip testinden geçirilir ve bu aşırı basınç deneyi normalde her üretim biriminde tekrarlanır; ana istisna, referans basıncın dört katında tip testi yapılmış bir tasarımdır.
• Basınç yığılması, yani muhafazanın bir bölümündeki patlamanın başka bir bölümdeki gazı önceden sıkıştırması, normalin çok üzerinde tepe basınçlar oluşturabilir; iç bileşenlerin eklenmemesi veya yerlerinin değiştirilmemesi bu nedenledir.
• Alev yolları temiz, hasarsız, contasız (tasarımda conta yoksa), boyasız ve korozyona karşı korunmuş kalmalı; tüm cıvatalar yerinde olmalı ve engel mesafelerine uyulmalıdır.

İlke: tutuşsun ama içeride kalsın

Alev sızdırmaz muhafaza gaz geçirmez değildir. Birleşim yerleri bilerek dar ama açık bırakılır ve muhafaza ısınıp soğudukça "nefes alır"; böylece zamanla içerideki gaz dışarıdakiyle aynı hale gelir. Bir kontaktörden çıkan kıvılcım, bir kablo bağlantısındaki arıza veya sıcak bir bileşen içerideki karışımı tutuşturabilir.

Tasarım bunu kabul eder ve iki özelliğe dayanır:

1. Dayanım. Duvarlar, kapaklar, pencereler ve bağlantı elemanları, iç patlamanın oluşturabileceği en yüksek basınca deneyle kanıtlanmış bir emniyet katsayısıyla dayanır.
2. İletmeme. İçeriden dışarıya giden her yol (kapak birleşimleri, mil geçişleri, kumanda çubukları, kablo girişleri, havalandırma elemanları) alevi durduran bir alev yoludur.

İçeride tutuşmaya izin verildiğinden Ex d, şalt cihazları, kontaktörler, bilezikler ve yüksek güçlü devreler gibi normal çalışmada kıvılcım üreten ekipmanı barındırabilir. Alev sızdırmaz bir muhafazanın sıcaklık sınıfı dış yüzeyine aittir; iç kısım daha sıcak olabilir.

db seviyesi (EPL Gb), Bölge 1 için olağan alev sızdırmaz seviyedir; dc (EPL Gc) ise Bölge 2 için basitleştirilmiş bir seviyedir. IEC 60079-1'de "da" seviyesi (EPL Ga) da vardır, ancak 2014 baskısı buna yalnızca portatif yanıcı gaz dedektörlerinin katalitik sensörleri için izin verir; serbest iç hacim en fazla 5 cm³ olmalı ve besleme kendinden emniyetli "ia" bir devreden yapılmalıdır.

Alev yolu alevi nasıl durdurur

İçerideki gaz tutuştuğunda basınç milisaniyeler içinde yükselir ve yanan gazı ve sıcak yanma ürünlerini her birleşim yerine iter. Dar bir aralığın içinde alev, iki soğuk metal yüzeyle yakın temas halindedir. Metal ısıyı reaksiyonun açığa çıkarabildiğinden daha hızlı emer ve yanmayı sürdüren reaktif ara türler duvarlarda kaybolur. Alev söner.

Birleşimin dış kenarından çıkan şey, sıcak ve kısmen yanmış bir gaz jetidir. Bu jet hâlâ çok sıcaksa veya yeterli enerji taşıyorsa, çevredeki karışımla karışırken onu tutuşturabilir ("jet tutuşması"). Yol ne kadar uzun ve aralık ne kadar darsa o kadar fazla ısı uzaklaştırılır ve çıkan gaz o kadar güvenli olur.

Bu davranışın laboratuvar ölçüsü maksimum deneysel güvenli aralıktır (MESG): belirli bir gazın patlamasının iletilmesini hâlâ önleyen, 25 mm genişliğindeki bir birleşimin en büyük aralığı. Hidrojenin tipik MESG değeri yaklaşık 0,29 mm, etilenin 0,65 mm ve propanın 0,92 mm'dir; IIC, IIB ve IIA gaz gruplarının temeli budur. Tasarım aralıkları, pay bırakmak için MESG'den küçüktür. Örneğin IEC 60079-1, Grup I (metan) muhafazasında en az 25 mm genişliğindeki flanşlı bir birleşim için 0,5 mm'ye kadar aralığa izin verir; bu, madenlerdeki Grup I grizu için kullanılan MESG'nin (yaklaşık 1,14 mm; bu madencilik değeri IIA grubundaki metan için kullanılan değer değildir) kabaca yarısıdır. ABD Maden Güvenliği ve Sağlığı İdaresi'nin (MSHA) IEC ve ABD madencilik kurallarını karşılaştıran 2005 tarihli çalışması bu payı açıklar. Bkz. MESG ve MIC ve gaz grupları.

Aralık ve genişlik

Her düzlemsel veya silindirik alev yolunu iki boyut tanımlar:

• Aralık (i): muhafaza monte edildiğinde birleşimin karşılıklı yüzeyleri arasındaki mesafe. Silindirik birleşimlerde delik çapı ile mil çapı arasındaki farktır.
• Genişlik (L): muhafazanın içinden dışına birleşim boyunca en kısa yol. Cıvata delikleri flanşlı bir birleşimi kestiğinde, içeriden cıvata deliğine olan en kısa yolun (l mesafesi) da bir minimum değeri sağlaması gerekir.

Yüzeylerin işleme kalitesi de kontrol altında olmalıdır: IEC 60079-1, alev yolu yüzeylerinin ortalama pürüzlülüğünü (Ra) 6,3 µm ile sınırlar.

Alev yolu tipleri

IEC 60079-1 ayrıca konik ve tırtıllı birleşimleri, yapıştırılmış birleşimleri (pencereler ve bazı geçiş izolatörleri için; birleşim, muhafazanın bir parçası olarak deneyden geçirilen bir yapıştırıcıyla doldurulur) ve sinterlenmiş veya başka alev tutucu elemanlar kullanan havalandırma ve drenaj elemanlarını da kapsar. Tırtıllı birleşimler ve bazı diğer özel tasarımlar, standartta belirtilen özel deneyler esas alınarak kabul edilir.

Rakamlarla dişli birleşimler

Paralel dişli birleşimler için standart, uygun profil ve toleransta bir diş, en az beş tam diş kavraması ve minimum eksenel kavrama uzunluğu ister: 100 cm³'e kadar muhafazalar için 5 mm, daha büyükleri için 8 mm (MSHA karşılaştırmasında da özetlenen IEC 60079-1 değerleri; belirli bir ürün için baskıyı ve sertifikayı kontrol edin). IEC 60079-1'in 2014 baskısı metrik ve NPT dişli girişler için özel gereklilikler belirler ve bir diş tipindeki rakoru veya tapayı başka bir diş tipindeki girişe takmak ciddi bir hatadır. Yalnızca üç tur vidalanmış bir kapak alev sızdırmaz değildir.

İzin verilen aralığı ve genişliği ne belirler

IEC 60079-1, her minimum genişlik için maksimum aralığı veren tablolar içerir: Grup I, IIA ve IIB için bir tablo, IIC için ayrı bir tablo; her biri muhafaza hacmine ve birleşim tipine göre ayrılmıştır. Bu tabloların hepsinde üç kural geçerlidir:

• Daha zorlu gaz, daha küçük aralık. Aynı genişlik için IIB, IIA'dan daha küçük bir aralığa izin verir; IIC daha da kısıtlıdır ve asetilen ortamlarındaki flanşlı birleşimler için ek kurallar vardır.
• Daha uzun birleşim, daha büyük izin verilen aralık. Daha geniş bir alev yolu daha fazla soğutma sağlar, bu nedenle aralık biraz daha büyük olabilir.
• Daha büyük muhafaza, daha küçük izin verilen aralık. Daha büyük hacimler birleşimlerden daha güçlü jetler üretir.

Belirli bir ürün için bağlayıcı değerler genel tablolarda değil, üreticinin sertifikalı çizimlerindedir. Aralıkları ölçen muayene personeli bunları üreticinin belirttiği maksimum değerle veya standardın ilgili grup ve hacim tablolarıyla karşılaştırır.

Tasarım nasıl kanıtlanır

Alev sızdırmaz muhafazalar iki şekilde tip testinden geçirilir:

• Patlama basıncı ve aşırı basınç deneyleri. Muhafaza deney gazı karışımıyla doldurulur ve oluşturduğu en yüksek basınç olan referans basıncı belirlemek için tutuşturulur. Muhafaza daha sonra referans basıncın 1,5 katına dayanmalıdır. Bu aşırı basınç deneyi normalde her üretim biriminde tekrarlanır (rutin deney); ana istisna, tip testi referans basıncın dört katında yapılmış bir tasarımdır (kaynaklı muhafazalar yine de rutin deney gerektirir ve standart ayrıca parti deneyi seçeneği de sunar).
• İletmeme deneyleri. Muhafaza patlayıcı bir karışımla doldurulur ve aynı karışımla çevrelenir, iç tutuşmalar tekrarlanır. Deneylerde, bir emniyet katsayısı sağlamak için alevi temsilî gazdan daha kolay geçiren karışımlar veya tasarım değerinin ötesinde büyütülmüş aralıklar kullanılır. Dışarıdaki karışım tutuşmamalıdır.

Basınç yığılması

Muhafazanın içi bölmelere ayrılmışsa veya bölme gibi davranan bileşenlerle doluysa, bir bölümdeki tutuşma yanmamış gazı alevin önünde bir sonraki bölüme iter. Bu gaz yanmadan önce sıkışır. Alev açıklıktan jet halinde geçtiğinde zaten basınçlanmış, türbülanslı bir karışımı tutuşturur ve ikinci hacimdeki tepe basınç, açık bir muhafazanın referans basıncından çok daha yüksek olabilir. Buna basınç yığılması (pressure piling) denir.

Üreticiler basınç yığılmasını tasarım ve deney aşamasında ele alır: iç düzen yapıldığı haliyle deneyden geçirilir, birbirine bağlı bölmelerden kaçınılır veya yeterince büyük yapılır ve bölmeler arasındaki duvarlar daha yüksek basınca göre tasarlanır. Birbirine bağlı alev sızdırmaz hazneler üzerindeki çalışmalar, bağlantı açıklığının boyutunun etkiyi güçlü biçimde belirlediğini göstermiştir.

Kullanıcılar için sonuçlar basittir:

• Üreticinin dokümantasyonu izin vermedikçe alev sızdırmaz bir muhafazanın içine bileşen, bölme, ek klemens rayı veya yedek kablo eklemeyin.
• Montajın bir parçası olarak sertifikalandırılmamış açık bir conduit veya boruyla iki alev sızdırmaz muhafazayı birbirine bağlamayın; conduit sistemlerinin kullanıldığı yerlerde sertifikalı sızdırmazlık elemanları kullanın.
• İç parçaları yalnızca üreticinin listelediği parçalarla değiştirin.

Montajın esasları

Montaj kurallarını IEC 60079-14 belirler. Alev sızdırmaz ekipman için en önemlileri şunlardır:

• Kablo girişleri. Alev sızdırmaz kullanım (Ex db) ve doğru diş için sertifikalı kablo rakorları, diş adaptörleri ve kör tapalar kullanın. IEC 60079-14, kablo yapısına, bölgeye, gaz grubuna ve muhafazaya bağlı olarak bariyer tipi (dolgu malzemeli) rakorun ne zaman gerektiğine karar veren bir seçim yöntemi verir. Bkz. tehlikeli bölgeler için kablo rakorları.
• Kullanılmayan girişler. Bunları sertifikalı alev sızdırmaz kör tapalarla kapatın; asla sıradan plastik toz kapaklarıyla veya farklı diş sistemine ait tapalarla kapatmayın.
• Flanşlı birleşimlerin önünün kapanması. Flanşlı bir birleşime yakın katı nesneler, kaçan gazı bozabilir ve geri yansıtabilir. IEC 60079-1 gaz grubuna göre minimum mesafeler verir ve IEC 60079-14 bunları montajda uygular: sertifikada aksi belirtilmedikçe (örneğin ekipman daha küçük bir mesafe için deneyden geçirildiği için), duvarları, çelik yapıları, boruları, hava koruyucularını ve diğer ekipmanı flanş açıklığından IIA için en az 10 mm, IIB için 30 mm ve IIC için 40 mm uzakta tutun.
• Hava koşullarına ve korozyona karşı koruma. Alev yollarını sertleşmeyen gres veya üreticinin belirttiği inhibitör ile koruyun (aşağıdaki bakım kurallarına bakın).
• Topraklama ve kuşaklama. Muhafazayı, her metal Ex ekipmanda olduğu gibi topraklama ve kuşaklama sistemine bağlayın.

Bakım ve muayene kuralları

Muayenelerde bulunan alev sızdırmazlık kusurlarının çoğu insan kaynaklıdır. IEC 60079-17 (muayene ve bakım) ve IEC 60079-19 (onarım) birlikte, burada özetlenen aşağıdaki kuralları verir:

• Açmadan önce enerjiyi kesin. Gazsız ortam izni ve tesis kuralları izin vermedikçe, tehlikeli bölgede alev sızdırmaz bir muhafazayı enerjiliyken asla açmayın. Bazı muhafazalar, iç parçaların soğuyabilmesi için enerji kesildikten sonra açmadan önce belirli bir süre beklenmesi gerektiğini belirten bir uyarı taşır.
• Yüzeyleri koruyun. Kapakları tornavidayla kanırtarak açmayın, kapağı yüzü aşağı gelecek şekilde kumlu bir zemine koymayın ve alev yollarını zımpara kağıdı veya tel fırçayla temizlemeyin. Talimatlardaki temizleme yöntemini kullanın.
• Hasar ve korozyonu kontrol edin. Alev yolunun genişliği boyunca uzanan çizikler, ezikler ve oyuklanma (pitting) etkin uzunluğu azaltır. Hafif yüzey lekeleri genellikle temizlenebilir; daha derin hasarlar üreticinin verilerine göre değerlendirilmelidir.
• Sahada yeniden işleme yapmayın. Bir alev yolunu talaşlı işlemek veya yüzeyini yeniden işlemek ya da bir kapağı orijinal olmayan bir parçayla değiştirmek, IEC 60079-19 kapsamında onarım işidir ve üreticinin ölçülerini ve yetkin bir onarım tesisini gerektirir.
• Yüzeylerde sızdırmazlık malzemesi, bant veya boya olmamalı. Bir birleşim yüzeyine uygulanan hiçbir şey zamanla sertleşmemelidir; sertleşen bileşikler, silikon sızdırmazlık malzemeleri ve boya birleşimi açık tutabilir. Flanşlı bir birleşimin dışına sarılan, sertleşmeyen gresli bant montaj kurallarında sıkı biçimde kısıtlanmıştır: en fazla tek kat, genellikle yalnızca IIA ortamlarında (bazı kurallar IIB'de yalnızca çok küçük aralıklarla veya üreticinin onayıyla izin verir) ve IIC'de asla. Deneyler, bandın IIB ve IIC gazları için güvenli aralığı belirgin biçimde azaltabildiğini göstermiştir; bu nedenle ekipman talimatlarına ve geçerli kurallara uyun.
• Her cıvata yerinde ve doğru cıvata. Eksik cıvatalar en yaygın bulgular arasındadır. Yedekler, belirtilen boyut, uzunluk ve mukavemet sınıfında olmalıdır; çok uzun bir cıvata kör delikte dibe dayanarak kapağı gevşek bırakabilir.
• Değişiklik yok. Yeni bir giriş delmek, gövdeye bir braket kaynatmak veya sertifikalı tasarımın parçası olmayan bir pencere ya da buton takmak korumayı geçersiz kılar.
• Engel mesafelerini koruyun. Devreye almadan sonra yapılan yeni borulama, yalıtım veya çelik yapılar çoğu zaman bir flanşa dayanmış halde biter.

Uygulama örneği: IIB buatta korozyona uğramış kapak

Kıyıdaki bir tesiste yapılan yakından muayene sırasında muayene personeli, Ex db IIB T4 Gb işaretli bir buatın flanşlı birleşiminde turuncu pas bulur. On iki kapak cıvatasından ikisi eksiktir ve bir kablo girişi plastik bir kapakla kapatılmıştır.

1. Devrenin enerjisi tesis izni kapsamında kesilir, kapak yüzeylere kanırtma uygulanmadan sökülür ve yüzeyler metal olmayan bir kazıyıcı ve talimatlarda izin verilen bir solventle temizlenir.
2. Yüzeylerde sığ lekeler görülür, ancak genişlik boyunca oyuklanma yoktur; bu nedenle yeniden kullanılabilirler.
3. Yüzeyler sertleşmeyen gresle kaplanır ve kapak on iki cıvatanın tümüyle yeniden takılır; eksik iki cıvata belirtilen boyut, uzunluk ve mukavemet sınıfındaki cıvatalarla tamamlanır. Sentil ile kontrol edilen aralık, üreticinin dokümantasyonundaki maksimum değerin içindedir.
4. Plastik kapak, doğru dişe sahip sertifikalı bir alev sızdırmaz kör tapayla değiştirilir ve kayda korozyon ile bir sonraki yakından muayeneye kadar kısaltılmış süre işlenir.

Oyuklanma alev yolu boyunca uzansaydı doğru işlem, yetkin bir tesis tarafından üreticinin ölçülerine göre değiştirme veya onarım olurdu; oyukları bir dolgu malzemesiyle doldurmak asla doğru olmazdı.

Sık yapılan hatalar

• Su girişini önlemek için conta veya silikon eklemek. Birleşimi açık tutabilir ve sertifikalı alev yolunun parçası değildir. Varsa tasarımın kendi contasını ve gresi kullanın.
• Ex d girişte Ex e veya endüstriyel rakor kullanmak. Rakor, alev sızdırmaz kullanım ve doğru diş için sertifikalı olmalıdır.
• Her Ex d muhafazanın hidrojene uygun olduğunu varsaymak. Yalnızca IIC (veya IIB + H2) muhafazalar hidrojen için deneyden geçirilir; yalın IIB yeterli değildir.
• "Yer var diye" içeriye ek ekipman koymak. Serbest hacmi değiştirir; basınç yığılmasına ve daha yüksek sıcaklıklara yol açabilir.
• Kapak "zaten kapatıyor" diye cıvataları eksik bırakmak. Her bağlantı elemanı dayanım ve aralık tasarımının parçasıdır.
• Muhafazayı bir duvara veya kirişe dayalı monte etmek. Gaz grubuna ait engel mesafelerine uyun.

Sık sorulan sorular

Ex d muhafazada alev yolu nedir?

Alev yolu, kapak flanşı, mil geçişi veya vidalı kapak gibi, gazın alev sızdırmaz bir muhafazanın içi ile dışı arasında geçebildiği her türlü birleşim veya aralıktır. İçerideki bir alevin dış ortama ulaşmadan soğuyup sönmesini sağlayacak kadar dar ve uzun yapılır.

"Alev sızdırmaz" ile "patlamaya dayanıklı (explosion-proof)" aynı şey mi?

Aynı ilkeyi izlerler: iç patlamayı tutmak ve iletilmesini önlemek. "Alev sızdırmaz" (Ex d, flameproof), IEC 60079-1'e göre yapılan ekipman için IEC ve ATEX terimidir; "explosionproof" ise UL 1203 gibi standartlara göre yapılan Class I Division ekipmanı için Kuzey Amerika terimidir. Yapım kuralları ve deney ayrıntıları farklıdır; bu nedenle bir sertifika diğerini otomatik olarak karşılamaz.

Alev sızdırmaz bir muhafazayı Bölge 0'da kullanabilir miyim?

Normalde hayır. Alev sızdırmaz db seviyesi EPL Gb verir ve Bölge 1 ile Bölge 2'ye uygundur. Bölge 0 için "da" seviyesi IEC 60079-1:2014 ile portatif gaz dedektörlerinin katalitik sensörleriyle sınırlandırılmıştır; bu nedenle Bölge 0 ekipmanında normalde kendinden emniyetli ia veya kapsülleme ma kullanılır.

Ex d muhafazaya ek bir kablo girişi delebilir miyim?

Hayır, sahada delinemez. Yeni bir giriş sertifikalı tasarımı değiştirir; doğru diş profili ve derinliğiyle üretici tarafından veya üreticinin belgelenmiş talimatlarına göre yapılmalı ve kayda geçirilmelidir. Sertifikanın izin verdiği durumlarda mevcut bir girişi sertifikalı bir adaptörle kullanın.

excodex'te ilgili yazılar

• Bir bakışta Ex koruma yöntemleri
• Ex d mi Ex e mi? Alev sızdırmaz ile artırılmış emniyet arasında seçim
• Tehlikeli bölgeler için kablo rakorları
• Yaygın Ex muayene bulguları ve giderilmeleri
• Ex ekipmanın onarımı, revizyonu ve değiştirilmesi (IEC 60079-19)
• Araçlar: Ex işaret kontrolü, forum, standart alanı IEC 60079-1

Standartlar ve ek kaynaklar

• IEC 60079-1, Patlayıcı ortamlar: alev sızdırmaz muhafazalar "d" ile ekipman koruması (2026'da sekizinci baskı yayımlandı; bir sertifikanın hangi baskıya atıf yaptığını kontrol edin).
• IEC 60079-0, Ex ekipman için genel gereklilikler.
• IEC 60079-14, tasarım, seçim ve montaj; IEC 60079-17, muayene ve bakım; IEC 60079-19, onarım, revizyon ve yeniden kazanım.
• ISO/IEC 80079-20-1, MESG deney yöntemleri.
• UL 1203, patlamaya dayanıklı ve toz tutuşmasına dayanıklı ekipman (Kuzey Amerika).
• IEC Electropedia, alev sızdırmaz birleşimin genişliği (IEV 426-06-05): electropedia.org
• IEC Electropedia, deliklerle kesilen alev sızdırmaz birleşimin l mesafesi (IEV 426-06-07): electropedia.org
• ABD MSHA, MSHA ve IEC patlamaya dayanıklı muhafaza standartlarının eşdeğerlik incelemesi ve karşılaştırması (2005, arşiv): webarchive.library.unt.edu
• Kapsam ve değişiklik listesiyle IEC 60079-1 (2014) katalog kaydı: standards.iteh.ai
• D. Li ve S. Dai, birbirine bağlı alev sızdırmaz muhafazalarda basınç yığılmasının sayısal simülasyonu, Thermal Science, 2023: thermalscience.vinca.rs

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