Sıcak bir boru veya yüzey, kıvılcım ya da alev olmadan yanıcı bir gazı tutuşturabilir mi?

Evet. Hava ile karışmış yanıcı bir gaz veya buhar, kendiliğinden tutuşma sıcaklığına (İng. AIT) kadar ısıtıldığında kendi kendine tutuşur ve bu ısıtmayı sıcak bir yüzey, hiçbir kıvılcım veya alev olmadan yapabilir. Yaklaşık 180 °C'deki bir buhar hattı dietil eteri (AIT 175 °C) veya karbon disülfürü (AIT 90 °C) tutuşturacak kadar sıcaktır, ancak metanı (AIT yaklaşık 600 °C) tutuşturamaz. Belirli bir yüzeyin bir salımı gerçekten tutuşturup tutuşturmayacağı, sıcaklığının AIT ile karşılaştırmasına, boyutuna, hava akışına ve karışımın yüzeyle ne kadar süre temas ettiğine bağlıdır.

Kısa cevap

• Kural: patlayıcı ortamın ulaşabileceği her yüzey, ortamda bulunan maddelerin kendiliğinden tutuşma sıcaklığının altında kalmalıdır. Ekipman için T1 ile T6 arasındaki sıcaklık sınıflarının temeli budur.
• Proses yüzeyleri de sayılır: buhar ve kızgın yağ hatları, ısı eşanjörleri, kompresör çıkış boruları, motor egzozları, kurutucular ve aşırı ısınan rulmanlar T sınıfı taşımaz, ancak AIT'den daha sıcaklarsa tutuşturucu kaynaktır.
• Tehlike AIT'si düşük maddelerdedir: karbon disülfür 90 °C, asetaldehit 155 °C, dietil eter 175 °C, n-heptan 204 °C (excodex kütüphanesi değerleri).
• Boyut ve koşullar önemlidir: AIT ısıtılmış bir kabın içinde ölçülür; hareketli havadaki küçük bir sıcak nokta genellikle daha yüksek bir sıcaklık gerektirir, büyük ve sıcak bir muhafaza ise AIT'ye yakın bir sıcaklıkta tutuşturabilir.
• Sıcak yalıtıma emmiş sıvılar, buharlarının temiz bir yüzeyde tutuşacağından daha düşük boru sıcaklıklarında tutuşabilir (yalıtım yangınları, lagging fires).

Isının tek başına neden yeterli olduğu

Yanma reaksiyonları her sıcaklıkta yürür, ancak ortam koşullarında önem taşımayacak kadar yavaştır. Karışımı ısıtmak reaksiyonları üstel olarak hızlandırır; belirli bir sıcaklığın üzerinde reaksiyon, karışımın kaybettiğinden daha hızlı ısı açığa çıkarır ve karışım kontrolden çıkarak aleve dönüşür. AIT, maddenin ısıtılmış bir balona verildiği (ISO/IEC 80079-20-1, eski adıyla IEC 60079-20-1) ve tutuşması için belirli bir süre tanındığı standart bir testte bunun gerçekleştiği en düşük sıcaklıktır.

Sıcak bir yüzey de aynı şekilde etki eder: ona temas eden gaz tabakası ısınır ve bu tabaka uzaklaşmadan önce kontrolden çıkma noktasına ulaşırsa orada bir alev başlar ve patlayıcı ortamın geri kalanında ilerler. ABD NOAA'nın karbon disülfür bilgi formu da buna uygun olarak, buharının veya sıvısının buhar borularıyla, özellikle paslı olanlarla temas ettiğinde tutuştuğunu ve buharın akkor bir ampulle tutuşabileceğini belirtir.

Ne kadar sıcak fazla sıcaktır: belirleyici etkenler

Açık havada salınan hidrokarbonlar için API RP 2216, yüzey minimum tutuşma sıcaklığının yaklaşık 360 °F üzerinde olmadıkça (API metni bunu 182 °C olarak verir; sıcaklık farkı olarak 360 °F yaklaşık 200 K'dir) sıcak yüzeyle tutuşmanın varsayılmaması gerektiğine ilişkin bir pratik kural olarak sıkça alıntılanır (örneğin Avustralya açık deniz düzenleyicisi NOPSEMA tarafından). Aynı belge, Energy Institute'un bunun kesin bir sınır olarak görülmemesi gerektiği konusunda uyardığını belirtir. API RP 2216'nın başlığından da anlaşıldığı gibi kural açık havaya ilişkindir; bu nedenle muhafazalar, binalar veya türbin kaportaları hakkında bir şey söylemez ve bölge sınıflandırması ya da ekipman seçimi için bir dayanak değildir.

Mühendisler bunu tehlikeli bölgelerde nasıl uygular

Ekipman sıcaklık sınıfına göre seçilir: maksimum yüzey sıcaklığı T1 için en fazla 450 °C, T2 için 300 °C, T3 için 200 °C, T4 için 135 °C, T5 için 100 °C, T6 için 85 °C'dir ve her biri ortamdaki gazların AIT'sinin altında olmalıdır.

Proses yüzeyleri doğrudan AIT ile karşılaştırılır. Ulusal kılavuzlar buna paylar ekler. Örneğin Alman teknik kuralı TRGS 723, Bölge 0'da yüzey sıcaklıklarının nadir arızalarda bile tutuşma sıcaklığının %80'ini aşmamasını, Bölge 1'de %80'i yalnızca nadiren aşmasını (veya yalnızca yüzey sıcaklığının güvenilir şekilde sınırlandığı yerlerde, tutuşma sıcaklığına kadar sürekli olarak aşmasını) ve Bölge 2'de normal işletmede tutuşma sıcaklığını aşmamasını ister.

Tipik kontroller şunlardır: bakımlı yalıtım ve dış kaplama (NOPSEMA, bozulmuş yalıtımı aşırı yüzey sıcaklıklarının yaygın bir nedeni olarak belirtir), rulmanlarda, kompresörlerde ve ısıtıcılarda sıcaklık açtırmaları, yalıtım üzerine olan kaçakların hemen temizlenmesi ve yakıcılı ekipmanın (fired equipment) tehlikeli bölgelerin dışında tutulması.

Sık yapılan hatalar

• "Kıvılcım yoksa tutuşma da yok." Sıcak bir yüzeyin kıvılcıma ihtiyacı yoktur; egzozlara ve buhar hatlarına olan kaçaklar birçok yangına neden olur.
• Motorun T sınıfını kontrol edip motorun üzerinde bulunduğu proses hattını kontrol etmemek.
• AIT yerine parlama noktasını kullanmak. Dizel türü yakıtların parlama noktası yüksek, AIT'si düşüktür (2 numaralı fuel oil: parlama noktası 52 °C, AIT 254 °C).
• Bir pratik kuralı tasarım sınırı olarak ele almak. AIT'nin üzerindeki paylar yalnızca açık havadaki hidrokarbon salımları içindir ve yalnızca kılavuz niteliğindedir.

excodex'te ilgili yazılar

• Tehlikeli bölgelerde tutuşturucu kaynaklar: 13 tutuşturucu kaynak ve kontrolleri
• Tehlikeli bölgelerde sıcak yüzeyler: aydınlatma armatürleri, motorlar, refakat ısıtma ve proses ısısı
• Parlama noktası, kendiliğinden tutuşma sıcaklığı ve minimum tutuşma enerjisi: farkları nedir?
• Küçük bir sıcak yüzey neden kendiliğinden tutuşma sıcaklığını aştığı halde gazı tutuşturmayabilir?
• Gaz kütüphanesi: karbon disülfür, dietil eter

Standartlar ve ek kaynaklar

• ISO/IEC 80079-20-1, gaz ve buhar sınıflandırması için malzeme özellikleri, kendiliğinden tutuşma sıcaklığı testi dahil.
• IEC 60079-0, ekipman için genel gereklilikler (sıcaklık sınıfları); EN 1127-1:2019, temel kavramlar ve metodoloji (tutuşturucu kaynak olarak sıcak yüzeyler).
• TRGS 723, tehlikeli patlayıcı ortamların tutuşmasının önlenmesine ilişkin Alman teknik kuralı, sıcak yüzeyler bölümü: bgn-branchenwissen.de
• NOPSEMA bilgi notu, Management of hot surfaces (Sıcak yüzeylerin yönetimi, 2021): nopsema.gov.au
• NOAA CAMEO Chemicals bilgi formu, karbon disülfür: cameochemicals.noaa.gov
• API RP 2216, hidrokarbon sıvılarının ve buharlarının açık havada sıcak yüzeylerle tutuşma riski.

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