Tahıl Endüstrisinde Toz Patlaması

Tahıl tozuyla ilgili kayda geçen ilk patlama 1785'te İtalya'nın Torino kentinde meydana gelmiştir. Tarih bize, bu olayların önlemesi için yoğun çabaların harcandığını, ardından meydana gelmelerinde ciddi bir azalmanın olduğunu ve bu sürecin döngüler halinde bu şekilde devam ettiğini göstermektedir. Sorun azalıp endüstri gardını indirdiğinde patlamalar yeniden ortaya çıkmakta ve sektörü yeniden endişeye sevk etmektedir. Bu da bize geçmişten ders çıkararak patlamaları hatırlamamız gerektiğini gösteriyor.

Geçtiğimiz yıllarda Gürcistan'da meydana gelen yıkıcı şeker patlaması, yanıcı tozların işlendiği sektörlerde yangınları ve patlamaları önlemenin önemini yeniden bize hatırlatmıştı.


Görsel 1- Gürcistan Imperial Şeker Fabrikasındaki Toz Patlaması

1980’lerden günümüze tahıl endüstrisindeki toz patlama vakaları, vakalardaki yaralanma ve ölümlerin sayısındaki azalma dikkat çekici bir gelişmedir. Veriler ayrıca tahıl endüstrisinin toz patlamalarının önlenmesi ve kontrolü konusunda iyi iş çıkardığını da göstermektedir. Çalışma ve grafikler incelendiğinde, tahıl işleme tesislerindeki patlama vakalarının en önemli kaynağının ürün açısındanmısır olduğu ortaya çıkmıştır (Tablo 1).

Endüstrinin patlamaları ele almak için ilk çabası, bir patlamanın etkilerini en aza indirmek için en iyi tasarım fikirlerini derlemek üzere NGFA tarafından 1979’da düzenlenen bir konferansla tahıl işleme tesisi tasarımını incelemekti. Bu çabanın yansımaları, son 40 yılda inşa edilen tesislerde görülebilir.Çoğu yeni tesis, tehlikeli ekipmanları tesisin dışına veya ayrı yapılara koyuyor. Hammadde elevatörlerinin çoğu artık tamamen tesisin dışına kurulmaktadır. Fabrikaların ana binaları;elevatörler, çekiçli değirmenler, tahıl kurutucular ve toz filtreleriyle dolu yüksek beton yapılar olmayacak şekilde düzenlenmiştir.Yeni tasarımlarda bu ekipmanların çoğu düzenlenmiş, patlama tahliyeleri düşünülmüş, tehlike izleme sistemleri uygulanmıştır. Toz kontrol sistemleri daha çok ve daha etkin kullanılmaya başlanmıştır. Çelik depolu ayaklı kovalı elevatörler, geçmişteki kapalı beton ve ahşaptasarımlar yerine günümüzde daha yaygın olarak kullanılmaktadır.Fabrikalar genellikle hala betondur, ancak hammadde elevatörlerinin çoğu dışarıya yerleştirilmiştir ve tüm ana ekipmanlar, potansiyel tehlikelerin sinyallerini alan merkezi PLC kontrol sistemleri ile çeşitli diğer tehlike izleme sistemlerine sahiptir. Geçmişteki sorunlardan kaçınmak ve daha fazla güvenilirlik sağlamak için tesis tasarımı ve tahıl işleme ekipmanlarının çoğu değiştirilmiştir.



Tablo-1 Ekipman Tipi ve İşlenen Ürüne Göre Patlama Faktörleri

Geçmiş patlama bilgileri ayrıca, patlamalarla nasıl başa çıkılacağınıanlamaya yardımcı olan iki önemli gerçeği daha söyler. Birincil toz patlamalarının en sık görüldüğü yerler kovalı elevatörler, silolar, çekiçli değirmenler, toz toplayıcılar ve kapalı ekipmanlardır (Tablo 2). Kaynak ve kesme işlemleri, yangınlar, aşırı ısınan rulmanlar ve elektrik arızaları da patlamaların en yaygın çıkış kaynakları olarak tespit edilmiştir (Tablo 3). Endüstri araştırmaları, rulman arızası ve mekanik arızaların toz patlamalarında önemli bir faktör olduğunu göstermiştir.



Tablo 2 – Birincil Toz Patlamalarının Görüldüğü Yerler



Tablo 3 – Toz Patlamalarının Çıkış (tutuşma) Kaynakları
 

Bir patlamada yakıt, tutuşturma kaynağı ve oksijen, yangın üçgenini temsil eder. Bu unsurlardan herhangi birinin kontrol edilmesi teorik olarak patlamayı ortadan kaldıracaktır. Patlamalar karmaşık ve genellikle hareketli olaylardır, çünkü basınç dalgası ses hızında hareket eder ve alev cephesi saniyede birkaç metre ila 100 metre arasında değişen hızlarda hareket eder. Genellikle ekipmanın içinden gelen birincilpatlamadan kaynaklanan basınç dalgası, biriken tozları harekete geçirir. Toz konsantrasyonuna bağlı olarak daha yıkıcı ikincil bir patlama da meydana gelebilir. Endüstri, öncelikle tozun ve potansiyel tutuşturma kaynaklarının ortadan kaldırılmasına odaklanmıştır. Bununla birlikte, bir patlamanın her unsuru dikkate alınmalı ve bu unsurların patlamalar üzerindeki etkilerini en aza indirmek için operasyonel adımlar atılmalıdır. Fiziksel kontrollere ek olarak, rutin elevatör temizliği gibi konulara önem verilmelidir.Tesis içinde izinsiz kaynak yapma gibi işlemlerden kaçınılmalıdır.

Yakıt: Toz

Bir tahıl elevatörü içindeki çeşitli emisyon noktalarından yayılan toz parçacıkları, değişen bileşime ve çok çeşitli boyutlara sahiptir. Araştırmacılar, en büyük tehlikeyi 100 mikronun altındaki parçacık boyutlarının oluşturduğunu kabul etmektedirler. Elevatör ortamındaki tozun önemli bir kısmı 100 mikrondan küçüktür. Daha büyük parçacıklar hızla çökme eğilimindedir.

Elevatörün dışındaki, personelin bulunduğu ortam alanında bu kadar yoğun bir toz bulutunun varlığı pek olası görünmese de bu tür konsantrasyonlar kovalı elevatörlerin iç hacimlerinde ölçülmüştür ve ayrıca konveyör yataklarında, yüklenen depolarda, silolarda ve toz toplama sistemlerinde meydana gelebilir. Bir patlamanın mekanizması,yanan bir parçacığın ani ısı salımı ile bitişik parçacıkların yanmasını tetiklemesine bağlıdır. Alevin bu hızlı yayılması partikülden partiküle ilerlerken, basınç dalgaları vehavanın termal genleşmesi, tipik betonarme yapıyı parçalamaya yetecek kadar güçlü yoğun bir şok yaratabilir (Görsel 3). Araştırmalar, mısır tozu için maksimum basınçların 690 kPa'dan büyük olduğunu göstermektedir. Elevatörlerde bulunan beton yapılar genellikle 172 kPa'dan fazla basınca dayanamaz.


Ortam havasındaki asılı tozun haricinde;zeminlerde, duvarlardave ekipmanların üzerinde biriken toz da titreşim, yangın veya küçük patlamalardan etkileniphavada asılı kalabilir. Bu biriken toz yeterli konsantrasyonda ise tutuşabilir ve yeni bir patlamaya dönüşebilir. Yeni patlama büyük hacimleri etkileyebilir, örneğin tüm elevatör boyunca yayılabilir. Bu, yüzeylerde yapılacak rutin toz temizliğinin önemini göstermektedir.

Süpürme ve temizlik uygulamaları kadar önemli olan bir diğer husus da toz kontrol ekipmanının uygun şekilde denetlenmesi ve onarılması ihtiyacıdır.

Her türden tahıl ve diğer yanıcı toz işleme tesislerinde aşağıdakiler dikkate alınmalıdır:

• Temizlik: Gerektiğinde süpürge, elektrik süpürgesi ve el işçiliği kullanarak zemin ve duvarlardaki açık alanlardaki tozu giderin. Kat hizmetleri, operasyonlarla mümkünse eş zamanlı olarakyapılmalıdır.
• Toz sistemleri: Bez filtre ve siklonları kullanın ve bakımını yapın. Doğru çalıştıklarından emin olmak için sistem monitörlerindeki basınç düşüşlerini kontrol edin. Çok yüksekse bez filtreleri değiştirin.
• Taşıma ekipmanı sızıntılarını ve toz birikiminin nedenlerini ortadan kaldırın. Geçici yamalar veya sızdırmazlık önlemleri uygulamışsanız, kalıcı onarımlar için de planlama yapın.
• Tozu mümkün olduğunca içeride tutmak için muhafazalar kullanın ve tozun kaçmasını önlemek için vakum sistemleri temin edin. Örtülü veya kapalı bantlı konveyörler, tozun kontrol altına alınmasına ve kontrol edilmesine nasıl yardımcı olunacağına bir örnektir.
• Yağ püskürtme sistemi, tozu kontrol etmeye yardımcı olmada etkili olabilir. Sektördeki birçok kişi tarafından kullanılır ancak her şeyi yağla kaplamamak ve yangın endişesi yaratmamak için özen gösterilmelidir.
• Hava durumu ve inşaat yapısı su kullanımına izin veriyorsa, su ile ıslatma seçeneğini düşünün.
• Tozun ekipmanın içinde kalmasına yardımcı olmak için ana bina ve diğer çalışma alanlarına basınç uygulayın. Pozitif basıncı korumak için alanlarda sızdırmazlık önlemleri almak gerekir. Bu önlem, küçük elevatörler için veya yeni tesislerin tasarımında etkili bir araç olmuştur.
• Tozun tahıla karıştırıldığı toz geri dönüşlerini toplama noktasının aşağısında veya havada toz oluşturmayacak şekilde yapmaya çalışın.

Tutuşturma Kaynağı

Tahıl tozu patlamasının kontrol altına alınması gereken bir diğer önemli unsuru, havada asılı toz bulutunun yeterli yoğunluk ve süreye sahip bir enerji kaynağı tarafından tutuşturulmasıdır. Bilinen örneklerin büyük bir kısmında, kaynak ve kesme ekipmanının uygunsuz kullanımı yüzünden tutuşmalar ortaya çıkmıştır. Tespit edilen diğer tutuşturma kaynakları arasında kovalı elevatörler, rulmanlar ve tahrik kayışları gibi mekanik ekipmanların sürtünme enerjisinden kaynaklanan ısı yer alır. Aydınlatma, redüktörlü motorlar ve kablolar gibi elektrikli ekipmanların arızalanmasından veya hatalı kullanımından kaynaklanan ısı veya ark da bir tutuşturma kaynağı olarak tanımlanmıştır. Çeşitli tutuşturma kaynakları arasında kibrit veya sigaradan çıkan alev, ortam ısıtıcıları, yıldırım, araçlardaki içten yanmalı motorlar ve V-kayışlardaki kaymalar sonucu oluşan ısı yer alır. Ayrıca tahıl kurutucuları, çekiçli değirmenler ve kovalı elevatörlerin hatalı çalışması sonucu da tutuşmalar gerçekleşebilir. Etkili bir önleyici bakım programı hayati öneme sahiptir. Ekipmanın periyodik muayeneleri ve yağlanması, patlamaları önlemek için önemli bir araç olabilir. Günümüzde birçok tesiste çeşitli sensör ve izleme teknolojileri kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları rulman sıcaklık sensörleri, kovalı elevatörlerde tur sensörleri, çeşitli yaklaşım sensörleri, teması gören mekanik sensörler, hız sensörleri, taşma sensörleri ve özellikle değirmenlerdeki titreşim ve balanssızlığı tespit eden sensörlerdir. Elevatörlerin aşırı yüklenmeden veya akışın tıkanmasından dolayı durmasını tespit etmek için hız izleme ekipmanının kullanılması ve kovalı elevatör rulmanlarındaki sıcaklığın izlenmesi, patlamalardan kaçınmada en faydalı yöntem olmuştur.

Oksijen

Bir toz patlaması için gerekli olan oksijen konsantrasyonu, atmosferde bulunan oksijen konsantrasyonudur. Oksijen konsantrasyonunu patlamaları önlemeye yetecek kadar azaltmak için ekipmanda inert gazların kullanılması önerilmiştir, ancak tahıl taşıma ekipmanının büyük boyutu ve hacmi nedeniyle bu önerinin uygulama alanı sınırlıdır. Daha küçük proses ekipmanları, inertleme için daha olası adaylardır.

Ortamın Kapatılması

Tüm toz patlamalarında olduğu gibi, tahıl tozu patlamasının tutuşmasından sonra oluşan basınçlar, yakıt veya oksijen tüketilene veya patlama havalandırılana kadar artar. Herhangi bir kapatma veya sınırlandırma yoksa, yani ortam bir şekilde havaya açıksa, patlama basınçları minimumdur ve bu olayani yangın olarak adlandırılmaktadır. Öte yandan, kapalılık-sınırlandırma arttıkça, patlama basınçları690 kPa’nın üzerindeki seviyelere çıkabilir. Tahıl elevatör yapıları ve ekipmanları bu seviyelerdeki herhangi bir basınca dayanamaz, dolayısıyla bu basınçlar tahliye edilemediği takdirde önemli ölçüde hasar meydana gelir. Konstrüksiyon hususlarıgereği mevcut tahıl elevatörlerinin çoğunun yeterli havalandırma ile sonradan donatılması neredeyse imkansızdır. Ancak yeni tasarlanan elevatörler,havalandırmanın artacağı ve bunun sonucunda kapalılık-sınırlandırmanın azalacağı şekilde uyarlanabilir. İkincil patlamaları önlemek ve personeli korumak için patlama havalandırmaları tesisin dışına doğru yapılmalıdır. Tavsiye edilen havalandırma seviyeleri her zaman mümkün olmasa bile,patlama esnasında oluşan basıncı bir parça da olsa düşürecek seviyedeki bir havalandırma, hiç havalandırma olmamasından daha iyidir.

Patlamalardaki havalandırmaya bir alternatif olarak, patlamanın erken aşamalarında süreci durdurmak için ekipmana bir kimyasal enjekte edilmektedir. Bu işlem baskılama olarak bilinir. Kimyasal, yanma reaksiyonuna müdahale edebilir, ortamı inert hale getirebilir (CO2) veya su püskürtme gibi bir yöntemle soğutma uygulayabilir.

Kapatma veya sınırlandırma için aşağıdaki öneriler göz önünde bulundurulmalıdır:

• Patlamayı hafifletmek ve yayılmayı en aza indirmek için patlama tahliyesi kullanın.
• Ekipmanı tesisin içine havalandırmayın.
• Depoların havalandırılması denenmiştir, ancak olası türbülanslı patlamalar ve uzunluk/çap oranının uygun havalandırmaya izin vermemesi nedeniyle genellikle güvenilemez.
• Patlama baskılama sistemleri mevcuttur ve bina içindeki bazı kritik elevatörler, toz sistemleri veya öğütme prosesinde yer alan bazı ekipmanlarda pratik olduğunda kullanılabilir.
• Yeni elevatörler eklenirken, bina dışınayerleştirilmeleri ve havalandırma durumları iyi düşünülmelidir.
• Tesisin bölümleri arasında mümkün olan yerlerde ayrım sağlamaya çalışın. Bölümler arasını birbirine bağlamak için dehelezon, redler veya örtülü bantlı konveyörler gibi kapalı ekipmanlar kullanın.

Tüm bu önlemler dışında, her tesisin kendine ait bir acil durum aksiyon planı ve bir güvenlik programının bulunması, olası yangın ve patlamalardaki maddi ve manevi hasarı en aza indirmenin en önemli yoludur.

Sonuç

Güvenlik izleme ekipmanı, geliştirilmiş taşıma ekipmanı ve toz kontrol sistemleri, iyi güvenlik ve operasyon pratiklerinin uygulanması, iyi temizlik uygulamaları ve etkili bir önleyici bakım programına sahip olmak dahil olmak üzere patlama risklerini belirlemek ve kontrol etmek için birçok teknik geliştirilmiştir. Toz patlamaları yıkıcıdır ve yaşamı tehdit eder. Her zaman risklerin farkında olmak gerekir. Hiç kimse patlamanın kesin etkilerini veya onları çevreleyen tüm koşulları tahmin edemez. Bu konuda olabildiğince çok bilgiye sahip olmak ve potansiyel riskleri görüp önleyecek farkındalığa ulaşmak gerekir.