PATLAYICI ATMOSFERLERİN (ATEX) PATLAMA DAVRANIŞLARI
The Explosion Behaviors of Explosive Atmospheres (ATEX)
Abdurrahman İnce1
1Kimya Mühendisi, İSG Uzmanı, İtfaiye APK Amiri
İBB İtfaiye Daire Başkanlığı
mail@abdurrahmanince.net
Özet
Bu makalede, Patlayıcı Ortamların patlama davranışlarının tafsilatlı olarak izah edilmesi ile tehlikenin
daha iyi anlaşılmasına ve riskin daha sağlıklı değerlendirilmesine katkı sağlamak hedeflenmiştir. İş Sağlığı ve
Güvenliğinde Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Çalışanların Korunmasının önemli yerine karşın bu patlamaların
davranışlarının yeterince bilinmemesi tehlike algısında ve korunma titizliğinde eksiklik meydana getirmektedir.
ATEX direktiflerinin artık zorunlu olduğu günümüzde tehlikenin daha geniş izahı ile tehlike algısı ve risk
değerlendirme yetisinde gelişme sağlanması ve bunun sonucu olarak ta korunma tedbirlerine verilen önemin artması
beklenmektedir. Tüm yanıcı gazların, tüm yanıcı sıvı buhar ve sislerinin ve tüm yanıcı tozların bulut hallerinin
hava ile belirli bir konsantrasyonda karışım oluşturduklarında yanma davranışları bir anda ve tamamı yanacak
şekilde olmaktadır. Bu da ani hacim artışı ile patlama basıncını oluşturmaktadır. Yanmanın daha hızlı hali olan bu
tip patlama ile yaklaşık 10 atmosferlik bir basınç oluşmaktadır. Yanmanın davranışının bilinmesinin patlayıcı
atmosferlerin davranışlarının anlaşılmasında çok önemli katkısı olacaktır.
Anahtar kelimeler: ATEX, Gases, Vapors, Mists and Dusts Explosions, UVCE
Abstract
In this article, it is aimed to get a better understanding of hazard and to make a contribution to risk
estimation more accurately, by explaining the behaviors of explosion of explosive atmosphere in a detailed way.
Although protecting workers from hazards of explosive atmosphere takes an important place in occupational health
and safety, the insufficient knowledge of these explosions’ behaviors causes deficiency in detecting hazards and
also in carrying out safety. Nowadays with the directives of ATEX getting more and more obligatory, it is expected
that the understanding of hazards and estimating of risk would improve through more widely explanations of hazards
and so would the importance given to protection precautions increase. When all the flammable gases, all the
flammable liquid vapors and mists and also the cloud states of all the combustible dusts make a mixture in a
specific ratio of concentration with air, behaviors of combustion occur in such a way that all of them will
burn up suddenly and completely. This results in explosive pressure with a sudden volume increase. With this
type of explosion, which is the faster state of combustion, a pressure of approximately 10 atm will come out.
Knowing the behaviors of combustion contributes so much to the understanding of the behaviors of explosive
atmospheres.
Key words; ATEX, Gases, Vapors, Mists and Dusts Explosions,
1. Giriş
Avrupa Birliği Organizasyonlarının ATEX direktifleri 1 Temmuz 2003 tarihinden itibaren uygulanmaya
konulmuştur. ATEX, Fransızca “ATmosphéres EXplosives” kelimelerinin ilk hecelerinin birleşiminden oluşmuş bir
kelimedir ve Patlayıcı Atmosferler anlamına gelmektedir. [1]
Biri ekipmanların üreticileri ve diğeri de kullanıcıları için olmak üzere iki adet ATEX direktifi vardır.
Birincisi (ATEX 95) Ekipman Direktifi 94/9/EC olarak; Potansiyel Patlayıcı Atmosferlerde kullanılmak amacıyla
üretilen Ekipman ve Koruyucu Sistemler Talimatıdır. Kısaca ATEX için güvenli ekipman direktifidir.
İkincisi (ATEX 137) Çalışma Yeri Direktifi 99/92/EC olarak; Patlayıcı Atmosferlerden Potansiyel Riskteki
Çalışanların İş Güvenliğinin ve Sağlığının İyileştirilmesi İçin Minimum Gereklilikler Talimatıdır. Kısaca ATEX
için işçi koruma direktifidir. [2]
ATEX kuralları 1 Mart 1996 tarihinden beri gönüllü bir standart olarak uygulanmakta iken 1 Temmuz 2003
tarihinden itibaren patlayıcı atmosferlerde kullanılmak üzere satılan bütün ürünlerde ATEX onaylı olma ve
sembolünü taşıma mecburiyeti getirilmiştir.
Bu direktifler gereği ülkemizde de ATEX için birinci yönetmeliğimiz olarak “Muhtemel Patlayıcı Ortamda
Kullanılan Teçhizat ve Koruyucu Sistemler ile İlgili Yönetmelik (94/9/AT)” 27.10.2002 tarihinde yürürlüğe girmiş
ve 30.12.2006 tarihinde tamamen yenilenmiştir. [3] İkinci yönetmeliğimiz olarak “Patlayıcı Ortamların
Tehlikelerinden Çalışanların Korunması Hakkında Yönetmelik (99/92/EC)” ise 26.12.2003 tarihinden itibaren
yürürlüğe girmiştir. [4]
Bu yönetmeliklerimizde Patlayıcı ortam: “Yanıcı maddelerin gaz, buhar, sis ve tozlarının atmosferik
şartlar altında hava ile oluşturduğu ve herhangi bir tutuşturucu kaynakla temasında tümüyle yanabilen karışımı
ifade eder.” [3] şeklinde tarif edilmiştir.
“Patlayıcı Ortam” ifadesi ATEX ifadesini tam olarak karşılayamamakta, eksik ve yanlış anlamaya sebebiyet
vermektedir. Bu ifadenin yerine “Patlayıcı Atmosfer” veya “Patlayıcı Hava” ifadesinin kullanılması daha sağlıklı
olacaktır.
Patlayıcı Atmosfer: Tüm yanıcı gazların, tüm yanıcı sıvı buharlarının, tüm yanıcı sıvı sislerinin ve bulut
halinde bulunan tüm yanıcı tozların havada belirli bir konsantrasyonla oluşturdukları patlayıcı atmosferleri
ifade etmektedir.
Tehlikeli yerlerin sınıflandırılması; patlayıcı atmosfer oluşma sıklığı ve bu ortamın devam etme süresi
esas alınarak bölgeler şeklinde yapılmıştır.
Yönetmeliklerde bölge 0,1 ve 2 için kullanılan “parlayıcı” ifadesi İngilizce “flammable” kelimesinin
karşılığı olarak “kolay yanıcı” yerine kullanılmıştır ve anlam karışıklığına sebep olmaktadır. Sadece “yanıcı”
olarak kullanılması daha sağlıklı olacaktır.
Bölge 0: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışımından oluşan patlayıcı
ortamın sürekli olarak veya uzun süre ya da sık sık oluştuğu yerler.
Bölge 1: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışımından oluşan patlayıcı ortamın
normal çalışma koşullarında ara sıra meydana gelme ihtimali olan yerler.
Bölge 2: Gaz, buhar ve sis halindeki yanıcı maddelerin hava ile karışarak normal çalışma koşullarında
patlayıcı ortam oluşturma ihtimali olmayan yerler ya da böyle bir ihtimal olsa bile patlayıcı ortamın çok kısa
bir süre için kalıcı olduğu yerler
Bölge 20: Havada bulut halinde bulunan yanıcı tozların, sürekli olarak veya uzun süreli ya da sık sık
patlayıcı ortam oluşabilecek yerler
Bölge 21: Normal çalışma koşullarında, havada bulut halinde bulunan yanıcı tozların ara sıra patlayıcı
ortam oluşturabileceği yerler.
Bölge 22: Normal çalışma koşullarında havada bulut halinde bulunan yanıcı tozların patlayıcı ortam
oluşturma ihtimali bulunmayan ancak böyle bir ihtimal olsa bile bunun yalnızca çok kısa bir süre için geçerli
olduğu yerler. [3]
Patlayıcı atmosferlerin oluştuğu bu bölgeler patlama riskinin değerlendirilmesinde ve patlamadan
korunmada kullanılan kriterlerdir
ATEX konusunda kullanılan “patlama” terimi “explosion” teriminin karşılığı olarak düşük basınçlıdır.
Patlayıcı maddelerin patlama davranışı ise “detonasyon” teriminin karşılığı olarak çok yüksek basınçlıdır,
“infilak” terimi ile ifade edilmelidir ve bu konu ile karıştırılmamalıdır.
2. Patlamanın Mekanizması
ATEX patlamalarının davranışlarının ve mekanizmalarının daha iyi anlaşılabilmesi için yanma kimyasının
bilinmesine ihtiyaç vardır. Patlama yanmanın daha hızlı halidir.
Yanma: Yanıcı maddenin yakıcı madde (çoğunlukla havadaki oksijen) ile en az tutuşma sıcaklığında meydana
getirdiği kendini idame ettiren ekzotermik kimyasal zincirleme reaksiyondur. Yangın: Kontrol dışı yanma olayıdır.
2.1. Yanmanın Genel Kimyası
C
XH
Y + (X+Y/4)O
2 + ISI = XCO
2 + (Y/2)H
2O + ISI (1)
Reaksiyon (1) tutuşma sıcaklığına kadar endotermik safhadadır, bu noktadan sonra ısı kaynağı çekilse bile
reaksiyon kendini besler. Yanma olayındaki oksidasyon hızlı oksidasyondur.
2.2. Oksidasyon Hızları
Demirin paslanması ve hücresel solunum gibi normalde hızlı oksidasyona dönüşmeyen olaylar yavaş
oksidasyonlardır. Yukarıda tarif edildiği şekilde yanma olayı hızlı oksidasyondur. Makalenin konusu olan gaz,
toz, sis, ve buharların Patlayıcı Atmosfer (Ortam) Patlamaları çok hızlı oksidasyondur. Patlayıcı madde
patlamalarında ise infilak ve detonasyon şeklinde süper hızlı oksidasyon meydana gelmektedir. Formül aynıdır fark
hızdadır.
2.3. Yangın Sınıfları ve Patlama Davranışına Etkileri
TS EN 2 ve TS EN 2/A1’e göre ülkemizde yangın sınıfları;
A SINIFI: Normal olarak kor şeklinde yanan genellikle organik yapıdaki katı madde yangınlarını kapsar
B SINIFI: Sıvı veya sıvılaşabilen katı madde yangınlarını kapsar
C SINIFI: Gaz yangınlarını kapsar
D SINIFI: Metal yangınlarını kapsar
F SINIFI: Pişirme aletleri içindeki bitkisel ve hayvansal pişirme yağlarının yangınlarını kapsar.
2.3.1. A Sınıfı Yangınların Yanma, Parlama ve Patlama Davranışları
A sınıfı yangınlar normal olarak kor şeklinde yanan genellikle organik yapıdaki katı madde yangınlarıdır.
(Örnek; odun, kömür, kağıt, ot, kumaş vb.) temel özellikleri kor oluşturmalarıdır.
Yakıcı madde havanın yaklaşık % 21’ini teşkil eden Oksijen olarak gaz fazında olduğu için yanıcı maddenin
de reaksiyona girebilmesi için öncelikle gaz fazına geçmesi gerekir.
A sınıfı katı maddelerin yanabilmesi için tutuşma sıcaklığına ısındıklarında piroliz süreci ile yanıcı
gazlarını çıkarmakta ve bu gaz yanmaktadır. Bu nedenle katı maddelerin ısı ile muhatap olabilecekleri ve yanıcı
gazlarını çıkarabilecekleri yüzey alanları ne kadar fazla olursa o kadar kolay yanacaklardır.
Bir odun kütüğüne göre ince tahta parçaları daha kolay yanacak, rendeden cips şeklinde çıkmış talaşlar
parlama özelliği gösterecek, toz halindeki talaşlar ise havada uçuşur vaziyette bulunduklarında toz patlaması
meydana getirebileceklerdir. Katı maddelerin yanma davranışında ısı ile muhatap olup yanıcı gazını
çıkarabilecekleri ve bunu havanın oksijeni ile buluşturabilecekleri yüzey alanları en önemli etkendir.
2.3.2. B Sınıfı Yangınların Yanma, Parlama ve Patlama Davranışları
Sıvı veya sıvılaşabilen katı madde yangınlarıdır. (Örnek; benzin, benzol, mazot, solvent, katran,
alkoller, mum vb.). temel özellikleri korsuz ve alevli yanmalarıdır.
B sınıfı sıvı maddelerin yanabilmesi için tutuşma sıcaklığına ısındıklarında yeterli yanıcı gaz
üretebilmeleri gerekmektedir. Sıvının da kendisi yanmamakta sıvıdan buharlaşan gaz yanmaktadır. Bu nedenle yanıcı
sıvıların yanma davranışında yüzey alanı ile beraber uçuculukları etken olmaktadır.
Bir yanıcı sıvı ne kadar uçucu ise o kadar parlama davranışı göstermektedir. Örnek olarak benzin ve
tineri verebiliriz. Bütün yanıcı sıvıların buharları yanıcı gaz olduklarından yeterli miktarda biriktiklerinde
yanma davranışı tamamen gazların yanma davranışı olarak patlama şeklinde olmaktadır.
Yanıcı sıvıların ayrıca bir parlama noktası “flash point” vardır ki bu yukarda anlatılan parlama ile aynı
şey değildir. Flash noktası bir yanıcı sıvının alev alabilecek şekilde yanıcı buhar üretebileceği en düşük
sıcaklık değeridir. Ancak bu durumda ısı kaynağı çekildiğinde alev söner. Alevin sönmeden devam edebilmesi ancak
tutuşma sıcaklığı ve üzerindeki sıcaklıklarda olur. Örnek olarak; etil alkolün parlama noktası: 12,7
oC,
tutuşma sıcaklığı ise: 362,7
oC’tır.
Bir yanıcı sıvının flash noktası ne kadar düşük olursa, mesela (eksi) -43
oC olan benzin gibi
hemen, parlayarak ve kolayca yanacaktır. Flash noktası +52
oC olan mazot ise zor ve yavaş yanacak,
tutuşabilmesi için bir ön ısıtmaya ihtiyaç duyacaktır. Halbuki mazotun tutuşma sıcaklığı yaklaşık 250
oC olarak daha düşük ve benzinin tutuşma sıcaklığı yaklaşık 290
oC olarak daha yüksektir.
Tüm yanıcı sıvıların küçük tanecik halinde bulundukları sis hallerinde de buharlaşma yüzeyi sonsuza
gideceğinden hızla buharlaşıp ısı ve oksijen ile buluşarak ani yanma ve ATEX patlaması meydana getirme davranışı
göstereceklerdir.
2.3.3. C Sınıfı Yangınların Yanma, Parlama ve Patlama Davranışları
Yanıcı gaz madde yangınlarının temel özellikleri patlamadır (Örnek; metan, propan, bütan, doğalgaz, LPG,
asetilen, havagazı, hidrojen vb.).
C sınıfı yanıcı gazlar yanmaya hazır olup en az tutuşma sıcaklığı ile muhatap olduklarında derhal
(1 mikro saniyede) yanarlar. Katı ve sıvılardaki gibi bir gazlaşma sürecine ihtiyaçları yoktur. Bu ani yanma
olayı ani hacim genleşmesine yani patlamaya sebebiyet verir. Bu sebeple yaklaşık 10 barlık bir basınç oluşur.
Gazların yanabilmesi yani patlayabilmesi için hava ile karakteristik bir karışım oranında bulunmaları
gerekir. Buna alt ve üst patlama limitleri denir. Bazı kaynaklarda aynı değerler alt ve üst tutuşma limitleri
olarak geçer. Bu oran patlayıcı atmosfer olarak veya patlayıcı ortam olarak tanımlanır.
Gazların yanma davranışı ocaklara kontrollü olarak verilerek sağlanmakta, çok az birikme sonucu parlama
davranışı göstermekte, alt ve üst patlama limitleri arasındaki bir birikme ise UVCE patlamasına yani patlayıcı
atmosfer (ortam) patlamasına sebebiyet vermektedir.
2.4. Patlamanın Meydana Gelme Mekanizması
Gazlar yanma kimyasının en iyi anlaşılacağı davranışı göstermektedirler. Çünkü yanıcı gazların yanıcı
katı ve sıvılardaki gibi gazlaşma süreçlerine, yani gecikmeye ihtiyaçları yoktur. Gazlar yanmaya hazır malzeme
oldukları için, tutuşma sıcaklığını yakaladıklarında (yanma üçgeni tamamlandığında) hepsi birden ve aniden
(bir mikro saniyede) yanmaktadırlar. Bunun sonucu olarak, yanma ürünleri, entropi kuralı gereği tepkimeye
girenlerden her ne kadar fazla olsalar da bu artış ihmal edilecek seviyededir. Asıl etki 1 mikro saniyede ortam
sıcaklığının ve dolayısı ile yanma ürünü gazlarla birlikte ortamdaki diğer gazların sıcaklığının oda
sıcaklığından 1500oC’nin üzerindeki sıcaklıklara ani olarak ulaşması ile hacimlerinin katlarca artması demektir.
Bu ani hacim artışı, çeperlere yaklaşık 10 atmosferlik ani basınç uygulayacak, pencereler ve kapılar veya diğer
zayıf çeperler yırtılarak basıncı alacaktır. Yeterli yırtılma yüzeyi (en az 0,2 m2/m3) mevcut olmadığında
binaların çökmesine bile neden olacaktır. İşte ATEX patlaması budur. Gazların kapalı hacimlerdeki bu yanma yani
patlama davranışı anlaşıldığında tüm ATEX patlamaları da anlaşılmış olur.
Tüm yanıcı gazlarda alt (LEL) ve üst (UEL) patlama limitleri önemlidir. Bu sınırlar arasındaki
konsantrasyon patlayıcı atmosferdir. Tüm yanıcı sıvıların da buharları yanıcı gazdır. Onlar için de aynı şekilde
alt ve üst patlama limitleri vardır ve patlama davranışları da aynen gazlarınki gibidir.
2.5. Yanıcı Gazlarda ve Sıvı Buharlarında LEL ve UEL
Tablo 1’de Bazı yanıcı gazlar ve yanıcı sıvı buharları için alt ve üst patlama limitleri hacim %’si olarak verilmiştir.
Tablo 1: Bazı maddelerin alt ve üst patlama limitleri [5]
2.6. Yanıcı Sis ve Tozlar
Yanıcı sislerin ve tozların havada bulut hallerinin patlama davranışlarına bakıldığında; parçacık
küçüklüğü sebebi ile ısı ile muhatap olup yanıcı gazını çıkarabilecekleri ve bunu havanın oksijeni ile
buluşturabilecekleri yüzey alanlarının neredeyse sonsuz büyüklüğe ulaşması sonucu reaksiyon hızı gazlarınkine
yaklaşmaktadır. Patlama davranışları da aynı gazlarınki gibi olmaktadır.
Yanıcı tozlarda patlayıcı atmosfer oluşturabilecek en düşük konsantrasyon 50-100 g/m
3 civarındadır. Un
için bu değer 50 g/m
3 tür. En yüksek konsantrasyon ise 2-3 kg/m
3 civarında olmaktadır. [6]
2.7. Yanıcı Olmayan Maddeler
Her madde yanıcı değildir. Maddelerin önemli bir kısmı hiç yanmayan maddelerdir. Yanıcı maddeler ise zor
yanıcı, normal yanıcı, kolay yanıcı, kendiliğinden yanıcı gibi sınıflara ayrılmaktadır. Yanıcılığı temelde
tutuşma sıcaklığının düşüklüğü, yüzey alanının büyüklüğü, kaynama noktasının küçüklüğü, flash noktasının
düşüklüğü, uçuculuk ve yanma enerjisinin büyüklüğü gibi faktörler etkilemektedir.
Yanıcı olmayan maddelerin gaz, buhar, sis ve tozları hiçbir şart altında patlayıcı atmosfer oluşturamaz ve patlamaz.
2.8. Yanıcı ve Parlayıcı Atmosfer Olmaz
İş Güvenliği Uzmanlığı ve İşyeri Hekimliği Temel Eğitimlerinin halen uygulamada olan müfredatında “Yanıcı,
Parlayıcı ve Patlayıcı Ortamlar” konulu ders bulunmakta ve dersin alt başlıklarında “patlayıcı maddeler” bahsi
geçmektedir.
Ortam ifadesinin ortamın atmosferi olduğu anlaşıldığına göre yakıcısı ve yanıcısı ile patlayıcı karışım
oluşturan havanın en az ve en fazla konsantrasyonlar aralığında “patlayıcı atmosfer patlaması” tepkimesi vereceği,
çok zayıf karışımlar ile fazla zengin karışımlarda ise hiçbir tepki vermeyeceği açıktır. Buna göre yanıcı
atmosferden ve parlayıcı atmosferden söz edilemez. Bahsi geçen müfredatta dersin adı sadece “Patlayıcı Ortamlar”
olmalıdır. Ayrıca patlayıcı maddeler havanın oksijenine ihtiyaç duymadan bünyelerindeki oksitleyici maddeler ile
tepkimeye giren maddelerdir ve patlayıcı ortamlar konusu ile herhangi bir ilgileri bulunmamaktadır. Bu bahis de
müfredattan çıkarılmalıdır.
3. Sonuçlar
Tüm yanıcı gazlar, tüm yanıcı sıvıların buhar ve sis halleri ve tüm yanıcı tozların bulut halleri havada
belirli konsantrasyonlar arasında patlayıcı atmosfer oluştururlar. Tutuşma sıcaklığı sağlayacak en ufak bir
kıvılcım ile tamamı bir anda yanmak suretiyle patlama davranışı gösterirler.
Yanıcı gazların bu oranı oluşturacak şekilde birikmelerine fırsat verilmemeli, sızıntıları başlangıçta
fark edebilmek için detektörler kullanılmalıdır. Yanıcı sıvılar kapalı tutulmalı, bu oranı oluşturacak şekilde
buhar üretmelerine fırsat verilmemelidir. Yanıcı sıvıların sis halleri ile yanıcı tozların havada uçuştukları
bulut hallerinin oluşmasına fırsat verilmemelidir.
Çalışma şartları gereği bu atmosferlerin oluşmaları kaçınılmaz ise bahsi geçen iki yönetmelikteki
şartlara göre hükümler uygulanarak patlamadan korunma sağlanmalıdır.
4. Kaynaklar
[1] ATEX Guidelines, European Commission Enterprise and Industry, 3rd Edition - June 2009
[2] Çilingir H. “ATEX Talimatları ve Pnömatik” IV. Ulusal Hidrolik Pnömatik Kongresi, 2005, Shf 417-426
[3] Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Çalışanların Korunması Hakkında Yönetmelik Resmi Gazete Tarihi/Sayısı: 26.12.2003 / 25328
[4] Muhtemel Patlayıcı Ortamda Kullanılan Teçhizat ve Koruyucu Sistemler İle İlgili Yönetmelik (94/9/AT) Resmi Gazete Tarihi: 30.12.2006 Resmi Gazete Sayısı: 26392 (4.Mük.)
[5] http://www.engineeringtoolbox.com/explosive-concentration-limits-d_423.html
[6] Terzioğlu, L. “Endüstriyel Patlamaların Modellenmesi” İTÜ, Yüksek Lisans Tezi, 1997.