Toz Patlamaları, Un değirmeni örneği
- Murat Durdu
- 2 gün önce
- 5 dakikada okunur
Güncelleme tarihi: 1 gün önce
Un Değirmeni/Siloları Patlamaları ve Nedenleri
Un değirmenleri ve tahıl işleme tesisleri, tarih boyunca toz patlamalarının en sık görüldüğü endüstriyel tesisler arasında yer almıştır. İlk bakışta zararsız görünen un tozu, belirli koşullar altında havada askıda kaldığında son derece yanıcı bir yakıta dönüşebilir. Bu nedenle un değirmeni patlamaları, günümüzde iş güvenliği ve proses güvenliği alanında ayrı bir çalışma konusu olarak değerlendirilmektedir.
1. Yanıcı Toz
Un, nişasta ve tahıl tozları gibi yanıcı parçacıklar.
2. Oksijen
Atmosferde doğal olarak bulunur.
3. Ateşleme Kaynağı
Kıvılcım, sıcak yüzey, elektrik arkı veya mekanik sürtünme.
4. Toz Bulutu
Tozun havada belirli yoğunlukta askıda bulunması.
5. Kapalı veya Yarı Kapalı Ortam
Patlama basıncının oluşabilmesi için belirli ölçüde çevrelenmiş hacim gerekir. Bu beş unsurdan biri eksik olduğunda patlama meydana gelmez.
Great Mill Disaster (1878)- Büyük Değirmen Faciası
2 Mayıs 1878'de ABD'nin Minneapolis kentindeki "Washburn A Flour Mill"de meydana gelen patlama, tarihin en büyük un değirmeni felaketlerinden biri olarak kabul edilir.
Patlama:
Değirmeni tamamen yıktı.
Çevredeki tesislere yayıldı.
Çok sayıda çalışanın ölümüne yol açtı.
Olay sonrasında un değirmeni tasarımlarında büyük güvenlik değişiklikleri yapılmıştır.
Bu olay, tahıl tozunun patlayıcı özelliklerinin bilimsel olarak anlaşılmasında dönüm noktalarından biri kabul edilir. tehlikesini göstermesi açısından önemlidir. ABD'de meydana gelen bu olayda 14 kişi hayatını kaybetti, 38 kişi yaralandı. Soruşturma sonucunda; yetersiz temizlik, toz birikimi, hatalı ekipman tasarımı, eksik bakım faaliyetleri temel nedenler olarak belirlenmiştir. Araştırmalar birçok büyük patlamanın temel nedenlerinden birinin yıllarca biriken toz tabakaları olduğunu göstermektedir.
DeBruce Grain Elevator Patlaması (1998)
DeBruce Grain Elevator Explosion, 8 Haziran 1998'de Wichita'da meydana geldi. 7 çalışan öldü, 10 kişi yaralandı. ABD tarihinin en büyük tahıl tozu patlamalarından biri olarak kayıtlara geçti.
Teknik Neden
OSHA soruşturmasına göre:
Bir konveyör rulmanının yağsız kalması sonucu aşırı ısınma meydana geldi.
Sıcak rulman tahıl tozunu tutuşturdu.
Tesis genelindeki yoğun toz birikimi ikincil patlamalara yol açtı.
Sadece bir kıvılcım değil; kötü bakım, yetersiz temizlik, toz kontrol sistemlerinin çalışmaması
felaketin büyümesinde belirleyici oldu.
Didion Milling Mısır Değirmeni Patlaması (2017)
Didion Milling Patlaması, 31 Mayıs 2017'de Cambria'da meydana geldi. 5 çalışan hayatını kaybetti, Çok sayıda çalışan yaralandı.
Federal soruşturmalarda:
Mısır tozu birikiminin uzun süre temizlenmediği,
Temizlik kayıtlarının tahrif edildiği,
Güvenlik prosedürlerinin uygulanmadığı tespit edildi.
Şirket milyonlarca dolar ceza ödemeyi kabul etti ve bazı yöneticiler mahkûm edildi.
Blaye Tahıl Silosu Patlaması (1997)
20 Ağustos 1997 tarihinde Gironde/Blaye/Fransa'da meydana gelen patlamada 11 kişi öldü, Liman tesislerinde ciddi hasar oluştu. Bu olay Avrupa'da tahıl depolama tesislerindeki toz patlamalarına ilişkin mevzuatın sıkılaştırılmasında etkili oldu.
Rolandmühle Bremen Patlaması (1979)
6 Şubat 1979 taihinde Bremen'de Rolandmühle adlı tesiste meydana gelen patlamada 14 kişi öldü çok sayıda çalışan yaralandı. Bu olay Avrupa'daki en ölümcül un değirmeni patlamalarından biri olarak kabul edilir.
Bilimsel Literatürde Ortak Sonuç
Yanıcı toz araştırmaları, un ve tahıl tozlarının patlamalarının genellikle tek bir büyük patlamadan ziyade:
İlk tutuşma,
Birincil patlama,
Toz tabakalarının havaya kalkması,
Çok daha güçlü ikincil patlamalar şeklinde geliştiğini göstermektedir.
Araştırmalar ayrıca;
ince partikül boyutunun,
yüksek toz konsantrasyonunun,
kapalı hacimlerin,
yetersiz havalandırmanın patlama şiddetini önemli ölçüde artırdığını ortaya koymaktadır.
Un değirmeni patlamalarının büyük çoğunluğu "kaçınılmaz kazalar" değildir. İncelenen tarihî vakaların ortak noktası; yanıcı toz birikimi, yetersiz bakım, eksik temizlik ve uygun olmayan proses tasarımlarıdır. Washburn A Mill (1878), DeBruce (1998) ve Didion Milling (2017) olayları, birkaç milimetrelik toz tabakasının bile uygun koşullar oluştuğunda yıkıcı endüstriyel felaketlere dönüşebileceğini göstermektedir.
Tahıl Değirmeni ve Siloların Patlama Mekanizması
Patlama açık veya yarı açık bir ortamda havada askıda bulunan ince yanıcı parçacıklardan oluşan bir toz bulutunun tutuşması ve hızla yanması sonucu meydana gelir. Bu mekanizma, beş temel unsurun bir araya gelmesini gerektiren zincirleme bir reaksiyona dayanır: yakıt (toz), oksijen, ısı (tutuşma kaynağı), dispersiyon (dağılma) ve türbülanslı karışım. Patlama mekanizması aşağıdaki olaylar dizisi şeklinde gelişir:
1. Dispersiyon (Tozun Havaya Karışması)
Yanıcı tozun patlayabilmesi için oksijenle belirli bir oranda karışması gerekir. Toz yüzeylerde birikmiş halde duruyorsa patlayamaz. Bu nedenle hafif bir hava akımı, bir şok dalgası veya mekanik bir sarsıntı gibi başlangıç etkileri, yüzeylerde biriken tozu havaya kaldırarak bir toz bulutu oluşturmalıdır.
2. Tutuşma (Ignition)
Toz havada askıda kaldıktan sonra bir tutuşturucu kaynakla temas eder. Bu kaynak;
Kıvılcım,
Kor halindeki parçacık,
Sürtünme,
Sıcak yüzey olabilir.
Tutuşma kaynağı, ilgili toz türü için gerekli olan Minimum Tutuşma Enerjisini (Minimum Ignition Energy – MIE) sağlayarak yanma sürecini başlatır.
3. Birincil Deflagrasyon ve Türbülanslı Yanma
Tutuşmanın ardından toz parçacıkları çok hızlı bir şekilde yanmaya başlar.
Katı parçacıkların yanma hızı büyük ölçüde yüzey alanlarına bağlıdır. İnce tozlar son derece yüksek bir yüzey alanı/hacim oranına sahip olduklarından yanma işlemi çok hızlı gerçekleşir. Genişleyen alev cephesi:
Isı üretir,
Basınç dalgası oluşturur,
Henüz yanmamış tozu dışarı doğru iter,
Bu tozun çevredeki hava ile daha iyi karışmasını sağlar.
Böylece yanma reaksiyonu giderek hızlanır.
4. Radyasyon Kaynaklı Çok Noktalı Tutuşma
Sınırlanmamış veya büyük hacimli ortamlarda ilk deflagrasyon (Deflagration deflagrasyon, bir yanma veya patlama türüdür. Yanma cephesinin madde içinde ses hızından daha yavaş ilerlediği hızlı yanma sürecini ifade eder.) başlangıçta nispeten zayıf olabilir. Ancak alev büyüdükçe, yanma bölgesinden yayılan yoğun termal radyasyon (yayılım) alev cephesinin önündeki bölgelere ulaşır.
Bu radyasyon:
Türbülans içinde bulunan yanmamış toz kümelerini ısıtır,
Bu kümeleri çok sayıda yeni tutuşma noktalarına dönüştürür.
Sonuç olarak aynı anda birçok noktada meydana gelen bu tutuşmalar:
Alev yüzey alanını büyük ölçüde artırır,
Alev yayılma hızını hızlandırır,
Çok yüksek aşırı basınçların oluşmasına neden olur.
5. İkincil Patlamalar (Zincirleme Etki)
Gerçek endüstriyel olaylarda (örneğin tahıl silolarında, un değirmenlerinde, gıda işleme tesislerinde veya üretim tesislerinde) sınırlanmamış toz patlamaları çoğu zaman ikincil patlamalar şeklinde gerçekleşir ve asıl yıkıcı etkiyi bunlar oluşturur.
Süreç şu şekilde gelişir:
Küçük bir birincil patlama meydana gelir.
Bu patlama genellikle bir makine, konveyör veya kapalı bir kanal içerisinde başlar.
Oluşan basınç dalgası ve hava hareketi daha geniş çalışma alanlarına yayılır.
Kirişler, çatı elemanları, makineler ve zemin üzerinde birikmiş tozları havaya kaldırır.
İlk patlamanın alev cephesi bu yeni oluşan toz bulutuna ulaşır.
Sonuçta tesis genelini etkileyen çok daha büyük ve yıkıcı bir ikincil patlama meydana gelir.
Bu olgu, "zincirleme patlama etkisi" (Cascade Effect) olarak adlandırılır.
Un değirmenleri, tahıl siloları ve gıda işleme tesislerinde meydana gelen büyük patlamaların çoğu, tek bir tutuşturma olayından değil; küçük bir ilk patlamanın ortamdaki birikmiş tozları havaya kaldırması ve ardından bu toz bulutunun tutuşması sonucu meydana gelen ikincil patlamalardan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle modern endüstriyel güvenlik uygulamalarında yalnızca tutuşturma kaynaklarının kontrol edilmesi değil, aynı zamanda yüzeylerde biriken tozların düzenli temizlenmesi ve etkin toz toplama sistemlerinin kullanılması da kritik öneme sahiptir.
Kaynaklar:
U.S. Chemical Safety Board – Combustible Dust Investigations
UK Health and Safety Executive – Prevention of Dust Explosions in the Food Industry
Islas, A. ve ark. (2023), Biomass Dust Explosions: CFD Simulations and Venting Experiments in a 1 m³ Silo.
Liberman, M. ve ark. (2016–2017), Mechanism of Unconfined Dust Explosions ve ilgili çalışmalar.
Yorumlar