1- Gazların Algılanması, Gaz Konsantrasyonu Ölçümleri
LEL, UEL kavramlarının detaylarına geçmeden önce gaz algılama sistemlerinin önemi ve gaz kaynaklı tehlikeler hakkında bilgi sahibi olmakta fayda vardır. (Dilerseniz buradan Gazların Algılanması başlıklı yazımızı okuyabilirsiniz.)
Günlük hayatta maddelerin miktarını ölçmek için kütle (g, kg) veya hacim (m3, L) birimlerini kullanırız. Katı ve sıvı maddelerin miktarı, sahip oldukları kütle ve hacim sayesinde bu birimlerle kolayca belirtilir. Bir tüp içerisinde sıkıştırılmış gazların da kütlesi ölçülerek miktarı belirlenebilirken, sızıntı şeklinde ortama yayılmış gazların hacim veya kütlesini ölçmenin kolay bir yolu olmadığı gibi, ölçülse bile kütle veya hacim verisi tek başına kullanışlı olmaz. Ortamda bulunan gazların miktarını belirtmekte daha farklı ölçülere ihtiyaç duyarız.
Aşağıda başlıklar halinde hangi ölçüye neden ihtiyaç duyduğumuzu ve bu ölçülerin ne olduğunu izah edeceğiz.
2- LEL ve UEL Nedir?
LEL ve UEL sırasıyla, İngilizce “Lower Explosive Limit” ve “Upper Explosive Limit” kelimelerinin kısaltmalarıdır. “Alt Patlama Sınırı” ve “Üst Patlama Sınırı” anlamına gelirler. (Lower Flammability Limit – Upper Flammability Limit kısaltması olan LFL ve UFL şeklinde de kullanılır.)
Bu ölçüler yanıcı-patlayıcı gazların miktarını ve ortamın tehlike düzeyini belirtmekte kullanışlıdırlar. Yanıcı gazlar herhangi bir miktarda sızıntıyla yanma-patlama özelliği göstermezler, belirli bir yanıcı gaz – hava karışımı oranı aralığında yanıcı hale gelirler. Bu aralığın alt sınırına LEL, üst sınırına UEL denir. LEL seviyesinin altında kalan oranlardaki karışım yanıcı gaz miktarı açısından seyrek bir karışım olduğu için, UEL seviyesinin üstündeki oranlarda ise karışımda çok fazla yanıcı gaz olduğu için (ortamdaki oksijen yetersiz olduğu için) yanma patlama gerçekleşemez.
Her yanıcı gazın kendine has LEL – UEL aralığı vardır. Aşağıdaki tabloda bazı gazların LEL ve UEL değerleri verilmiştir.
Örneğin metan gazı için, kapalı bir ortamda 5% metan, %95 normal hava bulunuyorsa bu ortam yanıcı-patlayıcı niteliktedir.
Kaynak: Uluslararası Çalışma Örgütü (ILO)
https://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.listCards3?p_lang=en
3- %LEL Nedir?
LEL ve UEL ölçüleri yanıcı gazın, yanıcı gaz ve havadan oluşan karışıma hacimce oranını belirtirler. Sıklıkla kullanılan metan gazı örneği üzerinden detaylandırmak gerekirse, 5% metan içeren hava karışımı yanıcı-patlayıcı özelliktedir. Karışımın metan oranı 17%’ye kadar arttırıldığında da yanıcı özelliğini korur. Bu aralık dışındaki bir karışım ise yanıcı-patlayıcı değildir. Görüldüğü gibi yanıcı gazlarda tehlikeli durumun başladığı miktar sızan yanıcı gazın LEL düzeyine ulaşıldığı noktadır. Genel kullanımda LEL kavramının, UEL kavramından daha sık karşımıza çıkma nedeni budur.
Gaz dedektörlerinde, yanıcı gazın havayla oluşturduğu karışımdaki yanıcı gaz oranını bilmek yerine, LEL değerine ne kadar yaklaşıldığını bilmek kullanışlı bir miktar belirtme şeklidir. Bu miktarı belirtirken kullanılan ölçü birimi ise %LEL’dir. Ortamda bulunan hacimce 2.5%’lik metan gazı, 50% LEL olarak belirtilebilir. 5%’lik metan ise 100% LEL seviyesine ulaşıldığını ve patlama riski olduğunu belirtir.
4- %vol Nedir?
Tehlikeli gazlardan bahsederken ortama yayılmış gazın kütlesini veya hacmini bilmenin çok anlam ifade etmediğini belirtmiştik. Gazların tehlike çeşitlerine baktığımızda boğuculuk, zehirlilik ve yanıcılık gibi özellikler görülür. Bu tehlikelerin oluşma şekline tek tek değinecek olursak, boğucu gazlar ortamdaki havanın oksijenin oranını yetersiz düzeye düşürerek, zehirli gazlar soluduğumuz havaya küçük bir oranda karışarak, yanıcı gazlar ise gazın yanıcılık düzeyine bağlı olarak yanıcı gaz + hava karışımı oluşturarak tehlikeli hale gelirler.
Buradaki ortak noktaya dikkat edilirse, tehlikeli gazın karıştığı havadaki oranı tehlike hakkında ipucu vermektedir. Bu yüzden gazlardan bahsederken en temel miktar belirtme şekli %vol (hacimce yüzdelik) olarak karşımıza çıkar. Gazların hacmi basınç ve sıcaklık altında çok büyük değişkenlik gösterdiği için %vol ölçüsünde aksi belirtilmemişse 20°C sıcaklık ve deniz seviyesi hava basıncındaki gaz karışımı esas alınarak hacimce oranlar belirtilir. (Bazı kaynaklarda 15°C – 25°C.)
Örneğin dünya atmosferindeki gazlardan bahsederken en alt katman olan troposferdeki gazların hacimce oranları verilir, 78.09% azot, 20.95% oksijen, 0.93% argon gibi. Daha üst katmanlarda ise basınç ve sıcaklıkla birlikte bu karışım oranları da değişir.
%vol ölçüsü ortamdaki oksijeni ve boğucu gazları belirtmekte kullanışlıdır. İnsan vücudu yaklaşık 21% oksijen içeren atmosfer hava karışımını soluyarak hayatını sürdürür. Herhangi bir zehirli etkisi olmayan gazlar dahi bulunulan ortama yüksek miktarlarda sızdığında insanın nefes alabilmesi için uygun olmayan, yetersiz oksijen oranına sahip bir hava karışımı oluşturarak boğucu gaz etkisi yapabilir.
ABD Çalışma Bakanlığı verilerine göre; 19.5%’e kadar oksijen bulunan hava solumak için güvenli iken, 19.5% düzeyinin altındaki oksijen seviyeleri “oksijence fakir” olarak nitelendirilir ve güvenli aralığın dışındadır. (Kaynak: https://www.osha.gov/laws-regs/standardinterpretations/2007-04-02-0)
5- PPM Nedir? PPB nedir?
İngilizce “parts per million” yani milyonda bir anlamındaki kısaltmadır. Sıkça kullandığımız yüzdelik (%) ölçüsüne benzer şekilde ppm ölçüsü de kg, L gibi boyutlu bir ölçü birimi değil, karışımlardaki maddelerin tüm karışıma oranını belirten boyutsuz bir ölçü şeklidir. Söz gelimi, “havada 1 litre gaz var” şeklinde değil, “havanın milyonda biri şu gazdan oluşmaktadır” şeklinde orantısal ölçü belirtmekte kullanılır.
Gaz algılama özelinde bu ölçü şeklinin en kullanışlı olduğu yer, zehirli gazların ölçülmesi ve miktarının ifade edilmesidir. Yanıcı-patlayıcı gazlarda, ilgili gazların ortamdaki hacimleri 1% ~ 15% arası değişen oranlarda bulunduğunda yanıcı-patlayıcı özellik göstermeye başladığına (LEL) değinmiştik. Zehirli gazlarda ise yüzdelik ifadeler yetersiz kalmakta, çok daha düşük oranlardaki gaz miktarları önem kazanmaktadır. Bazı gazların ortamda çok az bulunması bile zehirlenmeye neden olabilir. Örneğin yaygın zehirleyici gazlardan amonyak 25 ppm, karbonmonoksit 35 ppm, hidrojen sülfür gazı ise 5 ppm düzeyinde insan sağlığına tehlike oluşturmaya başlar. (Havadaki bir milyon parçacıktan 25/35/5’i şeklinde düşünülebilir.) Bu zehirli gazların bulunabileceği potansiyel sahalarda personel güvenliği için zehirli gaz dedektörleri kullanılmalı, ppm düzeyinde ölçüm yapılarak gaz konsantrasyonu sürekli izlenmelidir.
Formaldehit veya klorin gibi bazı zehirli gazlarda ise bu sınır 0.016 ppm, 0.1 ppm gibi çok daha düşük oranlardır. Bunlar gibi çok zehirli gazlarda, PPM ölçüsünden daha küçük bir ölçü birimi olan PPB yani “milyarda bir” ölçüsü kullanılabilir.
Zehirli gazların bulunabildiği muhtemelen zehirli gaz çalışma ortamlarında, ilgili gazın müsaade edilen konsantrasyonu uluslararası kuruluşlarca belirlenmektedir. Örneğin, 10 saatlik bir çalışma gününde ortalama maruziyet sınırı, herhangi bir çalışma anında aşılmaması gereken maruziyet tepe değeri, 15 dakikalık kısa bir aralıkta aşılmaması gereken kısa süreli maruziyet değeri, ortamın derhal terk edilmesini gerektiren cana veya sağlığa anında hasar değeri gibi sınırlar bulunur. Bu sınırlar, zehirli gaz maruziyet sınırları genellikle PPM ölçüsüyle gösterilir.
6- mg/m3 Nedir?
Zehirli gaz konsantrasyonlarında sıklıkla kullanılan bir diğer ölçü birimi mg/m3‘tür. Şu ana kadar gördüğümüz kavramlar, hedef gazın hacminin, hava ile oluşturduğu gaz karışımı hacmine oranı şeklinde gösterimlerdir. (Hacim/Hacim)
mg/m3 gösteriminde ise hedef gazın kütlesinin, hava ile oluşturduğu gaz karışımının hacmine oranı ifade edilir. (Kütle/Hacim) Farklı bir ifade ile, 1 metreküp havada hedef gazın kaç miligram bulunduğunu belirten ölçü şeklidir. Aksi belirtilmedikçe 25°C sıcaklık ve 1 atm basınç temel alınır.
mg/m3 ölçüsü kütle/hacim oranı belirten bir ölçü şeklidir. Bu yüzden mg/m3’ten diğer ölçü birimlerine dönüşüm yapılırken veya diğer ölçü birimlerini mg/m3’e dönüştürürken ilgili gazın molar kütlesini ve ilgili sıcaklık-basınç altında bir gazın hacim sabitini bilmek gerekir. Hesaplamak pratik olmadığı için zehirli gazlarda genellikle ppm değeri ile birlikte mg/m3 değeri birlikte verilir.
7- %LEL – %VOL – PPM Dönüşümleri Nasıl Yapılır?
Öncelikle %vol ve PPM ölçülerinde yüzdelik ve milyonluk oranların kullanıldığını belirtmiştik.
Buna göre yüzde 1 = milyonda 10 bin olarak hesaplayabiliriz.
1% vol = 10.000 ppm.
0.1% vol = 1.000 ppm
0.01% vol = 100 ppm
0.001% vol = 10 ppm
0.0001% vol = 1 ppm
%LEL değeri, her gazın kendine has değişken bir LEL değeri olduğundan gaz ismiyle birlikte kullanılabilir.
Yanıcı bir gaz olan hidrojen sülfür (H2S) örneği üzerinde inceleyecek olursak:
100% LEL = 4% vol = 40.000 ppm H2S
50% LEL = 2% vol = 20.000 ppm H2S
10% LEL = 0.4% vol = 4.000 ppm H2S
Yazar: Karf&Scoot
İzinsiz kopyalanması ve kaynak gösterilmeden alıntılanması yasaktır.
