Basınç altında sıvılaştırılan alevlenebilir kimyasalların salım davranışının standart, model ve teorik yaklaşımlarla değerlendirilmesi
Assessment of the release behaviour of flammable chemical liquefied under pressure with standard, model, and theoretical approaches
Yazar: ÖZNUR YILMAZ
Danışman: PROF. DR. FATMA SUNA BALCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Proses, kimyasalların sahada kullanılması, depolanması, üretilmesi, elleçlenmesi veya taşınması dahil olmak üzere kimyasal(lar) içeren herhangi bir faaliyet veya bu faaliyetlerin herhangi bir kombinasyonu anlamına gelir. Proseslerin işletilmesi esnasındaki önlem yetersizlikleri ve yapılan hatalar proseslerde yaşanan kazalara sebep olmaktadır. Proses güvenliği kimyasalların veya enerjinin felaket düzeyinde (katastrofik) salımlarının önlenmesi ve etkilerinin azaltılmasına odaklanır. Katastrofik salımların dışında, prosesin işletilmesi esnasında işlemlerin doğası gereği kimyasalların ortama salımı da söz konusudur. Normal işletme şartlarındaki alevlenebilir kimyasalların salımı ile oluşturacağı patlayıcı ortamda bulunan tutuşturma kaynaklarının ATEX (Patlayıcı Atmosfer) kazalarına yol açmaması için, tehlikeli mesafe belirleme çalışmalarının yürülmesi ve bu tehlikeli bölgeler için önlemlerin alınması gerekmektedir. Tehlikeli mesafe belirleme çalışması için birtakım standart yaklaşımları (60079-10-1, CEI 31-35 vb.) ve yazılımlar (PHAST, ALOHA vb.) mevcuttur. Standartlarda sıvı davranışı için eksiklik ve kısıtlamalar söz konusu iken, yazılımlarda modellemelere müdahalede kısıtlamalar söz konusu olabilmektedir. Özellikle basınç altında sıvılaştırılan alevlenebilir kimyasallarda salım sonrası davranış kimyasalın özelliğine bağlı olarak önemli değişim göstermekte ve bu kimyasalın yayıldığı tehlikeli mesafenin büyüklüğünü etkilemektedir. Bu gerçekler standart veya yazılmlardan hesaplanan sonuçlarda şüpheye sebep olabilmektedir. Standartlardaki kısıtlamaların ve yazılımlarda ki kabullerin geçerliliğinin sorgulanması ve tereddütlerin ortadan kaldırılması için kimyasalın fizikokimyasal özelliklerine bağlı olarak enerji, kütle, ısı korunum denklikleri kullanılan bir model geliştirilmiştir. Model sonuçlarının, standartlar ve yazılımlar ile elde edilenler ile karşılaştırılması için alevlenebilir kimyasal olan izopentanın yaygın olarak kullanıldığı jeotermal bir tesis önerilmiş, izopentanın iki farklı boyuttaki açıklıktan yüksek basınç ve sıcaklıkta sıvı fazında salımı senaryoları yaz ve kış şartları için çalışılmıştır. Belirlenen en kötü senaryoya göre standartlardan elde edilen tehlikeli mesafelerin (%2'lik buharlaşma hesabı hariç) diğer metotlara göre daha fazla olduğu, ALOHA yazılımında ise daha az olduğu tespit edilmiştir. PHAST ve geliştirilen model sonuçlarının benzerlik taşıdığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Process means any activity involving chemical(s), including the use, storage, production, handling, or transport of chemicals on site, or any combination of these activities. Inadequate precautions and fault made during the operation of processes cause accidents in the processes. Process safety focuses on prevention and mitigation of catastrophic releases of chemicals or energy. Apart from catastrophic releases, there are also releases of chemicals into the environment during the operation of process due to the nature of process. In order to prevent ATEX (Atmosphere Explosive) accidents caused by ignition sources in the explosive environment created by the release of flammable chemicals under normal operating conditions, it is necessary to carry out hazardous distance determination studies and take precautions in these hazardous areas. There are numbers of standard approach (60079-10-1, CEI 31–35, etc.) and softwares (PHAST, ALOHA, etc.) for hazardous distance determination. While there are deficiencies and limitations for liquid behaviour in standards, there may be limitations in software for intervention in modelling. Especially for flammable chemicals liquefied under pressure, the post-release behaviour varies significantly depending on the nature of chemical and this affects the size of hazardous distance over which the chemical is emitted. This facts cause doubt in the results calculated from standards or software. In order to investigate the validification of the limitations of standards and assumptions in softwares and eliminating the doubts, a model using energy, mass, and heat conservation equations depending on the physicochemical properties of the chemical has been developed. For the comparation of the model results with the ones obtained with standards and softwares, a geothermal plant where isopentane, a flammable chemical, is widely used, was proposed, and scenarios of isopentane release in liquid phase at high pressure and temperature through two different sized openings were studied for the summer and winter conditions. According to the worst case scenario, it was found that the hazardous distances obtained from standards (except for the 2% evaporation calculation) were higher than the ones obtained from other methods, while it was lower in the ALOHA software. It was observed that the results of PHAST and the developed model are similar.