Evaluation of Risks by Calculating Dangerous Areas to be Created by Flammable and Explosive Chemicals, Example of Ammonia Tank

Year 2023, Volume: 11 Issue: 3, 1170 - 1183, 31.07.2023

Bülent Büyükkıdan , Ömer Ahmet Uslu , Hüseyin Gümüş

https://doi.org/10.29130/dubited.1030485

Abstract

It is extremely important for the safety of the working environment to determine the dangerous areas that may occur as a result of the leakage of explosive and flammable substances into the environment with scientific method and quantitative values. In this study, the leakage possibilities that may occur at the bottom outlet and connections of the ammonia tank in an enterprise were evaluated, and the boundaries of the possible explosive zones were determined in the ALOAH program, according to the classification of explosive zones standard (TS 60079-10-1). The characteristics of secondary discharge that may occur from the pump and lower connection flanges of the ammonia tank are calculated as 24.64 and 10.36 m3/s, region radii of 14 and 7 m, respectively. As a result of the calculations and evaluations, it was found that the explosive atmosphere to be formed complies with the definition of Zone 1. Using the L-type matrix system, the risk value was calculated as 12, considering that there is a possibility of explosion once a week (3P) and serious injuries (4P). It is understood that ATEX calculations are useful in quantitatively defining the environmental risks and taking the necessary precautions in a timely manner. However, it has been concluded that these calculations will be effective in determining the risks if they are made specific to each explosive chemical in different workplaces.

Keywords

Explosive chemicals, ATEX, Hazardous environment, LPG, OHS

Yanıcı, Patlayıcı Kimyasalların Oluşturacağı Tehlikeli Bölgelerin Hesaplanarak Risklerin Değerlendirilmesi, Amonyak Tankı Örneği

Abstract

Patlayıcı ve yanıcı özellikteki maddelerin ortama sızması sonucunda oluşabilecek tehlikeli bölgelerin bilimsel yöntemle ve nicel değerlerle belirlenmesi, çalışma ortamının güvenliği için son derece önemlidir. Bu çalışmada bir işletmede bulunan amonyak tankının alt çıkışında ve bağlantılarında oluşabilecek sızıntı ihtimalleri değerlendirilerek, muhtemel patlayıcı bölgelerin sınırları ALOAH programında, patlayıcı bölgelerin sınıflandırılması standardına (TS 60079-10-1) göre yapılmıştır. Amonyak tankının pompa ve alt bağlantı flanşlarından meydana gelebilecek tali boşalmanın karakteristiği sırasıyla 24,64 ve 10,36 m3/s, bölge yarıçapları 14 ve 7 m olarak hesaplanmıştır. Yapılan hesaplama ve değerlendirmeler sonucunda oluşacak patlayıcı ortamın Bölge 1 tanımına uyduğu bulunmuştur. L-tipi matris sistemi kullanılarak, haftada bir patlama ihtimalinin oluşabileceği (3P) ve ciddi yaralanmalara (4P) sebep olabileceği düşünülerek risk derecesi 12 olarak hesaplanmıştır. ATEX hesaplamalarının ortam risklerinin nicel olarak tanımlanmasında ve gereken önlemlerin zamanında alınmasında faydalı olduğu anlaşılmaktadır. Ancak bu hesaplamaların farklı iş yerinde her bir patlayıcı kimyasala özgü yapılması halinde riskleri belirlemede etkili olacağı sonucuna varılmıştır.

Keywords

Patlayıcı kimyasallar, ATEX, Tehlikeli ortam, LPG, İSG

References

• [1] N. Martino, P. Feyen, M. Porro, C. Bossio, E. Zucchetti, D. Ghezzi, F. Benfenati, G. Lanzani, and M.R. Antognazza, "Photothermal cellular stimulation in functional bio-polymer interfaces", Scientific Reports, vol. 5, pp. 1-8, 2015.
• [2] A.M. Nassimi, M. Jafari, H. Farrokhpour, and M.H. Keshavarz, "Constants of explosive limits", Chemical Engineering Science, vol. 173, pp. 384–389, 2017.
• [3] T. Ma, Q. Wang, and M.D. Larrañaga, "Correlations for estimating flammability limits of pure fuels and fuel-inert mixtures", Fire Safety Journal, vol. 56, pp. 9–19, 2013.
• [4] F. Van den Schoor, F. Norman, K. Vandermeiren, F. Verplaetsen, J. Berghmans, and E. Van den Bulck, "Flammability limits, limiting oxygen concentration and minimum inert gas/combustible ratio of H2/CO/N2/air mixtures", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 34, pp. 2069–2075, 2009.
• [5] G. Shu, B. Long, H. Tian, H. Wei, and X. Liang, "Evaluating upper flammability limit of low hydrocarbon diluted with an inert gas using threshold temperature", Chemical Engineering Science, vol. 138, pp. 810–813, 2015.
• [6] H. Miao, L. Lu, and Z. Huang, "Flammability limits of hydrogen-enriched natural gas", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 36, pp. 6937–6947, 2011.
• [7] Ö. A. Uslu "Endüstriyel tesislerdeki yanıcı, parlayıcı kimyasal sıvıların atmosfer patlamalarının (atex) teorik ve uygulamalı olarak hesap edilerek önlemlerinin belirlenmesi" Yüksek Lisans Tezi, Kimya Bölümü, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, Türkiye, 2019.
• [8] P.L. Barros, A.M. Luiz, C.A. Nascimento, A.T.P. Neto, and J.J.N. Alves, "On the non-monotonic wind influence on flammable gas cloud from CFD simulations for hazardous area classification", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 68, pp. 104278, 2020.
• [9] Wikipedia. (2020). Amonyak [Çevrimiçi]. Erişim: https://tr.wikipedia.org/wiki/Amonyak,
• [10] Patlayıcı Ortamlar - Bölüm 10-2: Alanların Sınıflandırılması - Patlayıcı Tozlu Ortamlar Standardı, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 60079-10-2, 2015.
• [11] European Union. "On minimum requirements for improving the safety and health protection of workers potentially at risk from explosive atmospheres EU Directive", Official Journal of the European Communities, L23.No. 1999/92/EC, Dec. 16,1999.
• [12] Çalışanların patlayıcı ortamların tehlikelerinden korunması hakkında yönetmelik, T.C. Resmi Gazete, Sayı: 28633, 30 Nisan 2013.
• [13] T. G. Rodrigues, "A software application to define and rank atex zones" M.S thesis, Faculdade de Engenharia da (Faculty of Engineering), Universidade do Porto (The University of Porto), Portugal, 2016.
• [14] M. Hanefi Calp, ve M. Ali Akcayol, "Teknokent’lerde geliştirilen yazılım projelerinin risk analizi ve başarı düzeyleri", Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 4, ss. 293–304, 2016.
• [15] ALOHA Software, Bilgisayar Programı, WINDOWS versiyon, O. US EPA, , United States Environmental Protection Agency2016.
• [16] Patlayıcı ortamlar - Bölüm 10-1: Alanların sınıflandırılması-Patlayıcı gaz ortamları Standardı, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 60079-10-1, 2015
• [17] M.M. Van der Voort, R.M.M. van Wees, J.M. Ham, M.P.N. Spruijt, A.C. van den Berg, P.C.J. de Bruijn, and P.G.A. van Ierschot, "An experimental study on the temperature dependence of CO2 explosive evaporation", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 26, pp. 830–838, 2013.
• [18] E.E. Layık, "Gıda sektöründe toz patlamalarının araştırılması ve patlamadan korunma dokümanının hazırlanması bi̇r uygulama örneği̇"İş Sağlığı ve Güvenliği Uzmanlık Tezi,T.C. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı İş Sağlığı ve Güvenliği Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye, 2016.
• [19] U. Mevlevıoglu, M.A.N. Kadırgan ve G. Alev Çiftçioğlu, "Kimya endüstrilerinde patlama ve yangınların önlenmesi ve ilgili vaka çalışmaları", International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, c. 1, s.. 36–46, 2019.
• [20] J. Telmo Miranda, E. Muñoz Camacho, J.A. Fraguela Formoso, and J. de D. Rodríguez García, "Comparative study of the methodologies based on Standard UNE 60079/10/1 and computational fluid dynamics (CFD) to determine zonal reach of gas-generated Atex explosive atmospheres", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 26, pp. 839–850, 2013.
• [21] F. Ferrero, R. Meyer, M. Kluge, V. Schröder, and T. Spoormaker, "Study of the spontaneous ignition of stoichiometric tetrafluoroethylene-air mixtures at elevated pressures", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 26, pp. 759–765, 2013.
• [22] M.H. Keshavarz, S. Moradi, A.R. Madram, H.R. Pouretedal, K. Esmailpour, and A. Shokrolahi, "Reliable method for prediction of the flash point of various classes of amines on the basis of some molecular moieties for safety measures in industrial processes", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 26, pp. 650–659, 2013.
• [23] S. Lyu, S. Zhang, X. Huang, S. Peng, and J. Li, "Investigation and modeling of the LPG tank truck accident in Wenling, China," Process Safety and Environmental Protection, vol. 157, pp. 493–508, 2022.
• [24] H. Shao, and G. Duan, "Risk quantitative calculation and ALOHA simulation on the leakage accident of natural gas power plant," Procedia Engineering, vol. 45, pp. 352–359, 2012.
• [25] J.L. Orozco, J. Van Caneghem, L. Hens, L. González, R. Lugo, S. Díaz, and I. Pedroso, "Assessment of an ammonia incident in the industrial area of Matanzas," Journal of Cleaner Production. vol. 222, pp. 934–941, 2019.