Patlama risk analizleri ve etkilerini azaltma çalışmalarında yapılan tipik hatalar


Doç. Dr. Ali SARI
İstanbul Teknik Üniversitesi

Patlama, toksik ve yangın analizlerindeki genel amaç bu tehikeler için hidrokarbon içeren endüstriyel tesislerdeki senaryoları belirlemek ve bu senaryolardan dolayı oluşan riskleri hesaplamaktır. En sonunda bu risklerin azaltılması için gerekli olan etkileri azaltma çalışmaları yapılır ve buna göre yeni tesislerde tasarım gözden geçirilir, eski tesisler için güçlendirme ve yenileme vb. çalışmalar yapılır. Yukarıda belirtilen çalışmalar insan ölümleri, tesisin kısmi veya tamamen tahrip edilmesi, çevreye zarar verilmesi vb. sanayi tesislerindeki olabilecek zararların azaltılması veya önlenmesini sağlar. Yine yukarıda belirtilen çalışmalarda yapılacak hatalar oluşabilecek zararların azaltılmasına yardımcı olmayabilir, hatta bazı durumlarda bu zararlı etkileri artırdığı tecrübelerle sabittir. Bu yazıda özellikle patlama ile ilgili risk çalışmalarında Türkiye’de ve dünyada yapılan tipik hatalar (örneğin kişisel risk hesabı), risk çalışmalarının değerlendirilerek bu çalışmalardaki sonuçların kullanıldığı etki azaltma çalışmalarındaki hatalar (örneğin patlama yükünü rüzgar gibi varsayılarak yapılan patlama etki çalışmaları), risk çalışmalarının değerlendirilmesindeki tipik hatalar örnekleri ile anlatıldı.

Risk analizi çalışmalarında yapılan bazı kabullleri risk analizi sonuçlarına önemli oranda etki edebilmektedir. Bu yapılan kabüllerin etkisi risk analiz sonuçlarını yorumlarken gözönünde tutulmalıdır. Yada yeni metodlar yöntemler geliştirilerek daha doğru sonuçlar elde edilmeye çalışılmalıdır. Bu yazıda patlama risk analizi çalışmalarında dünyada ve Türkiye’de yapılan tipik hatalar ve alternatif yaklaşımları anlattım.

-Patlama Risk Analizleri
Öncelikle risk analizlerinde kullanılan ekipmanlarla ilgili verilerin ağırlıklı olarak Büyük Britanya ve Amerika’daki açıkdeniz yapılarının proses ünitelerinden alındığı unutmamalıdır. Risk çalışması yapılacak tesislerin kendi verileri varsa bu verilerle uygun bir şekilde harmanlanması tavsiye edilir. Yoksa bu veri tabanı alınan tesislerin risk analizi yapılan tesisten çok farklı olması durumunda gerçekten uzak risk değerleri bulunacağı aşikardır. Risk analizlerinin en önemli sonuçlarından biri kişisel risk değerleridir. Kişisel risk özellikle binaların içerisindeki çalışanlar için yapılan Yararlanabilirlik Analizi sonuçlarına çok bağlıdır. Dünyada ve Türkiye’deki bu konuda yapılan tipik hatalardan biri bu çalışmalarda bir bina içerisindeki kişiler için Ölümcüllük değerlerinin sadece patlama basınç değerlerine bağlı olarak hesaplanmasıdır. Ne yazık ki literatürde verilen API 752 ve CIA eğrileri sadece basınç değerine bağlı ve belli tip yapılar için Ölümcüllük değerleri vermektedir. API 752 den bu tür eğriler yeni versiyonlarında kaldırılmıştır. Burada iki önemli hata yapılmaktadır. Birinci hata binanın hasarı sadece patlama basınç değerine değil ayrıca impuls değerine bağlıdır. Yani bina içindeki kişilerin yaralanabilirlik dereceleri bütün senaryoları kullanılarak hem basınca ve hem de impulse değerine bağlıdır. İkinci hata CIA ve API 752 eğrileri sadece bazı tipik bina çeşitleri içindir, bu bina çeşitleri jeneriktir, yani o tesisteki binanın patlama karşısında gerçek davranışını temsil edemezler. Bu yüzden Şekil 1’deki gibi Basınç – Impulse eğrileri patlama konusunda uzman yapı mühendisleri tarafından hazırlanmalı ve yaralanabilirlik analizinde kullanılmalıdır.

Şekil 1: Bir Bina için Hazırlanmış Basınç Impuls Eğrileri ve Patlama Senaryoları

Risk analizlerinde patlama basınçları için aşılma eğrileri çıkartılır ve eğriler yine tesislerdeki binaların olası patlama senoryaları sırasında oluşabilecek hasarların hesabında da kullanılır. Tipik bir petrokimya tesisinde yüzlerce patlama senaryoları vardır. Yine Şekil 2’deki aşılma eğrisinde görüldüğü gibi seçilecek farklı frekans değerlerinde çok farklı patlama tasarım basınç değerleri görülmektedir. 10^-4 frekans değeri ile 10^-6 frekans değeri arasındaki fark yaklaşık 30 katıdır. Tipik hatalardan biri 10^-4 frekans değeri sadece gözönüne alınarak tasarım yapılması ve binaların patlama analizlerinin gerçekleştirilmelidir. Yine Şekil 2’den anlaşılacağı gibi bu durumda frekans değerinde çok küçük azalma patlama basınç değerini artıracak ve bu duruma uygun patlama senaryosu ile karşılaşıldığında 10^-4 frekansına karşı gelen basınça göre tasarlanan bina yıkılacaktır.

Şekil 2: Patlama Basıncı Aşılma Eğrileri

Aşılma eğrileri genelde ortalama değerler için verilir. Aslında bu ortalama değer etrafında önemli belirsizlik vardır. Bu değerlerdeki varyasyonlar risk analiz çalışmalarında çok dikkatli yorumlanmalıdır, yoksa biraz önce bahsettiğimiz gibi hatalı bina tasarımlarına neden olunabilir.

Şekil 3: Patlama Basıncı Zaman Eğrisinin Tanımı

Yine yukarıda bahsedildiği gibi hem kişisel risk hesaplarında hem de bina analiz ve tasarımında patlama basıncı ve impuls değeri (yada patlama süresi) gereklı parametrelerdir. Tipik hatalardan biri Aşılma eğrisinden sadece patlama basınçını okuyup patlama süresi için herhangi bir değer varsayarak patlama analizi yapmaktır. Doğru risk hesabı ve bina tasarımı için Patlama zaman eğrisini Şekil 3’deki gibi doğru tanımlamak çok büyük önem arzeder. Patlama zamanı için yapılacak kaba varsayımlar önemli hatalara neden olur. Son olarak, risk analizlerinde artık sadece proses riskleri gözönüne alıp diğer riskleri, örneğin deprem, fırtına ve sel gib iriskleri gözönüne almamak risk analizi yapılan tesis için eksik risk hesabına neden olur. Bazen proses deprem, fırtına ve sel domino etkisi yaparak proses riskinde de artışa neden olur. Bunun en önemli örneği 1999 Kocaeli depreminde Tüpraş’daki etkileri ve 2017 Harvey kasırgası sırasında Texas’ta görülmüştür. Selden dolayı oluşan elektrik kesintisi neredeyse tesisisi önemli patlama ve yangınlara karşı karşıya bırakmıştır.
-Patlama Etkilerini Azaltma Çalışmaları
Öncelikle patlama analizinde patlama basınç ve impuls değerlerini hesaplamak için kullanılan yöntemler dikkatli incelenmelidir. Farklı yöntemlerin farklı sonuçlar verebileceği gözönüne alınmalı ve buradaki belirsizlik dikkate alınmalıdır. Patlama etkisi azaltma çalışmalarında binalardaki oluşabilecek hasarı minimum değere indirmek, kişisel risk değerini düşürmek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bu yöntemler arasından tipik olarak en hatalı kullanılanı patlama duvarlarıdır. Patlama duvarları yanlış tasarım ve değerlendirmeye çok açık yöntem olduğundan en son tercih edilen patlama etkisi azalım yöntemi olmalıdır. Tecrübelere dayanarak özellikle Türkiye’de ve Avrupa’da tasarlanan patlama duvarları tasarımlarının yaklaşık yüzde 90’ının hatalı tasarlandığı ve patlama etkisini azaltmak yerine artırdığı görülmüştür.
Diğer tipik hata ise patlama etkilerini azaltma çalışmalarında binaların içindeki yapısal olmayan elemanların, örneğin iç duvar, cam lamba v.b. ve cam ve kapıların göz önüne alınmamasıdır. Yapılan testler ve bazı kaza incelemeleri yapısal olmayan elemanların patlamalar sırasında ölümlere yol açtığını göstermiştir.
En son olarak en fazla görülen tipik hata ise patlamaya karşı bina tasarımında yada patlama etkilerinin azaltılması çalışmalarında patlama yüklerinin rüzgar yükleri gibi static yükler cinsinden ifade edilmesi ve bu kabüle göre yapılan analizlerdir. Bu tür analizler kesinlikle bir yapının patlamaya karşı davranışını belirlememizde yeterli değildir ve tasarım hatalarına neden olup, ayrıca bu tasarlanan binaların içerisindeki insanların hayatını tehlikeye atmaktadır. Bunun yerine patlamanın dinamik etkisini gözönüne alarak patlama basınç zaman eğrilerini kullanarak dinamik analiz yöntemleri kullanılmalıdır.

-Yeni jenerasyon risk analizi yaklaşımları daha sağlıklı sonuçlar verecektir
Bu yazıda patlama risk analizlerinde dünyada ve Türkiye’de yapılan tipik hatalar ve patlama etkilerinin analizi çalışmalarındaki tipik hatalar ve bu hatalı yaklaşımlara alternatif yeni jenerasyon risk analizi yaklaşımları anlatılmıştır. Bu alternatif metodun daha sağlıklı ve doğru sonuçlar vereceği belirtilmiştir.