Gaz Konsantrasyon Birimleri, Hangisi Neden ve Nerede Kullanılır?
Bir sayıyı veriden ayıran şey, birimdir. Veri toplarken, ölçüm veya analiz yaparken, grafik oluşturur veya okurken, nelerle uğraştığımızı bu birimler sayesinde bilebiliriz. Bu yüzden gaz ölçüm ve analizi sırasında sıklıkla kullanılan %VOL, PPM, %LEL gibi birimleri anlamak, toplanılan veriyi daha iyi yorumlamamıza olanak sağlar.
Gaz, maddeyi meydana getiren parçacıkların birbirinden uzakta bulunduğu bir hâldir. Madde gaz hâlindeyken belli bir şekli yoktur, yalnızca hacmi vardır. Parçacıklar birbirinden uzakta durduğunda gazın hacmi çok büyük olduğundan, özkütlesi de bir o kadar küçüktür. Bu yüzden gazların konsantrasyonunu tanımlamak için farklı birimler kullanmak gerekebilir.
%LEL ve %UEL Ölçüm Birimi Ne Demektir?
Gazlar belirli bir konsantrasyon aralığında patlayıcı özellik gösterirler. Bu konsantrasyon aralığı her gaz için farklıdır, ancak her gazın ortak noktası patlama için oksijen ve bir ateş kaynağı (kıvılcım) gerektiğidir.
Patlayıcılık alt sınırına LEL (Lower Explosive Limit) adı verilir. LEL’in altındaki konsantrasyonlar fazla seyrektir ve patlayıcı gazdan yeterince bulunmaz. Gaz LEL değerine erişine kadarki konsantrasyonlar %LEL olarak ifade edilir. Bu gazın hiç bulunmadığı ortam %0 LEL, tam LEL değeri kadar konsantrasyonda bulunduğu ortamsa %100 LEL olarak ifade edilir.
Patlayıcılık bölgesinin üzerindeyse, gaz konsantrasyonu o kadar çoktur ki, yeterli yanıcılık sağlayacak oksijen bulunmaz, dolayısıyla patlama gerçekleşmez. Patlayıcı aralığın üst sınırı UEL (Upper Explosive Limit) olarak tanımlanır.
Bu anlatımı şu şekilde görselleştirebiliriz:
Bu grafiksel gösterimden anlaşılacağı gibi, LEL ve UEL seviyeleri arasındaki konsantrasyon aralığı bölgesinde patlama gerçekleşir, LEL seviyesinin altında ve UEL seviyesinin üstünde kalan konsantrasyon bölgelerinde patlama gerçekleşmez. Başka bir ifadeyle, başlangıç noktasında gazın hem hacmi(%vol) hem Alt Patlama Limiti (%LEL) sıfır iken, hacim arttıkça LEL seviyesi de yükselir, gaz konsantrasyonu belirli bir hacme ulaşınca da patlama seviyesine, yani %100 LEL değerine ulaşılır. Gaz ölçüm cihazlarıyla hedeflenen, %100 LEL seviyesine ulaşmadan, gazı daha düşük konsantrasyonlarda ölçerek patlama riskini önleyecek tedbirler almaktır. Yukarıda belirttiğimiz gibi, her gazın LEL ve UEL seviyeleri farklıdır. Bazı gazlarda hacimsel olarak (%vol) düşük konsantrasyonlarda LEL ve UEL değerine ulaşılırken, bazı gazlarda daha yüksek hacimsel konsantrasyonlarda bu değerlere ulaşılır. Gerek günlük yaşamda gerek endüstriyel ortamlarda çok rastlanan bazı gazların LEL ve UEL konsantrasyon seviyelerine örnekler verecek olursak:
Alt ve Üst Patlama Limitleri
Bu tablodan görüleceği gibi, Metan hacimsel olarak %5 konsantrasyona geldiğinde patlama seviyesine ulaşmış, %15 konsantrasyonu geçtiğindeyse patlama seviyesini aşmış (patlama riski kalmamış) demektir. Oysa Hidrojen için bu patlama aralığı çok daha geniştir, %4 hacimsel konsantrasyonda patlama seviyesine ulaşıp %75 hacimsel konsantrasyonda patlama seviyesini aşar.
PPM Ölçüm Birimi Ne Demektir?
Gazların patlama seviyesinde ölçümleri için LEL-UEL birimlerini kullanmıştık, bu birimlerin hacimsel konsantrasyonla bağlantılarından bahsetmiştik. Ancak bazı durumlarda gazları bu birimlerle ölçemeyiz, çok daha küçük ölçüm birimleri kullanmamız gerekir. Örneğin, toksik gazlar için patlama seviyesinden çok daha önemlisi, çok düşük konsantrasyonlarda olsa bile ortamda bulunmasıdır. İşte bu düşük konsantrasyonları ppm birimiyle ifade ederiz.
Sıklıkla karşımıza çıkan ppm (parts per million), milyonda bir partikül anlamına gelir. İçinde bulunduğunuz odada bir milyon tane top olduğunu ve bunlardan birinin kırmızı olduğunu düşünün. Bu topu ifade etmek için “odada 1 ppm kırmızı top var” diyebiliriz. Ppm birimi suda veya toprakta bulunan bir maddeyi ifade etmek için, mL/L veya mg/kg ile dönüşümlü kullanılabilir.
Ppm, çok düşük miktarları bile son derece zararlı ve hatta ölümcül olabilen zehirli gazların gösteriminde kullanılır. Örneğin, petrokimya sanayiinde sıklıkla kullanılan veya proseslerde açığa çıkan H2S hidrojen sülfür gazına 10 ppm üzerinde maruz kalındığında çok ciddi solunum yolu problemleri yaşanacaktır.
Doğalgazla çalışılan yerlerde patlayıcı olan metan gazı kaçaklarının çok ciddi sonuçları olabilir. Bu yüzden metan detektörleriyle sahada tespit çalışması yapılır. En küçük miktarların bile tespit edilmesi, riski azaltmak açısından çok önemlidir. Bu nedenle, sızıntı kontrolü amacıyla metan tespiti yapılacaksa, ppm cinsinden ölçüm yapan detektörler kullanılabilir.
Portatif metan detektörü RMLD-CS için lütfen tıklayınız.
Daha da düşük konsantrasyonları ifade etmek için kullanılan benzer bir birim ppb (parts per bilion), yani milyarda bir partiküldür. Bu birim de yukarıdaki örneğe benzer şekilde, odada bulunan bir milyar top arasındaki tek bir kırımızı topu ifade ederken kullanılabilir. Havadaki CO (karbon monoksit) miktarından bahsederken ppb kullanıldığını görebilirsiniz, örneğin Dünya’nın troposferinde ortalama 100 ppb CO gazı bulunur.
Aşağıda, bazı gazlar için ppm seviyesinde sınır değerleri (aksiyon değeri- TLV) görülmektedir:
| Kimyasal Madde | ppm Sınır Değeri |
|---|---|
| Nitrik Asit | 2 |
| Amonyak | 25 |
| CO2 | 5000 |
| NO2 | 3 |
| SO2 | 2 |
| Klorin | 0,5 |
| Florin | 1 |
| H2S | 10 |
| NO | 25 |
| CO | 25 |
%VOL Ölçüm Birimi Ne Demektir
Bu birim, yüzde cinsinden hacim (volume) ifade etmek için kullanılır. Örneğin, soluduğumuz havanın hacimsel olarak %21’ini oksijen, %78’ini azot gazları oluşturur. Bir diğer değişle, içinde bulunduğunuz odadan 100 mL hava toplayıp analiz edersek bunun 21 mL’si oksijen, geri kalan kısmın 78 mL’si azot, kalan yaklaşık 1 mL de neon, karbondioksit ve hidrojen gibi başka gazlar olacaktır.
Bu birimi ppm’e dönüştürmek mümkündür. 1 ppm için 1/1.000.000 demiştik, bunu yüzde cinsinden göstermek istersek 0,0001/100 yani 1 ppm = %0,0001 dönüşümü yapabiliriz. Veya %1 vol = 10.000 ppm diyebiliriz.
Yukarıda detaylıca anlatılan PPM, LEL, VOL birimlerinin dönüşümlerini şöyle özetlemek mümkündür:
100 ppm gaz > 0,01 %vol gaza eşdeğerdir
1 %vol gaz > 10,000 ppm gaza eşdeğerdir
1 %LEL Metan gazı > 0,05 %vol Metan gazına > 500 ppm Metan gazına eşdeğerdir.
Portatif oksijen analizörü AII GPR serisi için lütfen tıklayınız.
Sabit oksijen analizörü AII GPR serisi için lütfen tıklayınız.
Bu yazımızda ele aldığımız birimleri tanımak, gazlarla yapılan çalışmaları daha iyi anlamamızı sağlayacak ve analizlerde bize yardımcı olacaktır.