Sıvı Azot Güvenliği

Konu, 'Köşe Yazıları' kısmında Ali KİLCİ tarafından paylaşıldı.

  1. Ali KİLCİ

    Ali KİLCİ İ.G.U. - T.M.G.D. Yönetim Grubu

    Mesajlar:
    249
    Sıvı azotu kullanırken nelere dikkat etmek gerekir onlara değinen bir yazı.

    CMR-GloveM-S-2-500x5001-300x274.jpg
    Öncelikle temel şeylerden bahsedelim. Nasıl çok sıcak şeyleri yemiyor ya da içmiyorsak aynı şekilde çok soğuk şeyleri de yemiyoruz ve içmiyoruz. O kadar aklımız var herhalde, bu kadar da basite indirgemene gerek yoktu diyebilirsiniz; ama 2012 yılında İngiltere’de sıvı azot içeren bir kokteyl içtikten sonra genç bir kızın midesi alındı, habere buradan ulaşabilirsiniz.

    Söylemeden edemeyeceğim ama ülkemizdeki habercilerin bilimsel konulardaki cahilliği yine gözler önünde. Haberde yazılanın aksine sıvı azot toksik (zehirleyici) bir kimyasal değildir. Zaten atmosferimizin %78’i azot; eğer toksik olsaydı ne ben bu yazıyı yazıyor olurdum ne de siz okuyor olurdunuz.

    Şimdi asıl konumuza gelelim. Kriyojenik sıvılar, fizik, kimya, biyoloji vb. laboratuarlarda eğitim ve araştırma sırasında oldukça sık kullanılıyor. Bunların kullanımından doğan çeşitli tehlikeler ve dikkat edilmesi gerek bazı noktalar var, yazının devamında size bunlardan bahsedeceğim.

    1) Soğuk Yanıkları

    Sıvı azotun zararlı olabileceği durumlardan ilki vücut ile teması. Çok sıcak maddeler nasıl yanıklara sebep oluyorsa aynı şekilde çok soğuk maddeler de yanıklara yol açıyor. Bu tarz yanıklar soğuk yanığı ya da soğuk ısırması (frostbite) olarak adlandırılıyor ve bildiğimiz sıcak yanıklarına göre oldukça zor iyileşiyor.

    Peki, soğuk neden yakıyor? Bunun sebebi hücrelerimiz üzerinde sıcak ile aynı etkiye sahip olması. Bildiğiniz gibi hücrelerimizin içinde epey su var. Bu yüzden hücreler çok soğuğa maruz kaldığında bu su donuyor ve buz kristalleri oluşurken genleşerek hücre çeperinin patlamasına (insan vücudun dondurularak saklanamamasının da en büyük nedenlerinden biri) neden oluyor. Aynı zamanda ısıyı koruyabilmek için damarlar daralarak ve kan akışını yavaşlatıyor. Bunun etkileri de cilt renginin gri veya beyaza dönüşmesi ve ciltte su toplanması şeklinde görülebiliyor. Hasar miktarı ise elbette temas süresine bağlı, çok uzun süreli temaslar kan dolaşımını geriye dönülmez biçimde etkileyerek kangrene ve hatta uzuv kaybına dahi yol açabiliyor. Pek çok kişi rahatsız olabileceğinden soğuk ısırması görüntülerini burada paylaşmayacağım; ama Google’a sorarak rahatça ulaşabilirsiniz.

    frostbite-279x300.jpg

    Buradan çok da korkutucu bir tablo ortaya çıkmasın; kaptan kaba aktarırken sıçrayıp elinize değen damlalar soğuk yanığı oluşturmaz. Zaten elinize değdiği anda, hatta değmeden buharlaşır. Önemli olan uzun süreli (>~1.0s) temastan kaçınmak. Bunun için de kaynar su ile uğraşırken ya da kızartma yaparken gösterdiğiniz dikkat ve özeni göstermeniz yeterli olacaktır.

    Buna ek olarak her zaman önlük, lab gözlüğü ve soğuğa dayanıklı kriyojenik eldivenler (cryogloves) ya da kalın deri iş eldiveni giymelisiniz. Eldivenler sıkı olmamalı ve acil bir durumda kolay çıkarabilir olmalıdır. Çok büyük ölçekte çalışacaksanız soğuğa dayanıklı önlükler de mevcuut. Ayağınıza da dikkat etmenizi tavsiye ederim; zira sıvı azot akışkanlığı oldukça yüksek (viskozitesi düşük) olduğundan kumaş ayakkabıların gözeneklerinden oldukça rahat geçer, böyle bir durumda ayakkabınızı çıkarırsanız sorun olmaz.

    Son olarak bu bölüme eklemek istediğim bir nokta daha var. Sıvı azot içerisine bir şey batırırken ya da sıvının içerisinden bir şey alırken kesinlikle metal maşa kullanmayın. Metaller ısıyı çok iyi ilettiğinden tıpkı dilin dondurmaya yapışması gibi eliniz metale yapışabilir. Ayrıca metaller soğuduğu zaman çok kırılganlaşabilir, bu yüzden tahta maşa daha kullanışlıdır. Saatinizi de çıkarırsanız iyi olur.

    2) Boğulma

    Azot gazının kokusuz, renksiz ve parlayıcı olmayan bir gaz olduğunu biliyoruz, aynı zamanda atmosferimizin de ~%78’ini oluşturuyor. Yani vücudumuzun azot gazının varlığına karşı hassasiyeti yok denebilir, dolayısıyla ortamdaki azot miktarı değiştiği zaman bunu hissedemiyoruz.

    Sıvı azotun oldukça yüksek bir ısıl (termal) genleşme katsayısı var, 1:696 (25°C için). Evet, yanlış okumadınız 1 litre sıvı azottan 696 litre(~0.7m3) azot gazı oluşuyor! Sıvı azotun oldukça yüksek bir ısıl (termal) genleşme katsayısı var,1:696 (25°C için[1]). Evet, yanlış okumadınız 1 litre sıvı azottan 696 litre(~0.7m3) azot gazı oluşuyor! Az miktarda sıvı azotun saçılması ile bile ortamdaki azot gazı miktarı ciddi derecede arttığı için göreceli olarak oksijen gazının derişimi düşebilir ki bu bizim için pek sağlıklı değil. Aslında kendisi zehirli olmayan bu tarz gazlara boğucu gaz denir zira ortamdaki oksijenin kısmi basıncını düşürerek boğulmaya sebep olabilirler.

    sa%C4%9Fduyu-300x203.jpg
    Bu fotoğraftaki yanlışları sayabilir misiniz?

    İşin kötüsü ortamda azotun arttığını anlayamamak bir yana, ortamda oksijenin azaldığını anlamak o kadar da kolay değil. Neden mi? Nefes darlığı ya da tıkanıklığı hissini oluşturan ve nefes alma isteğini tetikleyen reflekslerimiz oksijen azlığına değil; kandaki karbondioksit oranının artmasına, yani ortamdaki karbondioksit miktarına bağlı.

    Özetle nefes alamadığınızı hissedemiyorsunuz, ancak hızlı solunum, algılama güçlüğü, kas koordinasyonunda bozukluk yanlış karar verme, dengesizlik ve yorgunluk gibi belirtiler sayesinde ortamdaki oksijen derişiminin azaldığı hükmüne varabilirsiniz.

    Boğulma etkisi ilerledikçe, mide bulantısı, kusma, yere yıkılma ve bilinç kaybı olabilir, daha sonra kasılma, koma ve ölümle sonuçlanabilir. Bunlar tabii çok ileri safhalar ama buradaki en önemli nokta ve tehlike kişinin bayıldıktan sonra dışarıdan yardım gelmediği takdirde oksijensiz ortamda mahsur kalmasıdır.

    Bu yüzden içerisinde sıvı azot bulunan kaplar ve malzemeler iyi havalandırılan yerlere konuşlandırılmalıdır. Hiç bir zaman dolu Dewar kaplarını taşıt içerisinde veya bagajda taşımayınız. Olağanüstü zorunluluk durumlarında kabı devrilmeyecek biçimde sabitledikten sonra mutlaka ama mutlaka camlar açık seyahat edin. Aynı sebepten ötürü kriyojenik maddelerin asansörde kullanıcı ile beraber taşınmaması gerekir.

    1.1-O2-Oxygen-Monitor-O-300x235.jpg
    Oksijen Algılayıcısı www.pureairemonitoring.com

    Oksijen havanın %21’ini oluşturur. En düşük kabul edilebilir oksijen derişimi %18.5’tur; fakat genel hedef her zaman derişimi %19.5 üzerinde tutmak olmalıdır. Oksijen seviyesi 18-19.5% arasında olan yerlerde sıvı azot tankı hacminin düşürülmesi, havalandırma olanaklarının iyileştirilmesi gibi oksijen seviyesini iyileştirecek önlemler alınmalıdır ve %18’in altında oksijen bulunan bir odaya girilmesi tavsiye edilmez. [2]

    Ayrıca, 50 litreden büyük Dewarlar’ın bulunduğu mekânlarda mutlaka alarm ve oksijen seviyesi %18’in altına düştüğü zaman alarmı çalıştıracak oksijen algılayıcıları bulunmalıdır. Alarmın değişik seviyelere ayarlanması tavsiye edilir.

    Örneğin benim çalıştığım araştırma binasında bu yaklaşık %18, %17 ve %16’ydı. İlk alarm sadece sesli ve kullanıcıyı yaptığı işe ara vermesi konusunda uyarıyor. %17 deki ikinci alarm ise oldukça yüksek ve rahatsız edici bir sese sahip alarmı harekete geçiriyor, böylece kattaki personel durumdan haberdar edilmiş oluyor. Oksijen derişimi %16’nın altına düştüğüne ise hem daha güçlü bir alarm çalışıyor; hem de ana hattan gelen sıvı azot akışı otomatik olarak kesiliyor.

    3) Patlama
    Oda sıcaklığında 1 litre sıvı azottan 696 litre gaz oluşuyor dedik, peki bu gaz çok küçük bir alana sıkışırsa ne olur? Cevap: Tabii ki patlar!

    N2-tanks-195x300.jpg
    Sağda sağlam, solda ise kazaya sebep olan tank

    Yani dewar kaplarımıznı üzerine eşya koymuyoruz, soğuğu daha iyi muhafaza etsin diye kapağını sabitlemeye çalışmıyoruz. Büyük tankların vanaları ve valfleri ile oynamıyoruz ve bozulurlarsa kendimiz tamir etmeye çalışmadan, üreten şirkete başvuruyoruz. Ayrıca, tüm gaz silindirleri gibi dik biçimde dengeli ve sağlam bir zemin üzerine, geçişi engellemeyecek, çarpılmayacak ve devrilse de insanların üzerine gelmeyecek bir şekilde konuşlandırılmalı.

    Yukarıda bahsettiğim kuralların bazılarına uyulmadığında neler olabileceğini görüyorsunuz. Bu fotoğraf 12 ocak 2006 günü Amerika’daki Texas A&M Üniversitesi’nde gerekleşen sıvı azot tankı patlamasına ait.

    Peki bu nasıl, olmuş? Tank 1980lerden kalma ve zaman içinde eskidikçe bazı aklı evveller tarafından üzerinde çeşitli oynamalar yapılmış. Basınç tahliye valfi herhalde kaçak yapmaya başladığı için metal bir tıkaç ile değiştirilmiş.

    Bu tarz basınç muhafaza edilen malzemelerde oluşabilecek herhangi bir arızaya karşın bir patlama diski bulunur. Belirli bir basınçta(~27atm) yırtılan bu disk basıncın daha fazla artmasını engeller ve patlamaya engel olur. Tahmin edebileceğiniz gibi bir yarım akıllı bunu da metal tıkaç ile değiştirmiş.k bir şekilde konuşlandırılmalı. Fazla basınç oluştuğu zaman gazı dışarı veren emniyet valfi (pressure relief valve) ise etrafa ve canlılara zarar vermeyecek bir şekilde yöne bakmalı.

    Kazayı inceleyen mühendise göre oluşan basınç yaklaşık 81.7atm = 8273708.75 Pa (N/m2) !

    oda1-300x225.jpg

    Neden daha önce patlamadı sorusunun kesin bir cevabı yok ama herhalde içindeki azot çok çabuk kullanılıyordu. Olayın sabaha karşı 3 civarı olduğu düşünülüyor, dolayısıyla gürültüyü kimse duymamış. Ertesi gün su basıncının düşmesi sonucu fark etmişler.

    Kaza raporuna göre kimya bölümünün 2.katında bulunan ve daha fazla genleşemeyen tank taban kısmından patlamış. Güçlendirilmiş beton kolonun üzerinde bulunduğu için zemin göreceli olarak sağlam kalmış; fakat yüzey tepkisinin etkisiyle (Newton’a saygılar) yukarı fırlayan silindir 2.katın tavanını delerek binanın çatısını çatlatana kadar yol almış. Raporun tamamını okumak isteyenler buradan erişebilir.

    İlk yardım
    Aslında burada söylenecek çok bir şey yok, en doğrusu bir doktora başvurmak. Yine de bazı genel bilgileri vermek yararlı olabilir. Nefes darlığı yaşayan kişileri ortamdan uzaklaştırarak açık havaya çıkarmak gerekir, elbette kişinin bilinci yerinde değilse mutlaka ambulans çağrılmalı. Hafif soğuk yanıklarında etkilenen bölge soğuk suyla yıkanabilir. En önemlisi etkilenen bölge kesinlikle sıcak su ile yıkanmamalıdır.

    Kaynaklar:
     
    Son düzenleme yönetici tarafından yapıldı: 19 Haziran 2015
    Orhan YILMAZ bunu beğendi.