Hastanelerde Buharlı Nemlendirme Sistemleri ve Kullandıkları Kimyasallar
Güney Kaliforniya’da kurulacak yeni bir sağlık merkezi için (tipik olarak düşünsel tasarım aşamasında başlayan) kod analizi hazırlarken, Devlet Sağlık Proje Geliştirme Dairesi tarafından yayımlanan Kod Uygulama Bildirisi’ne rastladık. Bu bildirinin ( CAN # 4-406.2.1) bir bölümünde şöyle der: ‘ Eğer merkezi bir kazandan gelen buhar doğrudan hava akışının içine verilecekse; tasarım sorumlusu, kazan suyunun kimyasal bir işleme tabi tutulmadığının veya sağlığa zararlı ve iç ortam hava kalitesinde problem yaratabilecek mineraller içermediğinin doğruluğunu kanıtlamak zorundadır.’ Burada güç olan şey, sadece kazan suyunun kimyasal işleminde hangi kimyasalların kullanıldığını bulmak değil, ayrıca bu kimyasalların zararlı olmadığını, iç ortam hava kalitesinde sorunlara yol açmayacağını ve ayrıca gelecekte zararlı kimyasalların kullanılmayacağını kanıtlamaktır. Böyle bir amaca ulaşmanın tek yolu, bu kimyasallara gereksinim duymayan ekipman ve sistemler tasarlamaktır. Yine de bu yol, ekipman belirlemeden önce cevaplanması gereken çok sayıda soru ortaya çıkarır.
Örneğin, böyle sistemlerin avantajları ve dezavantajları nelerdir? Önemli bir ilk maliyet ve bakım maliyeti etkisi var mıdır? Endüstrinin elli yıldan uzun bir süredir kullandığı kimyasallar neden şimdi riskli sayılıyorlar ve bu durum neden Kaliforniya’daki sağlık kuruluşlarında direkt enjeksiyonlu buhar nemlendirmesini tartışılabilir bir konu haline getiriyor? Bu kimyasal maddelere uygulanan düzenlemeler ve ana hatlar nelerdir? Bu kimyasalları güvenli olarak kullanabilmek için ne tür koruyucu önlemler alınmalıdır? Danışman mühendisler bu konu ile nasıl ilgilenmeli ve nasıl uygun bir biçimde müşterilerine tavsiyede bulunmalıdırlar?
Aşağıdaki makale bu sorulara cevap bulmak için hazırlanmış bir çalışmadır. Bu makalenin amacı, yeni bir sağlık kuruluşu için nemlendirme sistemi seçiminin karar aşamasında danışman mühendislerin ve mal sahibinin vekillerinin dikkate alması gereken konuları ele almaktır.
HASTANE HAVASI NEMLİLİĞİ
Sağlık kurumlarında nem oranı kontrolü gereklidir. En ekonomik nemlendirme sistemi merkezi kazan tesisatından gelen buharın direkt enjeksiyonudur. Bu buhar korozyon önleyici kimyasal maddeler taşır. Nemlendirmede kullanılan buharın içindeki kimyasalların, bu maddelerin ortam havasındaki yüksek konsantrasyonlarına maruz kalan insanlarda sağlık sorunlarına yol açtığı konusunda kuşku duyulmaktadır. Bu kimyasal maddeler solundukları ve/veya yutuldukları oda havasına nemlendiriciler yolu ile taşınmaktadır.
Cevaplamak için yola çıktığımız ilk sorulardan biri şudur: Nemlendirme sistemleri kimyasalsız mı olmalıdır? Veya kimyasalların güvenli bir şekilde kullanımını sağlamak için önlemler mi alınmalıdır?
NEMLENDİRME NEREDE GEREKİR?
California Mekanik Kodu’na göre ameliyathaneler, kalp hastalıkları laboratuvları, doğumhaneler, hasta odaları, yeni doğan çocuk odaları, yoğun bakım yeni doğan çocuk odaları ve yoğun bakım odalarında nemlendirme gereksinimi vardır.
Tipik olarak nemlendirme iki aşamada tamamlanır: primer ve sekonder. Hava idare ünitesi içine yerleştirilmiş olan primer nemlendirici kuruluşun kritik olmayan hastaların bulunduğu bölgelerde bağıl nemi yaklaşık olarak % 35 değerinde tutmak için nem ilave eder. Sekonder nemlendiriciler, son filtrelerin akışı yönünde; kişisel sıcaklık ve nem kontrolü gereken yerlerde ise her yüzeyin gereksinimini karşılayan yeniden ısıtma bobini ile birlikte son ünitenin akışı yönünde yerleştirilmiştir. Birçok yerde ılıman California ikliminden dolayı sadece sekonder nemlendiriciler şart koşulur.
NEMLENDİRİCİ TİPLERİ
Aşağıdaki kuru-buhar tipli nemlendiriciler California’daki sağlık kuruluşları için uygundur:
Buhar üretim odalı su kaynatan buhar enjeksiyonlu tip. Bu tipler gaz yakıtlı, elektrikli tip veya buhar-buhar dönüştürücülerini de kapsarlar.
Merkezi kazan tesisatında veya ‘temiz buhar’ üretecinde üretilmiş buharla kaplanmış enjektör tipli (çift cidarlı dağıtım borusu)
Gaz yakıtlı: Piyasada birkaç tane gaz yakıtlı buharlaştırıcılı nemlendirici bulunmaktadır. Fakat; bunlar hastane uygulamalarında bazı sorunlara yol açarlar. Yanma havasını sağlama veya baca havalandırma konusundaki yetersizlikler nedeniyle, gaz yakıtlı nemlendiricilerin kullanımı genellikle primer nemlendirme ile sınırlıdır. Ayrıca; bu tiplerde gaz yakma ekipmanı için mevcut yer gereksinimi problemi vardır.
Elektrik Tipli: Piyasada mevcut durumda en az iki önemli tip elektrikli nemlendirici bulunur: elektrod tipli ve ısıtıcı eleman tipli. Buhar duvar, yer veya tavana yerleştirilmiş nemlendiricide üretilir ve hava temin sistemine bir dağıtım şebekesi aracılığı ile getirilir. Elektrik tipli nemlendiricilerin dezavantajları şunlardır:
İlave yer gereksinimi
Ekipman maliyeti
Elektrik tertibatı ve kontrol
Besleme suyu ve atık su boruları için ek maliyetler
Sudaki katışkılar iki tipteki nemlendiricinin çalışmasını da olumsuz yönde etkiler. Elektrod tipli nemlendirici için yüksek mineral içerikli su kullanımı, tankların sık olarak temizlenmesine veya değiştirilmesine neden olacaktır. Düşük mineral içerikli su ise, muhtemelen elektrod nemlendiricinin arızalanmasına neden olacaktır; çünkü, elektrodların çalışması (çözünmüş mineraller aracılığı ile) suyun iletkenliğine bağlıdır.
Isıtıcı eleman tipli cihazlar için performansı arttırmak ve bakımı önemli ölçüde azaltmak için saf su kullanılabilir.
Son olarak elektrik tipli nemlendirici sistemin olağanüstü durumlarda çalışır vaziyette olabilmesi için gereken acil durum jeneratörü ve bağlantılı şalter ek maliyetleri bir dezavantaj teşkil eder.
Sonuç olarak, elektrik tipli nemlendiriciler en çok acil durum güç sisteminin yeterli kapasitede olduğu ve sadece birkaç üniteye gereksinim duyulan mevcut tesislerde kullanılırlar.
Buhar-buhar: Şekil 2’de gösterildiği gibi buhar-buhar çeviricilerindeki buhar merkezi kazan tesisatından gelir ve buradan duvar, yer veya tavan alanına yerleştirilmiş dönüştürücüye iletilir. Burada ısı değiştiricisinden geçen buhar besleme suyunun kaynamasını sağlar ve sekonder buhar üretilir (Şekil 3). Buhar hortumu ya da kanala giden boru daha sonra bu nemlendirici buharı hava akışına karıştığı yere taşır. Su, dönüştürücüde kaynadığı için telafi suyunun kalitesi önemlidir. Yumuşatılmamış içme suyu kullanıldığında katışkılar tortu halinde çökebilir, bu yüzden temizleme gereksinimi vardır. Fakat düzenli yüzey sıyırma ve köpük alma işlemi ile birlikte, yumuşatılmış su kullanımı tortu oluşumunu büyük ölçüde azaltır. Isıtma bobininde biriken tortu, nemlendiricinin verimini azaltır. Kontrol girdisine verilen cevap, direkt enjeksiyonlu sistemdekinden daha yavaştır; çünkü, bu cevap suyun kaynaması için gereken süreden etkilenebilir. Geride kalan katıların konsantrasyonunu azaltmak için mineral artışını önlemek amacıyla otomatik boşaltma valfleri kullanılır. Bazı üniteler, her dolumda, su yüzeyini belli bir sevide süzdürmeye getirerek bir miktar yüzey suyunu sıyırır ve böylece çökmüş mineraller alınır ve temizlik gereksinimi önemli ölçüde azaltılmış olur. Bu problemi en aza indirmek için yumuşatılmış veya deiyonize edilmiş su önerilir.
Buhar-buhar çeviricilerin dezavantajları şunlardır:
İlave yer gereksinimi.
Yüksek ekipman maliyeti.
Elektrik tertibatı ve kontrol.
Besleme suyu ve atık su boruları için ek maliyetler.
Buhar ve kondensat borularına ek olarak su işleme ve hazırlama ekipmanı.
Eğer bölgede buhar bulunuyorsa avantajlar:
Hazır buharın bulunması.
En az enerji maliyeti.
Buharlaştırıcı bir buhar-buhar dönüştürücüsü kullanılıyorsa besleme suyu kadar saf olan nemlendirme buharıdır.
Direkt enjeksiyonlu nemlendiriciler: (Şekil 4) en düşük ilk maliyet / işletme maliyeti ve çıktıların hassas kontrolü ile en verimli ve iyi seviyede kontroller ortaya koyar. Bu tipte nemlendiriciler temiz buharı ve merkezi kazan tesisatından gelen buharı dağıtmak için kullanılabilir.
Direkt enjeksiyonla nemlendiricili ‘temiz’ buhar sistemi: (Şekil 5).
Temiz buhar iyi işleyen gaz yakıtlı bir kazanda, buhar-buhar çeviricide ya da elektrikli bir buhar üretecinde üretilir. Temiz buhar sisteminin dezavantajları paslanmaz çelikten yapılmış buhar ve kondensat sistemi parçaları gereksinimi ve besleme suyunun ters osmozda veya deiyonizasyon ekipmanında kimyasal işleme tabi tutulması zorunluluğudur.
Direkt enjeksiyonla nemlendiricili merkezi buhar sistemi: Bu tip sistem (Şekil 6), en düşük ilk maliyet ve bakım maliyetine sahiptir ve en iyi kontrol edilen tiptir. Fakat; bu sistemin büyük bir dezavantajı vardır: Kazan buharı, buhar ve kondensat sistemleri içindeki korozyon kontrolünde kullanılan kimyasal maddeler taşır. Uçucu nötralize edici aminler nemlendiricilerin içinden kolayca geçer. Yoğuşmamış amin, buharla birlikte dağıtım borusuna geçer. Kondensatın içerisinde çözünmüş yoğuşuk aminler buhar kapanı aracılığı ile çıkar.
Buhar gaz yakıtlı kazanda, buhar-buhar üretecinde veya elektrikli kazanda üretilebilir. Buhar üretim prosesinin özelliği dolayısıyla, buhar üretici ekipmanın tipi ne olursa olsun, korozyon kontrolü zorunludur.
NEDEN KOROZYON OLUŞUR?
Buhar ve kondensat borularında korozyon oluşumunun üç nedeni vardır:
Korozyonun birincil kaynağı karbon dioksittir (CO2).
Karbondioksit suda çözündüğünde karbonik asit oluşturur (H2CO3). CO2’nin asıl kaynağı besleme suyundaki karbonat ve bikarbonat varlığı nedeniyle kazan içindeki ısıl geçişsizliktir. Ayrıca kazan besleme suyunun içerisinde bir miktar CO2 çözünür.
Korozyonun ikincil nedeni, kondensatın içindeki oksijen varlığıdır. Bu tip korozyon hava giderici ve oksijen boşaltıcı kimyasalların kullanımıyla kontrol edilebilir.
Korozyonun üçüncül nedeni kondensatın içerisindeki amonyaktır.
KOROZYON ÖNLEYİCİ KİMYASALLAR VE TEKNİKLER
Korozyon önleyicilerin, tasarım gereği, diğer tüm kimyasallar kazanda kalırken buhar ve kondensat sistemlerini korozyondan korumak amacıyla sistem boyunca baştan başa taşınabilmesi için uçucu olması gerekir. Daha sonra, bu kimyasal maddeler buharla birlikte nemlendiriciler tarafından ortam havasına bırakılırlar.
Aminler adı verilen bir grup kimyasal, 1940’lardan beri, korozyon önleyici olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Aminler amonyak türevidir.
İç ortam hava kalitesi problemli birkaç olay nemlendirici buhar içindeki bu kimyasallara bağlanmıştır.
İki tip amin vardır:
Nötrleştirici: sikloheksilamin (CHA), dietilaminoetanol (DEAE) ve morfolin (M) içerir.
Filming: Oktadesilamin (O) içerir.
Kondensat sistemi içinde korozyon koruması sağlamak için değişik sıvı/buhar dağılım oranlarında nötrleştirici amin karışımları kullanılır.
Aminler, besleme suyuna ya da buhar manifoldu içine beslenir. Büyük ve kompleks sistemlerde nötrleştirici aminlerin uydu beslemesi gerekebilir.
Film oluşturan amin, oktadesilamin metal yüzeylerde sürekli bir film tabakası oluşturarak karbonik asit ve oksijen korozyonuna karşı koruma sağlar.
OSHA ŞARTLARI
Mesleki Sağlık ve Güvenlik İdaresi’nin (OSHA) Risk Haberleri Standardı (HCS 29 CFR 1910.1200), çalışanların işyerinde maruz kaldıkları kimyasalların risklerini ve özelliklerini bilme ihtiyaçları ve hakları olduğunu ifade eder. [1] Bu standarda göre, işyerinde bir ‘Subpart-Z’ sınıfından kimyasal bulunuyorsa, ‘emniyetli’ maruz kalma limitlerine uyan konsantrasyon ve derecede bulunsa dahi, çalışanlar bu maruz kalma durumundan haberdar edilmelidir. [2]
HCS 29 CFR, Subpart-Z grubu, dört yaygın korozyon önleyici kimyasaldan sadece iki tanesini içerir. Bunlar DEAE ve morfolindir. İki kimyasal da HCS kuralları ve düzenlemelerine tabidir. CHA ve oktadesilamin listelenmemiştir. [3]
Nemlendirici sistemlerde kullanılan kimyasallar konusunda OSHA Uyum Programları Yöneticisi Patricia K. Clark tarafından yazılan açıklamaları okumak için www.osha.gov adresini ziyaret edebilirsiniz ve ‘nemlendirme sistemi’ başlığı altında araştırma yapabilirsiniz.
Bu mektuplar, HCS standardının nemlendirme sistemindeki kimyasallara tesadüfen az miktarda maruz kalan çalışanlar ve kamu için geçerli olmadığını açıklamaktadır. Bununla birlikte bakım işçileri, bina mühendisleri veya korozyon önleyici kimyasallarla temas etmek, depolamak veya nemlendirici sisteme eklemek suretiyle bunlara maruz kalan diğer tüm çalışanlar için söz konusu standardın şartları geçerlidir. [4, 5]
İZLEME VE ÖLÇÜMLER
Havadaki amin konsantrasyonunu direkt olarak ölçmek amacıyla kullanılan, bilinen bir yöntem yoktur. Bu nedenle, bu değer, kondensatın içindeki amin konsantrasyonu ve temin havasının ilgili miktarından türetilir.
Bir buhar kondensat sistemi amin konsantrasyonunun yanı sıra, sızıntılar ve korozyon problemleri nedeniyle, çeşitli kondensat soğutucuları yardımıyla devamlı olarak izlenmelidir.
Flaş tankları, kondensat toplayıcıları ve ısı eşanjörleri gibi problem alanlarını da içine alacak şekilde sistem içinde örnek noktalar hazırlanmalıdır. Kondensat örnekleri pH, iletkenlik, korozyon ürünleri, çözünmüş CO2 ve oksijen ölçümlerine tabi tutulmalıdır. Buna ek olarak sertlik, silika ve organik maddeler izlenmeli ve değerlendirilmelidir.
Buhar/ kondensat sistemlerinin geniş olduğu yerlerde, uzak borulardaki korozyonun önlenmesi amacıyla, uygun konsantrasyonu koruma girişimi; sistemin aşırı yüklenmesine yol açabilir. Ayrıca; temin havasında daha yüksek kimyasal madde konsantrasyonlarına yol açabilen insan hataları da olasıdır.
DENEY
Artan iç ortam hava kalitesi sorunlarına çözüm için, önde gelen bir nemlendirici üreticisi; uçucu amin konsantrasyonunu belirlemek amacıyla, amin katkılı buhar kullanan direkt enjeksiyonlu buhar nemlendiricilerinden yararlanan bir nemlendirme sistemini test etmek amacıyla bir kimyasal işlem servis sağlayıcısıyla ortaklık kurmuştur. Çalışma; amin konsantrasyonunun FDA/OSHA limitlerinin altında olduğunu doğrulamıştır. [6, 7]
Havadaki amin konsantrasyonlarını saptamak için çeşitli çalışmalar ve deneylere girişilmiştir. Çalışmalar [8, 9] ortam havası amin konsantrasyonunun yönetmelikte yer alan limit değerlerin altında kalan mertebelerde olduğunu söylemiştir. Buhar sistemine sayaç kullanarak yapılan kimyasal madde girişi, dikkatli bakım ve izleme sonucu ortam havası amin konsantrasyonunda kesin bir düşme olacağını doğrulamıştır.
Ortam havasında düşük amin konsantrasyonları elde etmek için kullanışlı bazı hususlar şunlardır [10]
Kimyasalların sayaçlı besleme pompalarından sürekli olarak beslenmesi.
Tıkama
Besleme hızlarının gün aşırı kontrolü ve ayarlanması
Sık kontrole izin vermek amacıyla örnek parça ya da delikler hazırlamak.
TAVSİYELER
Danışman mühendis, mal sahibinin temsilcisine tüm nemlendirme seçeneklerini sunmalı, her seçenek için avantaj ve dezavantajları ayrı ayrı değerlendirmelidir. Korozyon önleyici kimyasal kullanımı, uygun bakım gereksinimleri ve kimyasal maliyeti görüşülmelidir. Kimyasal madde kullanımı mal sahibi tarafından uygun görülüyorsa iyi bir bakım programı ile birleştirilmiş direkt enjeksiyon sistemi kullanımı tavsiye edilmelidir.
Nemlendirme sisteminde kimyasal madde kullanımı kabul edilmiyorsa gaz yakıtlı evaporatif nemlendirici, buhar yakıtlı ‘temiz buhar’ üreteci, mevcut kazan buharı kullanan buhar-buhar evaporatif nemlendirici ya da elektrikli nemlendirici gibi diğer nemlendirici sistemleri dikkate alınmalıdır. Gazın ventilasyonu ve yanma havası temin etme kabiliyeti, on-line performans gereksinimleri, ekipman ve enerji maliyetleri gibi diğer ilgili noktalar nemlendirici seçme konusunda belirleyici olacaktır.
REFERANSLAR
1. Occupational safety and health Administration. Guidelines for Employer Compliance (Advisory), 1910.1200 App E.
2. Occupational Safety and Health Administration. Code of Federal Regulations: 29 CFR 1910.1000, OSHA Regulation of Air Contaminants.
3. Occupational Safety and Health Administration. Code of Federal Regulations: 21 CFR 173.310,
4. Occupational Safety and Health Administration. Standard Interpretations: 05/08/1991,
‘MSDS required with initial shipment of chemicals used in humidification systems in Office areas advisory.’ www.osha.govhumidification systems.
5. Occupational Safety and Health Administration. Standard Interpretations: 09/23/1991.
‘Worker exposures to volatile amines.’ www.osha.govhumidification systems.
6. Cicero, D (1997, November). Regulatory issues in condensate treatment. Presented at the International Water Conference, Pittsburgh. November 3-5, 1997. Portion updated November 2000.
7. Cicero, D., Batton, C., & Bieszk, D. (2002, October). A quantitative analysis of humidification steam contaminants. Presented at the 61st Annual International Water Conference, Pittsburgh.
8. Edgerton, S., Kenny, D., & Joseph, D., (1989). Determination of amines in indoor air from steam humidification. Environmental Science & Technology. 23 (04)
9. Grattan, D., Koutek, M., & Russum, S., (1989). Amine Levels in Steam-Humidified Room Air. Engineered Systems.
10.Amine Safety Initiative. Tech-Knowledge TK-121. Nalco Chemical Company. y
Ted Jacob Mühendislik Grubu Şirketi’nde yönetici olan Shulamit Rabinovich’in (PE) hastaneler, tıbbi devlet dairesi binaları, klinikler ve merkez tesislerin de aralarında bulunduğu sağlık kurumları için mekanik sistem tasarımında 25 yılı aşkın bir tecrübesi bulunmaktadır. En büyük projelerinden biri 240 milyon $’lık Kaiser Los Angeles Tıp Merkezi hastane yenileme projesiydi. Makine mühendisliği yüksek lisans derecesi bulunmaktadır ve California ile Nevada’da tescilli bir mühendistir. [email protected] adresinden kendisi ile irtibat kurulabilir.
Tablo 1. Gıda ve İlaç İdaresi, Mesleki Sağlık ve Güvenlik İdaresi, Amerikan İdari ve Sanayi Sağlıkçı Konferansı tarafından belirlenen izin verilebilir kazan suyu katkıları ve maruz kalma değerleri*
Aşağıda, süt ve süt ürünleri dışındaki gıdalarla doğrudan temas eden buhar üreten kazanlarda, Gıda ve İlaç İdaresi (Federal Yönetmelik Kodu, 21 CFR 173.310) tarafından onaylanmış amin tipleri ve izin verilen maksimum değerleri gösterilmiştir:
CHA (sikloheksilamin) : 10 ppm
DEAE (dietilaminoetanol) : 15 ppm
Morfolin : 10 ppm
Oktadesilamin : 3 ppm
İzin verilen maruz kalma sınırları
Günde 8 ve haftada 40 saati esas alarak Mesleki Sağlık ve Güvenlik İdaresi (OSHA), Amerikan İdari ve Sanayi Sağlıkçıları Konferansı (ACGIH) ve Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) bu sınırları şöyle belirlemiştir:
CHA (sikloheksilamin) : 10 ppm
DEAE (dietilaminoetanol) : 15 ppm
Morfolin : 10 ppm
Koku şikayetleri
Aminler için koku eşiği büyüklük mertebesi olarak OSHA tarafından belirtilen sınır değerlerden çok düşüktür:
CHA (sikloheksilamin) : 90 ppm
DEAE (dietilaminoetanol) : 04 ppm
Morfolin : 14 ppm
Sonuç olarak, amin kokusu fark edilebilir ve yönetmelikte belirtilen sınırların çok altında kalınsa bile koku şikayetine neden olabilir. Sisteme korozyon koruması sağlamak için belli bir değerde tutulan amin konsantrasyonunun, yine de, koku eşiğinden mertebe olarak daha düşük olduğuna karar verilmiştir. Bu nedenle, eğer bir koku ortaya çıkmış ise, sistemde gereğinden fazla amin vardır, başka bir deyişle sistem aşırı beslenmiş demektir.
Yazan : Shulamit RABINOVICH
Çeviren : Mak. Müh. Cemal Murat DORA
