Endüstriyel ve Büyük Tüketimli Tesislerin Doğalgaza Dönüşümü
Endüstriyel bir tesis içinde doğal gazın kullanılabilir duruma getirilmesi için, gazın tesise girdiği ilk noktadan, gazın fırınlarda, kazanlarda yandığı son noktaya kadar, spesifik bir mühendislik gerektiren, şebeke dizaynı içinde muhtelif kademelerde kontrolü, ayarı, temizlenmesi, emniyet altına alınması, akış ve yanma proseslerinin bir düzen içinde ayarlanması gerekmektedir. Tüm bu kademeler, gazın istenilen noktalara götürülmesi için kullanılan boru hatlarını ve bu hatlar üzerindeki elemanları içerir.
1. GİRİŞ
Sanayide can daman olan enerji, değişik yakıt türleri ve elektrikten sağlanmaktadır. Doğal gaz, sanayide gerek direk olarak proseste, gerekse de ısı santrallerinde enerji üretiminde diğer tüm yakıtlara alternatif olarak kullanılabilir. Doğal gazın hem yanma kolaylığından, hem de atık gazlarının kompozisyonundan kaynaklanan nedenlerinden dolayı proseste kullanımının avantajlan çok fazladır. Ancak bu niteliklerden maksimum ölçüde faydalanabilmek, en son teknoloji ile donatılmış kazan, fırın ve brülör sistemlerinin kullanım gereksinimi ile birlikte hassas bir yanma ayarı ve doğru hava/yakıt oranlarının sağlanmasına bağlıdır. Doğalgaz depolama gerektirmez ve borularla kullanım yerlerine kadar taşınır. Ancak pik talepleri karşılamak ve stratejik miktarlarda bulundurmak üzere depolama yapılabilmektedir. Doğal gazın içinde yanmayan madde bulunamadığı için tümü yanar, hava ile çok iyi karışabildiğinden hava fazlalık katsayısı (1,05 1,10) diğer yakıt tiplerine oranla düşüktür. Yanmamış yakacak kaybı yoktur. Baca kayıpları diğer yakıtlara oranla daha azdır. Doğal gaz yük değişimlerine kolayca cevap verebilecek şekilde otomatik kontrolleri kolaydır. Aynca yakıldığı cihazın rejim şartlarına ulaşması kısa bir zamanda olur.
Doğalgazın yeraltından çıkanlması, antılması, kontrolü ve dağıtımı başlı başına bir ilim kolu haline gelmiştir. Gaz endüstrisinde çalışan mühendis ve teknisyenler, yakıt maliyetleri ile çok yakından ilgilenmek zorundadırlar. Doğal gazın petrol ve kömüre göre değeri, ısıtma kabiliyetleri ve yanma randımanlan mukayesesi bazı çevrim formülleri yardımı ile tayin edilir. Bununla beraber doğalgazın bir yakıt olarak değerinin anlaşılması uzun süre almıştır.[4]
2. HESAP YÖNTEMLERİ
50 mbar ve daha düşük basınçlar için kullanılacak formül aşağıda verilmiştir. P1 P2 = 23.2 x R x Q182 / D4'82; APR/L = P, P2 (bar) Pj: Giriş basıncı (bar), P2: Çıkış basıncı (bar) D: Boru çapı (mm.) R: Gaz sabiti (R = 0.6 alınır), Q: Gaz debisi (nf/h) Diğer kayıplar (yerel ve yükselmeden kaynaklanan) hesaplanarak tablo halinde verilir.
W = 353.677 x Q / (D2 x P2) W: Hız (m/sn) W < 6 m/sn olmalıdır. 50 mbarg üstü basınçlar için kullanılacak formül aşağıda verilmiştir.
P,2P22 =29.160 xLxQ182/D482
P1: Giriş basıncı (bar), P2: Çıkış basıncı (bar) D: Boru çapı (mm.)
L : Boru boyu (m.), Q: Gaz debisi (nf/h)
W < 25 m/sn olmalıdır.
W = 353.677 x Q / (D2 x P2) W: Hız (m/sn)
50 mbarg'in üstü basınçlarda yerel kayıplar göz önüne alınmaksızın sadece hız ve çap kontrolü yapılır.
3.ÇELİK TESİSATIN KAYNAKLA BİRLEŞTİRİLMESİ
Kaynaklar amacına, uygulama usulüne ve işlemin cinsine göre sınıflara ayrılır. Endüstriyel tesislerde yapılacak olan doğalgaz tesisatlarında elektrik ark kaynağı uygulanması zorunluluğu vardır.
3.1 Boruların kaynağa hazırlanması
Borulara kaynak yapılmadan önce aşağıdaki işlemler yapılmalıdır.
a) Boruların kontrolü: Kontrolde özellikle aşağıdaki hatalara dikkat edilmelidir. Bükülme, başlarda eğilme, çentikler, çizikler, korozyona uğramış yerler, bombeler, kaplamada hasarlar vs..
b) İç Temizlik: Borulann içi montajdan önce temizlenmelidir. Montajın tamamlanmasından sonra bina girişindeki AKV. (L>50 m. ise) kapatılarak süpürme Te' si vasıtası ile, basınçlı hava kullanılarak boru içindeki kirlilik tahliye edilmelidir.
c) Kaynak Ağzı Açılması: Boru uçları düzeltilmiş ve kaynak ağzı açılmış olmalıdır. Boru iç ve dış yüzeyinde kaynak ağzından itibaren 5 cm 'lik kısımda yüzey temizliği yapılmalıdır.
d) Parçaların Eksenlenmesi: Kaynak işlemi sırasında iç ve dış eksen kaçıklığı olmamalıdır.
3.2 Elektrod Malzemesi
Kaynak ile birleştirme işleminde Selülozik veya Bazik tip elektrodlar kullanılmalıdır. Kaynak işleminde kullanılacak akım aralıkları elektrod çapına göre aşağıdaki tabloda verilmiştir.
3.3 Kaynakçıların Kallfikasyonu
Çelik boru hatlarında kaynak işlemleri, ancak sertifikalı (LOYD, TÜV lisanslı firma veya Teknik Üniversitelerden alınmış) kaynakçılar tarafından yapılabilir. Sertifika sınavları TS 6868' e uygun olmalıdır.
3.4 Kaynak İşlemi
Boru et kalınlığı 3 ile 4 mm arasında ise işlem 3 pasoda yapılır. Kök, Sıcak, Kapak. Malzeme et kalınlığı 4 mm'yi geçen borularda kaynak işlemi en az; Kök, Sıcak, Dolgu, Kapak olarak 4 paso halinde yapılmalıdır.
3.5 Kaynak Hataları
Kaynak noktalarında; yetersiz nüfuziyet, yapışma noksanlığı, soğuk bindirme, yakıp delme hatası, cüruf hataları, gözenek hataları, çatlak hatalan, yanma çentiği oluşmamalıdır.
3.6 Kaynak Kalite Kontrolü
Tahribatsız Muayene Metodları; Radyografik metod, Ultrasonik metod, Dye penetrant, Gözle muayene şeklinde olabilir. Tahribatsız muayene metodları arasında en sıklıkla kullanılan radyografik metottur. Radyografik metod API 1104 no'lu standarda uygun olarak yapılır
4.ENDÜSTRİYEL BACALAR VE HESAP YÖNTEMİ
Bacalar; ısı, yoğuşma ve yanma ürünlerinden etkilenmeyecek malzemeden ilgili standartlara (TS 1138211383 11389TS 2165) uygun olarak imalatı yapılmalı ve dairesel kesitli bacalar tercih edilmelidir. Kare ve dikdörtgen kesitli bacalar kullanılması söz konusu ise, bulunacak kesit, daire kesitli bacalara göre % 30 daha fazla olmalıdır. Dikdörtgen kesitli bacalarda uzun kenar kısa kenarın en çok 1.5 katı olmalıdır. Baca eksenleri ancak bir sapma yapmalı ve baca sapma açısı düşeyle 30° den büyük olmamalıdır. Bacalar sızdırmaz olmalı, ısı yalıtımı yapılmalı ve kesit daralması olmamalıdır. Cihaz baca bağlantıları % 3 yükselen eğimle bacaya bağlanmalı ve baca kesitini daraltacak şekilde baca içine sokulmamalıdır. Baca bağlantılarında 90°°'lik dönüşlerden kaçınılmalıdır. Mümkün olduğunca 45° lik dirseklerle girilmelidir. Baca çıkış noktalarında baca şapkası kullanılmalıdır.
Bacalarda kullanılacak malzemeler; [2]
Genel Yapı Çelikleri: 300 °C baca sıcaklığına kadar (ısı yalıtım malzemesi olarak cam yünü veya taş yünü kullanılabilir);
Sıcağa dayanıklı çelikler: 450 °C baca sıcaklığına kadar (ısı yalıtım malzemesi olarak taş yünü kullanılmalıdır);
Paslanmaz çelikler: 550 °C baca sıcaklığına kadar; (ısı yalıtım malzemesi olarak taş yünü kullanılmalıdır.) Bu malzemelerin seçiminde, mekanik özelliklerin sıcaklığa bağlı olarak değiştiği dikkate alınmalıdır. Bacalar korozyona karşı korunmuş olmalıdır. Bacalarda atık gazlardan dolayı oluşabilecek korozyona karşı; uygun malzeme seçilmeli, kaplama, dış örtü ve sac kalınlığına korozyon zammı ilave edilerek boyutlandırma yapılmalıdır. Tercihen her kazan ayrı bacaya bağlanmalıdır. Zorunlu durumlarda en fazla iki kazan ortak bir ekleme parçası (kollektör) ile bir bacaya bağlanmalı ve ekleme parçasının kesit alanı, duman kanalı kesit alanlarının toplamının % 80' ini sağlamalıdır. Cihazlar sürekli olarak eş zamanlı çalışmayacak ise bu tür bir baca bağlantısı tercih edilmemelidir. İki kazanın bir ortak ekleme parçası ile bir bacaya bağlanması durumunda;
Oksiplot sistemi
Akış sigortası (sensör) A Kollektör = (A| + A 2) x 0.8 Kapatma tertibatı (klape) kullanılmalıdır
Çelik bacalarda mutlaka baca topraklaması ve drenajı yapılmalıdır. Baca gazı analizi yapılabilmesi için test noktası bırakılmalıdır. Cihaz bacasının, cihaza entegre olarak imal edildiği durumlarda, üretici firmadan veya yetkili dağıtıcıdan (yurt dışından gelen cihazlar) alınacak üretim katalogları proje dosyasında bulunmalıdır. Bir bacanın boyutları; duman gazı miktarı, sıcaklığı, dış ortam sıcaklığı, cihaz çalışma süresi, baca yüksekliği ve yükü (rüzgar, ısıl yük, basınç yükleri, mesnetlenme şartlarının muhtemel değişimlerinden meydana gelen yükler, depremi dikkate alan özel yükler, darbe neticesi meydana gelen düzensiz yükler v.b.) gibi değişkenlere bağlıdır. Boyutlandırma hesapları ilgili standart olan TS 2165' e (DİN 4705) uygun olarak yapılmalıdır. Baca gazı emisyon değerleri Tablo12'de verilen değerlerde olmalıdır. [1]
5. İKİNCİL BASINÇ DÜŞÜRME İSTASYONU
Endüstriyel tesislerde, gaz teslim noktası çıkış basıncının tesisatın tasarımı gereği farklı basınç değerlerine düşürülmesi gerektiği durumlarda ikincil basınç düşürme istasyonu tesis edilmelidir. İkincil basınç düşürme istasyonundan sonra, gaz kullanım ünitelerine giden branşmanlann dağılımı bir kollektör ile yapılıyorsa, kollektörün kesit alanı branşmanlann kesit alanlarının toplamının 1.5 katına eşit olmalıdır, ikincil basınç düşürme istasyonunda da 25 m/sn hız limitinin aşılmaması gerekmektedir. Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu çift hatlı ise ikincil basınç düşürme istasyonu da çift hatlı olmalı veya ikinci bir monitör regülatör konmalıdır. [3]
Süpürme Te' si, Giriş vanası (Küresel) (TS EN 331, TS 9809), Tahliye hattı, Manometre (TS 827), Filtre (DİN 3386)(TS 10276), Manometre (TS 827), Slumshut'h regülatör (DİN 3380DIN 3381)(TS EN 88)(TS 10624), Relief valf (DİN 3381), Manometre (TS 827), Tahliye, Çıkış vanası (Küresel) (TS EN 331, TS 9809)
6. MALZEME SEÇİMİ
Kullanılacak bütün cihazlar ve gaz armatürleri, sayaç, boru, vana, fittings vb. malzemelerin TSE, EN, DİN, ISO v.b. standartlarından birini almış olmalıdır. Yakıcı cihazlar için (Kazan, brülör, bek v.b.) yukarıdaki şartların sağlanamadığı durumlarda, TSE özel inceleme raporuna gerek vardır. [3 (
6.1 Çelik Borular
TS 6047 (B), API (GR B), DİN 2448 standartlarından birine uygun olmalıdır.
6.2 Fittingler
TS 2649, DİN 2606, ASTM A 234, ANSI B 16.9 (Dirsek), DİN 2615 (Te), DİN 2616 (Redüksiyon) standartlardan birine uygun olmalıdır.
6.3 Vanalar
TS EN 331, TS 9809 (Max. 6 barg'a kadar), API 6 D standartlardan birine uygun olmalıdır. Vanaların basınç sınıfları maksimum çalışma basıncına göre seçilmelidir. (ANSI 150 veya ISO PN 20 veya ISO PN 25 gibi.)
6.4 Flanşlar ve Aksesuarlar
Flanşlar kaynak boyunlu ve aşağıdaki standartlardan birine uygun olmalıdır. Kaynak boyunlu flanşlar ANSI B 16.5, TS 811, DİN 263026312632263326342635 olmalıdır. Flanşlann sızdırmazlık yüzeyleri çalışma koşullarına ve contalara göre ayarlanmalıdır.
6.5 Saplama ve Somunlar
TS 80 (Genel), malzeme,
Saplama CrMo Çeliği ASTM A 193 B7
Somun ASTM A 194 2H
6.6 Sızdırmazlık Contası
Conta DİN 2690DIN 3754 Perbunan, Viton olabilir. Contalar 120 "C'den daha yüksek sıcaklıklara mukavim yanmaz bir malzemeden yapılmalıdır. İzolasyon flanşlarında kullanılan izolasyon malzemeleri ve contalar ısı, basınç, nem v.b. diğer koşullar altında yalıtıcı özelliklerini muhafaza edebilmelidir.
6.7 Dişli Bağlantılarda Kullanılacak Malzemeler Yalnızca gaz kontrol hattında;
a. Keten veya plastik esaslı sızdırmazlık malzemeleri (TS 10943)
b. Sızdırmazlık macunu (TS 10944JSO 7483)
7. BRÜLÖR GAZ KONTROL HATTI
Doğaigaz yakan cihazların (brülör, bek v.b.) emniyetli ve verimli olarak çalışmalarını temin etmek maksadıyla tesis edilen sistemlerdir. Gaz kontrol hattında kullanılacak olan ekipmanlar yakıcının kapasitesine, brülör tipi ve şekline bağlı olarak değişiklik gösterir. Buna göre gaz kontrol hattındaki ekipmanlar belirlenirken sistemin özellikleri göz önünde bulundurulmalıdır. Ayrıca brülör seçiminde doğalgazın alt ısıl değeri Hu = 8250 kcal/Nm1, cihaz verimi % 90, dönüşüm yapılan kazanlarda % 70 alınarak hesaplamalar yapılmalıdır. Bulunan değer seçilen brülörün min. ve max. kapasite sınırlarının arasında olmalıdır. Brülör tipi seçiminde aşağıda belirtilen cihaz kapasite sınırları göz önünde bulundurulmalıdır. [5]
a. 350 kW'a kadar olan kapasitelerde tek kademe, iki kademe veya oransal
b. 3501200 kW arası iki kademeli ya da oransal
c. 1200 kW üzeri kapasitelerde oransal tip brülör kullanılacaktır.
7.1 Brülör Gaz Kontrol Hattı Ekipmanları
a)Küresel Vana (TS EN 331, TS 9809): Her brülörün girişine bir adet küresel vana konulmalıdır.
b)Esnek boru [Kompansatör (TS 10880)]: Brülördeki titreşimin tesisata geçişini zayıflatmak için kullanılan ekipmandır. Üniversal tip olmalıdır. (Eksenel hareket, açısal hareket ve yanal eksen sapmalarını karşılayabilen.) Esnek borunun regülatör sinyal hattından sonra konulması tavsiye edilir.
c)Test nipeli: Brülör gaz kontrol hattında giriş ve ayar basınçlarını ölçmek için kullanılır.
d)Manometre (TS 827): Hat üzerindeki gaz basıncını ölçmek için kullanılan ekipmandır. Gaz kontrol hattındaki manometreler musluklu tip olmalıdır.
e)Filtre (DİN 3386)(TS 10276): Brülör girişinin yabancı partiküllerden dolayı tıkanmasını önlemek ve diğer emniyet kontrol ekipmanları ile basınç regülatörünü korumak amacıyla kullanılan ekipmandır. Kullanılacak filtrenin gözenek açıklığı 5 mm olmalıdır.
f)Gaz basınç regülatörü (TS 10624, TS EN 88): Gaz kontrol hattı girişindeki gaz basıncını brülör için gerekli basınca düşüren ekipmandır.
g)Minimum gaz basınç algılama tertibatı (TS EN 1854): Regülatör çıkışındaki gaz basıncının brülörün normal çalışma basıncının altında kalması durumunda solenoid valfe kumanda ederek akışın kesilmesini sağlayan ekipmandır. Tüm gaz kontrol hatlarında bulunmalıdır.
h) Maksimum gaz basınç algılama tertibatı (TS EN 1854): Regülatör çıkışındaki gaz basıncının brülörün normal çalışma basıncının üstüne çıkması durumunda solenoid valfe kumanda ederek gaz akışını kesen ekipmandır. 1200 kW ve üzeri kapasitelerde kullanılması zorunludur. 1200 kW'a kadar olan kapasitelerde kullanılması tavsiye edilir.
1) Otomatik Emniyet Kapama Valfi (Solenoid Valf) (TS EN 161): Sistemin devre dışı kalması gerektiği durumlarda aldığı sinyaller doğrultusunda gaz akışını otomatik olarak kesen ve ilk çalışma esnasında sistemin emniyetli olarak devreye girmesini sağlayan ekipmanlardır. Gaz kontrol hattında iki adet seri olarak bağlanmış A sınıfı solenoid valf bulunmalıdır.
m) Sızdırmazlık kontrol cihazı (Valf doğrulama sistemi) (TS prEN 1643): Otomatik emniyet kapatma vanalarının etkin bir şekilde kapanıp kapanmadığını kontrol eden ve gaz kaçaklarını belirleyen ekipmandır. 1200 kW ve üzeri olan kapasitelerde bulunmalıdır. 1200 kW'a kadar olan kapasitelerde bulunması tavsiye edilir. Ayrıca kapasitelerine bakılmaksızın, kızgın, kaynar sulu, alçak ve yüksek basınçlı buharlı sistemlerde kullanılması zorunludur, n) Relief Valf (Emniyet tahliye vanası) (DİN 3381): Sistemi aşırı basınca karşı koruyan anlık basınç yükselmelerinde fazla gazı sistemden tahliye ederek regülatörün devre dışı kalmasını önleyen ekipmanlardır. Ani kapamalı regülatör kullanılması durumunda bulunması zorunludur,
p) Brülör (TS 1139111392)
r)Yangın Vanası (DİN 2999): Yangın v.b. nedenle ortam sıcaklığının belirli bir değere yükselmesi durumunda gaz akışını otomatik olarak kesen ekipmandır. 1200 kW üzeri sistemler ile kapasitesine bakılmaksızın ortamda yanıcı, patlayıcı maddeler bulunması halinde kullanılması zorunludur. 1200 kW ve altında kalan kapasitelerde bulunması tavsiye edilir.
Gaz basınç regülatörünün ani kapamalı (slumshut) olmaması halinde, fanlı ve atmosferik brülör gaz kontrol hatlarında kullanılan tüm armatürlerin dayanım basınçları regülatör giriş basıncının min. 1.2 katı olmalıdır.
1Küresel vana (TS EN 331,TS 9809), 2Kompansatör (TS 10880), 3Test nipeli, 4Gaz filtresi (TSİ0276, DİN 3386), 5Manometre (musluklu) (TS 827), 6Gaz basınç regülatörü (TS EN 88,TS 10624), 7Relief valf (DİN 3381 )(Regülatör ani kapamalı ise), 8Tahliye hattı (vent), 9Presostat (Min. gaz basmç) (TS EN 1854), 9APresostat (Max. gaz basınç) (TS EN 1854), 10Solenoid valf (TS EN 161), 11Brülör (TS 11392 ), 12Yangın vanası (DİN 2999), 13Sızdırmazhk kontrol cihazı (TS prEN 1643)
1Küresel vana (TS EN 331.TS 9809), 2Manometre (musluklu) (TS 827), 3Gaz filtresi (TS 10276, DİN 3386), 4Test nipeli, 5Gaz basınç regülatörü (TS EN 88,TS 10624), 6Relief valf (DİN 3381 )(Regülatör ani kapamalı ise), 7Tahliye hattı (vent), 8Presostat (Min. gaz basınç) (TS EN 1854), 9Solenoid valf (TS EN 161), 10Brülör (TS 11391 )
8. SONUÇ
Bugün dünyada oldukça yaygın bir şekilde kullanılan ve gerek kullanımı gerekse ispat edilmiş doğal gaz rezervlerinin artması orta vadede doğal gazın özelliklerinden dolayı sürekli gündemde tutacağı muhakkaktır. Söz konusu doğal gaz rezervlerinin ülkemiz civarında bulunması ve ülkemizin konumu ve içerisinde bulunduğu enerji krizinden çıkabilmesi için doğal gaz çok önemli bir enerji kaynağı olarak görülmesi gerekir. Bu nedenle doğal gazın özelliklerinin çok daha iyi bilinmesi, gerek doğal gazın taşınması gerekse kullanımı açısından son derece önemlidir. Buna ek olarak, teknolojinin gelişmesi ve çağın ilerlemesi ile insanların beklentileri, hizmet anlayışları ve kalite kavramına yaklaşımları da gelişmektedir. Bu da insanlarla iç içe olan, insana hitap eden bütün hizmet ve üretim sektörlerinde belirli bir standardizasyonu ve kaliteyi zaruri kılmaktadır
KAYNAKLAR
[1] KELEŞER, S., YETİK, A.. "Doğal Gaz Tesisatlarında Baca Uygulaması". İGDAŞ Yayın No:8,2000
[2] TS 2165 " Duman Bacalarının Projelendirilmesi ve Düzenlenmesi Kuralları" . 1976
[31 İGDAŞ "Endüstriyel ve Büyük Tüketimli Tesislerde Doğalgaz Dönüşüm Teknik Şartnamesi" Yayın No: 8, 2002
[4] GAZ DE FRANCE, Doğalgaz Eğitim Notları, Paris, Fransa, 1999
[5] TS 11042 EN 298 "Üflemeli ve Üflemesiz Gaz Cihazları İçin Yakma Otomatları", 1996 o
Mak. Yük. Müh. Serkan KELEŞER
UGETAM Eğitim Müdürü
