Endüstriyel ve Büyük Tüketimli Tesislerde Doğal Gaz Uygulamaları Hakkında Önemli Bilgiler
1. Doğalgazın Endüstriyel Tesislerde Kullanımı
Enerji kullanımı, Endüstriyel Tesislerde en çok sıcak su,kızgın su, buhar, kızgın yağ gereksiniminin karşılanmasında karşımıza çıkmaktadır. Bunun yanı sıra proseste, ısıl işlem ve ergitme fırınlarında, kurutma, pişirme işlemlerinde, yüzey temizleme banyolarında ve ortam ısıtmasında da büyük miktarda enerji tüketimi olmaktadır.
Sanayinin can damarı olan enerji, değişik yakıt türleri ve elektrikten karşılanmaktadır. Tesislerin kalbi olan enerji santralleri (kazan daireleri v.b.) hem teknik donanımları, hem de yakıt harcamaları açısından önemli maliyet kalemlerinden birini oluşturmaktadır.
Genellikle seramik, tarım, gıda, tekstil ve metalürji sektörlerinde yaygın olmak üzere birçok sanayi dalında sıcak su ve buhara çok gereksinim duyulmaktadır. Toprak ve seramik sanayinde kullanılan pişirme fırınlarında; Metalürji sanayinde ısıl işlem ve ergitme fırınlarında; Otomotiv de boya kurutma, yüzey temizleme banyolarında; Tekstilde kurutma makinalarında (yakıtı direkt yada indirekt yakarak) enerji tüketimi yoğundur.
Doğalgaz, sanayide gerek direkt olarak proseste,gerekse de ısı santrallerinde enerji üretiminde diğer tüm yakıtlara alternatif olarak kullanılabilir. Doğalgazın hem yanma kolaylığından,hem de atık gazlarının kompozisyonundan kaynaklanan nedenlerden dolayı proseste kullanımının avantajları çok fazladır.
Yakıt maliyetleri, yakıt sisteminin maliyetleri, yanma verimleri, bakım maliyet ve kolaylıkları açısından doğalgazın üstünlükleri sayılamayacak kadar çoktur.
2. Fabrika İçi Doğalgaz Dağıtım Tesisatı
Her yakıt tesisatı ve yakma sistemi gibi doğalgazın da bu avantajlarını maksimum düzeyde değerlendirebilmek için standartlara ve teknik koşullara uygun bir tesisatlandırma gerçekleştirmek gerekir. Bununda ön koşulu iyi bir projelendirme çalışmasıdır.
Fabrika içi sistem dönüşümlerinde proje çalışması nereden başlar ve proje çalışmasında dikkat edilecek noktalar nelerdir?
a. Doğalgazın tüketileceği tüketim noktaları ve enerji gereksinimine bağlı olarak gazın bu noktalardaki tüketim değerleri belirlenir.
b. Tüketim noktalarındaki yakma sistemlerinin ( brülör, bek v.b. ) en verimli ve en güvenli olarak yakacakları gaz basınç değeri saptanır.
c. Güvenli, bakım ve müdahale açısından ulaşım kolaylığı olan gaz uygulama standartlarına uygun, tesis içerisindeki en kısa güzergah belirlenir.
d. Güzergahın belirlenmesinden sonra tüketim noktalarına gaz taşıyacak boruların çaplarının tayini gereklidir. Boru çapının tayininde iki ana değişken, hız ve basınç kaybının hesaplanmasıdır. Gaz hızı ortalama 25 m/sn olmalıdır; Hız değeri özellikle yakma sistemi ( brülör, beg vb. ) girişi öncesinde önem kazanmaktadır. Basınç kayıpları hat basıncı göz önüne alınarak; Abaklar, gerekli hız ve basınç kaybı formülleri kullanılarak hesaplanır.
e. Proje hesapları ile birlikte yürütülmesi gereken diğer bir çalışmada standart ve normlara uygun malzeme ve ekipmanların seçimidir. Borular, vanalar, fittingsler ve diğer malzeme ve ekipmanlar; basınç sınıfları, konstrüktif yapıları ve malzeme özellikleri açısından doğalgaza uygun olmalıdır.
f. Doğalgaz dağılım hattı yer altı ve yerüstü hat olarak döşenir. Döşeneceği güzergaha, bakım ve kullanım kolaylığına, malzeme özelliklerine, tüketim noktalarının konumlarına , güvenlik faktörüne ve maliyet analizlerine göre bu iki döşeme yöntemlerinden biri seçilebilir.
Proje çalışmasına bağlı olarak yürütülecek uygulamada dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır;
1) Yeraltından giden güzergahlarda boru, standartların belirlediği hendek derinliklerinde ve uygun şekilde yataklanarak döşenmelidir.
2) Yeraltı borusu çelik boru ise korozyona karşı mutlaka polietilen ile kaplanarak ve katodik koruma yöntemi ile korunmalıdır.
3) Yeraltı boruları kesinlikle rögar, kanal vb. açık olmayan ortamlardan geçirilmemeli, geçirilmek zorunda kalındığında da sızdırmazlığı sağlanmış, kılavuz borular içine alınmalıdır.
4) Yeraltı borusu Polietilen boru olarak seçilmişse (PE boru korezyona karşı dayanıklı dolayısıyla daha uzun ömürlüdür) gerekli yerlerde takviye koruma önlemleri ile korunmalıdır.
5) Yerüstünden yeraltına geçiş noktalarında izole flanş ile elektrikli olarak hattın izolasyonu sağlanmalıdır.
6) Yerüstü hatları trafolar ve enerji nakil hatlarından standart uzaklıklarda, güvenli bir şekilde supportlanarak monte edilmelidir.
7) Hat, lastik vb. izole malzemeleri ile elektrik kaçaklarına karşı izole edilmelidir.
8) Tüm yerüstü çelik hat standart direnç değerlerine göre topraklanmalıdır.
9) Yerüstü hat agressif akışkan borularından gerekli güvenlik mesafeleri alınarak döşenmelidir.
10) Uzun hatlarda ısıl genleşmeyi göz önüne alarak esnek bağlantı parçaları veya omegalarla hatta oluşabilecek gerilmeler karşılanabilmelidir.
11) Hat bina girişlerinde ve duvar geçişlerinde sızdırmazlık önlemleri alınarak geçirilmelidir.
12) Boru ve ekipmanlar korozyona karşı sarı boya ile boyanmalıdır.
3. Ara Kademe Basınç Düşürme İstasyonları (BDİ).
Orta basınç fabrika içi sistem dönüşümlerinin önemli bir parçası da ara kademe basınç düşürme istasyonlarıdır. Bu nedenle ayrı bir alt başlık altında ele alınacaktır.
Ara kademe basınç düşürme istasyonları gaz basıncını yakma sistemlerine girmeden önce istenen basınç değerlerine indirebilmek için kurulurlar. Tesislerde çok gerekli olmadıkça özellikle bina içlerinde gaz, yüksek basınçta dolaştırılmamalıdır. Tüketim noktalarına yakın bir yere kadar basınç kayıpları ve yatırım maliyetleri göz önüne alınarak, gaz orta basınçta getirilir. Güzergah üzerinde güvenlik ve bakım kolaylıkları açısından en uygun noktada BDİ kurulur.
BDİ’ları regülatör, vana, filtre ve diğer kontrol ekipmanlarından oluşmaktadır. BDİ ekipmanlarının belirlenmesi ve sistem tasarımının gerçekleştirilmesi, debi, düşürülecek basınç aralığı, gürültü vb. kriterler dikkate alınarak yapılır.
BDİ ‘ları işlevlerine göre;
a) Tek hatlı
b) Çift hatlı
Olarak tasarlanabilirler.
Eğer basınç düşürme noktası ana dağılım hattı üzerindeyse ve gazın kesintisiz olarak sağlanması gerekiyorsa “çift hatlı” olmasında yarar bulunmaktadır.
BDİ’ na görevli kimselerin dışında kimse müdahale etmemelidir. BDİ çevresi bir güvenlik çiti ile çevrilmeli, uyarı işaretleri konulmalıdır Dış etkilere karşı, üzeri kapatılarak korunmalıdır. Kapalı bir ortam içerisine kurulmuşsa bina havalandırması standartlara uygun olarak sağlanmalıdır.
4. Yakma Sistemleri
Doğolgazın avantajlarından yararlanabilmek ancak onun verimli bir şekilde yakılması ile mümkündür. Bunun için önemli kriterde uygun yakma sistemlerinin belirlenip seçilmesidir. Seçimde temel değişkenler kullanım amacı, yanma ortamlarında ( kazan, proses fırını vb. ) karşı basınç ve ısı transfer yapıları, yanma verimi ve enerji gereksinimidir.
Yakma sistemlerini iki ana başlık altında ele alabiliriz.
a) Brülör ve Bekler
b) Gaz Yolu Ekipmanları
a) Brülör ve Bekler
Doğalgaz brülörleri, yaktıkları gazın basıncına göre;
• Alçak basınçlı
• Yüksek basınçlı
Brülörler olarak ikiye ayrılırlar. Düşük basınçlı brülörler daha küçük tip kazanlarda kullanılırlar. Çalışma basınçları 18-25 mbar arasındadır.Yüksek basınçlı olanlarda ise çalışma basıncı 150-300 mbar arasındadır.
Gaz yakıtlı brülörlerde yanma ve emniyet sistemlerine “beyin” denilen kontrol kutusuyla kumanda edilir.
Kontrol kutusu, alev sönmesi, ateşleme olmaması durumunda veya termostat kumandasıyla gazı keserek brülörün çalışmasını durdurur. Brülör ilk çalışması sırasında, önceki çalışmadan cihaz içerisinde kalması muhtemel gazların patlamasını önlemek için süresi iki dakikaya kadar değişen bir ön süpürme işlemi yapar. Ateşleme elektrotları vasıtasıyla gaz tutuşturulur, gazın tutuşup tutuşmadığı alevin ultraviole ışınlarına duyarlı fotoseller veya iyonizasyon elektrotlarıyla çalışan alev kontrol üniteleri tarafından kontrol edilir.
Yakma havasını brülöre veren fanlarda gerekli hava basıncını sağlayacak şekilde ayarlanabilen bir basınç şalteri bulunmaktadır.
Brülörler;
• Tek kademeli
• İki kademeli
• Oransal
Olmak üzere çalışma prensipleri açısından üç’e ayrılır.
Tek kademeli brülörler maksimum kapasitede ve kademesiz on/off çalışırlar. Brülörün monte edileceği kazan veya gerecin tüketim değerlerine bağlı olarak brülör kapasitesi belirlenebilmektedir.
Çift kademeli brülörler enerji ihtiyacının değişken olduğu durumlarda iki sabit kapasitede çalışırlar.
Birinci kapasite, maksimum olarak brülör kapasitesinin %40’ ı oranındadır. Enerji gereksinimi artacak olursa ikinci kademe devreye girer, çekiş azalınca devreden çıkar.
Oransal brülörler, özellikle buhar çekişinin ani ve yüksek oranlarda ve değişken olduğu tekstil sanayinde daha çok kullanılmaktadır.
Brülörler çift yakıtlı olarak da seçilebilir. Yanma verimini maksimum düzeyde tutmak için brülör ayarlarını sıkça kontrol etmek gerekir. Baca gazı analizi yaparak bu kolaylıkla sağlanabilir.
Bekler doğalgazın yakılacağı ünitelerin özel koşullarına prosesin niteliklerine göre özelliklerde tasarımı olan bir tür brülörlerdir. Isıl işlem ünitelerinde, fırınlarda, tekstil makinalarında değişik uygulamaları bulunmaktadır.
b) Gaz Yolu Ekipmanları
Gaz yolu ekipmanları, brülör beyni ile kumandalı olarak çalışan ve gazın en uygun, güvenli koşullarda brülör tarafından yakılmasını sağlayan ekipmanlar bütünüdür.
Bunlar gazı brülörün istediği basınç aralıklarında hazırlayan ekipman hattını oluştururlar. İyi bir yanma için zorunlu olanlarla, seçime bağlı olan ekipmanları bir bütün olarak aşağıdaki şekilde listeleyebiliriz;
1) Ayırma vanası
2) Filtre
3) Giriş manometresi
4) Emniyet kesme vanası
5) Basınç regülatörü
6) Gaz sayacı
7) Çıkış manometresi
8) Test alev beki
9) Emniyet Relief vanası
10) Minumum ve maksimum gaz basınç şalterleri (presostad)
11) Manyetik Ventiller
12) Hava basınç ayar şalteri
Ayırma Vanası : Gaz yoluna gaz girişini kesmek için kullanılır.
Filtre : Gaz ile taşınabilecek olan parçacıkların gaz ayar ekipmanlarına giderek zarar vermesini engeller.
Emniyet kesme vanası : Gaz hattını ve regülatörü basınç yükselme ve düşmelerine karşı korur.
Basınç Regülatörü : Gaz basıncını brülör yakma basıncına düşürür.
Minumum ve maksimum gaz basınç şalterleri : Ayarlandıkları alt ve üst basınç değerlerine bağlı olarak kontrol panosu vasıtasıyla brülöre giden gazı açar, kaparlar.
Emniyet relief vanası : Gaz basıncı artınca ayarlandığı basınç değerine ulaşıp açarak fazla gazı ortam dışına tahliye ederler.
Manyetik ventiller : Alevin sönmesi veya ateşleme olmaması gibi durumlarda brülöre gaz gelişini keserler. Güvenlik açısından işletme ve emniyet ventili olmak üzere iki adettirler. İşletme selenoidi arızalanırsa otomatik olarak ona paralel çalışan emniyet selenoidi devreye girer.
Hava basınç ayar şalterleri : Hava fanına kumanda ederek hava gaz ayarının optimum olmasını sağlar.
Gaz yolu ekipmanları yanmayı hazırlayan en önemli ekipmanlar oldukları, bir bütün olarak çalıştıkları için brülörle uyumlu olarak seçilmelidirler.
5. Isı Transfer Ortamları ( Kazan vb. )
Sanayide doğalgazın yakılacağı ısı transfer ortamlarını üç grupta toplayabiliriz :
a) Doğalgazlı kazanlar
b) Katı yakıtlı doğalgaza dönüştürülmesi gereken kazanlar
c) Sıvı yakıtlı doğalgaza dönüştürülmesi gereken kazanlar
d) Proses üniteleri, tekstil makinaları
e) Radyant ısıtma sistemleri
a) Doğalgazlı Kazanlar :
Doğalgazla çalışabilecek bir kazanın konstrüktif özelliklerini şu şekilde özetleyebiliriz;
Ø Doğalgazda yanma odasında ki radyasyon ısı transferi diğer yakıtlara göre daha azdır. Alev çapı ve uzunluğu aynı kapasitedeki sıvı yakıt brülöründen elde edilenden daha küçüktür. Bundan dolayı doğalgazlı kazanlarda yanma hücresi diğerlerine göre daha küçük seçilmelidir. Ancak yanma odası yakıtın tam yanmasına olanak verecek büyüklükte olmalıdır.
Ø Alev hiçbir şekilde yanma odasının cidarını yalamamalı ve doğrudan temas halinde bulunmamalıdır.
Ø Alevin çarparak geri döndüğü karşı basınçlı kazanlarda bu bölgedeki malzeme kalınlığı ve kalitesi sıcaklık ve basınç farklılıklarına cevap verecek kalitede olmalıdır.
Ø Radyasyon ısı transferinin az olmasından dolayı cehennemlikteki alev ve duman gazları sıcaklıkları 150-200OC daha fazla olacaktır. Ancak sıcaklık farkının artması borulardaki konveksiyon ısı transferini de arttıracağından bu durum kapatılabilecektir.
Ø Borularda ısı transferini artırabilmenin başka bir yolu da gaz akışını türbülanslı akım olacak şekilde ayarlamaktır. Bu boru içlerine türbülatörler yerleştirilerek yapılabilir. Bu durum karşı basıncı da artıracağından ısı transferi de artacaktır.
Ø Doğalgazlı kazanlarda yüksek sıcaklıktan ve rejime girme süresinin azlığından bütün borular aynalara kaynaklı olmalıdır. Duman boruları aynalara kaynak edildiğinde boru aynaları daha ince seçilebilir ; böylelikle ısı transferi de artacaktır.
Ø Baca gazlarında korozyona sebep olucu yanma ürünleri çok az olduğundan boru ömürleri de uzun olmaktadır.
Ø Doğalgazlı kazanlarda, patlama kapağı, duman sandığı, baca damperi, brülör flanşı ve duman kanalları gibi bölgelerde gaz sızdırmazlığı sağlanmalıdır.
Ø Su ile soğutulmayan bütün yüzeyler refrakter malzeme ile kaplanmalıdır.
b) Katı Yakıtlı, Doğalgaza Dönüştürülmesi Gereken Kazanlar,
Dönüşüm için yapılması gerekenleri şu şekilde özetleyebiliriz :
Ø Izgara, ızgara köprüleri, ateş kapağı, küllük kapağı ve baca damperi sökülüp çıkarılır. Kazanın arka kapağına doğrudan ocağa açılan bir patlama kapağı yapılır. Gaz sızdırmazlığı sağlanmış ve zamanla işlevlerini yitirmeyecek şekilde olmalıdır.
Ø Ateş kapağı yerine en az 10 mm kalınlığında ve alevin gözetlenebileceği bir gözetleme camı bulunan Brülör bağlantı flanşı yerleştirilir. Ateşe dayanıklı sızdırmazlık elemanlarıyla gaz sızdırmazlığı sağlanır.
Ø Sökülen küllük kapağı yerine beton dökülür ve küllük hacmi (yarım silindirik kazanlarda) kumla doldurulup sıkıştırılır. Aynı işlem küllük kapağı sabitleştirilerek de yapılabilir. Kumun üzeri ve kazanın kenarları refrakter malzeme ile kapatılır ve araları şamot harcı ile doldurulur.
Ø Kazanda hava alabilecek bütün yerler amyant ile kapatılır ve şamot ile sıvanarak gaz sızdırmazlığı sağlanır.
Ø Alevle baca gazlarıyla doğrudan karşılaşan makinetolu boruların tümü aynaya kaynaklanmalıdır. Bu kaynak işlemi özel olarak aynaya kaynak ağzı açılarak ve boru ayna yüzeyine sıfırlanarak yapılır.
Ø Aynı şekilde payanda borularının da uçları çıkıntılı olanları taşlanarak sıfırlanmalıdır.
Ø Kazanda su ile soğutulmayan tüm yüzeyler refrakter malzeme ile kaplanarak yüksek sıcaklıklara karşı korunmalıdır. Örneğin brülör flanşının çevresi, temizleme deliği, patlama kapağı.
Ø Kapasitesinin yüksek seçildiği yada ocak hacminin geniş olduğu kazanlarda ocak içi reflakter malzeme ile kaplanarak hacim küçültülür, yalnız bu işlem ısı tranfer yüzeyini küçülteceğinden kazan verimini düşürür.
Ø Doğalgazda radyasyon ısı transfer yüzdesi daha azdır. Bu yüzden konveksiyon ısı transferini artırabilmek amacıyla duman borularına türbülatörler takılması uygun olur. Kazan verimini %5 ‘e varacak oranda artırmaktadır.
Ø Dönüşüm tamamlanmadan önce, kazan işletmeye almadan alınmadan duman boruları is, kurum ve sülfat taşlarından temizlenir. Su hacimlerindeki kireç ve diğer tortular alınarak kazan verimi artırılır.
Ø Baca gazı analizi yapılarak kazan verimi gözlenip brülörün yanma ayarları yapılmalıdır.
Ø Kazan üzerindeki emniyet sistemleri ve kontrol ekipmanları gözden geçirilip arızalı olanların bakımı yapılmalı, çalışmayacak durumda olanlar değiştirilmelidir.
c) Sıvı Yakıtlı, Doğalgaza Dönüştürülmesi Gereken Kazanlar,
Sıvı yakıtlı kazanlarda dönüşüm daha kolay ve daha az maliyetlidir. Katı yakıtlı kazanlarda yapılan dönüşüm işlemlerinin bir çoğu benzer nedenlerle sıvı yakıtlı kazanlarda da gerçekleştirilir.
Ø Makinetolu boruların aynaya kaynaklanması.
Ø Brülör flanşı çevresinin refrakter malzeme ile örülmesi
Ø Gaz sızdırmazlığının sağlanması
Yapılacak dönüşüm çalışmalarının temel başlıklarıdır.
d) Proses Üniteleri, Tekstil Makinaları
Doğalgaz proseste yaygın olarak kullanılmaktadır.Gazın yanma özellikleri ve yakma ünitelerinin tasarım amaçlarına bağlı olarak çok çeşitli uygulamalarla karşılaşılabilir.
Diğer yakıtlarda yada elektrik enerjisi ile çalışan ünitelerde dönüşüm çalışmaları imalatçı firmalarla koordinasyon kurarak yürütülmelidir. Yakma işleminin özel koşulları gazın kullanımının sonuçları çok iyi etüt edilmelidir.
Doğalgazla çalışabilecek şekilde tasarımı yapılmış fırın ve makinalarda önemli olan uygun kapasite ve özellikte brülör ve gaz yolu ekipmanlarının seçilmesidir.
Doğalgaz yakılacak kazanlarda değerlendirilmesi gereken en önemli avantajlardan biri de ısı geri kazanımı konusunda sağladığı kazançlardır. Doğalgaz da baca sıcaklıkları çok yüksek olmaktadır. Atık gazlarda da korozyona sebep olucu gazların hemen yok denecek kadar az oluşu ısı geri kazanımlı sistemleri çok verimli kılmaktadır. Kazan - baca çıkışlarına ekonomizer yerleştirerek baca gaz sıcaklıkları düşürülüp bacadan atılan enerji geri kazanılabilmektedir. İlk yatırım maliyetleri yüksek olduğundan büyük tüketim üniteleri için daha uygundur.
6. Güvenlik ve Uyarı Sistemleri
Doğalgazın diğer tüm yakıtlara göre avantajları açıktır. Yalnız ülkemizde yaygın olarak kullanılmaya başlanılan bir gaz yakıtı olarak doğalgaz, hem kullanıcılar hem de uygulamacılar açısından yenidir. Her yeni olgu gibi bilinmezi fazladır. Bu bilinmezleri azaltarak doğalgazı güvenli bir yakıt olarak kullanmak mümkündür. Dünyada bir çok ülkede yaygın olarak yıllardır kullanılmaktadır. Her yönüyle uluslararası standart ve normlarını tanımlanmıştır. Yapılması gereken, gerek uluslararası, gerekse de ülkemizde oluşturulmuş ve oluşturulmakta olan standartlara uygun davranmaktadır.
Standartlara uyulacak olursa doğalgazın hiçbir tehlikesi yoktur.
Doğalgaz havayla %5-15 oranlarında karıştığında ve bir ateşleyici (alev, elektrik arkı v.b.) kaynak ile karşılaştığında patlamaktadır. Havadan hafif olduğu için daima yukarıda birikmektedir.
Doğalgazı tesisler içinde dağıtırken ve kullanırken bir dizi güvenlik önlemi almak gerekmektedir. Bunları üç ana başlık altında toplayabiliriz.
a) Kullanıcıların güvenliği
b) Tesislerin güvenliği
c) Ekipman ve cihazların güvenliği
Her şey insana bağlı ve insanlar için olduğundan güvenlik önlemlerinin ilk sırasında bu tür güvenlik önlemlerini belirtmeyi uygun gördük.Güvenlik önlemleri ile ilgili yapılması gerekenleri de aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz :
Ø Gaz konusunda uygulamacı ve kullanıcılar BİLGİLENDİRİLMELİDİR.
Ø Gaz kaçak ve yangın talimatları görülebilen yerlere ASILMALIDIR.
Ø Gaz hattının geçtiği güzergah bir plana işlenerek tesis içerisinde gerekli yerlere KONULMALIDIR.
Ø Basınç düşürücü üniteler vb. gaz tesisleri koruma çitleri içerisine alınarak UYARI LEVHALAR KONULMALIDIR.
Ø Tesislerde gaz tesisatlarından ve kazan dairelerinden sorumlu kişiler EĞİTİLMELİDİR.
Ø Gazın kullanıldığı ortamlarda gaz kaçak dedektörleri, kaçak anında gazı kesen kontrol ve UYARI SİSTEMLERİ KURULMALIDIR.
Ø İyi bir havalandırma sistemi KURULMALIDIR.
Ø Gaz KOKULANDIRILMALIDIR.
Tesislerde güvenlik sistemleri görevini yapabilen amaca uygun maliyeti optimum sistemler olarak düşünülüp kurulmalıdır.