Yardımcı İşletmeler ve Diğer Operasyonlar (utility and other operations)

Yardımcı operasyonlar ve yerleşimler olarak buhar ve güç üretimi, proses ve yangın suyu sistemleri, baca ve kurtarma sistemleri, fırınlar ve ısıtıcılar, pompalar ve valflar, gaz (buhar, hava, azot ve diğer fabrika gazları) sağlanması, alarmlar ve sensörler, gürültü ve kirlilik kontrolleri, örnek alma (testler ve kontroller), ve laboratuvar, kontrol odası, bakım, idari yerleşimler sayılabilir.



1. Su Önarıtma

Rafineriler ve diğer kompleks proses fabrikalarında çeşitli kalitede fazla miktarda suya ihtiyaç vardır. Su genellikle barajlar veya göllerden sağlanır ve ham su havuzlarında toplanır. Burada gerekli işlemlerden sonra kulanım yerlerine dağıtılır; başlıca tüketim alanları,

·         Soğutma kuleleri
·         Proses suyu
·         Demineralize ünitesi besleme suyu
·         İçme suyu (özellikle büyük komplekslerde)
·         Diğerleri (yangın suyu, temizlik, v.s., gibi)

Ön arıtma ünitesindeki temel işlemler sudaki asılı maddeleri ve bulanıklığı gidermek, soğutma suyu sisteminde karbonat oluşumunu önlemek için proses suyunu yumuşatmak ve pH ayarlamak, içme suyu olarak kullanılacak kısmı dezenfekte etmek ve gerekli şartname sınırlarını karşılayacak özelliklere getirmektir.

Örnek bir su ön arıtma ünitesinin prosesleri üç aşamada toplanabilir: Ham suyun işlenmesi, içme suyunun işlenmesi, işlemlerde toplanan çamurun uzaklaştırılması

Berrak, kokusuz, renksiz bir su elde etmek için sudaki asılı katı maddeler, safsızlıklar ve mikroorganizmalar çöktürülerek uzaklaştırılır. Çöktürmede, doğal sedimentasyon da denilen mekanik yöntemler ve kimyasal metotlar uygulanır.

a. Mekanik Çöktürme

İçme suları ve sanayi sularının temizlenmesinde mekanik temizleme bir ön-işlemdir; sonraki kimyasal arıtmanın daha etkin ve ekonomik olmasını sağlar.

Su ham su havuzlarında bekletilir; bekletme süresi suyun içerdiği asılı maddelerin yoğunlukları, büyüklükleri (boyutlar), biçimleri, akışkanlıkları gibi bazı özellikleriyle havuzun derinliği ve suyun havuzdan akış hızı gibi çok sayıda parametreye bağlıdır; son iki parametrenin suyun havuzda alıkonma süresiyle olan ilişkisi solda verilen Stokes kanunuyla tanımlanır.

Mekanik çöktürme, çok küçük taneciklerin ve koloidal maddelerin çökme hızları çok düşük olduğundan süspansiyon haldeki organik ve inorganik bazlı maddelerin çöktürülmesinde çoğu zaman yetersiz kalır. Bu durumda akımın kum filtrelerinden geçirilmesi veya kimyasal yöntemlerle temizlenmesi gerekir. Kum filtreleri çok incedir, kısa sürede tıkanır ve temizlenmesi zaman alıcı bir işlemdir. Bu nedenle genellikle kimyasal arıtma tercih edilir.

b. Kimyasal Çöktürme

Kimyasal çöktürme, emülsiyon ve süspansiyon haldeki asılı taneciklerin çökelmelerini engelleyen kuvvetleri kaldırmaya dayanır; bunlar, Brown hareketleri ve elektriksel yüktür.

İlk işlem suya klor, alum (aluminyum sülfat) ve polimerik maddeler ilave edilerek mikroorganizmaların öldürülmesidir; bu proses ön-işlemlemedir. Bunu koagülasyon ve flokülasyon izler; ilave edilen kimyasal maddelerin dağıtılması için su hızla karıştırılır ve flokülasyon/sedimentasyon havuzuna gönderilir; buradaki kimyasal maddeler sudaki safsızlıklara bağlanarak “flok” denilen büyük partiküller oluşturur.

Sedimentasyon, flok taneciklerin çökeltme havuzunun dibinde çökelmesidir;   çökeltiler buradan çamur tankına alınır, sulu kısım filtrelere verilerek süzülür. 

Ön arıtmanın son aşaması klorlamadır; klor sudaki bakterilerin çoğalmasını engeller.


Şekil-1: Su önarıtma prosesi


2. Buhar Üretim

Isıtıcı (Fırın) ve Kazan (Boiler) Operasyonları

Buhar, buhar üretim fabrikalarında üretilir ve/veya çeşitli proses ünitelerinde (ısı kullanan) flue gazdan veya diğer kaynaklardan elde edilir. Isıtıcılarda (fırınlar) yakıcılar (bekler) ve yakma hava sistemi vardır.

Isı değiştirmenin gerçekleştiği kazanlarda (boiler), flue gazın kaçmasını önlemek için bir basınç sistemi bulunur. Isı transferinin maksimum olması için boilerler, su-buhar karışımını taşıyan çok sayıda tüpten oluşmuştur. Bu tüpler, boilerin tepesindeki buhar-dağıtım dramlarının ve dibindeki su-toplama dramlarının aralarından geçer. Buhar, buhar dağıtım sistemine girmeden önce buhar dramından süper ısıtıcıya akar.

Besleme Suyu (feed water)

Buhar üretimin önemli bir kısmı besleme suyu (feed water) ikmalidir. Sisteme ne kadar çok su girerse, o kadar fazla buhar çıkar. Buhar üretiminde kullanılan su, mineraller ve çözünmüş safsızlıklar gibi kirliliklerden arındırılmış olmalıdır; bunlar, sistemi arızalandırır veya operasyonu etkileyebilir. Asılı (süspansiyon) maddeler ve yağ, sistemde çizikler ve tortu oluşmasına sebep olacağından, koagülasyonla veya süzerek atılmalıdır.

Çözünmüş gazlar, özellikle karbon dioksit ve oksijen kazanda korozyona neden olacağından hava giderme (deaerasyon) ve işlemlemeyle uzaklaştırılır.

Çözünmüş mineraller (metalik tuzlar, kalsiyum, karbonatlar, v.s., gibi) çiziklere, korozyona ve türbin kanatlarında kalıntılara sebebiyet vereceğinden kireç veya soda külüyle işlem yapılarak sudan ayrılır. Sirkülasyona döndürülen soğuk su da hidrokarbonlar ve diğer kirlilikler nedeniyle temizlenmelidir.

Ham kazan besleme suyunun özelliklerine bağlı olarak, “berraklaştırma, çöktürme, süzme, iyon değiştirme, hava giderme (deaerasyon) ve iç (dahili) işlemleme” olarak altı grupta toplanan işlemlemelerin tümü veya bir kısmı uygulanabilir.

Isıtıcı-Yakıt

Isıtıcılar, tek bir yakıt veya birkaç yakıttan oluşan karışımlar kullanır; bunlar arasında rafineri gazları, doğal gaz, fuel oil ve toz kömür sayılabilir. Rafineri atık gazı (off-gaz) proses ünitelerinden toplanır ve bir yakıt-gazı dengeleme dramında doğal gaz ve LPG ile birleştirilir. Denge dramı sabit sistem basıncını sağlar, ayrıca, gaz buharlarındaki aslı sıvı taneciklerinin otomatik olarak ayrılmasını ve dağıtım sistemi içine iri kondensat damlalarının taşınmasını engeller.

Fuel oil, tipik olarak hampetrolden doğrudan çekilen ham yağ ile parçalanmış (krak) residular ve diğer ürünlerin bir karışımıdır.

Fuel-oil sistemi, proses ünitelerinin ısıtıcılarına ve buhar jeneratörlerine, istenilen sıcaklık ve basınçta yakıt verir. Fuel-oil sistemi pompalanma sıcaklığına kadar ısıtılır, kaba bir süzme yapıldıktan sonra bir sıcaklık-kontrol ısıtıcısına verilir ve sonra ince bir eleme sisteminden geçirilerek yanmaya gönderilir. Örneğin, katalitik kraking ünitelerinde karbon monoksit boilerlerde, flue gazdaki karbon monoksitten, tam yanmayla ısı elde edilir. Diğer proseslerde atık-ısı geri kazanma üniteleri buhar elde ederken flue gazın ısısını kullanırlar.

Buhar Dağıtımı

Dağıtım sistemi valflar, ekleme parçaları, borular ve nakledilen buharın basıncına göre uygun bağlantılardan oluşur. Buhar kazanları, proses üniteleri veya elektrik üretimi tarafından talep edilen en yüksek basınçta terk eder; sonra, proses pompaları ve kompresörleri çalıştıran türbinlerde buharın basıncı düşürülür. Rafineride kullanılan buharın çoğu, çeşitli tiplerdeki ısı değiştiricilerde yoğunlaştırılır (su). Kondensat kazan (boiler) besleme suyu olarak tekrar kullanılabildiği gibi, atık su işlemlemeye de gönderilebilir.

Rafineri buharı, elektrik üretimi buhar türbin jeneratörlerinin çalıştırılmasında da kullanılıyorsa, proses buharı için gerekenden çok daha yüksek basınçlarda üretilmelidir. Buhar, bir ünitede birleştirilmiş ısıtıcılar (fırınlar) ve kazanlar (boiler) sisteminde üretilir.

Buhar, basıncı ve sıcaklığına göre çeşitli simgelerle tanımlanır; XHS buhar: 134 kg/cm2, 540 0C, HHS buhar: 84 kg/cm2, 310 0C, MHS buhar: 45 kg/cm2, 330 0C, HS buhar: 42 kg/cm2, 392 0C, MS buhar: 18.5 kg/cm2, 300 0C, LS buhar: 5.5 kg/cm2, 195 0C.




Şekil-2: Buhar üretim sistemi


Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli ve/veya besleme suyu, kimyasal maddeler, buhar, sıcak su, radyant ısı, gürültü ve proses örneği alma, kontrol etme, bakım ve programlı duruşlarda alınacak önlemler ve koruyucu malzeme kullanımının önemi anlatılmalıdır.

Güvenlik: besleme suyu akışı yavaş ve kazanlar kuruysa tüpler aşırı ısınır ve bozulur. Tersine, akış hızlı olduğunda fazla su buhar dağıtım sisteminin içine girerek türbinleri bozar. Besleme suyu operasyonları etkileyecek kirlilikler içermemelidir. Kazanlarda sürekli veya aralıklarla çalışan boşaltma (blowdown) sistemleri bulunmalıdır; böylece, buhar dramlarından suyun uzaklaştırılması ve türbin kanatlarında ve aşırı ısıtıcı tüplerde tortu birikmesi azaltılır. Devreye alma ve devreden çıkarma sırasında aşırı (süper) ısıtıcıları gereğinden fazla ısıtmamalıdır, gaz kaybı olabileceğinden (acil durumlar da dahil) alternatif yakıt kaynakları hazır bulundurulmalıdır. Yanmadan önce fuel gazdan sıvıları uzaklaştırmak gerektiğinden proses ünitelerinde uygun ekipman bulunmalıdır.

Yangın Önleme ve Korunma: Buhar üretiminde en yüksek tehlike potansiyeli olan operasyon ısıtıcının devreye alınmasıdır; bir veya daha fazla yakıcının (bek) sönmesiyle alevlenebilir bir gaz-hava karışımı oluşabilir. Her tip ünitenin kendine özgü start-up ve acil durum operasyonu vardır.

3. Türbinler

Türbinlerde elektrik, genellikle gaz veya buharla üretir ve tipik olarak pompalar, kompresörler, üfleyiciler ve diğer rafineri proses ekipmanlarında kullanılırlar. Buhar türbine yüksek sıcaklıklarda ve yüksek basınçlarda girer, sabit-kanatlarla sürüklenirken dik yönde genleşir ve döndürme kanatlarını çevirir.

Buhar Türbinleri

İki tür buhar türbini vardır,
·         Geri basınçlı buhar türbinleri; proseste buhar basıncı ve sıcaklığın düşürülmesi gerektiği durumlarda kullanılır. Eksoz buharı çeşitli ısıtma veya enerji kaynağı olarak kullanılır.
·         Buhar yoğunlaşmalı türbinler; atmosferik basınç altında çalışıldığında buhar bir kondenserde yoğunlaşır. Bu koşullarda buhardan daha fazla enerji alınır.

Rankine Çevrimi

Şekil-3’te tipik bir buhar türbin jeneratör diyagramı görülmektedir; bu güç çevrimi “Rankine Çevrimi” olarak bilinir; sistem buhar kazanı, buhar türbini, kondenser (düşük basınçlı buharı atmosfer basıncının altına yoğunlaştırır) ve buhar kazanına sıcak suyu basan pompadan oluşur.

 

Şekil-3: Rankine çevrimi


Gaz Türbinleri

Bir gaz türbin jeneratörü yakıtın enerjisini mekanik güe çevirir. Bir gaz türbin jeneratöründe üç temel ekipman vardır,

·         Kompresör; gelen havayı yüksek basınçlara sıkıştırır,
·         Yakma hücresi; yakıtı yakar ve yüksek basınçlı, yüksek akış hızlı gaz üretir,
·         Türbin; gelen bu gazın enerjisini kullanır.



Şekil-4: Bir gaz türbini şematik görünümü

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimlerine ve/veya gürültü, buhar ve ısıyla temas-ta, kontrol ve bakım çalışmalarında koruyucu ekipman kullanımı gereklidir.

Güvenlik: Buhar türbinlerinin deşarj tarafında, vakumun bozulması halinde hem buhar seviyesini devam ettirmek ve hem de koruma amacıyla, emniyet vanaları bulunmalıdır. Maksimum çalışma basıncının dizayn basıncından büyük olduğu yerlerde, türbinlerde basınç azaltma sistemleri bulunmalıdır. Regülatörler ve aşırı hız kontrol aletlerinin korunmasına dikkat edilmelidir.

4. Elektrik Gücü

Rafineriler ihtiyacı olan elektriği ya dış kaynaklardan sağlarlar, veya buhar türbinleri veya gaz motorlarıyla döndürülen jeneratörlerle kendileri üretirler. Yardımcı işletmeler veya güç üretim fabrikalarında üretilen elektrik çeşitli yerlere kurulmuş ara-istasyonlarla tüm birimlere dağıtılır. Ara istasyonların yerleri tanımlanmamıştır, soğutma-kulesi suyu taneciklerinin (sprey) veya buhar kaynaklarının ulaşamayacağı alanlara kurulur. Transformerler, devre kesiciler ve feed-devre şalterleri, ara-istasyonlara yerleştirilir. İstasyonlar gücü, proses üniteleri içinde yerleri belirlenmiş dağıtım-istasyonlarına iletir. Dağıtım istasyonlarında, genellikle, bir sıvı-doldurulmuş transformer ile bir yağ doldurulmuş veya hava-kesmeli bağlantı kesici sistem vardır.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri verilmelidir; gürültüye karşı, kontrol ve bakım çalışmaları sırasında karşılaşılacak tehlikeli durumlarda ve transformerler ve şalterler etrafında (buralarda dielektrik akım vardır) çalışılırken alınması gereken önlemler ve koruyucu ekipman kullanımı çok iyi bilinmelidir.

Güvenlik: Elektrik çarpmasına karşı normal güvenlik önlemleri (zeminin kuru tutulması, yüksek-voltaj uyarı sistemleri koruma bulundurma gibi) alınmalıdır. Kilitlemek/etiketlemek ve diğer uygun güvenlik tatbikatları yapılmalı, yüksek-voltajlı elektrik sistemleriyle çalışılırken enerjiye maruz kalmayı önleyici tedbirler alınmalıdır.

Yangın Önleme ve Korunma: Proses ünitelerine çok yakın alanlara yerleştirilen jeneratörler, herhangi bir kaçak olması halinde, yangın tehlikesine sebep olabilecek kaynaklardır.

5. Soğutma Kuleleri

Soğutma kulesi sistemlerine genellikle açık-sirkülasyonlu soğutma sistemleri denir; bunlar,atmosfere açıktır, dolayısıyla bazı dezavantajları vardır; buhar kaybı fazladır, dolayısıyla çok miktarda suya gereksinim olur. Atmosfere açık olduğundan havayla temastadır, oksijenle doymuş hale gelir ve aşındırma ve korozyon yapma özelliği artar.

Soğutma kuleleri proses suyundan buharlaştırarak ısıyı uzaklaştırır ve sıcak su ile hava arasında iç enerji (ısı) transferi yapar. İki tip soğutma kulesi vardır,

·         Çapraz akışlı (crossflow) kuleler; bu kulelerde hava akımı su akımına dik açıda girer.
·         Zıt akışlı (counterflow) kuleler; bu tip soğutma kulelerinde sıcak proses suyu kulenin en üst kısmına pompalanır ve kule boyunca aşağı bırakılır. Kulede yukarıdan aşağıya kadar yerleştirilmiş çok sayıdaki çarpma çıkıntıları veya püskürtme nozulları (uçlar) suyu dağıtarak soğumasına yardımcı olur. Hava Kulenin dibinden girer ve yukarıdan akan suya karşı yükselir. Fanlar veya üfleyiciler hava girişindeyse hava yukarı doğru ittirilir, hava çıkışındaysa yukardan çekilir.

Sirkülasyona alınan soğutma suyu safsızlıkların ve çözünmüş hidrokarbonların uzaklaştırılması için işlemlenmelidir. Havayla soğutulurken oksijenle doymuş hale gelen suyun korozyon yapma olasılığı artar. Korozyondan korunmanın yollarından biri soğutma suyuna katkı maddesi ilave edilerek borular ve diğer metal yüzeyler üzerinde koruyucu bir film tabakası oluşturmaktır.

Soğutma suyunun en önemli safsızlıkları depozitlerdir; bunlar, CaCO3, Ca3(PO4)2 CaSO4, SiO2, çamur, tortu, demir, manganez, algler, bakteriler, mantarlar v.s., içerir. Depozitleri ve korozyonu en düşük seviyede tutmak için suyun pH, iletkenlik, sertlik ve alkalinite tayinleri, gibi, bazı özellikleri sürekli olarak kontrol altında tutulur;

Şekil-5‘te bir rafineri veya petrokimya kompleksindeki bir soğutma suyu kulesi sistemi ile soğutma suyu üretimi ve dağıtımı verilmiştir.

Hava ve su soğutma kulesinde karışır, dolayısıyla havada bulunan çeşitli safsızlıklar (toz, kir, gazlar, mikrobiyolojik organizmalar, v.s.) suya girer. Su buharlaştığında bu maddelerin sudaki konsantrasyonları da artar ve temas ettiği malzemelere korozyon yapar, hasar verir. Zararları azaltmak için bu tip sistemlerde bir miktar su sistemden dışarı alınır filtrasyon ve diğer bazı işlemlerden geçirilir.


Şekil-5: Soğutma suyu üretimi

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Soğutma-kulesi suyu proses maddeleri ve yan-ürünlerle (sülfür dioksit, hidrojen sülfür ve karbon dioksit gibi) kirlenebilir. Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli ve/veya prosesten örnek alma, kontrol, bakım ve programlı duruşlarda, gürültüyle, kimyasal maddeler ve hidrojen sülfür gibi tehlikeli maddelerle temasta gerekli koruyucu ekipman kullanılmalıdır.

Güvenlik: Soğutma kulesi fanları ve su pompalarında olabilecek güç kaybı, rafineri operasyonlarında ciddi sonuçlar yaratır. Soğutma suyundaki safsızlıklar boruları ve ısı değiştiricileri korozyona uğratır, çözünmüş tuzlar borular üzerinde pullar (scale) toplanmasına neden olur ve mikroorganizmalar ahşap malzemeyi tahrip eder.

Yangın Önleme ve Korunma: Soğutma suyu hidrokarbonlarla kirlendiğinde alevlenebilir buharlar boşaltma havası içinde buharlaşabilirler. Yakıcı bir kaynağın bulunması veya kıvılcım oluşması durumunda bir yangın başlayabilir. Fanların hava çıkışında olduğu soğutma kulelerindeki kısmen kuru bölgeler de potansiyel birer yangın tehlikesidir.

6. Hava-Azot

Hava ayırma fabrikasında havada bulunan gazlardan nitrojen ve oksijen (ve bazan da argon) elde edilir. Prosesler iki genel sınıfta toplanır; Kriyojenik fabrikalar; havanın çok düşük sıcaklıklarda distilasyonuyla gaz ve sıvı ürünlere (nitrojen ve oksijen) ayrıldığı proseslerdir. Non-kriyojenik fabrikalar; nitrojen ve oksijenin moleküler yapıları, büyüklükleri ve kütleleri gibi özelliklerinden yararlanılarak, genellikle ortam sıcaklığında yapılan ayırma prosesleriyle gaz ürünlerin elde edildiği proseslerdir.

Tüm kriyojenik prosesler başlıca aşağıdaki aşamalardan oluşur,

·         Hava süzülür ve sıkıştırılır; su buharı ve karbon dioksit gibi kirlilikler uzaklaştırılır (proseste donarak ayrılırlar),
·         Isı değiştirici ve refrijerasyon prosesleriyle hava çok düşük sıcaklıklara soğutulur,
·         Kısmen yoğunlaşan (sıvılaşan) hava (-300˚F/-185˚C dolayında) distillenerek sıvı nitrojen ve oksijen elde edilir,
·         Sisteme beslenen hava, gaz ürünler ve atık akımların ısı değiştiricilerde ısıtılmasıyla da soğutulur.

Kriyojenik prosesler, yüksek üretim hızı ve çok saf ürünler elde edilmesi yönünden en etkili hava ayırma yöntemleridir. Enerji tasarrufu ve çalışma sorunları yaşanmaması için distilasyon kolonları, ısı değiştiriciler, soğuk boru ve bağlantılar çok iyi izole edilmelidir; bunun için tüm sistem ‘cold box’ denilen izolasyonlu ve sızdırmazlık sağlanmış, yüksekliği 15-60 metre olan 2 x 4 metrelik bir bölme içine yerleştirilir.


Şekil-6: Havanın sıvılaştırılması

7. Atık Su İşlemleme

Proses için, duruşlarda ve kanala verilecek atık sularda atılmadan veya resaykıl edilmeden önce  işlem yapılması gerekir. Atık su, tipik olarak hidrokarbonlar, çözünmüş maddeler, asılı katılar, fenoller, amonyak, sülfürler ve diğer bazı bileşikler içerir; ayrıca yoğunlaşmış buhar, stripping suyu, harcanmış kostik çözeltileri, soğutma suyu ve kazan atıkları, yıkama suyu, alkali ve asidik atıkların nötralizasyon suyu ve proseslerle-bağlantılı diğer sulardır.


Geleneksel atık su işlemleme üniteleri fiziksel, kimyasal ve biyolojik proseslerin bir kombinasyonudur. Ayrıca katı ve organik maddeleri uzaklaştırmak için bazı ek operasyonlar da uygulanır.

Atık su işlemleme aşamaları üç genel grup altında toplanabilir,

  • Hazırlık ve ön-işlemleme (birincil işlemleme),
  • İkincil işlemleme,
  • Üçüncül ve/veya ileri işlemleme aşamaları.

Hazırlık ve Ön İşlemleme Operasyonları

Hazırlık aşamasında, ilerideki işlemlemeleri zorlaştırmaması için atık sudaki iri katı maddeler ve diğer büyük kirlilikler elenerek veya süzülerek uzaklaştırılır.

Ön işlemleme, atık sudan hidrokarbonları ve katı maddeleri ayırmak için yapılır; API separatörleri, önleyici levhalar ve çökeltme havuzları asılı hidrokarbonları, yağlı tortuyu (sludge) ve katı maddeleri kendi ağırlıklarıyla (gravite) ayırır, toplar ve süzer; çökelebilen organik ve inorganik katılar sedimentasyonla, yüzebilen maddeler (hidrokarbonlar gibi) üstten sıyrılarak uzaklaştırılır.

Bazı suda-yağ emülsiyonlarının, yağ ve suyun ayrılmasını kolaylaştırmak için ısıtılması gerekir. Graviteyle ayrılma su ve suda çözünmemiş yağ damlaları arasındaki spesifik gravite farkına dayanır; atık su yüzeylerine tutunmuş olan yağ partikülleri ayrılır.

Asidik atık su amonyak, kireç veya soda külüyle nötralleştirilir. Alkali atık suda sülfürik asit, hidroklorik asit, karbon dioksitçe zengin flue gaz veya sülfürle işlem yapılır.

İkincil İşlemleme Operasyonları

Ön işlemlemeden sonra asılı katı maddeler sedimentasyonla veya havayla yüzdürülerek uzaklaştırılır. Katı maddesi az atık su elekten geçirilir veya süzülür. Ayrılmaya yardımcı olması için bazen flokülasyon maddeleri ilave edilir.

İkinci treatment prosesleri çözünebilen organik maddeleri biyolojik olarak parçalar ve oksitler; bunun için aktiflenmiş çamur (aktif sludge), süzme metotları veya anaerobik treatmentler kullanılır. Yüksek adsorbsiyon özellikleri olan maddeler sabit-yataklı filtrelerde kullanılır veya atık suya ilave edilerek sedimentasyon veya filtrasyonla ayrılabilecek çamur (slurry) oluşması sağlanır.

Aktif Çamur

Aktif çamur, evsel atık suların (kanalizasyon atık suları da dahil) biyolojik işlemlendirme proseslerinden biridir. Proseste atık suya hava veya oksijen basılarak biyolojik floklar (yığınlar) oluşturulur; bunlar atık sudaki organik maddeleri indirgeyerek parçalarlar. Tüm aktif çamur sistemlerinde atık su önce oksijenle yeterli derecede işlemlenir ve karışım bir çökelme tankına alınır, tankın üst kısmı tekrar işlemlenmeye alınır. Çökelen kısım çamurdur (sludge), bunun bir kısmı havalandırma tankına verilerek tanka gelen yeni ham atık su ve hava karışımına aşılama yapılır. Tankta kalan çamur gerekli işlemlerden sonra atılır.

Atık sudan yağlar ve kimyasal maddeleri ayırmak için ilave metotla kullanılır; sülfür ve amonyak varsa stripping, fenollerin bulunması halinde de solvent ekstraksiyon uygulanır.

Üçüncül İşlemleme Operasyonları

Üçüncül işlemlemeler, uygun deşarj gereksinimlerini karşılamak üzere özel kirliliklerin giderilmesi için yapılır. Bunlar arasında klorinasyon, ozonasyon, iyon değiştirme ters ozmozlama, aktiflenmiş karbonda adsorblama, v.s. işlemleri sayılabilir. Sıkıştırılmış oksijen atık suya difüzlenerek bazı kimyasal maddeleri oksitler veya gerekli oksijen ihtiyacını sağlar. Resaykıla alınan atık su soğutularak ısısı uzaklaştırılır, veya püskürtülerek ya da hava ile sıyrılarak (stripping) kalan fenoller, nitratlar ve amonyaktan arındırılır.

Endüstriyel atık su kaynakları üç genel grup altında toplanır,

·         Yağlı sular,
·         Evsel atık sular, ve
·         Kimyasal atık sular

Şekil-7‘de bir rafineri veya petrokimya kompleksinde yeralan bir atık su işlemleme ünitesinin akım şeması verilmiştir.


Şekil-7: Atık su işlemleme fabrikası

Stripping (sıyırma)

Stripping prosesinde atık su kolonda aşağı doğru akarken, buhar yukarı doğru hareket eder; yükselen buhar atık sudaki kirlilikleri (H2S, NH3 gibi) de sıyırarak beraberinde taşır. Çıkan buhar akımındaki bu maddeler örneğin kondensasyonla geri kazanılır ve zararsız hale getirilir.

Çöktürme (precipitation)

Atık su akımında bulunan bazı metal iyonları suda çözünmeyen hidroksitlerine dönüştürülerek çöktürülür ve süzülerek uzaklaştırılır. Bu amaçla en fazla kullanılan maddeler kostik (NaOH) ve kireçtir.

Koagülasyon

Koagülasyonla sudaki süspansiyon ve kolloidal haldeki maddeler uzaklaştırılır. Kolloidler hareket halindedirler, graviteyle çökelmezler. Alum veya demir(3) klorür gibi bileşikler, tanecikleri birbirlerinden uzakta tutan elektrik yüklerinin etkisini düşürerek ’floklar (yığın)’ halinde çökelmelerini sağlarlar. Floklar, ya yüzeye çıkarlar, veya dibe çökelirler.

Nötralizasyon

Asidik ve bazik atık sular bir homojenleştiricide pH kontrolü altında karıştırılarak nötralleştirilir. Nötralizasyon işlemi atık su biyolojik işleme girmeden önce yapılmalıdır; çünkü pH’daki önemli değişiklikler mikroorganizmaları öldürür.

Adsorbsiyon

Adsorbsiyon işlemi genellikle aktif karbonla yapılır; bu maddelerin poroziteleri çok yüksektir ve kanalları birbirlerine bağlayan karmaşık ağ yapılar vardır. Kanal yüzeylerindeki dengesiz moleküler kuvvetler bu tür karbona pek çok maddeyi adsorblama özelliği kazandırır; örneğin bir avuç aktif karbonun toplam yüzey alanı 10 futbol sahası kadar olabilir.

Oksidasyon

Atık sudaki bazı kirlilikler oksitlenerek biyolojik olarak parçalanabilir ve/veya adsorblanabilir maddelere dönüştürülür. Oksitleyici olarak oksijen, klor, ozon, hidrojen peroksit ve potasyum permanganat kullanılabilir. Oksidasyon pH kontrolü ve katalizör eşliğinde yapıldığında daha etkilidir.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli ve/veya kontrol, bakım ve programlı duruşlarda kullanılacak uygun personel koruyucu ekipmanın önemi anlatılmalıdır.

Yangın Önleme ve Korunma: Atık suda bulunan hidrokarbon buharlarının işlemlemeler sırasında yakıcı bir kaynakla temas etmesi yangın çıkmasına se bep olabilir.

8. Isı Değiştiriciler, Soğutucular, Isıtıcılar

Isıtma Operasyonları: Proses ısıtıcıları ve ısı değiştiriciler hammaddeyi, distilasyon kulelerinde ve rafineri proseslerinde reaksiyon sıcaklığına gelinceye kadar ısıtırlar (ön ısıtma). Isı değiştiriciler ya buhar (steam) veya sıcak hidrokarbon kullanır; bunlar prosesin diğer bazı bölümlerinden transfer edilir. Isıtıcılar, genellikle özel proses operasyonları için dizayn edilirler; çoğu silindirik (dikey) veya kutu (box)-tip dizaynlardır. Proses ünitelerine gerekli ısının büyük kısmı alevli ısıtıcılardan sağlanır; bunlarda kullanılan yakıtlar rafineri gazları, doğal gaz, distilat ve kalıntı yağlardır. Alevli ısıtıcılar hampetrol ve reformer ön ısıtıcılarında, koklaştırıcı ısıtıcılarında ve büyük-kolon reboilerlerinde bulunur.

Soğutma Operasyonları: Bazı proseslerden ısının uzaklaştırılması gerekir; bunun için hava, su değiştiriciler, fanlar, gaz ve sıvı soğutucular ve tepe kondenserleri kullanılır, veya diğer sistemlere transfer edilir.Bir veya daha fazla proses ünitesine servis verebilen mekanik buhar-sıkıştırma soğutma sisteminde, bir buharlaştırıcı, kompresör, soğutucu, kontrol mekanizmaları ve bağlantı boruları bulunur. Çok kullanılan soğutucular su, alkol/su karışımları veya çeşitli glikol çözeltileridir.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Sistemler kapalı olduğundan normal çalışma koşullarında maddelerle temas olasılığı çok azdır. Yakıt, proses operasyonu ve ünitenin dizaynına bağlı olarak hidrojen sülfür, karbon monoksit, hidrokarbonlar, buhar kazanı besleme suyu, tortu ve su işlemleme kimyasal maddeleriyle temas potansiyeli vardır. Kazan buharlarında fenolik bileşikler olabileceğinden cilde temasından kaçınılmalıdır. Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli ve/veya, kimyasal maddelerle çalışılırken ve gürültü, radyant ısı, aşırı ısınmış buhar, sıcak hidrokarbondan korunma, örnek alma, kontrol etme, bakım, genel duruş gibi hallerde, uygun personel koruyucu ekipmanların gereği anlatılmalıdır.

Güvenlik: Isıtıcı tüplerden, başlıklar takılıp çıkarılmadan önce tüm basınçlar kaldırılmalıdır. Isı değiştirici boru sistemlerinde, sıvıyla doluyken bloke olmaması için basıncın uygun bir yöntemle giderilmesine hazırlıklı olunmalıdır. Kontrol sistemleri yeteli olmazsa ısı değiştiricinin her iki tarafında da sıcaklık ve basınç dalgalanmaları olur. Isı değiştirici tüplerinin yetersizleşmesi ve proses basıncının ısıtıcı basıncından büyük olması durumunda ürün alt akımla ısıtıcı içine girer.

Proses basıncı ısıtıcı basıncından daha düşükse ısıtıcıda bulunan sıvı (akım)  proses akışkanına karışır. Sıvı veya gaz soğutucularda sirkülasyon yeterli değilse, artan ürün sıcaklığı alt akım (downstream) operasyonlarını etkileyeceğinden basınç düşürmelidir.

Yangın Önleme ve Korunma: Fırınlarda yakıt olarak hafif hidrokarbonlar kullanıldığında patlama tehlikesine karşı su buharı pörcü ile veya uygun bir yöntemle yanmayan hidrokarbon buharları ortamdan sürüklenerek uzaklaştırılır. Her ünite için özel start-up (devreye alma) veya acil durum işlemlerine gereksinim vardır. Eğer fanlarda (fin-fan) alevlenme olursa, aşırı ısınma nedeniyle fanlar bozulur. Bir ısı değiştiriciden veya soğutucudan herhangi bir delik olması durumunda alevlenebilir ürün kaçağı yangına sebep olur.

9. Basınç Düşürme (Relief) ve Baca (Flare) Sistemleri

Basınç-Düşürme Sistemleri

Basınç-relief sistemleri, basınç giderici cihazlardan ve atmosfere verilen (blow-downs) hidrokarbon buharları ve sıvıları kontrol eder. Basınç düşürme otomatiktir ve planlanmış olarak yapılır; operasyon basıncı önceden belirlenen seviyeye geldiğinde devreye girer. Blowdown işlemi, proses ünitelerinin devreye alınması, fırın blowdownları, duruşlar, ve acil durumlarda yapılır. Basınçlı kaplardan, yangın çıkması halinde buharların hızla uzaklaştırılmasıyla basınç düşürülür; bu işlem, relief valften daha düşük basınçlarda açılan bir diskle sağlanır.

Emniyet Valfi (Relief Valf) Operasyonları

Emniyet valfleri hidrokarbon buharları ve sıvılarda olduğu kadar, hava, buhar ve gazlar için de kullanılır; normal çalışma basınçlarının üstünde bir basınç oluştuğunda, vana, basınç artışıyla orantılı olarak açılır. Emniyet valfleri, çoğunlukla tamamen açılarak yüksek hacimlerde buharı boşaltabilecek şekilde dizayn edilmişlerdir.Çok sıkı kapatılmış ve büyük hacimlerin boşaltılması gereken yerlerde pilotla-çalışan emniyet valfleri (normalden altı kat daha kapasiteli) kullanılır. Uçucu olmayan sıvılar, çoğunlukla, yağ-su ayırıcıya ve geri kazanma sistemlerine pompalanır; uçucu sıvılar daha düşük basınçlarda çalışan ünitelere gönderilir.

Baca Sistemleri

Tipik bir kapalı basınç giderme ve baca sisteminde relief valfler ve proses ünitelerinden gelen deşarj hatları, buharlar ve sıvıların ayrıldığı dramlar, contalar (seals) ve/veya pörc gaz ile bir baca ve tutuşturucu sistem (doğrudan atmosfere atılması istenmeyen çeşitli buharları yakar) bulunur. Bacanın ucuna buhar (su buharı) injekte edilerek yanma sırasında oluşan is azaltılır.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli, kontrol, bakım ve programlı duruşlarda kullanılacak uygun personel koruyucu ekipmanın önemi anlatılmalıdır.

Güvenlik: Bir buhar atık sistemine sıvılar doğrudan  boşaltılmamalıdır. Baca dramları ve bacalar, acil hallerde fazla miktarlarda atığı uzaklaştırabilecek kapasitede olmalı, dramlarda, aşırı basınç oluşmasına karşı vana bulunmalıdır.

Rafineri proseslerinde, aşağıdaki nedenlerle aşırı basınç oluşma potansiyeli vardır; bu gibi durumlarda basınç relief valfleri olması gerekir:

·         Soğutma suyu kaybı; bu durum kondenserlerde basıncın azalmasına ve proses ünitesinde basıncın artmasına yol açar.
·         Geri akış (reflux) hacminde azalma; bu durum kondenserlerde basınç düşmesine ve distilasyon kulelerinde basınç yükselmesine neden olur (reflux, kuleden buhar halinde çıkan maddelerin hacmini etkiler).
·         Yüksek sıcaklıklarda çalışan proses kaplarına daha düşük-kaynama noktalı bir sıvının (su da dahil) enjeksiyonuyla hızla buharlaşma olacağından basınç yükselir.
·         Aşırı ısınmış proses buharı nedeniyle genleşme ve aşırı-basınç ısıtıcıların hasarlanmasına veya yangına yol açar.
·         Otomatik kontrol sistemlerinde arızalanmalar, kapalı çıkış noktaları ve ısı değiştiricilerde hasarlanma, v.s.
  • İç patlama, kimyasal reaksiyon, termal genleşme veya gaz sıkışmaları.

Valflerin fonksiyonel olabilmesi için bakım çok önemlidir. En çok karşılaşılan operasyon sorunları aşağıda belirtilmiştir:

·         Ayar basıncının açılmasında sorun; valf girişi veya çıkışında tıkanma veya korozyon nedeniyle disk tutucu ve kılavuzların iyi çalışmaması.
·         Valfın attıktan (açıldıktan) sonra tekrar yerine oturmasında sorun; gaz akımında bulunabilecek katı tanecikler valf disklerini çizeceği için diskin oturacağı yerde veya hareketli parçalarda korozyon olabilir, birikinti toplanır.
·         Uygun olmayan açılma; çalışma basıncının, valfın açma ayar basıncına (set noktası) çok yakın olması.

Yangın Önleme ve Korunma: Yakıcı kaynakların bulunduğu yerlerde buharlar (hidrokarbon) ve gazlar boşaltılmamalıdır.

10. Gaz ve Hava Kompresörleri

Rafineride gaz ve hava sıkıştırmada hem pistonlu ve hem de santrifüjlü kompresörler kullanılır. Hava kompresör sistemlerinde kompresörler, soğutucular, hava alıcılar, hava kurutucular, kontrol ekipmanları ve dağıtım boruları bulunur. Bazı proseslere hava vermek için püskürtücüler (blower) kullanılır. Havayla-tozlaştırma, katalizör rejenerasyonu, proses ısıtıcıları, buhar-havayla dekoklaştırma, acı-su oksidasyonu, benzin sweetening, asfalt şişirme ve diğer bazı operasyonlar için fabrika havasından yararlanılır. Pnömatik enstrümanlar ve kontrollerde, hava motorları ve bağlantılarda ise enstrüman havası kullanılır.

Sağlık ve Güvenlik:

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri verilmelidir; gürültüye karşı, kontrol ve bakım çalışmaları sırasında karşılaşılacak tehlikeli durumlarda koruyucu personel ekipmanı kullanımı gereği anlatılmalıdır. Fabrika ve enstrüman havasının teneffüs edilmemesi veya içme suyunun basınçlandırılmasında kullanılmaması için çeşitli uyarma yöntemleri gereklidir.

Güvenlik: Gaz kompresörlerine sıvı girmesini önleyici dramlar olmalıdır. Gazların katı maddelerle kirlenmemesi için süzgeçler kullanılır. Otomatik kompresör kontrollerinde olabilecek arızalar prosesleri etkiler. Maksimum basıncın kompresör basıncından veya proses-ekipman dizayn basıncından daha fazla olması halinde basınç azaltılması gerekir. Kompresördeki hareketli parçalar, olabilecek olumsuzluklara zamanında müdahale edebilmek için izlenmelidir. Kompresörlerin yerleştirildiği binalar şartnameleri karşılamalı, havalandırılmalıdır.

Enstrüman havasının fabrika havasıyla yedeklendiği yerlerde, bağlantıların, enstrüman havası kurutma sisteminin üstünden yapılması gerekir; böylece enstrümanların nemle kirlenmesi önlenmiş olur. Güç kesilmesi veya kompresörün arızalanması gibi durumlarda enstrüman havasına alternatif kaynaklara (nitrojen kullanılması gibi) gereksinim olur.

Yangın Önleme ve Korunma: Hava kompresörleri, alevlenebilen buharlar veya korozif gazların emilemeyeceği alanlara yerleştirilmelidirler. Gaz kompresörlerinde herhangi bir delik oluşması potansiyel bir yangın tehlikesidir.

11. Gemi ve Tanker Yükleme, Boşaltma

Sıvı hidrokarbonları gemi sarnıçlarına, tankerlere, mavnalara ve bu amaçla kullanılan diğer taşıtlara yüklenmesi, genellikle, rafineri operasyonlarının bir parçasıdır. Yükleme işlemlerinin nasıl yapılacağının saptanmasında, ürünlerin özellikleri, dağıtım gereksinimleri ve çalışma kriterleri önemlidir. Tankerler ve tanker vagonları ya üstten veya dipten yüklenir; gerekli durumlarda buhar-geri kazanma sistemleri bulunur. Sıvılaştırılmış petrol gazlarının (LPG) yüklenmesi, sıvı hidrokarbonlarınkine ilave olarak bazı özel önlemler gerektirir.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Yükleme ve boşaltma işlemlerinde sağlıkla ilgili tehlikeler, yüklenen ürünlere ve tanker, gemi sarnıçları veya diğer araçlarda önceden taşınmış ürünlere bağlıdır. Güvenli çalışma eğitimleri verilmeli ve/veya yükleme veya boşaltma sırasında temizlik yapılırken veya kontrol, örnek alma ve bakım (dolum ekipmanında ve buhar geri kazanma sistemlerinde) sırasında tehlikeli maddelerle temas edilirken uygun personel koruyucu ekipman kullanımının önemi anlatılmalıdır.

Güvenlik: Üstten veya dipten yüklemede, sızıntı veya aşırı dolma olduğunda yüklemeyi kesmek için dolum başlıklarında otomatik veya el ile durdurma sistemleri olmalıdır. Üstten yüklemede, personelin düşme tehlikesine karşı tırabzan gibi koruyucu yapılar olmalıdır. Taşma, köpürme, sızma gibi durumlarda ürünü kaybetmemek için drenaj ve geri kazanma sistemleri bulunmalıdır. LPG yüklemede tankerlerin aşırı yüklenmemesi ve aşırı basınçlı olmaması için gerekli önlemler alınmalıdır.

Yangın Önleme ve Korunma: Olabilecek kaçakların yakıcı bir kaynakla teması potansiyel yangın tehlikesidir. Şalterle-yükleme yapılan yerlerde gerekli güvenlik önlemleri alınmalıdır. Yükleme yeri ve tanker arasındaki elektrik şarjı eşitlenerek, tanker ve vagon yüklemesinde kullanılan sistemler topraklanarak elektrik akımları güven altına alınır. Statik elektrik oluşması ve deşarj olmasını önlemek için gemi dok boru bağlantılarında izolasyonlu flanşlar kullanılır. Yükleme yerleri ve gemi buhar-geri kazanma hatlarına alev kesiciler yerleştirilerek oluşabilecek alevlerin yayılmaları önlenir.

12. Pompalar, Borular, Valfler

Hidrokarbonlar, proses suyu, yangın suyu ve atık su, rafineri içinde boru hatlarıyla santrifüj ve pozitif-yer değiştirmeli (örneğin, pistonlu) pompalar vasıtasıyla taşınır. Pompalar elektrik motorları, buhar türbinleri veya iç yanmalı motorlarla çalıştırılır; tipi, kapasitesi ve yapıldığı malzeme kullanıldığı yere göre değişir. Buhar, su ve diğer ürünler proses ve yardımcı işletmeler boru hattı sistemiyle dağıtılır. Bunların boyutları ve malzemeleri, servisin tipine, basınca, sıcaklığa ve ürünün yapısına bağlıdır.

Boru hatları üzerinde ventler, dreynler ve örnek almak için bağlantılarla koruyucu kaplamalar bulunur. Çalışma amaçlarına göre değişik tiplerde valfler vardır. Bunlar arasında gate valfler, baypas valfler, glob ve bilyalı (ball) valfler, tapa (plug) valfler, blok ve bleed valfler ve çek (check, kontrol) valfler sayılabilir. Valfler elle veya otomatik olarak çalıştırılabilir.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri ve/veya pompaları valfleri ve/veya boru hatlarını açarken veya boşaltırken, ürün örneklerinin alınması ve kontrol edilmesi sırasında, bakım çalışmalarında uygun personel koruyucu ekipman gereklidir.

Güvenlik: Otomatik pompa kontrollerinde aksama, proses basıncı ve sıcaklığında dalgalanmalara neden olur. Düşük akımda veya akımsız çalıştırılan pompa aşırı ısınır ve hasarlanır. Aşırı basınçla karşılaşabilecek pompaların deşarj borusunda basınç düşürücü olmalıdır. Boru hatlarının genleşme, harekat etme ve sıcaklık değişikliklerinden etkilenmemesi için gerekli koruyucu önlemler alınmalıdır. Valfler ve enstrümanların yerleşimleri, gerekli bakım ve servisin verilebileceği şekilde olmalıdır.

Yangın Önleme ve Korunma: Hidrokarbon pompaları, valfler veya boru hatlarında delinmeler hidrokarbon buhar kaçaklarına, dolayısıyla yakıcı kaynaklarla temas ederek yangın çıkmasına neden olabilirler. Uzaktan algılayıcılar, kontrol valfleri, yangın valfleri ve izolasyon valfleriyle bu tip tehlikeli durumlar en aza indirilebilir.

13. Tank Depolama

Rafineride hampetroller, ara hidrokarbonlar (proses sırasında), ve son ürünler için atmosferik depo tankları ve basınçlı depo tankları kullanılır. Tanklar da yangın suyu, proses ve treatment suyu, asitler, katkı maddeleri ve diğer kimyasal maddelere karşı dayanıklı olmalıdır. Tankların tipi, şekli, malzemesi, kapasitesi ve yerleşim yeri, kullanım amacına ve depolanacak maddeye bağlıdır.

Sağlık ve Güvenlik

Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri ve/veya üründen örnek almada, göstergelerin kullanılmasında, kontrol ve bakım sırasında uygun personel koruyucu ekipman kullanımı gereklidir.

Güvenlik: Tanklarda aşırı doluluk ya otomatik taşkan kontrolü ve alarm sistemleriyle, veya elle kontrol edilen göstergelerle denetlenir.

Yangın Önleme ve Korunma: Hidrokarbon depo tanklarının aşırı doldurulması veya delikler oluşması hidrokarbonların sızmasına veya buharlarının kaçmasına neden olacağından bunların yakıcı kaynaklarla teması yangına yol açabilir. Tanklarda uzaktan kumandalı sensörler, kontrol valfleri, izolasyon valfleri ve yangın valfleri bulunmalıdır; tank içinde, tank kanalında veya depolama sahasında yangın çıktığında dışarı-pompalama veya o bölgeyi veya kısmı kapatarak izole eder.


GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)