Yardımcı İşletmeler ve Diğer Sistemler (utilities and other systems)

Rafineri ve petrokimya komplekslerinde temel ünitelere veya fabrikalara servis sağlayan ve ‘Yardımcı İşletmeler’ ve ‘Diğer Servisler’ olarak adlandırılabilecek hizmetlerden, SU ÖNARITMA, BUHAR ÜRETİM, TÜRBİNLER, ELEKTRİK GÜCÜ, SOĞUTMA KULELERİ, HAVA-AZOT ve ATIK SU İŞLEMLEME Üniteleri Yardımcı İşletmeler olarak sayılabilir.

Diğer sistemler çok çeşitlidir; bunlar aşağıdaki şekilde gruplandırılarak ele alınmıştır:

·         Isı Değiştiriciler, Soğutucular, Isıtıcılar

·         Basınç Düşürme (Relief) Ve Baca (Flare)  Sistemleri

·         Borular, Bağlantı Parçaları, Vanalar

·         Pompalar, Fanlar, Kompresörler

·         Ölçme Cihazları

·         Gemi Ve Tanker Operasyonları

·         Depolama Ve Sanayideki Kaplar

1. YARDIMCI İŞLETMELER

1.1. 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 kullanım yerlerine dağıtılır; başlıca tüketim alanları olarak, soğutma kuleleri, proses suyu, demineralize ünitesi besleme suyu, içme suyu (özellikle büyük komplekslerde) ve diğerleri (yangın suyu, temizlik, v.s., gibi) sayılabilir.

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: 1. Ham suyun işlenmesi, 2. İçme suyunun işlenmesi, 3. İşlemlerde 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.

Stokes Kanunu  v = çökelme hızı, cm/s, r = yoğunluk, g/cm3, r = tanecik çapı, cm, m = akışkanın (su) dinamik viskozitesi, S= taneciğin havuzda alıkonma süresi, V = havuzun hacmi, m3, L = suyun havuzdan akış hızı, m3/saat Tanecik büyüklüğü ve yaklaşık çökelme zamanı ilişkisi Tanecik zaman Tanecik zaman 1.0 mm 3 sn 0.001 mm 55 sa. 0.1 mm 38 sn 0.0001 mm 230 gün 0.01 mm 33 dak. 0.00001 mm 6.3 yıl

Su Arıtma Kimyasal Maddeleri: Koagülantlar; aluminyum sülfat (alum), polialuminyum klorür, ferrik klorür, ferrik sülfat. Flokülantlar; polimerler polielektrolitler; poliakrilamidler, poliamidler. Klorür bileşikleri; kalsiyum hipoklorür, sodyum hipoklorür. Diğerleri; sodyum karbonat, kalsiyum hidroksit, sodyum aluminat, potasyum permanganat, silika kumu, sülfürik asit, sodyum hidroksit, hidroklorik asit

Şekil-1: Su önarıtma prosesi

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, 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 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. Son aşama klorlamadır; klor sudaki bakterilerin çoğalmasını engeller.

Şekil-2: (a) Rafinerilerde genel su dengesi, (b) bir rafineride başlıca su tüketim noktaları

1.2. Buhar Üretim

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.

Su sabit basınç altında ısıtıldığında kaynayıncaya kadar sıcaklığı yükselir. Buharlaşan suyun sıcaklığı, buharlaşma süresince sabit kalır. Her basınca uygun bir kaynama sıcaklığı vardır; buna "doygunluk sıcaklığı" denir. Örneğin,14.7 psi (1 atm.) basınçta suyun doygunluk sıcaklığı 212 ⁰F (100 ⁰C) tır. 14.7 psi ve 70 ⁰F daki su doygun değildir, doygun olabilmesi için 212 ⁰F a kadar ısıtılması gerekir.

Doygunluk sıcaklığında su içermeyen buhara "doygun (saturated) buhar" denir. Susuz ısınmış buhara ısı ilave edilirse sıcaklığı yükselir ve "aşırı doygun (super-heated) veya "kızgın buhar" haline geçer.Aşırı doygun buharın özelliği sıcaklık ve basıncıyla belirtilir. Ancak, doygunluk sıcaklığındaki bir buhar kuru olabilir (susuz) veya az miktarda su içerebilir.Bu gibi ıslak buharı tanımlamak için basıncı ve kalitesi belirtilmelidir.

                     kuru buhar ağırlığı

kalite = ———————————————

             kuru buhar ağırlığı + su ağırlığı

Belirli bir sıcaklıktaki su, bu sıcaklığın karşıladığı basıncın üstünde bir basınçta tutulabilir; örneğin 212 ⁰F daki su,14.7 psia yerine 200 psia gibi bir basınca getirilebilir. Buna"sıkıştırılmış su" denilmektedir. Sıkıştırılmış suyun bir özelliği, ısı ilavesiyle buharlaşma olmadan sıcaklık yükselmesi sağlanabilmesidir. Sıcaklıktaki yükselme, uygulanan yüksek basınçtaki doygunluk noktasına kadar sürer.

1. 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.

Şekil-3: Buhar üretim sistemi

2. 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.

3. Buhar Dağıtımı

Sanayi tesislerinde buharın kullanım çevrimi, şematik olarak Şekil-4’de gösterilmiştir. Tesislerin genel enerji dengeleri çoğunlukla bu gibi şematik çevrimler üzerinde hesaplanarak kurulur ve sonra detaylandırılır.

Modern Petrokimya ve Rafineri tesislerinde, fabrikaların ihtiyacı olan buharın üretilmesi dışında, ihtiyaç olan enerji seviyesinin üzerine buhar üretilerek fazla buhardan elektrik elde edilir. Burada söylenenler, fabrika buhar dengesi şemasından (Şekil-4) kolayca görülür. Kazandan üretilen buhar yüksek enerji seviyesindedir. Mesela p = 100 atm, t = 480 ⁰C gibi, yani elektrik üretimine elverişli yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı kızgın buhardır. Bu buhar elektrik türbinine gönderilip elektrik üretilirken, türbinin muhtelif noktalarından da fabrikalarda kullanılacak buhar alınır.

Çok yüksek basınçtaki buhar enerjisi ile, türbinden çekilen (alınan) buharın enerji seviyesi arasındaki fark, enerji elektrik üretiminde kullanılmış demektir. Tabii bu dönüşüm her çevrimde olduğu gibi belli bir verimle gerçekleşir. Fabrikalara gerekli proses buharı böylece daha ekonomik elde edilmiş olur.

Türbinlerin çoğunda bir de yoğunlaştırıcı bulunur. Fabrikaların ihtiyacı olmayan ancak kazanlarda üretilmiş buharın enerjisinden tümüyle yararlanmak için buhar yoğunlaştırılır. Yoğunlaşma sırasında sıcaklık 100 ⁰C'nin altına düşürüldüğünde, dışarıyla (atmosfer ile) temas da kesilmişse, vakum yaratılmış olur. Örneğin, p = 1 in Hg (25.4 mm Hg) mutlak basınç altında bulunan suyun sıcaklığı 26 ⁰C dir. Oysa p = 1.4 kg/cm²g basınçtaki doymuş buharın ve suyun sıcaklığı 110 ⁰C dir.

Fabrikalarda ısıtma işlemlerinde, mekanik enerji elde edilmesinde, veya proseslerde doğrudan yahut dolaylı katılarak kullanılan buharın mümkün olan miktarda geri kazanılmasına çalışılır. Geri kazanılan, yoğunlaşmış buharlara kondensat adı verilir. Bazı fabrikalarda proses gereği buhar da üretilebilir; bunlarda çevrime dahil edilirler. Kazan besleme suyu, elektrik üretiminden gelen kondensat, fabrikalardan geri dönen kondensat, ve ikmal suyu ısıtma için kullanılan buharın yoğunlaşması ile oluşan, sulardan oluşur.

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-4: Büyük bir sanayi tesisinde tipik bir buhar dengesi

Rankine Çevrimi Basit güç ünitelerinin ideal veya teorik çevrimi, Şekil-5’de görülen Rankine çevrimi ile tanımlanır; sistem buhar kazanı, buhar türbini, kondenser (düşük basınçlı buharı atmosfer basıncının altına yoğunlaştırır) ve buhar kazanına sıcak suyu basan pompadan oluşur. m = çevrimin kütle akışını gösterdiğine göre: 1 → 2: isentropik genleşme (buhar türbini)                   : Wtürbin = m (h1 - h2) 2 → 3: izobarik ısı çıkışı (kondenser): Qçıkış = m (h2 - h3) 3 → 4: isentropik sıkıştırma (pompa): Wpompa = m (h3 - h4) 4 → 1: izobarik ısı girişi (kazan, buhar jeneratörü: Qgiriş = m (h1 - h4)

Şekil-5: Rankine çevriminin akım diyagramı, (b) T – s diyagramı

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

1.3. Türbinler

Türbinlerde elektrik, genellikle gaz veya buharla üretir ve tipik olarak pompalar, kompresörler, üfleyiciler ve diğer rafineri proses ekipmanlarında kullanılırlar.

a. Buhar Türbinleri

Buharın itme gücünden yararlanılarak yapılan ısı makinelerinden biri de buhar türbinleridir (Bak. Rankine Çevrimi). Türbinler rotor adı verilen, bir döner silindir ve ona buhar püskürten borudan oluşmaktadır. Bu silindirin üzerinde çepeçevre kanatçıklar vardır; kantçıklara püskürtülen buhar, silindirin dönmesini sağlar. Dönen rotora bağlı bir mil aracılığıyla mekanik enerji edilir. Yeni geliştirilen türbinlerde zincirleme enerji üretmektedir. Örneğin rotora gönderilip görevini tamamlayan buhar, daha sonra ona bağlı bir başka rotora gönderilerek, zincirleme enerji elde edilebilir. Buhar türbinlerinde, buharın potansiyel enerjisi kinetik enerjiye ve kinetik enerji de mekanik enerjiye dönüştürülür. Sabit kanada giren buharın basınç ve sıcaklığı düşürülür. Buna karşılık buhar belirli bir hız kazanır. Hız kazanmış olan buhar hareketli kanatlara çarparak mekanik enerji üretilir.

Türbinler buhar makinelerinden daha küçüktür, daha az yer kaplarlar. Elektrik enerjisi sağlamada buhar türbinlerinden yararlanılmaktadır. Termik elektrik santrallerinden türbinlere bağlı dinamolar ve alternatörler aracılığıyla elektrik enerjisi elde edilmektedir. .

Buhar Türbinlerinin Sınıflandırılması

Çalışma Prensibine Göre:

·         Aksiyon Türbinleri; basınç ve sıcaklık düşüşü, sadece sabit kanatlarda yapılır

·         Reaksiyon Türbinleri; basınç ve sıcaklık düşüşü hem sabit, hem de hareketli kanatlarda yapılır

Buhar Akış Doğrultusuna Göre:

·         Eksenel Akışlı Türbinler; buharın türbin içinde akış doğrultusu türbin mili eksenine paraleldir

·         Radyal ve Çapsal Türbinler; buharın türbin içinde akış doğrultusu türbin mili eksenine diktir

Çalışma Koşullarına Göre:

Kondensasyonlu Türbinler: Bu türbinlerde türbinde buharın çıkış basıncı (P₀) atmosfer basıncının altındadır(yani eksi (-) basınç altındadır). (P₀ < P_atm ) Bu, türbin çıkışına kondenser adını verdiğimiz ısı eşanjörü yardımıyla buharın yoğuşturulmasıyla sağlanır. Bütün güç türbinleri (Santral ve Gemi) bu şekilde yapılır.

Karşı Basınçlı Türbinler: Bu tipte çıkış basıncı atmosfer basıncının üzerindedir. (P₀ > P_atm ). Özellikle elektrik ve ısının beraber kullanıldığı endüstri türbinleri bu tipte yapılır. Burada elektrik üretmenin yanında tesisin ihtiyacı olan ısıda türbinden çıkan nispeten yüksek basınç ve sıcaklıktaki buharla sağlanır.

Ara Buhar Türbinleri: Endüstri tipi türbinlerdir. Bu türbinlerde, belirli basamaklardan çekilen buhar ile proses ısısı üretilir.

Çift Basınç Türbinleri: Bu türbinlerde türbinin iki noktasından buhar girişi yapılır. Ana girişten taze buhar, diğer girişten ise herhangi bir kaynaktan sağlanan daha düşük basınç ve sıcaklıktaki buhar türbine girer.

b. Gaz Türbinleri

Gaz türbini tersine çalışan bir gaz kompresörüdür. Sıkıştırılmış gaz türbin kanatçıklarına çarparak milin dönüşünü ve hareketi sağlar. Gaz türbinleri bazı enerji santralleri ve jet motorlarında kullanılır. Diğer motor tiplerine göre daha fazla güç üretir fakat daha maliyetlidir. Gaz türbini, yanma ile açığa çıkan ısı enejisini mekanik enerjiye çevirir.

Bir gaz türbini basit olarak 3 bölümden oluşur:

·         Kompresör; gelen havayı yüksek basınçlara sıkıştırır

·         Yakma hücresi; yakıtı yakar, yüksek basınçlı, yüksek akış hızlı gaz üretir

·         Türbin; gelen bu gazın enerjisini kullanır

Türbinin bir ucundan giren hava kompresör tarafından basıncı artırıldıktan sonra yanma odasında içine yakıt püskürtülmek suretiyle yakılır. Yanma sonucu yüksek basınç ve sıcaklığa (entalpiye) kavuşan hava türbin kanatlarına çarparak türbini döndürür.

Şekil-6: Bir gaz türbini şematik görünümü

Üretilen enerji diğer uygulamalarda bir şaftı çevirmek için de kullanılır. Bu tip gaz türbinlerinde türbin bıçakları çok daha fazla sayıdadır ve türbine aktarılan kinetik enerji kompresörü çalıştırmak için gereken enerjiden çok daha fazladır.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

1.4. 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.

Şekil-7. Dünya elektrik üretim kaynakları toplam
bürüt üretim 15391 milyar kW saat

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

1.5. 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-5.8‘de 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-8: Soğutma suyu üretimi

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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 pompalarındaki güç kaybı, rafineri operasyonlarında ciddi sonuçlar yaratır. Soğutma suyundaki safsızlıklar boruları, ısı değiştiricileri korozyona uğratır, çözünmüş tuzlar borular üzerinde pullar 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.

1.6. 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) 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-9: Havanın sıvılaştırılması

1.7. 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

1. 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.

Berraklaştırma: Berraklaştırma tankına giren atık sudaki çözünmemiş maddelerden yoğunluğu yüksek olanlar çökelirken düşük yoğunluklular yüzeye çıkarlar.Berraklaştırıcının tabanında dönen bir sıyırıcı (tırmık) kenarlarda çökelen çamurun orta kısma yönlenmesini sağlar. Yüzer haldeki maddeler hareketli bir kevgirle (skimmer) toplanır.  Havayla yüzdürme: Havayla yüzdürme işlemi atık sudaki yağların ayrılması amacıyla uygulanır. Atık su,3-5 atmosfer hava basılarak havayla-doygun hale getirilir; yüzdürme ünitesinde normal basınca düşen su-hava karışımından ince hava kabarcıkları çıkarken üzerlerine yapışmış yağ damlacıkları ve asılı katı maddeleri de beraberinde taşır. Yüzeye çıkan bu maddeler kevgirle toplanarak uzaklaştırılır.

2. 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.

3. 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 (Şekil-10):

·         Yağlı sular

·         Evsel atık sular

·         Kimyasal atık sular

Bir aktif çamur sisteminin şematik görünümü Çöktürme Koagülasyon

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.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

Şekil-10: Atık su işlemleme fabrikası

2. DİĞER SİSTEMLER

2.1. Isı Değiştiriciler, Soğutucular

a. Isıtma Operasyonları

Endüstriyel cihazlarda ısı enerjisi çeşitli yöntemlerle transfer edilir; elektrikli ısıtıcılarda kondüksiyonla; ısı değiştiriciler, kaynatma kazanları ve kondenserlerde kondüksiyon-konveksiyonla; fırınlar ve radyant-ısılı kurutucularda radyasyonla; diğer bazı özel yöntemlerle.

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.

Isı değiştirici, enerjinin bir akışkandan katı bir yüzey aracılığıyla diğer bir akışkana transfer edildiği bir ekipmandır; örneğin, ön ısıtıcılar, buhar kazanları ve kondenserler gibi.

Şekil-11: Tek geçişli 1-1 karşı akımlı ısı değiştirici; A: bafıllar (perdeler), B: tüpler, C: kılavuz çubukları, D: tüp tutucular (aynalar), E: ayırıcı tüpler

Şekil-12: Paralel-karşı akımlı ısı değiştirici

Şekil-13: İki geçişli yüzer kafalı kondenser

Isı Değiştiriciler

Tüpler ve Tüp Aynaları: Tüpler çeşitli metallerden yapılır, standart BWG numaraları ile tanımlanır; tüpün et (duvar) kalınlığı ve çapı belirtilir.

Kovan ve Bafıllar: Kovan çapları standarttır. 23 in (58.4 cm) ve daha küçük kovanların çapları ATSM boru standartlarına uygundur. Bafıllar (perdeler), gövde içerisine yerleştirilirler, gövde tarafından geçen akışkanın gövde içerisinde daha uzun kalmasını sağlar.

U Tüp Demetli Isı Değiştiriciler: Tek bir aynaya bağlı olduklarından sıcaklık değişikliğinin etkisi ile demetin uzaması bir sakınca meydana getirmez. Bu nedenle tüp tarafı ile gövde tarafı arasında büyük sıcaklık farklarına müsaade edilir.

Tek-Geçişli 1-1 Isı Değiştirici: Basit çift borulu ısı değiştiricilerde tüp sayısı az olduğundan istenilen akış hızlarına ulaşılamaz. Kovan-tüp konstrüksiyon için bir kaç tane çift-borulu değiştirici kullanıldığında ise, dış tüpler için gerekli metalin ağırlığı çok fazla olur.

1-2 Paralel-Karşı Akımlı Isı Değiştirici: Çok geçişli ısı değiştiricilerde tüp-tarafı geçişleri çift sayılıdır. Kovan tarafı tek-geçişli veya çok-geçişli olabilir.

2–4 Isı Değiştiriciler: 1-2 Isı değiştiricide, paralel akış olduğundan, bir akışkanın çıkış sıcaklığı, diğer akışkanın giriş sıcaklığına fazla yakınlaşamaz; yani, 1-2 tipindeki değiştiricilerde, geri-kazanılan ısı düşüktür.

b. 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.

Kondenserler(Yoğunlaştırıcılar)

Buharları, iç ısılarını uzaklaştırarak yoğunlaştırmada kullanılan özel ısı transfer cihazlarına kondenser denilmektedir. Bir kondenser, işlem sırasında soğutucusunun sıcaklığı yükseldiğinden, aynı zamanda bir ısıtıcı gibi de davranır.

Fakat yoğunlaştırıcı etkisi önemli olduğundan, kondenser adı uygun bulunmuştur. Kondenserler iki gruba ayrılır:

1.     kovan-ve-tüp kondenserler; yoğunlaşan buhar ve soğutucu, düz bir ısı transfer yüzeyi ile ayrılır

2.     kontaklı (ilişkili)-kondenserler; soğutucu ve buhar (ikisi de sudur), fiziksel olarak karışık haldedir, fakat kondenseri tek bir akım olarak terk ederler

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

2.2. Basınç Düşürme (Relief) Ve Baca (Flare) Sistemleri

1. 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.

2. 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.

3. 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.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

2.3. Borular, Bağlantı Parçaları, Vanalar

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.

a. Borular ve Tüpler

Su, gaz, petrol gibi akışkanların bir yerden başka bir yere taşınmasında kullanılan kil, beton, ağaç, grafit, plastik, asbest, cam ve çeşitli metallerden yapılmış malzemeler "boru" olarak tarif edilir.

Tahmin edildiği gibi borular yaklaşık 5000 yıldan bu yana insanlığın kullanımında bulunmaktadır. İlk borular, dağlardaki erimiş kar sularının köylere getirilmesinde yararlanılan ağaçtan kanallardır.

Bir akışkanın bir noktadan diğer noktaya taşınmasını sağlayan boru veya tüp düzenine borulama sistemi denilmektedir. Bu tariften hareket edilecek olursa, bir araba motorunda da borulamadan bahsedilebilir. Ancak borulamanın ve borulama tasarımının en karmaşık olduğu ve özel uzmanlık gerektiren alanlar rafineriler, petrokimya fabrikaları, nükleer enerji tesisleri ve uzay teknolojisidir.

Teknolojinin ilerlemesi sonucunda ortaya çıkan ihtiyaçlar boru malzemelerinde de gelişmelere yol açmıştır Bu gün ağaç borular çok özel fermentasyon sanayiinde kullanılmaktadır. İleri teknolojilerde yüksek basınç ve sıcaklığa dayanıklı özel alaşımlar, çelik veya döküm malzemeden yapılmış borular kullanılmasının yanısıra, çoğunluk korozif ortamlarda, bilinen türde veya ihtiyaçlara göre hazırlanmış özel plastiklerin kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır.

Boru malzemeleri iki ana sınıfta toplanabilir.

·         Metalik Boru Malzemeleri (a) Çelik ve diğer demir alaşımlarından (çelik, paslanmaz çelik, krom çeliği, dökme çelik v.s. gibi), (b) diğer metallerden (alüminyum, bakır, pirinç ve bunların alaşımları gibi) yapılan boru malzemeleri

·         Metal Olmayan Boru Malzemeleri: Bunlar cam, seramik, asbest, grafit ve plastik gibi malzemelerdir

Akışkanlar çoğunlukla borular veya tüpler yoluyla taşınır. Boru ve tüp arasında kesin bir ayırım yapılamaz. Boru, çapı oldukça büyük, 20 - 40 ft (6 - 12 m) uzunluğunda ve kalın duvarlı malzemelerdir. Tüp ise birkaç yüz ft. uzunluğundadır, sarımlar şekline getirilebilir ve ince duvarlıdır. Metalik boruya diş açılabilir, tüpe açılamaz. Boru duvarları, az da olsa pürüzlüdür; tüp duvarları çok düzgün olur. Borular birbirine vidalanarak, flanşlarla veya kaynaklı ara bağlantılarla eklenir; oysa küçük tüplerin birbirine eklenmesinde basınçlı, alevli veya lehimli bağlantı parçaları kullanılır. Borular delici mil etrafında dövülerek kaynaklamayla ve dökme yoluyla üretilirken, tüpler soğuk çekmeyle veya ekstruderde püskürtülerek elde edilir.

Borular üretim şekillerine göre iki gruba ayrılır:

·         Dikişsiz borular

·         Kaynaklı borular.

Dikişsiz boru terimi ticari bir tanımlama olup borunun yekpare bir malzemeden yapılmış olduğu anlamına gelir. Boru yapılacak yekpare malzemeye bir delici mil ile girilir ve malzeme delici mil üzerinde dövülerek istenilen çapa getirilir. Dikişsiz borular ya püskürtmeyle (ekstruzyon) veya sabit (veya dönen) kalıplara dökülerek yapılır; kalıplamayla (santrifüj yolu ile) yapılan borularda et kalınlığı çok fazladır. Dikişsiz boruların çekme mukavemeti boru duvarının her tarafında aynıdır. Döküm ve püskürtme yolu dışında, delici mil etrafında dövülerek yapılan boruların iç çapı ile dış çap merkezleri boru ekseni boyunca farklılıklar gösterebilir. Bu nedenle et kalınlığı borunun her tarafında aynı değildir.

Kaynaklı boruda, rulo haline getirilmiş ve boru bantı olarak isimlendirilen yaklaşık 70-100 cm enindeki saç şeritler, silindirik boru meydana getirecek şekilde açılır. Bu şekilde helezon bir çakışma çizgisi oluşturan şeritlerin uçları dikilir, kaynakla birleştirilir. Kaynak noktalarındaki çekme gerilimi, kaynak kalitesine ve uygulanan teknik kontrol yöntemine göre orijinal malzemenin %60 ile %100 seviyesine ulaşır.

Kaynaklama metodu ile büyük çaplı boruların üretimi mümkün olduğu gibi, çapına göre et kalınlığı daha düşük boru imalatı da yapılabilmektedir. Kaynaklı borularda sabit bir et kalınlığı sağlamak mümkündür. Kaynaklı boruların genelde korozif ortamlarda veya yüksek basınçlarda kullanılması önerilmez.

b. Bağlantı parçaları ve Eklemler (Joints)

Bir boru veya tüpe bağlantı yapılabilmesi malzemenin özelliklerine ve en önemlisi de duvar kalınlığına bağlıdır. Kalın duvarlı malzemelerde dişli, flanşlı veya kaynaklı bağlantı parçaları kullanılır. Küçük bir parça ince duvarlı tüp, lehimlenerek veya sıkıştırılarak eklenir. Cam, karbon veya dökme demir gibi kırılgan malzemelerden yapılan borular flanşlar veya cam-musluk eklemlerle bağlanır. Şekil-14’de tipik dişli boru bağlantıları, Şekil-15’te flanşlı eklemler ,boru bağlantı parçaları ve dirsek bağlantıları görülmektedir.

Şekil-14: Dişli boru bağlantı parçaları

Şekil-15: Flanşlı eklemler, boru bağlantı parçaları ve dirsek bağlantıları

c. Vanalar

Tipik bir proses fabrikasında, değişik boyut ve şekilde binlerce vana bulunur ve herbirinin dizaynı farklı olmasına rağmen temel fonksiyonları, bir akışkan akımını azaltmak veya kesmektir. Bazı vanalar tümüyle açık veya kapalı olarak kullanılır; buna "açık-veya-kapalı" servis denir. Bazılarından bir akışkanın basıncını ve akışını azaltmada yararlanılır. Sadece bir yöndeki akışa veya sadece belirli sıcaklık ve basınçtaki akışa izin veren vanalar vardır. Bunların dışında akışkanın sıcaklılığını, basıncını, sıvı seviyesini veya diğer özelliklerini kontrol eden vanalar da bulunur. Her durumda vana, akımı ya kontrol eder veya durdurur.

Vanalar değişik malzemelerden yapılabilir; pirinç, dökme çelik, dövme çelik, plastik ve plastik kaplı malzemeler kullanılır. Bir vana gövdesi ve iç yapısı Şekil-16’da görülmektedir.

Şekil-16: Bir vana gövdesi ve iç yapısının şematik görünümü.

Vana tipleri

1. Diskli (Globe) Vanalar

"Globe" terimi, bu tip vanaların ilk dizaynında gövde kısmının küresel yapıda olmasından dolayı kullanılmıştır; bir diskin (plug) bir yuvaya (seat) oturarak akımı kapamasına globe denilmektedir. Bu gruptaki vanalar ilk dizaynlarından (açılı Y tipi, 3 yollu) uzaklaşıp değişik görünümlerde de yapılmaya başlanmıştır; ancak çalışma ilkeleri aynıdır. Düz ve açılı diskli vananın şematik görümü Şekil-17(a)’da, kısımları 17(b)’de gösterilmiştir.

Şekil-17: Düz ve açılı bir glob vananın (a) şematik görünümü, (b) kısımları.

Diskli vanalar, kullanımına göre iki grupta toplanabilir:

·         Dıştan vidalı ve boyunduruklu

·         İçten vidalı

Dıştan Vidalı ve Boyunduruklu Diskli Vanalar: Bu grup vanalarda çalışma mekanizması vana kapağının dışındadır. Bunlar OS ve Y (outside screw and yoke) harfleriyle tanımlanır. Vana içinden geçen akışkanla, vana milini hareket ettiren dişler birbiriyle temas etmezler. Bu tür yapı büyük çaplı vanalarda, akışkanın özelliğine bakılmaksızın kullanılabilir (Şekil- 18 a).

İçten Vidalı Diskli Vanalar: Vana mili üzerindeki dişlerin gövdedeki karşılıkları, vana kapağının içindedir; milin aşağı-yukarı hareketini sağlayan dişler, vanadan geçen akışkanla temas halindedir. Akışkan, özelliğine göre (korozif olabilir, metali aşındırıcı tanecikler içerebilir) dişlere zarar verebilir. Böyle bir durumda bu tür bir vana (Şekil-18 b), yerine OS ve Y türü bir vana uygundur.

2. Sürgülü (Gate) Vanalar

Sürgülü vanaların, iki yüzü düzdür, borunun içini tamamen kaplayarak akım yönüne dik olarak hareket eder; böylece akışkanın yolunu açar veya kapar. Bu tip vanalar akım miktarının kontrol edilmesinde (azaltıp-artırma) kullanılmaz. Borunun açıklığı hilal şeklindedir; disk yüzü ile yuva yüzü hilalin uçlarında birbirlerine yaklaşırlar ve akışkanın türbülensinden dolayı aşınırlar. Bu nedenle sürgülü vanalar tam açık veya tam kapalı konumda çalıştırılırlar. Bir sürgülü vananın şematik görünümü Şekil-19(a)’da, tanımı Şekil-19(b)’de verilmiştir.

Sürgülü vananlar kullanım şekline göre dört grupta toplanabilir:

·         Dıştan vidalı ve boyunduruklu

·         İçten vidalı ve mili hareketsiz

·         İçten vidalı ve mili hareketli

·         Kayma milli ve ani açışlı

Dıştan Vidalı ve Boyunduruklu Sürgülü Vanalar: (a) vana simidi çevrildikçe vana mili dönmez, boyunduruğun boğazından yukarı doğru yükselir. Milin vana simidi üzerine çıkan miktarı vananın açıklığını gösterir; (b) vana miline hareketi taşıyan vida vana kapağının dışında olduğundan içten gelen akımda bulunabilecek aşındırıcı maddelerle karşılaşmaz, mil üzerindeki bu vidaların kolayca bakımı yapılabilir ve yağlanabilir; (c) vanaların boyutları büyüdükçe boyunduruğun boğazına bilyalı yatak yerleştirilerek sürtünme kayıpları azaltılabilir.

İçten Vidalı ve Mili Hareketsiz Sürgülü Vanalar: (a) Vana mili aşağı yukarı hareket etmez, vana simidi ile birlikte vana mili döner ve mil ucuna vida ile bağlı disk aşağı yukarı hareket eder; (b) yüksekliği çok daha az olduğundan dıştan vidalı ve boyunduruklu vanaya göre az yer kaplar; (c) mildeki vida dişleri, akışkan ortamında kalır; akışkanın temiz ve yağlayıcı özelliğinin bulunması durumunda vananın yararına olan bu yapı, aksi halde istenmeyen bir vana özelliğidir; (d) yüksek sıcaklık servislerinde kullanılamaz.

Şekil-18: Diskli (glob) vana çeşitleri.

Şekil-19: Bir sürgülü vananın, (a) şematik görünümü, (b) kısımları

Yüksek sıcaklık farklılıkları, vana parçalarında farklı boyut değişikliklerine yol açar, dişlerde eğilmeler meydana gelebilir. Böyle bir durum, kontrol edilememesi ve sürtünme sonucunda aşınmalara yol açması nedeni ile istenmez.

İçten Vidalı ve Mili Hareketli Sürgülü Vanalar: (a) vana milinin simit üstündeki kısmı vananın açıklığının göstergesidir; (b) dıştan vidalı ve boyunduruluklu vanaya göre daha küçük vana yapımı bu şekilde mümkün olmuştur; (c) dişlilerinin akışkan ile temastadır, bu durum dezavantaj gibi görülse de küçük çaplı vanalarda bundan kaynaklanan çok ciddi sorunlarla karşılaşılmamıştır.

Kayma Milli ve Ani açışlı Sürgülü Vanalar: vana mili salmastra kutusunun içinde bir kol vasıtası ile aşağı yukarı hareket eder. Böyle bir dizayn akımın aniden kesilmesi veya açılması gerektiği durumlarda kullanılır.

3. Tek Yönlü (Çek) Vanalar

Bu tür vanalar akımın tek bir yönde geçmesine izin verecek yapıdadır. Genellikle iki grupta toplanır:

·         Klapesi sallantılı çek vana (swing check valve),

·         Diski dikeyine hareketli çek vana (lift check valve)

Düzgün ve amaca uygun fonksiyonlar beklenen borulama sisteminde, kendiliklerinden hareket etmeleri ve akım yönüne gösterdikleri hassasiyetten dolayı tek yönlü vanaların fonksiyonları çok önemlidir.

Çek vanaların diskleri akımdaki dalgalanmalara göre öne arkaya hareket eder. Akım hızına göre tam açık durum ile kapalı konum arasında akım miktarına göre gidip gelirler. Akım miktarı sabit ise klapedeki salınım da durur. Akımın kesilmesi ve ters yönde bir akım doğmaya başlaması halinde çek vananın klapesi kapalı duruma gelip ters yönde akım oluşmasını önler.

Çek vanaların sızdırmazlığı klape çıkışı ile girişi arasında doğacak basınç farkının büyüklüğüne bağlıdır. Her ne kadar akımın yön değiştirmesinde çek vana kapatırsa da, tam sızdırmazlık doğacak basınç farkına bağlıdır. Bu nedenlerle çek vanalardan bir çok durumlarda tam bir sızdırmazlık beklemek uygun ve doğru olmaz.

Basit ve güvenilir yapılarından ve kendiliğinden hareketlerinden dolayı elle çalıştırılan vanalara göre çek vanalar, kontrol ve periyodik bakımları açısından hep ihmale uğramışlardır.

Klapesi Sallantılı Çek Vanalar: Akımın vana gövdesinden geçiş şekline göre sürgülü vana yapısını andırır. Bu tip bir vananın yapısı Şekil-5.20(a)’da görülmektedir. Vana klapesi veya diğer vanalar ile benzerlik kurulması açısından, vana diski gövdenin içine bir pim ile asılmıştır. Böylece disk kendi ağırlığı ile aşağı doğru ve akım yönüne dik olarak yerleştirilir ve serbestçe hareket etme olanağı sağlanır. Vana yuvası, sallanabilecek durumda yerleştirilmiş klapenin akım yönüne dik pozisyonuna yakın bir konumdadır.

Bu şekilde disk yüzeyine çarpan akımın klapeyi (diski) kaldırarak vana içinden geçmesi, ancak akımın kesilmesi halinde ters taraftan basınç gelmese bile, klapenin kendi ağırlığı ile aşağı inmesi ve yuva üzerine oturarak kapanması sağlanmamış olur. Akım geçerken klapenin kalkış miktarı, akım miktarı ve hızına bağlıdır. Akımdaki oynamalara göre klapenin açıklığı değişir.

Şekil-20: Tek yönlü çek vanalar; (a) klapesi sallantılı, 
(b) diski dikeyine hareketli, çek vanalar

Şekil-21:Çek vana tipleri

Diski Dikeyine Hareketli Çek Vanalar: Şekil-20(b)’de görüldüğü gibi glob vana yapısını andırır. Hattan gelen akım diski yukarı doğru kaldırır. Akımın kesilmesi halinde disk, kendi ağırlığı ile veya tersten gelebilecek basınç ile yuva üzerine oturur. Bu yapıda, glob vana gövdesine benzer yapıda bir gövde kullanılır.

Disk değiştirilebilir veya yüzeyler düzeltilmek üzere işlenebilir. Bu vanalarda en önemli husus diskin çok hassas bir şekilde merkezlenmesi gereğidir. Ancak bu durumda istenilen verim alınabilir. Glob vanalarda olduğu gibi, bu tür vanalarda da önemli derecelerde basınç düşmesi olur. Çek vana tipleri Şekil-21’de verilmiştir.

4. Özel Yapıdaki Vanalar

Musluk (Plug) Vanalar: Bu vanalar sürgülü vanalar gibi tam açık ve tam kapalı şekilde servis vermek üzere tasarlanmıştır. Vana kolunun 90⁰ döndürülmesi ile vana tam açık durumuna veya tam kapalı durumuna getirilebilir. Koni şeklinde olan disk, koninin sivri ucu kesilmiş bir görünümdedir. Vana gövdesinde koni yapısındaki bu disk ile uyuşacak yekpare bir yuva mevcuttur. Bu durumda disk ve yuva birbiri içinde dönen iki koni görünümündedir. Diskin içi dikdörtgen şeklinde açılarak buradan akımın geçeceği yol oluşturulmuştur. Disk 90⁰ çevrildiğinde bu açıklık iç tarafa döner, akımın karşısına koninin kapalı kısmı gelir ve akım kesilir.

Bu vanalar yüksek hızlı ve büyük miktarlardaki akımların hemen kesilmesini sağlarlar. Normal olarak akımı ayarlamak amacıyla kullanılmazlar. Kısmen akım ayarı gerektiği hallerde, disk üzerinde bulunan dikdörtgen şeklindeki açıklığın, baklava (eşkenar dörtgen) biçiminde olması gerekir. Musluk vanaların deliklerinin standart profili diktörtgen şeklinde olup, boru kesit alanının %70 i kadar olacak şekilde projelendirilirler. Yuvarlak geçiş delikli musluklu vanalarda ise boru kesit alanına eşit bir alan sağlanır. Bu tip musluk vanalar yerine küresel vanalar kullanımı tercih edilir (Şekil-22 a).

Yağlamalı Musluk Vanalar: Koni şeklindeki diskin alt ve üst kısmında çevresel yiv ve yuvayla temasta olan yüzeye de boylamasına yivler açılmıştır. Koninin üstündeki yivden geçen yağ düşey yivlerin içini doldurur ve koninin alt yatağına geçer. Musluğun 90⁰ lik hareketleri ile düşey yivlerdeki yağ, disk ile yuvanın arasında ince bir tabaka oluşturur. Yağlama ile sızdırmazlıktan olumlu sonuçlar alındığı gibi aşınma ve bozulmalar da önlenir. Disk ve yuva boşluğunun akımdan gelebilecek yabancı maddeler ile doldurulması önlenmiş olur .

Yağlamasız Musluk Vanalar: Açıp kapatmak için 90⁰ lik harekete başlamadan önce basit bir kaldırma mekanizması ile disk biraz yuvadan dışarı doğru çekilir. Böylece plug ile yuva yüzeyleri birbirinden uzaklaştırılmış olur. Hareket tamamlandıktan sonra plug tekrar yuva üzerine oturur bütün yüzey temas eder.

Küresel – Bilyalı (Ball) Vanalar: Sürtünmeyi, dolayısıyla aşındırmayı önlemek için yüzeyler parlatılmıştır. Küresel vanaların ilk kullanım yıllarında özellikle rafinerilerde büyük boyutlarda sızdırma problemi ile karşılaşılmıştır. Çünkü birbiri üzerinde hareket eden metal yüzeylerde kaçınılmaz olarak aşınmalar olmaktadır. Buna akımdan gelen kirletici ve aşındırıcı etkenler de eklenince küresel vanaların kaçırması ciddi bir sorun olmuştur.

Küresel vanalar ucuz olduklarından ve açık konumunda borunun bir devamı şeklini aldıklarından, plug vanalara tercih edilir. Hemen açılması veya hemen kapanması gereken servislerde (yangın musluklar gibi) kullanılır.

Avantajları nedeni ile küresel vanaların aşınma problemi üzerinde çalışılarak yuva yüzeylerin, sürtünme dayanıklı, ancak kolay aşınmayacak ve küre yüzeyini de aşındırmayacak malzemeler kaplanması veya bu malzemelerden yapılması sağlanmıştır. Bu malzemeler çoğunlukla plastik esaslı olduğundan vanaların kullanımında bir sıcaklık sınırı doğmuştur. Genellikle en yüksek kullanım sıcaklığı 300 ⁰F olarak verilir. Ancak yuva yuva yüzeyleri grafitten yapılmış küresel vanalar 1000 ⁰F a kadar kullanılabilmektedir. Vana milinin genellikle küre ile yekpare bir bağlantısı yoktur. Milin köşeli şekle getirilmiş ucu küre üzerinde uygun şekilde açılmış oyuğa oturtulur. Bunun yanında disk (küre) ile milin doğrudan bağlı olduğu imalat şekilleri de vardır. Bu tür bağlantılar daha ziyade vana çapı çok büyüdüğünde kullanılır (Şekil-22 b ve 22 c).

Kelebek Vanalar: Kelebek vanaların yapısı bir soba borusu içindeki duman klepesine benzer. Disk, boru iç çapındadır ve vana mili daire şeklindeki diskin çapı boyunca uzanır. Daire şeklindeki diskin çapı ile diskin içinde bulunduğu borunun çapı çakışmıştır. Mil ile disk birbirine bağlanır. Milin 90⁰ hareketi ile daire şeklindeki disk borunun içini tamamen kaplar veya boru eksenine paralel hale gelerek tam açık duruma geçer.

Kelebek vanalar düşük basınçlarda ve büyük hacimli akımlarda kullanılır. İçerisinde asılı maddeler bulunan sıvılarda özellikle başarılıdır. Kelebek vanalar ile kısmen akım kontrolü yapmak mümkündür. Yüksek akım miktarlarında kullanıldığından, akım ayarı yapılırken meydana gelebilecek hatanın yüzdesi düşüktür. Hızlı açış veya kapama gereken noktalarda tercih edilir. Tam kapamaya yakın bölgede kullanıldığında, disk üzerinde akımdan dolayı etkili olan kuvvetler büyür; bu nedenle, büyük vanalarda özel mekanizmalarla bu kuvvetlerin insan gücü ile kolayca yenilmesi yoluna gidilmiştir (Şekil-22 d).

Diyafram Vanalar: Korozif ortamlarda ve/veya viskozitesi yüksek akışkanlarda diyafram vanalar kullanılır. Vananın çalışma ilkesi, gövde içindeki elastik bir diyaframın sıkıştırılıp bırakılmasından ibarettir. Vananın hareket eden hiç bir parçası akışkan ile temas etmez. Bir çok durumlarda, özellikle korozif ortamlarda kullanılan diyafram vanaların gövdelerinin içi korozyona dayanıklı malzeme ile kaplanır; bunun için, çoğunlukla özel tür lastik kullanılmaktadır.

Şekil-22: Özel yapıdaki bazı vana tipleri

Şekil-23: (a) Bir diyafram vananın ve, 
(b) açma-kapama mekanizmasının şematik görünümü

Diyafram vanalar çoğunlukla açma-kapama isteyen servislerde uygundur. Vana açıldığı zaman, mil diyaframı bastıran parçayı yukarı kaldırır. Vanaların azami kullanılma sıcaklığı diyafram malzemesinin veya gövde kaplama malzemesinin dayanabildiği sıcaklık ile sınırlanır. Şekil-23(a)’da bir diyafram vana ve şematik görünümü, görünümü, Şekil-23(b)’de açma-kapama mekanizması görülmektedir.

Metal Olmayan Boru ve Hat Sistemleri

Asbest (Amyant) Çimentosu

Asbest-çimento boru dikişsizdir; silika ve portland çimentosunun yüksek basınç altında sıkıştırılması ve asbest lifi ile kuvvetlendirilerek kürlenmesiyle yapılır. İç yüzeyi pürüzsüzdür, aşınma yapmaz. Normal çalışma koşullarında, pH = 4.5-14 aralığındaki çözeltilerin taşınmasında kullanılır. Asbest çimento boru kırılgandır ve ıslandığında genişler. Bu borular yeraltı su sistemlerinde, kağıt- değirmeni çamuru ve atıklarında ve maden suyu sistemlerinde uygundur. En fazla kullanılan sıkıştırmalı (push-on joint) eklemlerdir; bunlar sıcaklığı 65.6 ⁰C (150 ⁰F) ile sınırlarlar. Boruların hafif olması taşınmasını kolaylaştırır, ancak kırılganlığı nedeniyle çok dikkat gerektirir. Bu tip borular epoksi bir astarla kaplanarak korozyona dayanıklılığı artırılır.

Su ve Hava Geçirmez Grafit

Su ve hava geçirmeyen grafitten, boru bağlantı parçaları ve vanalar yapılır. Malzeme elektrik-fırını özelliğinde grafittir; ekstrud veya kalıplamadan sonra, yapay reçinelerle dolgu (impregnasyon) yapılır. İşlemde fenolik reçineler kullanıldığında, hidrofluorik asit dahil bütün asitlere, tuzlara ve organik bileşiklere dayanıklı bir malzeme elde edilir. Modifiye fenolik reçinelerle dolgulandırıldığında kuvvetli alkalilere ve oksitleyici maddelere karşı direnç sağlanır.

Çimento Kaplamalı Çelik

Çimento-kaplamalı çelik boru, çelik borunun özel bir çimentoyla kaplanmasıyla yapılır. Taşıdığı akışkanın demirle kirlenmesini, su taşınmasında korozyonu ve bakteri üremesini engeller. 3/4–4 inç aralığında dişli borular bulunmaktadır. 4 inçden büyük çimento-kaplı karbon çelik boru flanşla veya kaynaklı uçlarla bağlanır. Kaynak, kaplamayı bozmaz.

Kimyasal Malzemeler

Asite dayanıklı kimyasal-çömlek malzemeden yapılan boru ve bağlantılar, hidrofluorik asit dışında pek çok asit, alkali ve diğer korozif maddelere dayanır. En çok kullanılanları çan-ve-musluk (bell- and-spigot) eklemler ve düz-karşılıklı uçlu (kafa kafaya, plain-butt ends) borulardır. Düz karşılıklı uçlu borularda çimentolanmış flanşlar ve bağlantı için bir conta bulunur. Orta basınçlı kimyasal-çömlek boru, furan reçinesiyle kuvvetlendirilmiş cam yünü ile kaplanarak ta kullanılır.

Camlaştırılmış - Kilden Kanalizasyon Borusu

Bu borular, hidrofluorik asit dışındaki çok seyreltik kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır. Kanalizasyon, endüstriyel atık ve yağmur suyu kanalları için uygundur. Dirsek, Y-çatal, Te, düşürücü, yükseltici bağlantılar yapılır. Eklem parçaları sıcak-dökme veya soğuk-macun (mastik) tiptedir; her ikisi de kil yüzeyine sıkıca yapışır, fakat yere konulduğunda bile herhangi bir sızıntıya neden olmayacak derecede esnektir. Kafa-kafaya eklemlerin dışında ve çan tipi eklemlerin içinde bitümlü veya plastik malzeme bulunan borular da yapılmaktadır.

Beton

Kuvvetlendirilmiş ve kuvvetlendirilmemiş betondan yapılmış atık boruları bulunur. Kuvvetlendirilmemiş olanlar 4-24 inç boyutlarındadır ve dökme eklem uçludur. Kuvvetlendirilmiş beton borular yağmur suyu ve atık kanalları olarak kullanılır, dökme veya basınçlı eklem uçludur. Bunların 12-108 inç aralığını kapsayan beş kuvvetlendirme sınıfı bulunur. Bazıları (basınçlı eklemli olanlar hariç) 45 lb / in² lik su basıncına dayanır. Daha yüksek su basınçlarında burunun duvarına 1/16 inç kalınlığında çelik bir silindir gömülerek herhangi bir çatlamada sızıntı yapması önlenmiş olur. Betondan yapılmış bağlantı parçaları da vardır. Beton borulama sistemleri özel tuzla-perdahlanmış camsı-kil levhalarla kaplanır, dökme asfalt eklemlerle bağlanabilir.

Cam Boru ve Tüpler

Bu tip malzemeler, ısı ve kimyasal maddelere dayanıklı borosilikat camdan üretilir. Bunlar asitlere ve alkalilere (PH < 8) çok dayanıklıdır, hidrofluorik ve susuz fosforik asitten etkilenir.

Cam borular bir epoksi-reçinesi (kuvvetlendirici) ile kaplanarak ta kullanılır. Ayrıca bilyalı kaplinler takıldığında 150 lb / in² ye dayanıklı hale gelirler.

Cam Kaplı Çelik Boru

Camla kaplanmış çelik borular, hidrofluorik asit dışında tüm asitlerden ve PH = 12 ye kadar alkalilerden, 212 ⁰F a (100 ⁰C) kadar etkilenmez. Ani sıcaklık değişimleri olmaması halinde, özel tipleri 300 lb / in², standart tipleri 150 lb / in² basınca ve 450 ⁰F (232 ⁰C) sıcaklığa dayanır. Cam kaplamanın kalınlığı 3/64 in kadardır. 1.5-12 inçlik boyutlarda üretilir; daha büyükleri istendiğinde sipariş edilmesi gerekir.

Kimyasal Porselen Boru

Kimyasal porselen malzemeden boru, bağlantı parçaları ve vanalar yapılır; bunlar 2250 ⁰F (1232 ⁰C) de fırınlanır. Hidrofluorik asit ve alkaliler için uygun değildir, fakat tüm asitlere karşı dirençlidir. Yüzey perdahlanmıştır, dolayısıyla kolay temizlenir. Çalışma basınçları, vanalar ve borularda 50 - 100 lb / in² sıcaklık 400 ⁰F (204 ⁰C) nin üstündedir; ancak ısıl şoklardan kaçınılması gerekir.

Yüksek gerilme kuvveti olan asite dayanıklı çimento ile dökme-demir flanşlar porselene bağlanabilir. Flanşlı kimyasal porselenden 90⁰ ve 45⁰ lik çatal, Te, düşürücü, başlık ve Y şeklinde diskli vanalar yapılabilir.

Ergitilmiş Silika veya Ergitilmiş Kuvartz

Bu malzeme %99.8 silisyum dioksit içerir, bulanık (opak) veya geçirgen (transparan) boru ve tüp üretiminde kullanılır. Erime noktası 1710 ⁰C, gerilme kuvveti 7000 lb / in² dolayında ve öz ağırlığı 2.2 kadardır. Bunlardan yapılan boru ve tüpler sürekli 1000 ⁰C ye, aralıklı olarak 1500 ⁰C ye kadar sıcaklıklarda kullanılabilir. En önemli özelliği yüksek sıcaklıklarda pek çok kimyasal maddeyi kirletmeden taşıyabilmesidir; ısıl şoka dayanıklıdır ve yüksek-sıcaklıkta elektriksel yalıtım özelliği vardır.

Ağaç ve Ağaç-Kaplı Çelik Boru

Çam, köknar, kırmızı-cam ve selvi boru üretiminde kullanılan ağaç türleridir. Ağaçla kaplı çelik borular 180 ⁰F (82 ⁰C) a kadar kullanılabilir. Çalışma bacıncı 4 in.likte 200 lb / in², 10 inçlikte 125 lb / in² ve 10 inçten büyük boyutlarda 100 lb / in² dir.

Toprak altındaki sistemlerde ağaç-şeritlerden yapılmış (fıçı tahtası gibi) borular önerilir. Bunlar dört ayrı basınca göre üretirler: 43, 86, 130, 172 lb / in². Ancak çalışma basıncının bu değerlerin % 60 ını geçmemesi uygun olur. Boru sistemi, çoğu kez kalın bir asfalt ve testere talaşıyla kaplanır. Uzunlukları çeşitli olabilir; en fazlası 16 inçtir. Eklemler yuva (zıvana) ve erkek tiptir. Asfalt kaplamayla veya doğrudan galvanizli bakır veya paslanmaz çelik şeritler kullanılarak sistem kuvvetlendirilir.

Plastik-Kaplı ve Kauçuk-Kaplı Çelik Boru

Polimerlerin, çelikle kıyaslandığında, yüksek sıcaklıklardaki gerilme kuvvetleri daha düşük ve ısıl genleşmeleri daha yüksektir. Bu nedenle borulama sistemlerinin çeşitli polimerik malzemeden yapılması yerine, çelik borunun polimerle kaplanması tercih edilir. İç kısmı polimer dışı çelik olan boruda flanşlı bağlantılar kolaylıkla yapılır ve yüksek sıcaklık ve basınçlarda çalışılabilir. Çap 1 - 8 in aralığındadır. Bu tip sistemlerde 125 lb dökme demir, 150 lb çekme demir ve 300 lb çelik flanşlar kullanılır. Kaplama, borunun üretimi sırasında yapılır. Uzunluk 20 ft kadar olabilir. Bu yöntemle diyafram, çek ve musluk vanalar yapılmaktadır.

Plastik Boru

Diğer boru malzemelerinin tersine plastik boru iç ve dış korozyondan etkilenmez, kolaylıkla kesilir ve bağlanır, diğer malzemelerle temas ettiğinde galvanik korozyona uğramaz. Kullanım sıcaklığı ve gerilme kuvveti düşüktür. Uygun olmayan akışkanlar taşındığında plastik boru yumuşar. Işıl genleşme katsayısı yüksektir. Sıcaklık yükseldiğinde plastik boruların çoğunda gerileme özelliği hızla düşer. Güneş ışığı veya yakınında bulunan sıcak malzemeler plastik boruyu etkiler.

Su servisinde kullanılan plastik boru için dizayn gerilimi, uzun-süreli patlama testi ile saptanan değerin yarısı kadardır.

Plastik boru üretiminde kullanılan en yaygın plastikler polietilen (PE 42 inç ve daha küçük), polivinilklorür (PVC) ve klorlu polivinil klorür (CPVC, 12 inç ve daha küçük), polipropilen (PP), 1/2-6 inç) dir.

Kuvvetlendirilmiş Termoset Boru

Cam dolguyla kuvvetlendirilmiş epoksi reçineler oksitleyici olmayan asitlere, alkalilere, tuzlu suya ve korozif gazlara dayanıklıdır. Bu tür borular oda sıcaklığında plastik borulardan bir kaç kez daha kuvvetlidir. Sıcaklığın yükselmesiyle kuvveti azalmaz ve 300 ⁰F (149 ⁰C) a kadar direncini korur.

Epoksi reçineler yüksek sıcaklıklarda, poliester reçinelere göre daha kuvvetlidir, fakat bazı akışkanlar epoksilere daha fazla etki ederler. Bazı cam dolgulu epoksi reçine borular, poliester bir reçineyle kaplanarak kullanılır.

Cam dolgulu reçineden yapılan boruların ısıl genleşme katsayıları karbon çeliğinden daha yüksek, fakat plastiklerden daha düşüktür.

Metal olmayan boru ve hat sistemlerinin nominal boyut, uzunluk, iç çapı, dış çapı, et kalınlığı, sınıf, derece gibi değerlerini gösteren tablolar ilgili kitap ve dokümanlardan bulunabilir.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

2.4. Pompalar, Fanlar, Kompresörler

Akışkanlar pompalar, fanlar ve kompresörlerle hareket ettirilirler. Bunlar akışkanın mekanik enerjisini artırır; enerjideki artış hızın, basıncın veya akışkanın yüksekliğini artırmada kullanılır. Enerji eklenmesinde en yaygın iki yöntem, dış kuvvetlerle pozitif yer değiştirme ve santrifüj etkidir. Bu yöntemlerle iki sınıf akışkan itici cihaz dizayn edilmiştir; bunlar akışkan:

·         Doğrudan basınç uygulayan (pozitif yerdeğiştirme) cihazlar

·         Tork uygulayarak dönme sağlayan (santrifüj pompalar, blowerler ve kompresörler) cihazlar

Pozitif-yerdeğiştirmeli cihazlarda kuvvet, bir silindir içindeki pistonla (pistonlu pompalar), veya dönen basınç elemanlarıyla (döner pozitif yerdeğiştirmeli pompalar) sağlanır.

"Pompa, fan, blower, kompresör" sözcükleri her zaman yerli yerinde kullanılmaz. Örneğin, "hava pompası" ve "vakum pompası" bir gazın sıkıştırılmasında yararlanılan cihazlardır. Genel olarak pompa "bir akışkanı hareket ettiren", fan, blower, kompresör ise "bir gaza enerji veren" sistemlerdir. Fanlar, açık alana veya geniş kanallara büyük hacimlerde gaz boşaltır; düşük-hızlı döner cihazlardır ve birkaç in su basıncı yaratırlar.

Blowerler yüksek-hızlı döner cihazlardır, pozitif yerdeğiştirme veya santrifüj kuvvet kullanırlar; yaratılan en yüksek basınç 35 lb_f / in² dir. Kompresörler 35 lb_f/ in² den binlerce atmosfere kadar çıkan basınçlar verir. Santrifüj veya turbo kompresörler basıncı 100 lb_f / in² ye kadar çıkarırlar.

Pompalar ve fanlarda akışkanın yoğunluğu önemli derecede değişmez ve sıkıştırılamayan-akışkan teorisi geçerlidir. Blowerler ve kompresörlerde yoğunluk artışı çok büyüktür; bunlar sıkıştırılabilen-akışkan teorisine uyar.

Bu cihazların hepsinde akış kapasitesi (belirli bir yoğunlukta birim zamandaki volumetrik akım), güç ve mekanik verim önemlidir. Kullanım amacına uygunluk ve bakım kolaylığı da önemli özelliklerdir.

a. Pompalar

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.

Pompaların Sınıflandırılması

Pompalar çok çeşitlidir ve değişik şekillerde sınıflandırılabilir; örneğin, aşağıda görüldüğü gibi iki genel sınıfta toplayabiliriz:

·         Pozitif yer değiştirmeli pompalar (hacimsel)

·         Kinetik Pompalar

Pozitif yerdeğiştirmeli pompalarda pompa içindeki akışkan hacmi değişmekte, çalışma sadece mekanik ve statik kurallara bağlı kalmaktadır. Hacimsel pompalar  da iki ayrı grupta incelenebilir: Pistonlu pompalar (recipratating), döner pompalar (rotary)

Kinetik pompalar çoğunlukla santrifüjlü pompalardır; ayrıca jet pompalar, gaz kaldırmalı pompalar, hidrolik ram pompalar, elektromagnetik pompalar ve tersinir santrifüjlü pompalar gibi pompalar özel etkili pompalar başlığı altında toplanabilir.

1. Pozitif Yer Değiştirmeli Pompalar

Pistonlu (Reciprocating) Pompalar: Bu tip pompalar, içine aldığı akışkana karşı hareket eden bir piston yoluyla, akışkan sistemine enerji verir. Akışkanın akışı pompa geometrisine bağlı olduğundan, akışkan dinamiği ilkeleri fazla önemli değildir. Piston bir buhar motoru veya bir elektrikli motorla yürütülür. Pistonun herbir hareketinde pompadan sabit miktarda akışkan boşaltılır. Akışkan miktarı, silindirin hacmine ve içindeki pistonun hareket sayısına bağlıdır. Gerçekte iletilen akışkan miktarı silindirin doldurulması sırasındaki kaçaklar ve pistondan olabilecek sızıntılar nedeniyle pompanın teorik değerinden daha düşüktür. Bu nedenle "hacimsel (volumetrik) verim" denilen bir tanım yapılır.

                           gerçek iletilen akışkan hacmi

hacimsel verim = ———————————————

                            teorik iletilen akışkan hacmi

İyi tasarlanmış ve bakımlı bir pompada hacimsel verim % 95 in üzerindedir. Diğer bir verim tanımı (daha önemlidir), yapılan işlerle ilgilidir:

            akışkan üzerinde yapılan iş

Verim = —————————————

             pompa üzerinde yapılan iş

Pompayı çalıştırmak için bir elektrik motoru kullanılıyorsa bir "pompa-motor" verimi söz konusudur; bu durumda verim, akışkan üzerinde yapılan işin, motora verilen elektrik enerjisine oranıdır.

Pistonlu pompada piston silindirde aşağı çekildiğinde (sıvı girişi) pompadan akışkan çıkışı durur. Bu nedenle sıvı iletimi pulslar (kısım kısım) halindedir. Pulslar, bir çift etkili pompa kullanarak veya silindir sayısını artırarak azaltılabilir. Bir çift-etkili pompada pistonun iki tarafında bulunan silindir hacmi, hem ileri hem de geri stroklarda gidilen yol akışkan verilmesini sağlar. Şekil-24’de bir pistonlu pompadaki piston, silindir ve klepelerin çeşitli konumları gösterilmiştir.

Şekil-25(a)’da bir pistonlu pompanın şematik diyagramı verilmiştir. Bu tip pompada piston, bir elektrik motoruyla çalıştırılan uygun bir krank miline bağlıdır. Proses endüstrisinde buharla-çalıştırılan çift etkili pompalar da kullanılmaktadır; bunlarda piston çubuğu buhar ve sıvı pistonunu bağlar (Şekil-25 b).

Şekil-24: Pistonlu pompada silindir, piston, emme ve basma klapelerinin görünümü ve strok tanımı

Şekil-25: Pistonlu pompaların şematik diyagramları; (a) tekli pistonlu pompa, (b) buharla çalıştırılan çift-etkili pistonlu pompa

Şekil-26: Çiftli, çift-etkili buharla çalışan bir dalgıç pompanın şematik görünümü.

Pistonlu pompa, içinde hareket eden bir pistonun bulunduğu bir silindirdir. Sıkıştırma sırasında akışkanın geri kaçmaması için piston ve silindir birbirine çok iyi alıştırılmış olmalıdır. Piston ve silindirin, pistonun tüm hareketi boyunca (strok) ve pompanın çalışma süresince birbiriyle temas etmesi pompada önemli derecede aşınmaya neden olur. Bunu önlemek için piston etrafına (yuvalar içine) ağızları açık bilezikler geçirilir. Böylece sürtünme azaltıldığı gibi, akışkan kaçağı da en aza indirilmiş olur.

Pistonlu pompada akışkanın emme periyodunda silindire girmesi ve basmada silindirden çıkması vanalarla sağlanır. Bu vanalar çek vana ilkesine göre çalışır ve "supap" veya "klepe" olarak tanımlanırlar. Emme periyodunda emme supabı açılır, akışkan silindir içine girer, basmada emiş supabı kapanır, çıkış supabı açılarak akışkanı boşaltır.

Pistonlu pompalar viskoz akışkanların iletilmesinde çok uygundur. Bu tip akışkanlar piston ve silindir arasında ince bir tabaka oluşturarak ikinci bir yalıtım katmanı meydana getirirler ve akışkan kaçağı en aza iner.

Akışkanda aşınmaya yol açabilecek tanecikler bulunması halinde pistonlu pompalar önerilmez.

Dalgıç (plunger) pompa olarak tanımlanan pompalar ilke olarak pistonlu pompalara benzer, ancak bunlarda piston çapı silindir çapından çok küçüktür.

Piston bir salmastra kutusu içinde hareket eder, silindir içindeki sıvı üzerine basınç yapar ve onu iter. Pistonun geri gelmesi sırasında akışkan üzerindeki basınç kalkacağından silindire emiş tarafından yeni sıvı girer (Şekil-26).

Dalgıç pompalar çok yüksek basınçlar için uygundur. Ayrıca pistona yapışan ve silindire etki eden (çözen) sıvıların pompalanmasında da kullanılır. Bunlarda segman ve silindir gömleği bulunmaz.

Döner (Rotary) Pompalar: Bu tür pompalarda akışkan pompa içine alınır ve dönme hareketiyle dışarı boşaltılır. Döner pompalar, akışkan giriş ve çıkışının çek vanalarla (klepeler) kontrol edildiği pistonlu pompalardan farklıdır; bir miktar sıvıyı yakalanır (kapan gibi) ve basma noktasına kadar götürülür. Sıvı, pompa girişinde, dişliler arasındaki boşluğa dolar. Dişli döndüğünde sıvı, dişler ve pompa kasası arasında hapsolur ve basma hattına taşınır.

Döner pompalar, aşındırıcı olmayan ve yüksek-viskoziteli sıvılar için uygundur. Akışkanın yağlama özelliği dişlilerin aşınmasını azaltır.

2. Kinetik Pompalar

Santrifüj Pompalar: Santrifüj pompalar, yapılarının basitliği, dizaynlarının kolay, bakım masraflarının düşük olması, kullanım koşullarında esneklikler göstermesi bakımından geniş bir uygulama alanına sahiptir. Mekanik yapılarının uygunluğundan dolayı bir kaç galon/dak. kapasite ve çok düşük basma yüksekliğinden, 600 000 gal/dak. ve 300 ft basma yüksekliğine kadar olan geniş bir bölgede kullanılabilir.

En basit santrifüj pompa, bir gövde ve gövde içinde dönen bir fandan oluşur (Şekil-27). Akışkan pompa içine fanın merkezine yakın bir noktadan girer ve fanın dönmesi ile doğan santrifüj kuvvetlerin etkisiyle fan kanatları arasından dışarı doğru fırlatılır. Fan ne kadar hızlı dönerse sıvının hareketi o kadar çabuk olur. Akışkan fanın emme ağzından, yani fanın merkezinden, fan kanatçığının uç kısmına doğru giderken kinetik enerjisi artar. Kinetik enerjiyi doğuran hız, kanatçığı terk ettikten sonra basınç yüksekliğine dönüşür ve akışkan pompayı terk etmiş olur. Şekil-28 de çeşitli fan tipleri görülmektedir.

Fanlar santrifüj pompanın en önemli parçalarıdır ve kanatlardan oluşur. Kanatların yapıları, sayıları ve şekilleri, akışkana uygulanacak santrifüj ve mekanik itici kuvvetlerin en iyi şekilde akışkanın kinetik enerjisine dönüşmesini sağlayacak şekilde tasarımlanmıştır.

Şekil-27: Santrifüj pompanın şematik görünümü ve kısımları.

Şekil-28: Santrifüj pompası fanları

Özel Pompalar

Akışkanı ileten mekanizmalar fan şeklinde olabildiği gibi pervane veya türbün yapısında da olabilir.

1. Pervaneli Pompalar

Fanların şekilleri pervane yapısında olan pompalardır (Şekil-29 a). Fan yerine kullanılan pervane, üzerinden geçen sıvıya yüksek hız verir. Akışkanın giriş yönüyle çıkış yönü aynıdır. Fana giren akışkan sadece fan merkezinden girmesine karşılık, pervanelerin tüm kanatları üzerinden geçer. Bu nedenle pervaneli pompalar fazla bir basma yüksekliği gerektirmeyen çok yüksek kapasiteler için kullanılır; normalde 2000 galon/dak. üzerindeki kapasiteler için uygundur.

Pervaneli pompaların kapalı devre sirkülasyon sistemlerinde, örneğin, kalorifer sistemlerinde kullanılması avantajlı bulunmaktadır.

2. Türbinli Pompalar

Akışkana verdiği yön bakımından, pervaneli ve santrifüj pompalar arasında bulunan fanları içeren pompalardır. Santrifüj pompalarda sıvının fana giriş yönü ile çıkış yönü arasında 90⁰ açı vardır. Pervaneli pompalarda ise giriş ve çıkış aynı yönlüdür. Türbinli pompalarda giriş ile çıkış arasında bir açı oluşturulur. Bu pompalar 100 galon/dak.dan büyük kapasitelerde kullanılır. Sağladıkları basma yüksekliği her kademe için 100 ft mertebesindedir. Türbinli pompalar genellikle dik konumda yerleştirilir.

Pompa elemanı, çoğu kez bir borunun uç kısmına konulur; bu boru aynı zamanda çıkış borusu görevini de yapar. Hazırlanmış böyle bir ünite pompalanacak akışkanın içine dik olarak daldırılır. Çoğunlukla kuyularda, büyük kapasite gerektiren drenaj işlerinde, veya kondenser sirkülasyon suyu sistemlerinde uygundur. Şekil-29(b)’de bir türbin (veya karışık-akışlı) pompa görülmektedir.

3. Jet Pompalar

Jet pompalar, çok geniş bir uygulaması olmamasına rağmen akışkanların taşınmasında özel bir grubu temsil ederler. Hızı yüksek bir akışkanın venturi içinden geçerken yarattığı negatif basınçla (emiş), iletilmek istenen akışkanın sürüklenmesi ve moment taşıyan akışkan ile birlikte transfer edilmesidir. Şekil-29(c) çok basit bir jet pompası ejektörünü göstermektedir. Moment taşıyan pompalanan akışkan, nozul içinden ejektöre girer ve venturi nozulu hızla geçerken venturi ağzında bir emiş yaratır; doğan bu emiş ile pompalanacak akışkan sürüklenir ve her iki akışkan venturiden geçerek ejektörü terk ederler.

Jet pompaların ve ejektörlerin verimleri çok düşüktür. Yaratılan basma yüksekliği de çok düşük olmakla beraber özellikle tanklar arasında sıvı transferlerinde, düzenli bir güç kaynağının sağlanamadığı koşullarda, asit ve baz transferlerinde, çamursu akışkanların derinlerden emilmesinde çok kullanılan sistemlerdir.

Şekil-29: Çeşitli pompa tipleri.

b. Kompresörler

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.

Kompresörlerin Sınıflandırılması

Sıvıların iletiminde kullanılan pompalarda olduğu gibi, gazların taşınmasında kullanılan kompresörler de iki sınıfa ayrılır.

·         Pozitif-yerdeğiştirmeli kompresörler

·         Dinamik Kompresörler

Positif yerdeğiştirmeli kompresörler, pistonlu ve döner sistemler içerirler. Gazlar, kompresörler ve blowerle iletilir; bu iki sistem arasında herzaman kesin ve açık bir ayırım yapılamaz.

Dinamik kompresörler santrifüjlü kompresörler (turboblowerlar) ve aksiyal akışlı kompresörler olarak iki grupta toplanabilir.

1. Pozitif Yerdeğiştirmeli Sistemler

Pistonlu Kompresörler

Pistonlu kompresör, gazı, birkaç  psi  den  başlayarak 35 000 psi gibi çok yüksek basınçlara kadar taşıyabilirler. Bunlar, pistonlu pompaların özelliklerini gösterir; bir piston, uygun giriş ve çıkış supapları bulunan bir silindir ve hareketli bir krank mili bulunur. Tek-kademeli veya çok-kademeli çalışabilir; daha çok çift-etkili silindir kullanımı yaygındır. Kademelerin sayısı, sıkıştırma oranı p₂ / p₁ ile belirlenir. Herbir kademedeki sıkıştırma oranı çoğu kez 4 ile sınırlandırılır; ancak, küçük miktarlara 8 veya daha yüksek sıkıştırma oranları da uygulanabilir.

Sıkıştırılacak gaz silindire giriş supabından girer, sıkıştırılır ve çıkış supabından boşaltılır. Supaplar, silindirin içiyle dışarıdaki basınç farkı istenilen seviyede olduğu zaman açıp-kapayacak şekilde ayarlanmıştır.

Çok-kademeli sistemlerde kademeler arasında ara soğutucular bulunur. Bunlar gazdan sıkıştırma sırasında açığa çıkan ısıyı alır ve gazın sıcaklığını, kompresör girişindeki sıcaklığa düşürür. Böyle bir soğutma işlemi, yüksek basınç silindirine giden gazın hacmini azaltır, sıkıştırma için gerekli beygir gücünü düşürür ve yüksek basınçlarda sıcaklığı güvenli çalışma sınırlarında tutar.

Yağsız Silindirler

Kompresörlerin çoğunda silindirlerin yağlanmasında yağ kullanılır. Bazı proseslerde, az miktarda da olsa, yağla kirlenmeler olur. Bu gibi durumlar için "yağsız" çalışan silindirler üretilmiştir. Bu silindirler üzerindeki pistonlarda, grafit karbon veya teflondan piston bilezikleri (segmanlar) vardır; bunlar piston ve silindir arasındaki gerekli açıklığı ayarlayan segmanlarla aynı malzemeden yapılır. Plastik salmastra yağlama gerektirmez.

Yüksek Basınç Kompresörleri

Kimya endüstrisinde çıkış basıncı 5000 den 25000 lb / in² ye kadar olan yüksek-basınç kompresörleri kullanılmaktadır. Bunlar özel dizaynlar gerektirir; bu nedenle, kullanılacak gazın tüm özellikleri bilinmelidir. Gaz, çoğunlukla ideal gaz halinden sapar, sıcaklık ve diğer sınırlamalar, bir mühendislik çalışmasıyla çözülür. Yüksek basınç kompresörleri beş, altı, yedi veya sekiz kademelidir. Silindirler çeşitli kısıtlamaları karşılayacak ve aynı zamanda çeşitli kademeler arasındaki yükü dengeleyecek şekilde dizayn edilmiştir.

Çoğu zaman kademeler arasında sıyırma veya diğer prosesler bulunur. Yüksek basınç silindirleri tek-etkili plungerli çelik dövmelerdir (Şekil-30).

Kompresörde, plungere karşı olan basınç yükü, düşük basınç kademelerinin bir veya daha çok tek-etkili pistonlarıyla ters çevrilir. Piston mili salmastrası metaliktir. Doğru yerleştirme ve bilinçli yağlama çok önemlidir. Yüksek basınç kompresör supapları koşullara göre dizayn edilir, fevkalade yüksek mühendislik ve işçilik gerektirir.

Şekil-30: Dövme çelikten tek-etkili yüksek basınç silindiri.

Metalik Diyafram Kompresörler

Metalik diyafram tipteki kompresörler (Şekil-31) küçük miktarların (10 ft³/dak) sıkıştırılmasında kullanılır. Sıkıştırma oranı, her kademede 10 - 1 aralığındadır. Sıcaklık yükselmesi önemli bir sorun yaratmaz; gaz hacmine göre duvar alanı, izotermal sıkıştırma için gerekli ısı transferine izin verir. Bu tip sıkıştırmalarda proses gazı için sızdırmazlığa gerek yoktur. Diyafram, bir plungerle (basma silindiri) hidrolik olarak hareket ettirilir.

Şekil-31: Yüksek basınç diyafram kompresörü.

c. Fanlar ve Blowerler

Bir fan ve kompresör arasındaki fark kesin olarak tanımlanamaz. Fanların çalışma basıncı (p < 0.5lb / in²), gaz üzerindeki sıkıştırma etkisi ihmal edilebilecek düzeyde kalacak kadar düşüktür. Fanlarda giriş ve çıkış hacimleri hemen hemen eşittir, bunlar basit gaz taşıyıcı sistemlerdir. Fanlar, hava akışlı (radyal) veya santrifüjlü ve aksiyal (dik) akışlı olarak iki grupta toplanır. Radyal-akışlı fanlarda akış basittir ve fan şaftına paraleldir.

2. Dinamik Kompresörler

Santrifüj Kompresörler (Turboblowerler)

Bir santrifüj kompresörün ana işlevi, içinden akan gazın basıncını arttırmaktır. İşlem, bir santrifüj pompada olduğu gibi, girişten çıkışa doğru radyal olarak akan gazın hızlandırılmasıyla yapılır. Santrifüj kompresörlerin kapasiteleri çeşitlidir; çoğu 3500 rpm veya daha yüksek hızlarda, elektrik motoru, buhar veya gaz türbinlerle çalışır.

Santrifüj kompresörde bir impeller (fan) ve bir gövde (kasa) bulunur; bunlar, pompa fanlarına çok benzer. Gaz kompresöre fan gözü yakınından girer, fanın ucunda bir difüzöre yüksek bir hız ve basınçla fışkırtılır. Hızın kalan kısmı difizörde basınca dönüştürülür. Santrifüj kompresörler, çok yüksek basınçlı çıkışa ulaşabilmek için çok kademeli yapılır. Çok kademeli çalışmada gaz difüzörü terkeden gaz, bir sonraki fanın gözüne yönlendiren bir diyaframa girer; diyaframda supaplar bulunur. Sıkıştırılırken gaza transfer edilen enerji, gazın ısınmasına yol açar; bu nedenle kademeler arasına soğutma kanalları konulmuştur. Tek bir gövdede altı veya yedi kademeden fazla kademe bulunmaz. Yeterli basıncın alınamaması halinde iki veya daha fazla gövde seri olarak bağlanarak kullanılır. Beş kademeli bir kompresör Şekil-32(a)’da verilmiştir.

İlginç bir santrifüj kompresörü Şekil-32(b)’de görülmektedir.  Bunda eliptik bir kasa vardır ve kısmen sıvı ile dolu durumdadır; içinde rotor kanatları döner. Rotorun hızı, merkezden santrifüj kuvvetle uzaklaşan sıvının gövde duvarı üzerinde bir sıvı halkası oluşturacak şekilde ayarlanmıştır.

Şekil-32: (a) Beş kademeli bir turboblower, 
(b) Nash ‘Hytor’ kompresörünün çalışma çevrimi

Aksiyal Akışlı Kompresörler

Aksiyal Akışlı Kompresörler gaz türbinleriyle çalışır ve jet uçakları motorlarında bazı avantajları vardır. Endüstride bu tip sistemlerin kullanımı azdır, bazı uygulama alanları olarak yakma-fırınları, gaz iticiler ve rüzgar-tünelleri sayılabilir. Santrifüjlü sistemlere kıyasla en önemli avantajları yüksek verim ve yüksek kapasitedir. Küçük boyuttaki aksiyal akışlı kompresörler, aynı koşullarda uygun olan santrifüjlü tiplerden daha pahalıdır ve tercih edilmezler.

Şekil-50 de tipik bir aksiyal-akış sistemi görülmektedir. Dönen element (rotor) bir kazan şeklindedir ve buna birkaç dizi kanat bağlanmıştır. Basınç artışının yarısı rotor kanadında, diğer yarısı stator kanadında sağlanır. Sabit kanat dizileri havayı rotor kanatları içine gönderirken, statik basıncı ve kinetik enerjiyi arttırır. İyi dizayn edilmiş bir aksiyal-akışlı kompresör havayı 400 ft/sn hıza kadar çıkarabilir. Bu tip kompresörlerin çoğunda kademeden kademeye olan gaz hızı sabittir. Peşpeşe kademelerde sürekli basınç yükselmesi olacağından sabit gaz hızı, küçük bir dairesel alanla sağlanır.

Vakum İşlemleri

Endüstrideki işlemlerin bazıları atmosfer basıncı altındaki basınçlarda yapılır, 0.5 inç cıva basıncına, bir pistonlu veya döner pompayla kolaylıkla erişilebilir.

Ejektörler: Piston, sübab, rotor, ve diğer hareketli parçaların bulunmadığı basit vakum pompaları veya kompresörlerdir. Tek-kademeli bir ejektörde yüksek basınçlı buhar veya hava bir nozuldan buhar odasına beslenir; buradan, çevresinde bulunan buhar veya gazları yakalar, beraberinde sürükleyerek nozuldan yüksek hızla çıkar ve bir yaklaştırıcı-ayırıcı nozul boyunca genişler. Difüzör (veya birleştirici boğaz), hız enerjisinin basınç enerjisine dönüşmesine yardım eder. Bu işlem sonunda, yakalanan bir miktar gaz, buhar odacığındaki basınçtan daha yüksek bir basınçla dışarı atılır; difüzer bir kompresördür.

Tek-kademeli bir ejöktörde sıkıştırma oranı 10/1 i geçer, fakat kapasite/taşınan akışkan oranı ekonomik değildir. Daha büyük sıkıştırma oranları uygulandığında uygun kapasitelere çıkılabilir.

Böyle bir sistemde her jette bir sıkıştırma oranı sağlanarak istenilen basınç yükselmesine ulaşılabilir. Altı kademe seri olarak kullanılabilir.

Difüzyon pompaları: Çok düşük basınçların (yüksek vakum) istendiği durumlarda difüzyon pompası gerekir. Difüzyon pompasıyla 10  7 mm Hg basıncının altına kadar inilebilir. Bu büyüklükteki vakumlar için bir difüzyon pompası, tek-kademeli bir mekanik pompa ile beraber kullanılır.

Difüzyon pompasındaki akışkan düşük buhar basınçlı bir sıvıdır; çoğu kez civa veya özel bir yağ kullanılır. Pompadaki akışkan, pompanın dibinde buharlaştırılır ve buharlar kondenser içinde yükselir. Ön vakum uygulanmış gaz molekülleri, rasgele ısıl hareketlerle difüzyon pompası içine girer ve buharlaşan pompa sıvısı molekülleriyle çarpışır. Buharlaşan sıvı molekülleri kondenserin soğuk cidarlarında yoğunlaşıp geri akarken, konsantrasyonu artmış olan gaz, mekanik pompayla dışarı basılır.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

2.5. Ölçme Cihazları

Endüstriyel prosesin kontrol edilebilmesi için prosese giren ve çıkan madde miktarlarının bilinmesi gerekir. Maddelerin akışkan olması halinde bir boruda veya kanaldaki akış hızının ölçülmesi önemlidir.

Bu amaçlarla kullanılan çeşitli ölçme cihazları bulunur; bunlardan bazıları:

(a) Doğrudan ağırlık veya hacim ölçmeye dayanan cihazlar

(b) Değişken-yükseklik ölçen cihazlar

(c) Alan metreler

(d) Akım metreler

(e) Pozitif-yerdeğiştirme cihazları

(f) Magnetik metreler

Hacim veya ağırlık ölçen cihazlar çok basittir; bunlardan bazıları, akım metrelerle ölçmede, ölçme elementi akışkana daldırılır; akışkanın hızına göre element döner ve metreden akışkanın hızı okunur.

Çeşitli ölçme pompalarını da içeren pozitif-yerdeğiştirmeli metreler, döner ve pistonlu pompalarla aynı ilkelere göre çalışır.

Magnetik flowmetreler, dışardan yaratılan düzenli bir magnetik alan boyunca iletken bir akışkanın hareketiyle bir elektrik potansiyelinin yaratılmasına dayanır, Faday Kanununa göre, yaratılan voltaj, akışkanın hızıyla doğru orantılıdır. Ticari magnetik flowmetreler, hidrokarbonlar (elektriksel iletkenlikleri düşüktür) dışındaki tüm sıvıların hızını ölçerler.

Akış ölçmede en fazla kullanılan cihazlar değişken-yükseklik ölçen ve alan ölçen cihazlardır. Değişken-yükseklik ölçen cihazlar içinde venturimetre, orifismetre ve pitot tüpler; alan metreler içinde de  rotametreler sayılabilir.

Venturimetre

Venturimetreler gazların ölçülmesinde kullanılan ölçü aletleri olmasına karşın, özellikle su gibi bazı sıvılar için de uygundur. Bir venturimetrenin  şematik görünümü Şekil-33’de gösterilmiştir. Akım, ucu konik olarak kesilmiş silindirik yapıdaki flanşlı A kısmından girer, B boğazından geçer ve konik kesimli uzun C bölümünden çıkar. Giren akım (üst akım) silindirik ve konik kısmın bağlantı noktasında üzerinde küçük delikler (E) bulunan dairesel bir halkadan (D) geçerken basıncı düzenlenir; D ve E lerden oluşan bu kısma "piezometre (basınç ölçer)" denir. Giriş akımının basıncı F tapasından ölçülür. İkinci bir piezometre G boşluğu ve H delikleri ile boğazda bulunur; delikler çok hassas yapılmıştır ve işlenmiştir. Boğazdaki basınç I tapasıyla kontrol edilir. F ve I tapaları arasına uygun bir basınç ölçer (bir monometre gibi) bağlanarak giriş ve çıkış akımları arasındaki basınç farkı ölçülür.

Venturimetrede giriş konisinde hız artar, basınç düşer. Giriş konisindeki basınç düşüşü, sistem boyunca olan akış hızının ölçülmesine olanak verir. Sonra hız azalır ve C konisinin çıkışına doğru akım orijinal basıncına döner. Düşen basıncın tümüyle geri kazanılması için C deki konikliğin açısı küçük tutularak sınır tabakası ayrılması önlenir ve sürtünme en aza indirilir.

Orifismetre

Venturimetreler uygulamada bazı dezavantajlara sahiptir, pahalıdır, fazla yer kaplar ve boğaz çapının boru çapına oranı değiştirilemez. Bir venturimetre ve manometre sisteminde maksimum ölçülebilen akış hızı sabittir; bu durumda akış aralığı değiştiğinde, boğaz çapı ya çok büyük veya çok küçük kalır ve doğru sonuç alınamaz. Orifismetreler bu dezavantajları içermez.

Şekil-34’de standart bir keskin-kenarlı orifis görülmektedir. Çok iyi işlenmiş ve delinmiş ve iki flanş arasına tutturulan orifis levhası, boruya merkezi konumda monte edilir. Levhadaki açıklık alt akım tarafında yivli olabilir. Basınç uçlarından biri orifisin üst tarafında, diğeri alt tarafında bulunur; bu uçlar bir manometreye veya uygun bir basınç-ölçere bağlanmıştır. Basınç uçlarının yerleri isteğe göre değişebilir, fakat metrenin katsayısı da bu uçların konumuna bağlı olarak değişir.

Pitot Tüpler

Pitot tüp, bir akım hattı boyunca yerel hızın ölçülmesinde kullanılır. Aletin kullanım şeması Şekil-35(a)’da verilmiştir. a tüpünün açıklığı akım yönüne dik, durgun (statik) tüp b ninki paraleldir. Bu iki tüp bir manometrenin uçlarına bağlanarak küçük basınç farkları ölçülebilir. Durgun tüp, açık kısmına dik herhangi bir hız bileşeni bulunmadığından, durgun basıncı (p₀) ölçer. Darbeye karşı olan a tüpünün B noktası, AB akım hattının sonlandığı noktadır (hareketsiz nokta). Burada ölçülen ps basıncıdır. Manometre p_s – p₀ basınç farkını ölçer.

Şekil-33: Venturimetre

Şekil-34: Bir orifismetrenin görünümü ve % maksimum basınç farkı eğrisi.

Alanmetreler: Rotametreler

Orifis, nozul veya venturide, sabit bir alan boyunca akış hızının değişmesi değişken bir basınç düşmesine yol açar ; bu durum akış hızına bağlıdır. Alanmetreler denilen diğer bir sınıf ölçü aletlerinde ise basınç düşmesi sabittir veya sabite çok yakındır; akım hızıyla akımın geçtiği alan değişir.

En önemli alanmetre, rotametredir (Şekil-35 b) Rotametre, dereceli ve yukarı doğru genişleyen bir cam tüptür. Akışkan tüp içinde yukarı doğru (dikey) hareket eder; bu sırada içinde asılı durumda bir "float (standart yüzen bir parçacık) bulunur. Float akımın hızı arttıkça yükselir; hız sabit kaldığında floatın bulunduğu yer, yani tüp içindeki yüksekliği de sabit kalır, değişmez. Akımın hızı azaldığında float tüp içinde aşağı iner. Floatun bulunduğu seviye, dereceli cam tüpten okunur ve her flowmetrenin kendine özgü float-kalibrasyon eğrisi verilerinden akımın akış hızı bulunur.

Şekil-35: (a) Pitot tüpün çalışma sistemi, (b) rotametre

2.6. Gemi Ve Tanker Operasyonları

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.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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.

2.7. Depolama Ve Sanayi Kapları

Sanayide depolamada ve prosesin çeşitli kademelerinde tank, dram, kolon gibi isimler altında bazı cihazlar kullanılmaktadır. Hangi amaçla kullanılırsa kullanılsın, bu bu ekipmanların kendilerine özgü imalat yöntemleri, kuralları ve üzerlerinde bulunması gerekli olan ortak sistemler vardır. 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.

Katılar, sıvılar ve gazların depolanması atmosferik kaplarda yapıldığı gibi basınçlı kaplarda da yapılabilir. Ayrıca sıcaklığın, cisimlerin fiziksel özelliklerini etkilemesinden de depolamada yararlanılır. Çok yüksek basınçlar altında depolanması gereken maddelerin, (örneğin hafif hidrokarbonların) sıcaklığı düşürülerek daha düşük basınçlarda depolanması mümkündür. Böylece hem depolama hacmi küçültülür, hem de yüksek basıncı karşılayacak malzeme sıkıntısından kurtulunur. Hatta bazı hallerde sıcaklık düşürülerek atmosferik basınç şartlarında depolama koşulu da sağlanabilir.

a. Gazların Depolanması

Gazometreler

Gazlar bazan, tavan bölümü hareketli gazometreler içinde depolanırlar (Şekil-36). Gazometre bir silindir içinde, aşağı yukarı hareket eden diğer bir silindirdir. Dik olarak yerleştirilen bu silindirlerden içte ve üzeri tavan ile kapatılmış olanı yukarı-aşağı hareket eder. Tankın içine gaz gönderildikçe üstteki silindir yukarı doğru hareket ederek, gelmekte olan gaza yer (hacim) açar.

İki silindir birbirine sürtünmeyecek şekilde, iç taraflarına yerleştirilmiş ray ve tekerlek üzerinde kayarak hareket eder. Hareket eden üst silindirin dengesi ve ağırlığı önemlidir. Hareket herhangi bir şekilde engellenirse tankta yer açılmayacağından basınç birikmelerine yol açılır, veya gaz dışarı alınırken üst silindir aşağıya inmezse içeride eksi basınç yani vakum oluşur. Tanklar içinde oluşan vakumlar, basınç yükselmeleri kadar önemli ve tehlikelidir.

Silindirler arasından gaz sızıntısı olmaması için iki yüzey arasında sıvı veya katı tipte bir tür izolasyon yapılır. İzolasyonda, üst kısımla (çan) birlikte hareket eden ve gazla reaksiyona girmeyen yapay bir kauçukla impregne edilmiş (emdirilmiş) branda kullanılır. Çan kısmına sabitlenmiş branda, mekanik düzeneklerle tankın alt parçasının iç yüzeyinde kayacak şekildedir.

Gazlar bu şekilde atmosfer basıncının biraz üzerinde ve sabit bir basınç altında depolanmış olurlar.

Sıvı İçinde Çözme

Bazı gazlar sıvılar içinde çözülmüş olarak depolanabilir. Böyle bir depolama az miktarlarda gaz gerektiğinde, gaz basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu veya biraz üstünde bulunduğu ve ıslak gazın kullanımında bir sakınca olmadığı hallerde uygulanır. Amonyak suda çözülerek, asetilen asetonda çözülerek, hidrojen klorür suda çözülerek depolanabilir. Asetilenin kararlı bir yapıda olmaması böyle bir depolama şekline avantaj sağlar.

Şekil-36: Bir gazometrenin şematik görünümü

Basınç Altında Depolama

Gazlar basınç altında büyük dramlarda, tanklarda, küçük kaplarda (birkaç litrelik hacimler) veya boru hatlarının içinde depolanabilir, ancak buralarda hep basınç altında bulunur. Basınçla gazların hacmi küçüldüğü gibi, bazı gazların sıvılaştırılması da mümkündür; örneğin, CO₂, LPG, klor, freon gibi.

Boru Hattı İçinde Depolama

Gazların nakli için günümüzde çok uzun mesafelere boru hatları döşenmektedir. Boru hatlarının amacı, gazların taşınması olduğundan depolama fonksiyonları ikinci planda kalır. Boru hatlarının depolama fonksiyonlarını yükseltmek için hattın basıncının yükseltilmesi gerekir. Basınç yükseltilmesi için ise boru spesifikasyonlarının ve imalat şekillerinin buna uygun olması lazımdır; bu noktada konunun ekonomikliği hususu tartışılmaya başlanır.

Düşük Sıcaklıklarda Depolama

Gazların düşük sıcaklıklarda sıvılaştırıldıktan sonra depolanması mümkündür; bu şekilde büyük miktarlardaki gazların depolanması sağlanabilir. Düşük sıcaklıklardaki depolamada, genellikle atmosfer basıncı veya bunun biraz üzerindeki bir basınçta gazın sıcaklığı düşünülerek gaz yoğunlaştırılır ve depolanır. İşletme ve ekonomik şartlara göre, ara basınçlar da tercih edilebilir.

Sıcaklık –150 ⁰F altında (yaklaşık –65 ⁰C) ise, bu bölgedeki sıcaklıklara "kriyojenik" (Cryogenic) sıcaklıklar denir. Birçok gazın bu bölgeye gelmeden yoğunlaştığı da bilinmektedir. Ancak hafif hidrokarbonlar ve sanayiide inert gaz olarak kullanılan azot ancak kriyojenik sıcaklıklarda yoğunlaşabilirler.

Kriyojenik sıcaklıklara inilmesinde, düşük sıcaklık tekniği uygulanmasına rağmen ilave mekanik ve teknik problemlerle karşılaşılır. Bunların başında ekipman ve bağlı parçalarının genleşmeleri gelir. Tankın iç yüzeyinin çok düşük sıcaklıktaki sıvı sıcaklığında, dış yüzeyinin ise atmosfer sıcaklığında bulunduğu düşünülecek olursa, malzeme seçimindeki problemler anlaşılabilir. Ayrıca düşük sıcaklık, bilindiği gibi malzemenin kırılganlığını yükseltir. –75 ⁰F kadar normal çelikler –150 ⁰F sıcaklığa kadar düşük alaşımlı çelikler kullanılabilirse de, daha düşük sıcaklıklarda austenitik paslanmaz çeliklerin kullanılması gerekir.

Diğer bir problem de izolasyonun çok özel malzemeler ile ve değişik teknikle yapılması gereğidir.

Soğuk depolamada özel izolasyon yanında, çift cidarlı tanklara da gereksinim vardır. Çift cidarlı bir tank, iki cidar arasında vakum uygulanmasa bile, hareketsiz bir hava tabakası ile dolu olacağından çok iyi bir yalıtkan özellik kazanır. Bütün bu hususlar düşünülürken, daha önce belirtilen ekonomik koşulların karşılaştırılması mutlaka yapılmalıdır.

Sıvılaştırılmış gazın depolanması sırasında gaza dışarıdan ısı girmesi kaçınılmazdır; izolasyon ancak giren bu ısı miktarını azaltır. Isı sızması nedeni ile buharlaşan gazın geri kazanılması, soğuk depolamada önemli diğer bir konudur. Buharlaşan gazın atmosfere verilmesi (hava, N₂, O₂ dışında) kirlilik yaratacağı ve kayıp olacağı için istenmez. Bu nedenle düşük sıcaklık depolamasında, gazları toplayan (kompresör) ve tekrar yoğunlaştıran sistemler gerekir.

b. Sıvıların Depolanması

Sıvıların depolanması gazlardan çok daha yaygındır. Depolamanın mümkün olduğunca zeminde yapılması ve büyük avantajlar görülmedikçe yüksek yerlere depo tankı konulması istenmez. Ancak yüksek yerlere (platformlar üzerine, ayaklar üzerine gibi) tank konulmasını gerektiren durumlar da vardır; örneğin tanklardan büyük miktarlarda sıvı çıkışına gereksinim olduğunda, sıvıyı pompalayacak pompanın çalışmasına yardımcı olmak zorunluluğu doğar, veya pompanın arızası sırasında sıvı akımının devam etmesi istenebilir (yangın suyu depolarında olduğu gibi).

Üstleri Açık Tanklar

Sıvıların yağmur, kar, hava kirliliği gibi atmosfer şartlarından etkilenmemesi halinde, üstleri açık şekilde depolanması mümkündür. Genellikle arıtmaya tabi tutulacak sıvılar bu şekilde depolanır.

Sabit Tavanlı Tanklar

Sıvılar atmosfer şartlarından etkileniyorsa tavanları örtülü yerlerde depolanmalıdır; böylece sabit tavanlı tanklar ihtiyacı doğmuştur. Sabit tavanlı tanklar tavanın yapısına göre gruplandırılır. Düz tavanlı tanklar küçük çaplı tanklardır. Tankın kapasitesi, dolayısıyla çapı büyüdükçe tavanın şeklinin de değişmesi gerekmektedir. Bu durumlarda tavan çan şeklinde veya koniktir. Konik yapıdaki tavanın altında putreller şeklinde destek çubukları yerleştirilmesi zorunluluğu vardır. Desteklerin şekli ve miktarının hesabı özel bir tekniktir. Ancak bu teknikte konik tavanın üzerine binecek kar yükü ile rüzgar yükü ana faktör olarak dikkate alınır.

Sabit tavanlı tanklarda depolama sırasında tankın nefes almasını sağlayacak çıkışların (vent) bulunması gerekir. Tankın doldurulması sırasında sıvı seviyesi yükselirken, sıvı ile tank tavanı arasında kalan gazın yükselen seviye kadarı boşaltılmalıdır; aksi halde tank içinde basınç oluşur. Aynı şekilde tank içinden sıvı çekilirken vakum oluşmaması için, boşalan hacmin doldurulması gerekir; bu işlem tanka hava girmesine izin verilerek yapılmalıdır. Bunun için genellikle tankların ventlerinde azot bağlantıları bulunur; tank içinde basınç düştüğünde tanka azot girer. Ancak hidrokarbonların depolanması durumunda tank içine hava girmesi güvenlik yönünden sakıncalı bulunabilir. Ayrıca hava içindeki oksijenin depolanan sıvı ile sıvının cinsine göre bazı hallerde reaksiyona girmesi de mümkündür. Depolanan sıvının buhar basıncına ve depolama sıcaklığı ile atmosfer sıcaklığına bağlı olarak bir miktar sıvının sürekli olarak buharlaşması da söz konusu olabilir. Böyle durumlarda bir miktar sıvı buharın, tankın tavanındaki ventten çıkarak atmosfere gitmesi kaçınılmazdır.

Yüzer Tavanlı Tanklar

Ventlerden çıkan gaz miktarı kayıp veya atmosfer kirliliği açısından önemli oluyorsa, bu durumda sıvı seviyesi üzerine oturan ve sıvı seviyesi ile birlikte hareket eden yüzer tavanlı tanklar kullanılır. Yüzer tavanlı tanklar gaz depolanmasında kullanılan gazometreler ile büyük benzerlik gösterir.

Yüzer tavanlı tanklarda gövde ve taban, aynı konik tavanlı tanklarda olduğu gibidir, sadece tavan farklıdır. Tavan, depolanan sıvının üzerinde yüzecek şekilde yapılmıştır. Üç tür yüzer tavan tipi bulunmaktadır: (a) tek döşemeli (tava tipi), (b) halka dubalı, (c) çift döşemeli.

Çok karlı ve yağışlı bölgelerde iç yüzer tavanlar kullanılır. Bunlarda yüzer tavanın üstünde konik bir tavan bulunur. Böylece yüzer tavan üzerine binecek kar yükü, konik tavana taşınarak yüzer kısmın rahat çalışmasını sağlar. Yüzer tavanlı tanklarda sıvı seviyesi üzerindeki buhar hacmi sabit kaldığı veya sıfırlandığı için doldurma ve soluma kayıpları çok azalır. Bu tanklarda hareketli tavan ile sabit cidar arasındaki sızdırmazlık normal olarak, pabuç veya sürtme plakası adı verilen bir parça ile sağlanır. Pabuç, tankın cidarına ağırlıklar veya yaylar yoluyla sıkıca bastırılır. Pabuç ile tavan arasındaki sızdırmazlığın temininde esnek bir membrandan yararlanılır.

Yer Altı Depolama

Yer üstü depolamanın getirdiği mali yükler ve gerekli yüksek teknoloji, bazı ihtiyaçlar için başka olanakların araştırılması zorunluluğunu doğurmuştur. Yer altında yapılacak depolama büyük teknolojiler ve yatırımlar gerektirmediği için yer altı şartları, depolanacak madde uygunsa bazı hallerde cazip olmaktadır.

Öncelikle yer altının jeolojik yapısının depolamaya uygun olması gerekir. İlk şart depolama hacminin sızdırmaz bir bölge içinde  yaratılmasıdır. Sızdırmazlık hem depolanacak maddenin kaybedilmemesi, hem de madde zararlı ise çevre kirliliği yaratılmaması yönünden önemlidir.

Depolama için yer altında ilk akla gelen hacim ve yerler eski maden ocakları, taş ocakları veya mağaralar olmaktadır. Bu hacimlerde, ilavelerle sızdırmazlığı sağlayacak önlemlerin alınması da mümkündür. Bunun yanında örneğin tuz galerilerine su verilerek tuzun çözülmesi ve yeterli bir hacim elde edilmesi de yapılan uygulamalar arasındadır; böylece iyi bir sızdırmazlık da elde edilebilir. Yer altının gözenekli ve poroz yapısından da yararlanılarak depolama olanakları yaratılması sağlanabilmektedir.

c. Basınçlı Kaplar

Akışkanların depolanmasında ve özellikle proseslerin ilerleyişi içinde akışkanların prosese sokulması için basınçlı kaplardan geçirilmesi gerekmektedir. Basınçlı kap (pressure vessel) iç veya dış basıncı 1.05 kg / cm² (15 psi) den büyük olan kaplardır. Dış basınç, içerde oluşturulan akışkan basıncından ileri gelebilir.

Basınçlı kaplar değişik geometrik şekillerde olabilirler; silindirik, küremsi veya tam küre olanları vardır. Silindirik kapların kafa şekilleri de çeşitlidir; düz, konik, yarı elipsoid ve yarı küre şeklinde kafalar bulunur. Silindirik kaplar düşey veya yatay olabilirler ve çeşitli şekillerde desteklenebilirler. Küremsi kapların destekleri kısmen veya tamamen zemine oturur.

Küre kaplar normal olarak çelik kolonlarla desteklenirler. Kolonlar ya doğrudan küreye, ya da küre eteğine bağlanır. Ceketli kapların bir kılıfı veya dış kabuğu vardır ve kabın kendi cidarı ile kılıf arasında belli bir aralık bulunur.

Karbonlu çelik, basınçlı kapların yapımında en çok kullanılan malzemedir. Ancak özel amaçlar için başka malzemeler de kullanılır. Bunların başlıcaları ostenitik veya ferritik alaşımlar, nikel ve alüminyumdur. Korozyonun veya erozyonun, karbonlu çeliğin direncini aşacağı tahmin ediliyorsa veya karbonlu çeliğin ürünü kirletmesi olasılığı varsa, bu durumda bir çözüm, kabın bu koşullara dayanıklı diğer metallerle veya metal dışı malzemelerle kaplanmasıdır.

Basınçlı kaplarda çoğunlukla iç aksesuar bulunmaz, ancak  bazılarında perde, tepsi, ızgara, siklon, boru kangalı, püskürtme nozulu, tel süzgeç ve soğutma sıvısı borusu gibi aksesuarlar vardır. Büyük küremsi tankların içinde takviye kuşakları ve gergi çubukları bulunabilir. Vakum kaplarının çoğunda içte ve dışta takviye bilezikleri vardır.

Proseste kullanılan basınçlı kaplar arasında kimyasal reaksiyonların yer aldığı ısıl ve katalitik reaktörler; bu reaksiyonlarda oluşan çeşitli bileşenlerin birbirinden ayrıştırıldığı ayırıcılar; gazların, kimyasal maddelerin veya katalistin üründen ayrıldığı seperatörler; sıvı akışını düzenleyen dramlar; kimyasal reaksiyon üniteleri; çökeltme dramları; kullanılmış kataliste veya kimyasal maddeye orijinal özelliklerinin tekrar kazandırıldığı rejeneratörler sayılabilir. Bunlardan başka ısı değiştiriciler ve yoğuşturucular gibi çok bilinen bazı basınçlı kaplar da vardır.

SAĞLIK VE GÜVENLİK

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