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
Gazlar bazan, tavan bölümü hareketli gazometreler içinde
depolanırlar (Şekil-1). 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-1: Bir
gazometrenin şematik görünümü.
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.
Sağlık ve Güvenlik
Sağlık: Güvenli çalışma eğitimleri ve/veya üründen
örnek almada, göstergelerin kullanılmasında, kontrol ve bakım sırasında uygun
personel koruyucu ekipman kullanımı gereklidir.
Güvenlik: Tanklarda aşırı doluluk ya otomatik taşkan
kontrolü ve alarm sistemleriyle, veya elle kontrol edilen göstergelerle
denetlenir.
Yangın Önleme ve Korunma: Hidrokarbon depo
tanklarının aşırı doldurulması veya delikler oluşması hidrokarbonların
sızmasına veya buharlarının kaçmasına neden olacağından bunların yakıcı
kaynaklarla teması yangına yol açabilir. Tanklarda uzaktan kumandalı sensörler,
kontrol valfleri, izolasyon valfleri ve yangın valfleri bulunmalıdır; tank
içinde, tank kanalında veya depolama sahasında yangın çıktığında
dışarı-pompalama veya o bölgeyi veya kısmı kapatarak izole eder.
