i ÖZET Doğal gaz ana boru hatlarıyla veya sıvılaştırılmış doğal gaz ...
i ÖZET Doğal gaz ana boru hatlarıyla veya sıvılaştırılmış doğal gaz ...
i ÖZET Doğal gaz ana boru hatlarıyla veya sıvılaştırılmış doğal gaz ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>ÖZET</strong><br />
i<br />
<strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> <strong>ana</strong> <strong>boru</strong> <strong>hatlarıyla</strong> <strong>veya</strong> <strong>sıvılaştırılmış</strong> <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> şeklinde belirli<br />
noktalara taşındıktan sonra, “dağıtım sistemi” adı verilen <strong>boru</strong> hatları ile tüketici<br />
kullanımına sunulur. Ana <strong>boru</strong> hattından ya da <strong>sıvılaştırılmış</strong> <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong><br />
terminalinden alınan <strong>gaz</strong>, dağıtım sistemleri boyunca çeşitli düzenlemeler ve<br />
ölçümlerden geçer.<br />
<strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> dağıtım sistemlerinin en önemli bölümü basınç düşürme ve ölçüm<br />
istasyonlarıdır. Bu istasyonların amacı, tüketicinin kull<strong>ana</strong>bileceği basınçta ve<br />
sıcaklıkta <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> sağlamak, verilen <strong>gaz</strong> miktarını belirlemek ve <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ı<br />
filtreden geçirerek tüketici donanımlarına zarar verebilecek katı tanecikler ve<br />
sıvılardan temizlemektir. Sadece büyük basınç düşürmelerinde ve çevre sıcaklığının<br />
normalden az olduğu bölgelerde, “Joule-Thomson” etkisi sonucunda sıcaklığı<br />
azalacak olan <strong>gaz</strong>ın hidrat oluşturmaması için düzenleme (regülasyon) öncesinde <strong>gaz</strong><br />
ısıtılabilir. Tüketim kapasitelerini doğru karşılamak için, uygun basınç düşümünü<br />
sağlayacak düzenleyici (regülatör) tipi ve duyarlı debi ölçümleri yapan sayaçlar<br />
belirlenir.<br />
<strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> basınç düşürme ve ölçüm istasyonları güncel ve gelecekteki <strong>gaz</strong><br />
gereksinimlerini sürekli ve güvenli bir şekilde karşılamalıdır. Tüketiciye kesintisiz<br />
<strong>gaz</strong> verebilmek için, donanımın arıza <strong>veya</strong> bakımlarında dahi, istasyon yedek ve<br />
bypass hatları ile donatılmış bulunmalıdır. Gelecekteki kapasite artışları karşısında<br />
<strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> tüketimini karşılayabilmek için istasyon donanımları geliştirilmeye uygun<br />
tasarlanmalıdır. Tüm bunları sağlayan basınç düşürme ve ölçüm istasyonları, diğer<br />
yandan korunum ve çevre sağlığı standartlarını da karşılamak zorundadır. Bütün<br />
bunlar, bir istasyonun doğru seçilmiş donanımla ve ilgili <strong>gaz</strong> kuruluşlarının<br />
şartnamelerine uygun tasarlanması ve verimli bir şekilde işletilmesi ile mümkündür.
SUMMARY<br />
ii<br />
After natural gas is either carried through main pipe lines or transported to<br />
some stations places as liquid natural gas, it is presented to the consumers via<br />
“distribution system” pipe lines. The gas, which was taken from either the main pipe<br />
line or the liquid natural gas terminal, is regulated and measured all the way through<br />
the distribution systems.<br />
Regulation and Measuring Stations are the most important sections of the<br />
natural gas distribution systems . The main purposes of these stations are to produce<br />
gas with a proper pressure and temperature for the consumers; to precisely calculate<br />
the amount of the distributed gas and filtering solid and liquid stuff, which might be<br />
harmfull for the consumer’s equipment, out of the gas. Only in case of huge pressure<br />
reductions and in the areas with very low temperature (below normal values), the<br />
gas, which would have a lower temperature due to “Joule-Thomson” impact , might<br />
be heated before the regulation so that it does not produce hydrate . In order to<br />
properly calculate consumption capacity, regulator type sensitive meters, which are<br />
able to reduce the pressure and measure the flow rate, are determined.<br />
The natural gas regulation and measuring stations must meet the current and<br />
future gas need regularly and safely. The station must be equipped with both spare<br />
and bypass lines so that the consumers have always gas even in case of a failure or<br />
during a maintenance period. The station must be open to any upgrade considering<br />
possible capacity increase in the future. Along with these features, the natural gas<br />
pressure reduction and measurement stations must meet the requirements for<br />
environment health and security standards as well. These are possible only if the<br />
station is designed with the right equipment as listed in the specifications by relevant<br />
gas organizations and m<strong>ana</strong>ged in a productive way.
ÖNSÖZ<br />
iii<br />
Bugün dünyada oldukça yaygın bir şekilde kullanılan ve gerek kullanımı<br />
gerekse de varlığı bilinen <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> rezervlerinin artması nedeniyle kısa, orta ve uzun<br />
vadede <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın özelliklerinden dolayı sürekli gündemde tutulacağı bilinen bir<br />
gerçektir. Söz konusu <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> rezervlerinin ülkemiz civarında bulunması ve<br />
ülkemizin konumu ve içerisinde bulunduğu enerji krizinden çıkabilmesi için <strong>doğal</strong><br />
<strong>gaz</strong>ın çok önemli ve stratejik bir enerji kaynağı olarak görülmesi gerekir. Bu nedenle<br />
<strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın özelliklerinin çok daha iyi bilinmesi, <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın taşınması, istasyonlar<br />
sayesinde ölçüm değerlerinin istenilen değere getirilmesi ve kullanımı son derece<br />
önemlidir. <strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> <strong>boru</strong> hatlarının tesis edilmesinin yanı sıra <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın s<strong>ana</strong>yi<br />
kuruluşlarına ve konutlara arz edilebilmesi ve <strong>ana</strong> dağıtım hatlarından yüksek<br />
basınçla gelen <strong>gaz</strong>ın belirli basınçlara düşürülebilmesi için basınç düşürme<br />
istasyonlarına ihtiyaç vardır. Bu istasyonların <strong>boru</strong> <strong>hatlarıyla</strong> eşzamanlı olarak tesis<br />
edilmesi durumunda, <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın yerleşim yerlerine gelir gelmez kullanıma da<br />
sunulmasına imkan tanınmış olacaktır. Tez çalışmamda benden yardımlarını ve iyi<br />
niyetini esirgemeyen danışmanım Sayın Prof. Dr. Ahmet CAN’ a teşekkürlerimi<br />
sunarım.<br />
Çalışmalarım sırasında ilgisini, emeğini ve özverisini sakınmayan yaşadığım<br />
yoğunluğu asgariye indirmeye çalışan eşime teşekkürü borç bilirim.<br />
Ahmet ERDEMİR<br />
Haziran 2007
İÇİNDEKİLER<br />
iv<br />
Sayfa<br />
<strong>ÖZET</strong> i<br />
SUMMARY ii<br />
ÖNSÖZ iii<br />
İÇİNDEKİLER iv<br />
ÇİZELGELER vii<br />
ŞEKİLLER DİZİNİ viii<br />
SEMBOLLER x<br />
1. GİRİŞ 1<br />
2. BASINÇ DÜZENLEMENİN (REGÜLASYONUN) TEMELLERİ 6<br />
2.1. Temel Parçalar 6<br />
2.1.1. Kısıtlama Elemanı 10<br />
2.1.2. Yükleme Elemanı 14<br />
2.1.3. Ölçüm Elemanı 15<br />
2.2. Doğrudan Etkili Gaz Basınç Regülatörleri 18<br />
2.2.1. Yay Etkisi 18<br />
2.2.2. Diyafram Etkisi 22<br />
2.3. Pilot Kontrollü Gaz Basınç Regülatörleri 24<br />
3. İSTASYON DONANIMLARI 28<br />
3.1.Yalıtım Contası 28<br />
3.2.Giriş V<strong>ana</strong>sı 29<br />
3.3.Filtreler 29
v<br />
3.3.1. Siklon Filtreler 30<br />
3.3.2. Kartuşlu Filtreler 32<br />
3.3.3. Fark Basınç Göstergeleri 33<br />
3.4.Basınç Düzenleyicilerin Regülatörlerin Özellikleri 33<br />
3.4.1. Doğrulukla İlgili Özelikler 34<br />
3.4.2. En Büyük Doğrulukta Debi 35<br />
3.4.3. Kilitlenmeyle İlgili Özelikler 36<br />
3.4.4. Debinin En Yüksek Doğrulukla Hesaplanması 37<br />
3.4.5. Esas Akış Karakteristikleri 37<br />
3.5. Sayaçlar 38<br />
3.5.1. Sayaç Karakteristikleri 39<br />
3.5.1.1. Doğruluk (Accuracy) 39<br />
3.5.1.2. Kapasite oranı (Rangeability) 40<br />
3.5.1.3. Yineleyebilirlik (Repeatability) 40<br />
3.5.1.4. Doğrusallık (Linearity) 41<br />
3.5.2. Sayaç Türleri 41<br />
3.5.2.1. Döner Sayaçlar 41<br />
3.5.2.2. Türbin Sayaçlar 42<br />
3.5.2.3. Orifis Sayaçlar 45<br />
3.5.2.4. Ultrasonik Sayaçlar 46<br />
3.6. Çıkış V<strong>ana</strong>sı 47<br />
3.7. Otomatik Emniyet Kapama V<strong>ana</strong>ları 48<br />
3.8. Otomatik Emniyet Boşaltma V<strong>ana</strong>ları 49<br />
3.9. Kabin Yapısı 50<br />
4. İSTASYON TASARIM İLKELERİ 51<br />
4.1. İstasyonlar İçin Teklif Hazırlama Prosedürü 51<br />
4.1.1. Müşteriden Tasarım Verilerinin Alınması 51<br />
4.1.2. PID Kontrolü <strong>veya</strong> Oluşturulması 52<br />
4.1.3. Hesaplar ve Ürün Listesinin Oluşturulması 52
vi<br />
4.2. İstasyon Çalışma Koşullarının Belirlenmesi 54<br />
4.2.1. Gerekli Veriler 54<br />
4.2.2. Verilerin Önemi 55<br />
4.3. İstasyon Donanımı Seçme Kıstasları ve Hesaplamaları 57<br />
4.3.1. Borulama 57<br />
4.3.2. Filtre Hesapları 63<br />
4.3.3. Basınç Düzenleyici (Regülatör) Seçimi 63<br />
4.3.4. Otomatik Emniyet Kapama V<strong>ana</strong>sı 68<br />
4.3.5. Otomatik Emniyet Boşaltma V<strong>ana</strong>ları 68<br />
4.3.6. Sayaç Seçimi 68<br />
4.3.7. Akış Düzenleyicisi Seçimi 73<br />
5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 75<br />
KAYNAKLAR 77<br />
ÖZGEÇMİŞ 79
ÇİZELGELER<br />
vii<br />
Sayfa<br />
Çizelge 3.1 Belirlenmiş doğruluk sınıfları 34<br />
Çizelge 3.2 Kilitlenme basıncı sınıfları 36<br />
Çizelge 4.1 Belirtilen en ince et kalınlıkları 62<br />
Çizelge 4.2 Doğrudan ve pilot işletmeli regülatörlerin basit karşılaştırılması ve<br />
avantajlı oldukları alanlar 64<br />
Çizelge 4.3 Sayaç tipinin maksimum kapasitesi ile belirlenmesi 70
ŞEKİLLER DİZİNİ<br />
Sayfa<br />
Şekil 1.1 Gaz iletim - dağıtım hatlarının şematik görünümü 2<br />
Şekil 1.2 Dağıtım sisteminde farklı basınç noktaları ve basınç düşürme istasyonlarının<br />
bulunma noktalarının şematik gösterimi 3<br />
Şekil 1.3 Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu örneği 4<br />
Şekil 1.4 Basınç düşürme ve ölçüm istasyonunda genel enstrümantasyon dizilimi 4<br />
Şekil 2.1 Tipik bir regülatör sistemi 6<br />
Şekil 2.2 Doğrudan etkili regülatör 7<br />
Şekil 2.3 Tipik bir kısıtlayıcı eleman 8<br />
Şekil 2.4 Tipik bir yükleme elemanı 9<br />
Şekil 2.5 Ölçüm elemanı eklenerek elde edilmiş bir regülatör bütünü 9<br />
Şekil 2.6 Kısıtlayıcı v<strong>ana</strong> boyunca akış basınç profili 11<br />
Şekil 2.7 Akışın orifis noktasındaki basınç değişimleri 12<br />
Şekil 2.8 Yüksek ve düşük kurtarımlı v<strong>ana</strong>ların basınç profili 13<br />
Şekil 2.9 Regülatör diyafram takımı 17<br />
Şekil 2.10 Diyafram üzerindeki gerilme kuvvetleri 18<br />
Şekil 2.11 Tipik doğrudan işletmeli regülatör örneği 19<br />
Şekil 2.12 Performans eğrisi 21<br />
Şekil 2.13 Performans eğrileri ailesi 21<br />
Şekil 2.14 Basınç diyafram etkin alan ilişkisi 22<br />
Şekil 2.15 Yay ve diyafram etkisiyle görülen düşme 23<br />
Şekil 2.16 Doğrudan işletmeli regülatörde akordeon tarzı katlamalı diyafram 23<br />
Şekil 2.17 Pilot işletmeli basınç düzenleyici (regülatör) örneği 24<br />
Şekil 2.18 Pilotun basıncı algılamasını şematik gösterimi 25<br />
Şekil 2.19 Pilot işletmeli basınç düzenleyici (regülatör) ve pilot örneği 26<br />
Şekil 3.1 Yalıtım contasının kesit görünümü 28<br />
Şekil 3.2 Yüzer ve trunion tip v<strong>ana</strong> 29<br />
Şekil 3.3 Siklon tip filtre 30<br />
Şekil 3.4 Akış eksenli kartuşlu filtre 31<br />
Şekil 3.5 Filtre kartuşu 32
ix<br />
Şekil 3.6 Fark basınç göstergesi 33<br />
Şekil 3.7 En yüksek ve düşük doğruluktaki debileri belirten performans eğrileri ailesi (Pas<br />
sabit, kararlı şartlar) 35<br />
Şekil 3.8 Kilitlenme basıncı bölgesini belirten performans eğrisi 37<br />
Şekil 3.9 Esas akış karakteristikler diyagramına ait üç örnek 38<br />
Şekil 3.10 Döner sayacın çalışmasının şematik gösterimi 42<br />
Şekil 3.11 Kesiti alınmış türbin sayaç örneği 43<br />
Şekil 3.12 Değişik tipte akış düzenleyiciler 44<br />
Şekil 3.13 Flanş bağlantılı orifis sayacın basınç profili 45<br />
Şekil 3.14 Ultrasonik sayacın çalışma prensibinin gösterimi 46<br />
Şekil 3.15 Ultrasonik sayaç 46<br />
Şekil 3.16 Otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong> kesiti 48<br />
Şekil 3.17 Emniyet kapama v<strong>ana</strong>lı regülasyon sistemi 49<br />
Şekil 3.18 Emniyet boşaltım v<strong>ana</strong>sı 50<br />
Şekil 4.1 Maksimum debi, maksimum hız ve minimum giriş basıncı bilinen <strong>gaz</strong> için DN<br />
<strong>boru</strong> çapı belirleme diyagramı 60<br />
Şekil 4.2 Kontrol elemanı sabit konumda iken regülatörün akış davranışı 65<br />
Şekil 4.3 Doğru ölçümler için sayaç önce ve sonrası için bırakılması gereken mesafelere<br />
örnek sayaç 73<br />
Şekil 4.4 Tüp demetlerinden oluşmuş akış düzenleyicisinin kesit gösterimi 74
SEMBOLLER<br />
A : alan, cm 2<br />
AC : doğruluk sınıfı<br />
AGA : American Gas Association.<br />
ANSI : American National Standards Institute,<br />
API : American Petroleum Institute.<br />
ASME : American Society of Mechanical Engineers.<br />
ASTM : American Society for Testing and Materials.<br />
a : akış düzenleyicisinde <strong>boru</strong> demetinin çapı, mm<br />
bpe : giriş basıncı aralığı, barg<br />
Cg : regülatör kapasite değeri, m 3 /saat<br />
D : <strong>boru</strong> dış çapı, mm<br />
Dah : hesapl<strong>ana</strong>n çıkış <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
Das : seçilen çıkış <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
Deh : hesapl<strong>ana</strong>n giriş <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
Des : seçilen giriş <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
Di : <strong>boru</strong> iç çap, mm<br />
DN : nominal <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
DP : tasarım basıncı, bar<br />
F : kuvvet, N<br />
FD : diyafram kuvveti, N<br />
FY : yay kuvveti, N<br />
fo : tasarım faktörü, boyutsuz<br />
G : <strong>gaz</strong> spesifik gravitesi, boyutsuz<br />
HB : histerezis bandı<br />
K1 : gövde şekil faktörü, boyutsuz<br />
k : yay sabiti, N/cm<br />
L : <strong>boru</strong> demetinin uzunluğu, cm<br />
P : basınç, N/cm 2<br />
x
PID : donanım pozisyonunu gösterir diyagram (position indicator diagram)<br />
PN : basınç sınıfı<br />
Pa : çıkış basıncı, barg<br />
Pas : regülatör ayar basıncı, barg<br />
Pb : atmosfer basıncı, bar<br />
Pe : regülatör giriş basıncı, barg<br />
Pe mak<br />
Pe min<br />
: en yüksek giriş basıncı, barg<br />
: en düşük giriş basıncı, barg<br />
xi<br />
Pf : regülatör kilitlenme basıncı, barg<br />
PL : diyafram yükleme basıncı, barg<br />
Pmin sayaç<br />
: sayaç en düşük giriş basıncı<br />
Pvk : vena kontrakta noktasındaki basınç, barg<br />
ύ : normal şartlarda kapasite, m 3 /saat(n)<br />
ύa : gerçek debi, m 3 /saat<br />
ύanma<br />
: normal şartlardaki debi, m 3 /saat<br />
ύh : minimum basınçta hesapl<strong>ana</strong>n sayaç kapasite değeri, m 3 /saat<br />
ύm : sayaç tarafından ölçülen debi, m 3 /saat<br />
ύmak : normal şartlardaki en yüksek debi, m 3 /saat<br />
ύmak HP<br />
ύmak pe<br />
ύmax,pe mak<br />
ύmax,pe min<br />
ύs mak<br />
ύmin HP<br />
ύmin sayaç<br />
: akış koşullarında sayaçtan geçen maksimum debi, m 3 /saat.<br />
: ara basınçtaki debi, m 3 /saat<br />
RF : yükselen yüz<br />
: en büyük giriş basıncındaki devi, m 3 /saat<br />
: en küçük giriş basıncında debi, m 3 /saat<br />
: seçilen sayacın maksimum kapasitesitesi, m 3 /saat<br />
: akış koşullarındaki maksimum mutlak giriş basıncında (bara) ve<br />
sıcaklığında, minimum kapasite, m 3 /saat<br />
: en düşük sayaç kapasitesi, m 3 /saat<br />
Ren : yenilenebilirlik, boyutsuz<br />
Rt 0,5 : ortam sıcaklığında belirtilen en düşük akma mukavemeti, N/mm 2
Rt 0,5 ( θ ) : tasarım basıncında belirtilen en düşük akma mukavemeti, N/mm 2<br />
SG : kilitlenme basınç sınıfı<br />
xii<br />
Ta : istenen çıkış sıcaklık değeri, o C<br />
Te : <strong>gaz</strong> sıcaklığı, o C<br />
Tn : normal şartlardaki sıcaklık, 0 o C<br />
Tmin : hesapl<strong>ana</strong>n en düşük et kalınlığı, mm<br />
Tr : referans sıcaklık, o C<br />
V : hız, m/sn<br />
Vmax : en yüksek hız, m 3 /saat<br />
Vs : seçilen çaptaki hız, m/sn<br />
Wh : regülatörde elde edilebilen ayar noktalarının bütünü, barg<br />
X : % hareket<br />
x : alınan yol, cm<br />
Grek harfleri<br />
∆P : akış şartlarında maksimum basınç kaybı<br />
ρn<br />
: normal şartlardaki <strong>gaz</strong>ın yoğunluğu, kg/m 3<br />
σP : çevre gerilmesi, N/mm 2
1. GİRİŞ<br />
1<br />
<strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong>ın <strong>boru</strong> <strong>hatlarıyla</strong> bir noktadan çok uzaktaki tüketici noktalarına<br />
iletilmesi için, <strong>gaz</strong> basıncı kompresör istasyonlarında yaklaşık 70-40 bar düzeyine<br />
yükseltilir. Boru hattında ilerleyen <strong>gaz</strong>ın basıncı çeşitli nedenlerden dolayı düşer ve<br />
bu basınç farkı <strong>gaz</strong>ın hat içinde akmasını sağlar. Gazın tüketicilere dağıtıldığı<br />
dağıtım sisteminin önüne gelen <strong>gaz</strong> hala yüksek basınçlıdır, ancak hızı azalmıştır ve<br />
hala dağıtım sisteminde alması gereken yol vardır. Hızı artırmak için ve dağıtım<br />
sisteminin tasarım basıncı düşük olması nedeniyle, basınç düşümüne gidilir. Bu<br />
noktada, ihtiyaç duyulan basınç düşümünü ve dolayısıyla <strong>gaz</strong>daki hızlanmayı<br />
gerçekleştiren basınç düzenleme ve ölçüm istasyonları (RMS-Regulation and<br />
Measuring Station) devreye girer. Basınç düşürmenin birinci aşaması olarak iletim<br />
hattı ile dağıtım sistemini birbirine bağlayan ve arayüz görevini gören şehir ya da<br />
organize s<strong>ana</strong>yi bölgelerine <strong>gaz</strong> veren şehir girişi (City gate) RMS’lerdir (Şekil 1.1).<br />
Buradan çıkan <strong>gaz</strong>ın basıncı yaklaşık 30 – 20 bar değerleri arasındadır. Şehir giriş<br />
istasyonlarından <strong>ana</strong> hatlara verilen <strong>gaz</strong> daha sonra yan hatlara geçer ve ikinci aşama<br />
basınç düşümü sağlayan, kullanıcıya daha da yakın, bölge ya da endüstriyel<br />
RMS’lere gelir. Bu istasyonların çıkış basıncı 4 – 1 bar arasındır. Bu çıkış<br />
basıncında gelen <strong>gaz</strong>ın tüketicisine örnek olarak, ticari merkezler, hastaneler, okullar,<br />
alışveriş merkezleri, toplu konutlar ve evler olarak gösterilebilir (Şekil 1.2). Bu<br />
basınç değerleri <strong>gaz</strong> endüstrisinde görülen uygulamalardaki örneklerdir; “Mutlaka<br />
böyle olacaktır” şeklinde bir şart yoktur. Bu tamamen tüketicinin <strong>gaz</strong> kaynağına olan<br />
yakınlığı ile ilgilidir ve istasyon giriş basıncı 40 bar iken çıkış basıncı ise 1 bar<br />
olabilir.<br />
Regülatörler ile gerçekleştirilen basınç düşümünde çıkış basıncı istenen<br />
doğrulukta olmalıdır. Bu da ancak istenen kapasiteyi karşılayabilen, çıkış basıncında<br />
salınımlar göstermeyen, doğruluk değeri yüksek regülatör seçimi ile mümkündür.<br />
Bunun yanında istasyondan geçen <strong>gaz</strong>ın debisini duyarlı ölçecek sayaçlar da<br />
RMS’lerin diğer önemli bir unsurudur. Sayaçlar geçen <strong>gaz</strong>ın kapasitesi ve<br />
dolayısıyla beklenen doğruluk hassasiyeti, yaz-kış dönemlerindeki kapasite<br />
değişimleri, <strong>gaz</strong>ın kirliliği, <strong>gaz</strong> basıncı gibi kıstaslara bağlı olarak farklı türlerde<br />
olabilirler.
Kompresör<br />
İstasyonları<br />
Yer Altı<br />
Depolama<br />
Üretim Kuyuları<br />
Şekil 1.1 – <strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> iletim - dağıtım hatlarının şematik bir gösterimi (Mcgrift ve<br />
Anderson, 2002)<br />
2<br />
Toplama Hatları<br />
Dağıtım<br />
Sistemi<br />
İletim Hatları<br />
LNG Ünitesi<br />
Regülatör<br />
Şehir Girişi Basınç<br />
Düşürme İstasyonu<br />
Yüksek Hacimli<br />
Tüketiciler<br />
Sayaç
Şekil 1.1 – Dağıtım sisteminde farklı basınç noktaları ile basınç düzenleme<br />
istasyonlarının bulunma noktalarının şematik gösterimi<br />
İletim Hattı<br />
Regülatör<br />
V<strong>ana</strong><br />
Sayaç<br />
Şehir Giriş Basınç<br />
Düşürme İstasyonu<br />
Endüstriyel Tüketim<br />
20 – 30 bar<br />
Ana Dağıtım Hattı<br />
Yüksek Basınç<br />
Bölge Basınç<br />
Düşürme ve<br />
Ölçüm İstasyonu<br />
Ticari Merkezlerde<br />
Tüketim<br />
4 bar<br />
Düşük<br />
Basınçlı<br />
Sistem<br />
25 mbar<br />
Ev Servis Hatları<br />
25 mbarg<br />
3
Şekil 1.3 - Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu örneği.(O.M.T., 1999)<br />
4<br />
2<br />
3<br />
1<br />
5<br />
6<br />
4<br />
Şekil 1.4 - Basınç düşürme ve ölçüm istasyonunda genel enstrümantasyon dizilimi<br />
7<br />
9<br />
1<br />
3<br />
2<br />
8
5<br />
Şekil 1.3’teki resim basınç düşürme ve ölçüm istasyonuna örnektir ve Şekil<br />
1.4’te şematik olarak gösterilen istasyonda görüldüğü gibi bulunması gereken <strong>ana</strong><br />
donanımlar aşağıya sıralanmıştır.<br />
1. Yalıtım contası: istasyonu istenmeyen elektrik akımlarından korumak için<br />
gereklidir.<br />
2. Manometreler: istasyon basınç düzenleme (regülasyon) öncesi ve sonrası<br />
basınçta görülen değişimi görmek için gereklidir.<br />
3. V<strong>ana</strong>lar: arıza-bakım durumlarında istenen lokal bölgedeki ya da bütün<br />
istasyon <strong>gaz</strong>ının kesilmesi için gereklidir.<br />
4. Filtre (fark basınç göstergeli): <strong>gaz</strong> hattından gelen partikül ve sıvılardan<br />
istasyon donanımlarını korumak, regülatör ve sayacın tıkamasını engellemek<br />
için gereklidir.<br />
5. Emniyet kapama v<strong>ana</strong>sı: regülatörün arızalanması ya da regülatör sonrası<br />
aşırı basınç düşme-yükselme durumlarında <strong>gaz</strong>ı otomatik kesmek için<br />
gereklidir.<br />
6. Basınç düzenleyici (Regülatör): istenen basınç ve kapasite değerini sağlar.<br />
7. Sayaç: tüketiciye sunulan <strong>gaz</strong>ın hacminin ölçümü için gereklidir.<br />
8. Emniyet boşaltma v<strong>ana</strong>sı: dolaylı nedenlerden çıkışta görülen basınç<br />
yükselmelerini düşürmek için <strong>gaz</strong>ın boşaltılmasında gereklidir.<br />
9. Elektronik hacim düzelticisi: sayaçtan okunan değerlerin, basınç ve sıcaklık<br />
düzeltmeleri için gereklidir.<br />
İstasyon tasarımında bu donanımlar seçilirken, donanımların karakteristikleri iyi<br />
belirlenerek ve seçim için gerekli hesaplamalar doğru yapılarak, donanım montajı ile<br />
tasarım tamamlanır.
2. BASINÇ DÜZENLEMENİN (REGÜLASYONUN) TEMELLERİ<br />
6<br />
Gaz basıncı düzenleyicileri (regülatörleri) sık karşılaşılan ve fabrikalarda,<br />
binalarda, yol kenarlarında ve hatta evlerde görülen <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> hattı unsurlarıdır. Bu<br />
nedenle işlerinin gereği olarak her gün regülatörlerle iç içe olan <strong>gaz</strong> uygulamacıları,<br />
regülatörleri <strong>gaz</strong> hattına takılmış ve basıncı düşüren basit bir eleman olarak<br />
görebilmektedirler. Ancak bir sorun olduğunda ya da yeni bir uygulama için<br />
regülatör seçmek gerektiğinde basınç düşürmenin temellerine inilerek, regülatör<br />
tipleri ve seçim kıstasları konusunda bilgi sahibi olunmalıdır. Regülatör seçim<br />
kıstaslarından bir diğeri de korunum (safety) şartlarının aranmasıdır.<br />
2.1. TEMEL PARÇALAR<br />
Bir <strong>gaz</strong> basınç düzenleyicisinin (regülatörünün) görevi, sistem basıncını<br />
(regülatör çıkış basıncını) kabul edilebilir sınırlar içerisinde tutarak, sistem taleplerini<br />
karşılayacak şekilde geçen <strong>gaz</strong> miktarını ayarlamaktır.<br />
Regülatör<br />
Gaz akış doğrultusu<br />
Basınç<br />
göstergesi<br />
Şekil 2.1 - Tipik bir <strong>gaz</strong> basıncı düzenleme (regülasyon) sistemi (Floyd, 2003)<br />
P2<br />
V<strong>ana</strong><br />
Tipik bir <strong>gaz</strong> basıncı düzenleme (regülasyon) sistemi Şekil 2.1’ de<br />
görülmektedir. Regülatör kendisinden istenilen <strong>gaz</strong> miktarını ayarlayan bir v<strong>ana</strong> ya
7<br />
da ekipmandan önce yerleştirilir. Eğer sistem tarafından çekilen <strong>gaz</strong> miktarı azalırsa,<br />
regülatörden geçen <strong>gaz</strong> miktarı da azalmalıdır. Aksi halde regülatör sisteme <strong>gaz</strong><br />
verir ve P2 basıncı artar. Diğer yandan çekilen <strong>gaz</strong> miktarı arttığında, çıkış hattındaki<br />
<strong>gaz</strong> yokluğu nedeniyle, P2 basıncını sabit tutmak için regülatörden geçen <strong>gaz</strong> miktarı<br />
da artmalıdır. Bu basit sistemden anlaşılacağı gibi, regülatör tüketicideki<br />
donanımdan çekilen <strong>gaz</strong> miktarına eşit miktarda <strong>gaz</strong>ı hatta doldurarak çıkış basıncını<br />
sabit tutar.<br />
Regülatör genellikle çekilen <strong>gaz</strong> miktarına hemen karşılık verme yeteneğine<br />
sahip değildir. Eğer öyle olsaydı çekişin ani değişimlerinde çıkış basıncında bir<br />
değişim görülmezdi. Dolayısıyla, günlük hayattaki tecrübelere day<strong>ana</strong>rak, ani <strong>gaz</strong><br />
tüketim değişimleri ile P2 çıkış basıncında dalgalanma umulan bir durumdur.<br />
Verilen bir uygulama için regülatör seçerken sorulması gereken soru, regülatörün bu<br />
dinamik akış koşullarında performansının ne olacağıdır.<br />
Giriş<br />
P1<br />
1. Ayar elemanı (yay) 6. Algılama hattı<br />
2. Algılayıcı eleman (diyafram) 7. Regülatör gövdesi<br />
3. Nefesleme k<strong>ana</strong>lı 8. V<strong>ana</strong> oturma yüzeyi<br />
4. Tahrik elemanı (diyafram takımı) 9. Oturma yüzeyi halkası<br />
5. Tahrik edici mahfazası 10. Kontrolelemanı(kısıtlayıcı)<br />
Şekil 2.2 - Doğrudan etkili regülatör (T.S.E., 1999)<br />
Çıkış<br />
P2
8<br />
Regülatörün görevi sistemin ihtiyacı olan debiyi karşılamak olduğundan,<br />
regülatörün temel elemanlarından biri regülatörden geçen <strong>gaz</strong>ı sistem tarafından<br />
çekilen <strong>gaz</strong> miktarına göre ayarlayabilen ve bunun için değişken bir kısıtlama<br />
sağlayan "kısıtlama elemanı" dır. Şekil 2.2’de görülen doğrudan etkili regülatörde<br />
10 numaralı parça ve Şekil 2.3’te şematik olarak iki farklı şekilde tipik bir kısıtlama<br />
elemanı gösterilmektedir. Bu eleman genellikle bir çeşit v<strong>ana</strong>dır (tek portlu glob<br />
v<strong>ana</strong>, kafes v<strong>ana</strong> ya da kelebek v<strong>ana</strong>).<br />
P1<br />
Akış yönü<br />
Şekil 2.3 - Tipik bir kısıtlayıcı eleman (Floyd, 2003)<br />
Bu kısıtlamanın değişkenliğini sağlayabilmek için, kısıtlama elemanı üzerine bir<br />
çeşit yük uygulanmalıdır. Böylece ikinci temel eleman olarak, kısıtlayıcı elem<strong>ana</strong> gerekli<br />
kuvveti sağlayan "yükleme elemanı" olduğu söylenebilir. Yükleme elemanı ağırlık, yay,<br />
diyafram, piston gibi pek çok değişik malzemelerden biri olabilir.<br />
Şekil 2.4’de gösterilen ve diyafram ile yaydan oluşan eleman en çok bilinen ve<br />
uygul<strong>ana</strong>n yükleme elemanı tipidir. Kısıtlayıcı elem<strong>ana</strong> gerekli hareketi sağlayacak<br />
yükleme kuvveti, yükleme basıncının (PL) diyafram üzerine uygulanması ile elde edilir.<br />
Yay ise, hareketli parçaların ağırlığını yenmek ve basınç kuvvetinden biraz fazla bir<br />
kuvvetle regülasyonu sağlamak üzere ters yükleme kuvveti uygular.<br />
Sistem tarafından çekilen <strong>gaz</strong> miktarı ile regülatörden geçen <strong>gaz</strong> miktarının<br />
eşleştiği, yani <strong>gaz</strong> akışının doğru şekilde ayarladığı, bu iki akışın birbirine eşitlendiğini<br />
gösteren bir “ölçüm eleman” ile mümkündür.<br />
Kısıtlayıcı eleman<br />
P2
Şekil 2.4 – Tipik bir yükleme elemanı (Floyd, 2003)<br />
9<br />
Daha önce sistem basıncı (P2)’nin bu iki akışın birbirine eşitlenmesinde doğrudan<br />
ilgili olduğu belirtilmişti. Eğer kısıtlama elemanı sisteme gereğinden fazla <strong>gaz</strong> verirse P2<br />
basıncı yükselecektir, gereğinden az miktarda <strong>gaz</strong> verirse basınç azalacaktır. Bu ilişki<br />
kullanılarak regülatörün gerekli akışı sağlayıp sağlamadığı ile ilgili bir ölçüm<br />
yapılabilir.<br />
Diyafram<br />
FD<br />
FY<br />
Yay<br />
P1<br />
PL yükleme basıncı<br />
Şekil 2.5 - Ölçüm elemanı eklenerek elde edilmiş bir regülatör bütünü (Floyd, 2003)<br />
P2
10<br />
Manometreler, Bourdon tüpleri, körükler, basınç göstergeleri, esnek diyaframlar<br />
bu amaçla kull<strong>ana</strong>bilecek ölçüm elemanlarından bazılarıdır. Ne yapılmak istendiğine<br />
bağlı olarak bu elemanlardan bir tanesi diğerinden avantajlı olabilir. Ancak diyafram en<br />
çok kullanılan tiptir ve yalnızca bir ölçüm elemanı olarak değil aynı zamanda yükleme<br />
elemanı olarak da görev yapar. Eğer bu tipik ölçüm elemanı daha önce seçilen yükleme<br />
ve kısıtlama elemanlarına eklenecek olursa, Şekil 2.5’de gösterildiği gibi tam bir regülatör<br />
elde edilir.<br />
Eğer kısıtlama elemanı sisteme gerektiğinden fazla <strong>gaz</strong> verir ise P2 yükselecektir<br />
(FY>FD). Diyafram ölçüm elemanı olarak, çıkış basıncındaki bu yükselmeyi algılayarak<br />
cevap vermek üzere yayı sıkıştıran bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvetle kısıtlama elemanı<br />
sisteme giden <strong>gaz</strong> miktarını azaltır ve sistem dengeye ulaşır (FY=FD) . Diğer taraftan eğer<br />
regülatör sisteme gerekli <strong>gaz</strong>ı gönderemez ise P2 basıncı azalır, bu durumda diyafram yaya<br />
uyguladığı kuvveti azaltarak (FD) cevap verir. Böylece yay, azalmış olan diyafram<br />
kuvvetini yenerek sisteme daha çok <strong>gaz</strong> gitmesi için kısıtlama elemanını açar ve sistem<br />
tekrar dengeye ulaşmaya çalışır.<br />
Bu örnek, <strong>gaz</strong> basıncını düşüren regülatörlerin (DIN 3380 standardına uygun<br />
olarak) üç temel parça grubunun olduğunu göstermektedir. Bunlar kısıtlama grubu,<br />
yükleme grubu ve ölçüm grubudur. Bir sistem ne kadar karmaşık olursa olsun temel<br />
olarak bu üç unsuru içerir. (Floyd, 2003)<br />
2.1.1. Kısıtlama Elemanı<br />
Kullanılan kısıtlama elemanı şüphesiz bir çeşit v<strong>ana</strong> olacaktır. Hangi tür v<strong>ana</strong><br />
kullanıldığından bağımsız olarak, v<strong>ana</strong>nın <strong>ana</strong> amacının akışa bir sınırlama getirmek<br />
olduğunu unutulmamalıdır. V<strong>ana</strong>nın oluşturduğu boğaz sayesinde sistemdeki basıncı<br />
yüksekten alçağa doğru değiştirmek mümkün olur.<br />
V<strong>ana</strong> boyunca meyd<strong>ana</strong> gelen basınç farkı <strong>gaz</strong>ın akışını sağlayan potansiyel<br />
bir enerji farkı yaratır. Bu durum bir tepeden suyun düşmesine benzer. Genel<br />
anlamıyla v<strong>ana</strong> boyunca basınç farkı artırıldığı sürece potansiyel enerji artarak geçen<br />
<strong>gaz</strong> miktarı da artar. Gerçekte bu belirli bir kritik değere kadar doğrudur. Şekil 2.6 da
11<br />
gösterilen tipik bir regülatörde akış koşullarında basıncın v<strong>ana</strong> boyunca nasıl bir dağılım<br />
sergilediği görülmektedir.<br />
P1<br />
Giriş<br />
basıncı<br />
P1<br />
Pvk<br />
Şekil 2.6 - Kısıtlayıcı v<strong>ana</strong> boyunca akış basınç profili (Floyd, 2003)<br />
V<strong>ana</strong> hat üzerinde önemli bir kısıtlama noktası oluşturmalıdır ve bundan dolayı<br />
v<strong>ana</strong> akış alanı <strong>boru</strong>nun akış alanından önemli oranda küçük seçilir. Bu sistem boyunca<br />
sabit bir akış elde etmek istenirse, bu sınırlı alandan geçen <strong>gaz</strong> miktarının tüm <strong>boru</strong>dan<br />
geçen <strong>gaz</strong> miktarına eşit tutulması gerekir. Açıktır ki, bu sağlamaya çalışıldığında<br />
kısıtlama noktasındaki <strong>gaz</strong> hızı <strong>boru</strong>dakinden çok daha yüksek olacaktır. Bu akış<br />
elemanları içerisinde kısıtlamanın en çok olduğu noktada hız maksimuma ulaşacaktır. Bu<br />
nokta vena kontrakta (vena contracta) olarak bilinir ve gerçek yeri orifisten biraz<br />
uzakta ve çıkış tarafına doğrudur. Hızda meyd<strong>ana</strong> gelen bu artış, potansiyel enerjinin<br />
yerine geçen kinetik enerjide de artışa neden olur. Böylece Şekil 2.6 ve 2.7’de de<br />
görüldüğü gibi hızın maksimuma ulaştığı vena kontrakta noktasında basınç da<br />
minimuma düşer. Buradan sonra, <strong>gaz</strong> tekrar geniş <strong>boru</strong>ya ulaştığı için basınç kaybının<br />
bir kısmı geri kazanılır ve buna basınç kurtarılması denir.<br />
Çıkış<br />
basıncı<br />
Vena kontrakta<br />
Sabit giriş basınçlı bir v<strong>ana</strong>da çıkış basıncı azaltılarak, v<strong>ana</strong>nın vena kontrakta<br />
noktasının girişindeki <strong>gaz</strong> kaynağına, iletilen basınç dalgaları ile çıkış tarafında<br />
direncin azaldığını işaret ederek daha fazla miktarda <strong>gaz</strong> geçirilir (kütlesel debi artar).<br />
Çıkış basıncı azalmaya devam ederken sistemin bütün noktalarındaki <strong>gaz</strong> hızı da<br />
artacaktır. Bu artış sürdürüldüğünde, sonunda vena kontraktada <strong>gaz</strong> hızı basınç<br />
dalgalarının hızına (ses hızı) ulaştığı bir noktaya varır. Artık ses hızına ulaşılan bu<br />
P2<br />
P2
12<br />
noktadan itibaren <strong>gaz</strong> akışı arttırılamaz. Çünkü, <strong>gaz</strong> hızı ses hızını aşmaya çalışırken<br />
basınç dalgaları <strong>gaz</strong> kaynağına daha önceki gibi ulaşamamaktadır. Ses hızına eşit,<br />
üzerinde <strong>veya</strong> altındaki akışlarda giriş ve çıkış basıncı arasındaki ilişki Şekil 2.7 de<br />
görülmektedir.<br />
Küçük basınç düşümü<br />
Maksimum akış<br />
Yüksek basınç düşümü<br />
Ses hızında akış<br />
Şekil 2.7 – Akışın orifis noktasıdaki basınç değişimleri ( Swagelog, 2003)<br />
Ses hızına ulaşıldığı ve akış miktarının sınırlandığı bu akış kritik akış olarak olarak<br />
adlandırılır ve bu noktada v<strong>ana</strong>da oluşan basınç düşümüne kritik basınç düşümü adı verilir.<br />
Kritik basınç düşümünün gerçek değeri v<strong>ana</strong> tipine ve geometrisine bağlıdır.<br />
V<strong>ana</strong>dan <strong>gaz</strong> geçişi olurken, v<strong>ana</strong> içerisinde enerji kaybına yol açan belirli bir<br />
miktar türbülans oluşur. Gazın kinetik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine ve bunun bir<br />
kısmı da ses enerjisine dönüşür. Küresel ya da kelebek gibi bazı v<strong>ana</strong> tipleri az bir<br />
enerji kaybına yol açan düzgün bir akış profiline sahiptirler. Bu göreli olarak daha
13<br />
yüksek bir çıkış basıncı sağlar. Bu tip v<strong>ana</strong>lar yüksek kurtarımlı olarak adlandırılır ve<br />
performansları Şekil 2.8’de sürekli çizgi ile gösterilmiştir.<br />
Şekil 2.8 - Yüksek ve düşük kurtarımlı v<strong>ana</strong>ların basınç profili (Floyd, 2003)<br />
Diğer yandan glob v<strong>ana</strong> gibi bazı v<strong>ana</strong>lar göreceli olarak daha fazla türbülans<br />
yaratırlar ve bu da daha fazla enerji kaybına yol açtığı için çıkış basınçları düşük olur.<br />
Bu tip v<strong>ana</strong>lar düşük kurtarımlı diye adlandırılır ve performansları Şekil 2.8’de kesik<br />
çizgi ile gösterilmiştir.<br />
P1<br />
Akışı belirleyen ∆P<br />
Akışkanlar mekaniğindeki bu özel durum, giriş basıncı ile vena kontrakta<br />
arasındaki basınç farkının, v<strong>ana</strong> tipinden bağımsız olarak, doğrudan bir ölçüm olduğunu<br />
gösterir. Diğer yandan, v<strong>ana</strong> da oluşan toplam basınç kaybı (∆P=P1-P2) büyük oranda<br />
v<strong>ana</strong> tipine bağlıdır. Böylece Şekil 2.8 de gösterilen her iki v<strong>ana</strong>da aynı akış alanına<br />
sahipse aynı miktarda akışın olduğu söylenebilir. Bu durumda akışı tanımlayan basınç<br />
farkı aynı olmasına karşın, toplam basınç düşümü (P1–P2) oldukça farklıdır. Toplam<br />
basınç düşümü v<strong>ana</strong>da doğrudan ölçülebilir bir parametredir. Vena kontrakta<br />
basıncını pratikte ölçmek zor olduğu için debi ölçümünde toplam basınç farkının<br />
kullanılması zorunluluğu doğar. Toplam basınç kaybı büyük oranda v<strong>ana</strong> tipine bağlı<br />
olduğundan, basınç düşümü ve debi ilişkisini kurabilmek için tecrübe ve deneylere<br />
gereksinim vardır. Bu olay, v<strong>ana</strong> boyutlandırılması için üreticilerin neden bu kadar çok<br />
tablo yayınladıklarını da açıklar.<br />
Pvk<br />
Bundan önceki açıklamalarda, v<strong>ana</strong>daki basınç düşümü miktarını artırarak<br />
geçen akışkan miktarının artırabileceği belirtilmişti. Ancak basınç farkını artırmanın yolu<br />
P2<br />
P2 – Yüksek kurtarımlı v<strong>ana</strong><br />
P2 – Düşük kurtarımlı v<strong>ana</strong>
14<br />
olarak hep çıkış basıncını düşürme düşünülürse, kritik noktaya ulaşıldıktan sonra P2’yi<br />
düşürmenin artık akışı artırmayacağı bilinmelidir.<br />
Eğer tersi düşünülürse, debi artırımı giriş basıncını artırmak sureti ile kritik<br />
noktaya ulaştıktan sonra da sürdürebilir. Bu durumda halâ vena kontrakta’da ses<br />
hızında akış vardır ve akış alanı değişmemiştir. Ancak giriş basıncını artırmak v<strong>ana</strong>ya<br />
giriş yapan <strong>gaz</strong>ın yoğunluğunu da artırır. Böylece regülatörden geçen her m 3 <strong>gaz</strong> yerine<br />
standart m 3 de daha fazla <strong>gaz</strong> konulmaktadır. Bunun etkisi olarak akış miktarı artmamış<br />
olmasına rağmen standart m 3 /saat değeri artmaktadır. Bu da debiyi artırmanın başka bir başka<br />
yoludur.(Floyd, 2003)<br />
2.1.2. Yükleme Elemanı<br />
Birkaç eski yükleme tipi bir y<strong>ana</strong> bırakılırsa, regülatörlerin çoğu yaylıdır. Gerçekte<br />
yay-diyafram ikilisi genellikle kullanılan en yaygın yükleyici elemanlardır.<br />
Tasarım açısından bakıldığında malzeme, yay çapı, tel çapı, serbest yay boyu ve<br />
sarım sayısı gibi pek çok yay faktörü vardır. Ancak <strong>gaz</strong>la uğraşan uygulamacılar<br />
açısından bakıldığında tek bir yay faktörü vardır, o da yay sabitidir.<br />
Yay sabiti (k) yayı 1 birim sıkıştırmak için gerekli olan kuvvet miktarı olarak<br />
tanımlanır. Örneğin, yayı 1 cm sıkıştırmak için 60 N gerekiyorsa, yay sabiti 60<br />
N/cm olarak belirlenir. Normal operasyon aralığında yay sabiti ile kuvvet arasında<br />
doğrusal bir ilişki vardır. Yani aynı yayı 1.5 cm sıkıştırmak için gerekli kuvvet 90<br />
Newton’dur. Bu örnekten anlaşılacağı gibi aşağıdaki basit ilişki yazılabilir.<br />
k : yay sabit, N/cm.<br />
F : kuvvet, N.<br />
x : sıkıştırma miktarı, cm.<br />
F = k × x<br />
(2.1)
15<br />
Yay kullanılmasının sağladığı en önemli avantaj, bir yönde yükleme kuvveti<br />
sağlanmasıdır. Yayı sıkıştırmak için gerekli olan enerji diğer yönden sağlanmalıdır.<br />
Bu kuvvet genellikle diyafram üzerine etki eden çıkış basıncı ile elde edilir. Yayın<br />
ayarl<strong>ana</strong>n değere göre kısıtlayıcı bir pozisyon almasıyla çıkış basıncı belirlenir. Bu<br />
durumda yay ve ona karşılık gelen çıkış basıncı denge durumundadırlar. Gaz debisi<br />
değerlerinin değişmesine göre çıkış basıncı da değişir. Bu değişimle birlikte yay<br />
kuvveti ile kontrol basıncının arasında bir fark kuvvet oluşarak, kısıtlayıcı elemanın<br />
hangi yönde (açma-kapama) ve ne kadar hareket edeceği belirlenir.<br />
Basınçtan söz edildiği zaman, bunun bir alan üzerine eşit olarak dağılmış<br />
kuvvet olduğu anlaşılır. Böylece basınç doğru olarak N/cm 2 olarak tanıml<strong>ana</strong>bilir.<br />
Bunu tanımlayan bağıntı:<br />
F : kuvvet, N.<br />
P : basınç, N/cm 2 .<br />
A : alan, cm 2 .<br />
F<br />
P = (2.2)<br />
A<br />
Buradan da (F = P . A) basit dönüşümü yapılarak, örneğin diyafram gibi belli<br />
bir alanı olan bir yüzeye uygul<strong>ana</strong>n kuvvet kolayca hesapl<strong>ana</strong>bilir. Bu iki temel<br />
bağıntı anlaşıldığında, basınç regülasyonunun temelleri de anlaşılmış olur. (Floyd,<br />
2003)<br />
2.1.3. Ölçüm Elemanı<br />
Pek çok çeşit aygıt <strong>gaz</strong> basıncını ölçmekte kullanılabilir. Bunlardan bir tanesi<br />
manometredir ve yaygın bir biçimde basınç ölçümünde kullanılır. Ancak,<br />
manometre okuduğu basıncı başka bir yere aktaramadığı için, basınç düzenlemede<br />
kullanım alanı yoktur. Körükler de basınç ölçümünde ve özellikle otomatik kontrol<br />
alanında kullanılan elemanlardır. Ancak bunların dezavantajı da kullanımları için<br />
bazı ekstra parçalara ihtiyaç duymalarıdır.
16<br />
Yaygın olarak kullanılan <strong>gaz</strong> basınç ölçüm elemanları diyaframlardır.<br />
Diyafram basit, ekonomik, çok yönlü, bakımı kolay ve hareket etmesi için başka bir<br />
parçaya ihtiyaç duymayan bir ölçüm elemanıdır. Diğer bir değişle, aynı diyafram<br />
hem ölçüm elemanı hem de yükleme elemanı olarak başka bir donanıma gerek<br />
duymadan görev yapabilmektedir.<br />
Bu noktada <strong>gaz</strong>la ilgilenen insanların dikkat etmesi gereken önemli bir faktör,<br />
basıncın etkili olduğu alanın doğru olarak belirlenmesidir.<br />
Şekil 2.9’da yükleme basıncının (PL) diyaframın tüm dış yüzeyine<br />
uygulandığı görülmektedir. Üzerine basınç uygul<strong>ana</strong>n bu diyaframın çapı üst kapak<br />
iç çapına eşittir. Eğer dikkatli olunmazsa bu noktada bir yanılgıya düşülür. Çünkü<br />
tüm dış yüzeye basınç uygulanması bu alanın tümünün yükleme kuvveti açısından<br />
kullanışlı olduğu anlamına gelmez. Gerçekte durum yeniden <strong>ana</strong>liz edilir ve<br />
incelenirse kullanılabilir tek alanın diyafram plakası olduğu görülür. Çünkü yalnızca bu<br />
alanda oluşan basınç kuvveti gerçekten yaya iletilebilir. Eğer basıncın böyle uygulandığı<br />
düşünülürse yine yanılgıya düşülür. Doğru cevabı bulabilmek için diyaframın plaka ile<br />
kapak arasında, boşlukta kalan kısmının kesiti incelenmelidir. Burada diyafram herhangi<br />
bir desteğe sahip değildir ve basıncın etkisi ile içbükey bir biçim alacaktır.<br />
Şekil 2.9’daki kesit resmi diyaframın içbükey şekli üzerinde basıncın eşit olarak<br />
nasıl dağıldığını gösterir. Bu şekil incelendiğinde sadece bir noktada tanjantın yatay<br />
olduğunu görülür. Bu noktaya dik olarak kesikli çizgi ile gösterilen hat diyafram<br />
kıvrımını iki bölüme ayırır. Diyafram esnek bir malzeme olduğu için kesme ve basma<br />
kuvvetleri oluşmaz. Oluşan tek kuvvet gerilme kuvvetidir ve bu da herhangi bir<br />
noktada diyaframa paralel olarak oluşur. Eğer Şekil 2.9’daki kesişme noktası dikkate<br />
alınırsa, tanjantın yatay olduğu bu noktada gerilme kuvveti de yatay olacaktır.
Tanjant<br />
doğrusu<br />
17<br />
Şekil 2.9 – Regülatör diyafram takımı (Floyd, 2003)<br />
Yatay tanjant noktasının solunda kalan kısma etkiyen basıncın oluşturduğu<br />
kuvvet diyafram plakasına yalnızca diyafram malzemesi boyunca iletilebilir. Yatay<br />
tanjant noktasında bu kuvvet Şekil 2.10’da gösterildiği gibi yataydır ve bu yüzden<br />
diyafram plakasının yukarı ve aşağı hareketi üzerinde bir etkisi yoktur. Diğer bir deyişle,<br />
yatay tanjant noktasının solunda kalan alan etkili bir alan değildir. Bu yüzden bir alan<br />
üzerine uygul<strong>ana</strong>n kuvvetin formülü olan (F = P . A) kullanılırken etkin alanı<br />
kullanılmalıdır.<br />
Üst kapak<br />
Basınç<br />
Tanjant<br />
doğrusunun<br />
yatay olduğu<br />
nokta<br />
Diyafram<br />
Diyafram<br />
Plakası<br />
Diyafram<br />
plakası<br />
PL<br />
Üst kapak<br />
Alt kapak<br />
Yay
18<br />
Şekil 2.10 - Diyafram üzerindeki gerilme kuvvetleri (Floyd, 2003)<br />
Ancak burada yine göz önüne alınması gereken bir durum vardır. Yatay<br />
tanjant noktasının diyafram içbükeyinin orta noktasına denk geldiği kolayca<br />
düşünülebilir. Ancak bu yalnızca diyafram plakası ile diyaframın kapağa bağlı olduğu<br />
noktanın aynı hizaya geldiği bir tek durum için geçerlidir. Plaka hareketinin diğer<br />
aşamalarında bu nokta içe ve dışa doğru yer değiştirecektir. Diyafram yayı sıkıştırmak<br />
üzere hareket ettiğinde içbükey kısım diyafram plakasına yaklaşacağı için bu alan<br />
azalacak ve yayı serbest bırakırken de diyafram plakasından uzaklaşacağı için alan<br />
artacaktır.<br />
2.2. DOĞRUDAN ETKİLİ GAZ BASINÇ REGÜLATÖRLERİ<br />
Yukarıda regülatörün üç temel elemanından bahsettikten sonra, yay ve<br />
diyaframın regülatörün performansında gösterdikleri etkileri üzerinde durmak<br />
gereklidir.<br />
2.2.1. Yay Etkisi<br />
Yatay<br />
gerilme<br />
kuvveti<br />
Basınç<br />
Yatay tanjant<br />
noktası<br />
Diyafram<br />
plakası<br />
Şekil 2.11 de görülen sabit akış koşullarında çalışan bir regülatör (normalde<br />
açık) dikkate alınırsa bu regülatörde v<strong>ana</strong> tapası diyaframa uygul<strong>ana</strong>n basınç kuvveti<br />
ve buna karşı koyan yay kuvveti ile dengededir. Burada dikkat edilmesi gereken
19<br />
regülatörün tasarımı dolayısıyla, tam açık konumu ile tam kapalı konumu arasındaki<br />
v<strong>ana</strong> tapasının hareket etme mesafesinin değişmez olduğudur. Bir diğer dikkat<br />
edilmesi gereken nokta ise regülatörün tasarımı açısından normalde açık ya da<br />
normalde kapalı olduğuna dikkat edilmesidir. Buradaki örnekte normalde açık<br />
regülatör kullanılacaktır.<br />
Şekil 2.11 - Tipik doğrudan işletmeli regülatör örneği (Floyd, 2003)<br />
Bu karşılıklı iki dengelenmiş kuvveti daha önceden bahsedilen denklemlerle<br />
aşağıdaki gibi gösterilir.<br />
P 2 A = kX<br />
(2.3)<br />
Yukarıdaki eşitlik kullanılarak aşağıdaki örnekte verilen değerler ile yayın<br />
basınç değişimindeki etkisi görülebilir.<br />
k : 280 N/cm<br />
A : 516 cm 2<br />
x : 7,62 cm<br />
Burada v<strong>ana</strong> tapasının tam açık konumunda yayın önceden ayarlı ve 2,54 cm<br />
kadar sıkıştırılmış olduğu varsayılsın. Bu varsayımın nedeni, daha sonra akışı kesme<br />
ya da azaltma konumuna geçecek olan v<strong>ana</strong> tapasını hareket ettiren yayın, toplam<br />
sıkışma mesafesinin bilinmesinin gerekliliğidir.
20<br />
Birinci durumda sistemden <strong>gaz</strong> çekişinin azaldığı görülürse, regülatör daha<br />
fazla <strong>gaz</strong> vermeyi durduracak ve v<strong>ana</strong> tapası kapalı konumuna yaklaşacaktır. V<strong>ana</strong><br />
tapası 5,08 cm kadar sıkışma gösterdiğinde, kontrol edilen çıkış basıncının (P2)<br />
diyafram üzerine uyguladığı basınç kuvveti,<br />
P<br />
2<br />
( 280 N / cm)<br />
( 7,<br />
62cm<br />
)<br />
=<br />
2<br />
( 516cm<br />
)<br />
2<br />
= 4,<br />
13 N / cm<br />
= 413mb<br />
arg<br />
olarak hesapl<strong>ana</strong>bilir. Bir süre sonra sistemden <strong>gaz</strong> talebinin arttığını düşünülürse,<br />
regülatör bu maksimum talebi karşılamak üzere sisteme <strong>gaz</strong> vermeye başlayacaktır.<br />
Regülatörün bunu yapması için P2 basıncının düşmesi gerekir, ki böyle olduğu için<br />
basınç kuvveti yay kuvvetine yenilerek denge anına kadar v<strong>ana</strong> tapası tam açık<br />
konumuna gelir. Yay bu durumda önceki ayar değerine ulaşır ve 2,54 cm kadar<br />
sıkışır. Yayın bu sıkışıklığını karşılayan P2 kontrol basıncı da,<br />
P<br />
2<br />
( 280 N / cm)<br />
( 2,<br />
54cm<br />
)<br />
=<br />
2<br />
( 516cm<br />
)<br />
2<br />
= 1,<br />
378 N / cm<br />
≅138<br />
mbarg<br />
gibi bir değer alır. Buradan anlaşılacağı gibi, regülatör maksimum akış için 138<br />
mbar değerine ayarlıdır. 413 mbar değerine ancak akışın azalmasıyla ulaşılır. P2<br />
çıkış basıncı debinin azalması ya da artmasıyla, başka bir deyişle v<strong>ana</strong> tapasının<br />
gerekli debiyi karşılaması için pozisyon almasıyla değiştiği görülür. Bu değişimin<br />
minimum ve maksimum değerleri yayın tam akış koşulundaki ilk ayarl<strong>ana</strong>n değerine<br />
bağlıdır, ancak bu özelliklerde yay ve diyafram için görülen fark değişim,<br />
hesaplamalarda görüleceği gibi sabit kalır. Bu da yayın basınç değişimi üzerinde<br />
gösterdiği etkidir. Yay hangi değere ayarlanırsa ayarlansın yayın bu etkisi aynı<br />
olacaktır.<br />
Kontrol edilen basınçta, debi artışıyla görülen bu düşüşe drop denir. Sabit<br />
giriş basınçlı regülatörlerin kontrol basınçlarında debinin değişmesiyle bu şekilde
21<br />
düşmeler görülür. Kontrol basınç değişiminin maksimum ve minimum değerleri<br />
arasında kalan aralık histerezis bantı olarak tanımlanır ve ortaya regülatörün<br />
performans eğrisi çıkar. Verilen ayar noktası (Pas) için hiçbir donanım<br />
değiştirilmeden (yay, diyafram, v<strong>ana</strong> tapası) belirlenen farklı giriş basıncının (Pe) her<br />
bir değeri için performans eğrileri takımı elde edilir. (Floyd, 2003)<br />
Şekil 2.12 – Sabit Pas ve Pe için performans eğrisi (T.S.E.,1999)<br />
Pa<br />
Pa<br />
Pf<br />
1 : En yüksek histerezis bantı Pf : Kilitlenme basıncı<br />
2 : Histerezis bantı ⊗: Başlangıç ayarı<br />
× : Ölçülen değer<br />
Pe en az<br />
Şekil 2.13 – Sabit Pas değerleri için performans eğrileri ailesi<br />
1<br />
Pe<br />
2<br />
Pe en çok<br />
Q ύ<br />
Q ύ
2.2.2. Diyafram Etkisi<br />
22<br />
Yukarıdaki örnekte histerezis bantının yay etkisi ile oluştuğu belirtilmesine<br />
karşılık, bu örnekte regülatör diyafram etki alanının sabit olduğu varsayımı ile<br />
yapılmıştır. Eğer bu etki alanının değiştiği hatırlanırsa, histerezis bant sınırının<br />
belirlenmesinde ve duyarlı doğrulukla çalışmasında etkili olduğu görülür. V<strong>ana</strong><br />
tapası tam kapalı konumunda, yay da maksimum sıkıştırılmış değerinde iken etkin<br />
alanın 516 cm 2 olduğu, tam açık konumunda ise bundan daha büyük bir değerde<br />
olacağı ve verilen örnek için bu değer 645 cm 2 olarak kabul edilsin (Şekil 2.14).<br />
Yukarıdaki örnekte diyafram etki alanın sabit olduğu kabulü ile histerezis<br />
bant değeri 275,2 mbar iken, bu alanın sabit olmadığı yaklaşımıyla bu değerin ne<br />
olduğunu aşağıda görülür.<br />
HB = ( P<br />
2<br />
) min debi −(<br />
P<br />
( 280 N / cm)<br />
( 7,<br />
62cm<br />
) ( 280 N / cm)<br />
( 2,<br />
54cm<br />
)<br />
=<br />
−<br />
2<br />
2<br />
( 516cm<br />
)<br />
( 645cm<br />
)<br />
= 413mb<br />
arg −110,<br />
2 mb arg<br />
≅301mbar<br />
2<br />
) max<br />
debi<br />
Yüksek P2’de A1 alanı<br />
Düşük P2’de A2 alanı<br />
A2 > A1<br />
Şekil 2.14 - Basınç diyafram etkili alan ilişkisi (Floyd, 2003)
23<br />
Bu sonuç üzere histerezis bant değerinde bir önceki örneğe göre 25 mbar<br />
kadar bir artış oluşturmuştur. Sonuç olarak, histerezis bantı ve basınç düşümü Şekil<br />
15’de görüldüğü gibi, yay ve diyaframın fonksiyonudur.<br />
Şekil 2.15 - Yay ve diyafram etkisiyle basınçta görülen düşme (Floyd, 2003)<br />
Regülatörün performansı açısından histerezis bantı olabildiğince dar ve küçük<br />
olması istenir. Özellikle diyaframın etkisini azaltmak için, diyafram plakası üzerinde<br />
durmayan diyafram parçasının kenarlarını basınç altında kaldığında gerilme kuvveti<br />
yaratmayacak, akordeon tarzı katlamalı diyaframlar üretilmektedir (Şekil<br />
2.16).(Rick,1999)<br />
Katlamalı<br />
diyafram<br />
P2<br />
Düşük<br />
debi<br />
Yay Etkisi<br />
Yüksek<br />
debi<br />
Yay ve<br />
diyafram<br />
etkisi<br />
Sinyal<br />
hattı<br />
Şekil 2.16 - Doğrudan işletmeli regülatörde akordeon tarzı katlamalı diyafram<br />
Ancak büyük diyafram etki alanına sahip regülatörler, küçük basınç<br />
değişimlerinin ölçüldüğü düşük basınçlı uygulamalarda kullanılabilir. Buna
24<br />
evlerdeki <strong>gaz</strong> dağıtımında kullanılan servis regülatörleri örnek olarak verilebilir.<br />
(Rick,1999)<br />
2.3. PİLOT KONTROLLÜ GAZ BASINÇ REGÜLATÖRLER<br />
Histerezis bant aralığını küçültmek ya da daraltmak için yapılması gerekenler<br />
yumuşak yay kullanmak, etkin diyafram alanını sabitlemek ya da v<strong>ana</strong> tapasının<br />
aldığı yolu değiştirmektir. Eğer bunlar yetersiz ve pratik gelmiyorsa, histerezis bantı<br />
bir hayli etkileyecek ölçüm ya da sinyal hatlarına bağl<strong>ana</strong>n basınç dalgası yükseltici<br />
ayarlayıcılar (amplifikatörleri) kullanılır. Bunların bir diğer adı da pilottur.<br />
Doğrudan işletmeli regülatörlerinkine benzer elemanları ile pilotlu bir regülatör<br />
örneği Şekil 2.17’de görülmektedir.<br />
Giriş<br />
P1<br />
1. Yardımcı donanım 6. Regülatör gövdesi<br />
2. Pilot 7. V<strong>ana</strong> oturma yüzeyi<br />
3. Tahrik elemanı (Diyafram takımı) 8. Oturma yüzeyi halkası<br />
4. Tahrik elemanı gövdesi mah<strong>gaz</strong>ası 9. Kontrol elemanı (kısıtlayıcı)<br />
5. Algılama/işlem hattı 10. Hareketi temin etme bölmesi<br />
Şekil 2.17 - Pilot kontrollü bir regülatör örneği (T.S.E., 1999)<br />
Çıkış<br />
P2
25<br />
Yüksek verimli pilotlar ve pilot regülatörlerinin görevi v<strong>ana</strong> mekanizmasını<br />
harekete geçirip, <strong>gaz</strong> akışını kontrol etmektir. Pilot sistemi çıkış basıncı<br />
değişimlerini takip eder ve kendisinde pilot yayı ile ayar edilen değer ile<br />
karşılaştırarak v<strong>ana</strong> mekanizmasını hareket ettirmek için yükleme basıncı yaratır.<br />
Şekil 2.18 pilotun basınç algılama ve tepki mekanizmasını şematik olarak<br />
göstermektedir.<br />
Şekil 2.18 – Pilotun basıncı algılamasını şematik gösterimi (Rick,1999)<br />
Tipik bir amplifikatör (pilot) Şekil 2.19’da gösterildiği gibi basınca duyarlı,<br />
hızlı hareket edebilen ikili diyaframdan oluşmuştur. Bu diyafram takımına hareketi<br />
veren yay kuvveti, PL yükleme basıncı ve P2 çıkış basıncı arasındaki farktır. Bu<br />
diyafram P2 çıkış basıncındaki değişimlere göre, regülatörden geçen debiyi<br />
ayarlamaktadır. Şekilde görülen değişken orifisin en büyük açılabilirliği, sabit<br />
orifisin açıklığından büyük olmalıdır. Sistemin beslemesini genellikle regülatörün<br />
girişinden alınan Pb basıncı ile sağlamaktadır. Eğer çıkış basıncı P2 artırılırsa<br />
değişken orifisin nozzle açıklığı azalır ve bu halde iken sabit orifisteki akış, değişken<br />
orifisininkinden daha büyük olur. Bu olay bize yükleme basıncı PL ile çıkış basıncı
26<br />
P2’ nin arasında ters orantının olduğunu gösterir. Bu şekilde, P2 çıkış basıncındaki en<br />
ufak değişiklikleri algılayabilen ve buna karşılık değişken orifisi kapatıp açabilen<br />
verimi yüksek pilotlar dizayn edilebilir. Yani P2 basıncındaki çok küçük azalmalar PL<br />
basıncında büyük değişmeler yaratabilir.<br />
Sabit<br />
orifis<br />
P1<br />
Pilot yayı<br />
P2<br />
P1<br />
Pilot<br />
Şekil 2.19 – Pilot kontrollü regülatör ve pilot örneği (Floyd, 2003)<br />
P2<br />
Pilot<br />
ayar<br />
vidası<br />
P1<br />
PL<br />
Değişken<br />
orifis<br />
Diyafram<br />
Sinyal hattı<br />
PL<br />
P2
27<br />
Pilotun amacı çıkış basıncındaki değişimleri algılayıp, bununla diyafram<br />
üzerine uygul<strong>ana</strong>n PL de daha büyük değişimler yaratmaktır. Bunu pilot sisteminin<br />
verimi şeklinde de tanıml<strong>ana</strong>bilir.<br />
Verim = ∆PÇıkış / ∆PGiriş (2.4)<br />
Eğer sahip olduğumuz regülatörün verimi yüzde 20 ise, P2 çıkış basıncındaki<br />
1mbar’lık değişim, regülatör diyaframına uygul<strong>ana</strong>n PL yükleme basıncında<br />
20mbar’lık bir değişime neden olacaktır.<br />
Verim değeri 20 olan pilotlu regülatörde aynı debideki değişimi karşılamak<br />
için, kontrol basıncındaki (P2) 1/20’ lik değişim, regülatör diyaframı üzerine gerekli<br />
kuvvet değişimi sağl<strong>ana</strong>bilir. Bu teknik sayesinde regülatörü histerezis bandı (HB)<br />
değeri 20 kat düşürülmüş olur.(Rick, 1999)<br />
Pilot kullanılarak daraltılan HB ile regülatörden geçen kapasite arttırılır. Bu<br />
yüzden büyük kapasiteli servis hatlarında pilot kontrollü regülatörler<br />
kullanılmaktadır.<br />
Önceki örnekte HB değeri 301 mbar olan regülatör, verimi yüzde 20 olan<br />
pilotlu regülatörle karşılaştırıldığında, bu değer sadece 15,05 mbar olur. HB<br />
değerindeki bu kadar büyük bir fark elde ediliyor olması, normal olarak piyasada<br />
kullanılan bütün regülatörlerin niçin pilotlu olmadıkları sorusunu akla getirir. Bunu<br />
iki nedeni vardır: ekonomi ve kararlılık (stabilite). Pilotlu regülatörler doğrudan<br />
etkili regülatörlerden oldukça pahalıdır ve histerezis bantındaki iyileştirme ile bu<br />
maliyeti altına girmeye neden olmayabilir. Diğer yandan pilot verimi, regülatör<br />
verimini ve duyarlılığını arttırır. Eğer sistem verimi çok fazla artarsa, sistem kararsız<br />
olur ve regülasyonda salınım görülmeye başlar.<br />
Şekil 2.19’da dikkat edilmesi gereken diğer bir nokta da, PL yükleme<br />
basıncını tahliye etmek gerektiğinde atmosfere değil, regülatörün çıkışına<br />
yapılmasıdır. Bunun için PL yükleme basıncının P2 kontrol basıncından büyük<br />
olması gerektiğine kesinlikle dikkat edilmeldir. Bunu gerçekleştirmenin yolu ise<br />
diyaframın altındaki odacıkta P2 basıcını bulundurmaktır. (Floyd, 2003)
3. İSTASYON DONANIMLARI<br />
28<br />
Büyük hacimli <strong>gaz</strong> tüketimlerde yüksek hat basıncı ile gelen <strong>gaz</strong>, tüketim<br />
öncesi emniyetli bir şekilde basıncı düzenleyecek ve ölçüm yapacak RMS<br />
istasyonları bulunmaktadır. Bu istasyonlar regülatörler, hacim ölçme sayaçları ve<br />
ölçülen hacimleri standart şartlara çeviren hacım düzelticiler, <strong>gaz</strong>ı temizleyen filtreler<br />
ve bazı emniyet cihazlarından oluşurlar. Bazı özel yerlerde gelen <strong>gaz</strong>ın basıncı<br />
yüksekse, istasyonda basınç düşürme esnasında meyd<strong>ana</strong> gelecek soğumayı<br />
dengelemek için istasyon girişlerinde <strong>gaz</strong> ısıtıcıları kullanılır.<br />
3.1. YALITIM CONTASI<br />
Yalıtım contası istasyon giriş ve çıkışına, istasyonu kaçak akımlardan ve<br />
galvanik koruma sağlamak üzere yerleştirilen bir donanımdır. Bu donanım<br />
istasyonun öncesi ve sonrası <strong>gaz</strong> şebeke <strong>boru</strong>sunun PE ya da çelik hat olmasına<br />
bağlı olarak ve gerekirse kullanılır. PE hatlarında yalıtım contasına ihtiyaç yoktur.<br />
Bu donanımın uygun olarak kabul edilmesi için yapılan testlerde 1000 V akımda 25<br />
Mohm direncini göstermesi gerekir. Yapımında karbon çelik kullanılmış ve her iki<br />
tarafı bakım kolaylığı sağlaması açısından kaynaklı değil, kullanılacak <strong>boru</strong><br />
ölçüsünde flanşlı yapılır (Şekil 3.1).(Fisher, 1998)<br />
Yalıtım<br />
bölgesi<br />
Şekil 3.1 – Yalıtım contasının kesit görünümü (Karakelle, 2003)
3.2. GİRİŞ VANASI<br />
29<br />
İstasyon girişinde genellikle API 6D ANSI B31.8 standartlarında yüksek<br />
basınca ve <strong>gaz</strong>la gelen partiküller karşısında aşınmaya dayanıklı, yangınlarda<br />
güvenli, yüzer <strong>veya</strong> trunion (simit kontrollü) tip küresel v<strong>ana</strong>lar kullanılır (Şekil 3.2).<br />
Genellikle 8” <strong>boru</strong>lu uygulamalarında trunion tip v<strong>ana</strong>lar tavsiye edilir.<br />
ANSI B31.8 standardına göre, <strong>gaz</strong> sistemlerini (basınç düşürme ve ölçüm<br />
istasyonlarını) besleyen kaynaklarda güvenli <strong>gaz</strong> kesintisi sağlayacak sistem giriş<br />
açma-kapama v<strong>ana</strong>ları bulunmalıdır. Otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong>ların bulunması<br />
bu şartı sağlaması için yeterli değildir.(O.M.T., 1999)<br />
Şekil 3.2 - Yüzer tip v<strong>ana</strong> (a), Trunion tip v<strong>ana</strong> örneği (b) (O.M.T., 1999)<br />
3.3. FİLTRELER<br />
<strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> dağıtım sistemlerinde bulunması olası katı ya da sıvı istenmeyen<br />
pislikler, basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarında olduğu kadar tüketiciye ait<br />
donanımlarda da çeşitli zararlar verebilirler. Bu zararların önlenmesi, istasyon<br />
girişine konulan kartuş ya da siklon tipi filtrelerle küçük parçacıkların ayrıştırılması<br />
ile mümkündür. Şekil 3.3'de siklon tip, Şekil 3.4'de kartuş tipi filtreler<br />
görülmektedir.<br />
a) b)
3.3.1. Siklon Filtreler<br />
30<br />
Siklon tip filtrelerde <strong>gaz</strong>ın içindeki katı ya da sıvı parçacıklar merkezcil<br />
kuvvetten yararlanılarak ayrıştırılır. Katı ya da sıvı parçacıklar içeren <strong>gaz</strong> filtreden<br />
içeri girdikten sonra eşit çaplı <strong>boru</strong>lardan oluşmuş tüp demetine doğru akar. Burada,<br />
eşit hıza sahip <strong>gaz</strong> akımlarına ayrılır. Daha sonra her akış kolu, siklon pervane<br />
k<strong>ana</strong>dıyla dönme hareketine çevrilir. Büyük bir dönme hızı ve kuvveti oluşur.<br />
Gazdan daha yoğun olan katı ve sıvı parçacıklar merkezcil kuvvet etkisi ile siklonun<br />
duvarına çarparlar ve filtrenin altında toplanırlar. Gaz ise yukarı kısımdan çıkar.<br />
Siklon tüp demetindeki büyük hız aşınmaya yol açacağı için bu tüplerin malzemesi<br />
buna uygun seçilmelidir. Filtrenin altında topl<strong>ana</strong>n katı ve sıvı parçacıkların düzey<br />
göstergeleri, bu depoların otomatik boşaltma sistemi ve arıza olduğunda ya da depo<br />
otomatik olarak boşaltılmadığında çalışacak uyarı sistemi bulunmalıdır. En son<br />
önlem olarak da filtrenin kendi kendini devre dışı bırakacak sistemi olmalıdır.(Ergen,<br />
1990)<br />
GİRİŞ<br />
Pislik<br />
düzey<br />
göstergesi<br />
Şekil 3.3 - Siklon tip filtre (Ergen, 1990)<br />
ÇIKIŞ<br />
Tüpler<br />
Düzey<br />
<strong>ana</strong>htarları
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
Başlık<br />
Kartuş muhafazası<br />
Flanş<br />
Ağızlık<br />
Güçlendirme plakası<br />
Filtre kartuşu<br />
Muhafaza flanşı<br />
Filtre kapağı<br />
Cıvata<br />
Somun<br />
Pul<br />
31<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
O-ring<br />
Kartuş oturma yüzeyi<br />
Boşaltma<br />
Kapak kaldırma elemanı<br />
Tredolet<br />
Cıvata<br />
Somun<br />
Boru<br />
Boru<br />
Şekil 3.4 - Akış eksenli kartuşlu filtre (O.M.T., 1999)<br />
Kartuş üst yüzeyi
3.3.2. Kartuşlu Filtreler<br />
32<br />
Kartuşlu filtrelerde <strong>gaz</strong> ve içerdiği parçacıkların ayrıştırılması için, <strong>gaz</strong><br />
polyester kumaş, pamuk gibi malzemelerden geçirilir (Şekil 3.5). Gazın hızı kartuşa<br />
zarar vermemesi ve aşınmayı önlemek için giriş kısmına bir hız saptırıcısı<br />
yerleştirilir. Kartuşlardaki basınç düşümü 100 mbar'dan az olmalıdır. Kartuş<br />
üzerinde zamanla biriken toz tabakası temizleme verimini arttırmasına karşılık,<br />
yüksek basınç düşümüne neden olur. Bu nedenle kartuşlar belli aralıklarla basınçlı<br />
hava ile temizlenmeli ve gerekiyorsa değiştirilmelidir. Basınç düşümünü gösterecek<br />
basınç göstergeleri ve gerektiğinde önce uyaran, daha sonra devre dışı bırakan<br />
güvenlik sistemleri filtre üzerinde yer almalıdır. (O.M.T., 1999)<br />
Şekil 3.5 - Filtre kartuşu (O.M.T., 1999)<br />
T.S.E. standartlarında filtrelerin 5 µm boyutuna kadar olan katı ve sıvı<br />
parçacıkları %100 tutmaları istenir. Bu zorunluluğun yerine getirebilmesi için kartuş<br />
ve siklon filtreler birlikte kullanılabilirler. <strong>Doğal</strong> <strong>gaz</strong> dağıtım sistemlerinde katı ve<br />
sıvı parçacıkları tamamen ortadan kaldırmak mümkün olmasa bile, bunları en aza<br />
indirgemek ve çok sık filtre kartuşu değişiminden kurtulmak için alınacak bazı<br />
önlemler şöyle sıral<strong>ana</strong>bilir: (Ergen, 1990)<br />
• <strong>gaz</strong>ın mümkün olduğunca temiz olmasına, karbondioksit, hidrojen sülfür ve<br />
su buharı gibi bileşenler içermemesine çalışmak;
33<br />
• dağıtım sistemini temiz tutmak, gerektiğinde temizlemek;<br />
• <strong>gaz</strong> dağıtım tasarımı yapılırken minimum <strong>gaz</strong> akış hızı seçmek ve hızın sabit<br />
olmasına dikkat etmek.<br />
3.3.3. Fark Basınç Göstergeleri<br />
Bu aygıtlar filtrenin istenmeyen tanecikler ile dolduğunda ya da<br />
tıkandığında, filtrenin giriş ve çıkışı arasında meyd<strong>ana</strong> gelen anormal basınç farkını<br />
gösterir (Şekil 3.6). Bunlar içlerinde bulunan tıkanma miktarı ile orantılı<br />
dengelenmiş yay ve diyafram hareketini mekanik bir amplifikatörle, basınç farkının<br />
ibreye iletilmesiyle çalışırlar. (O.M.T., 1999)<br />
Giriş<br />
tapası<br />
Giriş<br />
bağlantısı<br />
Bypass<br />
Çıkış<br />
tapası<br />
Çıkış<br />
bağlantısı<br />
Şekil 3.6 – Bir fark basınç göstergesinin önden ve yandan görünüşü (O.M.T., 1999)<br />
3.4. BASINÇ DÜZENLEYİCİLERİN (REGÜLATÖRİN) ÖZELİKLERİ<br />
Basınç düzenleyiciler (regülatörler) ayarlandıkları basınçlarda tam, kesin ve<br />
ani tepki vererek çalışmayabilirler. Genellikle ayar basınçlarının altında ve üstünde<br />
belirli bir tölerans aralığı içinde işlevlerini yerine getirirler. Bu tür tepkisel<br />
salınımlar, basınç düzenleyicilerin bileşenlerinin yapıldıkları malzemelerin
34<br />
özeliklerinden, üretim tekniklerinden ve/<strong>veya</strong> tasarımlarından kaynakl<strong>ana</strong>bilirler.<br />
Dolayısıyla, basınç düzenleyicilerin hangi basınç düzeyine ne kadar doğrulukta tepki<br />
verdiği, bu tepki sırasındaki debi, tepkime süresi, ve tüm bu parametrelerin her bir<br />
basınç düzenleyici için önceden tahmini sağlayan hesaplama sonuçları, basınç<br />
düzenleyicilerin seçiminde ve kullanımında önemli kıstaslar olarak ortaya<br />
çıkmaktadır. Söz konusu bu kıstaslar, basınç düzenleyicilerin kendi sınıfları içindeki<br />
özeliklerini ve karakteristiklerini ortaya koyarlar.<br />
3.4.1. Doğrulukla İlgili Özelikler<br />
Doğruluk, çalışma aralığında pozitif ve negatif kontrol sapmalarının en büyük<br />
mutlak değerlerinin ortalamasıdır ve ayar noktası Pas’nin yüzdesi olarak ifade edilir.<br />
Doğruluğun izin verilen en büyük değeri regülatörlerin üzerinde AC ya da RG<br />
simgesiyle belirtilir. Doğruluk giriş basıncının fonksiyonu olduğu için, giriş basıncı<br />
aralığı (bpe) içinde belirtilebilir. Bu aralık, sınır değerleri olan “Pe,max“ ve “Pe,min“ ile<br />
karakterize edilir. Regülatörler, beyan edilen doğruluk sınıfıyla ilgili çizelge 3.1’de<br />
verilen doğruluk şartlarına uygun olmalıdır.<br />
Çizelge 3.1 - Belirlenmiş doğruluk sınıfları (T.S.E., 1999)<br />
Doğruluk sınıfı İzin verilen pozitif ve negatif toleranslar<br />
AC 1 % ± 1 *<br />
AC 2,5 % ± 2,5 *<br />
AC 5 % ± 5 *<br />
AC 10 % ± 10<br />
AC 20 % ± 20<br />
AC 30 % ± 30<br />
* ± 1 mbar’ dan küçük olmamak üzere
35<br />
Regülatörlerin ayarlanması ve/<strong>veya</strong> bazı bileşenlerinin değiştirilmesi (yay<br />
<strong>veya</strong> v<strong>ana</strong> oturma yüzeyinin değiştirilmesi gibi) ile elde edilebilen ayar noktalarının<br />
bütünün ayar aralığı (Wh) denir. Aynı tip regülatörler, ayar aralığına (Wh) ve/<strong>veya</strong><br />
giriş basıncı aralığına (bpe) göre, farklı doğruluk sınıflarına sahip olabilirler. (T.S.E.,<br />
1999)<br />
3.4.2. En Büyük Doğrulukta Debi<br />
Verilen bir ayar noktası için ve belirlenmiş ortam sıcaklık aralığında, bu<br />
değere kadar olan “en küçük Pe,min giriş basıncı debisi (ύmax,pemin)“ ve “en büyük<br />
Pe,max giriş basıncı debisi (ύmax,pemax)“ arasındaki ara giriş basıncı Pe debisinde<br />
(ύmax,pe) verilen doğruluk sınıfının sağlandığı en büyük hacimsel debinin en küçük<br />
değeridir (Şekil 3.7).<br />
ύ en az, Pe en az<br />
ύ en az, Pe<br />
ύ en az,Pe en çok<br />
ύ en çok,Pe en az<br />
ύ en çok,Pe<br />
ύ en çok,Pe en çok<br />
Şekil 3.7 - En yüksek ve düşük doğruluktaki debileri belirten performans eğrileri<br />
ailesi (Pas sabit, kararlı şartlar) (Fisher, 1998)
3.4.3. Kilitlenmeyle İlgili Özelikler<br />
36<br />
Kontrol elemanının açık konumundan kapalı konumuna gelmesi için geçen<br />
süreye kilitlenme süresi (tf) denir. Kapalı konumunda olduğunda, kontrol edilen<br />
değişkenin ölçme noktasında meyd<strong>ana</strong> gelen basınçta kilitlenme basıncı (Pf) olarak<br />
adlanıdırılır. Kilitlenme basıncı, performans eğrisinde (Şekil 2.12) sıfır hacimsel<br />
debideki çıkış basıncına karşılık gelmektedir. Bu basınç, ύ debisinin belirli bir<br />
değerinden sıfıra değişmesi için geçen süre regülatörün kilitlenme süresinden daha<br />
büyük olduğunda ortaya çıkar.<br />
Ayar noktasının yüzdesi olarak ifade edilen kilitlenme basıncı sınıfı (SG),<br />
ayar noktası ile gerçek kilitlenme basıncı arasında izin verilen en büyük pozitif<br />
farktır.<br />
Pf<br />
− Pas<br />
SG = . 100<br />
(3.1)<br />
P<br />
as<br />
Regülatörler, Tablo 3.2’den seçilerek beyan edilen sınıfla ilgili kilitlenme<br />
basıncı kurallarına uygun olmalıdır. Aynı tip regülatörler, belirlenmiş ayar aralığına<br />
(Wh) ve/<strong>veya</strong> giriş basıncı aralığına (bpe) göre, farklı kilitlenme basıncı sınıflarına<br />
sahip olabilirler. (T.S.E., 1999)<br />
Çizelge 3.2 - Kilitlenme basıncı sınıfları (T.S.E., 1999)<br />
Kilitlenme basıncı sınıfı Kilitlenme basıncı bölgesinde izin verilen pozitif<br />
toleranslar<br />
SG 2,5 % 2,5 *<br />
SG 5 % 5*<br />
SG 10 % 10<br />
SG 20 % 20<br />
SG 30 % 30<br />
SG 50 % 50<br />
* ± 1 mbar’ dan küçük olmamak üzere
37<br />
3.4.4. Debinin En Yüksek Doğrulukla Hesaplanması<br />
En yüksek doğruluğa sahip debi, yukarıda verilen eşitliklerden, tam açık<br />
konumda akış katsayısının uygul<strong>ana</strong>bilir yüzdesi kullanılmak suretiyle<br />
hesaplanmalıdır. Bu yüzde değeri, AC doğruluk sınıfına bağlı ve 100’e eşit <strong>veya</strong><br />
daha az bir değer olup, üretici firma tarafından belirlenmektedir. (Şekil 3.8). (T.S.E.,<br />
1999)<br />
Pa<br />
Pas(1-AC/100)<br />
Pas<br />
P as(1-AC/100)<br />
ύen az Pe<br />
Şekil 3.8 - Kilitlenme basıncı bölgesini belirten performans eğrisi (kararlı şartlarda)<br />
(T.S.E., 1999)<br />
3.4.5. Esas Akış Karakteristikleri<br />
Akış katsayısı ve kontrol elemanının konumu arasındaki ilişki, genellikle<br />
diyagram şeklinde gösterilir (Şekil 3.9). Akış katsayıları genellikle tam açık<br />
konumundaki akış katsayısının bir yüzdesi olarak ve kontrol elemanının konumu<br />
(mekanik bir durdurucu ile sınırlandırılmış), yani en büyük hareketinin bir yüzdesi,<br />
olarak belirtilir. Şekil 3.9’da üç farklı tip regülatörün esas akış karakteristikleri<br />
verilmektedir. (T.S.E., 1999)<br />
P as(1+SG/100)<br />
ύen çok Pe
38<br />
Şekil 3.9 - Esas akış karakteristikler diyagramına ait üç örnek. (T.S.E., 1999)<br />
3.5. Sayaçlar<br />
Sayaçlar <strong>doğal</strong> <strong>gaz</strong> <strong>boru</strong> hatlarından geçen <strong>gaz</strong> miktarını kütlesel <strong>veya</strong><br />
hacimsel olarak ölçen aygıtlardır. Hacimsel ölçümün daha kolay ve ucuz olması<br />
nedeniyle, sayaçların çoğu <strong>gaz</strong> debisinin hacimsel olarak elde edilmesini sağlarlar.<br />
Debi ölçümleri ya hattın bir noktasındaki basınç düşümü yardımı ile ya da aynı<br />
noktadaki sayacın mekanik parçalarının hareketi ile elde edilir. Bunların dışında bir<br />
de hat içinde akan <strong>gaz</strong>ın (fiziksel özeliklerine bağlı olarak), akış doğrultusunda belirli<br />
bir açıda gönderilen ses dalgalarını geçirme yeteneğinden yararlanılarak yapılan debi<br />
ölçümleri vardır.<br />
Hangi mekanizma ve yöntemle olursa olsun, sayaçlar ölçülecek büyüklüğün<br />
gerçek değerini vermeyebilir <strong>veya</strong> doğru ölçüm değerini vermede sürekliliğini<br />
(yinelenebilirliğini) koruyamayabilir. Dolayısıyla, debi ölçümlerinde sayaçların<br />
kendilerine özgü karakteristikleri ölçüm sonuçlarını etkileyebilen unsurlar olarak<br />
ortaya çıkmaktadırlar.
3.5.1 Sayaç Karakteristikleri<br />
39<br />
Sayaçlar aşağıda verilen parametreler ile karakterize edilirler.<br />
• Doğruluk (Accuracy)<br />
• Kapasite oranı (Rangeability)<br />
• Yineleyebilirlik (Repeatability)<br />
• Doğrusallık (Linearity)<br />
3.5.1.1. Doğruluk (Accuracy)<br />
Sayacın doğruluğu, sayaç içi akış koşullarındaki gerçek debiyi, tanımlanmış<br />
bir debi aralığında gösterebilmesinin ölçüsüdür. Gerçek debi ile ölçülen debi<br />
farkının mutlak değeri gerçek debiye oranı olarak tanımlanır.<br />
AC : doğruluk, %<br />
ύa<br />
: gerçek debi, m 3 /saat<br />
|ύa- ύm|<br />
Q a − Q m<br />
AC =<br />
× 100<br />
(3.2)<br />
Q<br />
ύa<br />
a<br />
ύm : sayaç tarafından ölçülen debi, m 3 /saat<br />
Doğruluk tüm skalanın yüzdesi olarak ya da sayaçtan okunan değerin<br />
yüzdesi olarak iki şekilde ifade edilebilir. İkinci yöntem daha çok kullanılmaktadır.<br />
Birinci yöntem daha çok orifis sayaçların, ikinci yöntem ise türbin ve döner<br />
sayaçların tanımlanmasında kullanılır.<br />
Birinci yönteme örnek: 100 m 3 ’lük bir sayaçta tüm skalanın ± %1<br />
doğruluğunda ölçüm yapmak demek, geçen debinin gerçek değerinden ± 1 m 3 az ya<br />
da fazla ölçmesi demektir. Ölçülen değer 10 m 3 olan sayaç için gerçek değer 9 – 11<br />
m 3 , 100 m 3 için 99 – 101 m 3 arasında olabilir.
40<br />
İkinci yönteme örnek: 50 m 3 ölçülen değer için %1 doğrulukla, gerçek değer<br />
49,5 – 50,5 m 3 , 10 m 3 ölçülen değer için ise gerçek değer 9,9 – 10,1 aralığında<br />
olabilir. İkinci yöntem daha iyi sonuçlar vermektedir, çünkü ölçümdeki hata geçen<br />
debinin büyüklüğüne orantılıdır.<br />
3.5.1.2. Kapasite oranı (Rangeability)<br />
Tanıml<strong>ana</strong>n doğruluk sınırı içerisinde, minimum kapasitenin maksimum<br />
kapasiteye oranı olarak tanımlanır.<br />
R : kapasite oranı, boyutsuz<br />
ύmin sayaç<br />
ύmak sayaç<br />
R = ύmin sayaç / ύmak sayaç (3.3)<br />
: 0 o C ve 1,013 bar da sayaç minimum kapasitesi, m 3 /saat<br />
: 0 o C ve 1,013 bar da sayaç maksimum kapasitesi, m 3 /saat<br />
Örnek verilecek olunursa %1 doğrulukla tanımlanmış bir sayaç için<br />
maksimum ve minimum kapasiteleri 50 m 3 ve 10 m 3 olan sayacın kapasite oranı<br />
1/5’tir. Akış koşullarında maksimum kapasiteyi sağlayan sayacın seçiminde<br />
sağlanması gereken minimum kapasite bu orandan hareketle belirlenir. Aynı<br />
maksimum kapasiteyi karşılayabilen kapasite oranları farklı sayaçlar bulunabileceği<br />
için sayaç seçiminde bu or<strong>ana</strong> dikkat edilmelidir.<br />
3.5.1.3. Yineleyebilirlik (Repeatability)<br />
Bu karakteristik sayacın belli periyotlara kadar aynı doğrulukta okuma<br />
yapabilmesini ifade eder; doğrulukla karıştırılmamalıdır. Doğruluk değeri düşük<br />
fakat yineleyebilirlik değeri iyi olan sayaçlar olabilir.
3.5.1.4. Doğrusallık (Linearity)<br />
41<br />
Kalibrasyon eğrisinin ideal eğriden sapmasının bir ölçüsüdür; verilen kapasite<br />
<strong>veya</strong> kapasite oranında tanımlanır. Kalibrasyon eğrisi iyi doğrusallığa sahipken, bu<br />
doğrusallığından sapması sayacın doğruluğunu azaltır.(Parlaktuna, 2003)<br />
3.5.2. Sayaç Türleri<br />
Sayaçlar konumları, donanım maliyetleri, kapasiteleri, çalışma basıncı aralıkları,<br />
<strong>gaz</strong> kirliliği altındaki performansları, doğrulukları, bu doğrulukta ölçebildikleri<br />
maksimum ve minimum kapasiteleri gibi karakteristikler ve amaca uygunlukları<br />
açısından çeşitli türlerde olabilirler. Sayaçlar genellikle,<br />
• pozitif ötelemeli/döner sayaçlar (endüstriyel istasyonlar)<br />
• türbin sayaçlar (bölge istasyonlar)<br />
• orifis tipi sayaçlar (<strong>ana</strong> istasyonlar)<br />
• ultrasonik sayaçlar (<strong>ana</strong> istasyonlar)<br />
olarak sınıflandırılırlar. Bunlardan döner sayaç, türbin sayaç ve orifis sayaç<br />
geleneksel türde sayaçlardır. Ultrasonik sayaçlar ise diğerlerine göre daha yeni bir<br />
sayaç tipidir. Bunlar dışında <strong>gaz</strong> endüstrisinde kullanılan başka sayaçlar da vardır.<br />
3.5.2.1. Döner Sayaçlar<br />
Bu sayaç tipi basit olarak <strong>gaz</strong>ı odacıklarda hapseden ve ters yönlerde dönen<br />
iki çarktan ve bu çarkların bağlı olduğu bir şafttan meyd<strong>ana</strong> gelmiştir. Gaz talebi<br />
oluştuğunda sayacın giriş ve çıkışında meyd<strong>ana</strong> gelen basınç farkı (∆p) <strong>gaz</strong>ın, çark<br />
ile sayaç muhafazası arasında bulunan boş odacıklara akmasını sağlar. Bu şekilde<br />
çarkların üzerine bir kuvvet oluşur ve bu kuvvet ile çarklar dönme enerjisi kaz<strong>ana</strong>rak<br />
<strong>gaz</strong>ı sıra ile sabit hacimli odacıklara doldurur. Bu arada bir odacık dolar iken diğer
42<br />
odacık talebi karşılamak üzere <strong>gaz</strong>ı çıkışa boşaltır. Çarklar çok iyi zamanlanmış<br />
(senkronize9 edilmiş dişliler yardımıyla, çark şaftının bir tur yapması için dört defa<br />
döner. Bu çalışma esnasında çark ve sayaç muhafazası arasında çarkların dönmesini<br />
etkileyebilecek hiçbir temas yoktur (Şekil 3.10).(A.M.C., 2002)<br />
Döner sayaçlar düşük basınçlı, türbin sayaçların kullanıldığı yerlere oranla<br />
daha az <strong>gaz</strong> tüketimi gösteren endüstriyel işletme, ticari merkez, hastane ve<br />
okullardaki istasyonlarda, <strong>gaz</strong>ı faturalandırma amaçlı kullanılmaktadır. Gazın<br />
sayaçtan önce mutlaka filtreden geçmiş olması gerekir. Kesintili akışlarda rahatlıkla<br />
kullanılabilen ve derli toplu (kompakt) bir yapıya sahip döner sayaçlarda kapasite<br />
oran aralığı geniştir, giriş ve çıkışlarda akış düzenleyiciye gerek kalmaz<br />
Gaz talebi sayaçta<br />
akışı başlatır.<br />
Şekil 3.10 - Döner sayacın çalışmasının şematik gösterimi (A.M.C., 2002)<br />
3.5.2.2. Türbin Sayaçlar<br />
Çark bir miktar<br />
<strong>gaz</strong>ı hapseder.<br />
Boşluk açılarak<br />
<strong>gaz</strong> çıkışa verilir.<br />
Dört dönüşte bir<br />
devir tamamlanmış<br />
olunur.<br />
Türbin sayaçlar <strong>gaz</strong> iletim ve dağıtım firmaları tarafından, yüksek basınçlı ve<br />
<strong>gaz</strong> tüketiminin yüksek olduğu endüstriyel istasyonlarda, yaygın kullanılan bir sayaç<br />
tipidir. Gaz hattına kurulurken gerekli uyarı ve kurallara uyulduğunda, ölçümde<br />
yüksek performans sağlamak üzere tasarlanmışlardır. Ölçümdeki doğrulukları<br />
yüksektir. Bu sayaçlarda ölçüm yapılan <strong>gaz</strong> kesinlikle önceden fitrelenmiş olmalıdır.<br />
Çalışma prensibi, sayaçtan geçen <strong>gaz</strong> hızının ölçülmesi temeline dayanır.<br />
Şekil 3.11’de görüldüğü gibi sayacın girişinde bulunan akış düzelticisinde başlayan<br />
çap daralmasıyla <strong>gaz</strong> hızı artar ve belirlenen kesit alanındaki sayaç pervanelerine<br />
çarparak dönme etkisi yaratır. Pervanenin akış esnasında yaptığı tur sayısı akışın
43<br />
debisiyle orantılıdır. Akış düzenleyicisinin çapındaki daralma, akışta meyd<strong>ana</strong> gelen<br />
türbülansları azaltmak <strong>veya</strong> tamamen gidermek üzere tasarlanmıştır.(Dornauf, 1994)<br />
Türbin sayaçların sağlaması gereken standart ve rehber niteliğindeki bilgiler OIML<br />
R32, ISO9951, PTB G13, AGA7 ve yeni olan prEN12261’de<br />
tanımlanmıştır.(Schlumberger, 1997)<br />
Herhangi bir <strong>gaz</strong> uygulamasında yapılan gözlemler neticesinde sayacın<br />
kendisinde bulunan akış düzenleyicisinin, türbülanslı akışları düzenlemesinde yeterli<br />
olmayacağı k<strong>ana</strong>atine varıldığında, sayaç öncesi ve iki flanş arasına standartlarda<br />
belirtildiği gibi tasarımları farklı ek akış düzenleyiciler kullanılır (Şekil 3.12). Sayaç<br />
pervanesinin gelişigüzel dönmesini engellemek için aşamalı bir dişli ünitesi<br />
bulunmaktadır. Bu ünitedeki en son çarkın bulunduğu şafta bağlı olan ve dönme<br />
sayısını takip eden ve <strong>ana</strong>log göstergeyi yazdıran manyetik bir ünite vardır (Şekil<br />
3.11).(Daniel, 2003)<br />
Sayaç başı<br />
Düşük frekans<br />
üreteci<br />
Bağlayıcı tapa<br />
HF sinyal üreteci<br />
Akış düzenleyici<br />
Pr basınç bağlantısı<br />
Yağ pompası<br />
Şekil 3.11 - Kesiti alınmış türbin sayaç örneği (Schlumberger, 1997)<br />
Sinyal üreteci<br />
Manyetik bağlanma<br />
noktası<br />
Sıcaklık<br />
ölçme<br />
deliği<br />
Anahtar<br />
Sayaç gövdesi
44<br />
Gaz ölçme endüstrisinde son zamanlarda gelişen teknoloji ile türbin seçenek<br />
oluşturacak yeni sayaçlar geliştirilmiştir. Özelikle büyük çaplı <strong>boru</strong> hatları için (12”<br />
ve üzeri) ultrasonik sayaçlar geliştirilmiştir ve kullnılmaktadır.<br />
Fakat halâ türbin sayaçların <strong>gaz</strong>, petrol ve diğer endüstriyel sıvıların<br />
ölçümünde kullanılmasını gerektirebilecek bazı avantajları vardır. Birinci avantaj bu<br />
sayaçların halâ diğer sayaçlardan daha ekonomik olmalarıdır. Bu sayaçları<br />
kull<strong>ana</strong>nlar yeni teknolojilere ek bir yatırım ve masraf yapmak istememektedirler.<br />
İkinci avantaj bu sayacın daha güvenilir olması ve hareketli parçaların aşınması ya da<br />
zarar görmesinde servis maliyetini arttıran parçaların daha dayanıklı olması için<br />
(örnek olarak sık sık hasar gören dişliler) porselenden yapılmasıdır.<br />
Şekil 3.12 - Değişik tipte akış düzenleyiciler (Daniel, 2003)
3.5.2.3. Orifis Sayaçlar<br />
45<br />
Bu sayaç tipi debinin ve <strong>boru</strong> çaplarının yüksek olduğu iletim hatlarındaki<br />
<strong>gaz</strong> uygulamalarında (<strong>ana</strong> istasyonlar) yaygın kullanım alanına sahiptir. API ve<br />
ASME standartlarına uygun tasarlanmış ve <strong>gaz</strong> hattına kurulmuş orifis sayaçları ile,<br />
türbülanslı akışa sahip akışlarda doğruluğu yüksek akış – debi hesaplamaları<br />
yapılabilir. Bu tür sayaçlarda <strong>gaz</strong> orifis noktasına yaklaşırken basınç bir miktar artar,<br />
ve bu noktaya ulaşınca basınçta ani bir düşüş gözlenir (Şekil 3.13). Bu düşüş vena<br />
kontrakta denilen bölgeye kadar gerçekleşir ve bu bölgeden sonra basınç <strong>boru</strong><br />
çapının 5 – 8 katına eş bir uzaklığa kadar artarak maksimum basınç noktasına ulaşır.<br />
Ancak basınç girişteki değerine hiçbir zaman ulaşamaz. Gözlenen basınç kaybı<br />
ortamdaki sürtünme ve türbülanslı akış kayıplarıdır. Orifis boyunca görülen basınç<br />
kaybı debinin artmasıyla artabilir. Akış yoksa basınç farkı da yoktur. ∆P basınç<br />
farkı hızın karesi ile doğru orantılıdır ve eğer diğer bütün faktörler sabit kabul<br />
edilirse, akış debisinin karesinin, basınç farkı ile doğru orantılı varsayılarak akışkan<br />
debi ölçümü yapılır. (Daniel, 2003)<br />
Çap (D)<br />
P1<br />
Flanş<br />
Fark basınç ∆P<br />
( P1 – PVK )<br />
PVK<br />
(5D – 8D)<br />
Kalıcı basınç kaybı<br />
( P 1 – P 3 )<br />
Şekil 3.13 - Flanş bağlantılı orifis sayacın basınç profili (Daniel, 2003)<br />
P3
3.5.2.4. Ultrasonik Sayaçlar<br />
46<br />
Gaz akış koşullarında hız kullanılarak debinin hesaplanması esasına bağlı<br />
olarak çalışan sayaç tipidir. Bu sayaçlarda hız ultrasonik dalgalar kullanılarak<br />
saptanır. Şekil 3.14’de görülen sensörler hem alıcı hem de verici durumunda<br />
çalışırlar. Borunun bir tarafındaki sensörden karşı taraftaki sensöre gönderilen ses<br />
sinyalinin bir ulaşma süresi vardır ve bu süre <strong>gaz</strong> akışı hızı ile orantılıdır. Ses<br />
dalgasının karşıya geçme süresinden <strong>gaz</strong>ın hızı ve dolayısıyla akış koşullarındaki<br />
sıcaklık ve basınçtaki debisi hesaplanır.(Swearingen, 2003) Şekil 3.15’de görüldüğü<br />
gibi, sayacın üzerinde birden fazla sensör çifti bulunabilir.<br />
Şekil 3.14 - Ultrasonik sayacın çalışma prensibinin gösterimi (Swearingen, 2003)<br />
Şekil 3.15 – Bir ultrasonik sayaç görüntüsü (Swearingen, 2003)
47<br />
Bu sayacın sağladığı en önemli avantaj doğruluk karakteristiğinin gelişmiş<br />
olmasıdır. Diğer avantajları ise,<br />
• kapasite oran aralığı yüksektir,<br />
• hızdaki değişimi bir saniyeden daha kısa sürede algılar,<br />
• yok denecek derecede basınç düşüşü (akış yönünde <strong>boru</strong> kesit alanında engel<br />
bulunmaz ve herhangi bir daralma görülmez) sayaç sonrası türbülanslı akış<br />
yaratmaz,<br />
• yapısında hareketli donanım bulunmaz (donanım aşınması görülmez),<br />
• bakım maliyeti düşüktür,<br />
• büyük çaplı <strong>boru</strong>larda kolay kurulum sağlar.<br />
Gaz iletim hatlarında basınç düşümü gerçekten önemli bir konudur ve <strong>gaz</strong><br />
hattında sağlıklı bir iletim için basıncı eski değerine getirmek ekstra maliyet<br />
gerektirir. Ultrasonik sayaçların görülen dezavantajları ise,<br />
• bakım ve onarım için uzman teknisyenlere gerek duyar,<br />
• kesintisiz enerji sağlanmasını gerektirir,<br />
• yıldırım çarpmalarına maruz kalmaktadır. (Swearingen, 2003)<br />
3.6. Çıkış V<strong>ana</strong>sı<br />
Bir basınç düzenleme (regülatör) istasyonunun önemli aygıtlarından birisi de,<br />
istasyonu çıkış hattına bağlayan çıkış v<strong>ana</strong>sıdır. Çıkış v<strong>ana</strong>sı seçiminde göz önünde<br />
bulundurulması gereken en önemli ayrıntı çıkış basıncıdır. On bar’a kadar çıkış<br />
basıncı veren istasyonlarda kelebek v<strong>ana</strong> kullanılabilir. Bunun üstündeki basınçlarda<br />
küresel v<strong>ana</strong>lar kullanılması önerilir.
48<br />
3.7. Otomatik Emniyet Kapama V<strong>ana</strong>ları<br />
Regülatörler herhangi bir sebeple beklenmedik bir anda arıza yapabilirler.<br />
Regülatör çıkış basıncının kontrol dışında yükselmesi ya da azalması durumunda, bu<br />
durumu hissedip, regülatör girişini kapayan otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong>ları<br />
kullanılması vazgeçilmez bir uygulama haline gelmiştir.<br />
Şekil 3.16 otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong>sına bir örnektir. Emniyet sistemi<br />
v<strong>ana</strong> üzerindeki kurma kolu saat yönünün tersine çevrilerek açılır. Bu v<strong>ana</strong>larda<br />
sinyal hattı ile sistem çıkış basınç değerini takip eden, ayar (set) değerine sahip pilot<br />
bulunmaktadır. Ayar değerinin bir maksimum ve bir de minimum değeri bulunabilir.<br />
Çalışma basıncı ayar değeri aralığında olduğu sürece sistem açık kalmaktadır. Eğer<br />
basınç bu ayarl<strong>ana</strong>n değerlerin dışına çıkarsa, basıncın artması ya da azalması, bu<br />
değişmeyi diyafram sistemiyle algılayan pilot kurma kolunu serbest bırakır ve yay<br />
etkisiyle sleeve v<strong>ana</strong> sistemi kapatır.(O.M.T., 1999)<br />
Sızdırmazlık<br />
tapası<br />
Sleeve<br />
v<strong>ana</strong><br />
Şekil 3.16 - Otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong>sı kesiti (O.M.T., 1999)<br />
Bu v<strong>ana</strong>ların başlıca üç türü mevcuttur :<br />
Tapa<br />
tutucu<br />
• kontrol altındaki basıncın yükselmesinde kapatan,<br />
Yay<br />
V<strong>ana</strong><br />
kurma<br />
kolu
49<br />
• kontrol altındaki basıncın azalmasında kapatan,<br />
• kontrol altındaki basıncın yükselmesi <strong>veya</strong> azalması halinde kapatan v<strong>ana</strong>lar.<br />
İlk iki tür v<strong>ana</strong>nın maliyeti hemen hemen aynı olmakla beraber, üçüncü tip v<strong>ana</strong><br />
ek bir maliyet getirir. Ancak bazı kritik yakma donanımlarının, yakma sistemleri<br />
içindeki <strong>gaz</strong> basıncının yüksek olması kadar düşük olması da önemli bir faktör<br />
olduğundan, bu üçüncü tip v<strong>ana</strong> gibi bir enstrüman gerekebilir. Temel emniyet<br />
kapamalı regülasyon sistemi Şekil 17’deki gibi otomatik kapama v<strong>ana</strong>sı regülatörden<br />
önce kurulur. (Swearingen, 2003)<br />
Otomatik<br />
emniyet<br />
kapama<br />
v<strong>ana</strong>sı<br />
Pilot<br />
Regülatör<br />
Şekil 3.17 - Emniyet kapama v<strong>ana</strong>lı regülasyon sistemi (A.M.C., 2002)<br />
3.8. Otomatik Emniyet Boşaltım V<strong>ana</strong>ları<br />
İkinci bir emniyet enstrümanı da otomatik boşaltım v<strong>ana</strong>sıdır. Otomatik<br />
emniyet boşaltım v<strong>ana</strong>ları herhangi bir sebeple regülatör çıkış basıncının artması ve<br />
otomatik kapama fonksiyonunun çalışmaması halinde, belirli bir ayar basıncının<br />
üzerindeki <strong>gaz</strong> birikimini atmosfere boşaltma işlevini görür. Ayar basınçları<br />
otomatik kapama v<strong>ana</strong>sı ayar basınçlarının biraz üstündedir.<br />
Şekil 3.18’deki örnek boşaltım v<strong>ana</strong>sında görüldüğü üzere, girişten gelen ve<br />
diyaframın altındaki yüzeye etki eden <strong>gaz</strong> basıncı ona karşı koyan yay kuvvetini<br />
aştığında, tapa açılarak orifisten bir miktar <strong>gaz</strong> havaya serbest bırakılır ve bu işlem<br />
sistem basıncı yay kuvvetine eşit ya da daha küçük ol<strong>ana</strong> kadar devam eder. Bunun<br />
bir diğer anlamı da boşaltma değerinin boşaltım v<strong>ana</strong>sı üzerinde bulunan ayar halkası<br />
ile istenen değere ayarl<strong>ana</strong>bilir.(O.M.T., 1999)<br />
Sinyal hattı<br />
Çıkış<br />
<strong>boru</strong>su
DN (giriş)<br />
50<br />
Şekil 3.18 - Emniyet boşaltım v<strong>ana</strong>sı (O.M.T., 1999)<br />
3.9. Kabin Yapısı<br />
Kabinler istasyon ve donanımı çevresel etkilerden korumak üzere yapılırlar.<br />
Kabin yapımında istasyon tasarımına uygun, istasyona rahatlıkla giydirilebilecek,<br />
istasyon kontrolünde, sayaç okumada, parça değişiminde, arıza ve bakımda<br />
müdahale kolaylığı sağlayan, yağmur suyundan etkilenmeyen, estetik görüntü veren<br />
tasarımlara yer verilir. Altta ve üstte mutlaka havalandırma boşlukları bulunur.<br />
Çevre koşullarına bağlı olarak patlamaya izin vermeyen (X-proof) ve ses geçirmez<br />
olmalıdırlar.(Fisher, 1998)<br />
DN (çıkış)<br />
Kapak<br />
Durdurucu<br />
Yay kurma<br />
halkası<br />
Yay<br />
Diyafram<br />
Tapa
4. İSTASYON TASARIM İLKELERİ<br />
51<br />
İyi bir istasyon tasarımı, tasarım ilkelerinin iyi bilinmesi ve anlaşılması ile<br />
mümkündür. Tasarıma başlarken ilgili <strong>gaz</strong> kuruluşu yada müşteriden tasarım<br />
kriterleri ve kullanılacak verilerin neler olduğu doğru şekilde tespit edilir. Bu<br />
bilgilerin doğru ve eksiksiz elde edilmesin ile doğru, güvenli ve ekonomik donanım<br />
seçimi yapılır.<br />
4.1. İstayonlar İçin Teklif Hazırlama Prosedürü<br />
Tasarımı planl<strong>ana</strong>n basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarına yönelik, aynı <strong>gaz</strong><br />
akış şartları için, üreticiler tarafından sunulan çok sayıda ürün vardır ve tasarım için<br />
bir seçim yapmak gerçekten zordur. İstasyonu tasarlamak üzere müşteriden akış<br />
şartlarında <strong>gaz</strong>la ilgili özelikler, basınç, sıcaklık, tüketim kapasitesi gibi bazı veriler<br />
elde edildikten sonra, yapılan çalışmalar sonucunda tasarl<strong>ana</strong>cak istasyon ile ilgili<br />
müşteriye bir fiyat ve ürün listesiyle birlikte (PID) bir teklif götürülür. İyi bir teklif<br />
için ekonomik tasarımlar gerekir ve bu da ancak doğru donanım seçimi ile<br />
mümkündür.<br />
4.1.1. Müşteriden Tasarım Verilerinin Alınması<br />
Bu kısım teklif hazırlamanın ön şartıdır. Bu nedenle özenle aşağıda verilen<br />
tüm bilgiler müşteriden alınmalıdır.(Karakelle, 2003)<br />
ύ : maksimum ve minimum kapasite<br />
Pe : giriş basıncı aralığı,<br />
Pa : çıkış basıncı aralığı,<br />
Pset : çıkış basıncı ayar değeri<br />
Te : istasyona gelen <strong>gaz</strong>ın sıcaklık değeri,
52<br />
Ta : istenen çıkış sıcaklık değeri,<br />
Şartname Tipi : istasyon kabulünü yapacak <strong>gaz</strong> kuruluşunun şartnamesi,<br />
PID: : istasyonda kullanılacak enstrümanların tür ve pozisyonlarını gösterir<br />
çizim.<br />
4.1.2. Pıd Kontrolü <strong>veya</strong> Oluşturulması<br />
Eğer şartnameler tarafından belirli bir PID (position indicator diagram)<br />
verilmiş ya da tanımlamış ise bunun kullanılması zorunludur. Eğer müşteri<br />
tarafından ayrı bir PID verilmiş ya da PID’yi değiştirecek isteklerde bulunulmuş ise,<br />
bu durumda yeni bir PID mutlaka oluşturulmalı ve müşteri ile PID üzerinde görüş<br />
birliğine varılmalıdır. (Karakelle, 2003)<br />
4.1.3. Hesaplar ve Ürün Listesinin Oluşturulması<br />
Tasarım verileri ve PID kullanılarak aşağıdaki yöntemler yardım ile<br />
hesaplamalar yapılır ve ilgili ürünler seçilerek bir liste oluşturulur.<br />
Regülatör Önce Ve Sonrası Boru Çapı Seçimi<br />
Bu seçim için hız formülü kullanılır. Hız belirli kesit alanından geçen debidir<br />
ve daha önce gösterildiği gibi aşağıdaki formül daire kesitli <strong>boru</strong>lar için genel olarak<br />
doğru sonuçlar verir.<br />
Qύ<br />
V = 353,<br />
85<br />
(4.1)<br />
2<br />
( P + 1,<br />
013)<br />
D<br />
2 ύ<br />
a<br />
D = 18,81<br />
(4.2)<br />
PV<br />
max
V: hız, m/sn<br />
ύ : kapasite, m 3 /h<br />
D : <strong>boru</strong> iç çapı, mm<br />
P : <strong>gaz</strong>ın mutlak basıncı, bar<br />
53<br />
Bu formül ile hesap edilen hız değeri (V) şartnameler ile sınırl<strong>ana</strong>n hız<br />
değerinden küçük ya da bu değere eşit olmalıdır. Denklem 8 ve denklem 9’dan<br />
yararlanılarak regülatörden önce ve sonra kullanılacak teçhizatın çapları hesaplanır.<br />
(Karakelle, 2003)<br />
Filtre Seçimi<br />
Şartnamede belirtilen basınç farkına day<strong>ana</strong>rak, kartuş üreticisinin verdiği<br />
tablolar yardımı ile gerekli kartuş tipi ve buradan yola çıkılarak filtre tipi<br />
seçilmelidir. (Karakelle, 2003)<br />
Regülatör Seçimi<br />
Giriş ve çıkış basınçlarından yararlanılarak, regülatör üreticisinin verdiği<br />
tablolar <strong>veya</strong> formüller yardımı ile regülatör seçilir. Giriş basıncı Pe mak ve Pe min<br />
aralığında olabileceği için hesaplamalarda hangi değerin kullanıldığına dikkat<br />
edilmelidir. (Karakelle, 2003)<br />
Sayaç Seçimi<br />
Sayaç seçimi normal şartlarda geçmesi istenen debinin akış şartlarında sabit<br />
sıcaklıkta minimum basınç kullanılarak belirlenen kapasite değerine göre yapılır.<br />
(Karakelle, 2003)
Ürün Listesinin Oluşturulması<br />
54<br />
Bir malzeme listesinde aşağıdaki malzeme özelikleri asgari olarak bulunmalı<br />
ve bunların adetlerin seçimi PID’ ye göre, basınç sınıflarının seçimi istasyon<br />
maksimum giriş ve maksimum çıkış basınçlarına göre, çaplarının seçimi ise yukarıda<br />
açıklandığı gibi yapılmalıdır. (Karakelle, 2003)<br />
PID numarası : PID üzerinde ürüne verilen numara<br />
Ürün tanımı : ürünün genel adı<br />
Ürün teknik özelikleri : kritik olan her türlü teknik özelik<br />
Çap : ürün bağlantı ölçüsü, DN ya da inç biriminde<br />
Bağlantı tipi : ürünün bağlantı tipi, BW ya da RF gibi<br />
Basınç sınıfı : ürünün imal edildiği basınç sınıfı PN ya da ANSI gibi<br />
Malzeme özelliği : Ürünün imal edildiği malzeme, ASTM A 105 gibi<br />
Ürün adeti : Kullanım adedi.<br />
4.2. İstasyon Çalışma Koşullarının Belirlenmesi<br />
Yapımı planl<strong>ana</strong>n istasyonda doğru donanım seçimi için, geçecek <strong>gaz</strong>ın<br />
özellikleri ve akış koşulları, tüketicinin <strong>gaz</strong> kullanma davranışları (kesikli yada<br />
sürekli tüketim) ile ilgili veriler belirlenir. Donanım seçiminde gerekli verilerin neler<br />
olduğu ve bu verilerin donanım seçiminde ne kadar etkiliği olduğu iyi anlaşılmalıdır.<br />
4.2.1 Gerekli Veriler<br />
Aşağıda sıral<strong>ana</strong>n veriler <strong>gaz</strong> dağıtım kuruluşu ya da müşterinden temin<br />
edilmektedir. Bu verilerin gereklilikleri nedenleri ile maddeler halinde<br />
belirtilmiştir.(Fisher, 1998)<br />
• En düşük – en yüksek giriş basıncı ( Pe max,min )
55<br />
• En düşük – en yüksek çıkış basıcı ( Pa max, min )<br />
• En düşük – en yüksek debi (ύmax, min )<br />
• Gaz türü<br />
• Müsaade edilebilir hız ( Vmax )<br />
• Müsaade edilebilir ses gürültü seviyesi<br />
• Flanş bağlantıları<br />
• Uygulama türü<br />
4.2.2. Verilerin Önemi<br />
En Düşük (Minimum) Giriş Basıncı<br />
Minimum giriş basıncı üç temel nedenle gereklidir: regülatörün, filtrenin ve<br />
giriş <strong>boru</strong>sunun çap seçimi ve boyutlandırılmasında kullanılmaktadır.<br />
En Yüksek (Maksimum) Giriş Basıncı<br />
Bu veri, istasyon tasarlanırken kullanılacak donanımların basınç sınıfının<br />
belirlenmesi ve seçilecek regülatörün akış şartlarındaki maksimum kapasitesini tespit<br />
etmek için kullanılır.<br />
Çıkış Basıncı<br />
Regülatör boyutlandırma ve seçimi, sayaç ve boşaltma v<strong>ana</strong>sı seçimi ile çıkış<br />
<strong>boru</strong>su çapının hesaplanmasında kullanılır.
En Yüksek (Maksimum) Debi<br />
56<br />
Regülatör ve filtrenin boyutlandırılması ve seçiminde, giriş ve çıkış <strong>boru</strong><br />
çapının hesaplanmasında, boşaltma v<strong>ana</strong>sı ve sayaç seçiminde gereklidir.<br />
Gazın Türü ve İçeriği<br />
Gazın türü ve içeriğinin belirlenmesi istasyon tasarımında kullanılacak<br />
donanım malzemesinin <strong>gaz</strong> içeriğine uyumluluğu açısından önemlidir. Örneğin,<br />
regülatör ve diyafram seçiminde, filtre ve kartuşu seçiminde, sayaç seçiminde özenle<br />
dikkat edilerek <strong>gaz</strong> içeriğine bağlı deformasyona uğramayacak malzemeler<br />
seçilmelidir.<br />
Hız<br />
Bu veri, ilgili şartnamelerde (Botaş, İgdaş vb.) istasyon giriş ve çıkışı için ayrı<br />
olarak belirlenmiştir. Bu şarta bağlı kalınarak <strong>boru</strong> çapı seçiminde ve seçilen<br />
regülatörün çıkış flanşında sınırlandırılmış ses seviyesine uyulup uyulmadığının<br />
tespitinde kullanılmaktadır.<br />
Gürültü Seviyesinin Belirlenmesi<br />
Yine ilgili şartnamede belirlenmiş ses seviyesini aşmamak üzere, regülatör<br />
çıkış flanşının belirlenmesinde, klasik ya da sessiz regülatör seçimi yapılmasında<br />
gereklidir.
Flanş Bağlantılarının Belirlenmesi<br />
57<br />
İstasyon <strong>ana</strong> donanımlarının bir araya getirilmesinde, istasyon giriş ve<br />
çıkışının <strong>gaz</strong> şebekesine bağlanmasında uyumluluğun sağlanması açısından flanş<br />
tipinin ANSI standardında mı, DIN standardında mı olacağı belirlenmesi gereklidir.<br />
Uygulama Türünün Belirlenmesi<br />
Burada dikkat edilmesi gereken en önemli nokta <strong>gaz</strong> tüketicisinin <strong>gaz</strong><br />
kullanımında davranışını belirlemek olacaktır. Başka bir deyişle, <strong>gaz</strong> akışı sürekli mi<br />
yoksa kesikli mi olacak bilinmelidir. Buradan hareketle regülatör tipi, doğrudan<br />
işletmeli ya da pilot kontrollü regülatör seçimi yapılır. Arıza durumunda dahi<br />
sürekli <strong>gaz</strong> akışı için çift hatlı ve ilave olarak bypass hatlı istasyon tasarımı bu veriler<br />
doğrultusunda yapılmaktadır.<br />
4.3. İstasyon Donanımı Seçme Kıstasları ve Hesaplamaları<br />
Donanım seçiminin önkoşulu olan verilerin belirlenmesinden sonra, bu<br />
verilerle seçimde bulunulacak donanım ile ilgili hesaplamalar ve seçim kriterleri iyi<br />
anlaşılmalı. Burada dikkat edilecek bir nokta, aynı amaca yönelik farklı üretici<br />
firmalar tarafından sunulan donanım ve ürünlerin seçiminde, farklı hesaplama ve<br />
kriterler kullanılabilir. Bunun bir karışıklık yarattığı düşünülse de, bu tamamen<br />
ürünün üretim ve malzeme özeliklerinden kaynaklanmaktadır.<br />
4.3.1 Borulama<br />
Tasarımda kullanılan <strong>boru</strong> ve bileşenleri ile kaynaklar ASME Sec VIII Div1<br />
ve ANSI B31.8 standart ve kurallarına uygun olmalıdır.
Boru Çapı Seçimi<br />
58<br />
İstasyon regülatör öncesi giriş ve regülatör sonrası çıkış <strong>boru</strong>lama hesaplarının<br />
yapılabilmesi için aşağıda belirtilen veriler tasarım girdileri olarak alınır. Bu girdiler<br />
istasyon müşterisi <strong>veya</strong> <strong>gaz</strong> dağıtım kuruluşu tarafından alınır ve bu veriler<br />
doğrultusunda ilgili formülasyonu kull<strong>ana</strong>rak <strong>boru</strong> çapı seçimi yapılır. Müşteri <strong>veya</strong><br />
<strong>gaz</strong> kuruluşundan <strong>boru</strong> çapı seçimi için alınan veriler,<br />
− max-min Pe giriş basıncı (bar)<br />
− max-min Pa çıkış basıncı (bar)<br />
− Anma kapasitesi (Nm 3 /saat)<br />
− max giriş ve çıkış hızı (m/sn)<br />
olarak sıral<strong>ana</strong>bilir. Alınan verilerden hızın maksimum değeri ile sınırlandırılmasının<br />
birkaç nedeni vardır:<br />
1) <strong>gaz</strong>la birlikte <strong>boru</strong> hattından yüksek hızla gelen katı tanecikler, <strong>boru</strong> cidarının<br />
aşınmasına sebep olur ve zamanla lokal bölgelerdeki <strong>boru</strong> et kalınlığı azalır; 2)<br />
yüksek hızlı akışlarda, <strong>boru</strong> içerisinde bulunan sıcaklık ölçerler gerilmeye maruz<br />
kalıp kırılırlar; 3) <strong>gaz</strong> hızı arttıkça, <strong>gaz</strong>ın geçtiği noktalarda basınç kayıpları<br />
artarken, basınç farkı da artar. Bu ise gürültü seviyesinde seslerin oluşmasına<br />
sebep olur. Sesteki meyd<strong>ana</strong> gelen bu artışı azaltma çabası <strong>gaz</strong> uygulamacısı için<br />
ilave maliyet getirir; 4) bu nedenlerden dolayı, deneyimler sonucunda <strong>gaz</strong> hızı 20<br />
– 25 m/s aralığında tutulmaya çalışılır.<br />
Hız formülünün türetilmesi;<br />
Boyle İdeal Gaz yasasından yola çıkılarak,<br />
P Q = P Q<br />
(4.3)<br />
P1 1 ύ1 1 = P2 2ύ2<br />
2<br />
yazılabilir. Burada debi yerine kesit alanından geçen <strong>gaz</strong>ın hızı (V) yerleştirilirse ve<br />
gerekli düzenlemeler yapılırsa,<br />
m 3600 sn<br />
2<br />
P 1 V 1 (<br />
) A1<br />
( m ) =<br />
sn saat<br />
P 2 ύQ 2<br />
2<br />
3<br />
m<br />
(<br />
saat<br />
)
<strong>veya</strong><br />
59<br />
3<br />
m saat<br />
P2 P2ύ2<br />
Q2<br />
( )( )<br />
saat 3600 sn<br />
V 1 =<br />
2<br />
P A ( m )<br />
elde edilir. Alan terimi çap cinsinden yazılarak denklem yeniden düzenlenirse,<br />
V =<br />
1<br />
P<br />
P2 ύ2 2 2<br />
1<br />
3,<br />
14<br />
olur. Burada P2 basıncı 1,013 bar alınırsa<br />
sonucuna ulaşılır.<br />
P1 : giriş basıncı, bar<br />
ύ1 : giriş debisi, m 3 /saat<br />
V1 : giriş hızı, m/sn<br />
A1 : <strong>boru</strong> kesit alanı, m 2<br />
D1 : <strong>boru</strong> çapı, mm<br />
P2 : çıkış basıncı, bar<br />
ύ2 : çıkış debisi, m 3 /saat<br />
D<br />
2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
3<br />
m saat<br />
P Q ( )( )<br />
saat 3600 sn<br />
V =<br />
1<br />
2<br />
( mm ) m<br />
( ) 3<br />
4 10 mm<br />
353,<br />
85<br />
ύ2<br />
2<br />
2<br />
1 P1<br />
D<br />
Bunun yanında <strong>gaz</strong> endüstrisinde <strong>gaz</strong> hızı, debisi, giriş basıncı ve <strong>boru</strong> çapı<br />
ile ilişkilendirilmiş grafikler de çıkarılmıştır (Şekil 4.1). Pratik olduğu için saha<br />
koşullarında bu grafikler kullanılabilmektedir.<br />
Q<br />
2
Giriş Basıncı Pe bar<br />
Boru Çapı DN<br />
60<br />
Şekil 4.1 - Maksimum debi, maksimum hız ve minimum giriş basıncı bilinen <strong>gaz</strong> için<br />
DN <strong>boru</strong> çapı belirleme diyagramı (Kassel, 1991)<br />
Debi m 3 / h
Boru et kalınlık tayini<br />
61<br />
Kullanılacak <strong>boru</strong> et kalınlığı aşağıda verilen ilişkilerden hesapl<strong>ana</strong>bilir.<br />
σ P ≤ f o × Rt<br />
0,<br />
5<br />
( θ )<br />
olması şartıyla düz <strong>boru</strong>da iç basınca day<strong>ana</strong>cak en düşük et kalınlığı<br />
eşitliği ile hesaplanır. Burada,<br />
T<br />
min<br />
DP × D<br />
=<br />
20σ<br />
Tmin :milimetre (mm) cinsinden, hesapl<strong>ana</strong>n en düşük et kalınlığı,<br />
DP :bar cinsinden, tasarım basıncı,<br />
P<br />
(4.4)<br />
(4.5)<br />
D :milimetre (mm) cinsinden, EN 10208-2' ye uygun olarak <strong>boru</strong> dış<br />
çapı, milimetre (mm) cinsinden Di iç çap belirtilmişse,<br />
(D=Di+2TminDi) olmalıdır.<br />
σP :milimetre kareye düşen newton (N/mm 2 ) cinsinden, çevre gerilmesi,<br />
fo :tasarım faktörü,<br />
Rt 0,5 ( θ ) :milimetre kareye düşen newton (N/mm 2 ) cinsinden, tasarım<br />
basıncında belirtilen en düşük akma mukavemeti, 60 C' ye eşit <strong>veya</strong><br />
daha küçük sıcaklıklarda (Rt 0,5 (θ) = Rt 0,5) 60°C' den daha büyük<br />
sıcaklıklarda belirtilen en düşük akma mukavemeti değeri, söz konusu<br />
sıcaklık için düzeltilmelidir.<br />
Rt 0,5 :milimetre kareye düşen newton (N/mm 2 ) cinsinden, ortam<br />
sıcaklığında belirtilen en düşük akma mukavemeti.<br />
Boru hattı bölümünde kullanılacak iç basınç için, eşitlikteki en yüksek<br />
tasarım faktörü ( fo ) istasyonlar hariç, yeraltı bölümleri ≤ 0,72; kesintisiz destekli,<br />
tüneller içindeki <strong>boru</strong> hatlar ≤ 0,72; ve istasyonlar ≤ 0,67 (Tablo 4.1’deki ilave et<br />
kalınlık kurallarıyla birlikte) olarak önerilmektedir.
Bileşenlerin et kalınlık tayini<br />
62<br />
İstasyonun her bir tekli bileşeni, kendi fonksiyonunu yerine getirecek<br />
kapasitede olmalı ve ele alınan bileşenin tasarımlandığı standartları karşılamalıdır.<br />
Bileşenler mekanik elemanlar (Örnek 1), elektrikli elemanlar (Örnek 2), <strong>boru</strong><br />
donanımı ve <strong>boru</strong> hattı elemanlarını (Örnek 3) kapsar.<br />
ÖRNEK 1 : Kompresörler ve pompalar.<br />
ÖRNEK 2 : Jeneratörler, bataryalar.<br />
ÖRNEK 3 : Bağlantı elemanları, flanslar, contalar, v<strong>ana</strong>lar.<br />
Boru tesisatının belirtilen et kalınlığı (T), Tablo 4.1'de belirtilen et<br />
kalınlığından daha ince olmamalıdır. Bu et kalınlığı ayrıca fo < 0,67' lik bir tasarım<br />
faktöründeki (iç basınç dahil olmak üzere) maruz kaldığı yüklere day<strong>ana</strong>bilecek<br />
yeterlilikte olmalıdır.<br />
Çizelge 4.1 - Belirtilen en ince et kalınlıkları<br />
D (mm) ≤ 114,3 168,3 219,1 273 323,9<br />
T (mm) 3,2 4,0 4,5 5,0 5,6<br />
D (mm) 355,6 406,4 508 610 > 610<br />
T (mm) 5,6 6,3 6,3 6,3 % 1 D<br />
İstasyonlardaki bileşenler yağ, <strong>gaz</strong>, basınçlı hava ve su <strong>boru</strong> donanımı ile<br />
ölçme, kontrol tertibatı, cihazların tükettiği <strong>gaz</strong> ve numune alma <strong>boru</strong> donanımı<br />
dahil, genellikle <strong>boru</strong> tesisatına bağlanır. Bu <strong>boru</strong> tesisatı ve üzerindeki v<strong>ana</strong>lar,<br />
flanşlar, redüksiyonlar, dirsekler ve diğer bileşenler uygun malzemeden yapılmış<br />
olmalı, en düşük ve en yüksek basınç ve sıcaklıklara day<strong>ana</strong>bilmelidir.<br />
Tesis ele alınan istasyonun emniyetini ve güvenilirlik kurallarını tümüyle<br />
karşılamalıdır.
4.3.2. Filtre Hesapları<br />
63<br />
İstasyon filtresi ve kartuş seçimi için aşağıda verilen gerekli veriler tasarım<br />
girdileri olarak alınır.<br />
- Minimum giriş basıncı<br />
- Maksimum basınç kaybı ( Şartnamelerde belirtilir )<br />
- Anma kapasitesi<br />
- Referans basıncı ( 1,013 bar )<br />
- Referans sıcaklığı ( 15 o C )<br />
- Gazın türü<br />
Üreticilerin verdiği fitre seçim tabloları, minimum giriş basıncı, maksimum<br />
basınç kaybı ve anma kapasitesi kullanılarak, filtre dizaynı, filtre tipi ve kartuş<br />
seçimi yapılır. Kullanılacak filtre, ASME Sec VIII Div1 kapalı basınçlı kaplar<br />
standardı ile uyumlu olmalıdır.(O.M.T., 1999)<br />
4.3.3 Basınç Düzenleyici (Regülatörü) Seçimi<br />
Bunlar,<br />
Regülatör seçimi yapılabilmesi için birkaç tane temel veriye ihtiyaç vardır.<br />
• Giriş basıncı: regülatör öncesi giriş basıncının minimum ve maksimum<br />
değerinin bilinmesi, regülatörün basınç sınıfının belirlenmesinde kullanılır.<br />
Kataloglarda aynı tip regülatör için farklı basınç sınıfları bulunmaktadır.<br />
Farklı basınç sınıfları farklı maliyetler getirir.<br />
• Çıkış basıncı: regülatör sonrası çıkış basıncı, regülatörün hangi ayar (set)<br />
değerinde çalışacağı ve seçilen regülatörün özelikleri dolayısıyla bu ayar<br />
değeri ile çıkış basıncını hangi doğrulukla gerçekleştireceği belirlenir.<br />
• Debi: tüketicinin istediği debiyi karşılayacak regülatör seçiminde kullanılır.<br />
• Akışkan özelikleri: regülatör kullanılacak akışkan türüne göre seçilir.<br />
Akışkan hava, <strong>gaz</strong> ya da buhar olabilir. Seçilen akışkanın kirli, temiz <strong>veya</strong><br />
aşındırıcı (korozif) etkisinin olması da bu seçimi etkiler.
64<br />
• Sıcaklık: çevre ve akış ortamındaki sıcaklık, regülatör yapımında kullanılan<br />
malzemenin ve özelikle diyafram ya da tapa malzemesinin seçiminde<br />
etkilidir.<br />
• Boru çapı: seçimi yapılacak regülatörün nominal çapı, hesapl<strong>ana</strong>n <strong>boru</strong>nun<br />
çapına eşit <strong>veya</strong> küçük olmalıdır.<br />
• Regülatör malzemesi: regülatörün çalışacağı iç ve dış ortamın sıcaklık ve<br />
basınç değerleri, regülatör malzemesinin çalışma sıcaklığı ve basıncı sınırları<br />
içerisinde olmalıdır.<br />
• Tüketim kapasitesi: regülatör tipini belirler.<br />
• Tepki hızı: doğrudan işletmeli regülatörler hızlı iken, pilot kontrollü<br />
regülatörler daha yavaştır.<br />
• Sinyal hattı: basınç kontrolü regülatörün çıkış noktasında yapılıyorsa dahili,<br />
bu noktadan ileride yapılıyorsa harici sinyal hattı kull<strong>ana</strong>n regülatörler seçilir.<br />
• Sızdırmazlık: elastomer tapalı regülatörler çok sıkı sızdırmazlık sağlarken,<br />
naylon <strong>veya</strong> metal tapalı regülatörler bu kadar iyi sızdırmazlık sağlayamazlar.<br />
Aşağıda verilen tabloda, seçme durumunda kalınan doğrudan işletmeli ve pilot<br />
kontrollü <strong>gaz</strong> basınç regülatörlerinin başarılı oldukları alanlardaki bir karşılaştırması<br />
yapılmıştır.<br />
Çizelge 4.2 - Doğrudan ve pilot işletmeli regülatörlerin basit karşılaştırılması<br />
ve avantajlı oldukları alanlar<br />
Doğruluk Kapasite Kilitleme basıncı Cevaplama hızı Maliyet<br />
Doğrudan işletmeli <br />
Pilot işletmeli <br />
Aynı kapasite ve çıkış basıncı verebilen regülatörler arasından her zaman yay<br />
sabiti düşük, yani yumuşak yaylı regülatörler seçilir. Regülatör tip seçimi<br />
yapıldıktan sonra, seçilen regülatörün sınıfı içinde arzu edilen kapasiteyi karşılaması<br />
gerekir. Doğrudan işletmeli regülatörler için kapasite hesaplamaları regülatör<br />
üreticilerinin ilgili ürün tablolarından bulunur. Ancak pilot kontrollü yüksek<br />
kapasiteli regülatörler için kapasite hesaplamaları tablolarla yapılamaz.
Akış davranışını belirleme<br />
65<br />
Pilot kontrollü regülatör ölçülerinin belirlenmesinde sabit giriş sıcaklığında<br />
hacimsel debi, yalnızca mutlak giriş basıncı ile orantılı olarak değişiyorsa,<br />
regülatörün akış davranışı kritik olarak kabul edilir. Başka bir deyişle, ortamdaki<br />
atmosfer basıncının Pb=1.013, regülatör giriş basıncının Pe, ve çıkış basıncının Pa<br />
olduğu varsayılırsa,<br />
( Pe<br />
+ Pb<br />
)<br />
≥(<br />
Pa<br />
+ Pb<br />
)<br />
2<br />
(4.6)<br />
olduğunda “akış kritiktir” denir. Sabit giriş sıcaklığında hacimsel debi, mutlak giriş<br />
ve çıkış basınçlarının her ikisi ile değişiyorsa, regülatörün akış davranışı, alt kritik<br />
olarak kabul edilir. Bu durumda ise yukarıdaki eşitliğin tersi alınır ve<br />
( Pe<br />
+ Pb<br />
)<br />
< ( Pa<br />
+ Pb<br />
)<br />
2<br />
(4.7)<br />
olduğunda “akış kritik altıdır” denir. Kritik ve alt kritik akış davranışlarının sınırları,<br />
Şekil 4.2’de kartezyen koordinat sisteminde gösterilmiştir ve çizilen eğrinin iki farklı<br />
bölümü ile çakışmaktadır.<br />
ύ<br />
Şekil 4.2 - Kontrol elemanı sabit konumda iken regülatörün akış davranışı
Debi için pratik hesaplamalar<br />
66<br />
Pilot kontrollü regülatör ölçülerinin belirlenmesinde, hacimsel debiler EN<br />
60534-2’de verilen ölçülendirme eşitlikleri kullanılarak hesaplanmalıdır.<br />
a) Alt kritik akış davranışta<br />
b) Kritik akış davranışta<br />
Burada;<br />
Cg : akış katsayısı,<br />
6,<br />
79<br />
⎡ P ⎤ e − Pa<br />
ύ Q =<br />
C g ( Pe<br />
+ Pb<br />
) sin⎢K<br />
1 ⎥<br />
(4.8)<br />
d(<br />
T + 273,<br />
15<br />
⎢⎣<br />
Pe<br />
+ P<br />
e<br />
b ⎥⎦<br />
6,<br />
79<br />
ύ<br />
Q = C g ( Pe<br />
+ Pb<br />
)<br />
(4.9)<br />
d(<br />
T + 273,<br />
15)<br />
d : nispi yoğunluk (hava = 1, boyutsuz),<br />
K1 : gövde şekil faktörü,<br />
Pb : ortam basıncı (1,013 bar),<br />
Pe : giriş basıncı (bar)<br />
Pa : çıkış basıncı (bar)<br />
Te : regülatör girşindeki <strong>gaz</strong> sıcaklığı ( o C)’ dır.<br />
Debi için basitleştirilmiş hesaplamalar<br />
e<br />
K1 ≤ 130 ve ( Pe –Pa ) > 0,1 ( Pe + Pb ) ise aşağıdaki basitleştirilmiş eşitlikler,<br />
%10’dan daha az bir hatayla kullanılabilir. Akış katsayılarının dönüşümü, EN<br />
60534-2-2’ ye uygun olarak gerçekleştirilebilir.<br />
a ). Alt kritik akış davranışı<br />
( Pe –Pa ) ≤ 0,5 ( Pe + Pb ) (4.10)<br />
deg
ise;<br />
b ) Kritik akış davranışı<br />
Not -<br />
⎡<br />
⎢<br />
⎢⎣<br />
67<br />
13,<br />
75<br />
Q = C g ( Pa<br />
+ Pb<br />
) ( Pe<br />
− Pa<br />
)<br />
(4.11)<br />
d(<br />
T + 273,<br />
15)<br />
e<br />
( Pe –Pa ) > 0,5 ( Pe + Pb ) (4.12)<br />
6,<br />
79<br />
ύ Q = C g ( Pe<br />
+ Pb<br />
)<br />
(4.13)<br />
d(<br />
T + 273,<br />
15)<br />
e<br />
6,<br />
79 ⎤<br />
C g ⎥ ifadesi KG olarak da bilinir.<br />
d ( Te<br />
+ 273,<br />
15)<br />
⎥⎦<br />
Yukarıdaki formülleri kull<strong>ana</strong>rak Cg değeri hesaplandıktan sonra tabloların<br />
yardımı ile hesapl<strong>ana</strong>n Cg değerinden daha büyük bir Cg değerine sahip, nominal çapı<br />
(DN) ve tipi belli regülatör seçilir. 4 Regülatör seçimi yapıldıktan sonra regülatör<br />
conta oturma yerinde geçen <strong>gaz</strong>ın hızı istenen değerde (20 m/s) olup olmadığını<br />
kontrol etmek gerekir. Bunun için kullanılan formül aşağıda verilmiştir.(O.M.T.,<br />
1999)<br />
burada,<br />
V : hız (m/sn)<br />
Q 1−<br />
0,<br />
002Pe<br />
V = 345, 92(<br />
) ( )<br />
(4.14)<br />
2<br />
DN 1+<br />
P<br />
ύ : standart şartlardaki debi (m 3 /saat)<br />
DN : regülatör nominal çapı (mm)<br />
Pe<br />
ύ<br />
: regülasyon basıncı (bar)<br />
ύ<br />
e
68<br />
4.3.4. Otomatik Emniyet Kapama V<strong>ana</strong>sı<br />
Otomatik emniyet kapama v<strong>ana</strong>larının seçiminde kapasite hesaplanması için,<br />
regülatör için kullanılan hesaplama denklemlerinin aynısı kullanılır. Hesaplamalar<br />
için gerekli Cg kapasite değerleri ilgili tablolardan temin edilir.<br />
4.3.5. Otomatik Emniyet Boşaltma V<strong>ana</strong>ları<br />
Boşaltma v<strong>ana</strong>sı seçiminde dikkat edilmesi gereken, v<strong>ana</strong> dayanma basıncı ve<br />
boşaltma basıncını belirleyen yayı seçmektir. Bu iki kritere göre v<strong>ana</strong> özelikleri<br />
belirlenmiş olunur. Boşaltma değeri genellikle regülatör çıkış basıncının en az %15<br />
kadar üzerinde bir değerdir ve istasyonun yapıldığı <strong>gaz</strong> kuruluşunun ilgili<br />
şartnamesinde belirtilmektedir. Otomatik boşaltma v<strong>ana</strong>ları normalde regülatörün<br />
çıkışına <strong>gaz</strong> hattı üzerine yerleştirilirler. Boşaltma v<strong>ana</strong>sı <strong>gaz</strong>ın boşaltmasında<br />
kullanılırken, boşaltılan <strong>gaz</strong> kapalı alan içerisine, kabin <strong>veya</strong> bina içinde<br />
kalmamalıdır. Bir <strong>boru</strong> yardımıyla mevcut mekan dışına, havadar bir bölgeye<br />
boşaltma yapılır ve boşaltma <strong>boru</strong>su ağzı yerden yaklaşık 3 m kadar yüksekte<br />
bırakılır.<br />
4.3.6. Sayaç Seçimi<br />
İstasyon tasarımında geçen <strong>gaz</strong> miktarını ölçülendirme için sayaç seçilirken genel<br />
olarak dikkate alınması gereken kıstaslar sırasıyla,<br />
a. Teknik faktörler: akışta kullanılacak <strong>gaz</strong>ın türü, debi, basınç, maksimum<br />
basınç kaybı, tüketim davranışı (debideki değişim), ölçümde gözetilen<br />
doğruluk, güvenilirlik ve süreklilik.<br />
b. Pratikteki uygulaması: sayaç için ayrılan yerin uygunluğu, sayacı işletecek<br />
personelin kullanımdaki yeterliliği ve yapılan satış sözleşmesi.
69<br />
c. Uygulamalardaki geçerliliği: standartlarla uyumlu ve bağımsız kurumlarca<br />
ölçüm için yeterlilik kabulü almış olmalı.<br />
d. Ekonomik faktörler: kurulacak sistemin maliyeti, işletme maliyeti ve<br />
dağıtımı yapılan enerjinin maliyeti olarak sayılabilir. Sayaç ebatları,<br />
dolayısıyla maliyetleri, kullanıldığı <strong>gaz</strong> hattındaki basınç arttıkça<br />
azalacağından bazen, sayaçların regülatör önlerine ve hemen filtreden sonra<br />
konulması bir alternatif olabilir.<br />
Bundan sonra sayaç seçiminde kullanılacak hesaplamalar döner ve türbinmetre<br />
sayaçlar için yapılmıştır.<br />
Hacimsel Hesaplamalar<br />
belirlenir.<br />
İlk adım olarak sayaç seçimi için gerekli tasarım girdileri ve uygulama türü<br />
Minimum kapasite hesapları<br />
Tasarım girdilerinden normal şartlarda (0 o C ve Pb=1,013 bar) geçirilmesi<br />
istenen saatlik istasyon anma akış debisi (ύanma) kullanılarak, sayacın akış şartlarında<br />
(0 o C ve mutlak Pe min sayaç) geçirilmesi gereken kapasite değeri aşağıda verilen Boyle<br />
İdeal Gaz Kanunu denkleminden bulunur.<br />
Mutlak basınç (bar) = P (bar) + Pb<br />
Pb : 1,013 bar(n)<br />
Pe min<br />
ύanma<br />
ύh<br />
Pb Qanma<br />
Pe<br />
Q<br />
Pb ύ anma = Pe min min ύ h h<br />
= (4.15)<br />
: akış koşullarında sayaçtaki minimum mutlak basınç, bar<br />
: istasyon anma kapasitesi, m 3 /saat(n)<br />
: anma kapasitesinin Pmin sayaç ve 0 o C de hesapl<strong>ana</strong>n kapasite değeri<br />
m 3 /saat
70<br />
Bu formülü kull<strong>ana</strong>rak yapılan hacimsel debi hesaplamaları için, seçilecek<br />
sayacın hangi şartlarda kalibre edildiğini ilgili katalog tablolarından <strong>veya</strong> üretici<br />
firmadan öğrenilmelidir.<br />
İstasyon anma kapasitesinin mutlak minimum basınç etkisi altında, hesapl<strong>ana</strong>n<br />
kapasite değeri ile seçilecek sayacın ilgili sayaç kataloglarından bu değeri sağlayan<br />
daha büyük kapasiteli sayaç seçilir. Sayaç seçim tablolarında belirtilen sayaç<br />
tiplerinin maksimum kapasiteleri, bir sonraki sayaç tipinin anma değerine eşittir ve<br />
maksimum kapasiteli sayaç bu tablolardan seçilir (Tablo 4.3).<br />
Çizelge 4.3 - Sayaç tipinin maksimum kapasitesi ile belirlenmesi<br />
Tip G16 G25 G40 G65 G100 G160 G250 G400 G650<br />
Kapasite<br />
ύ sayaç mak<br />
(m 3 /saat)<br />
25 40 65 100 160 250 400 650 1000<br />
Sayacın akış koşulundaki basınçlarda akışın azalması durumunda hangi<br />
minimum kapasite değerinde hassas ölçümler yapabileceği önemli olması dolayısıyla<br />
tablolarda verilen kapasite oranı değeri ile sayaç minimum kapasitesini bulmak için,<br />
Qύ min min sayac sayaç<br />
Kapasite Oranı = (4.16)<br />
Q<br />
mak sayaç ύ mak sayaç<br />
denklemi kullanılır. Seçilen sayaç tipi maksimum kapasitesinde, sayaç minimum<br />
mutlak çalışma basıncında geçen debi için, aşağıdaki denklem kullanılarak normal<br />
şartlarda 0 o C ve Patm için sayaçtan geçebilecek maksimum debi bulunur.<br />
ύ Q mak sayaç × Pe<br />
min sayaç = Qmak<br />
× Patm<br />
(4.17)<br />
mak sayaç × Pe min sayaç = ύ mak × Patm
71<br />
Hacim üzerine basınç ve sıcaklık düzeltme hesapları<br />
Seçilen sayaç tipinin akış koşullarındaki referans sıcaklık ( o C) ve<br />
basınçlarındaki (barg) gerekli düzeltmeler yapılarak maksimum ve minimum<br />
kapasite hesaplamaları aşağıda verilen denklemlerle bulunur. Maksimum sayaç giriş<br />
basıncında minimum debi aşağıdaki denklem ile hesaplanır;<br />
burada,<br />
ύ Qmin<br />
minHP<br />
HP<br />
Pr<br />
T r + 273 , 15 1<br />
= Qύ<br />
min sayaç<br />
(4.18)<br />
P + P T + 273 , 15 G<br />
e mak<br />
ύmin HP : akış koşullarındaki maksimum mutlak giriş basıncında (bar) ve<br />
sıcaklığında, minimum kapasite, m 3 /saat<br />
ύmin sayaç : sayacın 0 o C de minimum kapasite değeri<br />
Pb<br />
Pr<br />
Pe mak<br />
Tr<br />
Tn<br />
: atmosfer basıncı, 1,013 bar<br />
: referans basınç, bar<br />
: sayaç maksimum giriş basıncı, bar<br />
: referans sıcaklık, o C<br />
: normal şartlardaki sıcaklık, 0 o C<br />
G : gas spesifik gravitesi, boyutsuz.<br />
b<br />
Kapasite oranını 1/20 olan bu sayacın akış koşullarındaki maksimum debidir<br />
ve m 3 /saat birimi ile verilir.<br />
Qύ mak HP HP ύ min HP<br />
n<br />
= Q min × Kapasite Orani<br />
(4.19)<br />
formülü ile hesaplanır. Burada, ύmak HP : akış koşullarında (Pe mak ve Tr) sayaçtan<br />
geçen maksimum debi, m 3 /saat.
Sayaç Basınç Kaybı<br />
72<br />
Sayaç sonrasında basınç kaybı fazla olmamalıdır. Referans alınan normal<br />
şartlardaki basınç kayıplarını, ilgili sayaç üreticisinin tablolarından edinerek, akış<br />
koşullarındaki basınç kayıpları,<br />
ρn<br />
∆P<br />
= ∆Pr<br />
× ×<br />
0,<br />
83<br />
denklemi ile hesapl<strong>ana</strong>bilir. Burada,<br />
( P + 1.<br />
013)<br />
e<br />
1.<br />
013<br />
ύ h<br />
h<br />
⎛<br />
⎜<br />
Q<br />
×<br />
⎜<br />
⎝ Qs<br />
mak ύ s mak<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎛ 273,<br />
15 ⎞<br />
× ⎜<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠ ⎝ 273,<br />
15+<br />
Tr<br />
⎠<br />
∆P : akış şartlarında maksimum basınç kaybı, 15 o C ve 19 bar<br />
∆Pr<br />
ρn<br />
Pe<br />
ύh<br />
: normal alınan şartlarda basınç kaybı, 0 o C ve 1,013 bar,<br />
: <strong>gaz</strong>ın yoğunluğu, 0,63 kg/m 3 ( 0 o C’ de 1,013 bar )<br />
: akış şartlarındaki çalışma basıncı, bar<br />
: hesapl<strong>ana</strong>n kapasite @ 0 o C ve Pe<br />
ύs mak : seçilen sayacın maksimum kapasitesitesi, 400 m 3 /saat<br />
Tr<br />
: akış koşullarında <strong>gaz</strong>ın sıcaklığı, 15 o C<br />
(4.20)<br />
Maksimum basınç kaybını hesaplamak için giriş basıncı aralığında<br />
maksimum değer seçilir. Sayaç seçildikten sonra sayaç boyutları, ağırlıkları ile ilgili<br />
veriler ilgili sayaç tablolarından edinilir. İstasyon dizaynında sayaca uygun bir<br />
pozisyon belirlenmesi, yani sayaçla çalışmayı, söküp-takmayı kolaylaştıran ve aynı<br />
zamanda diğer donanımlarla da çalışmayı engellememek için, sayaç boyutları<br />
özelikle bilinmelidir. Bunun için sayaç öncesi ve sonrası için uygun uzunluklarda<br />
<strong>boru</strong>lar kesilmelidir. Bir diğer önemle dikkat edilmesi gereken nokta, sayacın<br />
sağlıklı ölçümler yapabilmesi için türbülanslı akışlardan uzak kalacak şekilde sayaç<br />
flanşlarının ön yüzlerinden itibaren önce ve sonrasında bırakılması gerekli olan, her<br />
sayaç tipi ve markada farklı olabilen, üretici tarafından belirlenen minimum<br />
mesafenin korunmasıdır. Buna Şekil 4.3 deki bir sayacın önce ve sonrası bırakılması<br />
gereken mesafelere örnektir. Etkin alan yeterli değilse akış düzenleyicisi kullanmak<br />
yerinde olabilir.(Kassel, 1991)
Flanşlı<br />
bağlantı<br />
Şekil 4.3 - Doğru ölçümler için sayaç önce ve sonrası için bırakılması gereken<br />
mesefelere örnek sayaç (Kassel, 1991)<br />
73<br />
Tasarl<strong>ana</strong>n istasyonun <strong>boru</strong> hattı düzeneğine göre, sayacın duracağı yer<br />
önemlidir. Uygulamalarda karşılaşılan sorunlardan bir tanesi, çift hatlı istasyonlarda<br />
regülatör sonrasına yerleştirilen sayaç, aktif birinci hat altında kaldığında, <strong>boru</strong><br />
etrafındaki yoğuşma nedeniyle su altında kalabilmektedir. Pratik çözümlerden birisi<br />
sayacı aktif olmayan ve gerektiğinde çalışan yedek hattın altına yerleştirmektir.<br />
4.3.7. Akış Düzenleyicisi Seçimi<br />
Sayaç öncesi düzenli bir akış için tüp demetlerinin birleştirilmesinden yapılmış<br />
akış düzenleyicileri kullanılır. AGA standartlarına göre kullanılacak akış<br />
düzenleyicisinde uyulması gereken bazı oran ölçüleri vardır. Şekil 4.4 de görülen bir<br />
akış düzenleyici kesitinde:<br />
Sayaç Sayaç<br />
Sayaç Regülatör<br />
Sayaç
74<br />
• Bir tüpün çapı (a) akış düzenleyicisinin içine yerleştirileceği <strong>boru</strong>nun nominal<br />
çapının (DN) ¼ ünden daha büyük olmamalıdır.<br />
• Şekilde görülen “A” kesiti <strong>boru</strong>nun kesit alanın 1/16 değerini geçmemelidir.<br />
• Tüpün uzunluğu (L) (a) çapının en az 10 katı olmalıdır.<br />
A<br />
a<br />
Şekil 4.4 -Tüp demetlerinden oluşmuş akış düzenleyicisinin kesit gösterimi (Ergen,<br />
1990)<br />
DN<br />
D<br />
L
5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA<br />
75<br />
<strong>Doğal</strong><strong>gaz</strong>ın başarılı bir şekilde tüketiciye sunulması, istenen basınç ve<br />
sıcaklıkta, kesintisiz ve güvenli bir akışın sağlanmasıyla olur. Bu da ancak iyi ve<br />
doğru tasarımlar ile mümkündür.<br />
İyi bir tasarımın başlangıç noktası, ön fikir sağlayabilecek tasarım için gerekli<br />
verilerin en doğru şekilde toplanmasıdır. Bunlar genel olarak istasyon giriş-çıkış<br />
basıncı, <strong>gaz</strong> özelikleri, maksimum kapasite, standart şartlar, uygulama türü,<br />
maksimum akışkan hızı, flanş bağlantıları, maksimum gürültü seviyesi, dağıtım<br />
sisteminde kullanılmış olan <strong>boru</strong> (paslanmaz çelik <strong>veya</strong> PE) tipidir .<br />
Bu verilerin yardımıyla istasyon donanımlarının seçimi yapılmaya başlanır.<br />
İstasyonu elektrik akımlardan koruyan yalıtım conta seçimi yapılır. İstasyon<br />
önce ve sonrası <strong>gaz</strong>ı iletecek <strong>boru</strong> hattı PE <strong>boru</strong> ise yalıtım yapılmaz.<br />
İlk olarak, istasyonların temel görevi regülasyonu gerçekleştirecek olan,<br />
tüketim debilerini kesintisiz sağlayabilen, basınç salınımı göstermeyen uygulama<br />
türüne göre regülatör (doğrudan işletmeli <strong>veya</strong> pilot kontrollü) seçimi yapılır.<br />
Diğer bir temel görevi debi ölçülendirmesi olan istasyonlar için doğruluğu<br />
yüksek, uygulama türüne göre kapasite aralığı ideal, <strong>gaz</strong> özeliklerine uygun hacim<br />
düzeltici ile birlikte çalışan sayaç seçimi yapılır.<br />
Tüm istasyonun çalışmasını bir anlamda temin edecek, regülatör ve sayacı<br />
bloke olmasını önleyecek, <strong>gaz</strong> hattından gelen katı parçacık ve sıvıları tutacak olan<br />
filtre seçilir. Gaz hattından gelen katı parça ve sıvılarla, regülatörün bloke olduğu ve<br />
akışın olmadığı durumlarda dahi regülatör sızdırmazlık görevini yerine getiremediği<br />
için giriş basıncını çıkışa aynen ilettiği ve çıkıştaki donanımlara zarar verdiği sahada<br />
görülmüştür.<br />
İstasyon donanımlarını ani basınç yükselmelerinden koruyan otomatik<br />
emniyet kapama ve boşaltım v<strong>ana</strong>ları seçilir. Otomatik emniyet v<strong>ana</strong> seçiminde,<br />
büyük kapasitede <strong>gaz</strong> tüketen brulörlerin minimum çalışma basıncı şartının<br />
sağlanmadığı hallerde sistemi kapatan uygun emniyet kapama v<strong>ana</strong>sı seçilir.<br />
İstasyon giriş ve çıkışını <strong>gaz</strong> hattından kesen, istasyon içerisinde <strong>ana</strong> donanım<br />
ve hatları birbirinden ayıran v<strong>ana</strong>lar basınç sınıfı gözetilerek seçilir.
76<br />
Tüm bu donanımların ve uygulamanın fonksiyonel özeliklerini arttırabilen<br />
diğer yardımcı donanımlar da dikkatle seçilir.<br />
Yukarıda seçimi yapılan donanımların seçiminde en az iki seçenek vardır ve<br />
tercih yapmakta tereddütler yaş<strong>ana</strong>bilir. Seçimde önemli olan doğru mühendislik<br />
yaklaşımı ile en uygun, en güvenli ve en ekonomik donanım tercihi ile ideale yakın<br />
istasyon tasarımları yapmaktır.<br />
Donanım seçimi yaptıktan sonra doğru montaj edilen sistem elemanları sağlık<br />
ve çevre koruma şartlarını yerine getireceğini gösteren, standart ve şartname<br />
kurallarına uygun sızdırmazlık ve maksimum çalışma basıncı testleri yapılır. Doğru<br />
montaj ise sistem elemanlarını etkin şekilde yerleştirdikten sonra onların çalışmasını<br />
engellemeyen, montajda, acil arıza ve bakımlarda söküp-değiştirilmesi kolay<br />
yerleştirmeler yapılarak gerçekleştirilir.
KAYNAKLAR<br />
77<br />
McGrift D. and Anderson J. , May 2002 ,”Small Natural Gas Systems”, Office<br />
of Pipeline Safety,Oklahama,<br />
O.M.T., May 1999, Officina Meccanica Tartarini S.p.A, “Product Catalogue”<br />
Floyd D. J. , Mayıs 2003, ”Fundamentals of Gas Pressure Regulator”, Technical<br />
Monograph 2,<br />
T.S.E., 1999, “Gaz Basınç Regülatörleri – Giriş Basıncı 100 bar’a Kadar Olan”,<br />
TS 11930 EN 334, Ankara<br />
Swagelog., August 2000 , ”Valve Sizing”,TM Swagelog Company,<br />
Rick F. M., May 1999, Pressure Regulator Selection Based on Performance,<br />
Design”, Pipeline and Gas Industry, s.55-58.<br />
Fisher – Francel, 29 October, 1998, ”M<strong>ana</strong>ging The Process Better”, Training<br />
Course Notes,<br />
Karakelle H.S., Mayıs 2003, “RMS-C Proje Dökümanları ve Gaz<br />
Uygulamaları”, Akfel Mühendislik İç ve Dış Ticaret Ltd. Sti, İstanbul,<br />
Kassel , May, 1991, “RMG – Booklet “<br />
Ergen, T., Haziran 1990,”<strong>Doğal</strong> Gaz Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonları<br />
Tasarımı”, Bitirme Çalışması, Petrol ve <strong>Doğal</strong> Gaz Mühendisliği Bölümü, İ.T.Ü.<br />
Maden Fakültesi, İstanbul, s.7-10.
78<br />
Parlaktuna M., 17 Haziran 2003 ,”Gas Compression and Metering”, PETE 460<br />
Natural Gas Technology, Chapter 5, Petroleum and Natural Gas Engineering,<br />
METU, Ankara.<br />
American Meter Company, 2002 ”Selecting The Correct Meter”,General<br />
Product Catolog,<br />
Dornauf, H., 1994 “Gas measurement”, Measuring Devices and Supplementary<br />
Electronic Componenets For Data Storage and Processing, Elster Mess – und<br />
Regeltechnik, Germany,<br />
Schlumberger , June 1997 “International Gas Book”,<br />
Daniel, 16 Mayıs 2003, ”Fundamentals of Orifice Meter Measurement”,<br />
Swearingen, C., July 1999,”Choosing the Best Flowmeter”, Chemical<br />
Engineering ma<strong>gaz</strong>ine,<br />
T.S.E., “Gaz Besleme Sistemleri – Boru Hatları – En Yüksek İşletme Basıncı 16<br />
bar’ın Üstünde Olan – Fonksiyonel Kurallar”, Türk Standartlar Enstitüsü TS EN<br />
1594, Ankara.<br />
Fisher – Rosemount, 1998, “Regulator Handbook“, M<strong>ana</strong>ging The Process<br />
Better, Edition 3, USA
ÖZGEÇMİŞ<br />
79<br />
1974 yılında Edirne’de doğdu. 1992 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Maden<br />
Fakültesi, Petrol ve <strong>Doğal</strong> Gaz Mühendisliği Bölümüne girerek 1997 yılında lisans eğitimini<br />
tamamladı. Askerliğini tamamladıktan sonra, 2002 yılında girdiği KPSS sınavında başarılı<br />
olarak Edirne Tapu Sicil Müdürlüğünde görevine başladı, halen Tapu ve Kadastro 14. Bölge<br />
Müdürlüğünde çalışmaktadır.
Change language