Basınç sınıfına göre doğalgaz dağıtım şebekeleri genel olarak düşük basınç, orta basınç ve yüksek basınç olmak üzere üç kısma ayrılmaktadır.
Düşük basınç : Kullanılan cihaz girişlerine gereken etkin basıncı sağlayacak şekilde basınç eldesi ile PE şebekeye iletilir. Genellikle 21 mbar-300 mbar arası tasarım basıncına sahip iç tesisat hatları bu sınıfta yer alır.
Orta basınç : 0.6 mbar ile 4 bar arasında PE şebekeye ve basınç regülatörleri vasıtası ile müşterilere gaz tedarik eden işletme sistemidir.
Yüksek basınç : 4 bardan fazla (4 bar-20 bar basınç aralığında) genelde regülatörler vasıtası ile büyük tüketicilere gaz sağlayan şebeke sistemidir. Bu basınçtaki gazlar çelik hatlar vasıtası ile taşınır.
Doğalgaz, 70 barg işletme basıncına sahip ulusal iletim şebekesinden gazın teslim alındığı RMS-A istasyonları, sonrasında ise sırası ile yüksek, orta ve düşük basınç dağıtım şebekesi vasıtası ile nihai tüketiciye ulaştırılır. Bahsi geçen doğalgaz iletim ve dağıtım sistemi şematik olarak Şekil 3.1’de gösterilmiştir.
Bahçeşehir ve Çatalca bölgeleri hariç olmak üzere İstanbul ili mücavir alan sınırları içerisinde doğalgaz dağıtım faaliyetleri İstanbul Büyükşehir Belediyesi kuruluşu olan İGDAŞ tarafından gerçekleştirilmektedir. İGDAŞ doğalgazı Türkiye’de ana tedarikçi olarak faaliyet gösteren BOTAŞ’a ait Trakya-Doğu Marmara güzergahındaki Batı hattından Avrupa yakasında 6, Anadolu yakasında ise 4 ayrı noktada teslim almakta, doğalgazı sırası ile yüksek, orta ve düşük basınç sınıfındaki dağıtım şebekeleri vasıtası ile nihai tüketiciye ulaştırmaktadır.
İGDAŞ Doğalgaz Dağıtım Şebekesi genel olarak; RMS-A İstasyonları- Ana Taşıyıcı Çelik Hatlar- PE Dağıtım Hatları-PE Servis Hatları- Bölge Regülatörleri ve Müşteri İstasyonları olmak üzere altı kısımda incelenebilir. Kaynak noktası olan RMS-A istasyonlarından itibaren şebekenin uç noktalarına doğru çelik şebekede kullanılan boru çapları düşmektedir.
3.1 RMS-A İstasyonları
RMS-A istasyonu yüksek basınçlı iletim şebekesinden alınan doğalgazın şehir şebekesine verilmek üzere basınç filtrasyon, ölçüm, ısıtma, regülasyon, kokulandırma proseslerinin gerçekleştirildiği istasyonlardır. RMS-A istasyonları “Şehir Giriş İstasyonları” olarak da adlandırılır. İstasyonlarda 35-75 barg basıncındaki gaz 25-19 barg düzeyine indirgenir. İGDAŞ şebekesinde Avrupa yakası için 5, Anadolu yakası için de 4 adet RMS-A istasyonundan gaz arzı sağlanmaktadır. İGDAŞ şebekesinin mevcut ve planlanan RMS-A istasyonları ile kapasiteleri Çizelge-3.1’de verilmiştir.
RMS-A istasyonları doğalgazın çelik dağıtım şebekesine iletildiği ilk nokta olduğundan, aynı zamanda deprem, hasar vb. acil durumlarda şebekeye verilen gazın kesilebildiği kontrol noktalarıdır.
RMS-A istasyonları dağıtım bölgesinin birbirine alternatif oluşturacak şekilde farklı noktalardan beslenebilmesi ve herhangi bir istasyonda arıza sebebiyle gaz arzında kesinti durumuna karşılık şebekenin genelinde gaz akışının devam etmesi amacı ile dağıtım bölgesinin farklı noktalarına inşa edilirler. Kısa mesafede bağlantı hattı gerektirmesi sebebiyle, istasyon yerinin yüksek basınçlı ana iletim hattı güzergahı ve aynı zamanda dağıtım şebekesini besleyen yüksek çaplı ana boru hatlarına mümkün olduğu kadar yakın, güvenlik sebebiyle de yerleşim alanları ve yüksek gerilim hatlarından mümkün olduğu kadar uzak mesafede olması tercih edilir.
3.1.1 RMS-A istasyonu tasarım esasları
Genel hatlarıyla bir istasyon, birbirinin % 50 yedekli üç filtrasyon hattı ( ikisi çalışan diger biri yedek) , % 50 yedekli ölçüm hattı (ikisi çalışan diğer biri yedek) , % 50 yedekli üç ısıtıcı ve basınç düşürme hattından (ikisi çalışan diğer biri yedek) oluşmaktadır. Hatlardan birinde arıza meydana geldiğinde diğer yedek hat otomatik olarak devreye girmektedir. RMS-A istasyonları giriş ve çıkış çapları acil vb. durumda dağıtım şebekesine yedek hatlar dahil istasyon toplam kapasitesi nispetinde gaz arzı sağlayacak şekilde tasarlanmaktadır. İstasyon tasarım verileri aşağıdaki gibidir:
• Giriş Basıncı Aralığı : 75-35 barg • Çıkış Basıncı Aralığı :25-19 barg
• Giriş Sıcaklığı : 0 – 15 ˚C • Çıkış Sıcaklığı :15 ˚C
• İzin verebilir Maksimum Hız: 20 m/sn
3.1.2 RMS-A istasyonunu oluşturan ana elemanlar 3.1.2.1 Giriş-çıkış izolasyon kaplinleri
Katodik korumanın bir parçası olan izolasyon bağlantıları, borulama hattını farklı bölümlere ayırarak elektrik akımını kontrol altına almaktadır. İstasyonda kullanılan bu tür bağlantı istasyonla boru hattı arasında izolasyon görevini görmekte ve böylece istasyonun elektriksel yalıtımını sağlamaktadır.
3.1.2.2 Giriş-çıkış vana grupları
RMS-A giriş ve çıkış vana grupları istasyondaki gaz akışını kontrol eden ekipmanlardır. Vana kapalı iken vana öncesi ve sonrası basınç farkının eşitlenebilmesi için by-pass hatlı, ayrıca otomatik açma ve kapama yapabilmek için de actuatörlü imal edilirler.
3.1.2.3 Filtre
Filtre, hattan gelen gazı temizleyerek, regülatör ve sayaç gibi ana ekipmanları gaz içinde bulunabilecek yabancı partiküllerden korur. Filtre üzerinde filtre giriş çıkışı arasındaki basınç farkını gösteren fark basınç göstergesi ve bu fark basıncı belli değere ulaştığında sinyal veren düzenek bulunur. Filtre gövdesi içinde toplanan yabancı partikülleri boşaltmak için filtre gövdesininin altında boşaltma vanası vardır. 3.1.2.4 Ölçüm grubu
Ölçüm grubunda istasyondan geçen gazın debisinin ölçüldüğü türbinmetere, orifismetre veya ultrasonikmetre tipi sayaç, ayrıca sayaç içinden geçen gazın sıcaklık ve basınç değerlerini elektriksel sinyale dönüştürerek standart koşullara indirgenmiş hacmi hesaplayan ve akış bilgisayarına gönderen transmitterler bulunur. Ölçüm hattında ölçümün laminer akış şartlarında sağlıklı yapılabilmesi için sayaçtan belirli mesafe önce akış düzenleyici (flow straightener) bulunmaktadır.
Çizelge 3.1 : İGDAŞ mevcut, planlanan RMS-A istasyonları ve kapasiteleri.
MEVCUT İGDAŞ RMS-A İSTASYONLARI
AVRUPA YAKASI İST. NO İSTASYON ADI KAPASİTE (Sm³/st) YEDEK KAPASİTE (Sm³/st) İNŞA YILI 1 ESENYURT ŞEHİR 1 400 000 100 000 1991 2 ESENYURT ŞEHİR 2 200 000 100 000 1996 3 ESENYURT ŞEHİR 3 200 000 100 000 1998 4 AMBARLI RMS-A 300 000 150 000 2006 5 SİLİVRİ RMS-A 90 000 90 000 2005 TOPLAM KAPASİTE 1 190 000 540 000 ANADOLU YAKASI 6 PENDİK ŞEHİR 1 400 000 100 000 1991 7 PENDİK ŞEHİR 2 200 000 100 000 1996 8 PENDİK ŞEHİR 3 200 000 100 000 1998 9 TUZLA-TEPEÖREN 45 000 45 000 2004 TOPLAM KAPASİTE 845 000 345 000
PLANLANAN İGDAŞ RMS-A İSTASYONLARI
AVRUPA
YAKASI 1 ESENYURT RMS-A 600 000 300 000 2009 ANADOLU
YAKASI 2
TUZLA-TEPEÖREN
RMS-A 250 000 125 000 2009
2010 YILI İÇİN HEDEFLENEN RMS-A KAPASİTESİ
AVRUPA YAKASI 1 790 000 Sm³/st + 840 000 Sm³/st (yedek)
3.1.2.5 Isıtıcı grubu
Isıtıcı grubu regülasyon grubu öncesinde yer alır. Regülasyon sırasında gazın soğuması sebebiyle (Joule-Thomson etkisi) regülatördeki ve çıkış hattındaki donmayı engellemek ve şehir şebekesine gazı 15 ˚C’ de vermek maksadı ile gaz regülasyon öncesi ısıtılır. Isıtma, doğalgaz beslemeli kazan-brülör sisteminden gelen sıcak suyun regülasyon hattındaki ısı eşanjöründe taşınım yolu ile doğalgaza ısı enerjisi verilmesi sureti ile gerçekleşir.
3.1.2.6 Regülasyon grubu
Regülatörün görevi, iletim şebekesinden gelen gaz basıncını giriş basıncındaki dalgalanmalardan ve akış debisindeki değişkenliklerden bağımsız olarak, sabit bir çıkış basıncına düşürmektedir. Çalışma prensibine göre temelde yay tahrikli ve pilot tahrikli olmak üzere ikiye ayrılırlar.
RMS-A istasyonlarında regülatör grubu aktif ve monitör adı verilen iki adet regülatörden oluşur. Monitor regülatör ana aktif regülatörün herhangi bir nedenden ötürü devreden çıkması ve böylece çıkış basıncının yükselmesi durumunda devreye girer. İstasyonda monitör regülatörün çalışma basıncı aktif regülatörün 1-2 bar üzerinde bir değere set edilir. Çıkış basınç değerinin emniyet sınırlarının dışına çıkması durumunda ise regülatörlerin gövdesi üzerinde entegre olmuş emniyet kapatma vanası devreye girerek gaz akışını kesmektedir [15].
3.1.2.7 Çıkış bölümü
İstasyonun çıkış hattında belirli aralıklarla gaz numunesi almak suretiyle gazın
konsantrasyonunu ve ısıl değerini ölçen kromotograf, şehir şebekesine Tetra Hidro Teofen (THT) enjekte eden kokulandırma (odorizing) ünitesi ve
istasyonda ani basınç yükselmesine karşı hattaki gazı otomatik olarak tahliye eden vana ve alarm sistemleri yer alır.
Kromotograf ünitesi numune gazın kalorifik değerini, numune gazı ile referans konsantrasyonuna sahip kalibrasyon gazı ve soygaz olan helyum gazı karışımını bünyesinde proses ederek ölçer, ölçülen değeri standart koşullara düzeltilmiş hacmi hesaplayan akış bilgisayarına iletir.
Kokulandırma ünitesi de istasyondan geçen gazın debisine bağlı olarak akış bilgisayarından aldığı sinyale göre THT enjeksiyonunu gerçekleştirir. Şehir
şebekelerinde doğalgazda yapılacak ölçümlerde bulunması gereken THT maddesinin alt sınırı TSE 5938 nolu Gaz Kokulandırma standardına göre 7.5 mg/m³’dür [16]. 3.1.2.8 Yakıt hattı istasyonu ve kazan grubu
Gazın ısıtılmasında kullanılan eşanjör sistemindeki su, yine doğalgaz ile çalışan kazan ve brülör sistemi ile ısıtılır. Kazan kapasitesi eşanjör kapasitesinden %10 fazla seçilir ve kazanlar yedekli olarak tasarlanır. Kazanlarda yakılacak gaz RMS-A istasyonunun regülasyon sonrası kısmından alınan bir branşman ile sağlanır. Kazan sistemini besleyen gaz öncelikle kazanların çalışma basıncına düşürülür, sonrasında rotary veya körüklü tip sayaç ile ölçülür ve kazan brülörlerine iletilir.
3.2 Ana Taşıyıcı (Çelik) Hatlar
İletim hatları ile Şehir Giriş İstasyonlarına (A-tipi basınç ölçme ve düşürme istasyonları) gelen gazın basıncı basınç sınıfına göre düşürülerek ana taşıyıcı (çelik) hatlara ulaşır. Doğalgaz Ana Taşıyıcı Hatlar kullanılarak B Tipi Basınç Düşürücü İstasyonlar olan Bölge Regülatörleri ve Müşteri İstasyonlarına ulaştırılır.
Çelik hatlarda gaz akışı hatların ayrım noktalarında ve düz hatlar boyunca belirli aralıklarla yerleştirilen çelik hat vanaları ile kontrol edilir. Vanaların aralık mesafesi hasar vb. durumda iki vana arası hacimde işletme basıncı altında bulunan gazın belirli sürede tahliye edilebilmesine göre belirlenir.
Şebekenin geneline ait kapasite hesabında, basınç ve hız kontrollerinin yapıldığı simulasyon çalışmalarında ve de şebekenin yükünün hesaplanmasında, çelik hatlar üzerindeki bölge regülatörleri ve müşteri istasyonlarının doğalgaz çekiş değerleri toplamı esas alınır. Çelik hatların tasarımında minimum basınç 6 barg, maksimum hız ise 20 m/s alınır. Tasarımda seçilen çelik boru hattı çapı ve bu çaptan geçirilmesi istenen debi ilebasınç kayıp hesaplamaları yapılır ve 6 barg dan daha düşük şebeke uç nokta basıncı veya 20 m/s’den yüksek akış hızı ile karşılaşılması durumunda, boru çapı büyütülerek hesap yinelenir.
İGDAŞ çelik hat şebekesi maksimum 25 barg, minimum 6 barg çalışma basıncına göre tasarlanmıştır. İGDAŞ çelik şebekesinde 4”-30” arası API 5L GrB standardında çelik borular kullanılmaktadır. Çelik hatlar kaynak noktaları olan RMS-A istasyonlarından şebekeye giriş noktalarında 30”-28” çaplarında, şebekenin uç noktalarına doğru daha düşük çaplarda tasarlanmıştır.
İGDAŞ çelik hat şebekesinde kullanılan borular en çok 25 barg çalışma basıncına göre seçilmiştir. İstanbul il sınırlarında yer alan 70 barg işletme basıncına sahip BOTAŞ ulusal iletim hattı ve 20 barg işletme basıncına sahip İGDAŞ çelik dağıtım şebekesi Şekil 3.2’de gösterilmiştir.
3.3 Polietilen (PE) Dağıtım Hatları
Bölge Regülatör istasyonlarından çıkan gazı konutlara, sanayi ve ticari tüketicilere taşıyan sistemdir. Ana taşıyıcı hatlardan iletilen (yüksek veya orta basınçta) gaz bölge regülatörleri ile dağıtım hatlarının basınç sınıfına (orta veya düşük) göre basınç düşümü ile dağıtım hatlarına ulaşır. Mevcut teknolojide orta ve düşük basınç dağıtım hatlarında PE borular kullanılmaktadır. Basınç düşürücü istasyonlarda belirli basınca düşürülen gaz şehrin cadde ve sokaklarına bu tür dağıtım hatları ile ulaştırılmaktadır. İGDAŞ PE dağıtım şebekesi maksimum 4 barg, minimum 1 barg çalışma basıncına göre tasarlanmış olup, şebekede 63, 110, 125 mm olmak üzere üç çapta PE boru kullanılmaktadır.
3.4 PE Servis Hatları
Poietilen (PE) servis hatları, PE dağıtım hatları ile tüketim sistemi iç tesisatı arasındaki ilişkiyi servis regülatörleri ile sağlayan, aynı basınç sınıfına sahip bina bağlantı hatlarıdır. Doğalgaz dağıtım sisteminin işletme ve maliyetinin oldukça büyük bir kısmını servis hatları oluşturmaktadır. Servis hatları duruma göre sanayi
veya büyük tüketicinin istasyonunda veya bir binanın dış yüzüne veya zemine (kaldırım vs.). yerleştirilen bir kutuda son bulur. İGDAŞ doğalgaz boru hattı şebekesi
servis hatlarında PE 20 mm ve PE 32 mm olmak üzere iki çapta boru kullanılır. 3.5 Bölge Regülatörleri
Çelik iletim hatlarıyla 6-25 barg basınçta taşınan gaz bölge regülatörlerinde 1-4 barg basınç değerine düşürülerek PE şebekeye ulaştırılır. Ayrıca çelik şebeke yolu ile bölge regülatörlerine iletilen gaz bu ünitelerde filtre edilir. RMS-A istasyonları sonrası ilk kademe olduklarından dolayı bu istasyonlar ile çelik hattan beslenen müşteri istasyonlarına (çelik skid), B tipi istasyon veya RMS-B istasyonu da denilir.
İGDAŞ şebekesinde Avrupa yakasını beslemek için 450, Anadolu yakasını beslemek için de yaklaşık 250 adet bölge regülatörü kullanılmaktadır.
Bölge regülatörlerinin kapasitesi 5 000 m³/st olup arıza vb. durumda doğalgaz arz temininde bir aksamaya karşı her bir istasyon komşu bölgelerdeki bir veya iki istasyonla PE hatlar vasıtası ile bağlantılı olarak çalışmakta, kış aylarındaki en yüksek debide gaz çekişlerinde PE hatlar üzerindeki akış kontrol vanaları ile uygun yük dağılımı sağlanmaktadır.
Bölge regülatörleri en düşük 6 barg giriş basıncında çalışabilmektedir. RMS-A istasyonlarından itibaren çelik şebeke ile bölge regülatörlerine iletilen doğalgazın basıncında, şebekenin uç noktalarına ulaşması için kat ettiği mesafe ile orantılı olarak, kayıplar meydana gelmektedir. Bu durum özellikle Avrupa yakasındaki RMS-A istasyonlarına uzak mesafede yer alan bölge regülatörlerinde, yüksek çekişlerin yaşandığı kış aylarında artan gaz akış hızına bağlı olarak istasyondaki filtre değiştirme periyodunun kısalması gibi kritik işletme şartlarını oluşturabilmektedir. Bölge regülatörleri ana giriş vanası, filtre, regülatör, basınç göstergeleri, çıkış vanası gibi bölümlerden oluşur. İstasyonlarda bu ekipmanlar arıza durumu veya gaz arzı kesilmeksizin filtre değiştirme işlemi için ilave bir by-pass hattı ile yedekli olarak tasarlanmıştır. Bölge regülatörleri doğalgaz giriş-çıkış sıcaklık ve basınç değerleri ile anlık ve belirli zaman aralığı için istasyondan geçen gaz debileri uzaktan algılama ve veri kontrol (SCADA) sisteminden izlenebilmekte ve kayıtları tutulmaktadır.
3.6 Müşteri İstasyonları
Çelik iletim veya PE dağıtım hatları ile taşınan gazın yüksek tüketimli sanayi-ticari faaliyet alanındaki müşterilere veya yüksek tüketime sahip site türü konutlara iletildiği istasyonlardır. Doğalgaz 6-20 barg gaz kullanım basıncındaki müşterilere çelik şebekeden beslenen müşteri istasyonları (çelik skid) ile, 1-4 barg gaz kullanım basıncındaki müşterilere de PE şebekeden beslenen müşteri istasyonları (PE skid) ile iletilir. 1 barg’dan düşük, örneğin 300 mbar gaz kullanım basıncındaki müşteriler için ilk istasyona ilave olarak 2. kademe basınç düşümünü sağlayan ilave istasyon kullanılır. İGDAŞ şebekesinde çelik ve PE hattan gaz alan müşteri istasyonlarında gazın filtre edilmesine ek olarak kullanım basıncı ölçümü ve kapasiteye göre “rotary” veya “türbinmetre” tipi sayaçlarla hacimsel debi ölçümü gerçekleştirilir.
Sayaçtan ölçülen debi sayaç üzerindeki korrektör cihazı ile standart koşullara basınç ve sıcaklık düzeltmesi yapılmak sureti ile, gaz tüketim faturasına esas oluşturacak hale çevrilir. İGDAŞ’ın şebeke büyüklükleri Çizelge 3.2’de verilmiştir.
Çizelge 3.2 : İGDAŞ şebeke büyüklükleri (Nisan 2010 itibari ile).
ŞEBEKE ELEMANI AVRUPA
YAKASI
ANADOLU
YAKASI TOPLAM
BORU TİPİ BORU BOYU
(m) BORU BOYU (m) BORU BOYU (m) 2" ÇELİK 173 499 672 4" ÇELİK 100 902 46 872 147 774 6" ÇELİK 216 754 153 784 370 538 8" ÇELİK 148 251 107 137 255 388 12" ÇELİK 188 516 74 115 262 632 16" ÇELİK 11 211 83 656 94 866 20" ÇELİK 59 399 60 319 119 719 24" ÇELİK 97 451 48 395 139 140 28" ÇELİK 19 745 150 19 751 30" ÇELİK 58 646 28 071 86 725 ÇELİK İLETİM HATTI TOPLAM 89 432 602 845 1 497 167
BORU TİPİ BORU BOYU
(m) BORU BOYU (m) BORU BOYU (m) PE 125 291 661 230 610 522 271 PE 110 2 406 627 1 710 863 4 117 491 PE 63 4 095 803 3 604 800 7 700 603 PE DAĞITIM HATTI TOPLAM 6 794 092 5 546 274 12 340 366
BORU TİPİ BORU BOYU
(m) BORU BOYU (m) BORU BOYU (m) PE 32 298 813 162 292 461 105 PE 20 1 495 316 1 185 100 2 680 416 PE SERVİS HATTI TOPLAM 1 794 129 1 347 392 3 141 521
SERVİS KUTULARI S. KUTUSU
(adet) S.KUTUSU (adet) S. KUTUSU (adet) SERVİS KUTULARI TOPLAM 390 000 287 000 677 000
VANA TİPİ VANA (adet) VAN (adet) VANA(adet)
PE VANALAR 9 402 5 309 14 711
ÇELİK VANALAR 1 415 835 2 250
VANALAR TOPLAM 10 817 6 144 16 961
İSTASYON TİPİ İSTASYON
(adet) İSTASYON (adet)
İSTASYON (adet) ÇELİK-PE SKİD 462 132 594 BÖLGE REGÜLATÖRÜ 454 258 712 RMS-A 6 4 10 İSTASYONLAR TOPLAM 953 443 1 396