I
T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK TÜKETİMLİ ENDÜSTRİYEL TESİSLERİN DOĞAL GAZA DÖNÜŞÜMÜ, ENERJİ VE EKSERJİ
ANALİZİ Abdulsamed GÜNEŞ
Yüksek Lisans Tezi
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman: Doç. Dr. Gülşah ÇAKMAK
II
T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK TÜKETİMLİ ENDÜSTRİYEL TESİSLERİN DOĞAL GAZA DÖNÜŞÜMÜ, ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Abdulsamed GÜNEŞ
(141120105)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 15 Haziran 2016 Tezin Savunulduğu Tarih : 11 Temmuz 2016
HAZİRAN-2016
III ÖNSÖZ
Tez çalışmam boyunca bilgisi, tecrübesi ve desteğiyle beni yönlendiren değerli hocam Sayın Doç. Dr. Gülşah ÇAKMAK’a, destekleriyle her an yanımda hissettiğim değerli hocam Prof. Dr. Cengiz YILDIZ, aynı şekilde Prof. Dr. İhsan DAĞTEKİN ve üzerimde emeği olan tüm hocalarıma ve öğretmenlerime teşekkürlerimi ve hürmetlerimi sunarım.
Hayatım boyunca sevgi ve manevi destekleriyle daima yanımda olan sevgili aileme, bana verdikleri emek için, sonsuz minnet ve teşekkürlerimi sunarım.
Abdulsamed GÜNEŞ ELAZIĞ – 2016
IV İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ ... III İÇİNDEKİLER ... IV ÖZET ... VI SUMMARY ... VII ŞEKİLLER LİSTESİ ... VIII TABLOLAR LİSTESİ ... IX SEMBOLLER LİSTESİ ... X
1. GİRİŞ ... 1
2. Doğal Gaz ve Dönüşüm Sistemleri İle İlgili Genel Kavramlar ... 7
2.1. Doğal Gaz, Oluşumu ve Bileşimi ... 7
2.2. Doğal Gaz Dönüşüm Sistemleri ile İlgili Genel Kavramlar ... 7
3. MATERYAL VE METOD ... 15
3.1. Projelendirme Esasları ... 15
3.1.1. RMS-X Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonlarının Giriş ve Çıkış Çap Hesabı ... 15
3.1.2. İstasyon Boru Çapı Hesabı ... 15
3.1.3. Regülatör Seçimi ... 15
3.1.4. Sayaç Kapasite ve Tiplerinin Belirlenmesi ... 16
3.1.5. Kazan Hattı Analizi ve Hesaplamaları ... 17
3.1.6. Mutfak Hattı Analizi ve Hesaplamaları ... 21
3.1.7. Kazan Dairesi Havalandırması ... 23
3.1.7.1. Doğal Havalandırma ... 23
3.1.7.2. Mekanik (Cebri) Havalandırma ... 24
3.1.8. Kompansatör Seçimi ... 24
3.2. Enerji ve Ekserji Analizi ... 25
V
4. ELAZIĞ MOBİLYA FABRİKASI DOĞAL GAZ DÖNÜŞÜM
PARAMETRELERİ VE PROJELENDİRME ... 28
4.1. Debi Hesabı ... 30
4.1.1. Kazan Hattı Gaz Debi (QK) Hesabı ... 28
4.1.2. Mutfak Hattı Debi Hesabı (QM)... 28
4.2. Fabrika Kapasitesi ... 29
4.3. Çap Hesabı ... 29
4.4. Sayaç Seçimi ... 30
4.5. Kazan Hattı Analizleri ... 31
4.6. Mutfak Hattı Analizleri ... 39
4.7. Basınç Uygunluk Kontrolleri ... 43
4.8. Brülör Kapasite Hesabı ... 43
4.9. Havalandırma Hesabı ... 44
4.9.1. Doğal Havalandırma Hesabı ... 44
4.9.2. Mekanik (Cebri) Havalandırma Hesabı ... 44
4.10. Kompansatör Hesabı ... 44
5. ENERJİ ve EKSERJİ ANALİZİ ... 46
5.1. Enerji Analizi ... 46 5.2. Ekserji Analizi ... 49 6. SONUÇLAR... 54 KAYNAKLAR ... 55 EKLER ... 58 ÖZGEÇMİŞ ... 72
VI ÖZET
Doğal gaz, diğer karbon kökenli yakıtlara göre daha çevreci, ekonomik ve verimli olduğundan tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de kullanımı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Doğalgazın teslim noktasından son kullanıcıya kadar ulaştırılması sürecinde ciddi projelendirme ve uygulama aşamaları bulunmaktadır.
Bu çalışmada standart projelendirme esaslarına hakim olmak ve projeyi uluslararası şartnamelere uygun yapmak için ülkemizdeki mevcut üniversitelerde ve eğitim merkezlerinde verilen doğalgaz tesisatı derslerindeki teorik bilgilere ek olarak, doğal gaz dönüşüm parametrelerini belirlemek ve uygulamada projelendirme sırasında karşılaşılan sorunları ve dönüşüm hesabında yapılan varsayımları belirlemek hedeflenmiştir. Bu bağlamda Elazığ’da bulunan bir mobilya fabrikasındaki tesisin projelendirme aşamaları verilen teorik bilgiyi uygulamaya geçirirken karşılaşılan zorlukları ortadan kaldırmak amacıyla analizleri yapılarak projelendirilmesi tamamlanmıştır. Yapılan projelendirme sonucu sisteme termodinamiğin birinci ve ikinci kanunu uygulanarak yapılan analizler sonucu enerji veriminin % 85, ekserji veriminin de % 56 olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca bu analizler sonrasında doğal gazın diğer yakıtlara göre avantajı ve kolaylıkları belirtilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Doğal gaz, Tesisat, Endüstriyel, Dönüşüm, Enerji, Ekserji
VII SUMMARY
HIGH-CONSUMPTION INDUSTRIAL FACILITIES NATURAL GAS CONVERSION, ENERGY AND EXERGY ANALYSIS
Natural gas, other carbon-based fuels more than environmental, economical and efficient use of all because it is becoming increasingly common. From the delivery point of natural gas delivery to the end user in the process of design and implementation of serious offers.
In this study, on the basis of the standard project control and to make our country international project specifications available in universities and training centres given natural gas supplies in addition to the theoretical knowledge in their courses, set parameters and application to natural gas conversion project and problems encountered during the transformation is aimed to determine the assumptions that are made to your account. In this context, projecting the facility in a furniture factory in stages while the given theoretical knowledge into practice in order to eliminate the difficulties encountered in the analysis of the project has been completed. The result of projecting first and second law of thermodynamics to the system made by applying a result of the analysis of energy efficiency is 85%, the exergy efficiency of 56% was calculated. These analyses also are noted advantages and the facilities in the aftermath of natural gas compared to other fuels.
VIII
ŞEKİLLER LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Yer altı doğal gaz tesisatlarında hat detayı ... 11
Şekil 3.1. A, B ve C tipi istasyonların hız ve basınç sınırları ... 16
Şekil 4.1. Proje izometrisi ... 16
IX
TABLOLAR LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 2.1. Çeşitli bölgelerde çıkan doğal gazlar ve kimyasal bileşimleri ...7
Tablo 2.2. Yer altı doğal gaz hattı emniyet mesafeleri ... 10
Tablo 3.1. Sayaç seçim tablosu ... 17
Tablo 3.2. Boru anma çaplarına göre boru iç çapı tablosu ... 18
Tablo 3.3. Boru çapına göre yerel elemanların eşdeğer boru uzunlukları ... 18
Tablo 3.4. Yerel kayıp katsayıları (ξ değerleri) tespit tablosu ... 20
Tablo 3.5. Bek çapına göre ocak kapasiteleri ... 21
Tablo 3.6. Mutfak cihazları kapasite değerleri 1 ... 22
Tablo 3.7. Mutfak cihazları kapasite değerleri 2 ... 22
Tablo 3.8. Boru çapı hesaplama tablosu ... 22
Tablo 3.9. Enerji ve ekserji karşılaştırma tablosu. ... 27
Tablo 5.1. Baca gazı bileşenleri hacimsel debileri ve bileşen yüzdeleri ... 47
Tablo 5.2. Enerji analizinde baca gazı değer tablosu ... 47
Tablo 5.3. Nemli hava bileşenleri değer tablosu ... 51
X SEMBOLLER LİSTESİ
a : Menfez ızgara katsayısı Cbr : Brülör kapasitesi (kcal/h-kW)
Cg : Regülatör geçirgenlik katsayısı
Ckazan : Kazan ısı kapasitesi (kcal/h-kW)
CP : Özgül ısı (kJ/kgK)
D : Boru çapı (mm) Diç : Boru iç çapı (mm)
Ex : Ekserji (kcal/h-kW) Ex,C : Kimyasal ekserji
Ex,F : Fiziksel ekserji
Ex,K : Kinetik ekserji
Ex,P : Potansiyel ekserji
F : Havalandırma menfezinin geometrisine bağlı katsayı h : Entalpi (kJ/kg)
HO : Yakıt üst ısıl değeri (kcal/m3)
HU : Yakıt alt ısıl değeri (kcal/m3)
Hyakıt,top : Toplam yakıt entalpisi (kW)
Ikayıp : Isı kayıp miktarı (kcal/h-kW)
K : Doğalgaz katsayısı L : Boru uzunluğu (m)
Leş : Eşdeğer boru uzunluğu (m)
Lx : x numaralı hattın gerçek uzunluğu (m)
Lyerel : Yerel eleman eşdeğer boru uzunlukları
M : Molar debi (kmol/s)
mY : Yakıt molar ağırlığı (kg/mol)
n : Molar oran
P0 : Referans çevre basıncı (bar)
Patm : Atmosfer basıncı (bar)
Pç : İstasyon çıkış basıncı (bar)
Pg : İstasyon giriş basıncı (bar)
XI Pişl : Gaz hattının işletme basıncı (bar)
Pm : Mutlak basınç (bar)
PR : Düz boru sürtünme basınç kaybı (bar)
PT : Toplam basınç kaybı (bar)
PY : Yakıtın kazana giriş basıncı (bar)
PZ : Özel direnç basınç kaybı (bar)
Q : Gaz akış debisi (m3/h)
QFAB : Fabrika ana hattı toplam debisi (m3/h)
QK : Kazan hattı toplam debisi (m3/h)
QK1 : 1 numaralı kazan hattı toplam debisi (m3/h)
QK2 : 2 numaralı kazan hattı toplam debisi (m3/h)
QM : Mutfak hattı toplam debisi (m3/h)
Qmax : Sayacın ölçtüğü maksimum debi (m3/h)
Qsayaç : Sayaçta tespit edilen debi (m3/h)
Qtüketim : Yakıcı cihaz tüketim debisi (m3/h)
R : İdeal gaz sabiti
rb : Birim boy boruda oluşan basınç kaybı (mbar/m)
RMS : Ayar ve ölçüm istasyonu s : Entropi (kJ/kgK)
SA : Alt havalandırma menfezi net kesit alanı (m2)
SÜ : Üst havalandırma menfezi net kesit alanı (m2)
T0 : Referans çevre sıcaklığı (˚C)
TY : Yakıtın kazana giriş sıcaklığı (˚C)
TY : Yakıtın kazana giriş sıcaklığı (˚C)
v : Kanaldaki hava hızı (m/s) V : Gaz akış hızı (m/s) Valt,hava : Alt hava debisi (m3/h)
Vüst,hava : Üst hava debisi (m3/h)
VY : Yakıtın hacimsel giriş debisi (Nm3/s)
α : Boru uzama katsayısı (m/˚C)
ΔH : Borunun başlangıcı ile bitişi arasındaki kot farkı (m) ΔL : Boruda meydana gelen uzama miktarı (m)
XII
ΔT : Hattın ilk ve son sıcaklığı arasındaki fark (˚C) η : Isıl verim (Cihaz Verimi)
ξ : Fitting kayıp katsayısı
φ : Özgül yakıt ekserjisinin bulunmasında kullanılan kimyasal ekserji faktörü ψ : Ekserji verimi
1 1. GİRİŞ
Doğal gazın ülkemizde kullanılmaya başlaması yaklaşık 28-30 yılı bulmaktadır. İlk etapta Ankara’da kullanılmaya başlayan doğal gaz daha sonra İstanbul’da Ocak 1992’de, Bursa’da Aralık 1992’de, İzmit’te Eylül 1996’da, Eskişehir’de ise Ekim 1996’da konut ve ticari sektörlerde yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Doğal gazın dağıtımı Ankara’da Ego-Başkentgaz, İstanbul’da İgdaş, İzmit’de İzgaz, Bursa ve Eskişehir’de ise Botaş tarafından yapılmaktadır.
Rusya-Türkiye doğal gaz boru iletim hattı ülkemize Bulgaristan sınırından girmekte ve Hamitabat, Ambarlı, İstanbul, İzmit, Bursa ve Eskişehir güzergahı ile Ankara’ya ulaşmaktadır. Bu hat 75 bar basınca göre dizayn edilmiş olup yaklaşık 850 km uzunluğundadır. Bu hatta Kırklareli, Pendik, Eskişehir, Ambarlı ve Bursa’da kompresör istasyonları, Malkoçlarda ana ölçüm istasyonu, Ankara Yapracık’ta ise kontrol merkezi bulunmaktadır [1].
İlk yıllarda doğal gaz ve bunun projelendirilmesine yönelik sorunlar yaşanmakla birlikte daha sonra yaşanan deneyimlerle başlangıçtaki sorunlar kısmi olarak çözülüp bu konudaki standartlar aşama aşama oluşturulmaya başlanmış ve gelişen teknolojiye bağlı olarak devam etmiştir.
Köktürk [2], Türkiye’de günümüzde yoğun bir şekilde doğal gaza geçiş süreci yaşanırken, teknik etüd ve projelendirme işlemlerinin uzman ekipler tarafından yapılmasının son derece büyük önem taşıdığını belirtmiştir. Kullanmakta olduğu enerjinin büyük bir bölümünü ithal etmekte olan ülkemizin genel enerji tüketimi içerisinde ısıtma ve soğutma sistemlerinin payının %35 olduğunu, endüstriyel tesislerde proses maksadıyla kullanılan buhar, kızgın buhar gibi sıcak ve soğuk her türlü akışkan da düşünüldüğünde, % 65-70 mertebelerine ulaşan bu değerin enerji tüketiminde önemli bir yer kapladığını vurgulamıştır.
Çıkış [3], sanayi tesislerinde çok önem arz eden doğal gaz dönüşüm ve projelendirme hususları ile ilgili olarak doğal gaz tüketimi, kontrolü, güvenliği konularında bilgi vermeyi ve yakıt olarak doğal gaz kullanan kuruluşların dönüşüm sistemleriyle ilgili izlemeleri gereken yollar hakkında bilgi vermeyi amaçlamış ve dönüşümden sonra yapılan ekonomik analizler ile doğal gaz ile çalışan sistemlerin diğer sistemlere göre avantajları göstermiştir. Akar [4], fuel-oil yakan mevcut kazanların doğal gaza dönüşümünü inceleyerek kazan
2
kapasiteleri ve sıcaklık dağılımlarının farklı olduğunu göstermiştir. Ayrıca doğal gazlı kazanların fuel-oil yakanlara göre yatırım ve işletme masraflarının daha az olduğunu belirterek daha ekonomik olduğu saptamıştır.
Saatçi [5], doğal gazın sanayide kullanımının verimlilik ve çevre kirliliği bakımından önemini ve ülkemizde geçerli olan koşullarda sanayide doğal gaz kullanımının ayrıntılı incelenmesini yapmıştır. Dünyadaki teknolojik gelişmelere paralel olarak, enerji tüketim miktarlarında da artış olduğunu belirtip, bunun da sınırlı enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasının yanı sıra yeni enerji kaynaklarının aranması gerektiğini belirtmiştir. Herkes tarafından bilinen en eski ve yaygın olarak kullanılan enerji kaynaklarının odun, kömür ve petrol olduğunu ve doğal gazın da eski bir enerji kaynağı olmakla birlikte dünyada 1960 yıllardan sonra yaygın olarak kullanılmaya başlandığını ve sanayide kullanımının avantajlarını belirtmiştir.
Yıldırım [6], Türkiye’de doğal gaz kullanımının kişisel ve sektörel öneminin anlatılması amacıyla kullanım alanlarını önem sırasına göre inceleyerek doğal gazın nakliyesi, depolanması ve projelendirilmesinin, uluslararası kuruluşlarla Türk standartları enstitüsünün belirttiği standartlar doğrultusunda yapılmasını amaçlamıştır. Bunların yanında bu iletim, depolama ve proje alanlarında faaliyet gösteren kuruluşları inceleyerek yapmış oldukları projelerin standartlara uygunluk açısından denetimini yapmıştır.
Karakaş [7], endüstriyel tesislerin doğal gaza dönüşümü ve projelendirilmesi konusunda yapılan çalışmalar sonucunda doğal gazlı sistemlerin katı yakıt ile çalışan santrallere göre bakım ve maliyet konularında yüksek avantaj sağladığını açıklamıştır.
Kürekçi ve arkadaşları [8] yaptıkları çalışmada, 2005 yılında yayınlanan, 2011’de güncellenen doğal gaz iç tesisat uygulama esaslarını içeren kaynakta dönüşüm tekniklerinin en temel esaslarına yer vermişlerdir.
Bulut [9], doğal gazı tüketim birimlerine ulaştırması amacıyla kullanılan teknik yöntemler ve analizleri, malzemeler ve ekipmanları teknik ve uluslararası standartlara göre açıklayarak doğal gaz sistemlerinde kullanılan ekipmanların seçimi ve kullanım kriterlerini açıklamıştır. Çalışma sonucunda teorik bilginin yanında projelendirme örnekleri de vererek pratik bilgiyi desteklemiştir. Ayrıca yapılan maliyet analizleri ile beraber doğal gaz sistemlerinin ekonomik üstünlüklerini de belirtmiştir.
3
Arslanbaş [10], teknik eleman yetiştiren eğitim kurumlarında doğal gaz konusunda müfredat eksikliği, nitelikli bilgi ve teknik kitap eksikliği sebebiyle geleceğin mühendis ve teknik elemanına yönelik çalışma yapmıştır. Bu çalışmada bina içi gaz tesisatı, kullanılan gaz yakıcı cihazlar, gaz tesisatının test edilmesi, kaçak bulma ve önlem alma, acil durum şartları ve yapılacaklar, havalandırma ve baca hesaplamalarına yer verilmiştir.
Özsaraç [11], doğal gazın günümüzde kullanımının yaygınlaşması sonucunda gaz tesisatının bina girişinde bulunan regülatörden, gaz yakıcı cihazlara kadar olan borulama sisteminin boyutlandırılması ve bu işlemin pratikte nasıl yapıldığını ana hatlarıyla ortaya koymuştur.
Yalçın [12], sanayide büyük tehlike arz eden yakıt sistemlerinin doğal gazın standartlara uygun projelendirilmesi ve kullanılmasıyla günümüzde ölümlü işletme kazalarını istatistiklerle inceleyerek kazaların azaldığını belirtmiştir.
Bostancı [13], hava kirliliğinin önemli bir sorun haline geldiği günümüzde yakıt olarak katı ve sıvı yakıt kullanan kazanların doğal gaza dönüşümünün önemi ve bu dönüşüm için gerekli yanma ve termik hesapları içeren fortran dilinde bilgisayar programı hazırlamıştır. Bu çalışmada mevcut kazanda yapılması gereken değişiklikleri anlatarak bunu örnek bir proje üzerinde göstermiştir. Bu çalışma sonucunda yakıt olarak doğal gaz kullanan kazanların çevre kirliliği oluşturacak etmenlerin ortadan kalktığı saptamıştır.
Yavuz ve arkadaşları [14], doğal gazın ülkemizde sanayi tesislerinde de kullanılmaya başlanması sonucu gerek duyulan endüstriyel tesislerin doğal gaza dönüşümü esaslarını ayrıntılı ve pratik örneklerle açıklamıştır. Tezcan [15], endüstriyel ve büyük tüketimli tesislerin doğal gaz projelendirme ve dönüşüm teknikleri adı altındaki çalışması ile bu alandaki projelendirmeye katkıda bulunmuştur. T.C. Milli Eğitim Bakanlığı Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi kapsamında 2006’da yayınladığı doğal gaz ders notları modüllerinde doğal gaza dönüşümün bütün ayrıntılarına yer verilmiştir [16-17]. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Bilgi Merkezi, ülkemizde doğal gaz kullanımı ve dağıtımı ile ilgili temel bilgilere kendi resmi internet sitesinde yer vermiştir [18].
Önder [19], doğal gaz projelendirme teknik esaslarının en temel amacının ülkemizde özellikle ısınma, kojenerayon ve proses uygulamalarında doğal gaz tüketiminin yapılacağı ev, ticari ve sanayi tesislerinde teknik emniyet kurallarına bağlı kalarak yüksek verimde hizmet sağlayacağını belirtmiştir.
4
Bilgiç [20], katı ve sıvı yakıtla çalışan endüstriyel kazanların doğal gaza dönüşümü sonrasında dönüşüm öncesi ve sonrasında meydana gelen ısıl kapasiteler, birim ısıtma yüzeyinden elde edilen ısı, ortalama baca gazı sıcaklığı, hava fazlalığı ve baca gazı kaybı gibi değerleri kıyaslayarak bu değerler neticesinde kömürle, fuel-oil ile ve doğal gaz ile çalışan kazanların tükettikleri yakıt ve ürettikleri ısı miktarlarını değerlendirmiş ve doğal gazlı sistemlerin üstünlüklerini açıklamıştır.
Kadırgan [21], endüstride doğal gaz ve dönüşüm başlığı altında yapılan seminerde doğal gazın fiziksel özellikleri, yanması, yanma sonu ürünleri, hava kirliliği, endüstride ısıtma, kurutmada, pişirmede, fırınlamada ve ısıl işlemlerde doğal gaz kullanımını, Akyüz [22] endüstride doğal gaz tesisatı, enstürmantasyon, test ve işletmeye almakla ilgili spesifikasyon hazırlama yöntemlerini, Arısoy [23] endüstriyel tesislerde doğal dönüşüm sistemlerine katkı amaçlı boru çapı hesap tekniklerini, Sayın [24] doğal gaz dönüşüm sistemleri uygulanan işletmelerde kurulum sonrası kontrol ve emniyet sistemlerini belirtmişlerdir. Önder [25], katı veya sıvı yakıtlı mevcut endüstri ve ısıl işlem fırınlarında doğal gaz dönüşüm ve regülasyon konularında temel işletme esaslarını belirtmiştir.
Günümüzde halen devam etmekte olan doğal gaza dönüşüm işlemleri aşamasında aynı zamanda doğal gazın ülkemizdeki gidişatı ile ilgili sorunlarda ortaya çıkmaktadır. Avrupa çok uzun süredir ve yaygın bir şekilde doğal gazı kullanmakta ve bu temini ekseriyetle Rusya’dan sağlamaktadır. Küreselleşen dünyada ekonomik denge bir tarafa devam eden bu gaz ticaretinin zarar görmesi de olası ihtimaller dahilindedir. Fakat günümüzde dünyadaki toplam doğal gaz rezervinin henüz yaklaşık %15 gibi bir bölümüne erişilmesi bir nebze olsun gelecek sıkıntıları azaltacağını ve bu oranın bile dünya tüketimine yaklaşık 70 yıl
yeteceği düşünülmektedir. Ülkemizde de Mardin ve civarında yaklaşık 1 milyar m3,
Trakya’da ise yaklaşık 14 milyar m3 rezerv vardır [26].
Özgür [27], konutlarda ve ticari yapılarda doğal gaz dönüşüm sistemleri bilgilendirmesi ve doğal gazın avantajlarının yanında dezavantajlarının da belirtildiği bildiri yayınlamıştır.
Türk Standartları Enstitüsü tarafından Mühendislik Hizmetleri İhtisas Grubu’nca TS 7363’ün 1990'ın revizyonu olarak yayınlanan makalede ülkemizde doğal gaza dönüşümün temel standartları belirlenmiştir [28].
Çengel ve Boles [29], bir buhar kazanının termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarına göre analizlerinin yapılması ve bu analizler sonucu enerji ve ekserji veriminin hesaplanması ile doğal gaz kullanımının bu verimler üzerindeki etkisini yorumlamışlardır.
5
Bu bağlamda termodinamiğin birinci ve ikinci kanununun çalışılan sistemlere uygulanarak sistemin enerji ve ekserji analizlerinin yapılmasının sistem veriminin değerlendirilmesinde en gerekli parametreler olduğunu örneklerle açıklamışlardır.
Sciubba ve arkadaşları [30], kapalı çevrimlerle çalışan sitemlerde termik verim ifadesini; elde edilen net işin verilen ısıya oranı olduğunu, açık çevrimle çalışanlarda ise elde edilen net işin ideal şartlarda elde edilebilecek tersinir işe oranı olduğu belirtmişlerdir.
Ahmadi ve Toghrai [31], termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarının uygulandığı türbin, yoğuşturucu ve buhar kazanının projenin optimizasyonu amacıyla yapılan analizler sonucu tespit ettikleri verimlilik değerlerinin gaz yakıt ile çalışan kazanlarda katı ve sıvı yakıtlı kazanlara oranla daha yüksek olduğunu tespit etmişlerdir.
Lenti ve arkadaşları [32], termodinamiğin birinci kanununa göre yapılan analizin enerjinin niceliğini tespit etmek için yapıldığını, ikinci kanuna göre yapılan analizin ise enerjinin niteliğini tespit etmek amacıyla yapıldığını belirttiler. Bu analizlerde temel amacın yüksek verim ve yakıttan en yüksek enerjiyi elde etmek olduğu anlatılmıştır. Yakıt enerjisinin tamamını iş yapabilme kabiliyeti olan enerjiye dönüştürmek imkansız olduğu için tersinmezliklerin tespit edilmesi gerektiğini belirtiler. Tersinmezliklerin de enerji ve ekserji analizleriyle tespit edileceğini açıklamışlardır.
Saidur ve arkadaşları [33], enerji ve ekserji verimliliğini; sistemlere uygulanan analizler için en genel haliyle toplam ürün verimliliğinin, sisteme giren ürünlerin toplam verimliliğine oranı olacak şekilde ifade etmişlerdir. Birinci kanun veya enerji veriminin genel anlamda kazandan elde edilen iş miktarının, tüketilen yakıtın entalpisine oranı olduğunu, ikinci kanun veya ekserji veriminin ise kullanılabilir maksimum enerji kavramının analiz edilmesiyle mevcut toplam enerjiden en fazla yararlanma oranı olarak kullanıldığını belirtmişlerdir. Buna göre verimi ise çıkan ekserjinin girenlere oranı olarak belirtmişlerdir. Kayıp ekserjinin ise tersinmezliğe eşit olduğunu, yani sisteme giren toplam ekserjinin çıkan enerji ile tersizmezlik miktarının toplamı olduğunu açıklamışlardır.
Dinçer ve Al Muslim [34], tarafından rankine çevrimi ile çalışan güç santrallerine termodinamik analizler yapılarak sisteme enerji ve ekserji analizleri uygulamış ve sistem değerlendirilmiştir. Yapılan çalışmada, kazan sıcaklığı ve basıncı, yakıt farklılığı ve debi gibi farklı parametrelere sahip kazanlarda elde edilen enerji ve ekserji verimleri, katalog ve literatür çalışmalarıyla kıyaslanmış ve değerlendirmeler yapılmıştır. Sistemlerin verim
6
artırımı ve optimizasyonunda enerji ve ekserji analizlerinin yüksek oranda gereklilik arz ettiği belirtilmiştir.
Tekel [35], Termodinamiğin birinci ve ikinci kanunları ile verimlilikleri tespit edilen termik santrallerin, verimliliklerindeki farklılığın kullanılan kazanların performans farklılığının yanı sıra yakıtlardaki farklılık da olduğunu belirtmiştir.
Mert ve arkadaşları [36], toplam ekserjinin akışkanlarda; manyetik, elektrik, nükleer enerjiler ihmal edilerek kinetik, potansiyel, kimyasal ve fiziksel ekserji olarak dört kısma ayrıldığını ve bu dört maddenin toplamından oluştuğunu belirtmişlerdir. Ayrıca hareketsiz sistemlerde potansiyel ve kinetik ekserjilerin sıfır olarak kabul edildiğini ve toplam ekserjinin fiziksel ve kimyasal ekserjilerin toplamına eşit olduğunu belirtmişlerdir.
Yazıcı ve Selbaş [37], tarafından buharlı bir güç santralinin ana elemanlarına
termodinamiğin birinci kanunu uygulanarak enerji denklemleri yazılmış ve
termodinamiğin ikinci kanunu uygulanarak sistem elemanlarının ekserji analizi yapılarak sistemin toplam tersinmezlik miktarı ve en çok tersinmezlik üreten sistem elemanı belirtilmiştir.
Çomaklı ve Terhan [38], atık baca gazındaki kayıp ısıdan yararlanmak ve bu ısıdan santrale yakın bir binanın ısıtılması amacıyla doğal gaz yakıtlı bir kazandan çıkan baca gazının ekserji analizini yaparak yapılacak olan projenin verimliliğini hesaplamışlardır.
Şahin ve arkadaşları [39], Karabük Demir Çelik Fabrikasındaki güç santraline enerji ve ekserji analizlerini uygulamış ve bu analizler sonucunda her bir ünitenin enerji kayıpları ve tersinmezliklerini belirlemişlerdir. Ayrıca üniteler tersinmezliklere göre karşılaştırılmış ve verim artırıcı bazı önemli öneriler yapılmıştır.
Bu çalışmada endüstriyel ve yüksek enerji tüketimli tesislerin doğal gaza geçiş ve projelendirilmesi konusunda teorik bilgilerle pratik bilgiler birleştirilmiştir. Buna paralel olarak Elazığ’da bulunan bir mobilya fabrikası için detaylı bir doğal gaz dönüşüm projelendirilmesi yapılmıştır. Gerçekleştirilen dönüşümün faydasını tespit etmek için ise enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır.
7
2. DOĞAL GAZ VE DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ GENEL KAVRAMLAR
2.1. Doğal Gaz, Oluşumu ve Bileşimi
Doğal gaz milyonlarca yıl önce yaşayan sonrasında ölen canlı kalıntılarının yer altı katmanlarında basınç ve sıcaklık değişimleriyle gerçekleşen bir takım kimyasal
reaksiyonlar sonucu ortaya çıkmaktadır. İçerisinde büyük oranda (%75-95 ) metan (CH4),
daha az oranda etan (C2H6), propan (C3H8), bütan (C4H10), azot (N2), karbondioksit (CO2), hidrojen sülfür (H2S), helyum (He) içeren renksiz, kokusuz bünyesinde yüksek enerji ihtiva eden bir gaz yakıttır. Dünyada çeşitli yerlerde çıkan doğal gaz ve kimyasal bileşimleri Tablo 2.1’de verilmiştir.
Tablo 2.1. Çeşitli bölgelerde çıkan doğal gazlar ve kimyasal bileşimleri [40]
Sıra Rezerv Adı CH4 C2H6 C4H10 CmHn CO2 N2
1 İngiltere - Kuzey Denizi 83,6 6,2 2,0 1,0 1,7 4,5
2 SSCB (Bakü) 87,7 5,8 - - - 0,8 3 ABD - Kansas 76,9 3,7 2,6 2,1 0,6 13,0 4 ABD -Teksas 91,0 4,8 1,6 1,1 0,7 0,7 5 ABD - California 87,2 5,2 3,5 2,0 1,7 - 6 Almanya - Emslannd 79,0 5,0 1,6 1,0 1,2 4,4 7 Almanya - Diephaiz 67,3 - - - 2,4 10,3 8 Almanya - Amptring 92,5 6,0 - - - 1,0 9 Hollanda 70,0 4,3 1,1 0,4 0,6 21,5 10 Cezayir 63,3 11,9 6,1 4,1 6,9 7,3 11 Tunus 66,3 17,3 9,4 5,5 1,5 - 12 Arjantin 95,0 4,0 - - - 1,0 13 Kanada 86,8 9,6 2,5 0,4 - 0,5 14 S.Arabistan 56,2 19,0 14,4 5,8 2,7 - 15 Venezuella 76,7 6,9 6,6 3,3 3,7 -
2.2. Doğal Gaz Dönüşüm Sistemleri ile İlgili Genel Kavramlar
Dağıtım Şebekesi
Doğal gazın kent girişindeki ana basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarından alınarak gaz teslim noktalarına iletimini sağlayan yeraltı gaz boru hatlarının tümüdür. Dağıtım şirketinin, belirlenen bölgelerde işlettiği doğal gaz dağıtım tesislerini ve boru hatlarını ifade eder.
8 Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonu
Doğal gazın basıncının düşürüldüğü ve doğalgaz miktarının ölçüldüğü istasyonlardır. Polietilen hatlardan beslenen ve çelik hatlardan beslenen istasyonlar olmak üzere iki türlüsü mevcuttur. Polietilen hatlı istasyonlar gaz debisi 500 m3/h’e kadar olan, giriş basıncı 1 - 4 bar ve çıkış basıncı en fazla 0,5 bar olan endüstriyel tesisler için uygundur, çelik hatlı istasyonlar ise debisi 500 m3/h’den yüksek hatlarda kullanılır.
Yüksek Basınç Dağıtım Hattı
Kompresör istasyonundan başlayıp şehir giriş istasyonlarına (A tipi istasyon) kadar olan, yüksek basınçta doğal gaz taşıyan çelik boru hatlarıdır. Yüksek basınç hatları 19 bardan daha yüksek çalışma basıncına sahiptirler.
Orta Basınç Dağıtım Hattı
Şehir giriş istasyonlarını (A tipi istasyon) şehir içi bölge istasyonlarına (B tipi istasyon) bağlayan, orta basınçta doğalgaz taşıyan çelik boru hatlarıdır. Orta basınç hatları 4-19 bar çalışma basıncına sahiptirler.
Düşük Basınç Dağıtım Hattı
Şehir içi bölge istasyonlarının (B tipi istasyon) çıkışından başlayan ve düşük basınçta doğalgaz taşıyan çelik veya polietilen boru hatlarıdır. Düşük basınç hatları 4 bardan daha düşük çalışma basıncına sahiptirler.
Gaz Teslim Noktası
Müşteriye doğal gaz arzının sağlanacağı noktadır. Bu nokta, servis kutusunun regülatör çıkışı ya da basınç düşürme ve ölçüm istasyonunun ise çıkış vanası olabilir. Gaz teslim noktasının tipi gaz debisi, gaz basıncı ve bölgedeki doğal gaz hattının çelik veya polietilen olup olmamasına bağlı olarak değişkenlik gösterir.
Servis Hattı
Dağıtım şebekesinin bir abone servis kutusuna veya basınç düşürme ve ölçüm istasyonuna bağlayan; servis kutusu veya basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarını ihtiva eden tüm boru hattıdır.
9 Servis Kutusu
Servis ya da bağlantı hattının bitimine konulan; içinde servis regülatörü ve/veya küresel vana bulunan kutudur.
Servis Regülatörü
Servis hattı basıncını istenilen kullanım basıncına düşüren cihazdır. Ani kapatma özelliği olan regülatörlerin bir diğer görevi de regülatör sonrasındaki ani gaz boşalmalarında hattı keserek güvenliği sağlamaktır.
Güzergah
Güzergah seçinde boru hattının hasar ve aşırı gerilime maruz kalmayacağı emniyetli yerlerden geçirilmesine dikkat edilmelidir. Boru hattı, tehlikeli madde içeren depoların bulunduğu mahallerden, kanalizasyon ve benzeri gider kanallarının bulunduğu yerlerden,
havalandırmalar, asansör boşlukları ve yangın merdivenleri gibi yerlerden
geçirilmemelidir.
Yeraltından geçirilen gaz hatları diğer borulara, binalara ve elektrik tesisatları gibi tehlike arz edecek bölümlere yeterli emniyet mesafesinden geçirilmelidir. Bu emniyet mesafeleri aşağıdaki Tablo 2.2’de verilmiştir. Mecburiyetten dolayı havasız ya da risk oluşturabilen şartlar söz konusu varsa tesisat aşağıdaki şartlar sağlanmak üzere dağıtım şirketinin onayı ile de yapılabilir.
- Hat çelik kılıf içine alınmalıdır,
- Kılıf borusunda kaynaklı ek malzemeler kullanılmamalıdır, - Böyle yerlerde herhangi bir boru hattı olmamalıdır,
- Korozyon oluşturabilecek faktörler ortadan kaldırılmalıdır, - Havalandırma eksiksiz olmalıdır.
10
Tablo 2.2. Yer altı doğal gaz hattı emniyet mesafeleri [41]
Geçiş Mesafe (min)
Elektrik kablo hatları 50 cm
Kanalizasyon vs. gider boruları Dik geçiş 50 cm, paralel geçiş 100 cm
Metal boru hatları 50 cm
Sentetik boru hatları 30 cm
Açık Kanallar Dik geçiş 50 cm, paralel geçiş 150 cm
Topraklama Tesisatı
Servis kutusu ve kazan daireleri için özel topraklama tesisatı yapılmalıdır. Topraklama tesisatı,
- 0.5 m², 1 mm kalınlığında bakır levha ile - 0.5 m², 2 mm kalınlığında galvanizli levha ile
- Bakır çubuk elektrotları ile yapılabilir. (En az 18 mm çapında ve 1,5 m uzunlukta olmalıdır.)
Levha türünde olan topraklamalarda, metal en az 1 m toprak altına gömülerek toprak üzerinde kalan metal kısım muhafazası topraklama gereken diğer elemanlar ile irtibatlanması sağlanır. Bakır elektrotlar ise yüzeyden en az 30 cm derinliğe gömülerek aynı işlemler yapılmalıdır.
Katodik Koruma
Toprak altından geçen çelik hatların korozyona karşı korunması katodik koruma ile sağlanır. Borunun yer altından yer yüzeyine çıktığı noktalarda yalıtım sağlamak amacıyla yer yüzeyinde yarım metre yükseğe izolasyon flanşı konulmalıdır. Ayrıca yer altından giden çelik ve polietilen hatlarda hat detayı Şekil 2.1.’de verilmiştir.
11
Şekil 2.1. Yer altı doğal gaz tesisatlarında hat detayı [42]
Kazan Dairesi
Kazanın yerleştirildiği mahaldeki duvar ve tavan aralıklarının ölçüleri TS 3818’e uygun olmak şartı ile üretici firma tarafından belirlenen değerlerin altına düşmemelidir. Bakım ve onarım için brülörün revizyon ihtiyacının olması durumunda yer değiştirme imkânını verecek yeterli alanlar mevcut olmalıdır. Kazan dairelerinde yakıt tankı veya depoları bulunmamalıdır. Kazan dairesi kapıları yanmaz malzemeden olmalı ve dışarıya açılacak şekilde yapılmalıdır. Olası tehlikeler karşısında kazan dairesi dışına kazan dairesinin tüm elektriğinin kesilmesini sağlayacak bir ilave tesisat yapılmalıdır. Kazan dairesine emniyet kuralları ve cihazların kullanım talimatları asılmalı, acil durumlarda başvurulması gereken birimler müşteriye sunulmalıdır. Kazan dairelerinde elektrik jeneratörleri bulunmamalıdır.
Elektrik Tesisatı
Kazan dairelerine bulunan cihazların elektrik enerjisinin sağlayan elektrik panosu etanj tipi veya patlama ve kıvılcımlara karşı dayanıklı olmalı, kumanda bölümü pano kapağına monte edilmeli, kapak açılmadan butonlarla açma ve kapama yapılabilmelidir. Elektrik dağıtım panosunun kazan dairesi dışında olması durumunda pano ve aksesuarlarının patlama ve kıvılcımlara dayanıklı olma şartı yoktur. Brülör kumanda panosu aynı şekilde etanj tipi veya patlama ve kıvılcımlara karşı dayanıklı olmalı, ana kumanda panosundan rahatça ayırt edilebilecek bir şekilde ve brülöre yakın bir yerde olmalıdır. Bağlantı kabloları fleksible kablo ile yapılmalıdır.
12
Aydınlatma tavandan en az yarım metre aşağıya sarkacak biçimde veya üst havalandırma seviyesinin altında kalacak şekilde yine etanj tipi exproof flouresan özellikte olmalıdır. Olası tehlikelere karşı kazan dairesine girmeden dışarıdan kumanda edebilecek şekilde tüm elektriğin kesilmesini sağlayacak tesisat yapılmalıdır.
Tesisat
Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu veya servis kutusu çıkışından itibaren sayaç haricinde, mülkiyeti müşteriye ait olan ve müşteri tarafından yaptırılan; boru hattı, teçhizatı, tüketim cihazları, atık gaz çıkış borusu, baca ve havalandırma sistemleri gibi tesisatın tümüdür. Dağıtım hattı, düşey kolon hattı, tüketim, ayrım ve cihaz bağlantı hatları toplamından meydana gelir [43].
Sayaç
Faturalama işlemi için okuma yapan aletlerdir. Müşterilerin doğalgaz tüketim miktarını belirleyen ölçü aletidir. Gaz arzının eksiksiz ve güvenli sağlanabilmesi açısından tüm ölçüm sistemlerinin çalışır durumda olması gerekir. Sayaçların yerleşimi ISO 9951 standardına uygun olmalıdır. Sayaçlar üzerinde standart basınç şartını 1.01325 bar ve sıcaklık şartını 15˚C esas alarak basınç, sıcaklık ve sıkıştırılabilirlik faktörüne göre bir hacim düzeltici (korrektör) mevcuttur. Endüstriyel tesislerde 300 mbar üzerinde basınçla çalışan tesislerde korrektör bulundurulması zorunludur. Üç tipi vardır.
Körüklü Sayaç (Diyaframlı) (TS 5910 EN 1359)
İçerisindeki körükler vasıtasıyla pozitif yer değiştirmeli diyafram ile doğal gazın hacmini ölçen cihazlardır. Bu sayaç tipi herhangi bir bakıma ihtiyaç duymaz. Sayaç üzerinde üretimi yapan firma, sayaç numarası, üretim tarihi, sayaç sınıfı, maksimum ve minimum debi, maksimum işletme basıncı gibi teknik bilgiler yer alır.
Rotary Sayaç (Döner Deplasmanlı) (TS EN 12480)
Rotary sayaçlar iç içe geçmiş sekiz şeklindeki iki adet çarkın, ölçüm odası içinde serbest olarak dönmesi esnasında, belli hacimde gazın hapsedilip bırakılması esasına göre ölçüm yapabilen cihazlardır. Bu tip sayaçlardan önce hat üzerine filtre konulmalıdır.
13 Türbin Sayaç (TS 5477 EN 12261)
Türbin sayaçlar, doğal gazın kanatçıklı türbin rotorunu döndürmesi ile rotorun dönüş sayısının sayılması mantığı ile ölçüm yapabilen cihazlardır. Türbin çarkının devir sayısı, sayaçtan geçen doğal gazın hacmi ile doğru orantılıdır. Bu tip sayaçlardan önce hat üzerine filtre konulmalıdır.
Kazan
Kullandığı katı, sıvı ve gaz yakıtlarda genellikle ısınma veya proses amaçlı sıcak su veya buharı üreten, ayrıca bazı durumlarda da kullanım amaçlı sıcak su temin eden cihazlardır. Yakıtın yanması sonucu açığa çıkan yüksek sıcaklıktaki gazların yüksek ısıya dayanıklı duman borularının içinden geçirilmesiyle boruların çevresindeki suyu buharlaştırma ve bu ısıyı ihtiyaç duyulan yere gönderme prensibiyle çalışır.
Üst Isıl Değer (Ho)
Belirli bir sıcaklık derecesinde bulunan 1 m3 gazın tam yanması için gerekli minimum
hava ile karıştırılarak herhangi bir ısı kaybı olmadan yakılması ve yanma sonrasında yanma ürünlerinin karışımdaki su buharı yoğuşturularak başlangıç sıcaklığına kadar soğutulması sonucu açığa çıkan ısı miktarıdır. Birimi kcal/m3’dür.
Alt Isıl Değer (Hu)
Belirli bir sıcaklık derecesinde bulunan 1 m3 gazın tam yanması için gerekli minimum
hava ile karıştırılarak herhangi bir ısı kaybı olmadan yakılması ve yanma sonrasında yanma ürünlerinin karışımdaki su buharı yoğuşturulmadan başlangıç sıcaklığına kadar soğutulması sonucu açığa çıkan ısı miktarıdır. Birimi kcal/m3’dür.
Tesisat Elemanları ve Standartları
Doğal gaz tesisatında standardı olmayan hiçbir ürün kullanılmaz. Kullanılacak boru, bağlantı elemanları ve sayaçlar ilgili standartlara uygun olarak imal edilirler;
Çelik borular (TS 6047, ISO 3183, EN 10208)
Kaynak ağızlı çelik bağlantı elemanı (TS 2649, ISO/R 64-221, DIN
1681.1629.1745)
Dişli bağlantı elemanı (TS 11, EN 10242)
14
PE bağlantı elemanı (TS 6270, EN 1555-3,4)
Küresel vana (TS EN 331, TS 9809, ISO 7121)
Flanşlar (TS ISO 7005-1)
Dikişsiz bakır borular (TS 9872, EN 1057)
Esnek çelik borular (TS 10670, TS 10878)
Gaz sayaçları (TS 5910, EN 1359, TS EN 12480, EN 12261)
Filtreler (TS 10276, TS 11672)
Regülatörler (TS 10624, TS EN 88, TS 11390, EN 334)
Manometre (TS EN 837)
Selenoid valf (TSEK UBM-M-01/14.02.2006)
Relief valf (TS 11655, DIN 3381)
Conta malzemeleri (TS EN 751-2)
Sızdırmazlık sıvıları (TS EN 751-1-2-3)
Doğal gaz sızdırmazlık macunu (TS 10944, ISO 7483)
Deprem vanaları (TS 12884)
Gaz basınç prosestatları (TS EN 1854)
Test nipeli (TS 11 EN 10242)
15 3. MATERYAL VE METOD
Projelendirmeyle ilgili genel tanımlamalar, projelendirme esasları ve termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarının sisteme uygulanmasıyla enerji ve ekserji verimliliğinin tespiti aşağıda ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır.
3.1. Projelendirme Esasları
3.1.1. RMS-X Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonlarının Giriş ve Çıkış Çap Hesabı
Basınç düşürme ve ölçüm istasyonları, ana hattan ve bölge istasyonlarından orta basınçta gelen gazı ihtiyaç duyulan basınca düşürmek ve faturalama amaçlı ölçüm yapmak üzere kurulur. Bu istasyonlar, iki adet basınç düşürme istasyonundan oluşur. İstasyonlardan birinde arıza olması durumunda otomatik olarak diğer istasyon devreye girer. Basınç düşürme ve ölçüm istasyonları giriş basınçlarına göre A, B, C tipi olmak üzere üçe ayrılır. Basınç düşümü ve ölçüm yapan istasyonlar ’’RMS’’, sadece basınç düşümü yapan ’’RS’’, sadece ölçüm yapan ‘’MS’’ olarak adlandırılır. (R: Regulating, M: Measuring, S: Station)
3.1.2. İstasyon Boru Çapı Hesabı
Tüm istasyon tiplerinde boru çapı hesabı aşağıdaki formülle yapılır.
D = 18,82 × [ Q / (V × Pm) ]1/2 (3.1)
Not: İstasyon giriş çapı çelik hatlar için DN50’den küçük alınmaz. İstasyon giriş ve çıkışında çap seçiminde doğal gaz akış hızı,
Minimum giriş basıncı ve maksimum doğalgaz akış debisinde; A Tipi istasyonlarda 20 m/s’yi
B Tipi istasyonlarda 20 m/s’yi
C Tipi istasyonlarda 25 m/s’yi geçmeyecek şekilde giriş çapı seçilir. Minimum çıkış basıncı ve maksimum doğalgaz akış debisinde;
A Tipi istasyonlarda 20 m/s’yi B Tipi istasyonlarda 20 m/s’yi
C Tipi istasyonlarda 25 m/s’yi geçmeyecek şekilde giriş çapı seçilir. Şekil 3.1’deki gibi ifade edilir.
16
Şekil 3.1. A, B ve C tipi istasyonların hız ve basınç sınırları
3.1.3. Regülatör Seçimi
Gaz regülatörü yüksek basınçta tesisattan gelen doğal gazın istenilen ve sabit bir basınçla yanma başlığına yollanmasını sağlar. Yani tesisattan gelen basıncı tüketici cihazlarda istenilen yanma basıncına düşürür.
Regülatör seçimi, hattan geçen debi (Q) esas alınarak aşağıdaki formüle göre hesaplanır.
Q = K × Cg × Pm (3.2) K : Doğalgaz katsayısı (0,52)
3.1.4. Sayaç Kapasite ve Tiplerinin Belirlenmesi
Bir sayacın belirlenmesinde yakıcı cihazların tüketeceği maksimum ve minimum gaz debisi belirleyici olur. Eğer yakıcı cihazların tükettiği debi biliniyorsa sayaç numaratöründeki debiyi sıcaklık ve süper sıkıştırılabilirlik faktörünü ihmal ederek aşağıdaki denklemden bulunabilir.
Qtüketim = Pm × Qsayaç (3.3) Sayaç seçimi hattan geçen debiden büyük, en küçük değer esas alınarak Tablo 3.1’e göre seçilir.
17
Tablo 3.1. Sayaç seçim tablosu Sayaç Sınıfı Sayaç Tipi Qmax (m3/h) (21 mbar) Qmax (m3/h) (300 mbar) Körüklü Min. Debi Rotary Min. Debi Türbin Min. Debi G4 Körüklü 6 7,8 0,05 G6 Körüklü 10 13 0,08 G10 Körüklü 16 20,8 0,13 G16 Körüklü veya Rotary 25 32,5 0,21 1,2 G25 Körüklü veya Rotary 40 52 0,33 2
G40 Rotary veya Türbin 65 84,5 3 3
G65 Rotary veya Türbin 100 130 5 5
G100 Rotary veya Türbin 160 208 8 8
G160 Rotary veya Türbin 250 325 13 13
G250 Rotary veya Türbin 400 520 20 20
G400 Rotary veya Türbin 650 845 32 32
G650 Rotary veya Türbin 1000 1300 50
G1000 Rotary veya Türbin 1600 2080 80
G1600 Rotary veya Türbin 2500 3250 125
G2500 Rotary veya Türbin 4000 5200
3.1.5. Kazan Hattı Analizi ve Hesaplamaları Boru Çap Hesabı ve Seçimi
Kazan hattı için boru çapı hesabı denklem (3.1)’e göre yapılır. Yapılan hesaplama sonucu tespit edilen çap değeri, boru iç çapıdır. Boru çapı seçimi de Tablo 3.2.’den boru iç çapı sütunu referans alınarak tayin edilir.
18
Tablo 3.2. Boru anma çaplarına göre boru iç çapı tablosu
Anma Çapı (mm) Dış Çap (mm) Cidar Kalınlığı (mm) İç Çap (mm)
1/2 ’’ DN15 21,30 2,80 15,70 3/4 ’’ DN20 26,90 2,90 20,90 1’’ DN25 33,70 3,40 26,60 1 ¼’’ DN32 42,40 3,60 35,20 1 ½’’ DN40 48,30 3,70 40,90 2’’ DN50 60,30 3,90 52,50 2 ½’’ DN65 73,00 5,20 62,60 3’’ DN80 88,90 5,50 77,90 4’’ DN100 114,30 6,00 102,30 5’’ DN125 141,00 6,60 127,80 6’’ DN150 168,30 7,10 154,10 8’’ DN200 219,10 8,18 202,74 10’’ DN250 273,00 9,27 254,46
Eşdeğer Boru Uzunluğu Hesabı
Eş değer boru uzunluk hesabı hatlarda giriş çıkış basıncı ve hız hesabında kullanılır ve formül (3.5)’deki gibi formülize edilir.
Leş = Lx + Lyerel (3.4) Lyerel = Seçilen hattaki elemanların Tablo 3.3 kullanılarak hesaplanan değerler toplamı
Boru çapına göre yerel elemanların eşdeğer boru uzunlukları (Lyerel) aşağıdaki tablodan bulunur.
Tablo 3.3. Boru çapına göre yerel elemanların eşdeğer boru uzunlukları Boru Çapı
(DN)
Dirsek (m) Te (m) Redüksiyon (m) Küresel Vana (m)
25 0,5 0,5 0,5 0,6 32 1 1 1 1 40 1,2 1,2 1,2 1,2 50 2 2 2 2 65 2 2 2 2 80 2 2 2 2 100 2,5 2,5 2,5 2,5 125 3 3 3 5 150 3 3 3 5 200 3 3 3 5
Basınç Kaybı Hesabı
50 mbar ve daha düşük basınçlı sistemlerde tesisattaki farklı debi ve çaptaki her boruya farklı bir numara verilerek, tüm boruların ayrı ayrı toplam basınç kaybının bulunması gerekir. Doğalgazın boru içerisinde akışı sırasında; gazın boru cidarına
19
sürtünmesinden kaynaklanan düz boru sürtünme basınç kaybı, vana, dirsek vb. elemanlardan kaynaklanan özel direnç basınç kaybı ve yükseklik farkından kaynaklanan basınç kazancı veya kaybı vardır. Bu kayıp ve kazançlar denklem (3.5)’da belirtildiği gibi bulunur.
PT = PR + PZ + PH (3.5)
Düz Boru Sürtünme Basınç Kaybı (PR)
Doğalgazın boru cidarına sürtünmesinden kaynaklanan basınç kaybıdır aşağıdaki formül ile hesaplanır,
PR = rb × L (3.6)
Özel Direnç Basınç Kaybı (PZ)
Doğalgaz boru tesisatında redüksiyon, dirsek, te, vana vb. yerel elemanların kullanılmasından kaynaklanan basınç kaybı aşağıdaki formül ile hesaplanır,
PZ = 3,97 × 10-3 × ∑V2 ×ξ (3.7)
∑ξ, Fittings kayıp katsayısı olup Tablo 3.3’den alınan değerlerle Tablo 3.4’ün doldurulmasıyla hesaplanır. PZ değeri 6 m/s hıza kadar EK 2’den bakılabilir.
20
Tablo 3.4. Yerel kayıp katsayıları (ξ değerleri) tespit tablosu
ξ Değerleri Tespit Tablosu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dirsek 0,4 Redüksiyon 0,5 Te (düz geçiş) 0,0 Te (kol ayrımı) 1,3 Te (karşıt akım) 1,5 Haç (düz geçiş) 0,0 Haç (kol ayrımı) 1,3 Vana (küresel) 0,5 TOPLAM
Yükseklik Farkı Basınç Kaybı/Kazancı (PH)
Yükseklik farkından kaynaklanan basın kaybı veya kazancı;
PH = ΔH × (-0,049) (3.8) ΔH, Borunun başlangıcı ile bitişi arasındaki kot farkı (m) olup, ΔH ifadesi yukarı çıkan borular için pozitif (+), aşağı inen borular için negatif (-) olarak alınır.
R ve V değerleri gaz debisi esas alınarak EK1’de ki tablo yardımıyla bulunur. Eğer doğalgaz debisi 31 m3/h’ den büyükse R ve V değeri için aşağıdaki denklemler kullanılır.
P2 = P1 – (13,92 × Q1,82 / D4,82) (3.9) R = (P1 - P2) × 1000 (3.10) V = 353,677 × Q / (D2 × P2) (3.11) P1 : Giriş basıncı (mutlak), [bar]
P2 : Çıkış basıncı (mutlak), [bar]
50 mbar üstü basınçlı sistemlerde;
P12 – P22 = 29,160 × Leş × Q1,82 / D4,82 (3.12) Hız ifadesi verilen denklem ile hesaplanarak aşağıdaki kontroller yapılır.
V ≤15 m/s (Konutlarda) V ≤ 25 m/s (Sanayide)
Evsel regülatörün sayaçtan sonra tesis edildiği durumlarda; gaz teslim noktası ile sayaç arasındaki hat üzerinde oluşabilecek basınç kaybı en fazla 21 mbar olmalıdır. Bunun dışındaki hatlar için yerel kayıplar göz önüne alınmaksızın sadece seçilen çaplara göre hız kontrolü yapılır.
21 Kazan Hattı Debi Hesabı
Eğer varsa mutfak hattı haricindeki kazan dairesine giden hatlardaki debi hesabı formül (3.13)’e göre yapılır.
Q = Ckazan / Hu ×η (3.13)
3.1.6. Mutfak Hattı Analizi ve Hesaplamaları
Basınç
Endüstri ve sanayi tesislerinde mutfak ünitelerine giriş basıncı maksimum 50 mbar olup, hat basıncının bina dışında bu değere düşürülmesi zorunludur. Dolayısıyla cihazların maksimum yakma basınçları 50 mbar’ı geçmeyecektir. Ancak tesiste 21-50 mbar arasında çalışan cihaz varsa projelendirme 50 mbar basınca göre yapılır.
Sistem basıncından cihazların çalışma basıncına düşme shut-off’lu regülatörlerle yapılmalıdır. Bina dışında uygun bir yere koyulacak olan regülatör grupları ile cihazlar arasındaki mesafe minimum 3 m olmalıdır.
Debi Hesabı
Debi hesabında tesisatta bulunan cihazların bek çapına göre ocak kapasiteleri Tablo 3.5.’e göre seçilir.
Tablo 3.5. Bek çapına göre ocak kapasiteleri
Sıra No Çap (cm) Kcal/h m3/h
1 12 10500 1,27 2 16 13500 1,64 3 18 15000 1,82 4 23 16000 1,94 5 25 17500 2,12 6 25+16 31000 3,76
22 Mutfak Cihazları Kapasite Değerleri
Projede mevcut olan bütün mutfak cihazlarının tüketim kapasite değerleri Tablo 3.6.ve Tablo 3.7.’ye göre seçilir.
Tablo 3.6. Mutfak cihazları kapasite değerleri 1
Cihaz Kcal/h m3/h
Kuzine altı fırın 8000 0,97
Gıda fırını 20000 2,4
Benmari (1m için) 4000 0,5
Boru bek (1m için) 7000 0,85
Radyant cihazlar (1 göz) 4000 0,48
Tablo 3.7. Mutfak cihazları kapasite değerleri 2
Cihaz Kcal/h m3/h Ocak Fırın ve 4 Bekli 1,6 Kombi 20000 2,5 Şofben 16400 2,2 Soba 5300 1,2 Uygunluk Kontrolü
Boru çapı hesap çizelgesinde mutfak tesisatı için hesaplanan toplam basınç kaybı
bölümünde, her cihaz için kendi hatları üzerindeki toplam basınç kaybını toplamının (Sistem basıncı – Cihaz çalışma basıncı) değerinden küçük olmasıyla uygunluk sağlanır. Boru çapı hesaplama tablosu Tablo 3.8.’de verilmiştir.
Tablo 3.8. Boru çapı hesaplama tablosu Tesisat No Q (m3/h) L (m) DN (mm) V (m/s) R (mbar/m) PR ξ PZ h PH PT
23 3.1.7. Kazan Dairesi Havalandırması
Yakıcı cihazların bulunduğu kapalı mahallerde hem yanma olayının gerçekleşmesi için gereken hava temini hem de olası bir gaz kaçağı olması durumunda gazın tehlike arz edecek kadar birikim yapmasının önlenmesi ve bu kaçağın dışarıya tahliyesi amacıyla doğal ya da mekanik yöntemlerle havalandırma yapılır. Havalandırma kanalları ve menfezler muhtemel gaz birikiminin olabileceği yerlere, ölü noktalara ve mahalin yarı yüksekliğinin üzerine konulur.
3.1.7.1. Doğal Havalandırma
Doğal havalandırma hava giriş ve çıkışı için açılacak olan havalandırma açıklıkları alt ve üst seviyede olmak üzere iki bölümde yapılır.
Alt Havalandırma
1000 kW’ ın altındaki kapasiteler için alt havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
SA = F × a × 2,25 × (∑Cbr + 70) × 10-4 (3.14)
F : Menfezin geometrisine bağlı katsayı
F=1 : Dikdörtgen menfez (Uzun kenarı, kısa kenarının 1,5 katından fazla
olmayan)
F=1,1 : Dikdörtgen menfez (Uzun kenarı, kısa kenarının 5 katına kadar olan)
F=1,25 : Dikdörtgen menfez (Uzun kenarı, kısa kenarının 10 katına kadar olan)
F=1 : Dairesel
a : Menfezin ızgara katsayısı (Izgarasız a=1, ızgaralı a=1,2)
1000 kW’ın üzerindeki kapasiteler için alt havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
SA = ∑Cbr /3600 (3.15)
Üst Havalandırma
Üst havalandırma kesit alanı ve brülör kapasite hesabı bütün sistemler için aşağıda verildiği gibi formülize edilmiştir.
SÜ = SA × 0,6 (3.16) Cbr = Ckazan / η (3.17)
24 3.1.7.2. Mekanik (Cebri) Havalandırma
Mekanik havalandırma hesabı brülör tipi ve kapasitesine göre yapılır. Mekanik havalandırma formülünde kullanılan kanalda hava hızı değeri olan ’’v’’ değeri 5 – 10 m/s arası alınır.
Üflemeli Brülörler İçin
Alt havalandırma debisi ve alt havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
Valt,hava = Cbr × 1,184 × 3,6 (m3/h) (3.18) SA = Valt,hava / (3600×v) (m2) (3.19)
Üst havalandırma debisi ve üst havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
Vüst,hava = Cbr × 0,781 × 3,6 (m3/h) (3.20) SÜ = Vüst,hava / (3600 × v) (m2) (3.21)
Atmosferik Brülörler İçin
Alt havalandırma debisi ve alt havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
Valt,hava = Cbr × 1,304 × 3,6 (m3/h) (3.22) SA = Valt hava / (3600 × v) (m2) (3.23)
Üst havalandırma debisi ve üst havalandırma kesit alanı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir;
Vüst,hava = Cbr × 0,709 × 3,6 (m3/h) (3.24) SÜ = Vüst,hava / (3600 × v) (m2) (3.25)
3.1.8. Kompansatör Seçimi
Mevsimsel ısı değişiklikleri ve ortama bağlı olarak oluşabilecek ısıl genleşmelere karşı boruda oluşabilecek uzama ve büzülmeleri karşılamak amacı ile gerekli hallerde genleşme bağlantısı yapılmalıdır. Yaklaşık olarak 75 m olan borularda kompansatör hesabı yapılır. Uzama miktarı hesabında kullanılan α değeri borunun karakteristik uzama katsayısıdır.
25
ΔL = L × α × ΔT (3.26a) ΔL = L × α × (T1 – T2) (3.26b)
Mevsimsel ısıl değişiklikler için,
T1 : 35 ˚C
T2 : -10 ˚C
α : 1,18 × 10-5 (m/m˚C) alınmalıdır.
ΔL ≤ 40 mm olmalıdır. ΔL > 40 mm olması durumunda borunun uzama ve büzülmesini karşılamak üzere genleşme bağlantısı konulmalıdır.
3.2. Enerji ve Ekserji Analizi
Termodinamiğin birinci kanunu, enerjinin bir formdan diğerine dönüşebileceğini, bir sistemden başka bir sisteme transfer edilebileceğini fakat bu dönüşüm ve transferler sırasında toplam enerjinin sabit kalacağını belirtir. Enerjinin farklı formalara dönüşümünün mümkün olduğunu fakat yok olmayacağını belirten birinci kanun deneysel gözlemlere dayanır ve enerjinin korunumu diye ifade edilir. En genel ifadesiyle, sistemle çevrenin etkileşimi sırasında, sistem tarafından kazanılan enerji, çevre tarafından kaybedilen enerjiye eşit olmak zorundadır şeklinde tanımlanabilir.
Sürekli akışlı sürekli açık bir sistem olan buhar kazanı için, I sisteme aktarılan ısı miktarı, W sistemde üretilen iş, m kütlesel debi, h entalpi olmak üzere ç indisi çıkan ürün, g indisi de giren ürünleri ifade etmektedir. Bu bağlamda termodinamiğin birinci yasası yani enerjinin korunumu ilkesi, kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilerek aşağıdaki gibi yazılır.
I – W = ∑mç ×hç – ∑mg×hg (3.27)
Kapalı çevrimlerde termik verim; elde edilen net işin verilen ısıya oranı olduğunu, açık çevrimlerde ise elde edilen net işin ideal şartlarda elde edilebilecek tersinir işe oranı olduğu vurgulanmıştır.
Isıl verim; buhar kazanından kazanılan faydalı ısı miktarının, tüketilen yakıtın yanma entalpisine oranlanması ile aşağıdaki formül ile belirlenir.
26
ηısıl = [mbuhar × (hbuhar – hbes,su)] / Hyakıt,top (3.28) Isıl güç ve anma ısı gücü olarakta bilinen toplam yakıt entalpisi hesabı ise; birim zamanda tüketilen yakıt miktarı ile yakıt alt ısıl değeri çarpımıdır ve aşağıdaki formül ile hesaplanır.
Hyakıt,top = Yakıt Tüketimi × Hu (3.29) Termodinamiğin birinci kanunu çerçevesinde sisteme uygulanan analiz enerjinin niceliğini tespit etmek için yapılır ve enerji analizi olarak adlandırılır, termodinamiğin ikinci kanunu çerçevesinde sisteme uygulanan analiz ise enerjinin niteliğini tespit etmek ve hesaplama ve boyutlandırma işlemlerini buna göre yapmak için yapılır ve ekserji analizi olarak bilinmektedir. Tüm bu hesaplamalarda temel amaç yüksek verim elde etmektir ve buna bağlı olarak kullanılan yakıtın istenilen enerjiye en yüksek oranda çevrilmesi amaçlanır. Bilindiği üzere yakıttan elde edilen enerjinin tamamını istediğimiz iş yapabilme yetkisi olan enerjiye dönüştürmek imkansızdır. Bu nedenle sistemde meydana gelen tersinmezliklerin tespit edilmesi gerekir. Bahsi geçen enerji ve ekserji analizleri ile de bu tersinmezliklerin neden olduğu yerler tespit edilir ve bu şekilde sonuca ulaşılır.
Ayrıca termodinamiğin birinci kanunu enerjinin nicelik analizini yapıp, enerjinin bir formdan diğerine dönüşümü sırasındaki değişimleri inceler ve yorumlar. Nicelik olarak eşit fakat form ve kaynak olarak farklı enerjiler arasında ayrım gözetmez. Termodinamiğin ikinci kanunu ise enerjinin niteliğini, iş yapabilme kapasitesini ve bir hal değişimi sırasında bu niteliğin negatif yönde nasıl azaldığını hesaplamak çeşitli yöntemler ortaya koyar.
Buhar ile yapılan endüstriyel ısıtma sistemlerine yapılan enerji ve ekserji analizleri sonucu buhar üretimi ve bu buharın kullanımı incelenmiş, bu inceleme ve analizler sonucu buharın ısıtmadan ziyade elektrik üretiminde kullanılmasının daha verimli olduğu ortaya koyulmuştur. Bu sonucun elde edilmesinde en büyük pay sisteme uygulanan enerji ve ekserji analizleridir [44].
Akışkanlarda ekserji analizi için; maddenin manyetik, elektrik ve nükleer enerjileri ve yüzey gerilimleri ihmal edilerek ekserjiyi kinetik, potansiyel, kimyasal ve fiziksel ekserji olarak dört kısma ayrılabilir ve aşağıdaki formülle gösterilebilir.
27
Hareketsiz olan sistemlerde de potansiyel ve kinetik ekserjiler sıfır olarak kabul edilir ve toplan ekserji fiziksel ve kimyasal ekserjilerin toplamına eşit olur [45].
EX =EX,F + EX,C (3.31)
Enerji ve ekserji karşılaştırması Tablo 3.9.’da verilmiştir.
Tablo 3.9. Enerji ve ekserji karşılaştırma tablosu [46].
Enerji Ekserji
Dayanağı Termodinamiğin Ι. Kanunudur. Dayanağı Termodinamiğin ΙΙ. Kanunudur. Niceliğin bir ölçüsüdür. Nitelik ve kalitenin bir ölçüsüdür.
Daima sabittir, yokdan var yada vardan yok edilemez.
Tersinir işlemlerde toplamı sabittir, tersinmez işlemlerde ise sürekli azalır.
Yalnızca madde ve enerji giriş çıkışına bağlıdır, çevresel şartlardan bağımsızdır.
Madde ve enerji parametrelerinin bağlılığının yanı sıra çevresel şartlara da bağımlıdır. Hareket veya hareket üretme özelliğine sahiptir. İş veya iş üretme özelliğine sahiptir.
3.2.1. Enerji ve Ekserji Verimliliği
Enerji ve ekserji verimliliği bu alandaki bütün sistemlere uygulanan analizler için en genel haliyle aşağıdaki gibi ifade edilir. Birinci kanun veya enerji verimi genel anlamda kazandan elde edilen iş yapabilir iş miktarının, tüketilen yakıtın entalpisine oranıdır. İkinci kanun veya ekserji verimi ise kullanılabilir maksimum enerji kavramının yorumlanması ile mevcut toplam enerjiden en fazla yararlanma oranı olarak kullanılır. Verimi ise çıkan ekserjinin girenlere oranı olarak ifade edilebilir. Kayıp ekserji ise tersinmezliğe eşittir, yani sisteme giren toplam ekserji çıkan enerji ile tersizmezlik miktarının toplamına eşit demektir.
η = Ürün Enerjisi / Toplan Giren Enerji (3.32) Ψ = Ürün Ekserjisi / Toplam Giren Ekserji (3.33)
28
4. ELAZIĞ MOBİLYA FABRİKASI DOĞAL GAZ DÖNÜŞÜM
PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ VE PROJELENDİRMESİ
ZetaCad programında çizilen, izometrisi ve üstten görünüşü sırasıyla Şekil 4.1 ve Şekil 4.2’de verilen proje için, istasyon giriş ve çıkış çapları hesaplanmıştır. Sayaç kapasiteleri ve tipleri belirlenmiştir. Kazan hattı boru çapı, eşdeğer boru uzunluğu, basınç kayıpları ve hız hesapları yapılarak uygunluk kontrolü yapılmıştır. Mutfak hattı boru çapı, basınç kayıpları ve hız hesapları yapılmıştır. Kazan dairesi alt ve üst havalandırma menfezleri mekanik olarak havalandırmaya göre 2 adet eşdeğer kanal kullanılarak hesaplanmıştır. Tesisatta ısıl genleşmeden dolayı kompansatör ihtiyacı olup olmadığı belirlenmiş olup, ihtiyaç olması durumunda olası uzama miktarı ve yapılması gerekenler belirtilerek projelendirme aşamaları anlatılmıştır.
Seçilen doğal gaz şebeke hattı 12-19 bar ile RS-B basınç düşürme istasyonuna oradan da 1 bar basınç ile yer altından 140 m hat uzunluğundan sonra servis kutusuna bağlanmıştır. Ayrıca kazan dairesi sayacında korrektör olduğu ve mutfak cihazlarının çalışma basıncının minimum 40 mbar olduğu kabul edilmiştir.
4.1. Debi Hesabı
4.1.1. Kazan Hattı Gaz Debi (QK) Hesabı
Kazan hattı toplam debi hesabı denklem (3.13)’e göre yapılarak birinci kazan ile ikinci
kazanın toplamı ile hesaplanır. QK,TOP = Ckazan / HU × η QK1 = 2850000 /8250 × 0,85 QK1 = 406,417 m3/h QK2 = 8000 × 860 / 8250 × 0,9 QK2 = 926,59 m3/h QK = QK1 + QK2 QK = 406,417 + 926,59 = 1333,02 m3/h
29
30
28 4.1.2. Mutfak Hattı Debi Hesabı ( QM )
Mutfak hattı debi hesabı izometrik şekil üzerinden; Dört Gözlü Bek dikkate alınarak Tablo 3.5’den
1 adet 12 mm’lik çaplı gözden 1,27 m3/h 1 adet 16 mm’lik çaplı gözden 1,64 m3/h 1 adet 18 mm’lik çaplı gözden 1,82 m3/h 1 adet 23 mm’lik çaplı gözden 1,82 m3/h 11 numaralı hat toplam Q11 = 6,67 m3/h Pasta (Gıda) Fırını dikkate alınarak Tablo 3.6’dan
2,4 m3/h
Radyan Döner Ocağı (3×1 gözlü) dikkate alınarak Tablo 3.6’dan 3 × 0,48 = 1,44 m3/h
12 numaralı hat toplam Q12 = 3,84 m3/h Q10 = Q11 + Q12
Q10 = 10,51 m3/h
Benmari (2 m) dikkate alınarak Tablo 3.6’dan 2 × 0,5 = 1 m3/h
13 numaralı hat toplam Q13 = 1 m3/h QM = Q9 = Q11 + Q12 + Q13 QM = 6,67 + 3,84 + 1 QM = 11,51 m3/h
29 4.2. Fabrika Kapasitesi
Mevcut fabrikada kapasite, kazan ve mutfak hatlarının toplamından meydana gelir. Buna göre,
QFAB = QK + QM QFAB = 1333,02 + 11,51
QFAB = 1344,53 m3/h
4.3. Çap Hesabı
İstasyon Giriş Çapı Hesabı
Pm = Pg + Patm Pm = 12 + 1 Pm = 13 bar
Giriş ve çıkış basıncı seçiminde verilen aralıktaki en küçük değer esas alınır. Doğal gaz akış hızı (V), Şekil 3.1’den alınır.
D = 18,82 × [ QFAB / ( V × Pm ) ] ½ D = 18,82 × [ 1344,53 / ( 20 × 13 ) ] ½ D = 42,79 mm
Boru çapı, Tablo 3.2’den iç çap sütunundan bulunan değerden büyük en küçük değer esas alınarak tespit edilir.
İstasyon giriş çapı DN50 olarak seçilir.
Not : İstasyon hatlarındaki çelik borularda, boru çapı minimum DN 50 olmalıdır.
İstasyon Çıkış Çapı Hesabı
Pm = Pişl + Patm (Pişl, 2 numaralı hat çıkış basıncı) Pm = 1 + 1
30
Pm = 1,3 bar
Doğal gaz akış hızı (V), Şekil 2.1’den alınır. D = 18,82 × [ QFAB / ( V × Pm ) ] ½ D = 18,82 × [ 1344,53 / ( 25 × 1,3 ) ] ½ D = 97,59 mm
Boru çapı, Tablo 3.2’den iç çap sütunundan bulunan değerden büyük en küçük değer esas alınarak tespit edilir.
İstasyon çıkış çapı DN100 olarak seçilir.
4.4. Sayaç Seçimi
Kazan Hattı Sayaç Seçimi
Sayaç seçimi,
Qsayaç = QK / Pmut
formülü ile hesaplanıp, Tablo 3.1’e göre seçimi yapılır.
Pm = Pişl + Patm (Pişl, 2 numaralı hat üzerindeki regülatörle 1 bardan, 300 mbara düşürülüyor.)
Pm = 0,3 + 1 Pm = 1,3 bar
Qsayaç = 1333,02 / 1,3 Qsayaç = 1025,4 m3/h
Tablo 3.1’e göre 300 mbar sütunundan bulunan değerden büyük en küçük değer esas alınarak tespit edilir.
