kervanticaret.comhasan gÜndoĞmuŞ, odtÜ/petrol, e-mail:[email protected] web :, 3 Ç ndek...

Hasan GÜNDOĞMUŞ, ODTÜ/Petrol, e-mail:[email protected] web :www.petroenerji.com, www.kervanticaret.com

1

Hasan GÜNDOπMU≈

DOπALGAZ DOπALGAZ DOπALGAZ DOπALGAZ

ÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMA TESSAT VE ENERJDETESSAT VE ENERJDETESSAT VE ENERJDETESSAT VE ENERJDE

KULLANIMIKULLANIMIKULLANIMIKULLANIMI


2

DOπALGAZ DOπALGAZ DOπALGAZ DOπALGAZ

ÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMAÜRETM ARITMA TA≈IMA TESSAT TESSAT TESSAT TESSAT VE ENERJDEVE ENERJDEVE ENERJDEVE ENERJDE

KULLANIMIKULLANIMIKULLANIMIKULLANIMI

K.Bakanlığı Yayın Kodu: 0276, ISBN: 975-95722-0-6 Not: Ticari maksatla, izinsiz kısmen veya tamamen çoğaltılıp, yayınlanamaz.


3

ÇNDEKLERÇNDEKLERÇNDEKLERÇNDEKLER

Sayfa I DOĞALGAZ: KAYNAĞI, FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ 8 1. Doğalgazı Tanıyalım

2. Temiz Yakıt ve Enerji Kaynağı Olarak Doğal Gaz . 3. Enerji Kaynaklarının Geleceği . 4. Doğalgazın Kökeni ve Oluşumu 5. Gazların Genel Özellikleri

II GAZ YASALARI VE TERMODİNAMİK 22 1. Genel Tanımlar ve Gaz Yasaları 2. Isıl Kapasite 3. Basınç–Hacım İşi 4. Termodinamiğin Birinci Yasası 5. Adiyabatik Proses 6. Kinetik Enerji Denklemi Ve Özgül Isı 7. Isıl Değerin Tespit Edilmesi 8. Doğalgazın Isıl Değerinin Hesaplanması 9. Viskozite Ve Akışa Etkisi

III DOĞALGAZ ÜRETİM VE ARITMA TESİSLERİ 73 1. Üretim İstasyonları

2. Kuyubaşı Kurulumu, Separatörler, Emniyet, Ölçüm 3. Serbest Su Ayırıcılar (FWNKD) 4. Separatörler Gaz Kapasitesi 5. Yüksek Basınçlı Separatörün Gaz Kapasitesi 6. Separatörler Sıvı Faz Kapasitesi

IV GAZ KURUTMA SİSTEMLERİ 85 1. Sistemin Tanıtımı 2. Filtreli Separatör 3. Kurutma Kuleleri 4. Tuz Banyolu Isıstıcı ve Yeniden Kazanım 5. TEG Sistemi 6. Slikajel Kurutma Sistemi

7. Kompresör Güç Hesabı


4

V BORU HATLARI 96

1. Akış Olayına Uygulanan Korunum Yasaları 2. Mekanik Enerji Denge Denklemi 3. Weymouth Gaz Akış Formülü

4. Pandhandle Akış Formülü 5. Metrik–Birim Sisteminde Akış Formülleri

6. Düşük basınç hatlarında kullanılacak formül 7. L/D: Boru Çapında Eşdeğer Uzunluk

8. Gaz Boru Hattı Tasarımı (Örnek) 9. Basınca Göre Hatların Sınıflandırılması 10. Boru Hatlarının Temizliği :Pig Atma Ve Pig Alma

VI BORU HATLARI TASARIMI VE BASINÇ DÜŞÜRME İSTASYONLARI 139 1. Tasarım Basıncı 2. Sıvı Taşıma Hatları Tasarım Basıncı 3. Gaz Taşıma Hatları Tasarım Basıncı 4. Gaz ve Sıvı Taşıma Hatları 5. Tasarım Sıcaklığı 6. Et Kalınlığı Sıra Numarası 7. Uygulanabilir Gerilim 8. Boruların Bükülebilme Yarı Çapları 9. Ulusal ve Uluslararası Standartlar 10. Boru Hattı Çapının Belirlenmesi 11. Sürtünme Basınç Kaybı 12. Ekonomik Çap 13. Uzunluk : L 14. Sivri Kuvvetlerin Etkin Olduğu Noktalar 15. Karışık Bağlantılı Hatlar

16. Hat Tasarımında İş Programı ve Malzeme Seçimi 17. Doğalgaz Hat Tasarıında Bilinmesi Gerekenler

18. PE Boruların Kullanılması 19. PE Borularda Aranan Özellikler

20. PE Boruların Döşenmesinde Dikkat Edilecek Hususlar 21. PE Borulama İşinde Dikkat Edilecek Hususlar

22. Deprem Olasılığının Göz önüne Alınması

VII ENSTRUMANTASYON 1. Emniyet Kontrol Vanası: EKV 2. Filtreler (F) 3. Basınç Düşürücüler

168


5

4. Regülatörler 5. Düz Geçiş Hatları (By Pass lines): 6. Pilot ve Hava Regülatörleri 7. Akış Ölçerler 8. Basınç Emniyet Vanaları

VIII DOĞALGAZ ARZ VE TALEP DENGESİ VE GAZ STOKLAMA TESISLERİ 182

1. Doğal Gaz Tüketiminde Dalgalanmalar 2. Boru Hatlarının Gaz Stoklanması Amacıyla Kullanılması 3. Eski Gaz üretim Kuyularının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması

4. Su Rezervuarlarının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması 5. Tuz Mağaralarının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması 6. Sıvılaştırılmış Doğal Gazın Depolanması 7. Sıvılaştırılmış doğalgazın Taşınması

IX YAKITLAR VE KARŞILAŞTIRILMASI 215 1. Katı Yakıtlar

2. Sıvı Yakıtlar 3. Gaz Yakıtlar 4. Doğalgazın Hammadde Olarak Sanayide Kullanılması 5. Doğalgazın Başka Kullanım Alanları 6. Doğal Gaz ile Başka Yakıtların Karşılaştırılması 7. Doğalgaza Geçişte Göz Önünde Bulundurulacak Hususlar 8. Isıtma Sistemleri ve Seçenekler 9. Solunabilir Hava (Hava Standartları)

X DOĞALGAZLI KALORİFER KAZANLARI 234

1. Yapıları Ve Çeşitleri 2. Yakıtlarına Göre Kazanlar

3. Yakıt Çeşidine Göre Karşılaştırma

4. Konvektif Isı İletimi 5. Işınım Yoluyla Isı Transferi

6. Isıtma Sistemlerinin Tasarımıyla ilgili TS'ler

7. Su Borulu Kazanlar 8. Kapasite Belirlemede Göz Önüne Alınacak Durumlar

9. Buhar Veya Sıcak Su Kazanlarının Ortak Tasarım Ölçütleri 10. Kazanlarda Verim

XI BRÜLÖR ÇEŞİTLERİ 250 1. Brülör Ve Çeşitleri

2. Brülörlerin Yapıları


6

3. Doğalgaz Brülörleri 4. Yakıt Basıncına Göre Brülörler

5. Fanlı Brülörler

6. Wobbe İndeksi 7. Sıvı Yakıtlı Kazanlarda Yapılacak Değişiklikler

XII YANMA OLAYI VE ISI POMPALARI 263

1. Yanma Olayı ve Hava/Yakıt Oranı 2. Yanma Hızı ve Alev Sıcaklığı 3. Isı Pompaları

XIII ISI TRANSFERİ 283 1. İletim Yoluyla Isı Transferi

2. Konvektif Isı İletimi 3. Işıma Yoluyla Isı İletimi 4. Termal Direnç, Genel Isı Transfer Katsayısı 5. Isı Değiştiriciler 6. Isı Değiştiriciler Tasarımında Logaritmik Ortalama Sıcaklık (LMTD)

Yöntemi 7. Kabuklaşma direnci (fouling)

XIV KONUT VE İŞ YERLERİNDE DOĞALGAZ PROJE VE TESİSAT 323 1. Sulu Isıtma Sistemleri Ve Uygulama Örnekleri 2. Isı Transfer Birimleri 3. Isı Transfer Birimlerinin Tasarımında Yapılan Kabuller 4. Sistemin Belirteçleri 5. Isı Transferinin Belirlenmesi 6. İçeri Sızan Havanın Isıtılması İçin Ek Isı 7. Isı Kayıplarının Hesaplanması 8. Doğal Gazlı Su Isıtıcıları 9. Doğalgazlı Birleşik Isıtıcılar (Kombiler) ve Kat Kaloriferleri 10. Kat Kalorifer Sistemi ve Isı Yalıtım Hesapları 11. Kombili Kat Kalorifer Projesi (Örnek) 12. Sıvıların Daldırılmış Yanmayla Isıtılması

XV

KOROZYON OLAYI VE MALZEME SEÇİMİ 368

1. Giriş 2. Korozyon Çeşitleri


7

3. Korozyon Oluş Biçimleri 4. Korozyon Olayı ile İlgili Özet Bilgiler 5. Sudaki Korozyonu Etkileyen Durumlar 6. Korozyon Hızının Belirlenmesi

XVI

EKLER 385

Ek-1 2003 VERİLERİNE GÖRE DÜNYA DOĞALGAZ KAYNAKLARI Ek-2 2003 VERİLERİNE GÖRE DOĞALGAZ TÜKETİMİ Ek 3- DOĞALGAZ HESAPLARIYLA İLGİLİ FORMÜLLER EK 4 - BAZI FİZİKSEL SABİT DEĞERLER EK 5- ALFABETİK BİRİM ÇEVİRME TABLOSU EK-6 MATEMATİKTEN SEÇMELER

KAYNAKLAR

439


8

I. BÖLÜM

DOĞALGAZIN KAYNAĞI, FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

1.1 Temiz Yakıt ve Enerji Kaynağı Olarak Doğal Gaz

Ankara, İstanbul, Bursa, İzmir gibi büyük şehirlerimizin 1970 ve 1980’ li yıllarında yaşayanlar, hava kirliliğinin ne kadar tehlikeli boyutlara ulaştığını anımsayacaklardır. Öyle ki, sabahları, ağaç altlarında kuş ölülerine bile rastlamak olasıydı. İnsanlar sokaklarda maskelerle dolaşır olmuştu.

Doğal gazlı yaşama, İstanbul, Ankara ve Bursa başta olmak üzere, Türkiye 1987’lerde geçti, o tarihten günümüze kadar, doğal gaz dağıtım işi hızla devam etti, hatta 2006’nın sonuna doğru kasaba ve köylere kadar hatlar çekildi, bu kapsamda, Konya, Kayseri, Erzurum ve civar iller, doğal gaza kavuştu. Günümüzde, Artvin,Şırnak, Hakkari ve ufak beldeler dışında doğalgaza kavuşmayan yerleşim yeri kalmamıştır diyebiliriz. Adı geçen bu illere de 2018 yılı içinde doğalgaz bağlanacağı yetkililerce ifade edilmiş olmaktadır.

Doğal gazın konutsal ısınmada kullanımı ile kazanılan yaşamsal iyileşmeler kısaca şöyle:

• Büyük şehirlerin kış aylarında görülen hava kirliliği tarihte kaldı,

• Ucuz ve konforlu bir ısıtma sistemi ile konutlar ısıtıldı,

• Teknolojiden yararlanılarak otomatik ısıtma sistemleri kuruldu,

• Kazan daireleri, kömürün tozundan, kurumundan kurtularak daha modern ve temiz hale geldi,

• Kapıcıların bilgi ve becerisine bağlı olarak çalıştırılan merkezi ısıtma sistemleri artık doğal gazla otomatik olarak çalışır hale getirildi,

• Isınmada, yakıt depolama gereksinimi ortadan kalktı,

• Önceden tüm kışlık yakıtı temin etme ve satın alma külfeti kalmadı,

• Doğal gazın havadan hafif olması nedeniyle kazan dairesi çatıya kurulabilmektedir,

• Doğal gaz kendi başına zehirli gaz değildir, ancak yanma artıkları, CO ve Nox’ler zehirlidir,

• Doğal gazın ancak hava ile olan belli orandaki karışımı patlayıcıdır. Kapalı bir yerdeki doğal gazın ortamdaki doğal gazın hava ile yaptığı karışım %5 ile %15 arasında olursa, patlayıcıdır, patlaması için de mutlaka kıvılcım çıkarıcı bir etmenin varolması gerekir.


9

• Merkezi ısıtmayı sağlayan akıllı, verimli otomatik kazanlar hem ufak, hem de yüksek ısı kapasitelidirler, o nedenle eski kömür ve fueloil kazanları gibi kaba ve büyük değillerdir.

Çağdaş yaşama uygun, kullanımı kolay olan doğal gaz, uygun standartlar uygulanmadan yapılan tesisatlarla çok tehlikeli ve öldürücü olabilir. Özellikle gaz sızıntısına olanak verebilecek bağlantı ve birleşmeler, standarda uygun malzeme ve işçilik kullanılarak yapılmalıdır.

1.2 Tükenebilir Enerji Kaynaklarının Geleceği

Enerji konusunda, bir zaman sonra dünyanın mutlaka bir krizle karşılaşacağı varsayımları, öngörüleri, hesapları geçmişte olduğu gibi günümüzde de yapılmaktadır. Bilim adamları, özellikle, bugünkü çağdaş dünyanın oluşumunda katkısı olan tükenebilen kaynakların nasıl olsa bir gün mutlaka bitiş noktasına geleceklerini düşünmektedirler. Gerçekten petrol, kömür, doğal gaz, madenler yeraltından çıkarılan ürünlerdir. Bunlar milyonlarca yıllık bir oluşumun sonucunda varolmuşlardır. Oysa gelişen dünyada, nüfus artmakta, buna paralel olarak gereksinimler artmakta, bilim ilerlemekte, daha çok teknoloji üretilmekte, giderek daha çok hammadde kullanılmaktadır. Böylece, daha çok petrol , kömür, doğal gaz, madenler üretilmekte ve tüketilmektedir. Bu tür kaynakların hızlı bir şekilde üretilmesi 100 yıl gibi kısa bir süreyi içermektedir. Bilim adamları, geleceği açıkça ifade etmek gerekirse, pek parlak görmemektedirler.

Bugün kullandığımız kömür, petrol ve doğal gaz gibi kaynakların yok olduğu bir dünyanın düşlenmesi bile ürkütücüdür. Ama, gerçek olan odur ki, her geçen gün bu kaynaklar azalmaktadır, bir sonraki kuşak belki son petrol ile son doğalgazı kullanan olacak ve daha şiddetli enerji savaşlarını yaşayacaktır.

Türkiye, etrafı petrol üreten komşularla, Suriye, Irak, İran ile çevrili olduğu halde, petrol ve doğalgaz kaynaklarına, komşuları kadar sahip değildir. Günlük toplam ham petrol ihtiyacı 600 bin varil dolayındadır, bunun 47 bin varili iç piyasadan, yaklaşık 34-35 bin varil/gün Tpao tarafından , 554 bin varili dış alımla karşılanmaktdır. Buna göre ülke enerji ihtiyacının %8 kadarı iç kaynaklardan karşılanmakta kalanı yurtdışından alınmaktdır.

Günümüz koşullarında, Ortadoğu’da patlayan enerji kaynaklı savaşlar, Rusya ve ABD’nin bölgeyi paylaşma pazarlıkları, Amerika’nın İran’a karşı iki de bir ortaya çıkan tehditkâr tavrı, , Hindistan ve Çin gibi büyüyen ve gelişen ekonomiler, Nijerya’da terör eylemleri nedeniyle petrol sahalarının emniyetle işletilememesi ve başka siyasi olaylar petrol fiyatını varil başına her ne kadar yukarı çekmemiş olsa da, 2018 sonuna doğru ham petrol fiyatının $80/varil olabileceği ifade edilmektedir.


10

Diğer yandan doğalgazın tüketimi tüm dünyada hızla artmaktadır. Türkiye’de son yıllarda ivmeli bir artış söz konusudur, yap işlet devret enerji santralleri doğalgazla elektrik üretmektedir. Doğalgazın fiyatı da petrol fiyatlarının artışına paralel olarak artmaktadır.

Dünya Enerji Konferansında (WEC:World Energy Conference) bilim adamları, gelecekte enerji kaynaklarının ne durumda olacağı hakkında öngörülerde bulunarak, "Enerji kaynaklarının oluşumu, ömrü ve sonunda çaresiz tükenişi” hakkında öngörülerde bulunmuşlardır. Buna göre, günümüzde, henüz fosil kaynaklı enerji kıtlığının yaşanmadığı, fakat 2030 ve sonralarında, fosil kaynaklı enerjinin keşfedilmiş sahalarda bitme noktasına geleceği, aramaların off-shore, kutuplar gibi bakir alanlara kayacağı bu nedenle üretim maliyetinin kat kat artacağı, bilinen fosil kaynaklı enerji sahalarını elde turtmak isteyen emperyal ülkeler arasında enerji savaşlarının devam edeceği öngörülmektedir. Bunun yanısıra, gelecekte, uzay keşifleri ve yeni enerji kaynaklarının bulunması gibi gelişmeler insanlık için umut olmaya devam edecektir.

Kaçınılmaz olarak tükenebilen enerji kaynaklarının içinde, kıtlığı görüleceklerden ilki hidrokarbonlar (HC) olacaktır. Bu durumdan ilkin herhalde, Batının Endüstrileşmiş dünyası etkilenecektir.

Şu soru akla gelebilir, "Acaba birgün Dünya son damla petrol ile son gram uranyum kalıntısıyla karşılaşacak mı?" Bilim insanları, o kadar karamsar olmak istemiyorlar. Dünyanın ekonomik sistemi, kendini yenileyecek ve yaşamaya devam edecek fakat daha pahalı bir yaşam ve gelecek içinde. Fakat, dünya, bugünün enerji ikliminin rüzgarları içinde geleceği hazırlayamaz, ekonomik davranmaz, alternatif enerji kaynaklarının bulunmasına yönelik değişik politikalar üretemezse, bugünkü bilgi sınırları içinde gelecek kuşakların karşılaşabileceği korkunç durumu göz önüne getirmek bile insanı ürkütmektedir.

Gelecekte enerji kıtlığı olacağı kesindir, bu yüzden, nüfusu daha da artmış olan dünyada enerji paylaşımı nedeniyle bitmeyen savaşlarla kaos yaşanacağı söylenebilir. Artık günümüzde olduğu gibi gelecekte de, savaşların görünür nedenleri ne olursa olsun, temel nedenleri dünya enerji kaynaklarının paylaşımı olacaktır. Sözgelimi Financial Times 18 Ocak 2003 sayısında, Irak savaşının nedenleri üzerinde durulurken, savaşın Orta Doğu Petrollerine sahip olmak amacıyla çıkartıldığı vurgulanmaktadır, bu gerçeği artık sıradan insanlar da bilmektedir.

Özellikle Avrupa ve ABD petrol kaynaklarının insan ömrüne göre çok kısa bir süre içinde tükeneceği varsayımı yapılmaktadır. Oysa İran’da 53 yıl, Suudi Arabistan’da 55 yıl, Birleşik Arap Emirlikleri’nde (BAE) 75 yıl, Kuveyt’te 116 yıl, ABD nin göz diktiği Irak’ta ise 250 yıldan daha uzun bir süre petrol üretiminin olabileceğine işaret edilmekte ve bu nedenle ABD nin Kitle İmha Silahlarını (KİS) bahane ederek Irak’a saldırdığı artık bilinen bir gerçektir. Bu


11

yolla Orta Doğu Petrollerini kontrol altına almayı hedeflemiştir. Çünkü günümüzde petrol krizi nedeniyle, bu bölgeler aç kurtlar sofrasına dönmüştür.

Diğer yandan, ABD, İngiliz, Alman kökenli dev şirketler yoluyla, enerji paylaşımı,

Kafkaslarda, Azerbaycan ve Gürcistan’da ve Orta Asya ‘da Kazakistan’ın bakir petrol yatakları üzerinde devam etmiş BP, Exxon Mobil, Chevron ve Texaco gibi ABD ve İngiliz kökenli petrol şirketleri, Azerbaycan, Kazakistan ve Irak, petrol üretim amaçlı büyük yatırımlar yapmışlardır.

Irak, petrol zenginliği bakımından dünyanın ikinci büyük ülkesidir ve dünya toplamının

% 11 ne sahip olduğu ifade edilmektedir. Ayrıca dünyanın bilinen doğal gaz kaynaklarının da % 2 sine sahiptir. Gelecekte de Irak’ın en önemli petrol ihraç eden ülkelerin başında olacağı sanılmaktadır. Üretimin 2,8 milyon varil/ gün den, yıllar içinde 6 milyon varil güne çıkacağı varsayılmaktadır. Ayrıca, kuyular oldukça sığdır, yani 600-700 m lerden, çok düşük sondaj masrafıyla açılan kuyulardan dünyanın en ekonomik petrolü üretilmektedir ve kuyu başı maliyet varil başına 1,5 dolar kadar, dünyanın başka bölgelerinde, kuyu başı maliyet 10 dolar düzeyinde olursa buna ekonomik gözüyle bakılır.

Şimdi bu konuda Hürriyet yazarlarından Enis Berberoğlu’nun, 31 Ekim 2004 tarihli

yazısına bakalım: “...... Carter Doktrini, dünya petrol bölgelerinin emniyeti açısından ABD askerinin

savaşacağını öngörür. Özetle, ABD petrol uğruna can vermeye/kan dökmeye hazır. Nihayet uyanan dev Çin, 75 milyar dolarlık ticaret fazlasıyla petrole derin açlık duyuyor. Dünya enerji piyasası bu rekabette 20 yıl sonrasını öngörmeye çalışıyor. Bu gün Çin’de kişi başına petrol tüketimi 1, 7 varil. Aynı rakam ABD de 28 varil, Japonya ve

Güney Kore’de 17 varil. Yani Çin’in on katı kadar. Türkiye’de kişi başına 1,2 varil düzeyinde. 3,6 milyar nüfusu barındıran Asya kıtasında petrol tüketimi, 295 milyon nüfuslu ABD’den

düşük ama bu böyle devam edebilir mi? İşte petrol fiyatlarının geleceği açısından kritik soru bu! Eğer Çin ve bugünkü petrol tüketimi kişi başına 1 varilden az olan Hint ekonomileri aynı

hızla büyüyeceği göz önüne alınırsa, talepleri tam ikiye katlanacak. Bu senaryodan petrol fiyatlarının yakın gelecekte tekrar sıçrama yapması işten bile

değildir.”

İçinde bulunduğumuz zaman içinde henüz petrol ve doğal gaz enerji kaynaklarının sona erdiği veya hemen sona ereceği paniği yaşanmazken bile dünya enerji kaynaklarına şimdiden sahip olmak için savaşlar yapılıyor ve bu yüzden insanlar öldürülüyorsa ki bu durum dünyanın kapital devleri için hiç de önemli değildir, gelecekte, bu kaynakların yokluğu durumunda dünyanın bu nedenle çıkacak savaşlar nedeniyle ne hale geleceğini düşünmek bile insanı korkutuyor.


12

Başka enerji kaynakları ki bunlar; rüzgar, güneş, hidrolik, deniz dalgası ve bunlarla üretilen elektrik, yenilenen enerji kaynakları sınıfına girmektedir. Ancak, yaygınlığı ve büyüklüğü dikkate alınınca, petrol ve doğalgaz kadar etkin olamayacakları açıktır. Bununla birlikte, petrol ve gaz kaynaklarının ömrünü uzatamaya katkılarının olacağı söylenebilir. Gerçek olan şudur ki, zaman içinde oluşan madenler, kömür, petrol ve gaz, hazıra dağ dayanmaz misali, üretildikçe bir süre sonra bitecektir, bunun beklenen son olduğunu bilim insanları bilmekte ve insanlığı alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesi konusunda şimdiden uyarmaktadır.

1. 3 Doğalgazın Kökeni ve Oluşumu

1.3.1 Giriş

Fosil yakıtlar sınıfına giren katı (kömür), sıvı (petrol) ve gaz (doğal gaz), yerin binlerce metre derinliklerinde birikintiler arasında (sedimentation) kalan organik maddelerin milyonlarca yıl süren bozunumları sonucunda oluşmuşlardır. Basınç ve sıcaklık, fosilleşmiş hayvan ve bitki artıklarını havasız ortamda, bugün kömür, petrol, doğal gaz diye bilinen "biçimler"e dönüştürmüştür.

Doğal gaz, içerisinde büyük oranda metan bulunduran petrol gazlarının karışımından oluşmaktadır. Binlerce yıl önce de doğal gaz, insanlar tarafından bilinmekteydi. Sözgelimi, ateşe tapanların sönmeyen "kutsal ateş"leri, kaya kovuklarından yeryüzüne kendiliğinden çıkmış ve her nasılsa (yıldırım gibi) alev almış olan doğalgazdan başka bir şey değildi.

İlk defa 1821 de Amerika'da Fredonia (New York) sahasında ekonomik amaçla keşfedilen doğalgaz yakın çevrede ocak gazı olarak kullanılmıştır. Doğalgazın endüstride geniş çapta enerji kaynağı olarak kullanılması ve bu amaçla keşfedilmesi, üretilmesi 1975’lerde başlayan "petrol krizi"nden sonra olmuştur.

Kitabın son bölümünde, dünyada doğal gaz konusu ilgilenenler için ayrıntılı bilgi verecektir. Günümüz bilgileriyle söylenebilir ki, Rusya başta olmak üzere, Türkmenistan, İran, Cezayir doğal gaz kaynakları bakımından en zengin ülkelerdir.

1.3.2 Petrol ve Doğal Gaz Rezervuarları

Bu bölümde, doğal gazın yer altında oluşumu ve kapanlarda birikmesi anlatılmaktadır. Konu petrol mühendisliği kapsamındadır, petrol mühendisliğinde kullanılan formüllerin çoğunda, İngiliz birim sistemi yer alır. Denemelere dayanılarak geliştirilen pek çok formül özgün yapıları gereği, İngiliz birim sistemiyle ortaya çıkarılmış ve kullanımda da bu birimler


13

petrol mühendisliğinde alışılagelmiş olan birimlerdir. Konuya yabancı olanlar, birim çevrim tablolarını kullanarak, aynı formülleri metrik birimle ifade edebilirler.

Hidro–karbon bileşikleri yerin derinliklerinde, oluşum koşullarında basınç ve sıcaklık durumlarına, karışımlarına bağlı olarak gaz, sıvı, sıvı + gaz fazlarında bulunabilirler: Hafif (HC) hidro–karbonlar olan Metan (CH4), Etan (C2H6), Propan (C3H8), Bütan (C4H10) gibi

gazlar genellikle rezervuar koşullarında petrolle dokunum halinde (associated gas) ya da ondan bağımsız (non–associated gas) olarak veya petrolün içinde erimiş halde (solution gas) bulunurlar.

Şekil 1.1 Gaz ve petrolün yeraltında depolanması

P.T (basınç, sıcaklık) koşullarında, petrolden ayrılan hafif hidrokarbonlar tepe gazını oluşturur. Tepe gazı bulunduran rezervuarlardan doğal gaz üretimi yapılabilir, ancak gaz üretimi arttıkça, rezervuar basıncı düşer, sıvı faz (petrol) içinde orijinal rezervuar basıncında erimiş halde bulunan hafif HC lar ayrılmaya başlar, fakat bunlar, tepe gazını oluşturanlardan daha ağırdırlar.

Petrolün içinde erimiş halde olupta petrolle birlikte yeryüzüne çıkarılan gaz çözülmüş gaz (solution gas) olarak adlandırılır. Yeryüzünde erimiş gazı petrolden ayırmak için belirli P,T (Basınç, sıcaklık) koşullarında ve belli sıvı seviyesinde çalışan ayrıştırıcılar (separatörler)'a gereksinim duyulur.

Büyük kapasiteli gaz rezervuarları, sıvı fazla (petrol) dokunum halinde olmayan, tamamen gaz içeren doğal gaz rezervuarlarıdır.


14

Petrol ve doğal gazın kökeni, binlerce yıl önce yer altında, basınç ve sıcaklık koşullarında, fosilleşmiş olan bitki, hayvan artıkları ile mikroorganizmalardır. Dönüşümde ısı, bakteriler, düşük veya yüksek sıcaklık rol oynamıştır. Yüksek sıcaklık altında, fosilleşmiş organik madde-lerden deney yoluyla petrole benzer bileşikler elde edilmiştir. Fakat, bu bileşiklerin bilinen petrol bileşiklerinden farklı oldukları görülmüştür. Ayrıca, yer altındaki hareketler, yanma olayları, magma fışkırması, kızgın–erimiş kayaların rezervuar kayaçlarını etkilemeleri ve benzeri karmaşık olaylar zinciri, petrol ve türevlerinin oluşmasında etkili olmuşlardır.

Petrol sözcüğü, etimolojik bakımdan, taş yağı ya da mineral yağ anlamına gelir. Çünkü petrol veya doğal gaz kayaç gözeneklerinde bulunur. Bu tür kayaçlara "rezervuar kayacı" denir. Bir rezervuar kayacının bazı özellikleri şunlardır:

– Kayaç sıvı ya da gaz tutabilecek kapasiteye (porosite: gözeneklilik) ve akışkanın hareket edebileceği geçirgenliğe (permeabilite: geçirgenlik) sahip olmalıdır. Yeterli kapasiteye sahip olsa bile geçirgenliği yoksa, bu tür kayaçlardan üretim yapılamaz. Geçirgenlik, gözenekler arası geçitlerin varolmasına bağlıdır.

– Etkin gözeneklilik ve geçirgenlik yeterli olmalıdır. Etkin gözenekler, içlerinde HC bulunduran gözeneklerdir. Etkin geçirgenlik de üretim kuyusuna akışkanın gelmesine katkıda bulunan geçitlerdir.

– Gözeneklilik sınırı, genellikle % 5 ile % 30 arasında değişir. Kayaç tümel (global) hacmi

100 m3 olsun, eğer % 30 gözenekliliğe sahipse, 30 m3 sıvı ya da gaz bulundurabilecektir. Etkin gözeneklilik net sıvı içerikli gözenek hacımıdır.

Kayacın akışkan geçirgenliği (permeabilite), "darcy" birimiyle ifade edilir. Darcy, 1826'da yaptığı bir deneyle, gözenekli ortamdaki akış miktarını tanımlayan kendi adıyla anılan formülü bulmuştur.

Darcy formülüne göre, A kesit alanlı L uzunluğundaki silindir biçimli gözenekli ortamda, giriş basıncı P1, çıkış basıncı P2 ise, Q debisinin ifadesi şöyledir:

( )µ

µ PA

Qk

PPkAQ ab

∆∆

=⇒−−

=l

l

Şekil 1.2 Geçirgen ortamda Darcy akışkan denklemi

∆P = P2 – P

1, basınç farkı (din/cm2)

∆ℓ = ℓ alınabilir, gözenekli ortamın uzunluğu (cm)

A = Gözenekli ortamın kesit alanı (cm2)

m = Akışkanın viskozitesi (din–s/cm2)

k = Gözenekli ortamın geçirgenliği (darcy)


15

Q = Akış miktarı, debi (cm3/s)

İki çeşit geçirgenlik kavramı vardır: 1- Etkin geçirgenlik 2- Göreli geçirgenlik. Etkin geçirgenlik gözenekli ortamın, su, petrol veya gazla % 100 doymuşluğuna bağlı olarak laboratuvarda yapılan testlerle elde edilir. Göreli geçirgenlik, kısmen doymuş kayacın, % 100 doymuş kayaç geçirgenliğine oranıdır.

Suya göre göreli geçirgenlik k

kk w

rw = k: % 100 su ile doymuş kayaç

geçirgenliği (etkin)

Gaza göre göreli geçirgenlik k

kk

g

rg = k: % 100 gaz ile doymuş

kayacın etkin geçirgenliği

Petrole göre göreli geçirgenlik k

kk o

ro = , kw, kg kısmen suya veya gaza doy-muş

kayacın geçirgenlikleridir. Petrolün göreli geçirgenliği için de aynı ifadeler geçerlidir. k

formülüne, ilgili birimler konursa, k nın biriminin 2

l = boyutunda m2 veya cm2 olduğu görülür.

CGS birim sistemiyle 1 cm2 = 1 darcy değerinde geçirgenliği ifade eder. Darcy formülü her ne kadar viskoz (koyu) akışkanlara uygulanmakla birlikte, gözenekli–

geçirgen ortamlardaki gaz akışları için de geçerlidir. Ayrıca, Darcy formülünün türevleri boru hatları akışlarında da kullanılmaktadır. Aşağıda verilen formüller Darcy formülünden türe-tilmişlerdir.

5

2

6260d

lqfhl = veya ∆P = 43,5 fl rq2/d5 ⇒ (1ft2 = 144 in2)

lh = statik akışkan yüksekliği, ft

l = Hat uzunluğu, ft

d = Hat çapı, inch

q = Akış basınç ve sıcaklığında akış miktarı, debi, ft3/s DP = Basınç farkı psig

r = Yoğunluk lb/ft3

(1m = 3,28 ft, 1 kg = 4,536 lb, 1m3 =35,28 ft3)

)()( psiPfth ∆→l

dönüşümü şöyledir :


16

5

2

2

2

35

2

5.43144

1)(6260

d

qf

in

ft

ft

bft

d

qf

ρρ

lll=

∗

6260 katsayısının elde edilişi 2

22

26260A

q

s

ft→

= ϑ ye ve d(ft) → d(inç)

dönüşümünden elde edilir. Örtü ve kapan kayacı

Sıvı veya gaz fazındaki HC ların yerin binlerce m derinliklerinde alttan ve üstten hapseden

rezervuar kayaçlarında kalabilmeleri için, yapının "kapan" özelliğinde olması gerekir. Akışkanın göçmesini, ya da kaçmasını engelleyen örtü kayacı, gözenekli rezervuar

kayacından çok düşük geçirgenliğe sahip olmalıdır, bu çeşit kayaçlar killi, şeylli (shale), sıkı, gözeneksiz, çatlaksız olmalıdır. Bu tür yapıya sahip olan gözenekli ortam, petrol ve gaz deposu olmaya uygundur.


17

Şekil 1.3 Antiklinal (Hörgüç) yapıların katmanları

Gaz rezervuarlarında genellikle metan yer alır. Hafif hidrokarbonlardan etan, propan, bütan ve başka gazlar bulunur. Fakat bunların miktarları oldukça azdır. Doğal gaz hacmini 100 birim olarak tanımlarsak bilinen çoğu doğal gaz kompozisyonlarına göre bunun 75 birim ile 15 birim arasını metan, 25 birim ile 5 birim arasını diğer hafif HC'lar ile başka gazlar oluşturur.

1859'da Drake adında bir girişimci tarafından Amerika'nın Pensilvanya eyaletinde kazılan ve adına Drake kuyusu denen petrol kuyusunun derinliği sadece 21 m (= 69 ft) iken petrole rastlanmıştır. Petrol ve gaz kuyularının derinlikleri binlerce metre ile ifade edilir. Örneğin Ok-lahoma'da, Beckham denen yerde gaz üretim kuyusunun derinliği 7495 m (25584 ft) dir.

Bilindiği gibi yerin derinliklerine gidildikçe sıcaklık artar. Rezervuar sıcaklığı, gaz ya da petrolün varolduğu derinlikteki sıcaklıktır. Yerin derinliğine inildikçe sıcaklık artışı 0,00164 C°/m ile 0,03936 C°/m arasında değişmektedir.

Soru: 3000 m. derinlikteki bir kuyuda rezervuar sıcaklığı ne olur? (Sıcaklık gradiyenti TGr = 0,03936 C°/m alınacak) Çözüm:

TD = To + D (T

Gr)

TD = Derinlikteki sıcaklık, °C

To = Yeryüzündeki sıcaklık, To = 20°C olsun.


18

D = 3000 m

TGr

= Sıcaklık gradiyenti, = 0,03936 C°/m

TD = 20°C + [3000 m (0,03936 C°/m)] = 138°C

Rezervuar basıncı, ilgili derinliğe kadar olan katı, sıvı ve gaz yüklerinden ortaya çıkar. Rezervuar basıncının doğru hesaplanabilmesi için, o derinliğe kadar olan katmanların, kayaçların ve bu kayaçlarda bulunan akışkanların ayrı ayrı yapılarını, çeşitlerini bilmek gerekir. Kuyu dibi basınçlarının, kuyu dibine indirilen aletlerle ölçülmesinde veya hesaplama yöntemiyle bulunmasında, sıcaklığın dikkate alınması gerekir. Sıcaklık arttıkça petrolün ve özellikle gazların yoğunluklarında azalma olur, başka ifadeyle hacımca artış olmaktadır.

Statik akışkanın basıncı :

ghP ρ= formülünden hesaplanır.

Burada

P : Basınç, (Pa ) , ρ : Yoğunluk (kg/m3 )

h : Akışkan yüksekliği, m

g : 9,80 m/s2

Örnek:

50 m yüksekliğindeki bir su değirmeninde tabanda, değirmen çarkını çeviren çarkın kandına düşen basınç nedir? Çark kandının su çarpan kısmının yüzey alanı 0.015 m2 olursa bu kanat üzerine uygulanan kuvvet ne olur?

m 50 =h

kg/m3 1000= ρ

=

=

=2223

49000049000080.9*50*1000m

N

ms

kg

s

mm

m

kgP

1 bar = 105

2m

N → 490 000

2m

N = 4.9 bar eder.

Kuvvet Hesabı: kkNAPF 7497350015.0*490000* ==== 1N= 0.102 kg-kuv → 0.102 kk ( kg-kuv → kk


19

1.3.3 Petrol ve Gazın Yer Altında Göç ve Birikimi

Hidrokarbonların oluştuğu kaynak kayaçlar; yukarıda sözü edilen kapan yapısına sahip olmazlarsa, onların içinde oluşan HC'lar "rezervuar" olma özelliğine sahip yapı buluncaya kadar göç ederler. "Kaynak kaya", P.T koşullarında, organik maddelerin HC’ dönüşümün ortaya çıktığı ortamdır. Akışkan özelliği kazanan ve genellikle su ile birlikte yar alan HC'lar, bulundukları yerden yer çekimi ivmesinin ve jeolojik olayların etkisiyle daha düşük basınçlı bölgelere göç ederler, yollarında, kapan yapısına sahip bir kayaç yer alırsa orada toplanıp birikmeye ve "rezervuar" oluşturmaya başlarlar; hazne kayaç olan rezervuar kayaç içinde de, yoğunluklarına göre ikincil ayrışma olur.

Şekil 1.4 Petrolün göç etmesi

Hafif hidrokarbonlar sıvı fazdan ayrılarak, kayacın yapısına göre, üstte gaz konisini oluştururlar. Akışkanlar yoğunluklarına göre üstten aşağı doğru dizilirler:

Amerika'da 1970'lerde 74 petrol, 38 gaz sahası üzerinde yapılan inceleme, sahaların ekonomik üretim yaşlarının 14–87 yıl arasında olduğunu göstermiştir. Petrol sahalarının ortalama ömürleri 46, gaz sahalarınınki 39 yıl olarak belirlenmiştir. Her iki tür sahanın yarı–ömürleri ise (Rezervuarın yarısı) 16'şar yıl olarak bulunmuştur. İncelemeye alınanların % 11'inin yarı–ömürlerinin 10 yıl ve daha az, % 15'nin de 20 yılı aştığı hesaplanmıştır. Bir


20

sahanın keşfinden itibaren tepe değer üretim miktarına ulaşması petrol sahalarında 11 yıl, gaz sahalarında 12 yıllık süreyi bulmuştur. Sahaların genelde % 13'ü 5 yıl içinde tepe–üretim değerine ulaşmıştır.

(Bak: Kaynak No.1)

Şekil 1.5 Emme-basma pompa (Sucker Rod ) ile petrol üretimi

Şekil 1.6 Süreksiz katmanlı ikincil rezervuar kayacı (stratigrafik yapı)


21

Şekil 1.7- Stratigrafik birincil yapı, dengesiz kırılmış kapan kayacı

Şekil 1.8 Kubbeleşmiş tuz depolanması (Dome)


22

II. BÖLÜM

GAZ YASALARI VE TERMODİNAMİK

2. 1. Genel Tanımlar ve Gaz Yasaları

1. Buhar dışında sıkışabilen akışkanlar gaz terimi ile ifade edilir. Moleküler yapıları şöyle sıralanabilir:

a) Moleküllerden meydana gelmişlerdir. Soygazlar dışında çift atomlu molekül-lerden oluşurlar.

b) Moleküller arası bağ yoktur, her molekül bağımsızdır.

c) Bulundukları kabı doldururlar.

d) Molekülerin hızları ortalama 100 m/s (NK'da) dir.

e) Gaz basıncı, gaz moleküllerinin kabın duvarına çarpmaları sonucu ortaya çıkar.

f) Bulundukları kabın içinde eşit oranda (homojen) dağılırlar.

g) Saydamdırlar (Hava içinde her şeyi görebiliriz, çünkü hava saydamdır.)

h) Yoğunlukları küçüktür.

ı) Gazlar normal durumda elektriği ve ısıyı iletmezler.

i) Moleküller birbirleriyle çarpışırlar ve kabın duvarına çarparlar. Çarpışma elastiktir.

j) Sıkıştırılabilirler.

k) Gaz molekülleri küreseldir.

m) Bütün gazlar, normal şartlarda ideal gaz yasasına uyarlar.

n) Oda sıcaklığında herhangi bir gazın ortalama çarpışma hızı:

scmM

x

A

ort /103 5

≅ϑ dir.

l) Mutlak sıcaklık noktası : T = 0 K veya –273°C

Bu sıcaklık noktasında molekül hareketi yoktur, teorik olarak


23

P

nRTV = gereğince gaz hacmi sıfır olmuştur (T = 0 K ).

Ayrıca gazın kinetik enerjisi de sıfırdır. Kinetik enerji formülü şudur:

AAA N

RkkTT

N

R

nN

nRTKE =⇒===

2

3

2

3

2

3

Bu formülde T = 0K olursa KE = 0 olur.

2. PVT değişkenleri ile kurulan denkleme "durum denklemi" denir. İdeal gazların davranışları durum denklemi ile ifade edilir. Durum denklemi Avagadro yasasını tanımlar:

3. Bir ideal gazın k = Cp/Cv oranı sabittir: (Cp – Cv = R)

4. Yarı ideal gazlar, durum denklemine uymakla birlikte, özgül ısıları sadace sıcaklığa bağlılık gösterir. Yarı ideal (semi–perfect) gazların özgül ısıları

C = A + BTn + CTm + ... şeklinde ifade edilir.

A, B, C, n,m = sabit sayılar,

T : sıcaklık.

5. Doğal gaz, renksiz, havadan hafifi ve kokusuzdur. İçerisinde yabancı gazlar, özellikle kükürt bileşikleri bulundurmayan doğal gaz, "kokusuz" dur. Fakat, "kokusuz" doğal gazın varlığı insanlar tarafından hissedilemeyeceği için çok tehlikeli olabilir. O nedenle, doğalgaz tüketiciye arz edilmeden önce, kükürt kökenli maddelerle kokulandırılır. Parlak alev çıkararak yanar, hava ile karışımı patlayıcıdır. Kapalı ortamlarda doğalgazın hava içindeki hacmi % 5 ile % 15 arasında bulunursa patlayıcı olmaya müsait bir karışım ortaya çıkar. Patlamanın olabilmesi için bir tutuşturucunun varolması gerekir. Tutuşturucu, alev çıkaran her şey olabilir. Bunlar şöyle sıralanabilir.

– Kibrit alevi

– Çakmak alevi veya kıvılcımı

– Çekiçle sert bir taşa veya metale vurulduğunda ortaya çıkan kıvılcım.


24

– Metallerin birbirlerine sürtünmesiyle ortaya çıkan kıvılcım

– Elektrik kontağında ortaya çıkan kıvılcım

Maden ocakları kapalı ortamlardır. Bu ocaklardaki hava, yukarıda verilen ha-cimsel oranlarda metan gazı bulundurursa, "Grizu Patlaması" olarak bilinen ve yüzlerce maden işçisinin ölümüne yol açan patlama olayı meydana gelir. Ancak, yukarıda işaret edildiği gibi patlamanın olabilmesi için kıvılcım şeklinde bir tutuşturucunun varolması gerekir.

Maden ocaklarında tel kafesli lambaların işlevi, hava içindeki metan gazını sürekli yakarak, karışımın tehlikeli boyutlara ulaşmasını önlemektir.

Gaz kaçağını gözlemek ve önlem almak için, iç mekanlardaki tesisat siste-minde, gaz detektörlerin kullanılması ilerde doğabilecek patlama buna bağlı olarak yangın tehlikesini önleyecektir.

Doğalgaz, hidrokarbon gazların karışımını ifade eder ancak esas olarak metan (CH4) ağırlıklıdır, az miktarda etan (C2H6) ve propan (C3H8) gazları yer alır. Her doğal gaz H2S, CO2, H2O, azot helyum gibi başka akışkanları da içinde bulundurabilir. Doğal

gaz, ıslak, kuru ve "acı" gibi terimlerle betimlenir. Islak gaz etan, propan, bütan gibi me-tan serisi hafif gazların yanında, ağır hidrokarbonlardan bir kısmını da içerir. Kuru gaz ise, büyük oranda metan, önemsiz oranlarda etan, propan, bütan gibi gazlardan oluşur. Acı gaz, içerisinde H2S (Hidrojen sülfür) bulunduran gazdır. Doğal gaz, genellikle % 70

metan gazının yüksek oranda bulunmasına bağlıdır. % 95 – % 98 metan içeren doğalgaz oldukça temiz ve kaliteli sayılır. Değişik kuyulardan üretilen doğal gazlar değişik kompozisyonlara sahiptirler.

Tablo 2.1 Doğalgaz karışımına örnek:

Karışımdaki gaz % Mol Karışımdaki gaz % Mol

——————— ———— —————————— ———

Metan (CH4) 91,25 n–Pentan (C5H12) 0,17

Etan (C2H6) 3,61 Hekzan (C6H14) 0,27

Propan (C3H8) 1,37 Heptan ve ağırları 2,42

i–Bütan (C4H10)i 0,31 Karbondioksit (CO2) 0,00


25

n–Bütan (C4H10)n 0,44 Hidrojen sülfür (H2S) 0,00

i–Pentan (C5H12)1 0,16 Azot (N2) 0,00

Toplam 100,00

Karışımda H2S olmadığından, bu doğal gaz "tatlı" olarak bilinir. Metanın mol ağırlığı 16

dır.

Karışımda metanın mol % si 91,25 olduğuna göre doğal gazın mol ağırlığı ne olur?

53,179125,0

169125,0 41 ==⇒=⇒= a

a

CH

a

i MM

M

M

My

Doğalgaz normal olarak açık–zincirleme bağlı parafin hidrokarbonlardan oluşmaktadır. Karışımda, kapalı–hidrokarbonlar (aromatikler de) bulunabilir. Açık–zincir ve kapalı–zincir ifadeleri, moleküllerin yapısıyla ilgilidir. Örneğin, metan, etan, propan, bütan, pentan açık–zincir bağlı "parafin" bileşiklerdir. Siklo–propan, siklo hekzan, benzen, kapalı–zincir bağlı "aromatik" bileşiklerdir.

Doğalgazın içinde, kaliteyi bozan gaz ve sıvılar; üretim istasyonlarında ayrılır. Doğalgazdan ayrılması gerekenler, H2S, CO2, sülfür bileşikleri (merkaptan), su buharı, azot,

helyum, pentan ve daha ağır hidrokarbonlardır. H2S (Hidrojen sülfür) zehirleyici; CO2

(karbondioksit) boğucu gazlardır. Su buharı ısıl değeri düşüren etkendir. Ayrıca, her üç akış-kanda, tek tek veya birlikte korozyona yol açarlar.

6. Soygazlar dışındaki gazlar doğada iki atomlu olarak bulunurlar. Bütün gazların bir molü normal koşullarda 22,4 l lik hacıma sahiptirler. Monoatomik gazlarda Cv = 3/2 R ve

ideal gazlarda Cp = Cv + R eşitliği geçerlidir.

7. Gaz molekülleri rast gele hareket ederler ve Newton'un hareket yasasına uyarlar. 8. Tek bir molekülün hacmi ihmal edilebilir küçüklüktedir. 9. T1 den T2 sıcaklığına kadar genleşen gazın hacmi → V2 = V1 [1 + a (T2 - T1)] formülü

ile bulunur. Düşük sıcaklıklarda a = 0,003661/C° 10. Verilen, P ve T de, ideal veya gerçek gaz tarafından işgal edilen hacım kütle-

siyle orantılıdır.


26


27

11. Düşük yoğunluktaki tüm gazlar için R = 8,314J/molK = 1,986 Cal/mol K. 12. Ortalama hız karesinin karekökü

22

2

3

1

3

ortxort

ortrms

P

P

ρϑρϑ

ρϑϑ

==

==

Bu ifadelerde P basınç (atm), ρ yoğunluk (kg/m3), ϑ ort ortalama hız (m/s).

Gazların ϑ rms hızları, 0°C ve 1 atm basınçta yoğunluklarına göre değişir.

13. Gazların kinetik enerjileri sıcaklığa bağlı olarak ifade edilebilir.

Bir mol gazın kinetik enerjisi → kTm2

3

2

1 2 =ϑ

(t = 0°K de molekül hareketi yoktur.)

n : Mol kütlesi (kg)

T : Sıcaklık (K)

k : Boltzmann sabiti, genel gaz sabiti (R) nin Avagadro sayısı (NA)na bölümüdür.

N : Molekül sayısı

n : Mol sayısı

NA : Avagadro sayısı = 6,022 x 1023 molekül/mol

ϑ rms : Hız karesinin karekök ortalaması

n mol gazın veya N mol gazın kinetik enerjisi → PVnRTNkT ==2

3

2

3

Bolltzman Sabiti→ molekülKJxmolmolekülx

molKJ

N

Rk

A

/1038,1/10022,6

/3173,8 23

23

−===

Örnek: T = 0°C de Ne gazının kinetik enerjisini bulalım.


28

rmsϑ =584 m/s

Mw=20 kg/kmol

Çözüm:

kmoljxM rms /103410)584)(20(2

1

2

1 322 ==ϑ

1000’ne bölünürse 3410 j/mol elde edilir.

14. İdeal gaz Boyle (1627–1691) yayası: P, V değişken, T sabit

2

1

2

1

V

V

P

P= → P1V1=P2V2→ PV =C (Sabit)

Tablo 2.3 Bazı gazların doğrusal hareket kinetik enerjileri ve ϑ rms hızları

(kaynak.8)

15. İdeal gaz Charles (1746–1823) ve L.Gay–Lussac (1778–1850) yasası:

(V, T değişken, P değişmez tutuluyor):


29

CV

T

V

T

V

T

T

T

V

V=→=→=

2

2

1

1

2

1

2

1 (Sabit)

16. Hacim değişmez, P, T değişken tutulursa

CP

T

P

T

P

T

T

T

P

P=→=→=

2

2

1

1

2

1

2

1

V: Hacım, P: Basınç T: Sıcaklık, C: Sabit oransal sayı

17. Avagadro sayısı (NA = 6,022 x 1023 molekül/mol) herhangi bir maddenin bir

mol’ünde bulunan molekül sayısıdır. Bir başka ifadeyle

i

Am

MN = , M: Mol ağırlığı, mi molekülün ağırlığıdır.

Normal koşullarda (Po = 1 atm, To = 0°C); 1 mol gazın hacmi: 22,4 L dir.

→Vmol = 22,4 L/mol, İngiliz birim sisteminde 1 mol gaz

(P = 14,7 psi, T = 60°F) 379 SCF dir.

→Vmol = 379 SFC/lb mol

kmol

molekülxN A

2610022,6= ( Avrupa birim sisteminde)

mollb

molekülxN A −

= 2610733,2 (İngiliz birim sisteminde)

18. Genel ideal gaz yasası: Boyle, Gaylussac/charle, Avagadro yasalarının birlikte ifadesidir.

wM

mnnRTPV =⇒= ve yoğunluk

RT

PM v=ρ

Burada m: Gazın kütlesi, Mw

: Mol kütlesi, örneğin, 90 g metan 5 mol dür

→ n = 80 g/16g–mol = 5 mol

19. ideal olmayan gaz denklemi : Tüm gazlar değişik koşullarda ideal gaz yasala-rından sapma gösterirler. Deneyler sonucunda sapma oranı belirlenir. Deneysel yoldan


30

bulunan sapma sayısı, durum denklemine konarak, gerçek gazın davranışı ideal gaz denklemiyle ifade edilir. Sapma sayısının ifadesi:

PnRT

VZ

/= dir. Buradan gerçek gaz denklemi PV = ZnRT olur

ve yoğunluk ZRT

PM w=ρ ile bulunur. Z: Sıkıştırılabilirlik faktörü.

İdeal gaz yasasından sapmayı doğrultmak için kullanılan bir başka terimde yüksek sıkıştırılabilirlik katsayısı (Super compressibility factor) dır. Bu terim, yüksek basınçlı gaz hesaplarında kullanılır. Yüksek sıkıştırılabilir katsayısı ile sıkıştırılabilirlik katsayısı arasında şu ilgi vardır;

22 )()(

1

pvpv F

nRTPV

FZ =⇒=

FPV : Yüksek sıkıştırılabilirlik katsayısı literatürde tablo halinde

verilmiştir.

Z : Sıkıştırılabilirlik katsayısı deneysel yoldan bulunur. P ve T ile gaz kompozisyonuna bağlıdır, grafiklerden elde edilebilir.

20. Gerçek gazların davranışları Van der Waals, Redlik–Kwong (R–K) denklemle-riyle de ifade edilir.

Van der Waals denklemi → ( )( ) RTbVaP =−+ 2/ϑ ,

a ve b korelasyon sabitleri

Redlich–Kwong denklemi → ( )bVT

a

bV

RTP

+−

−=

5,0


31

21. Herhangi bir gazın mol ağırlığı:

( )( ) iAwyw mNM9728GM === , (mi : Molekül ağırlığı)

22. Bir gazın göreli yoğunluğu (NK:Normal koşullarda)

9728

PGy

,=


32

23. EMR yaklaşımı ile mol ağırlığının bulunması (Bak, kaynaklar:6)

EMR = [(n2 – 1)/(n + 0,4)] (M/ ρ )→ ( ρ : g/cm3)

24. Normal hidrokarbonlar için EMR

EMR = 2,4079 + 0,7293 M + 0,00003268 (M)2

(EMR, M, n için bak Madde 37)

25. Kritik basınç ve sıcaklığa göre indirgenmiş basınç ve sıcaklık

Pr, Tr : İndirgenmiş basınç ve sıcaklıklar

Pc, Tc : Kritik değerler

P, T : Herhangi bir basınç, sıcaklık değerleri

Kritik sıcaklığın üstünde ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın gaz sıvıaştırılamaz. Tam kritik sıcaklıkta, gazı sıvılaştıran basınca kritik basınç denir. Örneğin, metanın kritik sıcaklığı –82,55°C, bu noktada metanı sıvılaştıran basınç 46 bar mutlak. Eğer metan gazı sıcaklığı –75°C olsa ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın sıvılaştırma gerçekleştirilemez.

26. Gaz karışımının Vizkozitesi:

∑∑=

ii

iii

mMy

Myµµ

27. Gaz karışımının mol ağırlığı:

iia MyM ∑=

Tanımlar bölümün sonunda verilmiştir.

28. Gaz karışımının göreli, kritik basınç ve sıcaklığı

∑= iipc xyP , ∑= ciipc TyT

Bu konuda Thomas Harkinson ve Phillips yaklaşımı: (Bak kaynaklar: 6)


33

Bu yaklaşımlar, HC dışı gaz oranı % 7 yi aşmadığı veya % 3 H2S + % 5 N2 + % 92 HC

gazları içeren gaz karışımları için geçerlidir.

29. Gaz karışımının indirgenmiş basınç ve sıcaklıkları

Ppr = P/Ppc , Tpr = T/Tpc

30. Özgül ısılar

v

vT

UC

∂∂

= , RCCT

PC vp

p

p +=⇒

∂∂

=

Özgül ısılar oranı v

p

C

Ck =

31. Kısmi basınçlar yasası (Dalton yasası): Karışımdaki her gaz, hacım kabında sadece kendisi olduğunda uygulayacağı basınç kadar bir basınç uygular. Toplam basınç, karışımdaki gazların basınçlarının toplamına eşittir. Karışımdaki bir gazın basıncı, kısmi basınç olarak tanımlanır: Kısmi basınçlar mol oranları ile şöyle ifade edilir.

CBAt PPPP ++=

∑ ==++=V

RTnn

V

RT

V

RTn

V

RTn

V

RTnP iCBA

it

i

i

ti yPn

nPP ==∑

PA, PB, PC, basınçları A, B, C gazlarının kısmi basınçlarıdır.

nA, nB, nC de A, B, C gazlarının mol sayılarıdır.

yi : Mol yüzdesi

Ppc = 709,604 – 58,718 Gy

Tpc = 170,491 + 307,344

G


34

Örnek :

yi = 0,0526

Pt = 10 atm.

Pi = ?

Çözüm :

pi = (yi) (pt) = (0,0526) (10)

pi = 0,526 atm

32. Gazlarda basınç–hacım ilişkisinin genel denklemi:

PVn = C (sabit say›)

n = 1 ise PV = C1 → (Boyle yasası), iso–termal değişim

n = k ise PVk = C2 → k = Cp/Cv , adiyabatik değişimler

n = 0 ise P = C3 → Basınç değişmiyor.

nCVn =→∞= → Hacim değişmiyor.

İdeal gazın politropik değişiminde → P1(V1)n = P

2 (V2)n ilişkisi vardır.

1 < n < k dır ve özgül ısı Cn = Cv(n–k)/n–1) dir.

Burada Cv sabittir.

Havanın sıkıştırılmasında kullanılan formül:

T2/T1 = (V1/V2)n–1 = (P2/P1)(n–1)/n

33. Adiyabatik (isentropic) işlemlerde, basınç, hacım, sıcaklık arasındaki ilişkiler

veya ideal gazın Otto devri:


35

k1k

1

2

1

2

P

P

T

T/−

=

,

k

2

1

1

2

V

V

P

P

=

,

1k

2

1

1

2

V

V

T

T−

=

9861

C

1k

k

9861C

C

C

Ck

p

p

p

v

p

,,=

−→

−==

0,55 < Gy < 1 ve T = 150F° ≅ 66°C için doğal gazlarda

3282

G7382k

y

,

log, −=

34. 33'de verilen ilişkinin gerçek gazlara uygulanışı:

( )

−

=

−

1P

P

T

Tk1kZ

1

2

1

2

1 /

( )

−

=

−

1P

PY

k1k

1

2

/

35. Gazların sıkıştırılmasında ortaya çıkan güç:

( )

−

−=

−

1P

PT

T

P0273

1k

kW

k1kZ

1

2

1

o

o

1 /,

k = Özgül ısılar oranı (k = Cp/Cv)

Po = Standart basınç 14,73 psia (1 atm)

To = Standart sıcaklık 520 °R (60°F @ 15,5°C)

P1 = Emiş basıncı, psia

P2 = Çıkış basıncı, psia

Z1 = Emiş gazının sıkıştırılabilirlik faktörü


36

36. ( )( ) ( ) SBİYT

550

RQ

1k

k

550

HQHP 1

11 ..→

−==

HP = 0,00436 ( )12 PQ ( )Y1k

k

− → HP = 0,0153 ( )12 PQ (Y)

k = 1,4 alınmıştır.

HP = Beygir gücü (Horse power)

Q1 = Debi lb/s (İ.B.S)

Q2 = Debi, ft3/s

H = Adibayatik akışkan yükseltisi (elevasyon) ft (İ.B.S)

İ.B.S : İngiliz birim sistemi

R = Genel gaz sabiti 1544 ft/lbmol–mol °R)

( )

−

=

−

1P

PY

k1k

1

2

/

P1 =Basınç, psia

Formüllerde Yer Alan Harfli ifadelerin Anlamları :,

Bu karşılaştırmada, propanın daha verimli olacağı görülmektedir.

a,b : Korelasyon sabitleri

z : Sıkıştırılabilirlik faktörü

r : Yoğunluk, P, V, T, R ın birimlerine bağlı

T : Herhangibir sıcaklık (K, °R)

Tc : Kritik sıcaklık (K, °R)

Tr : İndirgenmiş sıcaklık, birimsiz, (–)

M, Mw : Mol ağırlığı, (g/mol, kg/mol, lb/mol)

G, Gy : Göreli yoğunluk(–)

EMR : Eykman denkleminden elde edilen, molekül ışık kırımı

n (EMR formülünde) : Sodyum elementinin sarı ışık çizgisi D nin kullanılması ile "refractometer" aletinde sıvı ya da gazların ölçülen kırılma indisi


37

μm : Gaz karışımının viskozitesi, (Cp, Pa.s, lbm/ft–s, ct)

1cp = 0,01 dyn–s/cm2 = 0,001 Pa–s = 0,000672 lbm/ft–s

1 ct = 0,01 cm2/s = 1,0 x 10–6 m2/s

μi : Karışımdaki i. gazın viskozitesi, örneğin, karışımda 10 değişik gaz varsa i =

1....10 a kadar olacaktır.

yi : Karışımdaki i. gazın mol yüzdesi a

i

iM

My =→ Örneğin, % 85 metan gazı içe-

ren bir gaz karışımında metan için yi = 0,85 dir veya 850M

16y

a

i ,== olur.

Mi :Karışımdaki i. gazın mol ağırlığı, eğer, metan sıralamada 1. gaz ise

M1 = 16 olacaktır.

Ma : Gaz karışımının göreli mol ağırlığıdır ve bu, her gazın karışımdaki yüzde

miktarları ile mol ağırlıklarının çarpımlarının toplamını ifade eder. P

pc : Yalancı veya gaz karışımının kritik basıncıdır, mol yüzdeleri ile her

gazın kendi kritik basınçlarının çarpımlarının toplamını ifade eder. T

pc : Yalancı sıcaklık veya gaz karışımının kritik sıcaklığıdır, mol yüzdeleri ile her

bir gazın kendi kritik sıcaklıklarının çarpımlarının toplamını ifade eder. P

ci : Karışımdaki, i. gazın kritik basıncıdır.

Tci : Karışımdaki i. gazın kritik sıcaklığıdır.

rpr : Gaz karışımının indirgenmiş yalancı veya göreli basıncıdır.

Tpr : Gaz karışımının indirgenmiş yalancı veya göreli sıcaklığıdır.

Cv : Sabit hacimde özgül ısı (kJ/kmol–K, Btu/lb–mol–°R)

∂U : iç enerji, (bir sistemin), (kJ/kmol,Btu/lb–mol) ∂H : Enthalpi (sistemin), (kJ/mol, Btu/lb–mol) k : Özgül ısılar oranı (–) P : Beygir gücü (hp)

H : Adiyabatik yükseklik (m), Q

1 : kg/s

Q2 : ft3/dk (1ft3 = 1/35,28 m3)

R : Genel gaz sabiti genel gaz denklemindeki değişkenlerin birikimlerine bağlıdır.


38

nT

PVR = (İdeal gaz) ,

nTz

RVR = (Gerçek gaz )

Tablo 2.3– Genel gaz sabiti R’nin birimleri

Gaz denklemlerinde yer alan P.V.T.R arasındaki ilişkiler

P V T R

bar l K 83,14 (bar)(l)/(kmol((K)

bar m3 K 0,08314 (bar)(m3)/(kmol)(K)

MPa m3 K 0,00831 (MPa)(m3)/(kmol)(K)

kPA m3 K 8,314 (kPa)(m3)/(kmol)(K)

kg/cm2 m3 K 0,08478 (kg/cm2)(m3)/(kmol)(K)

Psia ft3 °R 10,73 (psia)(ft3)/(lb–mol)(°R)

lb/ft2 ft3 °R 1545 (psfa)(ft3)(lb–mol)(°R)

N/m2 m3 K 8314 j/kmol–K


39

2. 2 Isıl Kapasite (Isı Taşıyabilme)

2.2.1 Isı

Isı, çevre ile sistem arasında sıcaklık farkından dolayı birbirlerine transfer olabilen enerji çeşididir. Termodinamik denklemlerde, sisteme verilen ısının işareti pozitif, alınanınki negatiftir. Formül sembolü Q, birimi Kalori veya Btu (British Thermal Unit) dir.

1 kalori; 1g suyun sıcaklığını 14,5°C dan 15,5 C° ’e çıkarmak için gereken ısı miktarıdır.

1 Btu: 1 pound suyun sıcaklığını 63°F dan 64°F'a çıkarmak için gereken ısı miktarıdır.

Isı maddenin yoğunluk gibi iç özelliği değildir. Maddeye verilebilen ve ondan alınabilen bir olgudur. Sıcaklık ile ısı ayrı kavramlardır: Sıcaklık, sıcak ve soğuk nesneleri ayırma duyusudur.

Isı ile ilgili birimler

1000 cal = 1 kcal = 3,968 Btu = 4186J

1 Btu = 252 Cal = 777,9 ft–lb = 1055J

1 Btu/lb = 2,326 j/g = 0,64611 W–h/kg

1 Btu/lb-mol = 2,326 j/mol

1 Btu/lb–°F = 4,1868 j/g–°K

1 Btu/lb-mol-F° = 4,1868 j/mol K

1 cal/lb = 9,22414 j/kg

1 Btu/h = 0,29307 W

1 Btu/h–ft2 = 3,15449 W/m2

1 Btu/h–ft2–°F = 5,67826 W/m2–K

Uyarı : Bu birimlerde, “lb”, kütleyi ifade etmektedir.

Isı ile ilgili mühendislik hesaplarında Btu ve jül birimleri yaygın olarak kullanılır.

Gazların akışları, prosesleri ve kontrol altında tutulmalarına ilişkin tasarımlarda termodinamik yasalardan yola çıkılır.


40

2.2.2. Isı Taşıyabilme

Her maddenin ısı kapasitesi değişiktir. Aynı ısı miktarını, kütleleri aynı, değişik iki maddeye uygulasak, kazandıkları sıcaklıklar farklı olacaktır. DQ kadar bir ısı miktarı alan maddenin sıcaklığında DT kadar artış olacaktır.

Isı kapasitesi T

QC

∆∆

=⇒

Ne ısı kapasitesi ne özgül ısı sabit tutulabilir. Normal oda sıcaklığında ve bu sıcaklığın çevresinde özgül ısı değişmez kabul edilebilir. Örneğin, suyun özgül ısısı, 0–100°C arasında ancak % 1 değişir.

Suyun özgül ısısı c = 1 cal/g–C° = 1 Btu/lb–°F

Yukarıdaki özgül ısı formülünden bir maddenin ısı alma veya verme miktarı:

TmCQ ∆∆ = formülünden hesaplanabileceği görülmektedir.

Örnek:

10 kg suyun sıcaklığını 80°C artırmak için ne kadar ısıya gerek vardır?

Çözüm:

( ) ( ) kcal80cal80000C80Cg

cal1g10000Q

o

o==

−=∆

2.3 Basınç–Hacım İşi

Gazların sıkıştırılabilen akışkanlar olduğunu biliyoruz. Bir silindir içinde bulunan gazı T1

sıcaklığından T2 sıcaklığına çıkaracak kadar ısıtırsak, moleküller arası çarpışmalar

artacağından, gaz DK kadar kinetik enerji kazanacaktır. Gazı tutan piston artan hacim nedeniyle yukarı itilerek kaldırılacaktır. Gaz sabit basınç altında hacim değişimine uğramış ve pistonu x∆ kadar öteleyerek ( )VP ∆ kadar iş yapmış olmaktadır.


41

Şekil 2.3– Basınç-hacım ilişkisi

Gazın çevre (piston) üzerine yaptığı iş:

( ) ( )VPXPAXFW ∆=∆=∆= dir.

W : Gazın genleşme ile yaptığı iş, J

F : Piston yüzeyi (A) ne uygulanan kuvvet (F = PA)

P : Pistonun gaz üzerine uyguladığı sabit basınç (N/m2) ∆x : Pistonun yer değiştirmesi, m

A : Piston yüzey alanı (m2)

∆V : Artan hacım (m3), ∆V = A(∆X) dir. Örnek: Çözüm:

A = 0,01 m2 W = P (A ∆X)

P = 1,01325 x 105 N/m2 W = 101,325J W = ?


42

2. 4 Termodinamiğin Birinci Yasası

Sistemimiz gazın kendisi olsun ve onu çeviren her şey çevreyi oluştursun. Sisteme Q kadar ısı verelim ve sistemden W kadar iş alalım. Sistemi hangi yolla ısıtırsak ısıtalım ve sistemden (gazdan) hangi yolla iş alırsak alalım Q–W değeri değişmez. Bu aynı bir noktaya (Datum) göre durum enerjisine sahip bir taşın h kadar bir yükseklikten son denge durumuna Vi hızı ile

atılmasına benzer. Taşı ister eğik atın, ister düşey atın son noktada sahip olacağı kinetik enerji aynıdır:

Q–W değerine sistemin iç enerjisindeki değişme denir.

WQU −=∆ → ∆U: iç enerji değişimi

2.5 Adiyabatik Proses Sistem ile çevre arasında ısı alış verişi yoksa, böyle olaylara adiyabatik proses denir. Isı

alışverişinin önlenmesi iyi bir sızdırmazlıkla sağlanabileceği gibi, proses öyle anlık olurki, ısı değişimine yeteri kadar zaman kalmaz. Çevreyle ısı değişimi olmadan işlem başlamış ve bitmiş olabilir.

Bu durumda:

0Q =∆ alınır ve QU −=∆ olur.

Adiyabatik olgulara örnekler:

– Buharlı makinelerde, buharın silindirde genleşmesi (Buharlı lokomotifler, buhar türbinleri) – İçten yanmalı motorlarda sıcak gazın genleşmesi – Dizel motorlarda havanın sıkıştırılması Bu olaylarda, proses öyle hızlı meydana gelir ki, gaz ya da buharın çevreye ısı vermesine

veya çevreden ısı almasına yeterli zaman olmaz. Bu şekilde çalışan motorlar ideal olanlardır. Gerçekte, az da olsa adiyabatik prosesten sapmalar olacaktır.

2.6 Kinetik Enerji Denklemi Ve Özgül Isı

Bir ideal gaz molekülü elastik küre olarak algılanabilir. Moleküller arası çarpışmanın

elastik olduğunu, böylece, çarpışan kürelerde herhangi bir bozunmanın ortaya çıkmadığı varsayılır. İdeal gaz moleküllerinin sadece kinetik enerjiye sahip olduğunu belirtelim. Daha

önce de belirttiğimiz gibi bir molekülün doğrusal kinetik enerjisi kT2

3 dir. Buna göre, bir


43

mono-atomik (tek atomlu) N moleküllü ideal gazın içi enerjisi

nRT2

3NkT

2

3U == dir.

Bu formülden anlaşılacağı gibi, gazın kinetik enerjisi basınç ve hacimden bağımsız olarak sadece sıcaklığa bağlıdır. Bu sonuca göre, gazların özgül ısılarının sıcaklıkla ifade edilebileceğini söyleyelim.

Gazların özgül ısıları, molar ısı kapasiteleri olarak tanımlanır. Önce verilen gaz ısıtma örneğini anımsayalım. Üzeri sürtünmesiz hareket edebildiği

varsayılan bir pistonla kapatılan silindir içindeki gazın sıcaklığı T1 den T2 ye çıkarılırken DT

kadar artış göstersin ve gazın kazandığı ısı DQ olsun, bu arada, gaz pistonu Δx kadar yukarı itecektir ve böylece ΔW kadar iş yapmış olacaktır. Bu ifadeler termodinamiğin birinci yasasına uyacaktır.

WQUWWUQ ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆ −=→++=

Şekil 2.4– Gazların özgül ısılarının basınç–hacım ilişkisine bağlı olması


44

İtilen pistonu eski konumuna getirmek için piston üzerine yeni ağırlıklar eklenirse, gazın hacmı sabit tutulmuş olacaktır. Sistem sabit hacim altında ΔT kadar sıcaklık artışına sahip olacaktır.

İlk şeklde, gaz P, V, T verilerine sahiptir, ikincide ΔT kadar sıcaklığı artırılan gazın hacmi ΔV kadar artmaktadır. Burada p sabit tutulmaktadır. Üçüncüde ise, ikincideki durumun ΔP basınç artışıyla değiştirilmesi ve ilkinde sahip olunan hacime düşürülmesidir. üçüncüdeki durumda hacim sabit tutularak ΔT kadar sıcaklık artırılmaktadır. Hacim sabit iken gazın aldığı molar ısı şu formülle bulunur:

V

vT

UC

=

∆∆∆∆

∆∆∆∆ , n mol gaz için V

vTn

UC

=

∆∆∆∆

∆∆∆∆ olur.

Bu durumda hacım değişiminden dolayı iş olmamaktadır. n mol gazın sabit hacımde aldığı ısı miktarı:

TnCQU v ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆ ==

Şimdi, ikincideki duruma bakalım. Burada hacım değişimi var ve P sabitken, n mol gaz için:

veya pp

pTn

H

Tn

QC

=

=

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

Çünkü ΔQ = ΔH entalpi değişimidir.

Tablo 2.4 Düşük basınçlarda havanın Cp değerler

oR oC Btu/lbmoR k Akustik hız

(m/s)

100 (–217,7) 0,2392 -1001,9 1,402 149,5 200 (–162,2) 0,2392 -1001,5 1,402 211,28

300

(–106,6) 0,2392 -1001,5 1,402 258,96 400 (–51,11) 0,2393 -1001,9 1,402 299,05 500 -4,44 0,2396 -1003,1 1,401 334,26


45

600 -60 0,2403 -1006,1 1,399 366 700 -115,55 0,2416 -1011,5 1,396 394,84 800 -171,11 0,2434 -1019,1 1,392 421,49 900 -226,66 0,2458 -1029,1 1,387 446,22

1000 -282,22 0,2486 -1040,8 1,381 469,33 1200 -393,33 0,2547 -1066,4 1,368 511,76 1400 -504,44 0,2611 -1093,2 1,356 550,3 1600 -615,55 0,2671 -1118,3 1,345 586 1800 -726,66 0,2725 -1140,1 1,336 619,51 2000 -837,77 0,2773 -1164 1,328 651 2200 -948,88 0,2813 -1177,7 1,322 681,09 2400 -1060 0,2848 -1192,4 1,317 710,06 2600 -1182,2 0,2878 -1204,9 1,313 737,8 2800 -1282,22 0,2905 -1216,3 1,309 764,63 3000 -1393,33 0,2929 -1226,3 1,306 790,54 3200 -1504,44 0,295 -1235,1 1,303 815,54 3400 -1615,55 0,2969 -1243 1,3 839,93 3600 -1726,66 0,2986 -1250,2 1,298 863,41 3800 -1837,77 0,3001 -1256,5 1,296 886,28 4000 -1948,88 0,3015 -1262,3 1,294 908,84 5000 -2504,44 0,3072 -1286,2 1,287 1013,1 6000 -3060 0,3114 -1314,6 1,282 1107,92

1Nm3 hava = 1,278 kg veya havanın yoğunluğu ρh = 1,278

3m

kg(NK da)

Kkg

J

Rlbm

Btuo −

⇒1

çevrilişi:

Kkg

kJ

Kkg

J

K

Rx

K

lbmx

Btu

Jx

Rlbm

Btuo

o

oo −=

−= 186,44186

5555,0

1

4536,0

1

1

110551

Hava ≅ %21 O2+%79 N2 Pratik mühendislik hesaplarında kullanılan yüzdeler

Mw = 28,97 ≅ 29 , Tc = –140,6 , Pc = 37,64 x 105 Paskal (mutlak)

Tablo 2.5. Bazı gazların molar özgül ısı kapasiteleri (T = 20°C) ——————————————————————————————————————


46

Cp Cv

Gazlar (cal/mol-K) (Cal/mol–K) Cp–Cv k = Cp/Cv

NH3 8,8 6,65 2,15 1,31

C2H6 12,35 10,30 2,05 1,20 Polyatomic

SO2 9,65 7,5 2,15 1,29

CO2 8,83 6,8 2,03 1,30

Cl2 8,29 6,15 2,14 1,35

N2 6,95 4,96 1,99 1,40 Diatomik

O2 7,03 5,03 2,00 1,40

H2 6,87 4,88 1,99 1,41

Ar 4,97 2,98 1,99 1,67 Mono atomik

He 4,97 2,98 1,99 1,67

Asetilen (C2H

2) …………………………………………………..1,26

Hava (% 78 N2 + % 20 O

2 + % 2 Başka) ……………………. 1,40

Metan …………………………………………………………….1,31 Azotdioksit (NO

2) ………………………………………………..1,30

İdeal gazlarda KmolCalKmolJFlbm

BtuRCC

ovp −=−=−

==− /986,1/314,8986,1

KmolJFlbm

Btuo

−=−

/186,41

, 1 cal = 4,186J olduğunu anımsayalım.

pC : Sabit basınçta, molal ısı kapasitesi

vC : Sabit hacımda

Havanın 400 R ve alt sıcaklarda sabit basit özgül ısı kapasitesi

pC : 0,239 Rlbm

Btuo−

1 dir.


47

İdeal gazlarda RCC vp =− bağıntısının elde edilmesi

TnCVPTnC pv ∆=∆+∆

TnRVP ∆=∆ olduğundan bağıntıda yerine konursa,

TnCTnRTnC pv ∆=∆+∆ yazılır.

Her terim Tn∆ ile bölünürse

pv CRC =+ elde edilir.

Tablo 2.6 Gazların 1 atm. basınç altında sıcaklığa bağlı olarak molar özgül ısıları

Gaz Sembol ( )RmolBtuCo

p −/ Sıcaklık

aralığı

(°R)

Oksijen

O2 11,515 –

+

TT

1530172

540–5000

11,515 –

( )

−+

+

1000

400005,01530172 T

TT

5000–9000

Azot

N2 9,47 –

+

2

63 1016,11047,3

T

x

T

x 540–5000

Karbon-

monoksit

CO 9,46 –

+

2

63 1007,11029,3

T

x

T

x 540–5000

Hidrojen

H2

5,76 +

+

T

T 20

1000

578,0

540–5000

5,76 +

( )

−

+

1000

400033,0_

20

1000

578,0 T

T

T

4000–9000


48

Su

H2O 19,86 –

+

tT

7500597 540 –

5000

Karbondi-

oksit

CO2 16,2 –

+

2

63 1041,11053,6

T

x

T

x 540–6300

Metan CH4 ) 4,22 + 8,211 x 10–3 T 492–1800

27 –

T

14400 1800–

5940

Etilen

C2H4

6,0 + 8,33 x 10–3T

720–1400

Etan C2H6 6,6 + 13,33 x 10–3 T 720–1440

Etilalkol C2H6O 4,5 + 21,1 x 10–3 T 680–1100

Metil alkol CH4O 2,0 + 16,67 x 10–3T 680–1100

Benzen C6H6 6,5 + 28,9 x 10-3 T 520–1120

Oktan C8H18 14,4 + 53,3 x 10–3 T 720–1440

Hava % 21 O2

+~ 79 N2

Mw = 29

8,24 x 10–3

400–530

(Bak, kaynaklar –10)

2.7 Isıl Değerin Tespit Edilmesi

Birim ağırlıkta ya da birim hacımdaki bir maddenin NK'da tamamen yanması halinde ortaya çıkacak olan ısı miktarına yanma ısısı veya ısıl değer denir. Metrik birim sisteminde NK olarak 25°C oda sıcaklığı ve 1 atm. basınç kabul edilirken İngiliz birim sisteminde NK olarak 60°F ≅ 15,5°C) ve 14,70 psi kabul edilir. Katıların ısıl değerleri genellikle birim ağırlıklarının gazların ısıl değerleri birim hacimlerinin verdiği ısılar olarak belirlenir. Çünkü gazlar hacimce, katılar ağırlıkça daha kolay ölçülürler.


49

Bir gazın veya bir gaz karışımının yanma ısısı başka ifadeyle ısıl değeri kimyasal yanma denkleminin reaksiyon ısısından elde edilebilir. Bir kimyasal reaksiyon çevresinden ısı alarak gerçekleşiyorsa buna endotermik (içe ısı alan) olay, dışa ısı vererek gerçekleşiyorsa buna ekzo–termik (dışa ısı veren) olay denir. Bir reaksiyonun net ısısı, ürünlerin formasyon ısılarından, girenlerin formasyon ısıları çıkarılarak bulunur. Doğal gaz, % 98'lere yakın Metan gazı içeriyorsa doğalgaz, yaklaşık bir değer elde etmek için, tamamen metan gazından meydana geldiği varsayılarak, metanın ısıl değeri, % 98 metan içerikli doğalgazın ısıl değeri olarak kabul edilebilir.

Isıl Değerler

Alt değeri

kcal/m3

Üst ısıl değeri

kcal/m3

Stokiyometrik yanma ısısı

(Reaksiyon ısısı)

kcal/m3

Metan 8750 9535 7741.58

SSCB doğalgazı 8573 9335

Önce, ısıl değerin kalorimetre ile deneysel yoldan nasıl bulunduğu konusunda bilgi verelim. Yanma sonucu ortaya çıkan ürünler referans sıcaklığına kadar soğutulur ve bu soğuma sırasında, soğuyan ürünlerden alınan ısı ölçülür. Bu ölçülen ısı miktarına üst ısıl değer denir. Üst ısıl değerde, ürünler arasında meydana gelen suyun kondens oluncaya kadar verdiği ısı da hesaba katılır. Alt ısıl değer ise, suyun kondens olmadığı bir sıcaklığa kadar ürünlerin soğutulmasıyla elde edilen ısı miktarıdır.

Alt ısıl değer tespit edilirken, su, buhar gazında bulunur.

Şurası da açıkça bilinmeli ki, hidrojen içeren tüm yanıcı maddelerin yanmaları sonucunda ortaya çıkan ürünler arasında su bulunur. Çünkü, yanma olayı oksijen gazı ile gerçekleştiğinden, 2H2 + O2 → 2H2O formülü gereğince su meydana gelecektir.

Metanın yanma denklemi üzerinde duralım. 1m3 metan gazı yandığında ne kadar ısı açığa çıkar sorusunun cevabını bulmaya çalışalım.

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)


50

Denklemden anlaşıldığı gibi 1 mol metan gazını yakmak için 2 mol oksijen gazı gereklidir. Oysa 1 mol hava içinde 1/5 mol oksijen vardır. 2 mol oksijen gazı kaç mol hava içinde bulunur? Bu sorunun cevabı basit bir orantıyla elde edilir:

1 mol havada 1/5 mol oksijen olursa

x 2 mol oksijen olur

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

10525/1

2=== xx mol hava

1 mol metan gazı 10 mol hava ile yanarak 1 mol karbondioksit ve 2 mol su buharı

meydana getirecektir. Aynı şekilde, 1 m3 metan gazı, 10 m3 hava ile yanarak 1 m3

karbondioksit gazı ve 2m3 su buharı oluşturacaktır.

Yanma olayına girenlerin ve ürünlerin miktarlarını m3 birimiyle ifade ettikten sonra, yanma olayı sırasında verilen ve alınan ısıların ne olacaklarını belirtelim.

Yanma olayının reaksiyon ısısı, ürünlerin standart reaksiyon ısısı, ürünlerin standart enthalpilerinden, girenlerin enthalpileri çıkarılarak bulunur.

)(∆hn(Ürünler)∆hnH 0rr

0p

0r Girenler∑∑ −=∆

Yukardaki kimyasal olayın reaksiyon ısısı 0rH∆ = –191,759 kcal/mol–g = –191759 kcal/kmol

Reaksiyon ısısının dışa yani çevreye verildiğini (ekzotermik) belirtmek için, ısı değeri önüne – işareti konur; böylece çevre ( burada oda)nin ısı kazandığı, buna karşı, sistemin (burada soba–ocak, ısı kaynağı ) ısı kaybettiği anlatılmış olur.

Reaksiyon ısısını birim hacimdeki ısıl değer olarak belirtmek için aşağıdaki çevirmeler yapılır.

NK’da 1m3 metan gazının ısıl değeri:

İdeal gaz denklemi → nRTPV =

P = 1 kg/cm2

n = 1 mol


51

=

K-kmol08314,0

3

2

m

cm

kgR

T = 25°C (=25 + 273 = 298 K)

V = ?

Bu veriler yerlerine konursa 1000 mol gaz → 24,36 m3 hacminde bulunur veya 1

mol gaz →0,02477 m3'dür.

3

3kcal/m 7741,58

m 0,02477

mol759,191 =x

mol

kcal

1 cal = 4,18J olduğundan 7741,58 3kcal/m = 32,359 3MJ/m

Yukarıdaki ifadeyi Btu/ft3 birimiyle ifade etmek için aşağıdaki işlemler yapılır.

ideal gaz denklemi → nRTPV =

P = 14,73 psia

n = 1 mol

R = 10,73

T = 20 °C = (20 x 1,8 + 32) + 460 = 528 R

Veriler denklemde yerlerine konursa V = 384,6 ft3 bulunur. Aslında T = 520R alınırsa ki bu

sıcaklık 60°F'a karşılık gelir. O durumda V = 379 ft3 olur, fakat, kimyasal reaksiyonlarda, verilen reaksiyon ısı değerleri, 25°C' deki formasyon enthalpi değişimlerinden hesaplandığı için, ideal gaz denkleminde oda sıcaklığı olarak 25 C° temel alınmıştır.

Yukarıdaki verilere göre (T = 25°C = 528 °R) 1 lb–mol gaz = 384 ft3 hacme sahiptir.

3

3Btu/ft 897

cal 252ft 384

mol-lb 1

mol-lb 1

mol g 453

g-mol

cal 191759=

Btuxxx

Sonuç:

1 m3 Metan gazın alt ısıl değeri →~ 32,55 MJ/m3

1 ft3 Metan gazının alt ısıl değeri → ~ 897 Btu/ft3

T = 60°F alınsa idi, V = 379 ft2 olacak ve o durumda 1 ft3 metanın alt ısıl değeri fi 909,52

Btu/ft3 olacaktı.


52

Tablo 2.7. Bazı Hidro-karbon Gazların Üt Isıl Değerleri

T @ 15°C [60°F] ve P = 101 k Pa [14,7 psia]

––––––––––––––––––––––––––––––––––————————————

Gaz Btu/ft3 MJ/m3 ––––––––– ––––––– ––––––– Metan 1010 39,28 Etan 1769 68,79 Propan 2518 97,92 izo–Bütan 3256 126,6 n–Bütan 3264 126,9 izo–Pentan 4001 155,6 n–Pentan 4009 155,9 Hekzan 4756 184,9 Heptan 5503 214,0

Çevirme: 333

3

3 m

kcal 2,8908

m

cal 8908200

ft 35

Btu

cal 2521010 ==

mxx

ft

Btu

Gaz akış hattına bir yoğunluk ölçer monte edilerek, geçen gazın yoğunluğu sürekli ölçülebilir. Bu veri ile doğal gazın ısıl değeri hesaplanabilmektedir. Çünkü, doğal gazın ısıl değeri, göreli yoğunluğunun doğrusal işlevi olarak ifade edilebilmektedir.

Standart koşullarda, İngiliz birim sistemine göre:

P = 14,73 psia,

T = 60°F'da doğal gazın 1std–ft3 nin üst ısıl değeri şu bağıntı ile hesaplanabilmektedir:

Btu/ft3 = 1571,5G + 144

Burada:

G = Göreli gaz yoğunluğu (hava = 1.0) → h

gG

ρ

ρ=

gρ = Gaz yoğunluğu

hρ = Havanın yoğunluğu (Gaz yoğunulğunun P.T sinde)


53

NK (Normal koşullar) da, h

g

M

MG = dır.

gM = Gazın mol ağırlığı

hM = Havanın mol ağırlığı

Soru:

Göreli yoğunluğu 0,65 olan doğal gazın ısıl değerini verilen pratik formülden hesaplayın.

Çözüm:

H = 1571,5G + 144 = 1571,5 (0,65) + 144 = 1165,47 3Btu/ft

Soru: Metan gazının ısıl değerini bulunuz?

Çözüm:

Metanın göreli yoğunluğu → h

g

M

MG = = 55,0

97,28

16=

H = 1571,5G + 144 = 1571,5 (0,55) + 144 = 1008 Btu/ft3

Orifismetreli gaz ölçümünde, gazın hacmi yerine ısıl değeri ölçülmek istenirse; orifisli gaz ölçümün formülüne G' faktörü konur.

0,51,5' G 00144,0G 0,015715 faktörü +=G

Orifismetre ile gaz ölçümün temel formülü:

fwh PhCQ '=

Burada:

hQ = Std; ft3/saat (SCFH), normal koşullarda (NK)

wh = Orifis plakasının iki yüzü arasındaki basınç farkı, inch–su

fP = Statik basınç, psia


54

Sıvı, buhar ve gaz akış ölçümlerinde C'in değeri ayrı ayrı hesaplanır:

Sıvılarda → rtgb xFxFFC ='

Buharda → xYxFxFFC rsb='

Gazlarda → xYxFpv'

rtfygthphb xFxFxFxFxFxFFC =

Fg’nin formülünde G’ faktörü kullanılırsa, orifis metreli hacim ölçümü, ısı ölçümüne

çevrilmiş olur. Gaz ölçümünde C'in formülünde yer alan Fg gaz göreli yoğunluğu G nin tersi-nin kareköküne eşittir:

5,0

11

==

GGFg

Orifis formülünde St ft3/h yerine Btu/h ölçülmek istenirse

5,0

''

' 11

==

GGFg değeri C'in formülüne konması gerekir.

xYxFpv'"

rtfygtbpbb xFxFxFxFxFxFFC =

(Btu/h) "'fw PhCQ =

Wobbe indeksi: Wobbe numarası, brülör kullanmada yakıt kalitesini karşılaştırmakta kullanılır. Eğer, iki

yakıtın Wobbe sayıları arasındaki fark ± % 5 içinde ise, brülör başında aynı ısıyı vereceklerdir ve birbirlerinin yerine kullanılabilirler.

0,5G

GHVİndeksi =Wobbe

GHV = Yakıtın üst ısıl değeri, Btu/ft3 (MJ/m3)

G = Göreli yoğunluk


55

Soru: Metan gazı ile propan gazının brülör başında aynı verimliliği verip vermeyeceklerini

karşılaştırın?

Çözüm:

Metanın yoğunluğu ρm= 0,042 lb/ft3 (60°F de)

Propanın yoğunluğu ρp = 0,117 lb/ft3 (60°F de) Havanın yoğunluğu (O2 + N2) rh = 0,0764 (60°F de)

Metanın göreli yoğunluğu Gm = rm/rh = 0,042/0,0764 = 0,55

Propanın göreli yoğunluğu Gp = rp/rh = 0,117/0,0764 = 1,53

Metanın üst ısıl değeri GHV = 1010 Btu/ft3

Propanın üst ısıl değeri GHV = 2518 Btu/ft3

Metan için 88,13610,55

1010No ==Wobbe

Propan için 74,20341,53

2518No ==Wobbe

Propan Wobbe No>Metan Wobbe No------- Propan daha kaliteli yakıt oluyor.

2.8 Doğalgazın Isıl Değerinin Hesaplanması, Fuel–oil ile karşılaştırılması

I. Gaz Miktarının Belirlenmsi

Bir petrol üretim sahasında, gaz ve petrol düşük basınçlı seperatör (ayraç) den geçirilerek ayrıştırılmaktadır. Ayracın çalışma basıncı 2 bar(g), sıcaklık 30°C – 45°C dir. Bu koşullarda

ölçlen gaz debisi : Q = 750000 Std ft3/gün

Üretilen petrolden ayrılan gaz miktarı, laboratuvar analizleri ile bilinen gaz – petrol oranı (GOR : Gas Oil Ratio) na bağlı olarak değişir. Yapılan GOR analizlerine göre, yüzey koşularında

(P = 1 atm, T = 15,5 °C ⇒ 1 varil = 42 scf ft3 (42 scf ft3 = 1,2 std m3) doğalgaz ayrışması

olmaktadır. Yukarda, ölçüm miktarı verilen doğalgazın elde edilebilmesi için günlük petrol üretiminin 18000 varilden daha fazla olması gerekmektedir.

Yüzey koşullarında petrolden ayrışan gaz, rezervuarda, petrol içinde çözülmüş (solution) halde bulunan gazdır.


56

Seperatörler, belli basınç ve sıcaklık koşullarında çalışan, gaz fazını sıvı fazdan ayıran ayraçlardır.

Petrolden ayrışan gaz tekrar genleştirici ikinci hacım kabından geçirilerek, kendisiyle taşınan sıvı hidrokarbonlardan ayrılır. Daha temiz gaz elde etmek için filtrasyonlu separatörler kullanılabilir.

Gazın kullanılacağı yerde, ısınma, sıcak su ve mutfak için en az 170000 SCF (~4857 m3) gaza ihtiyaç olduğu tespit edilmiştir.

II. Gaz Analizi :

Separatör çıkışından alınan gaz numunesi 2,2 bar 15,5°C de Gaz kromotografi cihazı ile analiz edilmiştir. Analiz sonuçları aşağıda tabloda verilmiştir.

Karışımı oluşturan Gazlar

(1 atm ve 15 °C) % (y) Mw Karışımdaki

Mol ağırlığı

C5 ve C6 0,40 72,146 + 8,172 0,6332

izobutan 0,71 58,120 0,4126

Normal bütan 0,20 58,120 0,1162

Normal pentan 0,20 72,146 0,1442

Karbondioksit 2.54 44.000 1,1176

Etan 2.87 30,068 0,8629

Oksijen 0,55 32,00 0,1760

Azot 16,67 28,016 4.6702

Metan 75,90 16,00 12,1440

Propan Eser —

100.0 Ma = 20,2769

Havanın mol ağırlığı = 29


57

Gaz – petrol ayracında, ayrıştırılan doğal gazın, analiz verilerine göre hesaplanan göreli ağırlığı (Sp. Grv)

Özgül ağırlık (Sp. Grv) = 0,699 ≅ 0,70

III. Kalorifik Değerin Hesaplanması :

Karışımdaki Yanıcı gazlar

Gazın

% ‘si

Tam yanmada Isıl Değer

Toplam ısıl değerdeki payı

(Btu/Sch, 15,5 oC)

C5 + C6 0,40

4009 + 4756 35,06

izo–bütan 0,71

3256 21,11

Normal bütan 0,20

3264 6,53

Normal pentan 0,20

4009 8,02

Etan 2,87

1769 50,77

Metan 75,90

1010 766,59

Isıl Değer (Btu/Sch, 15,5 oC de ) 888,08

Birim çevirme:

kg

kcal6047

m

kcal 7818

Scf

kcal39,223GH

Scf

kcal 79,223

Btu

cal 252x

Scf

Btu08,888

m

kcal

Scf

Btu

3

3

===

=

⇒


58

Bir yakıtın gerçek kalorifik değeri kalorimetre ile bulunmakla birlikte, yukarıdaki hesap yöntemiyle de, analiz verilerinin doğruluğu derecesinde en yakın sonuç elde edilebilir.

Değişik API° derecelerine göre Fuel–oil ısıl değerleri

Fuel–oil API°(60°F)

Isıl Btu/lb değer (GHv)

Yoğunluk lb/gal

Total Isıl değer kcal/kg

10 18540 8,327 10313,64

20 19020 7,787 10580,66

30 19420 7,305 10803,17

40 19750 6,879 10986,75

Doğal Gazın Fuel–oil Eşdeğeri

Eşdeğer doğal gaz

1 kg Fuel–oil kg m3 ft3

10API° 1,7054 1,319 46,198

20API° 1,7496 1,354 47,390

30API° 1,7864 1,3826 48,391

40API° 1,8167 1,406 49,210

I ton fuel–oilin eşdeğer gaz miktarını bulmak için değerler 1000 ile çarpılması gerekir.

Örnek :

1 ton 10 API° fuel–oil ≈ 1309,4 std. m3 dir.

Binanın günlük gaz ihtiyacının 4819 m3 olacağı öngörülürse:

Günlük ısı miktarı = Isıl değer x Gaz debisi


59

gün/Btu10 x 150 Btu 149503738

Btu/gün 149503738kcal 0,252

Btu /gün x kcal 37674942

kcal/gün 37674942 /gün m 4819 x m

kcal 7818Miktarı Isı Günlük

6

3

3

≅⇒

=⇒

==

Aynı ısı miktarını elde etmek için fuel–oil miktarı :

Örnek:

10 API° –fuel–oil kcal 64,10313

kgx

gün

kcal 37674942⇒

Tablo 2.8

ORGANİK–İNORGANİK BİLEŞİKLERİN

KRİTİK DEĞERLERİ VE YOĞUNLUKLARI

Element ya da Bileşik

Kritik Basınç–Pc

Kritik Sıcaklık–Tc

Yoğunluk

lbs/ft3 60°F

psia

bar

(mutlak)

°F

°C

Asetik asit, CH3–CO–OH

841 58.0 612 322

65.7

Aseton, CH3 – CO – CH3

691 47.6 455 235

49.4

Asetilen, C2H2 911 62.9 97 36

0,069


60

Hava, O2 +N2 547 37.8 –222 –141

0,0764

Amonyak, NH3 1638 113.0 270 132

0.045

Argon, A 705 48.6 –188 –122

0.105

Benzen,C6H6 701 48.4 552 289

54.6

Butan, C4H10 529 36.5 307 153

0.154

Karbondioksit, CO2 1072 74.0 88 31

0.117

Karbonmonoksit, CO 514 35.5 –218 –139

0.074

Karbontetraklor, CCl4

661 45.6 541 283

99.5

Klor, Cl2 1118 77.0 291 144

0.190

Etan, C2H6 717 49.5 90 32

0.080

Etilalkol, C2H5OH 927 64.0 469 243

49.52

Etilen, CH2 = CH2 742 51.2 50 10

0.074

Etileter, C2H5–O–C2H5

522 36.0 383 195

44.9

Flor, F2 367 25.3 –247 –155

0.097

izo-bütan, (CH3)2 CH–CH3

544 37.5 273 134

0.154

izo-propilalkol, CH3–CHOH–CH3

779 53.7 455 235

49.23

Metan, CH4 673 46.4 –117 –83

0.042

Metilalkol, H–CH2OH 1156 79.6 464 240

49.66

Azot, N2 492 34.0 –233 –147

0.074

Azot monoksit, N2O 1054 72.7 99 37

0.117


61

Oktan, CH3– (CH2)4–CH3

362 25.0 565 296

43.8

Oksijen, O2 730 50.4 –182 –119

0.084

Pentan, C5H12 485 33.5 387 197

38.9

Fenol, C6H5OH 889 61.3 786 419

66.5

Fosgen, COCl2 823 56.7 360 182

0.108

Propan, C3H8 617 42.6 207 97

0.117

PropilenCH3 = CH – CH3

661 45.6 198 92

0.111

Dondurucu, CCl3F2 582 40.1 234 112

0.320

Dondurucu, CHClF2 713 49.2 207 97

0.228

Sülfürdioksit, SO2 Su, H2O Helyum, He Heptan, C7H14 Hidrojen H2 Hidrojen klor, HCl

1142 3206 33,2

394 188

1199

78.6 221.0

2,29 27,2 13,0 82,6

315 705

–450 513

–400 124

157

374

–268

267

–240

51

0.173 62.34 0,011

42,6 0,005 0,097

Tablo 2.9 BAZI GAZLARIN Mw, VE GÖRELİ YOĞUNLUKLARI

Kimyasal Adı ve Formülü Mw Yoğunluk Havaya

Göre Özgül Ağırlığı

Gaz Formülü Mol Ağırlığı kg/m3 lb/ft3 Hava : 1


62

Asetilen C2H

2 26,036 1,173 0,0732 0,912

Hava (% 79 N2+%20 O2+%1 başka)28,97 1,2920 0,0806 1,000

Amonyak NH3 17,032 0,7598 0,0474 0,596

Karbondioksit CO2 44,01 1,963 0,1225 1,529

Klor Cl2 70,914 3,1638 0,1974 2,486

Etilen C2H

4 28,052 1,2604 0,0786 0,975

Hidrojen H2 2,016 0,08988 0,0056 0,0695

Metan CH4 16,042 0,7152 0,0446 0,544

Azotmonoksit NO 30,008 1,3388 0,0836 1,0366

Azot N2 28,016 1,2499 0,07803 0,9672

Oksijen O2 32,000 1,4277 0,08915 1,1053

Kükürtdioksit SO2 64,066 2,858 0,1784 2,2638

Hidrojen sülfür H2S 34,066 1,541 0,0961 1,1900

Örnek: Yoğunluk hesapları ile ilgili bazı işlemler: Mutlak yoğunluk bir de göreli yoğunluk tanımları vardır.

Genellikle katı ve sıvıların yoğunlukları suyun, gazların yoğunlukları da havanın mutlak yoğunluğuna göre ifade edilir, bu şekilde ifade edilen yoğunluğa göreli (Rölatif ) yoğunluk denir.

Göreli yoğunluk → h

g

h

g

M

MG

ρ

ρ==

Hidrojen sülfürün göreli yoğunluğu:


63

( ) 19,154,28

066,342 ==SHG y

Göreli yoğunluğu bilinen bir gazın yoğunluğunu bulmak:

a) Metrik birimleriyle:

332y2

m

kg 1,5411,19 x 2920,1)(G x )( ==ρ=ρ

m

kgSHSH h

b) İngiliz birimleriyle:

332y2

ft

lb 0,9611,19 x 0806,0)(G x )( ==ρ=ρ

ft

lbSHSH h

c) Gaz denkleminden yoğunluğun hesaplanması:

RTZ

PM w=ρ

Tablo 2.10 Sıvıların Viskozitesi

Sıvılar T

() η (mP) Gazlar

T ()

η (μPa)

alkol, etil 20 1,1 hava 15 17,9

alkol, izopropil 20 2,4 hydrogen hidrojen 0 8,42

alkol, metil 20 0,59 helyum (gaz) 0 18,6

kan 37 3-4 azot 0 16,7

etilen glikol 25 16,1 oksijen 0 18,1

etilen glikol 100 1,98

freon 11 -25 0,74 karmaşık

malzemeler T

() η (Pa s)

freon 11 0 0,54 kalafatlamak 20 1000

freon 11 +25 0,42 cam, oda sıcaklığında 10 18 -10 21

freon 12 (soğutucu)

-15 ? cam, gerilme noktasına 10 13.6


64


0 ? cam, tavlama noktası 10 12.4


+15 0,20 cam, yumuşama 10 6.6

gliserin 20 1420 cam, çalışma 10 3

gliserin 40 280 cam, erime 10 2

helyum (sıvı) 4 K 0,00333 bal 20 10

cıva 15 1,55 ketçap 20 50

süt 25 3 domuz yağı 20 1000

yağ, sebze, kanola 25 57 melas 20 5

yağ, sebze, kanola 40 33 hardal 25 70

yağ, sebze, mısır 20 65 fıstık ezmesi 20 150-250

yağ, sebze, mısır 40 31 ekşi krema 25 100

yağ, sebze, zeytin. 20 84 şurup, çikolata 20 10-25

yağ, sebze, zeytin. 40 ? şurubu, mısır 25 2-3

yağ, sebze, soya fasulyesi

20 69 şurubu, akçaağaç 20 2-3

yağ, sebze, soya fasulyesi

40 26 katran 20 30.000

petrol, makine, ışık 20 102 sebze kısalma 20 1200

ağır petrol, makine,

20 233

yağı, motor, SAE 10

20 65


20 125


20 200


65

P : Basınç, bar,

wM : Gazın mol ağırlığı,

T: Sıcaklık K,

R: Gaz sabiti

Tablo 2.11 Bazı Gazların Viskoziteleri

yağı, motor, SAE 40 20 319

propilen glikol 25 40,4

propilen glikol 100 2,75

su 0 1,79

su 20 1,00

su 40 0,65

Viskozite (mikropaskal saniye µPa.s) Formül Molekül Adı 100 K 200 K 300 K 400

K 500 K 600 K

Hava 7.1 13.3 18.6 -23.1 27.1 30.8 Ar Argon 8.0 15.9 22.9 28.8 34.2 39.0 BF3 Bor triflorür 12.3 17.1 21.7 26.1 30.2

ClH Hidrojen klorür 14.6 19.7 24.3 F6S Kükürt hekzaflorür (P= 0) 15.3 19.8 23.9 27.7

H2 Hidrojen (P= 0) 4.2 6.8 9.0 10.9 12.7 14.4

D2 Döteryum (P= 0) 5.9 9.6 12.6 15.4 17.9 20.3

H2O Su 10.0 13.3 17.3 21.4

D2O Döteryum oksit 11.1 13.7 17.7 22.0

He Helyum (P= 0) 9.7 15.3 20.0 24.4 28.4 32.3 Kr Kripton (P= 0) 8.8 17.1 25.6 33.1 39.8 45.9 NO Nitrit oksit 13. 19. 23 28.0 31.9


66

Tablo 2.10 Tablodaki Gazların viskozitesi (µ) değerleri ): 100 kPa (1 atm basınç) içindir.

2.9 Viskozite Ve Akışa Etkisi

Viskozite akışkanın akışa karşı gösterdiği bir dirençtir. Moleküller veya parçacıklar birbirlerine çarparak, birbirlerine sürterek, birbirlerinin üzerinden kayarak geçerler ki bu olgular akışkanın, kendi içinde gelişen varolan sürtünme kayıplarına yol açar. Akışın bir tabakası diğeri üzerinden kayarken aralarında sürtünmeden oluşan bir kayma kuvvet oluşur; bu kuvvetin tabakanın alanına bölümü, kayma gerilimi (Shear Stress) verir. İşte bu gerilimin tabaka birim–uzunluk hız değerine (hız gradiyenti) bölümü viskozite denen akışkan direncini ya da "akmazlık" değerini verir. Sıvıların viskozitesi basınçla değişmez, sıcaklıkla azalır. Gazların viskozitesi basınçla azalır, sıcaklıkla artar. Petrol ve benzeri viskoz akışkanlarda,

8 2 .8 N2 Azot (P= 0) 12.9 17.9 22.2 26.1 29.6

N2O Nitroz oksit 10.0 15.0 19.4 23.6 27.4

Ne Neon (P= 0) 14.4 24.3 32.1 38.9 45.0 50.8 O2 Oksijen (P= 0) 7.5 14.6 20.8 26.1 30.8 35.1

O2S Kükürt dioksit 8.6 12.9 17.5 21.7

Xe Ksenon (P= 0) 8.3 15.4 23.2 30.7 37.6 44.0 CO Karbon monoksit 6.7 12.9 17.8 22.1 25.8 29.1 CO2 Karbondioksit 10.0 15.0 19.7 24.0 28.0

CHCl3 Kloroform 10.2 13.7 16.9 20.1

CH4 Metan 7.7 11.2 14.3 17.0 19.4

CH4O Metanol 13.2 16.5 19.6

C2H2 Asetilen 10.4 13.5 16.5

C2H4 Etilen 7.0 10.4 13.6 16.5 19.1

C2H6 Etan 6.4 9.5 12.3 14.9 17.3

C2H6O Etanol 11.6 14.5 17.0

C3H8 Propan 8.3 10.9 13.4 15.8

C4H10 Bütan 7.5 10.0 12.3 14.6

C4H10 İzobütan 7.6 10.0 12.3 14.6

C4H10O Dietil eter 7.6 10.1 12.4

C5H12 Pentan 6.7 9.2 11.4 13.4

C6H14 Hekzan 8.6 10.8 12.8


67

sürtünme olayı özellikle akışkan tabakaları arasındaki kayma dirençlerine (N) bağlıdır. Viskozitenin en çok kullanılan birimleri aşağıdadır.

MKS birimleriyle viskozitenin birimi: Paskal basınç birimindeki kayma geriliminin (S) hız

gradiyentine ( hızın birim uzunluğa düşen payına , V/L ) bölümünden elde edilir. → LV

S

/

22

//

: skoziteMutlak vi msnNm

snm

m

NMKS −=

=µ⇒⇒

22

//

: skoziteMutlak vi cmsndincm

sncm

cm

dinCGS −=

=µ⇒⇒

Viskozite Birimlerinin Birbirlerine Çevrilmesi:

sm T0022,0=ν S.U → ν = 0,0000027ts – 0,00194/ts

FFm TT /03,20022,0 −=ν S.F → ν = Yaklaşık 1/10 S.U

Engler → ν = 0,00000158 te–0,00403/te

Redwood → ν = 0,00000 280tF–0,00185/tr

mν : Metrik birimde kinematik viskozite, cm2/s

Ts : Saybolt–Universal, saniye

TF : Saybolt–Furol, saniye

ν = İngiliz biriminde kinematik viskozite, ft2/s

S.U = Saybolt Universal

S.F = Saybolt Furol. Yaklaşık S.U'in 1/10 nuna eşittir.

ts : S.U viskozite birimi, saniye.

te : Engler viskozite birimi, saniye.

tr : Redwood viskozite birimi, saniye.

100 cp = 1 poise = 1 din-sn/cm2 =1 g/cm-sn= 0,1 N-sn/m2

sn-kg/m 10sn/m-N 10sn -g/cm 10 Cp 1 32-3-2 −===


68

sn/m 10/sn cm 10Cp/g Cst 1 2-62-2 ===

20°C deki suyun mutlak viskozitesi 1 cp = 10–2 poiz (poise) dir.

Mutlak viskozitenin, ilgili sıvının yoğunluğuna bölümü dinamik (kinetamik) viskoziteyi verir. Birimi "stoke" (stok) dur.

MKS → Kinematik viskozite = snmm

kg

m

snN// 2

32=

−=

ρ

µ=ν

CGS → Kinematik viskozite = sncmcm

g

sncm

g// 2

3=

−=ν

100 Cst (centi stoke) = 1 Stoke (st)

= 1 cm2/s

= 10–4 m2/s

20°C deki suyun viskozitesi 1 Cst = 10–2 stoke dur. I.B.S de viskozite: (IBS’i ingiliz Birim Sistemi) Cp → lbm/ft–s çevrilişi:

1 Cp = 10–2 sncm

g

−x

g 453

cm 30,48= 6,7284 x 10–4 lbm/ft–sn olur.

Veya 1 Cp = 2089 x 10–8 2ft

sn-lb

Petrol viskozitesini bulmanın pratik yolu 30° API dan daha büyük °API dereceli (Göreli G ≤ 0,88 Log m = a – (0,035)(°API) formülü ile bulunabilir. Burada: a: Sıcaklığa bağlı katsayı (Bak : kaynaklar 6) °C a ——— ——— 38 2,05


69

54 1,83 5,131ağğırlı Göreli

141,5API0 ==

71 1,55 88 1,30 104 1.08

API : American Petroleum Institute Uyarı : a'nın değerleri verilen sıcaklıklar dışında sapma gösterebilir, çünkü a'nın değerleri

ile sıcaklk arasında doğrusal ilişki yoktur. Gazların Viskozitesi: Aşağıdaki formül, karışık bir gazın viskozitesini bulmaya yarar. Yalnız, karışımdaki

gazların viskoziteleri tek tek bilinmelidir.

( )( )∑

∑ µ=µ

ii

iiim

My

My

Burada: mm = Gaz karışımının viskozitesi

mi = Karışımdaki gazlardan her birinin viskozitesi (i = 1,2,3...n)

yi = Karışımdaki gazın % desi, % 10 gibi

Mi = Her bir gazın mol ağırlığı

Örnek: T = 15°C P = 1 atm

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––—

yi (%) iµ Mi

Gaz i = 1....3 i = 1....8 Mi i = 1....3 ( )∑ µ iii My

–––— ––––––– ––––––– –––– ––––––– –––––––––– CO2 85 0,012 44 6,63 0,0676

N2 10 0,016 28 5,29 8,464 x 10–3

CH4 5 0,010 16 4,00 2 x 10–3

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––


70

0,0780

( )( ) ( )∑

∑∑∑

++

++==

1605,02810,04485,0

1605,0010,02810,0016,04485,0012,0 xxxxx

My

My

ii

iii

m

µµ

01226959,06,3674124

90,07812554 m ==µ

Tablo 2.10 ile şekil 2.9 birlikte kullanılarak bazı gazların değişik viskoziteleri bulunabilir. Tablo ve grafiklerin kullanılışı şöyledir. 1. ilgili gazın X–Y değeri alınır. 2. Şekil 3 de X–Y noktası elde edilir. Bu nokta ile ilgili sıcaklık noktasından bir doğru

çizilir. Bu doğrunun düşey eksenini kestiği noktada okunacak değer ilgili sıcaklıkta o gazın

viskozitesidir. 3. Bulunan viskozite, şekilden bulunan düzeltme faktörü k ile çarpılarak basınca göre

düzeltilir.

Örnek: Metan gazının T = 100°F, P = 200 psi deki viskozitesi nedir? 1) X = 9,9 Y = 15,5 T = 100°F P = 200 psi 2) Şekilde, X ve Y değerleri ile, bulunan nokta; 100°F, kesecek şekilde bir doğru ile

birleştirilir. Bu doğru aynı zamanda, viskozite sütununda bir noktadan geçer.

Cp 011,0=µ

3) Bulunan viskozite basınca göre düzeltilir. Önce, Pr, Tr bulunur.


71

cr

P

PP = = 0,32,

cr

T

TT = = 1,63 → k = 3,5

Metan:

Pc = 673 psi , , Tc=–117°F mc = m.k = 0,011 x 3.5 = 0.0385 cp

Tablo 2.12 Bazı Gazların Viskozite Abağına ilişkin x, y Değerleri

(Şekil 2.9 ile Birlikte Kullanılacak)

No

x y No x y

1 Asetik asit 7,7 14,3 29 “Freon 113” 11,3 14,0

2 Aseton 8.9 13,0 30 Helyum 10,9 20,5

3 Asetiln 9,8 14,9 31 Hekzan 8,6 11,8

4 Hava 11,0 20,0 32 Hidrojen 11,2 12,4

5 Amonyak 8,4 16,0 33 (3H2 + 1N2) 11,2 17,2

6 Argon 10,5 22,4 34 Hidrojen bromit 8,8 20,9

7 Benzn 8,5 13,2 35 Hidrojen klor 8,8 18,7

8 Bromin 8,9 19,2 36 Hidrojen siyanür 9,8 14,9

9 Bütan 9,2 13,7 37 Hidrojen iyod 9,0 21,3

10 Butilen 8,9 13,0 38 Hidrojen sülfat 8,6 18,0

11 Karbondioksit 9,5 18,7 39 İyod 9,0 18,4

12 Karbondisülfit 8,0 16,0 40 Cıva 5,3 22,9

13

Karbon monoksit

11,0 20,0 41 Metan 9,9 15,5


72

14 Klor 9,0 18,4 42 Metil alkol 8,5 15,6

15 Kloroform 8,9 15,7 43 Nitrik oksit 10,9 20,5

16 Siyanojen (Cynojen)

9,2 15,2 44 Azot 10,6 20,0

17 Siklo hekzan 9,2 12,0 45 Nitrosil klor 8,0 17,6

18 Etan 9,1 14,5 46 Azot oksit 8,8 19,0

19 Etil asetat 8,5 13,2 47 Oksijen 11,0 21,3

20 Etil alkol 9,2 14,2 48 Pentan 7,0 12,8

21 Etil klor 8,5 15,6 49 Propan 9,7 12,9

22 Etil eter 8,9 13,0 50 Propil alkol 8,4 13,4

23 Etilen 9,5 15,1 51 Propilen 9,0 13,8

24 Florin (Florine)

7,3 23,8 52 Sülfürdioksit 9,6 17,0

25 “Freon–11” 10,6 15,1 53 Toluen 8,6 12,4

26 “Freon–12” 11,1 16,0 54 2,3,3 Trimetilbüan 9,5 10,5

27 “Freon–21” 10,8 15,3 55 Su 8,0 16,0

28 “Freon–22” 10,1 17,0 56 Xenon 9,3 23,0

Örnek :

Gaz : CO2

P = 1 atm

T = 50°C

m = ?

Çözüm :

Şekil 3.9 de, x–y nin kesim noktasından ilgili sıcaklığa doğru çizilir. Doğrunun viskozite eksenini kestiği nsokta aranan viskozite değerini verir. Bulunan viskozite Æ m = 0,0152 cp


73

III. BÖLÜM

DOĞALGAZ ÜRETİM VE ARITMA TESİSLERİ

3.1 Üretim İstasyonları

Yer altından üretilen ham doğal gaz akıntısı içinde, istenmeyen katı, sıvı, gaz fazlarında bazı maddeler yer alabilir. Katı ve sıvı haldeki maddeler ya derhal kuyu başı separatörlerinde ya da istasyon separatörlerinde dibe çöktürülerek ayrılırlar. Sıvı faz içinde, su ve ağır hidrokarbonlar bulunur. Separatörden alınan doğal gaz henüz arıtılmış değildir, içerisinde, ısıl kapasiteyi düşüren CO2 gazı, su buharı ve zehirleyici özelliği olan H2S gaz bulunabilir. Bu

gazların her doğal gazın bünyesinde yer alması söz konusu olmamakla birlikte, bu tip gazları içermeyen temiz bir gaza sahip olmak da büyük şans sayılır. Çünkü, H2S, CO2, su buharı içe-

riklerini ayırmak büyük yatırımlarla kurulan tesislerde gerçekleştirilebilir. Özellikle H2S ve

CO2 ayırma üniteleri, korozyon etkileri nedeniyle, çok pahalı olan paslanmaz çelikten inşa

edilirler.

Gaz akışı içeriğinde bulunabilecek su buharının üst düzeyi hacimce 1 ppm (= 1 cm3/m3)i aşmamalıdır. Gazın sıcakılğı su buharının çiğlenme noktasına kadar düşürüldükten sonra, yoğunlaştırıcı (knock–out drum) ya alınır. Burada, su ve ağır hidro–karbonlar dibe çöktürülür. Bu yöntemle henüz ayrıştırılamayan su buharı, içerisine suya karşı ilgisi fazla olan, su zerreciklerini bünyesinde toplayan alüminyum yapraklarla doldurulmuş veya suya karşı aktif ilgisi olan maddelerle doldurulmuş olan ve molekül eleği anlamında "molecular sieve" denen kurutma kulelerinden geçirilir.

Propan, bütan, pentan, hekzan gibi ağır hidro–karbonlar eğer istenirse, sıvılaştırmanın ilk evresinde, seçilecek, P ve T noktasında kolayca ayrılabilir. Çünkü, bu hidro–karbonların normal kaynama noktaları metanınkinden yüksektir. Ayrıştırılan etan ısıtmada yakıt olarak kullanılır. Yüksek kaynama noktasına sahip, etan ve daha ağır hidrokarbonların doğal gazdan ayrılması, LNG nin belirli bir ısıl değere sahip olmasını da sağlar. Metanın kaynama noktası ve yanma ısısı etan ve daha ağır hidrokarbonlarınkinden düşüktür.

Doğal gazın içinde CO2 içeriği en fazla hacimce 50 ile 150 ppm (50 cm3/m3 – 150

cm3/m3) arasında olabilir. CO2 ayrışmasında amin prosesi yaygın olarak kullanılır. Glikol

kulesine benzer şekilde imal edilen bir kule içine hız kesici plaka demetleri ve dolgu malzemesi konur, gaz kulenin altından verilir, gaz yukarı çıkarken, kule tepesine yakın yerden dökülen amin türevlerinden biri aşağı iner, bu ters akış sırasında, belirli bir DP ve T sıcaklığında, doğal gaz içindeki CO2 ve H2S gibi gazlar amin tarafından tutulur, kule

tepesinden temiz doğal gaz elde edilir. doğal gazdan CO2 ve H2S ayırmada kullanılan aminler

şunlardır:


74

MEA: Mono–etanol–amin DEA: Di–etanol–amin TEA: Tri–etanol–amin Proses, amin ile CO2, H2S ve su arasında meydana gelen kimyasal bir olaya dayanır.

Olayda, amin, karbonat, bikarbonat, hidro–sülfat şeklinde bileşiklerin oluşmasına yol açar. Bu bileşikler, aminle birlikte, kule altından alınarak, yeniden kazanım (regenaration) ünitesine gönderilir. Aminin yeniden kazanımı, ısıtma, ters reaksiyon ve asid gazların distillasyon kulesinde sıyrılması gibi işlemleri kapsar.

doğal gaz ve diğer gazlar içerisindeki su buharı şeklindeki nemin gazdan ayrılması aktif su emiciler (absorbent) in kullanıldığı dehidrasyon (su alma) proseslerinde gerçekleştirilir: Aktif su emici sıvılar şunlardır.

Tablo 3.1–Aktif su emiciler

Aktif su emici sıvı İyi yanları Kötü yanları

TEG: Tri–Etilen Glikol (Trie ethylene Glycol)

• Katılaşmaz • Çalışma sıcakılğında S, O2, CO2 e karşı kararlı

• Yüksek derecede hidros–kopik (aktif su emici)

• % 99 oranında yeniden kazanılması kolay.

• Gaz tarafından taşımacılığı az

• İlk alınış fiyatı yüksek • Hafif hidrokarbonların

var olduğu ortamda köpük-leşme eğilimi gösterir.

• Köpük kırıcı kullanmak gerekebilir.

Lityum Klor • Yüksek su emiş kapasitesi • Düşük korozyon • Kolayca hidrolize olmaz.

• Pahalıdır. • ‹çerisinde bazı

maddeler korozyona yol açabilmektedir.

Kalsiyum klor • Ucuz • Yapılması kolay

• Petrolle emülsiyon yapar

• Elektriksel korozyona yol açar.

• Çökelmesi halinde H2S

çökelmesine yol açar.


75

Dietil Glikol DEG (Diethylene

Glycol)

• Kararlı • Çökelip katılaşmaz. • Normal çalışma

sıcaklığında S, O2 ve CO2 karşı

kararlı. • Yüksek su emici

(hygroscopic) • Gaz tarafından taşınırlığı

çok az

• TEG'den biraz fazla gaz tarafından götürülebilir.

• % 95 in üstünde çözelti elde edilemez.

• TEG'den çiğ noktası düşü–mü daha az.

• İlk alış fiyatı yüksek.

% 10–30 MEA + % 60–85 DEG + % 5–10 Su

karışımı

• CO2'i H2S'u ve suyu

derhal üzerine alır. • Glikol, aminin köpükleşme

eğilimini düşürür. • Prosesin bir devrinde gazı

arıtır ve su içeriğini alır.

• TEG den daha fazla gaz tarafından taşınırlığı var.

• H2S'lü gaz dehid-

rasyonu proseslerinde kullanımı sınırlı.

• Geri kazanım prosesle–rinde, yüksek sıcaklıkta ko-rozyon yapar.

• Çiğ noktası stabilitesi sınırlı ve TEG den daha az

Şekil:3.1- Doğalgaz sahası kuyubaşı kurulumu


76

Şekil:3.2- Doğalgaz sahası örnek kuyubaşı kurulumu, şematik görünüm

3.2 Kuyubaşı Kurulumu, Separatör, Emniyet, Ölçüm

Hidro-karbonların karısımından olusan petrol ve dogal gaz çagımızın en önemli enerji kaynaklarındandır. Petrol ve dogal gazın kullanılabilir hale getirilmesi için yabancı maddelerden ayrılması gerekir. Genellikle petrol ve dogal gazın içinde “yabancı maddeler” olarak kum benzeri katılar, serbest veya emülsiyon seklinde su, hidrojen, azot, karbondioksit, hidrojen sülfür ve sülfür bilesikleri gibi gazlar… bulunabilir. Separatörler genis anlamda, “Petrol veya dogal gazı”, sıcaklık, seviye ve basınç kontrolleri altında, “yabancı maddeler”den ayırmakta kullanılan basınçlı kaplardır.

GENEL MALZEME DÖKÜMÜ a) Pipes, A 106 Gr B, CS, sch 40, BE b) Flanges, WN, CS, RF A 105, B16.5, ANSI 300 c) Valve Ball, API-6D, Body A216 Gr. WCB, Trim RPTFE, WN, RF Flanged, ANSI 300, d) Valve Gate, API-6D, Body A105, CR ST trim, WN,RF Flanged, ANSI 300 e) Valve Globe, ANSI B 16-34, Body Gr WCB, CR ST trim, WN, RF Flanged, ANSI 300 f) Valve Check , Swing Type, API-6D, Body A105/ A216 GR WCB, trim stellited, WN, RF Flanged, ANSI 300 , g) Bolt &Nuts, Bolt A193 Gr.B7, Nut, A194.Gr.2H, stdr. B-18.2 h) Gasket, sprial wound flexitalic, ANSI 300, RF, ANSI B 16.5 i) Elbow, 90o , BW, LR, A 105, CS, Sch 40, j) Tee, BW, LR, A 105, CS, Sch 40, k) Reducer, BW, A 105, CS, Sch 40,


77

Şekil 3.3 Tipik üçfazlı separatör sistemi LC:Seviye kontrolü (Level Control) LT:Seviye sinyal verici (Level Tarnsmitter) PC: Basınç kontrolü (Pressure Control) PT: Basınç sinyal verici (Pressure transmitter) PV: Basınç kontrol vanası (Pressure Control Valve) LV: Seviye kontrol vanası (Level Control Valve) Proses ekipmanları olan separatör, basınçlı kaplar ve diğer donanımların tasarımları için

geliştirilmiş hesaplama yöntemleri üzerinde durulacaktır. Uygulanmış hesaplar ve örneklemeler aşağıda verilmiştir. Bu örneklerde 12000 Bbl/gün,

4500 bbl/gün petrol akışkanı içindeki su ve gaz içeriklerini ayırmakta kullanılan


78

separatörler ve basınçlı kaplar yer almaktadır. Hesaplamalarda, gaz miktarı 3 MMSCFD ile 1,5 MMSCFD arasında değişiyor.

Separatörler ve basınçlı kaplar, üç fazlı olarak tasarlanmıştır: su+petrol+gaz Serbest su ayırıcı basınçlı tank, aslında, uzun bekleme süreli kocaman bir separatör olarak

tanımlanabilir. İşlevi, petrol içinde bulunan serbest suyu ayırmaktadır. İçinde, akış düzenleyicilerin bulunması gerekir. Tam akışkan giriş kapısında, hız kesici ve yönlendirici levha bulunmalıdır. Ayrıca, çıkışta, akışın konikleşmesini ve gazın sıvı ile kaçışını önlemek için boşaltım yavaşlatıcı yer almalıdır Bu iki elemana, İngilizce metinlerde, "moment breaker ve vortex breaker " adları verilir. Akışkanın içeri girdikten sonra çıkıştan dışarı çıkıncaya kadar yaklaşık bir saat veya daha fazla süre geçmesi bu ekipmanların en önemli özelliklerinden biridir. Serbest suyun ayrılmasında en önemli faktör "bekleme" süresidir.

FWKO : Serbest Su Ayırıcının Farklı Boyutlarda Tasarlanması

Q (bbl/d) Di (inch) Di (m) Leff (ft) Leff (m) Ls-s (m) TT (min.)

12000 120 3 35 10,5 14 60 12000 120 3 23 7 9 40 12000 90 2,28 62 19 25 60 12000 90 2,28 47 14 19 45 12000 90 2,28 31 9 12 30

İlk iki sırada yer alan FWKO kapları, günlük 12 000 bbl/d petrol üretimini işleyebilecek kapasiteye sahiptir.

FWKO : 4500 bbl/g Petrol Üretim İstasyonu için Farklı Tr ye Göre Farklı Boyutlarda Yapılması

Q (bbl/d) Di (inch) Di (m) Leff (ft) Leff (m) Ls-s (m) TT (min.)

4500 90 2,28 23 7 9 60 4500 60 1,5 40 12 16 45 4500 60 1,5 26 8 10 30 4500 60 1,5 17,5 5 6 20

Serbest su ayırıcı da, petrol bünyesinde sıvı fazında olan su ayrılır, ayrılan suya serbset su

denir, tankta dinlenme süresine bağlı olarak etkin ayrım sağlanır. Ancak buhar fazındaki suya ki nem olarak da ifade edilebilir, nemin ayrılışı daha karmşık operasyon gerektiri, yüzey


79

gerilim kırıcı emülsiyon kimaysalı kullanılır, çok hassas ayrım istenmediğinde dikey separatörlerde etkin su fazı ayrışması olur. Separatöre emülsiyon ilave edilebilir.

Tablodan görüleceği gibi, "bekleme süresi" ne kadar uzun olursa, boyutlar o kadar

büyümektedir. Ancak iyi bir ayrışma için bekleme süresinin uzun olması tercih edilir. Burada bir saat ile 20 dk arasında değişmektedir. Dikkat edilirse, ilk sırada çap büyük seçilmiş ama boy daha kısadır. Çap aynı olduğu halde boyda yaklaşık iki kat artış olursa, bekleme süresinde % 50 kadar artış olmaktadır

3.3 SERBEST SU AYIRICI ( FWNKO) TASARIMI

Veriler ve uygulanabilir formül Geometrik Hacim Heasbı (Bbl):

Estimate retention time Tr (min.) 60 Estimate liquid flow rate Q bbl/d 4500 Calculate Di2 Leff (sqr inch-ft) 189000 Diameter Di (inch) 90 Power of Di (inch 2) 8100 Calculate Leff (ft) 23,33333333

V : Dibe çökme Hacimi (Settling volüme)(Bbl) Sıvı akış hesabı Q bbl/d

WL: Sıvı Kapasitesi) Bbl/d (liquid capacity) Bekleme süresi hesabı Tr (min.)

TT : Bekleme süresi (Retention time) (dk) Dibe çökelme hacimi (Settling volüme) (Bbl) 4500 bbl/gün KAPASİTELİ SERBEST SU AYIRICI (FWKO DRUM ) BOYUTLAMA HESABI Q (bbl/d) Di (inch) Leff (ft) TT (min.) V,STT.VOL.( Bbl)

4500 90 23 60 187 4500 60 52 60 187 4500 60 40 45 140 4500 60 26 30 93 4500 60 17,5 20 62,5

7.02 L

effi

QTLD =

1440

)( TL TWV =


80

4500 42 17 10 31,5 4500 36 17 7 22 12000 bbl/gün PETROL KAPASİTELİ (FWKO DRUM ) BOYUTLAMA HESABI Q (bbl/d) Di (inch) Leff (ft) TT (min.) V,STT.VOL.( Bbl)

12000 120 35 60 500 12000 90 62 60 500 12000 90 47 45 375 12000 120 23 40 333 12000 90 31 30 250 12000 60 35 15 125 12000 60 21 20 166 12000 60 23 10 83 12000 48 22 6 50 12000 42 19,04 4 33 12000 36 19,44 3 25 3.4 SEPARATÖR GAZ KAPASİTE HESABI

Sıvı seviyesi yarıya kadar ayarlanmış separatörün gaz kapasitesi, gazın separatör içinden geçiş süresi sırasında gazdan ayrılan damlacıkların sıvı faz arayüzeyine düşüşü için istenen zamana göre hesaplanır.

Veriler: Öngörülen gaz akış miktarı Qg (MMSFD) 3

T Sıcaklık, o R ( oF+460) 537

=

P

QTKDiL

g

eff

))(())(42(

7.02 Lr

effi

QTLD =


81

Faktör K grafikten SgPop/T (in oR) 0,15

Sg gazın özgül ağırlığı 0,59

Pop çalışma basıncı (psia) 100 Çalışma sıcaklığı (psia) 104,7 Gaz sapma faktörü Z , ( T,P de grafikten ) 0,987

Çalışma sıcaklığı o F 77

Sıvı yoğunluğu, (kg/m3) 898 Gaz yoğunluğu , (kg/m3) 0,767

Separatör çapı Di (in.) 90

Sıvı geçiş süresi (Tr, min) 10 Günlük petrol üretimi (İşlenişi) (Bbl/d) 12000 Sıvı çökelmehacmini hesapla (sqr in.-ft) 171428,5714

Çökelme hacmi için etkin sıvı geçiş uzuluğunu hesapla Leff (ft) 21,16402116 Tepeden tepeye uzunluğu hesapla Ls-s (ft) (seam-to-seam) 28,21869489

Örnek:Petrol+Gaz+su Üç FazlıSeparatör Tasarımı: 3.5 Yüksek BasınçLI Separatörün Gaz Kapasitesi

Yarıya kadar sıvı çökelmeli yatay separatör, Gaz geçişi için sıvı faz üzerindeki boşluk.

Sıvı çökelmenin hacmi separatörün yarıhacmidir.

Not: Bu fomül ile bilinenler yerine konarak bilinmeyen bir parametre hesaplanabilir.

HEASP TAPLOSU Birimler yukarıda tanımlanmışr

A KS D Z P PS TS T

0,0678 10 320 0,987 500 100 288 298

0,0678 10 200 0,987 500 100 28 298

2/1

2(1

))((

−

=g

gls

s

sT

T

P

P

ZDKAQ

ρ

ρρ


82

8

1/Z D2 P/PS TS/T [(ρl - ρg)/ρg]1/2

1,0131712 102400 5 0,966442

95 12,871156

1,0131712 40000 5 0,966442

95 12,871156

A KS D D2 1/Z P T PS P/Ps TS

SEP 1 0,0678 10 320 102400 1,0132 500 298 100 5 288

SEP 2 0,0678 10 200 40000 1,0132 500 298 100 5 288 SONUÇ (Çapları Değişik iki separatörün gaz kapasite hesapları)

Sonuçlar: Q (Std m3/gün)

SEP 1 4.374.982,225

SEP2 1.708.977,432 3.6 SEPERATÖR SIVI FAZ KAPASİTESİ HESABI Parametreler Çökelme süresi (T, Retention, dk) 20 Petrol akış miktarı, günlük (Wl, Bbl/d) 12000 Dakika/gün (dk) 1440 Sıvı çökelme Hacmi (V, Bbl) 166.7 Çökelme hacmi (m3) 27,78 Seçilen uzunluk (L, m) 13.26043043 Separatör çapını hesapla (D,m ) ? Hesaplanan Separatör Gövde Çapı (m) 2.599645337


83

Alttaki formüle veriler konarak separator çapı hesaplanır ve işaretlenen sonuç elde edilir APIo ile Sıvı Yoğunluğu Hesabı

D(inch) 102.2397 L (ft) 32.28 D(inch) std 102 L(ft) std 32.5

Separatör Çapı Alttaki Formül ile de Hesaplanabilir

Veriler Değerler Separatör saç plakalarının esneme direnci (S. psi) 25000 Separatör kazanının yarı çapı (R, inch) 42 Radyografik teste gore kaynak bağının etkinliği, ( E, 0.80) 0.8 Plaka kabuk kalınlığını Hesapla (t, inch) = ? 0.1578552 Eliptik separatör başlarının kalınlığı Hesapla ,(t, in.) =? 0.1578552 Gövde ve eliptik başların plaka kalınlığı (t, cm) 0.394638

95.04.625.175.131

5.141

5.131

5.141=

+=

+= xx

API woo ρρ

π

π

L

VD

LDtW

V

t

VW

l

l

8

42

1

1440

)(

1440

2

=

==

=

2/1

7.0

=

eff

lr

L

QtD


84

Separatör baştanbaşa uzunluğu (L,m) 7 Sep.Kazan çapı (D, cm) 213 Boş separator gövdesinin ağırlığını Hesapla (W, kg) =? 8826.077

Separatör Mekanik Yapısıyla İlgili Hesap Formülleri:

Metalik Gövde Ağırlığı Çekilme Direnci (Tensile Strenght) Gövde Saç Plaka Kalınlığı

PSE

PRt

6.0−=

PSE

PDt

2.02 −=

DtLW 15=


85

IV. BÖLÜM

GAZ KURUTMA SİSTEMLERİ

4.1 Sistemin Tanıtımı

Katı alumina kurutucu madde iki dikey silindir içine doldurularak kurulan kurutucu system TEG sistemine alternative gaz kurutma sitemidir.

Aşağıdaki birimlerle birlikte çalışır:

• Girişte bir filtreli separator • Bir rejenerasyon birimi • Bir ısıtıcılı tuz banyosu • Bir soğutucu

4.2 Filtreli Separatör

Filtreli separator silica jelin katı, serbest sıvı maddelerden kirlenmesini ve tıkanmasını

önlemek için kullanılır.

4.3 Kurutma Kuleleri

Doğal gazın kurutulmasında TEG birimine alternative kurutucu system, silica jel yataklı iki

kurutma kulesinden oluşan yapıdır. Kulelerden biri devrede iken diğeri, emilen sıvı fazdan temizlenir, solenoid vanalı control vanalrı ile sırayla devreye girer çıkarlar. Solenoid vanaların açılıp kapanma süresi zaman ayarlı sviçlerle olur. Ancak, süreler ve doyuma ulaşma, temizlik, gaz miktarına, kulelerin büyüklüğüne, ve dolayısı silica jel miktarına bağlı olarak değişir. Sistemin tasarımı bunu kapsar.

Gaz, kulenin tepesinden aşağı inerken silika jel tanecikleri arasından yavaşlayarak akar.

Silikajel, fiziksel olarak sülfürük asit ve sodium silikat bileşenidir ve yapısal olarak su emici (hydroscopic) maddedir.

İstenen sıcaklık ve basınç verilerine gore tasarım yapılabilir. Halihazır kuyular için,

30.000 m3/g ve 1200 psig, 36 “ x 3 m dikey konumlu 2 kule sistemi yeterlidir. Gaz geçiş hızı 1,66 m/s ideal hız sınırları içindedir.


86

4.4 Tuz Banyolu Isıtıcı ve Yeniden Kazanım Tankı

Isıstıcı yüke geçme/geçmeme durumlarına göre aç/kapa konumunda çalışır. Isınan gaz kule tepesinden aşağı akarken, kurutucu taneciklere turunmuş su zerreciklerin buharlaşmasına neden olur. Su buharı ile birlikte soğutucuya giden gaz burada suyun yoğunlaşması ile suyu bırakarak yeniden kazanım kazanına döner. Isıstıcı sıcaklığı 200 C üzerindedir. Isıtıcıdaki tuun işlevi, ateş borularını yüksek fırın sıcaklığından korumaktır.

TEG birimine alternatif gaz kurutma sistemi, dikey silindirik yapı, benzer yapıda içinde silika jel tepsileri olan su ve nem alıcı Dehidratör-Separatör sistemi, separasyon ve dehidrasyon işlevini birlikte yapmaktadır.

Alttan kuyu gazı doğrudan girmekte ve tepeden temiz kuru gaz alınmaktadır. Nem alma

düzeyi, çalışma basıncına ve iç yapıya bağlıdır. Nem alma ölçüsü, 0,7 lb/MMSCF den 9 lb/MMSCF bir aralığa sahiptir.

(1 lb/MMSCF=21 ppm , 07 lb/MMSCF=14,7 ppm, 9 lb/MMSCF=189 ppm nem olarak su içeriği) Ayrılan sıvı faz alttan otmatik direyinle alınmakta.

4.5 TEG Sistemi

Şekil:4.1- Gazın içindeki buhar fazındaki nemi almak için kurulan glikollü sistemin şematik

görünümü


87

Şekil 4.2 –TEG sisteminde, gazdan su buharı (nem) alınışı Gaz yolu ve glikol çevrimi akış yön işaretleri ile şekilde gösterilmiştir. Gazdaki nemi

bünyesine alan glikol, kirlenmiş olarak Glikol Dip Kaynatıcıya gider, burada kaynama sıcaklığı suyun buharlaşma sıcaklığına ulaşınca, glikol içindeki su buharlaşır ve Buharlaşma kulesinden atmosfere atılır. Temizlenen glikol, ısıs değiştiricide, kuleden gelen kirli glikolü ön ısıtma yaparak pompa ile tekrar kuleye verir. Bu çevrim operasyon süresinnce devameder. Zamanla buharlaşan su ile zerre halinde glikol havaya uçar, çevrimdeki glikolü kontrol eden glikol besleme tankındaki seviye kontrolü, azalan glikol miktarını otomatik olarak sisteme katar.

Glikollü Gaz Kurutma Sisteminde Esas Ekipmanlar:

1. Giriş gaz temizleyici separatörü (Gas scrubber) 2. Glikol kulesi (Glycol Contactor) 3. Glikol kaynatıcı (Glikolün gazdan aldığı suyu buharlaştırmak için kullanılan

dip kaynatıcı, glikolün gazdan aldığı suyun buharlaştırılmasına ve glikolün temizlenip tekrar kuleye kazandırılmasına yarar. (Reboiler)


88

4. Su buharı, atımkulesine verilir, atmosfere atılır, buharla gelen glikol dibe çöktürülür ve sisteme verilir (Flash drum)

1.6 Slikajel Kurutma Sistemi

Şekil:4.3- Doğalgaz nem alıcı gaz kurutucu, çift kule slikajelli sistem şeması

Slikajel, su ve nem emici özelliğinden dolayı gaz içindeki nemin alınmasında kullanılır ve

glikol kimyasal bileşenine göre daha ekonomiktir. Boncuk şeklinde ufak taneler halinde, kurutma kulelerine belli miktarlarda doldurulur. Gaz kulelere otomatik kontrol vanaların açılıp kapanışına göre girer ve çıkar. Kulenin biri gaz kurutma evresinde iken diğer kuledeki slikajel nemden temizlenir. Bu devri daim operasyondur. Kontrol vanaların açılıp kapanması, zaman ayarlı solenoid vanalar vasıtası ile gerçekleştirilir. Sistemin düzgün çalışması, sürekli kontrol ve bakım gerektirir.

Kurutma evresinde olan kuledeki slikajel bünyesine emerek aldığı su ile kirlenmiş olduğundan, süreyle soğutma yoluyla temizlenme evresine girer. Devam eden döngüde, temizlenmiş kule devreye girer, diğeri soğutulur. Operasyon döngüsü böyle sürer gider.


89

Gazın nemden arınması boru hattının ömrü bakımından önemlidir. Boru hattına verilmeden önce soğutucu kulelerden geçirilerek içinde kalan nemin de alınması gereklidir. Düşük basınç, yüksek sıcaklıkta gazın nem taşıma kapasitesi artar. Boru hattında soğuduğu yerlerde hidrat formasyonu ortaya çıkar, bu da korozyona yol açar. Bu nedenle gazdan su ve nemin alınması gereklidir.

Şekil:4.4- Doğalgaz nem alıcı, gaz kurutucu, çift kule slikajelli sistemin detayı


90

Tablo 4.1–Yüksek su çekme (hygroscopik) özelliği olan glikollerin bazı fiziksel özellikleri

Etilen Glikol EG

Dietilin Glikol DEG

Tri etilen Glikol TEG

Formül C2H6O2 C4H10O3 C6H14O4

Mw 62,1 106,1 150,2

Tk (kaynama noktası) 760 mm Hg, C° 197 244,87 285,5

25°C, buhar basıncı mm Hg 0,12 0,01 0,01

25 °C de özkütle g/cm3 1,11 1,113 1,119

Donma noktası, °C –13 –8 –7 Akış direnci (Viskozite) 25°C, Cp 16,5 28,2 37,3

Yüzey gerilimi, 25°C din/cm 47 44 45

Işık kırma indeksi, 25°C 1,430 1,446 1,454

Özgül ısı, 25°C 0,58 0,55 0,53

Parlama noktası, °C 116 138 160

Yanma noktası, °C 119 143 166


91

Örnek : Linde sistemiyle metan gazını (CH4) sıvılaştırma operasyonu.

Tasarım Verileri :

Sistem ....................................................................................................... : Linde Sıvılaştırılacak gaz ............................................................................... : Metan (CH4)

Gazın sisteme giriş sıcaklığı ............................................................ = 27 °C Gazın sisteme giriş basıncı .............................................................. = 1 atm Sıkıştırma basıncı ............................................................................... = 68 atm. 70 bar da soğutulan gazın sıcaklığı ............................................. = 27 °C Sıvılaştırılmış gazın basıncı ............................................................. ≅ 1 atm Separatörden ayrılan sıvılaşmamış gaz basıncı .................. = 1 atm Separatörden dönen ve ısıtılan gazın sıcaklığı ................... = 24 °C

(Soğuk separatör gazı yüksek basınçlı gaz ile çapraz geçiş yaparak ısı almakta ve kompresör girişine 24 °C sıcaklıkla dönmektedir.)

Isı değiştirici (exchanger)nin çevreden aldığı ısı ................ = 5822,3 j/kg

Dolaşımda bulunan metan gazı (dönen gaz) ................. = 1 kg

Şekil 4.5- Sıvılaştırma sisteminin basit şematik görünümü

Yukarıda verilere göre :


92

a) Prosesin verimliliği

b) Prosesin her basamağında oluşan iş (enerji) ısı transferi nedir?

1) Sıkıştırma ve soğutma basamaklarında ısı tranfseri genel enerji denklemi kullanılarak hesaplanır. Kinetik ve potansiyel enerji değişimleri ihmal edilmektedir.

Q = ∆ H + Ws = (H2 – H1) – H Ş Adiyabatik proseste Q = 0 (Isı transferi)

Ws = –∆H = –(H2 – H1) olur.

H1 : Gazın sisteme girerken sahip olduğu enthalpi

H2 : Sıkıştırma sonunda sahip olunan enthalpi

H : Metanın basınç–enthalpi grafiğinden elde edilen enthalpi

H1 : 955,788 x 103 j/kg

H2 = 888,715 x 103 j/kg

H = 1,024 x 106 j/kg

Sıkıştırma–soğutma basamaklarındaki ısı transferi

Q = (888,715 x 103 – 955,788 x 103) – 1,0214 x 106

Q = –1,09179 x 106 j/kg

2) Prosesin bütünü için ideal enerji:

Wid = (To)[( l

m )(S5) + (mg)(S7) – S1] – [(mg)(Hs) + (l

m )(H7) – H1]

lm = 0,0605 kg mg = 0,9359 kg H7 = 949 x 103 J/kg

To = 27°C + 273 = 300K S1 = 7,086 x 103 J/kg–K H1 = 955,788 x 103 J/kg

S5 = 0,367 x 103 J/kg–K S7 = 7,065 x 103 J/kg–K H5 = 41,221 x 103 J/kg


93

3) İdeal enerji

Wid = (300) [(0,0605)(0,367) + (0,9395) (7,065) – 7,086] x 103 –

[(0,065)(41,22) + (0,9395) (949,5) – 955,788] x 103

Wid = –127.57 x 103 + 61,238 x 103

Wid = –66,629 x 103 j/kg

İngiliz biriminde ifadesi:

lbm

Btu

lbm

kg

j 6,28

453,0x

1055

Btux

kg

j10x629,66 3 −=−

4) Açığa çıkan ısı enerjileri (ısı transferi)

a) Açığa çıkan ısı enerji genel formülü:

∫ ++∆−∆=−∆=−=2

1

oosidL VHSTQSTWWW FdP

∫∫ +=∆⇒+=2

1

VVdPTdSdH dP TdSH 2

1

∆H nin eşiti WL formülünde yerine konursa :

∫∫ ⇒−∆⇒⇒+−∆=2

1

2

1

oL TdSSTSTW olur. 0 T olursadeğişken T T FdS oo

WL = F (To = T yani değişken ise); To sabit bir değer ise

FdS ∫ +−∆=2

1

oL TSTW olur. (F ihmal edilebiliyor ve ∫=2

1

TdSQ )

WL1 = To∆S – Q = (300)(4,729 x 103 – 7,086 x 103) + (–1,09179 x 106)

WL1 = 384690 j/kg = 165,179 Btu/lbm

b) Isı değiştiricide açığa çıkan ısı:


94

WL2 = (To)[(mg)(S

7 – S

6) + (S

3 – S

2)] – Q

K

WL2 = 300 [(0,9395)(7,6659–4,9419) x 103+(3,241– 4,279)x103]–5822,3

= 152,2 x 103 – 2637,5 = 146,377 x 103 j/kg

c) Genleşme vanasında açığa çıkan ısı:

Formül: Ws = Wid – SWL

WL3 = (To)(S4 – S3) – Q = (300)(4,665 – 3,241) x 103 – 0 = 427,2x103 J/kg

Wid = –66,629 x 103 J/kg

WL1 = –(+384,690 x 103 J/kg)

WL2 = –(+146,377 x 103 J/kg)

WL3 = –(+427,2 x 103 J/kg)

+ —————————————————

Ws = –1024,896 x 103 J/kg

d) Şaft veya ekipman motor gücü; Ws:

Ws = Wid – SWL

Ws = –66,629 x 103 – S(384,69 + 146,377 + 427,2) x 103

Ws = –1024,896 x 103J/kg


95

4.7 KOMPRESÖR GÜÇ HESABI

Kompresör Gücü : 13

545,677 (hp) (1. Kompresör)

Kompresör Gücü : 19 098,592 (hp) (2. Kompresör)

1 hp = 0,745 kW, Not: Formüle konan veriler tabloda işaretli

Power Cal. Qs Sm3/d 2.350.000 4.800.000 C Boyutsuz 0,353 0,353 Z Boyutsuz 0,958 0,958

η Boyutsuz 0,700 Ti R 530,00 530,00 q Sm3/s 27,20 55,56 Psuct bar 35,00 50,00 Psuct kPa 3.500 5.000 Pd bar 124 124 Pd kPa 12.400 12.400 Gaz Özkütle 0,57 0,57 Hava Mol 29,00 29,00 Hava Yoğunluğu kg/m3 (Ps, Ts) 1,12 1,12 Gaz Mol 16,53 16,53 Hava Yoğunluğu kg/m3 (Ps, Ts) 0,64 0,64 k Boyutsuz 1,27 1,27 r Boyutsuz 0,21 0,21

Pd/Ps (Pd/Ps)r (Pd/Ps)r -1 Power (kW) 3,543 1,309 0,309 10108,714 2,480 1,213 0,213 14252,680

A 1

∆P= 11 bar

P1= 35 bar P2= 24 bar A 2


96

V. BÖLÜM

BORU HATLARI

5.1.0 Akış Olayına Uygulanan Korunum Yasaları

Akış olaylarının incelenmesi ve çözümlenmesinde üç temel yasa dikkate alınır:

5.1.1 Kütlenin Korunumu

Borularda akışın kararlı durumda olduğu kabul edilir. Kararlı durumda, belirli bir noktada belirli bir kesit alandan geçmekte olan akışkanın basınç, sıcaklık ve hızında zamana bağlı olarak değişme olmaz. Bu durumda, hat üzerinde belli bir noktada:

0===dt

dV

dt

dT

dt

dP ⇒ durumu varsa, akış kararlıdır.

Kararlı akışta, kütlenin korunumu esastır ve sisteme giren madde miktarı ile sistemden çıkan madde miktarı teorik olarak eşittir. Buna göre, kararlı akış olayında, sistemin herhangi bir noktasında madde birikimi veya kaçağı söz konusu olamaz.

Maddenin korunum yasasını veren ve "sürerlik" (continuity) denklemi olarak bilinen denklem:

Varsayımlar

022

222111

2211

21

=−=∆

=

=

=

mmm

AA

qq

mm

ϑρϑρ

ρρ

5.1.2 Enerjinin korunumu:

RMS A


97

Bir sisteme verilen ısı ile o sistemden alınan iş arasındaki ilişki J.P.Joule tarafından 1. Termodinamik yasası olarak ortaya konmuştur. Kapalı bir sistemin iç enerjisindeki değişim, sisteme verilen ısı enerjisi ile sistemden alınan mekanik enerjinin elde edilmesi şeklinde tanımlanır. Kapalı bir sistemde ∆Ek = ∆Ep = 0 olacağından

1. Termodinamik yasası ( ) dW-dQ-dU W-QU ⇒=∆⇒ şeklinde ifade edilir.

Giriş ve çıkışı olan bir boru hattı parçası açık bir sistemdir, akışkan sisteme u1 hızı ile

girer, u2 hızı ile sistemden çıkar. Akışkanın hareketindeki değişim kinetik enerji değişimine

bunun yanı sıra yer çekimi ivmesinin pozitif veya negatif etkisi de potansiyel enerji değişimine yol açar.

Şekil 4.1 de, sistem enerji değişimleri incelenmektedir.

Şekil 5.1 Kararlı akış prosesi → Kapalı akış–kütlenin sabit kaldığı akıştır. Burada varsayım: ( )22211121 AVAVmm ρ=ρ==


98

Sistem: Bütünden ayrılan, gerçek yada düşsel olarak sınırları çizilmiş, kontrol altında tutulan her şey olabilir. Şekilde giriş ve çıkışı belirlenmiş bir boru hattı sistemi yer almaktadır.

Sistemin enerji denklemi:

∆U: İç enerjideki değişimi ⇒ ∆U = U2 – U1

∆Ek: Kinetik enerji değişimi ⇒ c

2

kg2

Eϑ

∆=∆

∆Ep: Potansiyel enerji değişimi ⇒ ∆Ep = g/gc ∆Z

Q: a) Sisteme verilen ısı ⇒ işareti pozitif (+Q)

b) Sistemden alınan ısı ⇒ işareti negatif (–Q)

W: a) Sistemden alınan iş (+W) ⇒ (Türbin)

b) Sistem üzerine yapılan iş (–W) ⇒ (Pompa ve kompresör)

olması gerektiğini ortaya koyar.

( ) dQdU ya veQU 0WEEPV spk ==∆⇒==∆=∆=∆ Olur.

⇒== ∫ dTCn dQdU v (Sabit hacim) n: Mol sayısı, Cv: Molar ısı kapasitesi

Akış olaylarında akışkanla çevre arasında PV işi meydana gelir. Bir akışkanın bir noktadan başka bir noktaya akabilmesi için V hacmindeki akışkanın A kesit alanlı yolda P basıncı ile ötelenmesi gerekir. Bu da, basınç–hacim işinin oluşmasına yol açar. Eğer ∆(PV) kadar enerji farkı varsa, akışkan yoluna devam edecektir. ∆(PV) = 0 olması halinde hareket yok demektir. Bu açıklamadan da anlaşılacağı gibi, akış halinde olan her akışkanın ∆H kadar bir enthalpi farkına, duruma göre, kinetik, potansiyel enerjilere sahip olması gerekmektedir.

Sistemin enthalpi değişimi sabit basınç altında yapılan işi ve bu işin oluşmasını sağlayan ısı enerjisini ifade eder. Örneğin sistem içinde gaz bulunduran bir silindir ile P basıncına sahip


99

piston tertibatı olsun. Sabit basınç altında, silindir içindeki gazın sıcaklığı T1 den T2 ye

çıkarılacak şekilde ısıtılırsa, gaz genleşir, pistonu yukarı iter ve piston ∆V hacmi kadar bir yer sağlamak için yer değiştirir, yapılan iş (P∆V) kadar olur.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

– Sistem (gaz) e verilen ısı ⇒ dTC Q v∫=

– Çevre üzerine yapılan iş ⇒ dW = PdV

– I. Termodinamik yasası ⇒ dU = Q – dW = dTCv∫ – PdV

– Enthalpi değişimi ⇒ dH = dU + d(PV)

– Sabit basınç enthalpi değişimi ⇒ dH = dU + d(PV)

– Sabit basınçta gaz genleşmesi ⇒ ∫∫ ===+ dQdTC dHPdV dU p

Şimdi iki noktayı birbirinden ayırmak gerekir: 1. Akışkanın hareket halindeki proseslerine uygulanan termodinamik formül:

WQH −=∆ şeklindedir ve enthalpi değişimini ifade eder.

( Burada 0FEE pk ≅=∆=∆ varsayılıyor.)

2. Akışkanın durgun (statik) haldeki proseslerine (basınçla sıkıştırma, genleşme gibi) uygulanan termodinamik formül:

WQU −=∆ şeklindedir ve iç enerjideki değişimi ifade eder.

Örneğin, bir tankın içindeki akışkanın atmosferik koşullarda genleşmesi ve sonra büzülmesi iç enerjideki değişim sonucunu doğurur.

Enthalpi, "durum" fonksiyonudur ve akışkanın bulunduğu durumu belirleyen noktalara (P, T) göre belirli bir değere sahiptir. Bir akışkan türü için, deneysel yollardan, P,T,V gibi verilerle enthalpi değerleri hesaplanarak tablo ve grafik şeklinde düzenlenebilir. Akış kalorimetresi bu tür deneylerde kullanılan aletlerdendir.


100

Şekil 5.2–Akış kalorimetresi

Kalorimetre ile Enthalpi Değişimi (∆H) nin Deneysel Yolla Bulunması:

1. 0EE pk ≅∆≅∆ varsayılıyor.

2. 1 ve 2 noktaları arası (ısıtıcı) sistem olarak seçilmektedir. Sistemin içinde şaft işi olmadığından Ws = 0

3. Sistemin enerji değişimini belirleyen denklem

QHHH 12 =−=∆ şeklinde olacaktır.

Genellikle kalorimetrede, ısı banyosunun sıcaklığı 0°C de tutulur. Su için 0°C deki enthalpi H1 = 0 alınır. Bu durumda H2 = Q dur.

Q, sisteme verilen ısıyı, W sistemden alınan işi ifade etmektedir. Isı transferi, sıcaklık farkının varolmasını gerektirir. İş, sıcaklıkla ilgisi olmadan, sistemden sisteme veya çevre ile sistem arasında transfer olabilen bir enerjidir.


101

Girişte çevrenin sistem üzerine yaptığı iş:

⇒== 111

1111 VP

A

VAPW Girişte akışkan (sistem) W1 enerjisine sahip

Çıkışta sistemin çevre üzerine yaptığı iş:

⇒== 222

2222 VP

A

VAPW Çıkışta, akışkan W2 enerjisine sahip

İş terimi ile ifade edilen sistem (akışkan)ın girişte, çıkışta ve sistem bünyesinde, ortaya çıkan işlerin toplamını ifade eder.

Çevre tarafından yapılan işin işareti negatif (–) sistem tarafından çevre üzerine yapılan işin işareti pozitif (+) tir.

Bu tanıma göre, sistemin içinde, girişte ve çıkışta meydana gelen işlerin toplamı:


102

WQEEU pk −=∆+∆+∆

W nin eşiti yerine yazılırsa:

)PV(WQVPVPWQ S1122s ∆−−=+−−=

scc

2

WQZg

g

g2)PV(U −=∆+

ϑ∆+∆+∆⇒ elde edilir.

sp WQE)PV(U −=∆+∆+∆ Enthalpi değişimi:

)PV(UH ∆+∆=∆ olduğundan enerji denklemi

spk WQEEH −=∆+∆+∆ şeklini alır.

Sistemde türbin yerine pompa veya kompresör kullanılırsa Ws nin işareti pozitif (+)

olacaktır.

5.2.0 Mekanik Enerji Denge Denklemi

Isı transferinin bir çeşit enerji transferi olduğu ve ısının mekanik işe dönüşebildiği, olayın, enerjinin korunum yasasına uyduğu Carnot (1832) ve Joule (1840–45) tarafından yapılan deneyler sonunda doğrulanmıştır. Bu çalışmalardan önce, akış olayı, mekanik enerji terimleriyle ifade edilmekteydi.

Burada:

P1V1 : Çevre (akışkan) tarafından sistem girişine uygulanan basınç–hacim işi

Ws : Sistem tarafından çevre (türbin) üzerine yapılan iş.

P2V2 : Sistem tarafından çevre üzerine çıkışta yapılan basınç–hacim işi.

Uyarı : Sistem kayıpsız (F = 0) olarak tasarlanıyor.

Mekanik enerji denklemi:

Net enerji ⇒ )VPW(VPVPWVPE 22s1122s11n +−=−−=


103

Enerji kaybının yok sayıldığı ideal akış olayında, net enerji (En), akışkanın kinetik (DEk),

potansiyel ( pE∆ ) ve sıkışma ( )∫ dV P şeklinde ortaya çıkan enerji değişimlerine eşit

olmalıdır.

dV PEEE2

1pkn ∫ ⇒−∆+∆= İdeal sistem.

Gerçek akış olaylarında her zaman sürtünme ve ısı kaybı şeklinde enerji kayıpları meydana gelir. Bu nedenle, net enerji, kinetik, potansiyel, sıkışma şeklinde ortaya çıkan enerji değişimleri yanında, genel olarak sürtünme şeklinde ortaya çıkan kayıp enerjiyi de karşılaması gerekir. Bu nedenle, denklemin sağ yanına kayıp enerji terimi F konur. Gerçek akış olayının mekanik enerji denklemi:

∫ +−∆+∆=−−=1

2pk22s11n FdV PEEVPWVP E

( )

( )FWPVdV PEE

FWFWVPVPdV PEE

s

1

2pk

ss1122

1

2pk

+−=∆+−∆+∆

+−=−−=−+−∆+∆

∫

∫

Burada, F, sisteme geriye dönmeyecek şekilde kaybolan enerjiyi (irreversible) göstermektedir.

F = 0 ise enerji türü geriye dönüşlü (reversible)

F≠ 0 ise enerji turu geriye donuşsüz (irrevesible)

Geriye dönüşlü enerjide , çevre ile sistem arasında ortaya çıkan enerji transferi farkı sıfır olur. Fakat, geriye dönüşsüz enerjide, sürtünme kayıpları gibi kayıplar; yararlı iş haline dönüştürülemeyen ve sisteme geri kazandırılamayan kayıp enerjileri ifade eder.

Sisteme giriş–çıkışta ortaya çıkan basınç–hacim işi ∆(PV) şeklinde ifade edilebilir. Tam bir diferansiyel denklem olan ∆(PV) nin integral şekli:

∫ ∫∫ +=2

1

2

1

2

1

dP VdV P V)d(P dir.

Son ifade, mekanik net enerji denkleminde yerine konursa.


104

( )FWEEdV PdP VdV P spk

2

1

2

1

2

1

+−=∆+∆+−+ ∫∫ ∫

( )FWEEdP V spk

2

1

+−=∆+∆+∫

Kayıp enerjiyi içine alan gerçek akış mekanik enerji denklemidir.

Gerçek akış mekanik enerji denklemi ile gerçek akış termodinamik enerji denklemi birbirlerine eşit olmalıdır. Kayıp enerji F'in belirtilmesi:

( ) 0FWEEdP V spk

2

1

=++∆+∆+∫ Mekanik enerji denklemi

0QWEEH spk =−+∆+∆+∆ Termodinamik enerji denklemi

( ) QWEEHFWEEdP V pkspk −+∆+∆+∆=++∆+∆+∫

∫−∆=2

1

Q-dP VHF elde edilir.

Görüldüğü gibi, kayıp enerji F, sistemin enthalpi değişimi ile sisteme verilen ısının ve

sistemden alınan işin farkına eşittir.

∫∫ ++∆=∆2

1

2

1

dP VdV PUH olduğundan

∫+∆=2

1

Q-dV PUF şeklini alır.

Sıvı akışlarında (dV = 0) ⇒ ∫=−∆=2

1

Q-dS TQUF

Adiyabatik sıvı akışlarda ⇒ ∫=∆=2

1

dS TUF

İzotermal–adiyabatik sıvı akışlarda ⇒ F = 0 (reversibl)


105

İzotermal gaz akışlarda ⇒ QdV PF2

1

−= ∫

Adiyabatik gaz akışlarda ⇒ ∫ ∫=+∆=2

1

2

1

dS TdV PUF

İzotermal–adiyabatik gaz akışları ⇒ ∫=2

1

dV PF

Geriye dönüşlü (reversible) akışlarda F = 0 Ş (Kayıpsız sistem)

∫ ∫−∆=⇒−−∆=2

1

2

1

Q-dP VH0QdP VHF den

Q dV PH2

1

+=∆ ∫ Kayıpsız sistemin mekanik enerji denklemi

Sistemde pompa, kompresör, türbin gibi sisteme enerji veren veya sistemden enerji alan

bir ekipman yoksa → Ws = 0 olacaktır.

0EE dV PH pk

2

1

=∆+∆+=∆ ∫ olacak, ideal kayıpsız bir sistemin enerji denklemi kinetik

ve potansiyel enerji değişimleriyle ifade edilecektir.

Şekil 5.3–Pompa destekli sıvı taşıyan boru hattı bölümü.


106

Basit bir sıvı akış sisteminde, pompa ve boru hattı yer almaktadır. Yukarıda verilen sistem kayıpsız ise F = 0 olacak ve DEk → Ep @ 0 alınarak, teorik minimum pompa işi

∫ ν=−2

1

P

Ps dP W olacaktır.

Minimum pompa işini elde etmek için, ν dP yi hesaplamadan önce P2 nin değeri

belirlenmelidir.

Pompa çıkış basıncı 2P , 2 ve 3 noktalar arasındaki akış denklemi kullanılarak bulunabilir.

2 ve 3 arasında ısı değiştirici ve iş makinesi olmadığından 0WQ 32 == − lacaktır. Sistemin ve

bu noktalar arasında sürtünme kayıp enerjisi (F) nin varolacağı (irreversible) hesaba katılarak, genel enerji denklemi yazılır:

dP dV PH ∫ ∫ ν+=∆ dir ve sıvılarda dV = 0 olacağından ∆H yerine sadece ∫ dP V yazılır.

FEEdP pk −=∆+∆∫ +ν Geriye dönüşsüz (irreversible) sıvı akış enerji denklemi,

Ws = Q = 0

Bu denklemin açılımı: (Şekil 4.3)

( ) FZZg

g

g2dP 23

cc

22

23

P

P

3

2

−=−+ϑ−ϑ

+∫ ν şeklindedir.

Burada:

V : Özgül hacim (=1/r), m3/kg

P : Basınç (P2: Pompa çıkış basıncı, P3: Sistem çıkış basıncı; N/m2

Z3, Z2 : Referans alınan tabana göre yükseklikler, m

gc : 1(kg–m/kgf–s2) yer çekimi ivme faktörü, SIU de değeri 1'dir.


107

F : ¡ ve Æ noktalar arasında ortalama birim kütle sürtünme kayıp enerjisi, J/kg.

Terimler “birim kütleye düşen enerji” birimine sahiptirler. (J/kg)

ϑ : Hız, m/s

Problemin çözümü içni, u2 – u3 hızların ortalaması ve Z1, Z2 yükseltileri ile P3 çıkış

basıncının, ayrıca akışkan yoğunluğunun bilinmesi gerekir. F, boru boyutarı, akışkan nicel özellikleri ile ayrı bir yoldan hesaplanabilir.

Sürtünme enerji kayıbı aşağıdaki formülden bulunur:

∫∫ϑ

==∆⇒ϑ

= dLDg2

fdFFdLDg2

fdFc

2

c

2

veya c

2

g2D

LfF

ϑ∆=∆ dir.

Burada:

∆F : Sürtünme nedeniyle ortaya çıkan kayıp enerji (J/kg)

f : Moody grafiğinden elde edilecek sürtünme faktörü Fanning grafiği kullanı-lırsa f = 4ff olduğu bilinmelidir. (ff: Fanning sürtünme faktörü)

∆L : Boru hattının belli bir bölümünün uzunluğu, m

D : Boru çapı, m

gc : 1(kg–m/kgf–s2)

PF ∆⇒∆ ye çevirmek için akışkanın yoğunluğu ile çarpmak yeterlidir.

( ) ( )( )

−−−−−−−∆ρ=∆⇒ρ

ϑ∆=∆

2fc

2

fm

NFP

g2D

LfP

ρ : Yoğunluk, kg/m3

Sürtünme faktörü f in Moody, veya Fanning grafiğinden bulunabilmesi için Reynold sayısının bilinmesi gerekir. Reynold sayısı, boru ve akışkan nicel değerlerine bağlıdır.

Reynold Sayısı:

µ

ρϑ= o

e

DR


108

Re: Raynold sayısı (–)

D: Boru çapı, m

oϑ : Akışkan ortalama hızı, m/s

m: Akışkan viskozitesi, (kg/m–s)

Sistemin basınç denklemi: ( )0F 0,Q Pompa, 0Ws ≠=⇒≠

Pompa basıncı sürtünme kayıpları ile menfi statik basıncı karşılanmasında kullanılıyor.

Akış olabilmesi için P2 nin pozitif olması gerekir.

Örnek: Tank A'daki su tank B'ye pompalanmaktadır. Sistemin verilerine göre enthalpi değişimini ve ikinci tanktaki sıcaklığı bulunuz. Tank A'daki suyun sıcaklığı 93°C dir. Bir ısı değiştiriciden geçerek soğutulmaktadır, soğutulan su tank B'ye alınmaktadır.


109

Şekil 5.4 – Bir pompaj istasyonu

Veriler :

Akışkan = su, ρ = 952,88 kg/m3

Pompa Gücü (PG) = 2Hp

T1 = 93°C

Qh = 11,357 m3/sa (Debi: Birim zamanda akış miktarı, burada 1 saatteki akış)

Z∆ = 15,24 m (Pompa çıkışı ile akış çıkış noktası arasındaki yükseklik farkı, kod farkı)

Qısı = –2,532 x 109J/sa (Sistemden alınan ısı)

H∆ = ?

T2 = ?

Çözüm: Birim kütleye ısı transferi:

m = (Qh) x ( ρ ) = (11,357)(952,88)

m = 10822 kg/sa (Kütlesel akış debisi)

Birim kütle ısısı:


110

kg/J10x96,233sa/kg10822

sa/10x532,2

m

Q 39

ısı −=−

=

Pompa gücü → PG = 2Hp = 2(2685 x 103j/sa) = 5370 x 103 j/sa

Pompa gücünün birim kütleye düşen enerji ifadesi :

kg/j2,496sa/kg10822

sa/j10x5370W

3

s −==

Ws'nin işareti negatifdir.)

Potansiyel enerji ( ) kg/j5,149m24,151

81,9Z

g

g

c

=

=∆⇒

Sistemin genel enerji denklemi yazılır ve H∆ çekilir.

( ) ( ) ( )Zg

gWQHWQZ

g

g

g2H

ccc

2

∆−−=∆⇒−=∆

+

ϑ∆+∆

Bulgular işaretleri ile birlikte yerlerine yazılır.

W = –Ws = –496,2

H∆ = (–233,96x103 ) – (–496,2) – 149,5

( )kg/j10x96,233H 3−=∆

Suyun 93°C deki enthalpisi, buhar tablosundan 390,790x103 j/kg (93356,46 cal/kg) = 93,356 cal/g = 167,799 Btu/lbm) olarak bulunur.

H∆ = H2 – H1 dir. H1, T1 deki (93°C) enthalpidir.


111

T2'deki H2 enthalpisi:

H∆ = –233,6x103j/kg dır.

H∆ = H2 – H1 = H2 – 390,790 x 103 = –233,6 x 103 olacağından

cal/g 55,37kg/j10x190,157H 32 ==∆

Suyun enthalpi tablosundan bu değere karşılık gelen sıcaklık

T2 = 38,15°C olarak bulunur.

Birimler:

1 N = 1 kg-m/s2 1 kcal = 1000 cal = 3,968 Btu 1 kcal/kgC° = 1 Btu/lb°F = 1 cal/g–C° = 4,18680 j/g–°K 1 Btu/lbmol–°F = 4,1868 j/mol–K 1 cal = 4,186j 1J = 1 N-m = 0,2388 cal 1 Btu = 1055 j = 252 Cal = 778 ft–lbf 1 Hp(BG) = 0,746 kW = 2685 kj/sa = 2545 Btu/sa 1kW = 1,34 Hp = 3600 kJ/sa = 3412 Btu/sa

1m3 = 35,28 ft3 @ 264 gal

1 varil (Bbl) = 42 gal = 0,159 m3

1 gal (US) = 3,7857 x 10–3m3 = 0,1325 ft3

1 ft3 = 7,54 gal = 0,0286 m3

Not: s: saniye, sa : saat

Örnek: Bir santrifüj pompa ile 6,31x10–3 m3/s debiyle su basmaktadır. Pompa emiş

basıncı 1,378x105 N/m2, çıkış basıncı 13,789x105 N/m2 dir.

Pompa operasyonu adiyabatik (Q = 0) dir. Suyun pompaya giriş sıcaklığı 15,55°C, çıkış sıcaklığı 15,75°C dir. Verilere göre, sürtünme enerjisini karşılaması gereken pompa enerjisi ne olur?

Çözüm:

Basamak-1:


112

Akış enerji denklemi yazılır.

( )WQEEH pk −=∆+∆+∆

Pompa giriş çıkışı adiyabatik koşullara sahip → Q = 0

Pompa giriş–çıkışında yükseklik farkı yok → pE∆ = 0

Basamak-2:

Sistemin termodinamik enerji denklemi yukarda ki şartlara göre yazılır.

kEH ∆+∆ = –(W)

W = –Ws (Pompa işi) alınarak (–W) → –(–Ws) = +Ws yazılır.

Basamak-3:

Sistemin mekanik enerji denklemi tekrar düzenlenir.

sk WFEdP +−=∆∫ +ν

Enthalpi değişimini belirlemek için, suyun pompaya giriş ve çıkış durumlarını bilmek gerekir. ‹ki durum dikkate alınır:

1) Su sabit basınçta 15,55°C den 15,75°C ye kadar ısıtılmakta

2) Sabit sıcaklıkta; basınç 1,378x105N/m2 den 13,789x105N/m2 ye çıkarılmakta.

İlk durumdaki enthalpi değişimi:

Suyun Cp = ( ) ( )( )kg

kcal2,0C 2,01TTCH

C kg

kcal1 o

32p10==−=∆⇒

1H∆ = 837,2J/kg

İkinci durumdaki enthalpi değişimi:

( )222 PVUH ∆+∆=∆ → İzotermal akışta

U∆ =0 , sıvılarda dv = 0 ⇒ V: Özgül hacim, kg/m3

( ) ( ) ( )( ) 5312

2122 10x378,1789,1310x1PPV PVPVH −=−=∆=∆=∆ −


113

2H∆ = 12,41 x 102J/kg

Pompa giriş çıkışına ilişkin sistemin enerji denklemini yeniden yazalım:

0EWEH kk =∆⇒=∆+∆ (Kinetik enerjide değişme olmamaktadır.)

21 HHH ∆+∆=∆

Pompadan istenen net enerji:

kg

j 2,2078

kg

j 10x41,12

kg

j 2,837WHHWH 2

s21s =+=+=∆+∆⇒+=∆

Termodinamik denkleminden bulunan Ws nin değeri, mekanik enerji denklemine konarak

sürtünme kayıp enerji bulunur.

F = + Ws – V(P2 – P1)

F = 2078,2 – (1x10–3) (13,789 – 1,378) x 105

kg

j 1,837F =

Sürtünme basıncı

=ρ=∆

kg

j 1,837x

m

kg 1000FP

3f

Jul birimi : (N-m) ile ifade edildiğinden, (j) birimi yerine (N-m) konursa aşağıdaki basınç birimi (Paskal ) elde edilir.

2

5f

m

N 10x37,8P =∆

5.3.0 Weymouth Gaz Akış Formülü:

Weymouth yatay akış denklemi şu varsayımlar için geçerlidir.


114

1. Kinetik enerji değişimi ihmal edilmektedir. 2. Akış izotermal ve kararlı (steady–state) kabul edilir, 3. Akışın yatay (dümdüz boruda) olduğu varsayılır. 4. Çevreyle ısı alış verişi yoktur. 5. Gaz tarafından çevre üzerine iş yapılmamaktadır.

Varsayımları dikkate alarak, genel enerji denkleminden elde edilen ve sürtünme

enerjisinin basınç–hacim işiyle ifadesi olan sonuç formülü yazalım:

dL2gD

f dP 2

1

P

P

2

0

2

∫ ∫ϑ

=ν

Özgül hacim ve hız genel gaz denklemine göre ifade edilir.

Özgül hacim ⇒ PM

ZRT1=

ρ=ν

Göreli yoğunluk G 29 29

MG =⇒=⇒

Hız TZAP

QPT

PT

TZPQQ

A

Q

s

s

s

sss =ϑ⇒=⇒=ϑ⇒

Silindirik borunun kesit alanı 4

DA

2π=⇒

Bir saatte alınan hızın ifadesi bir saatteki debiyle eşleniktir.

( ) ( )m/sa stdft/h std ZD

14

P

P

T

T

3600

Q 22

2

22

s

2

s

2

h2 =ϑ⇒

π

=ϑ

2 ve ϑν yukarıdaki formülde yerlerine konur.


115

( )

∫

π

∫ =

dLZ

D

14

P

P

T

T

3600

Q

2gD

1f dP

2gGP

ZRT L

0

22

2

22

s

2

s

2

hP

P

2

1

Birimlerin seçilmesi

İngiliz Birim Sistemi Metrik SI Birim Sistemi

R = 10,723 (psi)(ft3) / lbmol)(R) =0,08314 (bar)(m3 )/(kmol)(K)

P = lb/ft2 →lb/in2 = [Psi] →1lb/ft2 = 144 lb/in2 =bar

L = ft →mil(miles) →1 mil = 5280 ft =m

D = ft →inch →1 ft = 12 in =m

g = 32,17 ft/s2 =9,81m/s2

Yukarıda verilen birimler kullanılarak formül yeniden yazılır.

( )

( )( ) ( ) ∫

=

∫−∫ =∫

−=

⇒∫

=∫−

⇒∫

π=∫

−

L

0

2h5

2

s

s

P

P

2P

P

P

P

L

05

2

s

shP

P

L

0

52

s

shP

P

dL QD

fGZT

T

P554314,2

dPP

P289,53dP

P

1

gG2

ZT732,10)144( dP

2gGP

ZRT

:durumuson ibasamaktakbu formülün göre ebirimlerin İngilizSeçilen

dL D

1

PT

ZTPQ

ZT

fG554314,2dP

P

1289,53

dL528012/D

1

PT3600

ZTPQ4

17,32x2

fdP

P

1

gG2

ZT732,10)144(

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

Basıncın integrali alınırsa:

( ) ( ) ( )22

21

21

22

P

P

2P

P

PP2

1PP

2

1- P

2

1 dP P

2

1

2

1

−=−==∫− olur.

Denklem basınç kaybını verecek şekilde yazılır.


116

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )L QD

fGZT

T

P

289,53

554314,22PP 2

h5

2

s

s22

21

=−

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )L QD

fGZT

T

P0958664,0PP 2

h5

2

s

s22

21

=−

Debiyi verecek şekilde düzenlenirse

( )

−

=

−

ZfGL

DPP

P

T

0958664,0

1Q

522

21

2

s

s2h

Sonuç : Weymouth formülü elde edilir. Bu formül pratikte gaz boru hatları basınç düşümü

hesaplarında kullanılır.

( ) ( )5,0

522

21

s

sh

ZfGL

DPP

P

T23,3Q

−

=

−

Formülde Qh , birim saatteki gaz akış miktarını ifade etmektedir.

Yukarıda elde edilen Weymouth formülü yatay hatlardaki gaz akışı basınç düşümü

hesabına uygundur. Yatay olmayan hatlar için formüldeki 22P basınç terimi es terimi ile çar-

pılmalıdır. s = 0.0375 GDH/TZ

e = 2.718

es = e0.0375 GDH/TZ

H∆ = Hat üzerinde seçilen noktalar arasındaki yükselti (Elevasyon) farkı ( Aynı terim entalpi için de kullanıldığından karıştırılmamalıdır.)

Yatay olmayan hatlar için Weymouth denklemi:


117

( ) ( )5,0

522

s21

s

sh

ZfGL

DPeP

P

T23,3Q

−

=

−

şeklini alır.

Bu formülden bulanacak basınç düşümü, DPs ile DPf i içermektedir.

Weymouth, sürtünme faktörünü çapın fonksiyonu olarak şu şekilde ifade etmetedir.

3/1D

032,0f =

f nin eşiti denklemde yerine konursa:

056,180,032

13,23xK

5,0

=

= olur.

Bulunan katsayı yerine konarak, Weymouth denkleminin yatay hatlarda kullanılan f nin yeralmadığı formül elde edilir.

( ) 3/8

5,022

21

s

sh D

ZGL

PP

P

T056,18Q

−

=

− .................. (SCF/h)

Qd → SCF/gun biriminde debiyi elde etmek için katsayı 24 ile çarpılır.

( ) 3/8

5,022

21

s

sd D

ZGL

PP

P

T344,433Q

−

=

− .................. (SCF/gün)

Weymouth'un yatay olmayan hatlarda, boru hattının etkin uzunluğu Le kullanılır. Le,

basınç ölçüm istasyonları arasındaki hattın profiline bağlıdır ve şu formülle bulunur.

nn

s

33

s

22

s

11

s

e Ls

1e......L

s

1eL

s

1eL

s

1eL

n321

−++

−+

−+

−=

s1, s2, s3...........sn, n3,21 H....... H H ,H ∆∆∆∆ elevasyon farklarına bağlı olarak bulunur.

s1 = 0,0375 G ∆H1 / (TZ0)


118

s2 = 0,0375 G ∆H2 / (TZ0)

s2 = 0,0375 G ∆H3 / (TZ0)

sn = 0,0375 G ∆Hn / (TZ0)

n321

n

1n s.........ssss ++++=∑

Hattın giriş (P1) ve çıkış (P2 basınç noktaları arası n parçaya bölünerek yukarda

gösterildiği gibi s1, s2 ,s3 hesaplanır ve buradan eşdeğer uzunluk hesaplanır.

nn

s

e Ls

1eL

n

−=

s ve Le nin bulunan değerleri Weymouth formülünde yerlerine konur.

( ) ( ) 5,0

eo

522

s21

5,0

s

sh

LGTZ

DPeP

f

1

P

T23,3Q

−

=

5.4.0 Pandhandle Akış Formülü

Sürtünme faktörü f in formüle ediliş şekillerine göre A ve B olarak iki formül geliştirilmiştir. B formülü uzun hatlar için daha uygun görülmektedir. Her iki formülde yatay hatlarda sürtünme basınç kaybı hesaplarında kullanılır.

a) Pandhandle denklemi,A (yatay akış)

( ) 6182,24604,0

5394,022

21

07881,1

b

b DG

1

ZTL

PP

P

T87,435Q

−

=

−

Sürtünme faktörü → 1461,0

D

QG52f

≅

b) Panhandle denklemi, B (Yatay akış)


119

( ) 53,24604,051,0

96,0o

22

21

02,1

s

s DG

1

GTLZ

PP

P

T737Q

−

=

Sürtünme faktörü → 01961,05,0

D

QG7,16

f

1

≅

Pandhandle Ve Weymouth Formüllerinin Karşılaştırılmaları

Pandhandle B nin, uzun ve büyük çaplı hatlarda doğruya en yakın sonucu verdiği bilinmektedir.

Weymouth formülü, kısa toplama hatlarında basınç kayıplarının hesaplanmasında kullanılır.

Weymouth formülünün bir üstünlüğü ölçüm noktaları arasındaki yükseklik (elevation) farkından doğan akışkana özgül basınç yükselişini (head pressure) dikkate almış olmasıdır. Panhandle denklemi, uzun yatay akışlar için uygundur, fakat yükseklik farklarından doğan basınç kayıp ya da kazanımlarını (head pressure) hesaba katmamaktadır.

Bu nedenle uzun bir boru hattı profili çıkarılarak profilden yükselti değişim noktaları işaretlenir, böylece hat parça parça bölünerek Weymouth denklemine uygun uzunluklar elde edilir. Bunu yaparken ölçüm noktalarındaki yükselti farkları da s (DH = Elevasyon farkı) formülünde yerine konur. Her hat parçası için bulunan basınç kayıpları toplanır.

0H =∆ ise 1e0s s =⇔= olacaktır.

Panhandle A ve B formüllerinde sürtünme faktörü ile ilgili iki yaklaşım vardır. Her ikisinde

de sürtünme faktörü (GQ/D) nin belirli bir katsayı ve üste bağlı olarak bulunacak değerle

hesaplanmaktadır. Fark, katsayı ve üstlerden kaynaklanır. Formül B "değiştirilmiş"

Panhandle denklemi olarak bilinir ve uzun hatlarda kullanılır.

Formül A 1461,0

D

QG52

f

1

≅⇒

Formül B 0191,05,0

D

QG7,16

f

1

≅

⇒ kabulleri yapılmıştır.

Weymouth, Panhandle (A/B) formülleri birimleri, şöyledir :


120

İngiliz Metrik Qd : Standart koşullarda gaz akış miktarı scf/gün m3 /gün

Qh : Standart koşullarda gaz akış miktarı scf/h m3 /sa

Ps : Standart mutlak basınç Psia bar

P : Mutlak akış basıncı Psia bar T : Akış sıcaklığı °R K

L : Hat uzunluğu Mil m Za : Gaz sıkışma katsayısı (ortalama) – –

G : Göreli gaz yoğunluğu – – K : Sabit çarpanların çarpım sonucu – –

E : Hat verimlilik oranı – –

scf : Standart cubic foot: Standart ft3 – – d=D : Boru çapı inch cm −

Z , Zo : Ortalama sıkıştırılabilirlik faktörü – – ∆H : Yükselti (Elevasyon) farkı ft m

Not: Yukarda elde edilen formüllerin metrik birimlerle kullanılması halinde katsayılar

dikkate alınmaz ve eğer boru çapı m yerine cm veya mm ile ifade edilirse, bu çevrime dikkat etmek gerekir.

Boru Hattı Verimlilik Değerleri

Hat tipi Gazın sıvı içeriği

(gal/MMSCF)

Gazın sıvı içeriği

m3/MM std. m3

E

Kuru–gaz sahası 0,1 0,0133 0,92

Muhafaza boru (casing) gazı 7,2 0,954 0,77

Gaz ve kondensat 800 10 5,99 0,60

5.5.0 Metrik–Birim Sisteminde Akış Formülleri

Hız değişiminin ihmal edildiği, kararlı bir gaz akışında, çevre veya sistem üzerine bir iş oluşumu yoksa ve izotermal koşulda akışın devam ettiği varsayılıyorsa, bu tür akışlarda, basınç kaybı elevasyon değişimleri ve sürtünme nedeniyle ortaya çıkar. Gaz akışında,


121

elevasyon değişiminin yol açacağı statik basınç kaybı da ihmal edilecek kadar azdır. Bu ifadeler konu başında yer almaktadır. Burada bu açıklamalara ilişkin genel ifadeyi yazalım:

ρ==ν≅∆⇒∫

ϑ+∆=∫ ν

1

PM

ZRT ve0HdL

gD2fHdP

L

0

20

P

P

2

1

dir.

Özgül hacim ve yoğunluk arasındaki ilgiyi anımsayın:

ρ=ν

1

Birim alandan geçen kütle akışı

π=

22km

kg/s

4/D

Wm

Birim alandan geçen kütlenin hacim birimiyle ifadesi ve akış hızı:

π=

ρπ=ϑ⇒

s

m

PMD

4WZRT1

D

W4

22o

Ortalama hızın karesi ile özgül hacim çarpılırsa

π=

ρ

π=ϑ

PM

ZRT

D

W41

D

W42

2

2

2

2o

v ve 2oϑ yerlerine konursa


122

( ) L DgM

ZRTw8fdL

DgM

ZRTw8fPP

dL DgM

ZRTw8fdP P

dL M

ZRT

gD2

1

D

w16fdP P

dL gD2

1

D

16w fdP

ZRT

PMdP

1dP

52

2L

052

222

21

L

052

2P

P

L

042

2P

P

L

052

2P

P

P

P

P

P

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

π=∫

π=−⇒

∫

π=∫⇒

∫

π=∫⇒

∫

π=∫

∫ =

ν∫ =ν

W = kg/s (Kütlesel debi) R = 847 kg–m/kg–mol.K (Genel gaz katsayısı)

P1,P2= kg/m2 (Basınç)

T = K (sıcaklık) L = m (uzunluk) M = kg/kmol (mol ağırlığı)

g = 9,81 m/s2 (Yerçekimi ivmesi) D = m ( Boru çapı) Örnek: Aşağıdaki verilere göre boru hattı çıkışı basıncı P2 ne olur?: W =1,5 kg/s (Kütlesel debi) R = 847 kg–m/kg–mol.K (Genel gaz katsayısı) T = 280 K (sıcaklık) g = 9,81 m/s2 (Yerçekimi ivmesi) P1 = 145000 kg/m2 = 14,5 kg/cm2 (Basınç)

P2 =? kg/m2 (Basınç) L = 3000 m (uzunluk) M = 17 kg/kmol (mol ağırlığı) D = 0, 25 m ( Boru çapı)


123

Z = 0,98 Sıkıştırılabilirlik faktörü f = 0,05 Sürtünme katsayısı

( ) ( )( ) ( )( )( )( )( )( )( ) ( )

( )

22

222

2221

22

21

52

222

21

kg/cm 064,2P

kg/cm 436,12kg/cm 5,14P

kg/cm 436,12kg/m 124364PP

61561606198PP

6156160619831256073843983,1

02510101440

25,01416,31781,9

300028084798,05,116PP

=

−=

==−

=−

===−

5.6 Düşük basınç hatlarında kullanılacak formül:

GL

hK3550Q =

Burada

Q = scf/h (standart ft3/h biriminde gaz debisi) h = Basınç düşümü, inch–su G = Göreli gaz yoğunluğu (Hava = 1) L = Hat uzunluğu, ft d = Boru iç çapı K nın değeri boru iç çapına bağlıdır.

5,05

d03,0d/6,31

dK

++=

Orta basınç hatlarında kullanılacak formül:


124

( ) 82,1/1

LG10x48600

DPPQ

2

82,422

21

−=

ν

Burada:

Q = Nm3/h (Normal m3/h biriminde gaz debisi) P1 P2 = kPa (Basınç)

D = mm (Hat çapı) L = km (Hat uzunluğu) Gv = Viskoziteye göre düzeltilmiş gaz göreli yoğunluğu

5.7 L/D: Boru Çapında Eşdeğer Uzunluk

Düzgün ve yatay bir boru hattında basınç kaybı pek fazla olmaz. Gerçekte basınç kaybına yol açan yapı ve bağlantılar; vanalar, dirsekler, bükülmeler, eğrilikler ve keskin dönüşlerdir. Ayrıca engel tipi tıpalar ile çap düşürücülerde, orifis ve benzeri ölçü araçlarında basınç kaybı ortaya çıkmaktadır. Sayılan bu bağlantı elemanlarında ortaya çıkan basınç düşümleri, tablo ve grafiklerden elde edilecek L/D boru çapındaki eşdeğer uzunluklar ile K direnç değerlerine göre hesaplanır. Boru hattının keskin giriş–çıkışlar ile, aniden çap büyümesi ve küçülmelerinde, akışa karşı gösterilen direnç.

D

LfK =

K, sürtünme direnç katsayısı olarak bihinir.

Örneğin:

Boru hattı keskin köşeli giriş : K = 0,5

Boru hattı keskin köşeli çıkış: K = 1,0

––––––––––––––––––––––––––––––––––

Giriş çıkış: K = 1,5

L/D: Vana ve dirseklerin boru çapı birimindeki eşdeğer uzunlukları tablolardan alınabilir.

Örneğin:

45° STD dirseğin L/D = 16


125

Kelebek vana L/D = 40

U dönüş yapan bir boru bükümünün L/D si, şekil–12 deki grafiğin kullanılmasıyla elde edilir.

Keskin Giriş ve Çıkışlar:

Şekil 5.5– Akış yoluna köşeli giriş ve çıkışların direnç katsayıları (K) a) Keskin köşeli b) Akış girişine köşeli giriş c) Hafif yuvarlatılmış d) Konik giriş ve e, f,) Keskin köşeli ve hafif keskin köşeli çıkışlar

Örnek:

270° dönüş yapan bir borunun L/D si nedir?

(270° dönüşün göreli (relative) yarı çapı 90° dönüşünki ile aynı.)

Göreli yarıçap, bükülme yarı çapı r nin boru çapı d ye oranıdır. (Bak. Şekil–4.12)

Kullanılacak formül:

( )

+−+=

2

RR1nR

D

L bt 1

Burada:

D

L : Dönüşün toplam boru çapında eşdeğer uzunluğu

Rt : Bir tek 90° lik dönüşün eşdeğer uzunluk toplam direnci

R1 : Bir tek 90° lik dönüşün eşdeğer uzunluk direnci

Rb : Bir tek 90° lik dönüşün eşdeğer uzunluk eğim direnci


126

n : 90° lik dönüşlerin sayısı

Göreli yarı çapı rg ile gösterelim ve rg= 12 olsun.

Şekil–4.12 de rg yatay eksende belirlenir; Rt R1, Rb değerlerine karşılık gelen L/D ler

elde edilir. Bu yol izlenerek bulunan değerler şöyledir.

Rt = 34,5 (90° lik dönüş direnci)

R1 = 18,7

Rb = 15,8

ve n = 270/90 = 3 dür, bunlar yukarıdaki formülde yerlerine konursa

D

L= 34,5 + (3 – 1)(18,7 + 15,8/2) = 97,7

boru çapında eşdeğer uzunluk bulunur.

Tablo 5.1 Boru Çapına Göre Vana ve Fittinglerin Eşdeğer Uzunlukları (L/D)

VANALARIN AÇIKLIK ORANI Tip Açıklamalar 1/1 ½ ¼ ¾

"Globe" Vana

y–Şeklinde

"Gate" Vana

1- Dil: Oval–küt uçlu, 2- Sivri kanat tipi Mil: Hareketi akış yoluna

dik 3- Hat ile yaptığı q = 60° 4- Hat ile yaptığı q = 45°

340 450 175 145

Sürgülü (Gate) Vanalar

Dili kama, disk, çift disk, tapa şeklinde

olabilir

13 160

900

35


127

Çek vanlar (Tek yönlü

açılan vanalar)

Dil kanat şeklindedir. Tek yönde çalışır. Hat basıncıyla 90° lik dönüş yaparak açılır. Basınç yoksa yay hareketi ile kapanır. Eğimli yerde, kendi ağırlığı da kapanışa yardım eder.

a) Eski kanat tipi dili olanlar

b) Açık yollu kanatlılar (Clearway)

c) "Globe" kalkış ve duruşlar

d) Açısal vana gibi kalkış–inişler

e) Küresel tipli olanlar

135 50 340 340 150

Açılması için gereken minimum basınç düşümü

0,5 psi 0,5 psi 2 psi 2 psi 2,5 psi

Açısal (angle) Vanalar

a) Oval küt uçlu (plug) dil b) Sivri, kanat tipli dil

145 200

Kelebek Vanalar (Butterfly) (D ≥ 8 in) D ≥ 6 in

Kanat–dilin hareketi Çek–vananınkine benzer hareket mille iletilir.

Dil: Kanat tipi

40 20

U–biçimli geriye dö– nüşler

50

Fittingler a) 90° STD dirsek b) 45° STD dirsek c) 90° "Street" dirsek d) 90° "Street" dirsek e) 45° "Street" dirsek f) Köşeli 90° dirsek

30 16 20 50 26 60

Açıklama:


128

1/1: Tam açık

1/2: Yarım açık

1/4: Çeyrek açık

3/4: Üç–çeyrek açık

Şekil 5.6– Boru hatları bağlantı elemanları ve L/D oranları (Fittingler)


129

Şekil 5.7 Çeşitli boru bağlantı parçaları(1)


130

Şekil 5.7 Çeşitli boru bağlantı parçaları(2)


131

Şekil 5.8 Vanalar (1)

Şekil 5.9 Geriye kapalı vana (Check Valve) ve boru hattı filtreleri


132

Şekil 5.10- Çeşitli vana ve parçaların eşdeğer düz boru uzunlukları abağı


133

Şekil 5.11- Moody Sürtünme faktörü grafiği

5.8 Gaz Boru Hattı Tasarımı (Örnek)

Elde bulunan 4" lik ve 7/8"- 2 lik boruların doğal gaz boru hattında kullanılarak değerlendirilmeleri istenmektedir. Boru hattı verilerine göre, boruların basınç düşümü bakımından uygun olup olmadıkları üzerinde durulmuş, çeşitli alternatifler sunulmuştur.

Veriler :

Q (maks, min) = 300 000 SCF/gün, 170 000 SCF/gün (1 SCF = 35,28 m3)

P1 = 2 atm

G = 0,70 (Hava = 1,00)


134

Tort ≅ 20°C (68°F = 528°R)

L ≅ 7 km (4,3505 mil)

Ld = 7,03 km (4,369 mil), kullanılacak dirseklerle birlikte eşdeğer uzunluk.

Zort ≅ 0,988 (P =2 atm, T = 20°C)

Ps = 1 atm mutlak

Ts = 15,5°C° (=60°F)

Hattın 3 km lik bölümünde 4" sch 40 boru, 4 km lik bölümünde 2–7/8" tubing kullanılması düşünülmektedir.

Basınç düşümü hesabında, ufak çaplı ve kısa düz, boru hatlarına uygun olan Weymouth formülü kullanılmıştr.

Weymouth denklemi;

( ) 3/8

5,0

o

22

21

s

sd D

GTLZ

PP

P

T49,433Q

−

=

Hattın tamamının 3" seçilmesi halinde debi ve basınç düşümü :

L = 4,369 mil

Boru : 3" sch40, iç çapı 3,068"

Seçenekler :

Q (SCF/gün) P1 (Psia) Ps1a P2 Psig DP(psi)

300 000 44,7 21,26 6,5 23,43


135

200 000 44,7 36,20 21,47 8,49

170 000 44,7 38,75 24,02 5,95

Hattın tamamının 4" sch 40 borudan inşa edilmesi halinde debi ve basınç düşümü seçenekleri şöyledir :

Q (SCF/gün) P1 (Psia) Ps1a P2 Psig DP(psi)

650 000 44,7 16,95 2,22 27,75

600 000 44,7 23,24 8,51 21,45

550 000 44,7 27,80 13,07 16,89

500 000 44,7 31,39 16,66 13,30

450 000 44,7 34,32 19,59 10,37

400 000 44,7 36,74 22,01 7,95

350 000 44,7 38,75 24,02 5,94

“ “ “ “ “

“ “ “ “ “

170 000 44,7 43,37 28,64 1,32

Borular :

4” sch 40 boru ID = 4,023"

2–7/8" sch80 tubing ID = 2,441"

( )( )( )( )( )( )

2

3/8ss

do

22

21

DP/T49,433

QZLTGPP

=−

Hattın 1, bölümünde basınç düşümü :

Q = 220 000 SCF/gün ve 170 000 SCF/gün

L1 = 1,8739 mil


136

d1 = 4,023" (Anma dış çapı Ş OD = 4")

P2 = ?

Weymount denkleminden elde edilen sonuçlar:

Q= std. m3 (Scf/gün) 6235,82 (220 000) 4818, 59 (170 000) P1 =atm (psi) 2,0408 (30 ) 2,0408 (30 )

P2 =atm (psi) 1,97(29) 3,0 (29,44)

∆P=atm (psi) 0, 0680 (1 ) 0,038(0,56)

Hattın 2. Bölümünde basınç düşümü : L1 L2 = 1

–– –– – – – – – – – – – – – – – ————————————————————

d1 d2 = 2 7/8” (=2,441”)

Weymount denkleminden elde edilen sonuçlar:

Q= std. m3 (Scf/gün) 6235,82 (220 000) 5668, 93 (200 000) 4818, 59 (170 000) P1 =atm (psi) 2,0408 (30 ) 2,0408 (30 ) 2,0408 (30 )

P2 =atm (psi) 0,1857 (2,6 ) 0, 547 (8,05 ) 1,149 (16,9)

∆P=atm (psi) 1,855 ( 26,36) 1, 493 (20,21) 0,891 (12,7 )

4" sch 40 boru hattı çekilmesi halinde minimum gaz miktarlarında ve minimum separatör

basıncında basınç düşümleri :

Doğalgaz ve Fuel–Oil Karşılaştırılması :

Minimum fuel–oil ihtiyacı ⇒ 3,6 ton ⇒ ton

$7,167x

gün

ton6,3

Günlük fuel–oil gideri ⇒ 603,72 USD

1 ton–fuel oil eşdeğeri gaz ⇒ 46198 SCF


137

3,6 ton fuel–oil eşdeğeri gaz ⇒ 166 312 SCF

Günlük minimum gaz geliri ⇒ 616,85 USD

Hat maliyeti (işçilik + boru fiatı) ≅ 140 000 USD Maliyetin geriye dönüş süresi : ≅ 226,9 gün Hat maliyeti ortalama boru fiyatının 10 USD/m olduğu müteahhitlik giderinin de boru

maliyeti kadar olacağı kabul edilerek hesaplanmıştır. Hesapta hat 7 km kabul edilmiştir.

5.9 BASINCA GÖRE HATLARIN SINIFLANDIRILAMSI

Taşıma hatları, yüksek basınç karbon çelik borulardan inşa edilir. Hat basıncı, iletim uzaklığına, debiye ve çapa bağlı olarak değişir. Hat başından uygulanan basınç, hat boyunca, belli debideki gazı, belli uzaklığa kadar öteleyebilecek basınçtır. Bu basınç, çıkıştan istenen basınçla, sürtünme kayıpları ve potansiyel kayıp ya da kazanımlarıyla saptanır.

Genel uygulamada taşıma hatlarının basıncı 70 bar – 100 bar arasında bulunmaktadır: Hatları basınçlarına göre şöyle kümelendirmek olasıdır :

Doğal gaz ana hatlarda ve dağıtım hatlarında uygulanan basınçlar:

1- Yüksek basınç hatları (70 bar – 100 bar) ⇒ Dış hatlar

2- Orta basınç hatları (25 bar – 40 bar) ⇒ Şehir giriş hatları

3- Orta düşük basınç hatları (4 bar – 25 bar) ⇒ Dağıtım hatları

4- Düşük basınç hatları (0,3 bar – 4 bar) ⇒ Bağlantı hatları

5- Kullanıcı giriş hatları (17 mb – 300 mb) ⇒ Konutsal hatlar

5.10 Boru Hatlarının Temizliği :Pig Atma Ve Pig Alma

Pig atımı ile boru hatlarının temizlenmesi, hat bakımnın bir parçasıdır. Birçok nedenle

pig atımı uygulanır. Eğer boru hattında su birikintisi oluşuyorsa, korozyondan korumak için

suyun süpürülüp atılması gerekir. Özellikle boru hatlarının çukur noktalarında su birikintisi

olur, bu noktalar hızlı korozyona maruz kalabilir. Ayrıca katıların boru hattının çukur veya

dönüş noktalarında birikebilir. Aralıklı pig atımı ile temizlik yapmak, boru hattı basınıç

düşümünü önler.

Pig atım işleminde, pig atım kovanı sistemden ilgili vanaların kapatılmasıyla ayrılır.

Kovanın içinde sıvı ve benzeri kalıntılar varsa, boşaltım vanaları açılarak hazırlık yapılır.


138

Kovanın içinde sıfır basınç olmalıdır. Pig, burun kısmı düzgün bir şekilde girecek şekilde

kovanın içine sürülür. Pig içeri konduktan sonra, kapak sızdırmazlık contası dikkatle

temizlenir, gerekirse yağlanır ve kovan kapağı kapatılır. Alt boşaltım vanaları da kapatılır.

Kovanın vent vanası açıkken, kovan doldurma vanası açılarak içeri öteleme akışkanı alınır.

Kovanın dolumu tamamlandıktan sonra, vent vanası kapatılır, kovan basınçlandırılır. Ayrım

vanası açılarak basınçlandırmaya devam edilir. Pig, kovandan boru hattına geçmeye

başladığında, dolum vanası kapatırlır, ana vana açılır, aynı zamanda ayrım vanası da

kapatılır ve bu durumda ana hat vanası tam açılarak sistemdan verilen basınçla pig

ötelemesi yapılır. Pig, boru hattının çıkış noktasına, pig alım kovanına gidinceye kadar

ötelenir. Bu operasyon ile pig boru hattının içini sıvı, katı ve tortulardan temizlemiş olur.

Şekil 5.12- Pig atım kovan


139

Şekil 5.13- Pig alım kovanı

Pig Alma İş Sırası

Pig boru hattı boyunca, öteleme basıncı ile yol alırken, boru hattının içini temizler, pig

alma kovanına ulaştığında, pig geldi işaretçisi, mekanik olarak çıkış yapar veya ıslık şeklinde

sesli sinyal verir. Pig, boru hattının son ucuna ulaştığında, pig alma kovanı, sistemeden izeole

edilir, bu ayırma vanasının kapatılması ile sağlanır. Kovanın boşaltma vanaları açılarak sıfır

basınç okununcaya kadar kovan boşaltılır. Ayrıca vent vanaları ile de içindeki gaz tamamen

dışarı atılır. Bu işlemler tamamlandıktan sonra, kovanın kapağı dikkatlice açılarak pig dışarı

alınır.

Boru hattı pig alım naoktasına pigin varış zamanı D Boru hattı çapı 8 inç

V Boru hattı hacmı 649 m3 L Boru hattı uzunluğu 20 km

Q Debi 850 m3/h t Pig varış zamanı 45 dk P Öteleme basıncı 2 barg


140

VI. BÖLÜM

DOĞALGAZ BORU HATLARI TASARIMI VE BASINÇ DÜŞÜRME İSTASYONLARI

6.1 Tasarım Basıncı:

Tasarım basıncı, borunun karşılaşabileceği iç ve dış basınçlar dikkate alınarak hesaplanan en büyük basınçtır. Bir borunun en yüksek çalışma basıncı olarak da ifade edilen tasarım basıncı, borunun çapına, et kalınlığına ve malzemenin gerilme direncine, fabrikasyon özelliklerine bağlıdır.

6.2 Sıvı Taşıma Hatları Tasarım Basıncı :

Su ve petrol gibi sıkıştırılamayan akışkanları taşıyan boruların tasarım basınçları Barlow formülü ile hesaplanabilir. Bu formülde sıcaklığın etkisi dikkate alınmamıştır. SA, minimum

gerilme basıncıdır. Sıcaklık etkisinin dikkate alınmadığı gaz hatları için de geçerlidir.

D

Et2SP

tE2

PDS AA =⇒= buradan

EAS

PDt

A

=

6.3 Gaz Taşıma Hatları Tasarım Basıncı :

ANSI B31.8–1975 "Gaz Transmission And Distribution Systems 1982" kodunda sıcaklık faktörünü içeren metal boru hatları formülü ile plastik gaz hatları formülü yer almaktadır. Gazın sıcaklıkla genleşeceği dikkate alınarak sıcaklk faktörünü içeren formülün gaz boru hatları dizayn basıncı tespitinde kullanılması tercih edilmelidir.

TFxCD

StE2P = ( Gaz boru hatlarının metal boruları tasarım basıncı)

tD

trS2P

p

−= ( Gaz boru hatlarının plastik boruları tasarım basıncı)

Uyarı: Et kalınlığı ve tasarım basıncı formüllerinde geçen S ve SA farklı kavramlardır.

S: Tanımlı en düşük verim mukavemeti (Specified Minimum field Strength), psi

SA: İzin verilebilir mukavemet (Allowable Strength), psi


141

Belirli malzeme kompozisyonu ve fabrikasyon yöntemi ile imal edilen borular; Laboratuvar deneylerinde "mukavemet testi"ne tabi tutulurlar. Test sonucunda, borunun bozunmaya uğramadan önceki basınç noktası (yield point) tespit edilir. Bu noktaya kadar verilen basınç malzemede bozunma yapmaz, malzeme "elastik" özelliğini korur, basınç kalkınca boru eski haline dönebilir. Boru çeşitlerine göre, SMYS'ler imalatçı tarafından verilir. (Tablo 5.4) SA izin verilebilir en büyük çalışma mukavemet basıncıdır.

0.2 ≤ r ≤ 0.32 alınabilir.

6.4 Gaz ve Sıvı Taşıma Hatları (ANSI/ASME B31.3–1983 Baskısı):

Yukarıda a ve b maddelerinde, yer alan metal boru hatları dizayn basınç formülleri dışında, ANSI B31.3–1976 "Petroleum Refinery Piping" kodunda aşağıdaki iki formülden birinin kullanılması da mümkündür.

( ) CPES2

PD t

tY2D

tES2P

yA

A ++

=⇒−

=

Bu formülün seçilmesinde D/t > 4 koşulu aranmalıdır. Y "ferritic" çelik borular için sıcaklık faktörüdür. Yüksek sıcaklıkta çalışacak boru hatlarının basınç dizaynında bu formülün kullanılması tercih edilmelidir.

Diğer formül "Lame denklemi" diye bilinir. Boru et kalınlığını bulmaya göre düzenlenmiş olan Lame formülü:

+

−−=

PSE

PSE1

2

Dt

Basınç dizayn formüllerinden hesaplanan et kalınlığı t nin değerine göre, boru malzemesi seçiminde dikkat edilmelidir. Şöyle ki:

t ≥ D/6 veya (P/SAE) ≥ 0.385 ise, boru malzemesi seçiminde yorulma (fatique), bozunma

ve ısıl etkiler göz önünde bulundurulmalıdır.

Semboller Ve Anlamları:

P: İç tasarım basıncı (Dizayn basıncı, en kötü çalışma koşulları dikkate alınarak seçilir. Bir anlamda, son dayanım basıncıdır. Psi (kPa)


142

S: Tanımlı en düşük verim tazyiki, SMYS, psi (Specified Minimum Yield Strength), psi (kPa), bak. tablo 5.4

d: İç çap, in.

D: Nominal boru dış çapı, in. (mm), bak, tablo 5.1

t: Nominal boru et kalınlığı, in.(mm)

F: Yapısal tip dizayn faktörü. Yapı tipleri A,B,C,D diye ayrılır buna göre:

Tip A için F = 0.72

Tip B için F = 0.60

Tip C için F = 0.50

Tip D için F = 0.50

E: Yanal bağ faktörü

Dikşsiz borular için E = 1.00

Elektrik füzyon kaynaklı ASTM A134 boru için E = 0.80 sprial kaynak A211 içi E = 0.80

Dip veya kök (Butt) kaynak ASTM A53 ve API–5L borular için

E = 0.60

C : Korozyon payı

CT : Sıcaklık faktörü:

Y: "Ferricit" çelik boruların sıcaklığa bağlılık faktörü. Yüksek sıcaklıkta çalışacak boru hatlarında kullanılır.

t ≥ D/6 ise Y = d/(D + d) eşitliği kullanılabilir.

T(°F) CT T(oF) CT

250 1,00 350 0,933

300 0,967 400 0,933

-- -- 450 0,867

T(F/°C) Y T(°F/C°) Y

≤ 900/482 0,4 1050/566 0,7

950/510 0,5 1100/593 0,7

1000/538 0,7 ≥ 1150/621 0,7


143

SA: Tanımlı müsade edilebilir gerilim, psi, (kPa)

Sp: "Termosetting" (ısıl işlem) plastik boru mukavemeti, psi (Sp değerleri tablo 5.5'den

alınabilir)

Genel anlamda, her metal borulama sistemi servis koşulları dikkate alınmadan –250°F ile + 250°F arasında en düşük 10 psig lik tasarım basıncına sahip olabilmelidir. Bu değerler temel değerlerdir.

Fuel–gaz borulama sisteminde, binalarda ve evlerde çalışma basıncı 10 psi geçmemelidir. (10 psi @ 670 mb)

Yukarıdaki formüllerden de anlaşılacağı gibi, iç tasarım (dizayn) basıncı, seçilen et kalınılğa, SMYSye, yanal bağ ve yapı tipi faktörleri ile boru çapına bağlıdır. Ayrıca, yüksek sıcaklıkta çalışacak petrol ya da sıvı taşıma hatları ile, 250 °F den 450 °F a kadar sıcaklıkta çalışacak gaz hatlarında, sıcaklık faktörünün dizayn basıncını etkilediği gözden uzak tu-tulmamalıdır.

6.5 Tasarım Sıcaklığı:

Normal çalışma ortamında beklenen metal sıcaklığıdır. –20°F, + 250°F arasındaki metal sıcaklıklarında tasarım (design) ve gerilim basınçları (design stress) nı değiştirmeye gerek yoktur. Bununla birlikte bazı malzemeler, sıcaklık bandının düşük bölümüne uygun özellikler taşımayabilir. Düşük atmosferik sıcaklıklar için uygun malzeme seçimi yapılmalıdır.

Yukarıdaki formüllerden biri ile hesaplanan et kalınlığı aşağıda sıralanan nedenlerden dolayı artırılabilir.

a) Korozyon payı

b) Diş açma

c) Bükülmeden dolayı oluşabilecek inceleme

d) Nominal et kalınlığı için yapım hatası toleransı.

6.6 Et Kalınlığı Sıra Numarası (*)

E.K.S Numarası Amerikan boru kodu formülüne dayanır. Özellikle basınçlı sistemlerde kullanılacak borular için bilinmesi gereken bir niceliktir.

E.K.Sn.N = (Schedule Number) = (P/SA) 1000

Burada:

P = Çalışma iç basıncı (psig) Ş 1 bar = 14,504 psig

SA = Çalışma sınır gerilimi (Allowable stress)


144

1000 = Kesirli sayıyı tam sayı yapmak için konmuştur.

Sıcaklık sınırı: –290 < T < 650°C

(*) (Sch No: Schedule Number)

Örnek:

P = 2000 psig

S = 35000 psig

E = 1.00

S.N = ?

Çözüm:

SA = 0.72 x S.E = 0.72 x 35000

SA = 25200 psi

S.N = (P/SA) x 1000 = 25200

2000x 1000 = 79 → boru sch 80 olmalıdır.

S.N (schedule) dizisinde, boru ağırlıkları bazı harflerle ifade edilir.

STD: Standart ağırlıklı boru

HX: Ekstra ağırlıklı boru

XXH: ‹ki kat ekstra ağırlıklı boru

6.7 Uygulanabilir Gerilim (*)

Konu 5.1 deki et kalınlığı formüllerinde geçen ve SA harfi ile gösterilen nicelik, boru ve

tubinglerin uygulanabilir gerilimidir.

SA: Verilebilir gerilim basıncı, psi

E: Kaynak bağ faktörü (Weld Joint Factor)

S: Tanımlı, minimum verim direnci (yield strength), psi

0.72: Dizayn faktörü

(*)(Allowable Stress) SA

Örnek: Aşağıdaki verilere göre kullanılacak borunun et kalınlığı ne olmalıdır?

Boru malzemesi: API 5L Gr. B, dikişsiz


145

Min. S = 35000

E = 1.00

Pi = 300 psig

T = 108°F → (CT = 1.00, T < 250°F)

D = 12"

Sınıf 1 lokasyon için → F = 0.72

0713,000,1x72,0x35000x2

12x300

SEFC2

PDt

T

=== in (1,8 mm)

Sıcaklık faktörünü içeren diğer formülü ile aynı sonucun bulunması:

T < 900°F → Y = 0.4 SA = 0.72 E S = 25200 psi

( ) ( )0714,0

4,0x57,5600,1x252002

12x300

PYES2

PD t

A

=+

=+

= in

6.8 Boruların Bükülebilme Yarı Çapları:

Aşağıdaki tablo soğuk–işlem boru büküm–yayı yarı çap değerlerini vermektedir.

DN = Nominal (adıl) çap (Fabrikasyon çapı)


146

Yukarda ki verilerden açıkca görülmektedir ki, en az bükülebilme yarı çap uzunluğu borunun nominal çapının 1,5 katına eşittir. Boruları bükmeye girişmeden önce et kalınlıkları belirlenmelidir. Bükülen borunun, büküm yerinin kesit alanı korunabilmelidir. Göçüklük, yamukluk gibi bozunmalar olmamalıdır. Boru çapı, herhangi bir noktada, nominal çapın % 2.5 den daha fazla düşürülemez. Soğuk bükümlerde her iki ucundan itibaren 2 m'lik tanjantlar geçirilebilmelidir.

Eğme veya bükme işlemi, bükülecek parçanın iki ucuna kuvvet uygulanarak yapılır. Her iki uçtan uygulanan ters yönlü döndürme momenti, homogen bir borunun, bu uclardan eşit uzaklıkta, merkezde bükme kuvveti uygular. Bükülmeye karşı gösterilen direnç, uygulanan kuvvet, uzunluk ve kesit modülü ile ilgilidir.

6.9 Ulusal ve Uluslararası Standartlar:

ASME: "Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII. Div.1

ANSI: B95.1.1977 Terminology for Pressure Relief Devices

DIN 1298: Verbindugs stücke für Feuerunganlagen, Rohre, Rohrknie und Rohrbogen aus Metall, für Abgase.

DIN 1629: Nahtlose kreisformige Rohre aus unlegierten Stahlen für besondere Anforderungen, technische liefer bedingungen.

2) Türk Standartlar Enstitüsünün Konuyla ‹lgili Standartlardan Bazıları

TS 2754: Kalorifer kazanları–İşletme, Muayene, Bakım ve Tasarım Kuralları

TS 7363: Doğalgaz Bina iç tesisat projelendirme ve Uygulanan Kurallar

TS 1823: Petrol Endüstrisinde Kullanılan Terimler Ve Tanımlar Sıra No 13: Hat Borusu (Petrol) ve Tabii Gaz Taşımasında Kullanılan)

6.10 Boru Hattı Çapının Belirlenmesi:

Genel Durumlar:

1. İstenen debi, Q, istenen çıkış basıncı P2 ile çıkıştan alınabilmelidir.

2. Hattın herhangibir noktasındaki basınç düşümü dizayn basıncına ulaşmamalıdır.

3. Optimum boru çapı, basınç düşümü ve boru maliyetine bağlıdır. Korozif olmayan sıvılarda, optimum hız 2–3 m/sn arasındadır. Korozyon yapıcı sıvılarda glikol, asit – amin gibi, izin verilebilecek hız, 0,7 – 1,0 m/sn olmalı ki, erozyon ve korozyon minimum düzeyde tutulabilsin, özellikle karbon çelik borularda korozyon olayına dikkat edilmelidir.

4. Herhangibir hat içinde, akış basıncına karşıt olan ve yenmeye çalışan, giderek akışın durmasına yol açan basınç sürtünme basıncıdır. Hat başından verilen enerji sürtünme basıncını yenmeye çalışır. Bunun yanında akış yer çekimine karşı, yüksek bir yere taşı-nıyorsa, ayrıca o iş için de enerji gereklidir. Dolayısı ile, hat başından verilen enerji, yatay olmayan bir hat için, eğer giriş çıkıştan düşük yerde ise, bir yandan sürtünme basıncını


147

yenmeye bir yandan da, akışkanı istenen debide, istenen noktaya götürmek için kul-lanılacaktır.

6.11 Sürtünme Basınç Kaybı

Yatay bir hat için, basınç kaybı sürtünmeden dolayı ortaya çıkacaktır. Çapın büyükülğünü sürtünme kaybına bağlı olarak bulmak için, sürtünme basınç düşümü bilinmelidir.

22

c52

2f

c

2

ffA

Q

gD

LQf32

gD

Lf2P

=ϑ⇐

π=ρ

ϑ=∆

Boru Çapı :

ρπ∆

=ρπ∆

=c

2f

2

c2

f

2f5

gP

fLQ8

gP

LQf32D

Burada

ff = Fanning sürtünme faktörü

f = Moody sürtünme faktörü

Bu formülün gaz hatlarındaki basınç düşümü ve çap belirlenmesinde kullanılması için, r ve Q nun veya J nin akış basınç ve sıcaklığındaki değerlerini bulmak gerekir.

Basınç ve sıcaklığın sıvı yoğunluğu üzerinde dikkate değer bir değişme yapmaz. Gaz yoğunluğu ise, basınç ve sıcaklıkla önemli ölçüde değişir. Gazların Genel özellikleri adlı bölümde herhangi basınç ve sıcaklıktaki gaz yoğunluğunun nasıl bulunacağı anlatıldığından burada tekrarlanmyacaktır.

6.12 Ekonomik Çap : D

Boru hattı çapının etkin olduğu veriler:


148

Burada: Metrik İngiliz

↑ :Artış – –

↓ : Düşüş – –

ρ : Yoğunluk kg/m3 lb/ft3

D : Çap m ft

Q : Debi m3/s ft3/s

ϑ : Hız (P, T de) m/s ft/s

L : Hat uzunluğu m ft

gc: Yer çekimi ivmesi faktörü m/s2 ft/s2

BF: Birim uzunluğunda D çapındaki TL/m TL/ft

borunun döşeme maliyeti ile

birlikte birim fiatı

f: Sürtünme faktörü – –

fP∆ : Sürtünme basıncı kg/m2 lbf/ft2

Bir boru hattının ekonomik çapı, amortismanlı yatırım maliyeti ile optimum işletme maliyetinin toplamına bağlı olarak, saptanır. Toplam maliyet birim zamana veya birim

üretime düşen miktar şeklinde TL/m3, TL/varil, TL/yıl veya TL/gün gibi ifadelerle belirtilebilir. Bu toplam maliyetle minimum (ekonomik) çap arasında yapılan korelasyonlar sonucunda aşağıdaki ampirik formül elde edilmiştir.


149

Ekonomik Çap 31,0

45,0

e

mAD

ρ=⇒ (*)

Birimler:

Metrik

İngiliz

Katsayı A 18,85 2,2

Ekonomik çap De cm in

Kütlesel akış m kg/sa lb/sa

Yoğunluk ρ kg/m3 lbft3

(*) (Bak: kaynaklar–6)

6.13Boru Hattı Uzunluğu

Hattın uzunluğu işin hacmini ve maliyetini belirler. Kesin uzunluk, hat güzergahının gerçek ölçümü ile bulunur. Topografik haritalardan yararlanmak suretiyle, harita üzerinden hat uzunluğunu hesaplamak mümkündür. Fakat, dere, tepe geçitleri içeren bir hattın uzunluğu ölçme ile sağlıklı bir şekilde elde edilir.

6.14 Sivri Kuvvetlerin Etkin Olduğu Noktalar:

1. Değişik Basınçlı iki hattın Birleşmesi:

Her ne şekilde olursa olsun, ister vana yoluyla, ister kaynak bağlantı halinde yüksek ve düşük basınçlı iki hat bir noktada birbirlerine bağlanacaksa bağlantılarda kullanılacak malzemeler yüksek basınç hattının malzemesine uygun olmalıdır. Şöyle ki, farklı basınçta çalışan iki kat bağlandıklarında, hatları ayıran vana en kötü çalışma ortamında kalacaktır. Bir hat bir ekipmanın daha yüksek basınç koşullarında çalışan bir parçasına bağlanırsa ekipmandan hattı ayıran vana en az ekipmanın çalışma basıncına dayanır nitelikte olmalıdır. Aralarındaki borulama da operasyon koşullarına en azından dayanabilmelidir.

2. Dönüşlere uygulanan statik ve Dinamik Basınç Kuvvetleri:

Uzun bir boru hattı, pek nadir dümdüz ve dosdoğru gider. Bazı yerlerde ya istenen yönden ya da arazinin yapısından dolayı dönüşler yapar. Bu dönüşler borunun bükülebilme elastik sınırı içinde ise orada boru bükülerek geçilir, eğer bu sınırı aşacak dönüş gerekiyorsa o durumda dirsekler kullanılır. Bükülebilirlik boru çapına ve malzemesine bağlıdır. Bakır boru veya tubing çelik boruya göre daha kolay bükülür.

• ‹ç Basınçtan Dolayı Ortaya Çıkan Basınç Kuvveti

• Kapalı vana ve kör flanjlar üzerine:


150

Basınç kuvveti = P x A

• Dönüşler ve dirsekler üzerine

Basınç kuvveti ( )PA2

Sin2

θ=

• Hız basıncının uyguladığı kuvvet

Dinamik kuvvet

ϑρ

θ=

cg

Q

2Sin2

• Toplam basınç kuvveti = Statik + Dinamik:

+

ϑρ

θ= PA

g

Q

2Sin2F

ct

AQ ϑ= yazılabilir.

+

ρϑ

θ= PA

g

A

2Sin2F

c

2

t olur.

• Terimlerin Açıklanması:

P : Statik durumdaki akışkanın boru hattı iç duvarına uyguladığı basınç,

N/m2, (lbf/ft2)

A : Boru kesit alanı, m2, (ft2)

θ : Dirsek veya bükülenborunun dönüş açısı. Açı, bükülmeden önceki boru ekseni ile büküldükten sonraki boru veya dirsek ekseni arasındadır.

gc : Nicelik olarak yerçekimi ivmesine eşit çevirme faktörü (SIU de gc = 1)

Q : Akış miktarı m3/sn, (ft3/s)

ϑ : Ortalama hız, m/sn, (ft/s)

ρ : Yoğunluk, kg/m3, (lb/ft3)

F : Kuvvet N, (lbf)

Örnekler:

Örnek 1: Kör flanj üzerine uygulanan kuvvetin bulunması.

Di = 8" ( 8 x 2,54 = 20,32 cm)


151

P = 1500 psi (103 bar = 1500 x0,07031 = 105,465 kg/cm2 )

θ = 0°

( )2

2 2

cm 465,20

cm

kg465,105PAF

π==

lb) (76480,32 kg 5,34691 F ⇒==

Örnek 2: Aşağıda tablo halinde verilen verilere göre 30° ile dönüş yapan borunun dönme noktasına uyguladığı toplam kuvvetin bulunması?

θ 30° 30°

Q 10MMSCF/gün= s/ft 74,115

s/g 86400

g/ft10 x 10 33 6

= s/m 2806,3s/g 86400

g/m 283446 33

=

P 5000 lb/ft2 =34,72 psi 2,4 kg/cm2

ρ 0.11 lb/ft3 1,758 kg/m3

D 10" 25,54 cm

A 0.545 ft2 3,1416 x 161,29 cm2 =506,708 cm2

?=ϑ 2

6

ft545,0

86400/10 x 10ft/s 2,212= m/s 74,64

m 0506708,0

s/m 28,3

A

Q2

3

===ϑ

Dönüş noktasında dönüşün açısına bağlı olarak basınç ve hız (statik + dinamik) basınç kuvveti değerinin toplamı:

+

ρϑθ= PA

g

A

2Sin2F

c

2

( ) ( ) 5236,02618,0212

215Sin22

30Sin2

2Sin2 o

o

==

π===

θ


152

lbf 1448545,0500017,32

545,0)212(11,0

2

302

2

=

+= x

xSinF

o

Metrik birimlerle:

Şekil 6.1 - Basınç ve hızdan dolayı eğme noktasında ortaya çıkan reaksiyon

Basınç kuvvetinin hesabında kullanılan iç basınç, Pi:

( )testi P P )b

PvPmP )a

>

+>

Pm : Maksimum çalışma basıncı

Pv : Vuru (surge) basıncı (varsa)

Yukarıdaki örneklerde görüldüğü gibi akışkanın boru dönüşlerine veya vana, orifis plakası gibi kısıtlayıcı ya da kapayıcılara iç basıncın büyüklüğü ile belirgin bir şekilde artan bir kuvvet uygulanmaktadır. Vana dilleri (plug–inner valve) ve kör flanjlarla, orifis plakaları ya da dirsekler bu kuvvetlere dayanabilir malzemeden seçilmelidir. Dönüş yerleri dış desteklerle desteklenmelidir.

Boru desteklerinin aralıklarının en fazla ne kadar olabileceğine ilişkin öneriler


153

1 kg f = (kg) (9,81 m/s2) = 9,8 N

1 lbf = 0,453 = 4,4439 N

Tablo 6.1 Boru Destek Aralıkları

Nominal boruçapı (inch)

1 11/2 2 21/2 3 31/2 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24

Aralık (ft) 7 9 10 11 12 13 14 16 17 19 22 23 25 27 28 30 32

6.15 Karışık Bağlantılı Hatlar

Hat Bağlantıları ile Elektrik Devre Bağlantılarında Benzerlikler

Uygulamada değişmez çaplı tek bir hat sistemi oldukça azdır. Özellikle proses borulamada akış toplama ve dağıtma bağlantılarında karmaşık yapılar kullanılır.

Çapları değişik olan boruların arka arkaya bağlanması seri (sıralı) bağlantı sistemine girer. Bu bağlantıda, akış miktarı değişmez, fakat basınç kayıpları çap büyülüklerine göre az veya çok olabilir. Seri bağlı elektrik devresi ile benzeşme kurulabilir.

Seri bağlı değişi çaplı hatlar :

Elektrik Akışkan –––––––––––––——–––––––––––––––––––––––—————— Akım ⇒ Debi I = I1 = I2 = I3 Q = Q1 = Q2 = Q3

Gerilim ⇒ Basınç V = V1 + V2 + V3 DPf = DPf1 + DPf2 + DPf3

Direnç ⇒ Direnç I

V

I

V

I

V

I

V

3

3

2

2

1

1 ++= 3

3f3

2

2f2

1

1f1

f

Q

PC

Q

PC

Q

PC

Q

PC

∆+

∆+

∆=

∆

R = R1 + R2 + R3 K = K1 + K2 + K3

Şeki 6.2 Seri bağlı hatlarda elektrik bağlantı özdeşliği

Seri bağlı sistemde akış aynıdır, fakat basınçlar değişir. Bu nedenle basınçlar her değişik çaplı boru bölümü için ayrı ayrı hesaplanır.


154

Paralel bağlı hatlarda durum yukarıdakinin tersinedir.

Şekil 6.3 Paralel bağlı hatlarda elektrik bağlantı özdeşliği

Eğer, çap ve uzunluklarda değişme varsa o zaman basınç düşmüş olarak en büyük basınç düşümü DPf olarak kabul edilir.

V : Gerilim düşümü

∆Pf: Basınç düşümü

Karışık Bağlantılarda Q, P, L/D ve L Çap ve Uzunlukları


155

Bağlantı Debi ve Basınç Düşümü

Şekil 6.4– Değişik çaplı boruların seri ve paralel bağlantıları


156

Tablo 6–2: Eşdeğer çap ve uzunluk formülleri

(Bak: Kaynaklar 6)

Örnek: Aşağıda verilen seri bağlı boru hattının eşdeğer uzunluğun ve eşdeğer çapın Clinedinst yaklaşımına göre bulunması.

Şekil 6.5– Değişik çaplı boruların seri bağlantıları


157

a) 6” lik eşdeğer hat uzunluğu ?

( ) ( ) ( ) ( )

m 458,13189009575,35505,62L

m 9575,35505,62

237305,0150003125,0200075,015005,02000

8

"61500

12

62000

"12"12t

"6

55

"6

5

"

"5

"

"

"6

=++=+=

+=

+=+=

+

=

eLL

L

L

L

Bunun anlamı şu:

4” 2000 m, 6” 900 m, 8” 1500 m uzunluğundaki hat boyunca oluşan basınç düşümü, eğer hattın tamamı 6” olsaydı, eşdeğer basınç düşümü sadece 1318,458 m de ortaya çıkacaktı. Başka ifadeyle, eşdeğer hat uzunluğu hesabı, basınç değişik çaplı borularda basınç düşümünün anlaşılmasına ve böylece boru hattı çapının seçilmesine yardım eder.

b) 12" Hat ile eşdeğer hat uzunluğu?

( ) ( ) ( ) ( )

m 63,190.4263,190.402000L

m 63,190.4063,390.11800.28

59375,71500329005,115002900

8

"121500

6

12900

"12"12t

55

"12

5

"

"5

"

"

"12

=+=+=

=+=

+=+=

+

=

eq

eq

eq

LL

L

L

Sonuç: Aynı basınç kaybına, ufak çaplı borularda daha kısa mesafede rastlanırken, geniş çaplı borularda daha uzun mesafe de rastlanacaktır. Bu da boru maliyeti ile basınç kaybının karşıtlığını göstermektedir. Başka ifade ile 6” ve 8” yerine 12” lik hat kullanılsaydı, 6”lik hatta 1392,458 m de karşılaşılan basınç kaybın 12” hatta 42,19063 km’de yani daha uzun hatta oluşacaktır.

ρϑ

=ρϑ

=∆g2D

Lf

g2D

LfP

2

"6

"6eb

2

"12

"12eaf

Eşdeğer uzunluklar, sürtünme basınç kaybının ekonomik yoldan hangi çaptaki boruyla karşılanabileceğinin kısa yoldan çözümüne ve aynı zamanda pompa seçimine ışık tutar.


158

6.16 Hat Tasarımında İş Programı ve Malzeme Seçimi

1. Boru hattının döşeneceği ve geçeceği yerler büyük ölçekli (1/25000) haritalar üzerinde işaretlenir.

2. Döşenecek hattın profili çıkarılır. Profilde, dönüş noktaları "some" kazıkları ile işaretlenir. Profilden alınan bilgiler, kullanılarak basınç düşümü hesaplanır. En yüksek ve en düşük basınç noktaları belirlenir. Hattın basınçlandırılması gereken noktalarına, gazlarda kompresör, sıvılarda pompa kurulur. Basınç kayıplarının hesaplanması ile ilgili bilgiler ve kullanılacak formüller bu konunun başında ve devamında anlatılmıştır.

3. Kanal açma işinde kullanılacak ekipmanlar belirlenir. Kanalın kaya, toprak harfiyat

miktarları ve m3 maliyetleri tahmini olarak hesaplanır. Kanal genişliği ve derinliği, hat çapına ve zemine göre saptanır.

4 Basınç düşümüne, debiye, akışkan cinsine göre boru tipi belirlenir. Boru malzemesi, ASTM, ANSI, DIN ve TS 6047 standartlarına göre seçilebilir.

TS 647 ye göre borular:

A25, A, B x 42, x 46, x 52, x 56, x 65, x 70, x 80 şeklinde sınıflanmıştır. Boru çapı, debi miktarı ve basınç kaybı dikkate alınarak belirlenir. Borunun malzemesinin seçiminde korozyon olgusu ön plana geçer. Bu kitabın son konusunda korozyon hakkında özet bilgi verilmektedir. Ayrıca, akışkan cinsine göre boru malzemesi seçiminde kolaylık sağlayacak tablolar yer almaktadır. Boruların tanımında yer alan belirteçler, genellikle şunlardır:

Standardı, dikişli, dikişsiz oluşu, dikiş kaynağı tipi (Elektrik kaynağı, tozaltı kaynağı, Gaz–metal ark kaynağı gibi)

Sch No'su (20, 30, 40, 80, 120...gibi)

Çapı (inch, cm, mm)

Et kalınlığı (mm, inch)

Malzemesi: Karbon çelik (CS), paslanmaz çelik (SS), alaşım çelikler; plastikler (PE: Polietilen) ve boru malzeme kompozisyonu: % olarak karbon (C), Fosfor (P), Kolombiyum (Cb), Titan (T), Mangan (Mn), Kükürt (S), Vanadyum (V), Kurşun (Pb), Çinko (Zn)....vb.

Çekme, kopma, akma gerilimleri kgf/cm2 (psi)

Bağ tipleri: Kaynak ağızlı, dişli, soket tipi olarak üç çeşit olabilir. Proses borulamada yüksek basınçlarda kaynak bağ kullanılır.


159

6.17 Doğalgaz Hat Tasarıında Bilinmesi Gerekenler

1. Boru hattı uzunluğu (m) 2. Kullanılacak çaplara göre metraji (Örneğin, Bulgaristan–Ankara doğalgaz hattının

308,3 km si, 36 inch, 4285 km. 26 inch borulardan döşenmiştir.) 3. Kullanılacak dirseker (90°LR, SR veya 45°LR, SR tipler LR: Long radius, SR: short

radius) 4. Kaynak elektrotlarının miktarı ve tipi belirlenmeli, 5. Boru hattının basınç düşüm profilinin çıkarılması (En yüksek ve en düşük basınç

düşüm noktalarının saptanması, ön basınçlandırma (booster) pompasının (sıvılarda) ve kompresörün (gazlarda) kurulup kurulmayacağı tespit edilmesi,

6. Basınç, sıcaklık, akış ölçüm aletlerinin, firma, model, adetleri, ölçme kapasitelerinin ve ölçüm birimlerinin belirlenmesi. Bağlantı şemalarının çıkarılması,

7. Güvenlik aygıtlarının saptanması: Basınç kurtarım vanaları (PSV: Pressure safety Valve), kontrol vanaları, basınç anahtarları (PSH: Pressure Switch High). Emniyet vanaları çıkış kapasitelerinin hesaplanması.

8. Kanal harfiyatının m3 olarak tahminen hesaplanması, kanal açma, boru döşeme, kaynaklama ve kanal kapatma ile test işlerinin maliyetlerinin çıkarılması

9. Kaya harfiyatında kullanılacak dinamit miktarının saptanması, bu iş için yerel yönetimlerden izin alınması.

10. Mühendis, usta, kaynakçı, izoleci gibi elemanların seçilmesi ve gerekirse iş için önceden eğitimesi.

11. Hat işletmeciliğinin nasıl olacağının belirlenmesi: 12. Herşey operatörler tarafından çalıştırılıp durdurulabilir (manual system) 13. Yarı otomatik sistem (Vanaların bazıları otomatik bazıları operatör tarafından

çalıştırılabilir.) 14. Tam otomatik (Tüm ekipmanlar, birbirleriyle lojik bağlantılı olarak çalışabilirler.

Operatör gözlemcidir. Arıza durumunda müdahele eder) 15. Tam otomatik–uzaktan kumandalı sistem (Elektro–pnömatik–bilgisayar kontrol

sistemidir. Bir vananın açılıp kapanması km'lerce öteden yapılabilir.) Böyle tam otomatik, uzaktan kumandalı sistem SCADA kısaltmasıyla ifade edilmektedir.

16. SCADA : Bu kısaltma, veri toplama, değerlendirme ve kontrol etme anlmına gelen ‹ngilizce sözcüklerin baş harfleridir.

17. (SCADA : System of Controlling And Data Aqusition)

6.18 PE Boruların Kullanılması

Fransız gaz endüstrisinin doğal gazla tanışması 1950 nin başlarına kadar gider; taşıma ve dağıtma sistemlerinin hızlı gelişmesinin nedenlerinden biri de böylesine bir geçmişe sahip olmakla ilgilidir.


160

Dünyadaki birçok gaz şirketleri gibi, Gaz de France (GdF) da orta basınç gaz dağıtım borulama sistemlerinde yıllarca polietilen borular kullanmaktadır. GdF, ortabasınç gaz dağıtım hatlarında elektro–fuzyon tekniğini kullanmakta önderlik etmiştir.

PE gaz borulama metal ve döküm demirden yapılan dağıtım ağından daha pratik, daha ucuz olmaktadır. GdF bağlamada elektrik fuzyon tekniğini 10 yılı aşkın kullanmaktadır.

GdF 29000 elemanla 8,7 milyon müşteriye hizmet vermekte ve 14750 mil taşıma, 64650 mil dağıtım ağının işletmeciliğini yapmaktadır.

Gaz taşıma sistemi, kent giriş istasyonuna kadar 70 bar basınçla doğal gazı getirmektedir. Orta basınç C dağıtım ağına gelen gaz ,buradaki basınç ayar istasyonuna alınmakta ve basıncı 19 bar'a düşürülmektedir. Buradan 19 bar ile alınan gaz, orta basınç B dağıtım ağına gönderilmektedir. B istasyonuna gelen gazın konutlara verilecek bölümü regülasyon is-tasyonunda 4 bar'a düşürülmektedir. Endüstriyel işletmelere verilecek gaz 19 bar basınçla, regülasyona tabi tutulmadan bu iş merkezlerine dağıtılmaktadır. PE boruların çalışma

basınçları sıvılarda 9,86 kg/cm2 gazlarda 3,95 kg/cm2 dolayında bulunmaktadır.

B regülasyon ve dağıtım istasyonundan alınan gaz konutlarda kullanılmak üzere tekrar bir regülasyona tabi tutularak 20–25 mb basınca düşürülmektedir. Böylece konutlara alınan doğal gazın basıncı 20–25 mb. civarında olmaktadır.

GdF dağıtım ağının yıllık büyüme oranı % 3 dür; orta basınç B hatları dışında, büyüme oranı kadar artan yeni ağların % 85 i PE borulardan oluşmaktadır. Tüm dağıtım hatlarının % 20 si PE'dir. 30 yıl içinde, bu ağ yaklaşık 90000 mil'e çıkacak ve % 80 PE malzeme içerecektir.

GdF'ın düşük basınç ağı orta–basınç tekniği kullanılarak döşenmiş olan 600 mil PE borudan meydana getirilmiştir. Orta basınç ağı yılda % 6,8 artarken düşük basınç ağı % 2.7 lik küçülme olmaktadır.

GdF, sistemde % 75 i ara bağ (coupling) olmak üzere 2,2 milyon elektro–füzyon birleştirme (joint) yapmıştır. GdF, 1960 larda, dağıtım ağını yenileştirme çerçevesinde, plastik boru kullanmaya karar vermiştir. 1974'lere kadar müşteri servis hatlarının PE borulaması yapılamamıştır. 1979 lardan itibaren, Orta ve düşük basınçlı borulama ağlarında PE kullanılmıştır.

GdF, gaz dağıtım ağlarının çok önemli işlevleri nedineyle, PE boru ve fitting üretici firmaların laboratuvar araştırma sonuçlarına göre malzeme üretmelerini şart koşmaktadır.

6.19 PE Borularda Aranan Özellikler

1. Taşınma ve döşenmelerinin kolay olması

2. Makaraya sarılabilmeleri, kırılmadan, çatlamadan bükülebilmeleri, böylece, dirsek (elbow) kullanmaya gerek kalmaması

3. Ağır olmamaları, yoğunluk bakımından 930 kg/m3–950 kg/m3 arasında ol-ması


161

4. Laboratuvar deneylerinde:

a) Kırılabilme alt sınır sıcaklığı –94°F a yakın olmalıdır.

b) Oda sıcaklığında (73°F @ 22.8°C) koparmaya yönelik çekme deneyinde kopma uzaması % 100 ü bulmalıdır.

c) Oda sıcaklığında çekme gerilimi minimum 223 bar olmalıdır.

d) Laboratuvarda, kimyasal maddelere karşı direncinin ortam sıcaklıklarından etkilenmemesi, icten patlatma (bursting) basınç büyüklüğünün saptanması gibi deneylerin yapılması istenir.

Uygulanan PE füzyon teknik için:

– Kaynakçıların yetiştirilmesi;

– Kaynakların kalite testlerinin her kademede yapılması gerekir.

– Çevre sıcaklığı –15°F (–9,5 C°) ile 115°F (46.1C°) arasında olmalıdır.

Elektro–fuzyon, elektrik kaynağı olarak da bilinir. Alın kaynağı ve soket tipi kaynakla PE boruların birleştirilmesi sağlanır. Kaynaklama işi şöyle yapılmaktadır:

PE malzeme, elektrik akımının geçtiği bir metal ile eritilmektedir. Metal tel, fitting içinde yataklanmakta, kaynaklanacak boruların uçlarını birbirlerine bağlamaktadır. Parçalar soğutularak bir araya getirilir, bu işlem yapılırken gönyelenir ve istenen pozisyonda tutulur. Kaynak yerinde gerilme olmadığı için, ihmal düzeyinde bile, boru ya da fitting hareketi ortaya çıkmaz. içinde direnç telleri bulunan parça kaynak makinesinın akımı ile içten ısıtılır, aynı zamanda dıştan da direnç yoluyla ısıtılan boru, parçaya yapıştırılmış olur.

Kaliteli birleştirme (joint) için tam olan erimiş malzemenin basınç ve sıcaklığı, kaynak içinde kullanılan elektriksel parametreler ile fittinglerin geometrisine bağlıdır. Bu parametreler laboratuvarda belirlenir.

Elektro–fuzyon fittingler, 1 – 8 in arası borularda kullanılmaktadır. Bu fittingler enjeksiyon yöntemiyle kalıplara dökülmüş, arabağlar (couplers), Tee'ler, dirsekler çap düşürücüler, tıkaçlar (plug), musluk (tapping) " tee"leri vb dir. Tüm bunlar 4 bar lık ortabasınç B sisteminde ve düşük basınç ağlarında kullanılmak için üretilmişlerdir.

Plastik boru hatlarının tasarımında kullanılacak formül:

P = 2Sptr/(D–t)

(Bak; Bölüm V, prgf:5.1 ve Sp değerleri için bak: Tablo 5.5)

Kaynak makineları elle çalışır (manual) veya otomatiktir. Kaynak gerilimi ve akımı fitting çeşidine ve sıcaklığa göre değiştirilebilmelidir.

Elektrofüzyon kaynak makinesi, PE boru parçalarını yumuşatılarak birbirlerine bağlar. Kaynak edilecek parça üzerine kollar takılır, akım (~ 48A), gerilim (35–42 V) ve bunlara bağlı olarak güç ayarlanır. Makine üzerinde çalıştırma düğmeleri ve ikaz ışıkları bulunu. Kaynaklama gücü 1,8kW – 2 kw arasında değişir.


162

Büyük çaplı boru işlerinde özel araçlar gerekebilir.

– Kazıyıcılar (Scraper)

– Kesiciler

– Gönyeler ve pozisyonerler

– 4 in.den büyük borularda, ovallaştırmayı yapacak araçlar,

PE boruların elektrofüzyon yoluyla istenen nitelikte kaynaklanabilmeleri için şu işlemleri yerine getirmek gerekir.

– Kaynak ağzının temiz ve aynı ölçüde olacak şekilde hazırlanması

– Kaynak işinin hizalanması, boru veya fittinglerin, kaynak bağ yerlerine tam kavuşmaları,

– ‹stenen ölçüde elektrik gücünün kullanılması, bunun için, fittinglerin tipi, elektrik kaynak parametrelerinin değerlerinin belirlenmesi gerekir. Otomatik proses GdF tarafından kullanılmaktadır. Kaynak makinesi, yukarda işaret edilen isteklere uygun olarak ayarlandığından, nasıl bir fitting, nasıl bir kaynak isteniyorsa, makine otomatik olarak o ku-şallarda çalışacak konuma getirilmektedir. Böylece, kaynak işi makine tarafından, kaynakçı hatalarından bağımsız olarak yapılmaktadır.

Diğer bir kaynaklama yöntemi de, birleştirilecek parçaların önce yapışkanlık sağlayacak kadar (100–130C°) ısıtılması ve bu anda basınçla birbirlerine yapıştırılark kaynaklanmasıdır.

GdF, tarafından PE boruların ilk kullanıldığından beri, makaraya sarılmış halde uzun boruların bozunuma uğramadan, çekilerek hat yatağına yatırılabilmeleri ve böylece döşeme işinin çelik borulara göre daha kolay hale gelmesi ilgiyi çeken bir uygulamadır. Bununla birlikte küçük çaplı borular uzun bir süre bu kolay hat döşeme işinin dışında kalmıştır. 6 in'e kadar boruları makaraya sarılmış halde kullanabilmek için GdF önce özel araç ve gereçler geliştirmiştir.

PE boruların makaraya sarılı halde kullanılabilmeleri ve makaraya sarılabilmeleri, onların gerilme sınırları dolayısı ile makaranın çapı ile ilgilidir. Bir makaranın dış çapı kara yolu trafik yasasıyla belirlenen köprü altı geçit yüksekliği ve yolda işgal edilecek genişlikle belirlenir; buna göre makaranın çapı 4,1 m. yi geçemez. Bu çaptaki bir makaraya 2 in lik 2100 ft (1m = 3,28 ft) uzunluğundaki boru sarılabilmektedir. Buna karşılık, 6" lik borudan sadece 825 ft boru taşınabilir. Makaraya sarılmış boru, kanal kenarına, bir ucundan çekilerek indirilir; indirme işi yapılırken, makarayı taşıyan araç yavaş yavaş ilerler. Uzun PE borular, düşük basınç sistemleri için uygun olmaktadır, çünkü, uzun bir süre müşterinin gazını kesmeksizin, boru değiştirme işlemi tamamlanmaktadır. Bu şekilde hat döşeme, bilinen çe-likboru kullanma işinden % 50 daha tasarruflu olmaktadır.

ABD'de plastik polietilen boru kullanılmaktadır. 1988'de yenilenen ve yeniden döşenen 25000 mil (1 mil @ 1609 km) boru hattının yaklaşık 22880 mil bölümü plastik borudandır. 1989'da döşenmiş olan 25670 mil uzunluğundaki ağın 23600 mil dolayındaki bölümü de gene PE dir.


163

PE borular petrol kökenli plastik malzemelerdir, bu nedenle darbelere karşı metal borular gibi dayanıklı değildirler. Bu özellikleri gözönüne getirilerek, hat döşeme, taşıma, istifleme işlerinde metal bağlar (tel halat, zincir v.s) kullanılmamalıdır. Metalik tutma bağlama gereçleri yerine, urgan, kayış, plastik şerit türü malzemeler seçilmelidir.

‹stifleme ve uzun süre depolama yerleri güneş ışığı almamalıdır. Eğer açıkta istiflenmeleri gerekirse, karbonsiyahi (TS6834) veya boya ile boyanarak ultraviyole ışınlara karşı direnci artırılır.

Petrol türevi plastikborular (PE) doğal yapıları gereği yanıcıdırlar. Aşırı sıcak ortamda bozunurlar. Bozunma sıcaklık sınırları normal çevre kanalları, sıcak su, buhar hatlarının geçtiği kanallardan bağımsız olmalıdır. Yangın tehlikesi nedeniyle bina içi tesisatlarda PE boruları kullanılmaz. PE boruları 130°C lerde başlar ve 200°C de akıcı olduğu için, boru duvarına ateşle yaklaşmamak gerekir.

PE türü plastiklerin bazı genel fiziksel özellikleri şöyledir:

– Çok iyi yalıtkandır (Oda sıcaklığında özdirençleri 104MW–m)

– Özgül ısıları 0,45 cal/g–C°

– Boyca genleşme katsayıları 1,3 x 10–4 m/m–C° – 2 x 10–4 m/m–C°

ABD'de 1989 planında, 10509 mil'lik ana taşıma hatları ile 13102 mil'lik servis hatları tmamen plastik borulardan meydana getirilmiştir.

Plastik borunun seçilmesi nedenleri arasında, hafif oluşu, kaynakçı kullanmadan bağlanabilmeleri kolay kolay bozunmamaları ve kimyasal korozyondan etkilenmemeleridir. Akışkanın asidik ve bazik etkilerine karşı duyarsızdırlar. Korozyo-na uğramadıklarından ömürleri uzundur.

Bununla birlikte bazı deterjanlara karşı hassas oldukları belirlenmiştir. Bu nedenle temizlik işlerinde ve basınç testlerinde deterjan türü maddeler kullanılırsa, iş bitiminden sonra derhal silinmelidir.

Plastik borular, çelik borulara göre, dış etkilere karşı daha dayanıksızdır. Örneğin, gömüldüğü yerin az bir erozyona uğraması halinde o noktadan geçecek olan ağır bir vasıta tarafından ezilebilir. Bu nedenle, montaj sırasında, üçünçü şahıslardan hattın korunması gerektiği göz önünde tutulmalıdır. Kanalın doldurulması sırasında, büyük kaya ve kütlelerin boru üzerinde dengesiz yük oluşturacak şekilde bulunmamasına özen gösterilmelidir.

6.20 PE Boruların Döşenmesinde Dikkat Edilecek Hususlar

Polietilen (PE) borulama işi özel bilgi ve teknik gerektirir. Kanalın hazırlanmsı,yatak ve örtü malzemesinin seçilmesi, bağlantıların yapılması, kaynak işi, çelik borulardakinden oldukça farklıdır. PE boruların montajında dikkat edilmesi gereken hususlar, bu alanda yapılan inceleme ve deneyimlerin sonuçlarına dayanmaktadır.


164

PE borularda görülen bozunmalar ve arızalar:

• Üçüncü şahısların eşitli faaliyetlerinden,

• Kötü bağlantı tekniklerinden ve füzyon sırasında yabancı maddelerin kaynak bölgesine girmesinden.

• Çatlak oluşmasından.

• Kötü montajdan ve uygun olmayan örtü toprağından,

• Isıl büzülmeden

• Çatlak oluşum direncinin düşüklüğünden ortaya çıkabilmektedir.

1950 ‘lerden beri PE gaz borulama sistemleri üzerine dikkatler toplanmış ve en az 50 yıl bozunmaya uğramadan kalabilecekleri hesabı yapılmıştır. Borunun sağlam kalabildiği sürede içinde bulunduğu ortam ve çalışma basıncı önemli etkendir. Değişik basınçlara göre boru ömrünün saptanması “Hidrostatik tabanlı tasarım” olarak adlandırılır.

PE borular, esnek yapıya sahip oldukları için kanala döşenmleri sorun yaratmaz, ayrıca kimyasal ve biyolojik etkenlere karşı direnç gösterirler.

PE borular termoplastik malzemelerdir, defalarca eritilip tekrar eski biçimlerine getirilebilirler: Oysa “termo–setting” yöntemle imal edilenler, eritildikten sonra tekrar eski biçimlerine sokulamazlar.

PE borularda yavaş yavaş büyüyen yarıkların oluşması zamanla bu yarıkların boruyu kullanılmaz hale getirmesi karşılaşılan en büük problem olmaktadır. Bu çatlak veya yarıklar boru üzerine binen gerilimler nedeniyle meydana gelmktedir. Gerilimler, sıkışma, kaya bindirmesi, ısıl büzülme ve toprak oturmsı gibi nedenlerden dolayı ortaya çıkmaktadır.

Gerilim oluşturucu etmenler ortadan kaldırılırsa, boru duvarında yarılma ve çatlama gibi benzeri bozunlar ortaya çıkmayacağından, boruların ömrü uzatılmış olacaktır. Ayrıca, PE boru malzemesinin reçinesi 1980lerden sonra, yavaş gelişen çatlamayı önlemeye yönelik olarak iyileştirilmiştir. Reçine ne kadar nitelikli olursa olsun, boru montajında kanala indirme, yataklama ve örtme gibi işlemlerde belli teknikler uygulanmalıdır.

6.21 PE Borulama İşinde Dikkat Edilecek Hususlar

1. Plastik borular yere gelişigüzel konmamalıdır.

Her çeşit plastik boru sivri ve keskin şeylerle yaralanabilir. Çelik borular gibi aşınmaya karşı dirençli değildirler. Boru duvarı üzerinde meydana gelen çizikler, yaralar; çekme, eğme işlemleri sırasında gerilimlerin toplanmasına ve boru duvarında zayıf noktaların oluşmasına yol açarlar, öyle ki borular zamanla bu noktalardan kaçırır duruma gelir. Boru boyutunda değişmeyi göze almadıkça yok edilmeleri olanaksız olan gerilim toplayıcılar”, bu noktalarda, boru duvarını zayıflatırlar. 8" ve daha büyük boruların montajında durum o kadar kritik değildir. Fakat, yere indirmede ve çekme ya da yuvarlama sırasında, sivri taşlardan korumak gerekir.


165

2. Yarık ve kesiklerin derinlikleri boru et kalınlığının % 10 nuna varmış ise, yaralı kısım kesip atılmalıdır. Boru üzerine binen yükler, borunun en zayıf noktaları olan yarık ve çiziklerde toplanırlar. Öyleki, boru bu noktalardan kopar veya patlar. Uzun ömürlü borulama isteniyorsa, montaj sırasında, boruların yüzeyleri dikkatle inelenmeli, tamir edilmesi gerekenler ayrılmalıdır.

3. Eğmenin yarı çapı, boru çapının 20 ktını aşmamalıdır. Bu ölçü, uzun araştırma ve deneyler sonucunda bulunmuştur. Yarı çap ne kadar küçülürse, gerilimin etkin olduğu alan da o kadar küçülür öyle ki, boru daha küçük çaplı eğmelerde, momentin etkin olduğu noktada büzülerek ezikliğe uğrar.

Ayrıca şurasını da unutmamak gerekir üzerinde bağ parçası (fitting) bulunan boru, bulunmayandan daha zor bükülür ve daha büyük yarıçapa sahip olur.

Bükme sırasında ezilen, çatlayan borular tamir edilmeden kullanılmamalıdır.

R: Maksimum bükülebilme yarıçapı, D boru çapı.

Şekil 6.6–Boruların bükülebilme yarı çapları

4. PE borulamada yatak ve örtü toprağının seçimine dikkat edilmelidir. Yatak toprağı, borunun altına döşenen ince kum veya benzeri malzeme olmalıdır. Kesinlikle sivri ve keskin taş parçacıkları, dişli çakıl taşları bulunmamalıdır.


166

Şekil 6.7 Boru kanalı ve dolgu malzemesi

Uygun olmayan yatak ve örtü toprağı kullanılmazsa, borunun ömrü yavaş ilerleyen yarılma türü bozunmalardan dolayı azalır. boru altı, üstü ve yanları kesici, delici taşlardan arındırılmış, mil veya ince kumla doldurulmuş olmalıdır. Boru altı en az 7,5 cm –10 cm kalınlığında ince kum serilmiş yatak olmalıdır: Örtü ve yatak malzemesi,biyolojik maddeler içermemelidir.

Örtünün kalınlığı, sivri taş ve benzeri maddelerden boruyu koruyacak kadar olmalıdır. Boruya yakın kaylar ya yok edilmelidir ya da kayma ve düşmeleri önlenmelidir. Kapatılan kanalın örtüsü, normal çevre sertliğine erişinceye kadar sıkıştırılmalıdır.

Boru üzeri örtü malzemesi 15 m kalınlığa erişince, iyice sıkıştırılmalı ve bu her 15 cm kalınlıkta tekrarlanmalıdır. Örtü toprağının kalınlığı 22,5 cm den az olmamalıdır.

5. PE boruların döşenmiş olduğu kanal bölgesinde, toprak çökmsi, kayması veya kaya düşmesi gibi yerel olaylarla, üçünü şahısların verebilecekleri zararlar gömlek borularla karşılanmaya çalışılır. Boru eklenti yerleri, dirsek bağlantıları, gömlek borular içine alınabilir. Burada dikkat edilecek nokta, gömlek borunun içine yerleştirilen PE boru tam merkezlenmeli ve çevresi uygun bir malzemeyle aynı sertlikte sıkıştırılarak doldurulmalıdır.

6. Boru kanalında ortaya çıkabilecek ısı değişimleri, tüm diğer malzemelerde olduğu gibi PE borularda da genleşme ve büzülmelere yol açar: Isıl uzama katsayısı çeliğinkinden 10 kat daha fazladır (1,49 mm/mc°)

Uçları serbest halde olan boru ile iki ucundan bağlanmış boruların büzülmeleri arasında fark vardır. Bağlı borunun uçlarında çapın büyüklüğü ile değişen çekme kuvveti oluşmaktadır. Bu da, uçlardan geriye doğru büzülmeyi önlemektedir.


167

PE boruların, kanal sıcaklık değişimlerinden – uzama – kısalma bakımından etkilenmemeleri için, kanal içine hafif yılansı döşenmeleri önerilmektedir, böylece ısıl etkilerin neden olacağı gerilimler yok edilebilecektir.

PE boruların döşenmesi, kaynaklanması ve testleri ile ilgili TS standartları

TS No K o n u l a r ı

–––––— ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5583 PE borular ve bağlama elemanları, iç basınçta sızdırmazlık deneyi

6834 PE plastikler–Karbon siyahi boyama işlemi

6842 PE boru ve soket tipi

7712 PE boru boyut ve toleransları

7791 Yüksek yoğunluklu PE borular ve bağlantı elemanların akışkanlara karşı kimyasal dirençleri

783 PE Plastik borular–Dış çap kontrolleri

7484 İç çapları kontrollü PE borular

5584 PE borular – Bağlantıları ve sızdırmazlık testleri

6.22 Deprem Olasılığının Göz önüne Alınması

1987 Martında hazırlanan bir rapora göre ABD'nin 25 yıl içinde doğu bölgelerinde deprem olabileceği ve ulusal enerji iletim sistemini felce uğratabileceği tahminleri yapılmıştır. Amerikan Association of Engineering Societies, Washington, D.C tarafından, 2010 yıllarına doğru doğu bölgelerinde yerlerde 6 şiddetinde bir depremin olabileceği ileri sürülmüştür. Bu ve benzeri tahminler insanları hazırlıklı olmaya yöneltmektedir. Aynı şekilde Türkiye’de de bazı uzmanlar, İstanbul dolaylarında, hafif şiddette olacağı sanılan depremlerin yaşanabileceğini ileri sürmüşlerdir.

Depreme karşı özellikle enerji ve doğal gaz sistemlerini korumak amacıyla yapılacak problem taramada şunları göz önüne almak gerekir:

Petrol, doğalgaz hat güzergahları ve rafineri ürünlerinin depolanacağı bölgeler tespit edilirken, deprem olasılığının göz önüne alınması,

• Boru hatları arasındaki bağlantı sistemlerinin yerleri ve bunların değiştirilebilirlikleri,

• Ne gibi acil tamir araç–gerecinin bulunması gerektiği


168

• Yedek malzemelerin miktarı, taşınması ve montajın da kolaylık bakımından, nerede nasıl kullanılacağı hakkında programlanması, parçaların kodlanması

• Şiddetli bir depremin, enerji hatları ile boru hattı sistemlerini tahrip edeceğinin bilinmesi gerekir. Özellikle derem kuşağına düşen bölgelerde, depremlerin merkez üstleri olmaya müsait görülen ve tahmin edilen noktalarda, boru hatları inşası yapılırken, deprem sırasında anlık ortaya çıkacak kuvvetleri, toprak, kaya gibi gevşek malzemelerin hat üzerine koyabilecekleri göz önüne alınmalıdır.

Kaynaklık çelik boruların, deprem kuvvetlerine dayanıklı oldukları tespit edilmiştir. Özellikle elektrik ark kaynağı ile yapılan bağlar oldukça güvenilir görülmektedir.

Gömülü borular; deprem sırasında sadece yüzey yarılmaları ve toprak kaymaları nedeniyle zarar görmüşlerdir. 6 şiddetindeki bir depremin, boru hattı merkez üstüne rastlamadıkça, hatta zarar vermeyeceği belirtilmektedir. 1972 de San Francisco'da, 8,2 şiddetindeki bir depremin, oradaki boru hattını, toprak kayması ve yerin hareketi nedeniyle hasara uğratmıştır.

ABD'de, Kuzeydoğu'da yaklaşık, doğalgazın % 40'nı taşıyan hatların Güney Karolina sismik bölgesinden, % 60nın da Mississipi vadisinden geçtiği, 7 şiddetindeki bir depremin bu hatlara hasar verebileceği ileri sürülmektedir.

Ekim 1989'da merkez üstü, San Franciscodan 50 mil ötede, San Andreas Fault (San Andreas Fayı) boyunca yer alan bir deprem, öğleden sonra saat 5:04 de meydana gelmiş ve doğal gaz dağıtım hatlarını etkilemiştir.Gaz kullananlar derhal elektrik ve gaz hatlarını kapatmışlardır. Bu durumlarda, gazın otomatik olarak kapatılması gerekir. Bu nedenle, şehir içi gaz dağıtım ağında ve ayrıca yüksek basınç hatlarında aralıklı olarak, otomatik kapatma vanalarının kullanılması yararlı olur. Örneğin, açık arazide veya şehir içinde, hat patlayınca, o hat boyunca anormal basınç düşümü olacaktır, işte böyle bir durumda, basınç düşümü duru-munda otomatik olarak kapanan vanalar kullanılmalıdır.

Kaliforniya'da, aynı depremden zarar gören ikinci büyük gaz şebekesinin tamiri için, 1100 servis elemanı günde 18 saat, olmak üzere, haftanın 7 günü çalışmıştır. Zamanında, müşterilerine gaz verebilmek için Pasific Gas And Electric Co adlı şirket bütün gücüyle çalışmış, bu arada emekli olan işçilerden dahi yararlanmak zorunda kalmıştır.


169

VII BÖLÜM

ENSTRUMANTASYON

7.1 Emniyet Kontrol Vanası: EKV

Ölçüm istasyonunun küresel yapıda emniyet giriş vanasıdır. Bu vana, elle kapatılıp açılabilmelidir. Fakat vananın asıl görevi hattı otomatik açıp kapamaktır. İstasyonun basınç emniyetini sağlamakta kullanılan bu vana, pnömatik–hidrolik kumandayla çalışan tipten seçilebileceği gibi, diyafram–yay tertibatlı pnömatik tahrikli de seçilebilir çok yüksek basınç hatlarında hidrolik tahrikli vanalar tercih edilmektedir. ‹çinde yağ bulunan iki adet silindirik tüp vana gövdesine paralel olarak dikey konumda yerleştirilmişlerdir. istasyona giren gaz basıncı, çalışma noktası (set basıncı)ndan daha yüksek olursa, solenoid vana, basınç kontrol aleti veya basınç anahtarından gelen kumanda sinyali ile açılır. Bu anda, solenoid vana (SOV) dan basınçlı gaz, içinde yağ bulunan silindirlere gönderilir. Yağ vana gövdesindeki piston üstüne basınç uygular ve vananın açılıp kapanmasını sağlar, vananın asıl görevi hat basıncını kontrol etmektir. istasyon hat basıncı normale döndüğünde, SOV kapanır ve yağ tüplerindeki basınçlı gaz blöf edilir. EKV nin pistonu üzerindeki basınç kalkınca, yay hareketi ile piston yukarı kalkar, EKV açık konuma gelir.

PIC: Göstergeli Basınç Kontrol Cihazı (Pressure Indicator Controller) PIC, pnömatik bir kontrol aygıtıdır. Genellikle, 20 psig (1.4 bar) besleme basıncı ile 3–15 psig (0.2–1.2 bar) çıkış basınçları bulunur. Çalışma noktası elle ayarlanabilir. Diyelim ki, ölçüm istasyonunun giriş basıncı 50 barg de tutulacak. Basınç 50 barg üstüne çıkarsa, EKV yukarda anlatıldığı gibi, PIC nin kumanda sinyali ile kapanır. Çok yüksek basınçlarda (80–100 bar) EKV nin operatör gözetiminde, giriş,çıkış taraflarında eşit basınçlar oluşacak şekilde açılıp kapatılmasında yarar vardır.

Şekil 7.1 - Basınç düşürme ve ölçüm istasyonu


170

EKV nin yangeçiş hattı (by–pass line), arıza durumlarında gaz kesimine gerek kalmadan bakım işlerinde işe yarar. EKV yerinden sökülüp bakıma alınsa bile istasyona yangeçiş hattından gaz verilebilir.

7.2 Filtreler (F)

Ölçüm istasyonlarında, girişlerde en azından bir filtre aygıtının bulunması, tortu ve sıvı ayrılmasını sağlar. Yüksek debili gaz hattında bulunacak olan bir filtre, ölçü ve kontrol aletlerini de bünyesinde bulundurmalıdır. Filtrenin birikintilerle dolarak geçişe izin vermemesi basınçlı hatlarda oldukça tehlikeli bir durumdur. O nedenle, sıvı seviye kontrolü bu kontrol aleti ile otomatik boşaltım yapacak bir kontrol vanası, yüksek seviye uyarı anahtarı (LSH: Level Switsch High) ve ayrıca istasyon giriş vanasını (EKV) kapatacak çok yüksek seviye anahtarı (LSHH:Level Switsch High High) bulunmalıdır. Bu iki anahtarın çalışıp çalışmadıkları aralıklı kontrol altında tutulmalıdır:

Şekil 7.2 – Boru hattı filtre çeşitleri

Filtrenin çalışma noktası (LN), LIC (Level Indıcator Controller) üzerinde değiştirilebilir. Örneğin, sıvı birikim seviyesi, filtre hacminin % 25–30 na ayarlanırsa, LV (Level valve) seviye kontrol vanası, filtre içindeki sıvı seviyesini % 25–30 düzeyinde tutmaya devam edecektir. Seviye elemanı LE (Level Element) dalgıç tipi bir yüzeç olabilir. Seviye transmiter LT (Level Transmitter), genelde 0,2–1,2 barg sinyal) çıkış basıncı ile seviye durumunu LIC ye bildirecektir.


171

Filtre bağlantısında, çok yüksek seviye anahtarı LSHH (Levil Switch High High) ile yüksek seviye anahtarı LSH (Level Switch High) önemli görevlere sahiptir. LSH nin işlevi, otomatik boşaltma sisteminin bulunmasına karşın, herhangi bir nedenle, çalışma noktasının üzerinde sıvı birikiminin var olduğunu ışıklı veya sesli sinyal ile operatöre duyurur. Çok yüksek seviye anahtarı ise, seviye yükselmesine karşı önlem alınmadığı durumda, son çare olarak giriş vanasını kapatarak istasyonu devreden çıkarır.

Filtre üzerinde yer alan basınç farkı göstergesi (DPI) operatöre filtrenin katı maddeyle tıkanma durumuna geldiğini işaret edebilir. ‹deal durumda DPI sıfır basınç farkını gösterir. Normal çalışmada, DPI göstergesi 0,5 barı geçmemelidir.

Filtrenin içindeki elemanların tiplerine göre filtreler değişir. Tel örgü kafes içine alınmış kartuşlu filtrelerden başka, içiçe geçmiş tüplerden oluşan siklon tipi filtreler yaygın olarak kullanımda yer almaktadırlar. Filtre gaz debisi, toplam gözenek alanı ile gaz geçiş hızı çarpılarak bulunabilir. Filtre seçiminde

– Boru hattının çalışma ve tasarım basıncı

– Boru hattı debisi

– Korozyon olasılığı

– Akışkanın sıvı ve katı madde içeriği göz önüne alınmalıdır.

Doğalgaz hatlarında, filtre, 5 mikron (1mm = 10–4 cm) çapındaki sıvı ve katı tanecikleri tutabilmelidir.

Filtre elemanları, akışı kesmeden değiştirilebilmelidir: Katı tanecikler dipten alınabilmelidir.

7.3 Basınç Düşürücüler:

İstasyonun kurulmasındaki amaç, basınç düşürmektir. Filtre, ısıtıcı gibi ekipmanlar, regülatör öncesi alınan önlemlerdir. Filtre, regülatör sonrasında yoğuşarak toplanabilecek sıvı fazı ayırarak korozyon olgusunu önler.


172

Yüksek basınçlı gazın, daha düşük basınçlı ortama geçiş yapması, aniden, sıcaklık

düşüşüne neden olur. Pratik bir yaklaşım olarak vana veya Orifis gibi kısıtlayıcıdan geçerek basıncı düşürülen gazın sıcaklığındaki düşme: –2,27°F/psi olarak alınabilir. Çevresinden ısı alarak genleşen gaz, çevrenin soğumasına, hatta karlanmasına ve dahası buzlanmasına yol açar. Bu durum gazın basıncını düşüren regülatörün gövdesinde ve ona bağlı parçalarda meydana gelir. Donan hat veya vana kolay kolay çözülmez, vana dili olduğu yerde kilitlenir kalır. Aşırı soğuyan ve buzlanan vana parçaları, aşırı büzülme genleşmeden dolayı zarar görürler.

7.4 Regülatörler :

Yağ–ağırlıklı ya da pilot kumandalı olabilirler.

4.1 Yaylı Regülatörler :

Yay: İstenen çıkış basıncına göre ayarlanır. Çıkış basıncı, yay kuvvetinden az olursa, yay diyaframı kaldırır ve vana açılır. Pilotlu regülatörlerde, çıkış basıncındaki minimum basınç değişimleri vanaya iletilir.

Regülasyon, seri bağlı iki pilotlu regülatör ile yapılmaktadır. Regülatörler, diyaframlarına uygulanan basınç farkına bağlı olarak açılıp–kapanmaktadırlar. Regülatör sonrasından alınan basınçlar, üstten verilerek, kapatma yönünde etkileme yapılırken, pilottan alınan sinyal ile açma yönünde etkileme yapılmaktadır. Eğer, gaz çıkış basıncı düşükse vana açılacaktır. Regülatör diyaframına binen yükler şematik olarak şöyle gösterilebilir:

Ana Regülatör: Q debisine sahip yüksek basınçlı akışkanı daha düşük basınca indiren vanadır.

Kontrol vanaları ve regülatörlerin birim basınç düşümünde, birim zaman içinde geçirebildikleri akışkan miktarları Cv olarak bilinen akış kapasiteleri ile tanımlanır. Cv İngiliz


173

birim sistemine göre,1 psi basınç düşümünde, 1 dakikada geçen galon biriminde su miktarıdır. Cv = 5 olan bir vana, 1 dakikada, 1 psi basınç düşümünde 5 galon su geçirir. Cv nin

genel formülü Cv = Q/ DP/G şeklindedir.

Q = gpm (Gal/dk) su miktarı

DP = Akış kısıtlayıcı (vana orifis..vb) ya düşen basınç, psi

Cv = Vananın akış kapasitesi

G = Göreli yoğunluk

Akış kısıtlayıcının çıkışından alınan P2 basıncı, giriş basıncının 0,55 katına eşit olmaya başladığında kritik basınç halini alır 1k xP55,0P =⇒ . Akışkanın kritik hıza sahip olup

olmadığı, )1k/(k

1k1k

2PP

−

+=

formülünden de hesaplanır. Gazlar için geliştirilmiş Cv formülleri, akışın kritik üstü ve

kritik altı oluşuna göre şöyledir:

1. Kritik hızın üstünde 1f

v12PC834

GTQC P55,0P =⇒<

2. Kritik hızın altında ( )212

v12PPP1360

GTQC P55,0P

−=⇒>

Q = Gaz debisi SCFH

Cv = Vana akış kapasitesi

Cf = Kritik akış faktörü

G = Göreli yoğunluk (hava = 1)

T = Akış sıcaklığı, °R

P1 = Giriş basıncı, psia

P2 = Çıkış basıncı, psia

Pk = Kritik hız basıncı Pk = 0,55 x P1

Düşük basınç gaz regülatörlerinin ∆P hesabında kullanılan formül:


174

∆P = 2D

05,0QP

βρ=∆

∆P = Basınç düşümü mb

Q = 15°C ve 1 atm. de debi m3/saat

D = Çap, mm

r = Gaz yoğunluğu (NK da) kg/m3

k = Özgül ısılar oranı (k = Cp/Cv)

Cv ve C1 vana imalatçı kataloglarında yer almaktadır. G, T1, P1, P2 ve Q değerleri bilinen

akışkanın basıncını istenen DP de geçirecek vananın Cv si hesaplanır, buna göre sipariş

yapılır, veya akışkan özellikleri ve istenen ∆P’i vana firmasına bildirilerek, seçim firmaya bırakılır.

2. Monitör Regülatör: Ana regülatörün yedeği sayılır. Herhangi bir nedenle ana regülatör arızalanırsa, monitör tabir edilen regülatör devreye girer. ‹kinci regülatörden daha üst bir basınca ayarlandığı için, normal çalışma durumunda hemen hemen "ayarlama hareketi" yapmaz, ayarlandığı açıklıkta kalır. Fakat ana regülatör sürekli açma–kapama yönünde "ayarlama" yapmak durumundadır.

7.5 Düz Geçiş Hatları (By Pass lines):

Tasarımcının gerek görmesi halinde, işletme sırasında kritik eleman durumunda olacak, kontrol vanaları, regülatörler, akış ölçüm elemanları, ısıtıcılar gibi ekipmanların dışından ikinci bir akış hattı geçirilir. Noktalı çizgilerle gösterilen yangeçiş (bpass) hatları öneri mahiyetindedir. Bakım ve onarım sırasında, akışın bir süre kesilmesi sorun olmayacaksa, yangeçiş hatlarına gerek görülmez.

7.6 Pilot ve Hava Regülatörleri: Pilot, regülatör çıkış basıncını ayar basıncına göre kontrol altında tutan bir ön kontrol aletidir: Çakış basıncı Po yu sabit tutmaya çalışır. Hava

regülatörü olarak ifade edilen ufak regülatörler pilotların besleme havasını temin ederler. Pilot yayı öyle ayarlanır ki, ana ve monitör regülatör istenen çıkış basıncını verecek şekilde çalışırlar.

7.7 Akış Ölçerler: ‹stasyonun çıkışında, nereye ne kadar gaz verildiğinin bilinmesi en önemli konulardan biridir. Ölçüm biriminde akış olgusunu sezen (sensor), sinyali çeviren (Transmitter) okuyucu veya gösterici (Recorder, indicator) üçlüsü bulunur. Sezgi veya duyargalar iki genel kümede toplanabilirler.

Hattın uygun bir yerinde basınç farkı oluşturan ve hat içine yerleştirilen aygıtlar vardır,

bu aygıtların oluşturduğu basınç farkı mekanik veya elektro-mekanik aletlerle akış verisine

dönüştürülürler. Hat içine yerleştirilen akış ölçüm elemanları aşağıda sıralanmıştır.


175

1. Basınç farkı oluşturma esasına dayananlar:

a) Orifis plakaları

b) Nozullar

c) Wenturi tüpleri

d) Dirsekler

e) Diskler

f) Pitot tüpleri

2. Başka tür değişkenlerin algılanmasına dayanan akış ölçerler:

a) Hızın algılanması ve magnetik alan oluşturulması (türbin–metreler)

b) Isı farkı (RTD lerin kullanılması)

c) Ses hızının algılanması (Ultrasonik akış ölçerler)

d) "Çevrimli" akışın algılanması (Vorteksler)

Yukarıda çeşitleri sıralanan akış sezgi elemanlarının akış yolunda algıladıkları "bozucu etki", bir iletici tarafından gösterge veya kaydedici alete gönderilir. Akış değeri, aletin yapısına bağlı olarak mekanik veya elektronik olarak verilir.

Orifis plakasının oluşturduğu DP, plakanın iki yanından alınarak körüklü ileticiye verilir. Burada, körüklerin büzülme–genleşme hareketleri bir döner mil tarafından kaleme verilir. Grafik kağıdı 24 saatlik turunu tamamlarken kalem, DP miktarına bağlı körüklerin hareketleriyle, zig–zag çizgiler çizer. Kalibresi yapılmış kağıt üzerinden, orifis katsayısı C kullanılarak akış miktarı hesaplanır.

Q = C hPf

Q = Akış miktarı

C = Orifis çıkış katsayısı

h = Basınç farkı

Pf = Akış basıncı

Endüstride, gaz ölçümü, artık elektro-mekanik ve elektronik aletlerle yapılmaktadır. Gazlar sıkıştırılabilen akışkanlar olduğu için, basınç ve sıcaklık değişimlerine göre anlık hacim değişmelerinin ölçülmesi gerekir. Böyle bir ölçüm biriminde, basınç, sıcaklık, akış birlikte anlık olarak ölçülür ve genel gaz denklemine göre mikro-işlemciler tarafından hacimsel veya kütlesel debiler hesaplanır. Anlık geçişler (rate) ile toplam geçişler (Totalizer) aynı sayaçta, LCD (Liquid Cristal Display) üzerinde gösterilir. Gelişmiş elektronik akıllı sayaçlar, bilgisayar sistemiyle çalışır. Veriler, uzaktan, merkesikontol odasına gönderilir.


176

Sahada güneş pilleri ile enerjisağlanır. Örnek bir akış ölçüm bağlantısı şematik olarak aşağıda verilmiştir.

Şekil 7.4 Elektronik gaz ölçümü

Bu şekilde;

PE : Basınç sezgi elemanı: Bourdan tüpü, körük, diyafam... vb.

TE : Sıcaklık sezgi elemanı: RTD ‘ler, iki–metalliler; özel akışkanlı kılcal tüp-le

FE : Akış sezgi elemanı : Orifis plakası, nozul, pitot tüp, Wentüri tüpü Vorteks

PT : Basınç sinyal iletici (Pressure Transmitter)

TT : Sıcaklık sinyal iletici (Temparature Transmitter)

FT : Akış sinyal iletici (Flow Transmitter)

FQI : Akış sayacı (Flow Quantity Indicator totalizer)

Akış ölçüm elemanı montajında, eleman öncesi ve sonrası hat düzgünlüğünün verilen standartlara uyması gerekir, bu duruma özellikle dikkat etmek gerekir. Bir akış bozucu elamandan ne kadar uzağa monte edilecekleri imalatçı kataloglarında belirtilmiştir.

Örnek:

FE elemanı orifis

7.8 Basınç Emniyet Vanaları (PSV) :

Borularda ve genel olarak hacim kaplarında anlık basınç yükseliminden ekipmanların zarar görmemesi için, mekanik yay yüklü vanalar kullanılır. Özellikle, buhar kazanlarında,


177

separatörlerde kullanılmaları standartlarca şart koşulmaktadır. Yaylı vanalarda, ayar cıvatalı milin yayı sıkıştırması veya gevşetmesi ile yapılır.

API standard 526’ya göre Flanşlı Basınç Emniyet Vanalarının İsimlendirilmesi D orifice 0.110 sq.in E Orifice 0.199 sq.in F Orifice 0.307 sq. in G Orifice 0.503 sq. in H Orifice 0.785 sq.in J Orifice 1.287 sq.in K Orifice 1.838 sq.in L Orifice 2.853 sq.in M Orifice 3.600 sq.in N Orifice 4.340 sq.in P Orifice 6.380 sq.in Q Orifice 11.05 sq.in R Orifice 16.00 sq.in T Orifice 26.00 sq.in Orifis alan hesabı alttaki formüllerden biriyle yapılır.

Burada,

A: Etkin dışa atış alanı, inç kare (sq.in)

W: Vananın içinden geçip dışarı atılan, debi, lb/h

T: Mutlak sıcaklık, oR

Z: Gaz sapma faktörü,

F:Özgül ısılar oranı (Cp/Cv)

Cd: Vana imalatçısı kataloğunda yer alır, vana dışatım kat sayısı,

P1: Vana giriş basıncı (Ayar basıncı+Üst basınç+ Atmosferik basınç)

Kv: Viskozite düzeltme katsayısı (1,00<Kv>0,00)

M:Gazın mol ağırlığı

V:Akış, scfm


178

Kb:Üst basınç düzeltme katsayısı

G:Gaz özgül ağırlığı (Mg/Ma) standart basınçve sıcaklıkta (14,7 psia, 60oF)

Qv = Akış scfm, F = Özgül ısılar oranı (Cp/Cv) düzeltme faktörü (1,04<F>0.00) P1 =Giriş basınç ayarı ( Set Pressure + Üst basınç + Atmosferik) psig, P2 = Çıkış basıncı, psig, CD = Dış atım katsayısı, imalatçı firmadan

G:Gaz özgül ağırlığı (Mg/Ma) standart basınçve sıcaklıkta (14,7 psia, 60oF)

Örnek: W =34 062.5 lb/h (Sistemin gaz kapaistesi), T = 83 oF (460+83=543 oR), Z =0.96 (P=75 psig, T = 83 oF), F =347 (F=(Cp/Cv) Basınç emniyet vanasının ayar basıncı: 97,5 psia, eğer basınçlı kabın (Separatör) basıncı 97,5 psia geçmeye başlarken vana otomatik açılır, fazla basınç dışarı atılır.

M = 41.41 (CO2 gas), Kv = 1.00,


179

Vananın Orifis Alan Hesabı

Vana yukardaki orifis alan listesine göre A alanı, M (3,60 inç2) ve N (4,34 inç2) arasında M<A<N : 3,6<3,82<4,34, bu durumda vana seçimi, büyük alanlı orifis olan N orifistir ve flanş bağlantısı 4” (Giriş)/6” (Çıkış) basınç sınıfı ANSI 150 yeterli olur.


180

Proses Kontrol Sisteminde Temel Cihaz ve Vanalar

İsimlendirme, genel uygulamada, elemanların İngilizce adlarının birinci ve ikinci gerekirse üçüncü harfleri alınarak yapılır. PE : Pressure Element, PI:Pressure Indicator, TC: Temparature Controller, FV: Flow Valve, Le: Level Element…. Gibi

Basınç Sıcaklık Akış Seviye Duyarga Elemanı PE TE FE LE Gösterge PI TI FI LI Kontrol PC TC FC LC Kontrol Vanası PV TV FV LV


181

Kontrol Vanaları (PV,TV,FV,LV), gaz ve petrol veya başka akışkan proseslerinde kullanılan en önemli ekipmanlardandır. Kontrol vansının kimliği sıvılar için Cv, gazlar için Cg değeridir. Vana üretici firma kataloglarında her vananın C1 , Cg, Cv değerleri bulunur Debinin ağırlık birimiyle ifade edilmesi halinde

W=1,06 derecep

p

CSinCpd g

∆

11

11

3417

Debinin hacim olarak ifade edilmesi halinde,

QSCFH=Cg P1GT

520Sin

∆

11

3417

P

P

C Buradan Cg çekilirse,

P1=Giriş basıncı, (psia) ∆P= Basıncın düşümü (psi) G= Gaz göreli yoğunluğu (hava=1,0) C1= Gaz akış katsayısının, sıvı akış katsayısına oranı (=Cg/Cv) W=Gaz debisi (Ib/sa) dı= Gaz giriş yoğunluğu (Ib/ft3) 1 Ib= 0,453 kg

1 = 135,28

1psi= 0,068946 bar ⇒1 bar=14,504 psi Örnek: P1=1000 psig=1014,7 psia ∆P=600 psi


182

Q=10 MM SCFH G=0,65 T=60°F (T=60+460=520 R) C1=30 (Katalogdan seçilen) Çözüm:


183

VIII. BÖLÜM

DOĞAL GAZ DAĞITIMINDA ARZ VE TALEP DENGESININ SAĞLAN-MASI VE GAZ STOKLAMA TESISLERİ

8.1 Doğal Gaz Tüketiminde Dalgalanmalar

Ev ve binalarda ısınmak amacıyla kullanılan gaz miktarı oldukça fazladır. Isınma amacına yönelik olarak tüketilen gaz miktarında yazdan kışa büyük oynamalar olur. Yaz aylarında kalorifer kazanları, sobalar söndürülür; dolayısı ile gaz ihtiyacında önemli bir düşme olur. Bu olayın tersi, kış aylarında yaşanır. En soğuk aylarda, gaz tüketimi tepe noktasına ulaşır. Böylece gaz tüketim grafiğinde yaz ayları vadileri kış ayları tepeleri oluşturur, başka ifadeyle, yazları talep azalır, kışları artar.

Kış ortalarında artan gaz gereksinimini karşılamak için, kullanılan yöntemlerden birisi gaz sahalarından daha çok gaz alarak boru hattını beslemektir.

Gaz dağıtım şirketi kışın artan ihtiyacın karşılamak yazın da azalan ihtiyaçtan dolayı artık gaz durumuna gelen fazla gazı depolamak zorundadır. Doğal gaz tüketimi, bu bakımdan elektrik, su tüketimi gibi belli düzeyde seyretmez. Gaz dağıtım şirketlerinin işi, sadece boru hattı döşeyerek müşterinin evine ve iş yerine gaz vermekle bitmez, hem döşenen hattın sorunsuz çalışmasından, hem gazın ölçülmesinden, hem de ihtiyaç fazlası gazın depolanmasından sorumludur.

Kışın gaz hatları tam kapasite ile çalışmak durumunda kalırken, yaz aylarında bu kapasite çeyreğe ya da yarıya düşer. Bu durum, sistemin verimsiz çalışması sonucunu doğurur. Boru hattı şirketleri sistemlerinin, tam kapasiteyle çalışmasını arzu ederler. Yaz aylarında, ihtiyaç fazlası gibi görünen gazı, daha ucuz fiyatla fabrikalara ve endüstri kuruluşlarına satarlar. Kış aylarında, ısınma amacına yönelik gaz ihtiyacı artınca, fabrikalara verilen gaz kesilir veya azaltılır. Fabrikalar da, kömür ve fuel oil kullanımına dönerler. Bu şekilde, doğal gazın, tüketiciler arasında devirli kullanılması bazı yararlar sağlar, şöyle ki:

– Doğal gazın depolanmasına gerek kalmaz.

– Fabrikalar yazları daha ucuz enerji kullanmış olurlar.

– Gaz dağıtım ve boru hatları şirketi ya da şirketleri her mevsim gaz satmış olacaklarından işletme sorunlarıyla karşılaşmazlar.

– Kışın, fuel–oil ve kömürün fabrikalarda kullanılmasıyla, doğal kaynaklar, dengeli tüketilmiş olur.

Ne var ki, yaz ve kış aylarında doğal gaz tüketiminde inişlerin ve çıkışların önlenmesi kolay olmaz. Bu sorun doğal gaz kullanan ülkelerin tümünde bulunur.

Doğal gaz kullanılan ülkelerin çoğunda, kış aylarında artan ihtiyacı karşılamak için yaz aylarında ihtiyaç fazlası gazı çeşitli yöntemlerle depolarlar. En iyi depolama yöntemi, doğal


184

gazı yer altına basmaktır. Fakat bunun için hem uygun bir "kapan kayacına sahip rezervuar yapı" olacak hem de bu yapı kullanım yerine yakın bulunacaktır.

Gaz depolama yöntemleri şöyledir:

a) Boru hatlarında depolamak

b) Yeraltında, aküfere (Yeraltı su içerikli rezervuar kayacı) depolamak.

c) Doğal gazı propan içinde çözülmüş olarak depolamak.

d) Doğal gazı sıvılaştırılmış şekliyle (LNG) depolamak.

Değişik depolama sistemlerinde depolama birim fiyatları 1974 dolarıyla şöyledir. (Bak kaynaklar–2)

• Tükenmek üzere olan rezervuarlara depolama: ............ $ 0,70/m3–$1,75/m3

• Su tabakasında depolama: ....................................................... $ 1,88/m3

• Tuz formasyonlarında depolama: ......................................... $ 5,00ğm3

• LNG olarak depolama: ............................................................... $ 460/m3

• Propan içinde çözülmüş olarak depolama: ....................... $ 1130/m3

• 110 barda boru hattında depolama : ................................... $ 1700/m3

Şekil 8.1–Yaz ve kış aylarında doğal gaz tüketiminde dalgalanma.

Üst eğri boru hattı, alt eğri stok gazı grafikleridir.

Bütün yıl boyunca doğal gaz kullanımının boru hattı ve stok gaz grafikleri birbirlerini tamamlayan sinüs eğrilir şeklindedir. Yaz aylarında, bir miktar gaz boru hattından alınarak


185

depolanır. Depolama şekli yukarıda belirtildiği gibi değişik olabilir. Kış aylarında artan ihtiyacı karşılamak için stoktan boru hattına çekiş yapılır.

şehirlerde doğal gaz kullanımı günün her saatinde aynı olmaz. Gece 12 ile sabah 6 arası en düşük sabah 7 den öğleden sonra 4 e kadar sabahki tüketimin yaklaşık iki katı, öğle sonrası 6–7'de tüketimin tepe noktasına erişmesi.

Doğal gaz tüketim verilerinin zamansal grafikleri, stok kapasitesinin belirlenmesi bakımından yararlıdır. Veriler, günlük, haftalık, aylık grafikler halinde hazırlanabilir.

Birçok ülkede, boru hattı şirketleri, ilk bahar ve yaz aylarında, kış hazırlıklarına başlarlar. Bu hazırlıklar şöyledir:

– Bakım

– Stoklama

– Ölçme

– Gaz kontrol

– İletişim

Bir işletmenin başarı anahtarı bakımdır. Boru hattı bakımının en uygun zamanı yaz aylarıdır. Bakımda, vanalar; ölçü aletleri, kompresörler, separatörler, ısıtıcılar, kontrol aygıtları yerlerinde veya atölyede ele alınıp incelenirler, test edilirler.

Her makinenin ve parçanın bakımı değişiktir. Genel olarak bir bakımda şunlar yapılır:

– Yerlerinden sökülemeyecek olanlar, oldukları yerde.

a) Temizlenirler,

b) Korozyon bakımdan incelenirler,

c) Hareketli parçaları yağlanır.

d) Fonksiyonel teste tabi tutulurlar.

Bu tip makine veya yapılar, büyük vanalar; kompresörler, ısı değiştiriciler, pompalar v.b. dir.

– Yerlerinden sökülüp atölyeye alınabilecek olanlar, ölçü ve kontrol aletleridir.

a) Temizlik, yağlama yapılır.

b) Test ve kalibre edilirler.

Bu arada, vana ve benzeri aygıtların elektriksel ısı kabloları kontrol edilir. Regülatörler ve pnömatik kontrol vanaları ya işlevsel teste tabi tutulurlar ya da atölyeye alınarak yatakları temizlenerek, gerektiğinde, aşınan yatak ağızları alıştırılır (Honlama).

Basınç emniyet vanalarının testleri mutlaka gereklidir. Bu vanalar, atölyede, işletme basınç ve sıcaklığındaki proses akışkanıyla test edilirlerse en sağlam iş yapılmış olur.

Boru hatlarının bakım ve testleri gerekebilir. Yaz aylarında azalan gaz tüketimi, bir kaç hattı devreden çıkarmaya olanak verebilir. Düzgün hatlar, tasarım basıncının 1,5 katı diğer hatlar 1,1 katı basınçla basınçlandırılarak test edilirler. Hat içinde katı ve sıvı


186

birikintilerinden kuşkulanılırsa, pig atılarak temizlik yapılır. Pig hava ya da proses gazı ile ötelenmelidir.

Müşteri hatlarındaki sıvı birikintilerini sürekli gözlemek amacıyla, bu hatlar üzerine "çiğ noktası" (dew point) ölçü aleti monte edilmesinde yarar vardır.

Ağır kış koşullarında, sık sık tamir–bakım sorunlarıyla karşılaşmak için, bakım–test ekibinin yaz aylarında tam yol çalışması gerekmektedir.

8.2 Boru Hatlarının Gaz Stoklanması Amacıyla Kullanılması

Boru hattı şebekesi, geçici olarak, artan gaz ihtiyacını karşılamakta kullanılabilir. Kompresör istasyonları arasındaki ara hatlar 20 bardan 70 bar'a kadar basınçlandırılarak boru hatlarının bu bölümleri gaz depoları olarak kullanılabilir. Yalnız, bu şekilde depo edilen gaz, kış aylarında ortaya çıkacak olan artan ihtiyacın tümünü karşılayamaz. Boru hattına depo edilen gaz, günün ya da haftanın ihtiyaç sivriltilerine cevap verir. Bu bakımdan, hattaki basınç inişli–çıkışlı olacaktır.

Bir boru hattının stoklama kapasitesini belirleyebilmek için, değişken basınç koşullarında hattın toplam kapasitesini verecek bir bağıntının bulunması gerekir. Hattan gaz çekilişinin en az düzeyde tutulduğu zamanlarda, hat basıncı yükselecektir. Dolayısı ile çıkış basıncı tepe de-ğerine ulaşacaktır. Bu koşullar altında çalışan bir hattan sağlanan gaz miktarı, günlük akış debisi ile en az akış debisi arasındaki farktır. Aynı şekilde, hattan gaz çekişinin fazla olduğu zamanlarda, hat basıncı, sabit debide en az düzeydedir. Böylece, kısa sürelerde, depolama görevini yaparak, gaz arzındaki tepe ve çukurları düzlemeye çalışmaktadır.

Boru hattının müşteriye çıkış noktalarına basınç kontrol vanaları koymak suretiyle gaz akışındaki dalgalanmalar önlenir. Dağıtım istasyonlarından sabit basınç altında tüketiciye verilecek gaz ancak otomatik kontrol yoluyla gönderilmelidir.

Weymouth denkleminin, değişken akış koşullarında boru hattı kapasitesinin belirlenmesinde kullanılması:

Basınç farkı karelerine göre düzenlenirse:


187

Herhangi bir basınç:

[ ] 5,0221 PKLP +=

dL uzunluğundaki dV hacmi

dLA 5280dV =

m 1609 ft 5280mil

ft 5280 x mil 1mil 1 ===

Boru kesit alanı:

)(ft D 10 x 4,545)(ft 144x4

D

in 144

ft 1 x )(in

4

DA

:Aalan biriminde ft verilirsebirimindein D Çap

225-22

2

22

2

2

=π

=π

=

( )225-2

2225-

2

m D 10 x 66,50 )(ft 10,764

m )(ft D 10 x 4,545A

:Aalan biriminde m verilirsebirimindein D Çap

==

NK'da dV hacmi

dV= Hattın belli bir bölümünü ifade eder, (m3 )

dL= Hattın belli bir uzunluğunu ifade eder (mil)

A= D (in) çapındaki hattın kesit alanı, m2 biriminde

( ) )m std. ( TP

PT dLA 1609dV 3

b

s=

L boyundaki hattın hacmi

∫∫ ==L

0

L

0 s

s PdL TP

AT 1609dVV

A: m2


188

T: K

P: atm

L: mil ( Eğer mil uzunluk birimi yerine doğrudan m kullanılırsa, 1609 m/mil çevirme sayısı ortadan kalkar, formül SI birimine göre yalınlaşır.)

P nin eşitini bulmak için

( ) ( ) :auygulanıyg kuralı integral abx3b

2dx abx 3+=+∫

Elde edilen hacim formülünde L 'nin 0 ve L değerleri yerlerine konur.

( ) ( )2/3

22

22

s

s P03K

2- PKL

3K

2

TP

ATV

+

+=

( )

( ) ( )332

2/32

s

s

32

2/322

s

s

m PPKL KTP

AT

3

2V

PPKL3K

2

TP

ATV

−+=

−+=

Hattın birim uzunluğuna düşen, basınç farkları karesi:

L

PPK

22

21 −

=

K nın ve A nın değerleri elde edilen sonuç formülünde yerlerine konursa:

( ) ( ) ( )332

22

22

21

22

21s

s2

m P- PLL

PP

TPPP

LTD 0,524V

+

−

−=


189

Formülün başına C birim çevirme sayısını koyarsak formülü genelleştirmiş oluruz. Aşağıda

tabloda SI ve İngiliz birimlerinin kullanımına göre C nin değerleri verilmiştir.

( )

+−+=

21

2121

s

s2

PP

PPPP

TP

LTD CV

V D T L P C SI m3 m K m atm 0,524

İngiliz ft3 in oR mil psi 19,2

Weymourth formülünden türetilen 19,2 katsayılı İngiliz birimlerinin ve SI birimlerinin kullanıldığı formüler değişken akış koşullarında, boru hattı kapasitesini verirler.

Burada:

Formülde çok veya az akış koşullarını ayırmak için :

Şeklinde yazılarak formülün hangi koşula, uygulanacağı belirtilmiş olur.


190

Soru:

Boyutları D = 10 in, L = 30 mil olan boru hattından ortalama akış koşullarında günde 35,3

MMSCF(= 1000 000 m3ğ/ün) doğal gaz 3,5 bar ( ≅ 50 psia) çıkış basıncıyla verilmektedir. En

düşük akış miktarı 7MMSCF (=200 000 m3/gün) dür. Gaz göreli yoğunluğu 0,60 ve standart koşullar Ts = 15° (~ 60°F), Ps = 1,01325 bar'dır. Az akış (Gaz talebinde düşüş) koşullarında,

hat başı basıncında 2 bar’lık artış olması halinde boru hattı kapasitesi ne olur?

Çözüm:

a) P1 basıncının hesaplanması

(Zo= 0,942 alınacak)

( ) 5,0

o

16/322

21

s

sh

GLTZ

D PP

P

T 062,18Q

−=

( )( )( )( )( )( )

5,016/322

1

0,942520300,6

10 50P

14,7

520 062,18

24

000 300 35

−

=

[ ] ( ) 5,465500 2P 500 2P 3127,158 333,833 470 15,02

1

5,021 =−⇒−=

( ) 378,57 219500 25,878 216 P 465,7500 2P 21

221 =+=⇒=−

378,57 219P1 =

b) Az akış koşulları (Talep az iken)nda ortalama debi:

2

73,35

2

QQQ 21

or

+=

+=

)g/Nm 150 599( MMSCFD 15,21Q 3o ≅=


191

Az akış koşullarında (Düşük talep), P1 basıncı 2 bar arttığına göre

bar 34,252 32,29bar 2PP 1'

1 =+=+=

Az akış koşullarında ortalama debi de hat çıkış basıncı ne olacaktır? Veriler Weymouth

denklemine konur ve P',2 hesaplanır.

bulunması nin P' 2 :

( ) ( ) ( ) ( )

( )( )( )( )

5,03/162'

22

90,0305206,0

10 P34,497

7,14

)520(062,18

24

000 150 21

−

=

( )[ ] 5,0'2

2 P497,37 166,231 3250 881 −=

( ) ( )5,02'

22 P34,497734,272

−=

( ) ( ) ( ) 963 172384 74347 247P P34,497384 742'

2

2'2

2 =−=⇒−=

Aşağıda boru hattının akış koşullarına göre giriş çıkış basınçları şematik olarak gösterilmiştir.


192

c) Az akış koşullarındaki boru hattı hacmi

( )

+−+=

'2

'1

'2

'1'

2'

1s

s2

'

PP

PPPP

TP

LTD 20,19V

( ) ( )( )( )( )

( )( )

++=

88,4154,497

88,415497,4-415,88497,4

5207,14

3052010 20,19V

2'

( )3' Nm 277,01 76 SCF 928,052 691 2V ==

d) Normal akış koşullarında boru hattı hacmi

( ) ( )( )( )( )

( ) ( )( )

++=

50468,57

50468,37-50468,37

5207,14

3052010 20,19V

2

V = 1 854 143,256 SCF ( =52 555,08 Nm3 )


193

e) Boru hattının değişken basınçlar ( '11 PP ⇒ , '

2P 2P ⇒ ) altında stok edebildiği gaz

miktarı

)VVV ' 3Nm 708,48 (23 SCF 67 909, 896 V =∆⇒−=∆

7.1.3 Boru Hattı Gaz Dolum Hacim Hesabı

6" Satış Hattı Dolum Kapasiyesi

C D (in) D (m) Ts (K) T (K) Ps (atm)

P1 (atm)

P2 (atm)

L (m)

V (m3)

0,524 6 0,1524 288,5 288,5 1 1 1 6

94 10

4 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 5 5 5

694 52

0 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 10 10 5

694 1.0

39 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 12 12 5

694 1.2

47 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 14 14 5

694 1.4

55 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 16 16 5

694 1.6

63 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 18 18 5

694 1.8

71 0,5

24 6 0,15

24 288

,5 288

,5 1 20 20 5

694 2.0

79

( )

+−+=

21

2121

s

s2

P P

TD

PP

PPP

T

LCV


194

12" Satış Hattı Dolum Kapasiyesi

C D (in) D (m) Ts (K) T (K) Ps (atm)

P1 (atm)

P2 (atm)

L (m) V (m3)

Toplam (m3) 6" ve

12"

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 1 1 3500 256 360

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 5 5 3500 1.278 1.798 0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 10 10 3500 2.556 3.595 0,524 12

0,3048

288,5

288,5 1 12 12

3500

3.067 4.314

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 14 14 3500 3.578 5.033

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 16 16 3500 4.089 5.752

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 18 18 3500 4.600 6.471

0,524 12 0,3048 288,5 288,5 1 20 20 3500 5.112 7.190

Açıklamala

r: 1. Gaz dolumu ve hat sıcaklığı

15,5 C de 2. Hattın tam dolumunda P1 ve P2 (Hattın her iki

ucundaki basınçlar eşit) 2. Değişen şartlara göre (Basınç ve sıcaklık

) hesap yenilebilir.

Gaz Akışı Otomatik Devresi

Şekil 7. 2–Değişken debi ve basınç koşullarının otomatik olarak sağlanması


195

Doğal gaz tüketiciye ulaştırırken, işletme koşullarının yetersizliğinden dolayı ortaya çıkacak sorunlar olmamalıdır. Gaz dağıtım sistemi otomatik olarak yönlendirilmelidir. Besleme hattı gaz talebine uygun olarak kapasitesini artırmalı veya düşürmelidir ki, böylece, iniş ve çıkışlar düzlenmiş olsun.

Şeklin açıklanması:

P basıncı ile kompresör besleme tankı (V)na alınan gaz, basıncı yükseltilerek L, D boyutlarına sahip boru içine basılacaktır. P basıncı, gazı L boyunca ötelemeyecek kadar düşükse, bir C kompresörü ile basıncın P

2'e çıkarılması gerekir. C kompresörü, sürtünmeye

karşı P basıncına kadar düşmüş basıncı P2'e yükselten ara kompresör olabilir. Eğer, P1 basıncı

hattı besleyebilecek kadar yüksek ise o durumda C kompresörüne gerek olmaz. Örneğin, doğal gaz kuyuları, boru hattını yüksek basınçla devamlı besleyebilirlerse, hat üzerine bir kompresörün konmasına gerek kalmaz. Bu durum, gaz kuyularının tüketim bölgelerine yakın olduğu yerlerde geçerli olabilir. Fakat pratikte, gaz kuyuları ile tüketim bölgeleri arasındaki uzaklıklar kilometrelercedir ve gaz basıncı, sürtünme, elevasyon farkı (yer çekimi etkisi) gibi nedenlerle düşebilir. Bu yüzden hat üzerine, uygun aralıklara basınç kuvvetlendirici kompresörler monte etmek zorunlu hale gelir.

Kompresör çıkışı PIC–B ile basınç kontrol altında tutulur. P2 basıncı hat tasarım basıncını

aşmamalıdır. PIC–B kontrol aygıtı, yan–geçiş (by–pass) kontrol vanasına kumanda eder. L hattındaki basınç, P

2 çalışma basıncını aşınca vanayı açtırarak gazın girişe verilmesini sağlar.

Böylece hat basıncı P2 düzeyinde tutulmaya çalışılır. Eğer hat çıkışından gaz alınmazsa, hat

geriye (başa) doğru basınçlanabilir. Bunu önlemek için, fazla gelen gaz, bir başka kontrol vanası ile stoklamaya verilebilir. PIC–A kontrol aygıtı, kompresör giriş basıncının üstündeki gazın stoklamaya ayrılmasını sağlayacaktır.

Hat çıkışında elektronik–akış ölçeri ve kontrolü bulunmaktadır. FIC göstergeli akış kontrol aygıtı olarak tüketici bölgesine (bölgelerine) giden gazı ölçtüğü gibi akış kontrolü de yapmaktadır. FIC, tüketicinin talebine bağlı olarak kontrol vanasının açılmasını sağlayacaktır. Eğer, az gaz isteniyorsa vanayı kapatmaya, çok gaz isteniyorsa açmaya çalışacaktır. Günün bazı saatlerinde gaz talebi az olabilir. Örneğin geceleri, boru hattı geriye doğru şişebilir. Fakat akşam saatlerine doğru artan talebi karşılamak için boru hattında yedeklenen gaz tüketicinin hizmetine sunulur. Durumu bir örnekle belirtelim:

FICI nin çalışma noktası: 150 000 Nm3/sa

PIC–B nin çalışma noktası: 32 bar mutl.


196

PIC–A nın çalışma noktası: 3 bar mutl.

Bu çalışma noktaları sadece örnek olsun diye verilmiştir. Gerçek değerler, tasarım verilerine, işletme koşullarına göre değişir. Bu sistemde, koşulları belirleyen aygıt FIC olacaktır. FIC nin çalışma noktası en çok gaz tüketimine göre seçilmiştir. FIC nin çıkış kontrol sinyaline göre gaz debisinin nasıl değişeceğine bakalım.

Önce FIC nin çalışması konusunda kısa bilgi verelim.

FIC, akış elemanı FE'nin sağladığı akış sinyalini alır. FE, herhangi bir açıp elemanı olabileceği gibi, delikli plaka (orifis) veya türbin olabilir.

FIC, ayrıcı, PT ve TT den gelen basınç ve sıcaklık değişim sinyallerini de algılamaktadır. Böylece, gaz denkleminde, P, T, Z den debiyi (Q) hesaplamaktadır. Bu işlevi yerine getirebilmesi için FIC nin elektronik bir aygıt olması gerekir.

FIC nin kontrol mekanizması, akış miktarına göre vananın açılır kapanmasını sağlayacaktır. Vananın, normal haldeki konumuna göre FIC nin ters yada doğru orantılı sinyal üretmesi istenir, bu durum tümüyle tasarıma (design) bağlıdır. Örneğin, vana üzerinde hiç bir kumanda sinyali yokken açık mı olmalı ya da kapalı mı olmalı? Bu, tasarımcının sistemin tamamını göz önüne alarak seçmek zorunda olacağı bir konumdur. Vana ya açık ya kapalı konumda olacaktır. Başka seçenek yoktur. tasarımcı şunu göz önüne alır. FIC arızalandığı ya da elektrikler kesildiği an, vana hangi konumda kalmalıdır? Tam açık kalırsa ne olur, tam kapalı kalırsa ne olur? Elektriklerin kesilmesi, hat üzerinde bulunan tüm aygıtları durma noktasına getirecektir. Öyle ise, vana da kapalı kalsın denebilir ve tasarımcı, normal halde ka-palı vana (NC: Normally Close) vana seçebilir. Vana normal halde kapalı ise, kumanda sinyali ile açılacaktır. Böyle bir vana, artan akışla doğru orantılı olarak üretilen sinyal ile çalışacaktır.

Çalışma noktasına göre sinyal düzeyi, akış miktarı şöyle olacaktır:

Elektronik Pnömatik Vana sinyal sinyal konumu (FT) (FIC) (FY) Açıklamalar ––––––––– –––––––– –––––––—— ––––––––––– 4 mA 3 psi kapalı talep yok

8 mA 6 psi % 25 açık % 25 talep




FIC nin çalışma noktası en yüksek gaz tüketimine göre seçileceğinden, müşterinin gaz talebi arttıkça, boru hattından besleme yapılacak, talep azaldığında vana kapanmaya yönelecektir. FIC nin ürettiği elektronik sinyal P/I çevirici ile pnömatik sinyale çevrilebilir ve


197

diyaframlı kontrol vanalar çalıştırılabilir. Çizilen sistemde FIC nin içinde veya ona ek olarak mA ⇒ basınç çevirici olduğu varsayılmıştır.

Değişken basınç, akış koşullarında, gaz tüketimi ve stoklamayı otomatik olarak yapacak sistem, kitabın yazarı tarafından bir örnek olarak tasarlanmıştır. Başka tür seçeneklerin olması mümkündür.

Sistemin tam otomatik çalışması için, stoklamaya alınan gazın, artan talebi karşılamak için tüketim hattına otomatik olarak akış yapması sağlanabilir. Böylece sistem tüketim hattı ile stoklama arasında kapalı bir devre haline gelecektir.

8.3 Eski Gaz üretim Kuyularının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması

Uzun süreli talep artışlarını karşılamak için daha büyük hacimde gaz stoklamak gereklidir. Gaz dağıtım şirketleri doğal gaz satan yabancı ülke şirketleri ile “yılda şu kadar gaz satın alacağım” şeklinde bir anlaşma yaptıkları için, en azından anlaşmada yer alan miktardaki gazı satın almak durumundadırlar. Seçilen gaz miktarı öngörülen talepleri karşılayacak kadar olmalıdır. Böyle bir anlaşma ile gaz satın alan bir şirket, yaz ve kış, müşterilerine istedikleri kadar gazı verebilmek için dağıtım ve stoklamayı sıkıntı yaratmayacak şekilde yapmalıdır. Ayrıca gaz tüketimi, aydan aya yıldan yıla artabilir. Kış aylarında talep fazlalığından gaz yetersizliği, yaz aylarında da talep azlığından dolayı gaz fazlalığı olacaktır. Aylarca sürecek böylesine bir talebi yazdan depolanan gazla karşılamanın yolları bulunmalıdır.

Gaz tüketimindeki dalgalanmalar sadece yaz ve kış aylarında görülmez. Günlük, haftalık, aylık olarak da değişir. Gaz tüketimindeki dalgalanmaların nedenleri ve zaman dilimleri şöyle özetlenebilir.

Günlük Dalgalanmalar Haftalık Dalgalanmalar Yıllık Dalgalanmalar

Vakit Konutlar İşyerleri Vakit Konutlar İşyerleri Mevsim Genel Talep

Gece Düşük Minimum Hafta içi Orta Yüksek Kış Yüksek

Sabah Yüksek Yüksek Hafta sonu Yüksek Düşük Yaz Orta

Akşam Yüksek Orta Baharlar Orta

Öğle Orta Orta

Yeraltına, gaz stoklamada en büyük sorun, gazın enjekte edilebilecek yapıyı bulmaktır. Bu yapı, kullanım bölgelerine yakın olmalıdır; aksi halde, boru hattı maliyetleri ile ekonomik olmaktan çıkar.

Doğal gaz, gözenekli ve geçirgen yapıya sahip doğal kayaçlara, kum rezervuarlarına enjekte edilebilir. Bu yapılar tükenmiş petrol ve gaz rezervuarları olabilir. Rezervuar suyu içeren kayaçlar (aküfer)a da gaz stoklamak olasıdır.


198

Birçok gaz rezervuarları genellikle dört sıradan oluşurlar. a) Kalıntı gaz (Kurtarılamayan gaz) b) Enjekte edilen yatak gazı c) Devirli gaz d) Kullanılmayan gaz "Kalıntı gaz" olarak ifade edilen gaz, gaz üretim sahalarında, rezervuarda kalan

üretilemeyen "rezervuar terk gazı" dır. Terk gazına sahip bir stoklama rezervuarına sahip olmak oldukça yararlıdır. Çünkü az bir yatak veya taban gazı ile rezervuarı doyurmak yeterli olabilir. Terk gazı ya olur, ya olmaz, fakat varolması stoklama işini kolaylaştırır.

"Devirli gaz", rezervuarda belli bir hacimde her zaman üretime hazır olan gazdır. Bu gazı üretebilmek için rezervuarın en azından bir "P" basıncına sahip olması gerekir. Bu basınç, "terk gazı, "yatak gazı" ve "kullanılmayan gaz" ile sağlanacaktır.


199

Yatak veya taban gazı rezervuarı P basıncına kadar çıkaran gazdır. Kalıntı gaz yoksa, yani

tamamen gaz içermeyen bir kapan varsa, bu kapan kayacına belirli miktarda gaz dışardan kompresörle basılır. D derinliğinde, h yüksekliğinde, r yarıçapındaki rezervuar P basıncına ulaşıncaya kadar gaz ile şişirilir. Bu gaz daha sonra basılacak gaz için doğal basınç olacaktır.

Kullanılmayan gaz, yedekte kalan gazdır, fakat aşırı tüketimde bu gaz da çekilmiş olabilir.

Devirli gaz, rezervuara enjekte edilen ve zamanı gelince geri üretilen gazdır. Bu gaz, yaz aylarında, rezervuara basılır ve kış aylarında, geri üretilir. Böylece, gaz dağıtım sisteminde denge tutturulmuş olur. Basma işi, kompresörle gerçekleştirilerek, P basıncındaki rezervuar P' basıncına ulaşıncaya kadar gazla doyurulur. Kuyu, kışın üretime çevrilir, basma hattı kapatılır, kuyudan alınan gaz P' basıncından P basıncına düşünceye kadar boru hattını beslemeye devam eder.


200

Şekil 8.3 C) Gaz stoklama rezervuarı ve üretim/enjeksiyon kuyusu

Gaz stoklanmasında kullanılabilecek yapılar şöyledir:

• Tükenen petrol ve gaz kayaçları

• Su içerikli kayaçlar (Aquifer)

• Maden mağaraları

• Erimiş tuz mağaraları

• Kömür madeni mağaraları

• Atom bombasıyla açılan mağaralar

Yukarıda sayılanların içinde en uygun olanları doğal olarak zaten var olan petrol ve gaz rezervuarlarıdır. Ekonomik olmaktan çıkmış veya azalmış petrol ve gaz rezervuarları hazır halde gaz depo yerleridir. Türkiye'de eğer gaz depolama olayı gündeme gelirse, Trakya’da


201

Hamiabad doğal gaz sahası bu amaçla kullanılabilir. Çünkü, ana boru hattı, Trakya'dan geçerek Anadolu’ya ulaşmaktadır.

Gaz stoklamaya uygun bir yapı:

• Artan gaz tüketimini destekleyecek yeterlikte hacme sahip olmalıdır.

• Stoklama kayacı, gözenekli, geçirgen olmalıdır.

• Gazın, göz etmesini, kaçmasını, basınç kaybına uğramasını önlemelidir; öyle ki, hazne olan kayacın üstü geçirimsiz kubbemsi bir yapı, kapan kayacı (Cap rock) ile korunmalıdır.

• Yatay sığ bir katman yerine, düşey yönde kalın bir katman olursa daha çok gazın depolanmasına olanak verir.

• Jeolojik kapan şeklinde olmalı ve gazın yanlardan yatay yönde kaçmasına izin vermemelidir.

• Taban suyuna sahip olmamalıdır, eğer bu kaçınılmazsa, su rezervuarda kontrol altında tutulabilmelidir.

• Sıvı halde hidrokarbonları içermemelidir.

Bazı durumlarda, rezervuardaki su, stok edilen gazın üretiminde işe yarayabilir. Taban suyu, gazın kaçmasını önleyeceği gibi, gaz geri üretime alınırken, alttan öteleme hareketi yapar ve rezervuar basıncının düşmesini önler.

Bir çok gaz sahası, gaz stoklama amacına, çok büyük hacimleri nedeniyle uygun değildirler. Çünkü böyle rezervuarları P basıncı kazandırabilmek için tahminlerin ötesinde "taban gazı basmak gerekir. Bu nedenle, her gaz rezervuarı, doğal gaz stoklamasında kullanılamaz.

T = Rezervuar sıcakılğı, °R

Ts = Yerel standart sıcaklık, 520°R (=60°F = 15,5C°)

Z = Ideal gazdan sapma faktörü

GIP in değerini, Nm3 olarak hesaplamak istenirse:

( )

φ=

TZ

B

A

s

sw

3

21

21

2

P

PT S-1 AhGIP

Nm : GIP

K : T , T

bar : P , P

m :

m :

olur.


202

GIP, rezervuarda bulunabilecek toplam gazı ifade etmektedir. Bununla birlikte, geliştirilmiş stoklama projelerinde, bu gazın ancak % 50 si, tepe gereksinimlerini karşılar. Geriye kalan % 50 yatak (taban) gazı olarak yerinde kalır. Taban gazı, normal devirli gaz basma–çekme aşamasında üretilmez ama, rezervuarın heterojen yapısına bağlı olarak, terk etme sırasında % 20 den % 75 e kadar kısmı alınabilir.

Gaz stok rezervuarlarının tasarım basınçları 0,097 bar/m (0,43 psi/ft) den 0,1176 bar/m (0,52 psi/ft) arasında bir basınç gradiyentini karşılamalıdır. 0,52 psi/ft'e çıkması, tuzlu su

yoğunluğunun 1,0 den 1,2 g/cm3 değişmesidir. 1000 m derinlikteki bir stok rezervuar için tasarım basıncı:

psi 1705,6bar 117,6 m m

bar ==1000x1176,0 olabilir.

Stoklamaya uygun gaz rezervuarlarının olmadığı yerlerde, başka tip stok rezervuarları gündeme gelir. Terk durumuna gelmiş petrol rezervuarları, gaz stoklamaya uygun olabilirler. Stoklanacak gazın hacmi dikkate alınarak rezervuar kapanı seçilir. Doğal gaz basılarak bir yandan üretim yapılır, böylece, üretilemeyecek durumdaki petrol, basılan gazın ötelemesiyle kazanılır. Gaz basımına ve geri üretimine devam edilerek, gözeneklerden petrol süpürülür. Bu yöntemle, hem gaz depolanır hem de üretilemeyen petrol çıkarılır. Fakat bu tür rezervuarların kullanılışı, yer üstünde gaz–petrol ayırma sistemlerinin kurulmasını gerektirir.

Yeraltı stoklama tekniği, özellikle gaz ve petrol üretim sahalarında, artık tükenmeye yüz tutmuş terk edilmiş veya edilecek rezervuara gaz basılmayla başlanır. Kayaç gözenekleri doğal gaz ile doldurulurken, pompa, yoluyla üretilemeyen petrol de emilir. Böylece, önce taban gazı sağlanır ve petrol rezervuarı doğal gaz deposuna çevrilmiş olur. Artık üretim yapmayan eski gaz rezervuarları da en iyi doğal gaz depoları olabilirler.

Yeraltı stoklamasının bazı ölçütleri:

Doğal gaz rezervuarlarında kullanılan her türlü kavram, yöntem, öngörüler ve uygulamalar, stoklama amacıyla kullanılacak rezervuar için de geçerlidir.

İrdelenecek veriler şöyle sıralanabilir:

• Stok kapasitesi

• Tasarım basıncı

• Basma ve çekme süresince basınç–hacim ilişkisi.

• Normal koşullarda akış debisi

• En düşük ve en yüksek (peak) debi

Bu verilerin irdelenmesi, stok yeri olarak seçilen rezervuarın amaca uygunluğuna bağlıdır. P basıncında taban gazı daima rezervuarda kalacaktır. Taban gazının üstündeki gaz

üretilecektir.


203

Su ve petrol rezervuarlarının gaz stok rezervuarı olarak kullanılması işlemi daha karmaşıktır.

Herhangi bir gaz rezervuarında bulunan gaz verilen şu formülle hesaplanır:

Burada:

GIP = PsTs de yerinde gaz miktarı, Std ft3 (Standart koşullar, PsTs)

A = Rezervuarın alanı, acre (1 acre = 43500 ft2) = 4046,9 m2) h = Ortalama rezervuar kalınlığı (yüksekliği) ft (1m = 3,28 ft)

==φ=φ V

V

V iğigözeneklil kayaç Ortalama

g%

Vg = Gözenek hacmi

V= Kayaç hacmi

Sw = Gözeneklerdeki ortalama su yüzdesi

P = Rezervuar basıncı, psia Ps = Yerel standart basınç, deniz yüzeyinde, 14,7 psia

Yerüstü sistemleri: – Kuyubaşı ısıtıcılı–separasyon düzeneği – Sıvı toplama tankları ve pompaları – Separatörler Gaz basımı–petrolle birlikte geri üretimi devam ettikçe, süpürme olgusunun etkisiyle,

giderek daha temiz gaz alınmaya başlanır. Ayrıca, rezervuarın, gaz kapasitesi de artar, çünkü, petrolün çıktığı gözenekler gaz ile dolmaya başlar.

9.4 Su Rezervuarlarının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması

Terke hazır petrol ve gaz rezervuarlarının olmadığı ya da gaz kullanım yerlerinden çok uzaklarda yer almaları dolayısı ile ekonomik yönden uygun bulunmadıkları durumlarda yeraltı su içerikli kayaçlara başvurulur. Böyle yapıların, üstten ve alttan basılacak gazı kaçırıp kaçırmayacakları test edilir. Açılacak inceleme kuyuları ile yapının jeolojik özellikleri belirlenir. Haznenin gözenekliliği, geçirgenilği, hacimsel kapasitesi, kapan kayaçlarının


204

geçirimsizlik durumları elde edilir. Yapının özellikle kubbemsi (dome) olması ve aküfer (su kayacı)in her yandan geçirimsiz katmanlarla sınırlanması istenir.

Su rezervuarı (Aküfer) nın saptanmasında, jeo–fizikçiler, yeryüzü bulgularından, maden yapı haritalarından, su kuyularının verilerinden, gaz–petrol araştırma kuyu verilerinden ve jeofizik verilerden yararlanırlar.

Bir kapanın varlığı saptandığında, dikkatler; kubbeyi örten örtü kayacına yönelir ve gazı kaçırmayacak kadar geçirimsiz olup olmadığının belirlenmesi amacıyla testler yapılır. Kazılan inceleme kuyusundan alınacak kayaç örnekleri Laboratuarda gaz geçirimsizliği bakımından testlere tabi tutulur. Örtü kayacı geçirimsiz ve hazne kayacı hem gözenekli hem geçirimli bulunursa, böyle bir yapı doğal gaz stoklamaya elverişli görülebilir. Ayrıca, inceleme kuyusunun açılması sırasında, örtü kayacının üstünden ve altından alınacak su örnekleri benzerlik göstermezse, örtü kayacının sızdırmaz olduğu varsayılabilir. Bununla birlikte, kayaç örnekleri Laboratuarda gaz ile test edilmelidirler.

Örtü kayacının su çekimi veya gaz enjeksiyonu ile test edilmeleri rezervuarın gerçek yapısı hakkında bilgi verecektir. Böyle bir testte, üç kuyu açılır.

a) Örtü kayacının üstündeki formasyona inen kuyu b) Su testinde 1 adet su çekme 1 adet gözlem kuyusu olmak üzere 2 adet kuyu, gaz

testinde 1 adet enjeksiyon kuyusu, 1 adet gözlem kuyusu olmak üzere 2 adet kuyu su–rezervuarı (aqifer)na kazılır.


205

Şekil 8.4–Örtü kayacın geçirimsizliğinin belirlenmesi amacıyla yapılan su testi.

Su testinde, su, hazneden dışarı çekilir. Bu iş yapılırken diğer kuyularda su seviyesi gözlenir. Örtü kayacının üstündeki formasyona inen kuyu içindeki su seviyesinde değişme olmaması, örtü kayacının geçirimsizliğini gösterir. Yalnız, bu testte dikkat edilecek husus, ΔZ nin oldukça ince tabaka olarak bırakılmasıdır. Kuyular yan yana olacak ve DZ oldukça sığ tutulacaktır.

Gaz enjeksiyonu yolu ile örtü kayacı şöyle test edilir.

Su–hazne kayacına açılan kuyudan gaz basılır, biri örtü kayacının üzerine, diğeri hazne kayacına iner.

İki kuyudaki su seviyeleri gözlenir. Eğer, geçirimsizlik varsa, örtü kayacının üstündeki kuyu su seviyesinde değişme olmayacaktır. Kuyuların derinlikleri 500 m. den 1700 m. lere kadar olabilmektedir.


206

Şekil 8.5–Gaz enjeksiyonu yolu ile örtü kayacının geçirimsizlik testi

Gaz enjeksiyonu aşamalı olarak başlatılır. Su haznesi kayacı (aquifer) nın orijinal basıncı üzerine 7–13 bar lık gaz basılır, bu sırada, örtü kayacının üstündeki formasyona kazılan kuyu içindeki su seviyesi gözlenir, eğer gaz kaçağı yoksa bu seviyede değişme olmaz. Su haznesine inen diğer gözlem kuyusunda, seviye yükselmesi gözlenmelidir, ayrıca bu kuyudan basınç bilgisi de elde edilebilir. Gaz basma testinde, basınç gradiyenti 0,147 bar/m den az tutulmalıdır. Daha doğrusu, 0,1243 bar/m yi aşmamalıdır.

Su haznesi kayaçların doğal gaz stoklamasında kullanılması durumunda, bu hazneye basılacak gaz, önce serbest suyu sonra gözeneklerdeki suyu öteleyerek kendine yer açacaktır. Gazın dağılımı, homojen bir kayaçta, iç içe geçen küreler şeklinde tasarlanabilir. Iç küre, tamamen doğal gazdan oluşurken, bu küreyi çevirin ikinci küre, su ve gazı birlikte içeren iki fazlı bir yapı özelliğini gösterir. En dış küre ise, ötelenmiş yoğun su tabakası durumunda olacaktır.

Su haznesi kayaçların doğal gaz stok haznesi olarak kullanılması durumunda:

• Gaz enjeksiyon kuyusu veya kuyuları


207

• Gaz enjeksiyon kompresörü veya kompresörleri

• Gözlem kuyusu veya kuyuları.

Gazın geri üretiminde, gazla birlikte gelebilecek serbest suyun veya su buharının ayrılması için üretim separatörü... ve benzeri yapıların bulunması gereklidir. Doğal gazın içinde varolabilecek su buharı gazın ısıl değerini düşürür, çünkü, gaz yakılırken bir miktar ısı, suyun buharlaşıp uçması için harcanır. Bu nedenle, geri üretilen gazın oldukça "kuru" olması için, sisteme bir su–emici glikol kulesi eklenebilir. Glikol, su zerreciklerini bünyesine alan etilen türevi bir bileşiktir. TEG (Triethylene Glycol) kısaltmasıyla gösterilir.

8.5 Tuz Mağaralarının Doğal Gaz Deposu Olarak Kullanılması

I. Dünya Savaşı sırasında, Almanya'da, ilk defa, bir tuz kayacında eritme yöntemiyle açılan mağara, hidrokarbon deposu olarak kullanılmıştır. O zamandan beri, tuz kayaçlarının eritilmesiyle açılan mağaraların, Kanada, ABD ve Danimarka gibi ülkelerde depo olarak kullanılması gerçekleştirilmiştir.

Tuz mağaralarına sıvı hidrokarbonları (Etilen, propan) depolamak pratik bir yöntem haline gelmiştir. Bir tuz mağarasının açılması, kontrollü olarak, içme suyunun, tuz kayacına basılması ve eritilen tuzun ikinci bir kuyu ile yeryüzüne çıkarılması ile gerçekleştirilir.

Yeraltı tuz mağaralarına doğal gaz depolama tekniğine Danimarka örneğini verelim. Konuya girmeden önce, bu ülkede doğal gaz üretim ve tüketim durumlarına kısaca değinelim.

Danimarka'da doğal gaz, diğer Avrupa ülkelerine göre henüz yeni bir enerji kaynağıdır. 1979 yılında, Danimarka Parlamentosu, doğal gazın kullanımıyla ilgili kararı alır. Danimarka gaz sahalarından 1984 den itibaren üretim yapılmaya başlanır.

1979 da, Dansk Naturgas ve Danish Underground Consortium arasında, A,P. Moller, Shell

ve Texaco'nun ortaklıkları da sağlanarak 25 yıl süreli 2,2 milyar m3 debiyle, toplam 55 milyar

m3 (1,9 Tft3) doğal gaz için anlaşma yapılır.

Danimarka gaz iletim sistemi şunlardan oluşuyor:

– Kuzey denizinde, Duc–Tyra denilen yerden, batı sahilinde Nybro'daki gaz işleme tesislerine kadar 137 mil'lik boru hattı.

– Nybro'daki gaz işletmeleri.

– Doğudan batıya, kuzeyden güneye, Danimarka'yı saran ölçme ve ayar istasyonlarını içeren taşıma hatları

– Boyutları 30 in – 220 km olan ve 40 bar'a kadar basınçlandırılabilecek boru hattının doğal gaz deposu olarak kullanılması.

Bu hattın depo olarak kullanım kapasitesi, yaklaşık 7 milyar m3/yıl dır.


208

Nybro'daki gaz işletmesi, basınç düşürme ve ölçüm istasyonları ile H2S, su ayırma

ünitelerini, H2S yakma bacasını içermektedir. Gaz arıtma ünitesinin kapasitesi, 10,9 milyon

m3/gün dolayındadır. Hidrojen sülfürsüz gaz kapasitesi 12 milyon m3/gün dür.

600 km'lik kara boru hattı (deniz boru hatları da var) Maksimum 80 bar lık tasarım basıncına sahiptir. Doğuda, Danimarka gaz iletim hat sistemi, İsveç sistemine, güneyde Alman Sistemine bağlanır. İletim hatları boyunca 36 adet ölçme ve kontrol istasyonu yer alır. Bu istasyonlarda, basınç 80 bar'dan 40 veya 19 bar'a düşürülür ve kokulandırma yapılır. Gaz, bölgesel dağıtım şirketlerine teslim edilmeden önce ölçülür.

Konunun başında da belirtildiği gibi, Danimarka, gaz stoklama yerleri, Jutland'ın kuzeyinde bulunan tuz mağaralarıdır. Buralarda, 6–7 adet tuz mağarası, gaz deposu olarak hizmet vermektedir. Ayrıca, Kopenhak'ın batısında, Stenlille'de, su haznesi kayaçları (aquifer) da gaz depolamaya hazır yerlerdir.

DUC (Danish Underground Consortium) nin ileriye yönelik planı, 2,5 milyor m3/yıl gaz debisinin iletim hatlarıdır.

Bununla birlikte, Danimarka'da, beklenen gaz talebinin 3,5 milyar m3/yıl olacağıdır.

Danimarka sistemi, Kuzey Denizinde, Duc’n elindeki, gaz kaynakları ile Batı Alanya'ya bağlantılı acil durum kaynaklarına sahiptir. Bu nedenle, müşterinin herhangi bir zamandaki artan talebini karşılamak için depolama sistemlerine gerek duyulmuştur.

Danimarka gaz pazarında, konutsal kullanım için, 900 milyon m3/yıl, bölgesel ısıtmalar

için 600 milyon m3/yıl ve endüstri için 800 milyon m3/yıl dır. Pazarın en büyük payı kış aylarında tepe değerine varan, ısınma amaçlı gaz miktarına ayrılır. Gaz kullanımında, yaz ve kış aylarında ortaya çıkan vadi ve tepeleri düzlemek için, dağıtıcı şirketlerle bazı tüketiciler arasında, talebin çok arttığı zamanlarda, başka enerji kaynaklarının kullanılması konusunda anlaşma yapılmış, böylece, gaz arzında düzgünlük sağlanmaya çalışılmıştır. Tabi, sadece bu şekilde yapılan bir tepe düzlemesi (peakshaving) yeterli olmamıştır. İte, bu nedenle, tuz mağaralarına kış aylarında gaz depo edilmesi yaz aylarında o gazın geri üretilerek kullanılması gündeme gelmiştir.

Kuzey Jutland'da L1.Torup denilen yerde bir tuz mağarası açılması için, Birch ve Krogboe adlı firma ile anlaşma yapılmıştır. 1979 yılında işe başlanmış, 1990 yılına kadar, 1200 m den

1500 m. derinliklerde açılan 6 tuz mağarasının toplam hacimsel kapasiteleri 600 milyon m3

olmuştur, bu miktarın ancak 300 x 106m3 ü geri üretilir gaz olacaktır. Diğer kısmı taban gazı veya rezervuar enerji gazı olarak hizmet edecektir.

Tuz mağarasının gaz basıncı derinliğe bağlı olarak 160 bar ile 180 bar arasında olmaktadır.

Tesiste enjeksiyon ve geri üretim için, birer adedi yedek birer adedi çalışır durumda olmak üzere iki çift kompresör yer almaktadır.


209

Gaz geri üretim tesislerinde, gazın su içeriğinden arındırılması (Dehydration → TEG sistemi) başka sözle kurutulması, ölçülmesi ve basıncının düşürülmesi gibi işlemler yer alır.

Danimarka'daki tuz mağaralarının açılmasında Limfjord, Hyarbeceh Fjord denilen yerden sağlanan su ile yapılmıştır. Su, kuyudan, yeraltı tuz kayacını eritmek amacıyla pompalanmış ve sonra eriyen tuzla birlikte geri çekilmiştir. Bu yöntemle, bir tuz mağarasının açılması için iki yıl gibi uzun bir süre harcanmıştır. L1–Torup denilen sahadaki tuz kayacı formasyonu kubbemsi (dome) bir yapıya sahiptir. Stok kapasite, açılabilecek ek mağaralarla, 1 milyar

m3(35.3 milyar ft3) kapasiteye olabilecektir.

Tuz mağaraları dışında, Danimarka'da, su–hazne kayaçlarının da, Stenlille denilen yerde, gaz deposu olarak kullanılmaya müsait oldukları belirtilmişti. Stenlille denilen yer, Kopenhak'ın 60 km. batısında bulunmaktadır. Burada, yaklaşık 1500 m. derinlikte, 300 m. kalınlığında, üzeri geçirimsiz kil tabakasıyla örtülmüş, gözenekli geçirgen su haznesi kayacı (aquifer) başka ifadeyle su rezervuarı yer almaktadır. Bu sahada, sismik araştırmalar yapılmış ve 6 araştırma kuyusu açılmış, pompaj testleri ile örtü kayacının geçirimsizliği test edilmiştir. Donsk Naturgas şirketi, Stenlille'deki su rezervuarından, geri üretilir gaz

miktarının 2 milyar m3 olabileceğini öngörmektedir.

1987–88 ve 1988–89 in kışlarında, ocak ortalarına kadar, ılık geçen Danimarka'da, günlük gaz ihtiyacı doğrudan Kuzey Denizi'nden sağlanmıştı. Bununla birlikte, sert kış mevsimlerinde devreye alınması zorunlu görülen, tuz mağarasındaki gaz depoları işletmeye açılmış ve böylece bir üretim denemesi gerçekleştirilmiş, Kuzey Denizi'nden yapılan üretim kısılmış, önceki soğuk yılların sıcaklık verileri ile gaz talepleri dikkate alınmış.

Birçok test yapılmış ve depo, Kuzey Denizi'ndeki platformlar ve gaz arıtma tesislerindeki montajlar sırasında, tekrar gaz enjeksiyonu ile doyurulmuştur. Testler sonucunda, Kuzey Denizi'ndeki tesislerin veya gaz arıtma tesislerinin arızalanarak devre dışı kalmaları halinde, Danimarka'nın doğal gaz talebinin, depo edilen gazın geri üretimiyle karşılanabileceği anlaşılmıştır.


210

Şekil 8.6- 1990 larda tamamalanan L1. Troup’daki 6 adet tuz mağarasının gaz depolama kapasitesi

600 x 106 m3 olduğu hesaplanmıştır.


211

Şekil 8.7– Yer altında kubbeleşen tuz birikintilerinin eritilerek tuz mağaralarının oluşturulması veya bu yolla doğal olarak oluşan mağaraların gaz deposu olarak kullanılması

Tuz mağarasının 2 yıl boyunca açılması başka ifadeyle eritilmiş tuzun yeryüzüne çıkarılması sırasında, ortalama 5°C lık yıkama suyu kullanılmasıyla, normalde 50°C olan mağaranın sıcaklığı 18°C'ye düşürülmüştür. Bu sıcaklığın, 10 yıl içinde tekrar 50°C dolayına çıkaracağı tahmin edilmektedir.

18°C lık eriyik tuz mağaranın tabanında bırakılmıştır. Mağara hazır hale geldikten sonra, kuru doğal gaz enjekte edilmiş ve tabi suyu kendi üzerine olan gazın tuz sıcaklığına kadar soğumuş olacağı açıktır.

Geri üretimde, soğutulmuş doğal gaz içerisindeki nemle birlikte, boru hattında hidratların oluşmasına yol açabilecektir.

1988–89 kış süresince, geri üretilebilen gaz maksimum 7 milyar m3/gün den 8 milyor

m3/gün (250 MM ft3/gün den 282 MMft3/gün) debiyle, gaz deposunun kısa süre besleme yapabileceği fakat daha az üretim debileriyle daha uzun süre gaz verebileceği belirlenmiştir. Mağara tabanında daha soğuk eriyik tuz ile basılan gazın dokunumunu önlemek için “opanol” gibi kimyasal maddeler enjekte edilir, böylece, geri üretilecek gazın borularda hidrat oluşturması önlenmek istenmektedir. Diğer bir yöntem de, üretim arazisinin dibine ve çevresine glikol veya metanol basmak olmuştur. Bu çalışmalar, gaz deposundan çekilen gazın, boru hatlarında hidrat yaparak, boru hattı arızalarına ve işletme problemlerine yol açmasını önlemektir.

Tuz mağaralarından doğal gaz üretimi sıvı hidrokarbon üretiminden farklıdır. LPG (Liquified Petroleum Gas) tuz depolarında, geri üretim, tabana tuzlu su basılarak ve LPG ı ötelenerek yapılır. Depo tabanından su ile yukarı doğru ötelenen LPG, kubbemsi yapının üst noktasına delinen kuyu yoluyla geri üretilir. Doğal gaz tuz mağaralarında, gaz geri üretimi, taban gazı ile sağlanır.

Doğal gaz geri üretiminde, boru hattında hidratlaşmayı önlemek ve kuru bir gaz elde etmek için, yüksek ve düşük basınç separatörlerinde kademeli olarak serbest su alınmalıdır. Su buharını mümkün olan en düşük düzeye indirmek için gaz glikol kulesinden geçirilmelidir.

8.6 Sıvılaştırılmış Doğal Gazın Depolanması

Doğal gazın sıvılaştırılması prosesinde tasarımcıyı en fazla düşündüren konulardan biri, elde edilen LNG nin nerede ve nasıl depolanacağıdır. Çünkü, bu iş büyük yatırım ister, hatta, sıvılaştırma prosesi yatırımından bile fazla olan bir yatırım. LNG stok tesislerinde aranan birinci özellik "güvenlik"tir. LNG depolama tesisi tasarımında ele alınacak konuların sırası şöyledir.

– Güvenlik


212

– Yatırım maliyeti

– Öngörülen bakım giderleri

– LNG'ye çevreden olabilecek ısı transferi

Yukarıdaki maddeler bir bir incelendikten sonra hangi tip stoklama tesisinin daha ekonomik olacağı yargısına varılır.

Depolama Olanakları:

1. Dondurulmuş Yeraltı Havuzları :

Dondurulmuş yeraltı havuzları veya oyukları LNG depolamasında kullanılmaktadır. Yapıları şöyledir: Önce bir veya birkaç boru iç içe geçmiş olarak, açılacak havuzun iki yanına dikey yönde indirilir. Sonra, bu borulardan dondurucu madde geçirilir. Boru veya borular ile çevre toprağı 3m ile 12m arasında yatay yönde doldurulmuş olur. Çevresi doldurulmuş olan yer, havuz şeklinde açılır. Toprak donmuş olacağı için, çukur veya havuz açılırken, yıkılma olmaz, yanlardan açılan çukura su gelmez. Bu açılan çukur bir yer altı tankı gibi görev yapar.

Şekil 8.7–Dondurulmuş yeraltı havuzu

Yeraltı havuzuna LNG ilk defa bırakılırken, "buharlaşma" nedeniyle havuz içi soğutulur. Çatı derhal kararlı bir sıcaklığa ulaşır, fakat çevre sıcaklığının kararlı hale gelmesi için yıllar gerekebilir. Çünkü donmuş yeraltı toprağının termal iletkenliği oldukça düşük olacaktır. Bu


213

da, LNG nin dondurulmuş bir kapta saklanmasına benzer bir şekilde, yıllarca yeraltı havuzunda sıvı kalmasını sağlayacaktır.

Dondurulmuş yeraltı LNG havuzlarının bulunduğu yerler:

– Carlstal (New Jersey)

– Arzew (Cezayir)

New Jersey yeraltı havuzu 50,3m çapında, 35,6m derinliğinde olup kapasitesi 69682,38

m3 LNG dir. Cezayir'de, Camel tarafından işletilen Arzew havuzu 37,2 m çapında, 35,06 m

derinilğinde olup kapasitesi 38160 m3 LNG dir.

2. Beton Tanklar

Beton tanklar, çok büyük hacimlerde LNG nin depolanması için yer üstüne veya yeraltına inşa edilmiş, kubbeli dairesel havuzlardır. LNG endüstrisinde gömülmüş LNG tankların kullanılması daha yaygındır.


214

Şekil 8.8–Yeraltı beton tankına örnek

Beton duvarlar, yatay ve düşey yönde dairesel konumda döşenmiş çelik tellerle desteklenmiştir. Duvarın tepesinde ve tabanında kayıcı bağlantılar, tankın termal genleşmesiyle ortaya çıkabilecek hareketine izin vermek içindir. Tepe bağlantı teflondur ve taban bağlantıda teflon ve çelik teldendir.

Tankın iç yüzeyi 30 cm, tavanı 30 cm kalınlığında, poliüretan maddeyle yalıtılmıştır. LNG ince bir film tabaka ile yalıtıcı maddeden ayrılır, onunla temas etmez. Tabandaki yalıtıcı maddenin yüzmemesi için bastırılmıştır ve ayrıca alüminyum çerçeve, tankın her iki tarafından yaylarla tutturulmuştur.

Sıvı fazdan uçarak buharlaşan gaz, kompresörlerle tekrar sıkıştırılarak yeniden sıvılaştırılır. Tank içinde normal operasyon basıncı 4 inch sudur ve sistem atmosferik koşullara göre diyaframlı vanalarla atmosferik koşullara göre dengede tutulur.

3. İki Kat Metal Duvarlı Tanklar

Yer üstüne kurulan bu tür tanklardan biri önceki konularda anlatılan beton duvarlı tanktır, diğeri ise, iç içe geçirilmiş iki tanktan oluşan ve iki duvarlı olarak bilinen tanktır. Metal tankların kurulacağı yerin seçiminde, zemin sertliği önem kazanır. Örneğin beton halkalı tankların zemine uygulayacakları basınç 0,9 ile 1,4 bar g arasında olabilir. En iyi zemine, bir metal tank halkasının yapabileceği basınç 1,9 bar'ı aşmamalıdır.


215

Bilindiği gibi LNG stoklama işinde, ısı yalıtımının önemi büyüktür. Öyle ki, sistemin başarısı, yalıtımın etkisine bağlıdır. Çift duvarlı LNG tanklarında kullanılan yalıtım maddelerinin kimyasal bakımdan ilgisiz (inert), inorganik (organik olmayan) yanmayan bir madde olmalıdır. İşte bu sayılan özelliklere sahip olan madde perlittir. Perlit içerisinde hapsedilmiş su bulunduran volkanik camsı kayaçlardır. 81,6°C ye kadar ısıtıldıklarında, ham perlit parçaları genleşerek beyazlaşırlar. Isıtılan camsı kayaçtaki su, gözeneklerden çıkarak buharlaşır. Geriye kalan bal arısı peteğine benzeyen süngersi yapı oldukça hafiftir ve termal yalıtım için ideal malzeme olur. Döşenmiş perlitin kalınlığı, sistemin içinden meydana gelecek ısı transferinin derecesini etkileyecektir. Tankın içine akacak ısı, LNG den ayrılacak buhar fazının miktarını belirleyecektir.

İki kat duvarlı metal tankın yapısal nitelikleri şöyledir: Tankın iç duvarı alüminyum ile % 9 nikel–çelikten, dış duvar düşük dereceli (karbon çelik) metalden yapılmıştır.

‹mal edilen tankın ısı yalıtımı LNG şeklindeki gaz –160C° de muhafaza edebilmelidir.

Örneğin San Diego Gas ve Kaliforniya'da Chula Vista'daki Electrik Co tesisindeki metal

tank 27825 m3 geometrik hacme sahiptir. ‹ç duvar % 9 nikel çelikten, dış duvar A 283–C karbon çeliktendir. ‹ki duvar arası 90 cm dir ve bu ara perlitle doldurulmuştur. ‹ç duvarın dış yüzeyi 15 cm. kalınlığında fiber cam elyaf ile kaplanmıştır. Metal duvarlar arasında, yalıtıcı maddenin boşluklarını dolduran kuru azot gazı yer almaktadır.


216

Şekil 8.9–İki kat metal duvarlı LNG tankı

Tank tabanı öyle tasarlanmıştır ki, tank yükü, tabanın her noktasına aynı oranda biner, böyle bir durumda iç kabuk yükten dolayı etkilenmektedir.

Tankın iç basıncı, vent sistemiyle 0,0344 bar g de dengede kalmaktadır.

Kaçak ısıdan dolayı, LNG gazından buharlaşma gazına geçme miktarı günlük % 0,078 veya daha az olmaktadır.

Tesisin tasarımında, deprem tehlikesine karşı 0,2 g lik bir emniyet payı kullanılmıştır. Yangına karşı söndürme suyuna ek olarak, sodyum bikarbonat sistemi de bulunmaktadır.

LNG stoklama tesislerinin maliyetleri ve ekonomik durumları karşılaştırılırlarsa, şunu söyleyebiliriz, hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın 200 000 varil ve daha az kapasiteli tesislerin birim hacim maliyetleri daha büyük hacimli tesislerin birim hacim maliyetlerinden yüksektir.

Duvarların dondurulmuş yeraltı havuzları genelde daha hesaplı olmaktadır. Fakat bununla birlikte, yer üstü, iki kat duvarlı metal tanklar da yaygın olarak kullanılmaktadır.

10.7 Sıvılaştırılmış doğalgazın Taşınması

Taşıma işi üç şekilde yapılır.


217

– Kara yolunda tankerlerle taşıma

– Boru hattı ile taşıma

– Deniz tankerleri ile taşıma

1– Kara yolu Taşımacılığı

Sıvılaştırılmış hidrojen, azot, oksijen gibi gazlar eskiden beri çeşitli vasıtalarla metal tüpler içinde kara yoluyla taşınmaktadır. doğal gaz kullanan bölgeler arasında, bir yerdeki sıvılaştırma tesisinde elde edilen sıvı doğal gaz, başka bir bölgeye nakledilerek orada yeniden gazlaştırıldıktan sonra dağıtım ağına verilir. doğal gaz kullanımında zaman zaman ortaya çıkan küçük boyuttaki dengesizlikler giderilebilir.

2– Boru Hatları ile LNG Taşımacılığı

Bu yöntem, genellikle deniz aşırı ülkelerden tankerlerle taşınan LNG nin kullanım bölgesine kadar sıvı halde nakliye ihtiyacından doğar.

Boru hattı yoluyla LNG taşımanın bazı iyi yanları şunlardır:

a) Yüksek yoğunluğa sahip olduğundan, göreli olarak sıkıştırılamaz akışkanlar sınıfına girer (su ... gibi) ve bu nedenle gaz fazında iken gerekli olan basma gücünden daha az güce gerek vardır. Aynı basınç düşümünde, LNG için gerekli olan güç, gaz fazında gerekli olanın 1Ğ10'u kadar olmaktadır.

b) Aynı miktardaki gazın taşınması için, daha küçük LNG boru hattı gerekir, çünkü, birim hacimde daha fazla gaz bulunmaktadır.

c) Boru hattı LNG stoku gibi hizmet edebilecektir.

d) Sıvı haldeki gaz, boru çevresindeki toprağı dondurduğu için, çökme ve yıkılmaları önleyebilir.

LNG nin boru hatları yoluyla taşınması özel tasarım, emniyet ve malzeme gerektirir. Boru malzemesi olarak pahalı alaşımlar kullanılır. Örneğin % 9 nikelli 6061–T6 alüminyum alaşım ve 304 paslanmaz çeliğin kullanılması yaygındır. Boru döşeme işinin en gerekli ve önemli olanı, ısı yalıtım malzemesinin doğru seçimi ve istenen fonksiyonu yerine getirecek şekilde boru çevresine sarılmasıdır.

Ayrıca boru hattının belli noktalarında, gaz fazına geçen bir miktar LNG nin tekrar sıvılaştırılması gerekebilir.

3– Deniz Tankerleri ile LNG Taşımacılığı

Tüketimin az, üretimin çok olduğu deniz aşırı ülkelerdeki doğal gaz, tüketimin bol olduğu sanayileşmiş ülkelere, deniz yoluyla LNG olarak taşınır. İlk LNG deniz tankeri 1958 ekiminde tamamlanmış ve ilk olarak 28 Ocak 1959'da 2200 ton sıvı metan gazını Meksika körfezinden alıp, Atlantik'te 5000 mil yol aldıktan sonra 20 Şubat 1939'da Londra yakınındaki Canvey İsland'a varmıştır.

LNG deni tankerlerinin tasarım ölçütleri şöyledir:


218

– LNG nin düşük sıcaklıkta olması, tank yapımında pahalı malzemenin özel alaşımların kullanılmasını zorunlu kılar. Membranlı tanklarda, paslanmaz çelik veya "invar" kullanılırken, diğer tanklarda alüminyum veya % 9 nikel çelik kullanılmaktadır. (İnvar: % 35 nikelli çeliğe verilen isim).

– Serbest tanklar, ısı değişimlerinden daha çok etkilenecekleri için, mekanik olarak çok iyi desteklenmeleri gerekir. Membranlı tank tasarımında, esneklik çok önemlidir.

– LNG kazanı, ısıl değişimlerin etkisiyle ortaya çıkabilecek genleşme ve büzülmelere karşı gelebilecek sağlamlıkta olmalıdır.

– Tankerler normal atmosferik basınçta, LNG yi –265°F ye kadar koruyabilmelidirler.

Deniz tankerleri ile LNG taşımacılığının yapıldığı ülkeler

1– Cezayir'de Arzew LNG gazı ilk defa 1963 de İngiltere'ye taşınmaya başlamıştır.

2– Alaska'dan Japonya'ya LNG taşınmasına kullanılan membran tipi tankların malzemesi invar (% 35 nikel çelik) dir.

Deniz tankerleri ile LNG taşıma işi, oldukça risklidir. O nedenle güvenlik konusu tank tasarımında birinci planda ele alınır. Sıcaklık değişimleri, sistemin genleşip–büzülmesine yol açar. Dış yapı karbon çeliktir genellikle ve bu malzeme, düşük sıcaklıklarda kırılgan olduğundan oldukça yetersizdir. İkinci sorun, aniden, okyanus sularına LNG nin dökülmesiyle LNG–su karışımının patlama tehlikesi yaratmasıdır. Patlama olayı, büyük sıcaklık farkından dolayı, su içine dökülen LNG nin kaynamaya başlaması, genleşmesi sonucunda ortaya çıkar.


219

IX. BÖLÜM

YAKITLAR VE KARŞILAŞTIRILMASI

9.1 Katı Yakıtlar

a) Odun

b) Kömür Çeşitleri

c) Maden kömürü

a) Odun

Tutuşma sıcaklığı 220°C–300°C olan odunun ısıl değeri , içindeki su miktarına bağlıdır. Çünkü su içerikli odunda, ısının bir kısmı, suyu buharlaştırmak için gitmektedir. Aşağıdaki formül herhangi bir odunun yaklaşık ısıl değerini vermekte kullanılabilir.

( ) ( )[ ]( )[ ]su%100

7/su%100HQ

+

−=

Q = Isıl değer

H = Kuru odunun yanma ısısı

Kuru odunun su yüzdesi sıfır olacağından Q = H olacaktır. Kuru odun ısıl değeri H = 8750 Btu/lb = 4867,5 kCal/kg, % 80 nem içeren odunun ısıl değeri H = 973,5 kcal/kg dır.

Odun yakıt olarak kullanıldığı gibi, mobilyacılıkta ve inşaatta kereste, kağıt endüstrisinde ham medde olarak kullanılır.

Tutuşma sıcaklığı 150–210°C olan odun kömürü de bir çeşit Katı yakıttır.

Tablo 9.1– Odunun nem içeriğine bağlı olarak ısı değerleri

% Nem Isı değeri (kcal/kg) ( ~ )Wn/Wo

——— ––––––––––––– –––––––— 0 4867 1,00

20 3894 1,25

50 2434 2.00

80 974 4.00

Wn : Odundaki suyun ağırlığı

Wo : Kuru (nemsiz) odunun ağırlığı


220

b) Kömür Çeşitleri

1. Meta Antrasit: Yüksek karbon miktarına sahiptir. Zor ve yavaş yanar. Yakıt olarak pek tutulmaz.

2. Antrasit: Parlak siyahidir, sert bir yapıya sahiptir. Tutuşturulması zordur; kısa, dumansız mavi alevle yanar, bu kömür türü ısınmada yaygın olarak kullanılır.

3. Düşük Dereceli Antrasit: antrasitten daha yumuşaktır ve daha kolay yanar. Mavi, kısa alevli vardır.

4. Bitumin türü kömürler: Uçucu oluşlarına göre, sınıflara ayrılırlar. Genelde ısınmada kullanılırlar. Uçuculuk arttıkça, içindeki nem, hidrojen, oksijen miktarları artar, kaliteleri, içerdikleri hidrojen, oksijen, nem miktarları oranında düşer.

5. Linyitler: Kahverengiden siyaha varan renklerde olurlar. % 35–%45 arasında nem içerirler. Bu nedenle ısıl değerleri düşüktür. Tutuşma sıcaklıkları 300–500 C° arasındadır.

Kömürden nemi atabilmek için, kömürün 104° ile 110°C ye kadar sıcaklığını artırmak gerekmektedir.

Bir Katı yakıtın net kalorifik değeri Dulong's formülü ile hesaplanmaktadır. Bulunan değere tümel (gross) kalorifik değerdir.

S 40508

O-H 62,028 C 14544lb/Btu +

+=

+

+= S 4050

8

O-H 62,028 C 1454456,0kg/kcal

Burada, C, H, O ve S karbon, hidrojen, oksijen, sülfürün ağırlık bakımından % delerini ifade

etmektedirler.

6. Kok : Kömür gibi karbon içerikli maddelerin distillasyonu ile elde edilen bir yakıttır. İçerisindeki uçucu maddeler alındığı için yüksek kalorifik değere sahiptir. Tutuşma sıcaklığı 600–750°C arasında yer alır.

Tablo 9.2 Kömür çeşitlerinden bazılarının kalorifik değerleri


221

Yaklaşık % Kalori değeri

Kömür çeşidi Nem Uçucu Sabit Kül cal/kg

Meta-antrasit

Antrasit

Bituminler

Linyit

13,2

4,3

2,6–25,1

36,8

2,6

5,1

10,6–30,4

27,8

65,3

81,0

79,3–37,3

29,5

18,9

9,6

7,5–6,8

5,9

5179

17165

7721–4761

3894

Örnek:

Linyit kömürünün ısıl değerini Btu/lb biriminde bulalım.

( ) ( )

+

−+=⇒

==

=

==

==

lb

Btu009,04050

8

451,0069,0028,620,40614544H

009,09,0%S

51,45%O

069,09,6%H

406,06,40%C

Btu/lb, J/kg, kcal/kg Birimleriyle Ifade Edilmesi :

kg/MMJ7,15H

kg

lb x

Btu

j 2329

lb

Btu 6724H

kg 0,453

lb x

Btu

j 1055 x

lb

Btu 6724H

=

=

=

kcal/kg 3742 lb

Btu 672456,0H =

=

9.2 Sıvı Yakıtlar

Bunlar gaz yağı, motorin, fuel–oil, benzin gibi hidrokarbon tabanlı Yakıtlardır. Hemen hepsi petrol ve türevlerinden oluşur. Petrol ürünlerinin basınçlı oksijen bombası içinde yakılması ile ısıl değerleri belirlenir. Yanmaz maddeleri içermeyen petrol tabanlı bir sıvı yakıtın, sabit hacim üst ısıl değer hesaplama formülü;


222

Qv = 22320 – 3780 (G)2

Burada:

Qv = Üst ısıl değer, Btu/lb (1 BtuĞlb = 0,55629 kcal/kg)

G = 60Ğ60'F da göreli yoğunluk )F60/F(60 GGrv.Sp oo

sρ

ρ==

Not: 60 oF yerine 15,5 oC de yazılabilir.

Sabit basınç alt ısıl değer hesaplama formülü

Qp = Qv – 90,8 H (Btu/lb),

H = 2,6 – 15 G

Tablo 9.3– API° derecesine göre petrol ürünleri (Yağları)nın ısıl değerleri

API° Yoğunluk Üst ısıl değer Alt ısıl değer

(60°F) kg/m3 Qv (kcal/kg) Qp (kcal/kg)

–––––—––––––——––––––––––––––––––––––——————————

10 1000 10313,6 9757,3

20 934 10580,6 9974,3

30 876 10803,1 10152,3

40 825 10986,7 10296,9

50 779 11136,9 10413,7

60 738 11270,4 10513,9

70 702 11381,7 10580,9

80 669 11476,3 10669,6

10 API° dereceli petrol ürünün ağırlığı suyunkine eşittir:

Suların göreli yoğunluğu › s

Gρ

ρ= Gazların göreli yoğunluğu › G =

h

Gρ

ρ=

Göreli (relative) yoğunluk hesaplanırken yoğunlukların aynı P ve T a olmaları gerekir, buna gazlarda özellikle dikkat etmek gerekir.

Ham petrolün ve ürünlerinin göreli yoğunlukları A°PI derecesinden hesaplanabilir.

5,131API

5,141G5,131

G

5,141API

o

o

+=⇒−=


223

API: American Petroleum Instutute

9.3 Gaz Yakıtlar

– Doğalgaz

– Hidrojen

– Asetilen

– Metan

– Propan

– Bütan

Doğal Gaz: Bu kitabın konusu olan doğal gaz, yerin binlerce metre derinliklerinden çıkarılan hafif hidrokarbonlarla az miktardaki başka gazlardan meydana gelen bir gaz karışımıdır. Ideal olan DOĞALGAZ, % 90'ların üstünde metan içeren, H2S, CO2 gibi gazlarla

ağır hidrokarbonları içermeyen bir gazdır. XXI. yüzyılda birçok enerji kaynağına alternatif olarak varlığını sürdürecek olan doğal gaz, külsüz, dumansız, zahmetsiz, temiz bir yakıttır.

Ülkemizde kullanılacak eski Sovyetler'den alınan doğal gazın:

a) Üst ısıl değeri: Q = 9335 kcal/m3

b) Ortalama ısıl değeri: Qort = 9000 kcal/m3

c) En az ısıl değeri: Qmin = 8800 kcal/m3

d) Alev sıcaklığı: T = 1900°C–2000°C

e) Metan içeriği: ~ % 92

f) Tutuşma sıcaklığı: 600°C – 750°C

10.4 Doğalgazın Hammadde Olarak Sanayide Kullanılması

Doğalgazın yakıt olarak kullanılması çok eskilere dayanmaktadır. Fakat, bununla birlikte, hava kirliliğinin azaltılması gibi nedenlerle büyük kentlerin ısıtılması, bazı endüstrilerde kömür ve fuel–oil yerine kullanılması olayı 1965–70'lerden sonraya rastlamaktadır. Özellikle 1975'lerde başlayan petrol krizi, Batılı Sanayi ülkelerini, petrole alternatif enerji kaynaklarını aramaya yöneltmiştir. O yıllardan bu yana gelişmiş ülkelerde, ısınmada, sıcak su, buhar elde edilmesinde ve enerji sağlanmasında kullanılan doğal gazın, 2000 li yılların gözde enerji kaynağı olacağı söylenebilir.

Doğal gazın sanayide hammadde olarak kullanıldığı yerler.

– Yapay lastik sanayi


224

– Amonyak, alkol ve üre üretimi

– Gübre sanayi

– Karbon siyahi eldesi

– Hidrojen gazının elde edilmesi

– Metanol üretimi

– Mürekkep sanayi

– Antifiriz

– Filim şeridi

– Yapıştırıcı sanayi

– Asetilen elde edilmesi

Yukarıda sıralanan ürünlerden bazılarının kimyasal denklemi şöyledir:

CH4 + O2 ? CO2 + 2H2 (ısı veren) ⇒Hidrojen elde edilişi

CH4 + H2O ?CO + 3H2 (ısı alan) ⇒ Hidrojen elde edilişi

3H2 + N2 ? 2NH3 (ısı veren) ⇒ Amonyak elde edilişi

2H2 + CO ? CH3OH ⇒ Metanol elde edilişi

Hidrojen, yakıt olarak kullanıldığı gibi, amonyak ve metanol üretiminde hammadde olmaktadır. Amonyak, amonyumlu gübrelerin temel hammaddesidir. Amon-yum fosfat ve amonyum sülfat amonyakla elde edilen gübrelerdir.

Asetilen gazı, metan gazından kraking yöntemiyle elde edilmektedir.

9.5 Doğalgazın Başka Kullanım Alanları

– Kurutma işlerinde baca gazlarından yararlanılabilir.

– Ağır sanayide, enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.

7. Isı pompalarının motorlarında kullanılabilmektedir.

Seramik Yapımında Doğalgaz

Seramik pişirme sektöründe fırınlama işlemini hızlandırmaktadır. Fırınlarda radyant ısıtıcılar kullanılır. Bunlar içinde gaz–hava karışımının yer aldığı yanma odası çelik veya seramik borulardan yapılır. Sıcaklıkları oldukça yüksektir. 1000°C'ye varan çelik–nikel tüp radyant ısıtıcılar, pişirmede, kurutmada, emaye kaplamada yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Fırınlarla kazanların arasındaki fark, ısı iletiminde su buharı ve havanın kullanılmasıdır. Fırınlarda, seramik radyant ısıtıcılar çelik tüplerden daha çok ısı yayarlar. Yalnız, radyant

(ışıma) yoluyla ısı yayan bu tüplerin uzun ömürlü olmaları için ısıl gücün 6343.55 Btu/ft2–h–

9515 Btu/ft2–h'i aşmaması gerekmektedir.


225

Tüp ısıtıcılarda, baca gazları, nerdeyse fırın sıcaklığına yakın olacağından baca gazlarından yararlanmak verimi % 80 lere çıkarabilir. Radyant ısıtıcıya gönderilen yakma havası, baca gazlarının çıktığı gömlek borudan çekilirse, ısınmış hava ile verim artışı sağlanır. Çünkü, yanma odasına veya ön Katışım borusuna verilen soğuk yanma havası, yanma odasının

sıcaklığını, düşürecektir. 1 m3 Doğalgazın 9,5 m3–12 m3 arasında yanma havası istediği düşünülürse, yanma odasına soğuk hava yerine sıcak hava göndermenin önemli ölçüde ısı tasarrufu sağlayacağı kabul edilebilir. Baca gazlarının yüksek hızla uçmasını önlemek için tüp içine türbülatör yerleştirilmektedir.

Seramik pişirme, endüstrisinde, jet brülörler kullanılarak pişirme süresi eşyanın cinsine göre 3–4 saate indirilebilmektedir. Jet, yüsek basınçlı hava ile gaz karışımını 100 m/s hızla dışarı fırlatarak yakmaktadır. Alev sıcaklığı 1000 C° den 1500 °C'lere kadar çıkabilmektedir.

– Beyaz eşyaların boyanmasında, her safhada doğal gaz ısı kaynağı olarak kullanılmaktadır. Doğal gazın temiz olması, istenen sıcaklıklarda yakılabilmesi, basınçlı alev ve sıcak hava üretebilmesi tercih edilmesinin başlıca nedenlerdir.

– Metallerin kesilmesinde, doğal gaz jet alevinden yararlanılmaktadır.

Havagazı: Bazı prosesler sonunda, kok kömürü veya başka kömür gibi katı maddelerden ve petrolün arıtılmasından elde edilen gaz çeşitleridir. Hava gazı olarak bilinen gaz, kızgın kok üzerinden su buharının geçirilmesi ile elde edilir. Tutuşma sıcaklığı 550–650°C dir.

Yakıtların Hazırlanması:

Gazlar dışında Katı ve sıvı Yakıtlar "zahmetli" Yakıtlardır. Odun, kesilip biçilir, demetlenir,stoklanır, kullanılacak yere taşınır. Kömür için de aynı işler yapılır, Kömür, toz haline getirilip hava ile doyurulursa ve hava akımı ile püskürtülürse daha iyi yanma elde edilir. Sıvı Yakıtlar tank ya da bidonlar içinde muhafaza edilir. Örneğin fuel–oil akıcı, temiz ve sabit bir basınçla bürlöre verilmelidir. Fuel–oil bürlöre, hava ya da buhar ile karıştırılarak püskürtülür. Doğal gaz kullanımındaki kolaylık Katı ve sıvı Yakıtlarda yoktur. Çünkü taşıma, depolama, pompalama gibi ek işlemler yoktur, sadece filtreden geçirilmesi gerekebilir.

9.6 Doğal Gaz ile Başka Yakıtların Karşılaştırılması

Bir yakıtın üst (gross) kalorifik değeri birim yakıtın, normal koşullar altında oksijen bombası denen kalorimetrede, tamamen yakılması ile elde edilen ısı miktarıdır. Isı birimi, kalori/kg veya Btu/lb birimleriyle ifade edilebilir. Bu şekilde saptanan tümel kalorifik değer, ASTM'in "Standarst On Coal and Coke" normlarına uygun düşer. Bu yöntemle bulunan ısı değeri yanıcı ürünün içindeki su buharının gizli (latent) ısısını da içermektedir. Oysa bu ısının dışa katkısı sözgelimi buhar kazanlarında buharlaşmaya etkisi yoktur. Bu nedenle bir yakıtın net kalorifik değeri şu formülle bulunur.


226

( )H % x 70,92TKDNKD −=

NKD : Net kalorifik değer Btu/lb (Alt ısıl değer)

TKD : Tümel (gross) kalorifik değer Btu/lb (Üst ısıl değer)

% H : Kömürde varolan hidrojen % miktarı

Bir yakıtın tümel kalorifik değeri Dulong formülü kullanılarak da bulunabilir.

++= S 40508

O-H 62028C 14544TKD

Burada:

C: Karbonun ağırlıkça oranı

H: Hidrojenin ağırlıkça oranı

O: Oksijenin ağırlıkça oranı

S: Kükürdün ağırlıkça oranı

kJ/kg 2,329 J/kg 2329cal/kg 29,556lb

Btu1 ===

Hava ile karışımı daha kolay olan Doğalgazın yanma verimi oldukça yüksektir. Baca gazlarının ısısından yararlanma olanağı sağlanırsa verim, üst ısıl değerin % 96–% 97 oranında gerçekleşebilmektedir.

Kömür ve fueloil de kül, kurum, katran şeklinde ortaya çıkan artık maddeler doğal gazın kullanıldığı yerlerde olmayacaktır. Kazanlarda kabuk şeklinde metal duvarı kaplayan ve ısı transferini zorlaştıran birikintiler olmayacağı için, ısı transferi önemsenecek kadar değişikliğe uğramayacaktır.

Doğalgazın diğer Yakıtlara göre kullanım kolaylığı vardır.

1. Kömür ve fuel–oil gibi taşınma sorunu yoktur.

2. Depo gerektirmez.

3. Yanma yerine taşınması gerekmez.

4. Nakliyat, boşaltma, depolama masrafları yoktur.

5. Sıvı Yakıtlar, kış aylarında Katılaşır. Akıcılığın sağlanması, hava ile karışımın iyi yapılması için ön ısıtmaya tabi tutulurlar. Doğal gaz, aynen pirizdeki elektrik gibi her zaman hizmete amade beklemektedir.

6. Herşeyden önemlisi diğer Yakıtlar gibi hava kirliliğine yol açmaz.


227

7. Özellikle kömürlü kazanlarda "ateşçi"nin görev başında olma zorunluluğu vardır. Yanmanın ayarı yapılamaz. Yanma odasına atılan kömür; ister istemez yanacaktır. Oysa, gazlı sistemlerde, her an yanma başlatılabilir de, durdurulabilir de.

8. Doğal gazın kullanım kolaylığı kat kaloriferleri ile ısınma ve sıcak su eldesini basitleştirmektedir.

9. Yanma odasında Katı veya sıvı yakıtın hava ile karışım yapması önce gaz fazına geçmelerini gerekli kılar. Bu sırada bir kısmı da yarı yanmış halde baca gazları ile sürüklenir gider. Doğal gaz, hava ile otomatik olarak veya normal atmosferik koşullarda çok kolay bir şekilde homojen karışım yaparak verimli yanmaya geçer. Ayarlı hava yakıt oranıyla en yüksek ısı kazanımı sağlanır.

Doğalgazın içerisinde karbon yüzdesinin azlığı, alevin mavimtrak olmasına yol açtığından ışıma şeklindeki ısı transferi (radyasyon)nı azaltır. Kömürde, ısı transferinin büyük bir kısmı ışınım şeklinde gerçekleşir.

Kömürde karbon miktarı, doğalgazda hidrojen miktarı fazladır. Doğal gaz tam yandığında, hidrojenle oksijenin reaksiyonu sonucunda su meydana gelir. İşte, doğal gazın yanması sırasında, ısının bir kısmı, reaksiyon suyunun buharlaşması için harcanır. Harcanan bu ısı dışında kalan ısıya NKD (Net Kalorifik Değer) veya "alt ısıl diğer" denir. Baca gazları, yanma gazlarının çiğlenme noktasına (~ 56°C) kadar indirilebilmektedir. Bacaya konacak ekonomizer (Ek ısı kazanım tertibatı) ile, baca gazlarının ısısından yararlanılabilir.


228

Şekil 9.1–Baca gazlarının ısısından sıcak su elde edilmesine yarayan bir düzenek

Bacaya konan ısı eşanjörü baca gazlarının ısısından yararlanma olanağını verir, burada yoğunlaşan su buharı otomatik veya elle (manual) boşaltılır. Bu sistem ile, gazın üst ısıl değerine varan bir ısı eldesi kazanılır. Böylece, üst ısıl değerin % 95 inden daha fazla ısı kazanımı elde edilebilir.

Düşük sıcaklıklı baca gazları çekilişi az olacağından bir fan ile çekiş hızlandırılır. Baca gazındaki su buharının yoğunlaştırılması, bacanın çıkşına yakın yerlerde yapacağı korozyonun önlenmesine yardımcı olur. Sıvı ve Katı Yakıtlara göre 2 üç kat daha fazla su buharının oluşması doğal gazın ısı verimini oldukça etkilemektedir. Bu nedenle yoğunlaşmış suyun ısısından yararlanmak ve sistemi ona göre seçmek gerekir.

9.7 Doğalgaza Geçişte Göz Önünde Bulundurulacak Hususlar

Konutlarda doğal gaz, ısınmada ve sıcak su elde edilmesinde kullanılır. Bu iki temel ihtiyaç değişik yöntemlerle karşılanabilir. Genel olarak tüketicinin karşısında iki seçenek vardır: 1– Merkezi ısıtma ve sıcak su elde etme sistemi, 2– Bağımsız ısıtma ve sıcak su elde etme sistemleri.


229

Birinci seçenekte, merkezi ısıtma tesisatı, tek bir binayı ısıtacağı gibi, bir mahalleyi, bir siteyi de ısıtabilir ve bu yerlere sıcak su temin edebilir. İkinci seçenekte, kat kaloriferleri, sobalar, şofbenleri yer alır.

Ankara'da ve İstanbul'da gaz dağıtım işleri hızla devam etmektedir. Binalarda mevcut sistemler doğal gazla çalışabilecek şekle dönüştürülmektedir. Kömür fuel–oil kazanları ya kaldırılıp atılmakta veya bazı değişiklikler yapılarak doğal gaz sistemi haline getirilmektedir. Bir bakıma doğal gazlı sisteme geçmeli tek seçenek gibi görünmektedir. Hava kirliliğinin büyük boyutlara ulaştığı veya ulaşacağı büyük kentlerde çevre temizliği, genel halk sağlığı gibi nedenlerle doğal gaz kullanımı zorunluluk haline gelmektedir. Her ne kadar yeni tesisat DÖŞEME ve sistem çevirme işleri bazı mali külfetler getirse de yukarıda işaret edilen insan sağlığı, çevre temizliği, çağdaş yaşam için bu külfete katlanılmak gerektiği vurgulanmaktadır.

Konutların ısıtılmasında ve sıcak su elde edilmesinde kullanılan mevcut sistemlerin doğal gaza uygun hale getirilmeleri çalışmalarında göz önüne alınması gereken bazı görüşlere burada kısaca değinelim.

1) Doğal gaz gerçekten temiz, kullanımı kolay bir enerji kaynağı. Ne var ki, ithal edilen bu enerji kaynağın tek seçenekmiş gibi ileri sürmek adeta kullanımını zorunlu hale getirmektedir. Tamamen doğal gaza dönüş olması halinde şimdilik uzak bir ihtimal bile olsa ilerde doğal gazın herhangi bir nedenle kesilmesi diye bir sorun ortaya çıkar mı acaba? Sü-rekli doğal gaz garantisi olabilecek midir?

2) Kömür ve fueloile göre daha ucuz olmayan Doğalgazın fiyatı, nasıl ve kimler tarafından belirlenecektir? Doğalgaz kullanmak durumunda bırakılan halk, ilan edilecek fiyatları kabul edip, etmemekte serbest bir iradeye sahip olamayacak. Belediyeler, su ve elektrik ücretlerini

belirledikleri gibi doğal gazın m3 fiyatını da belirleyip ilan edeceklerdir. Halk, eski sistemde, kesesine uygun kömür alıp ısınmaya çalışırken, yeni sistemde böyle bir seçeneğe sahip olamayacaktır. Akla gelen bir başka nokta ithal edilen her şey gibi doğal gaz da dövizle satın

alınmakta olduğundan, dövizin TL karşısında değer kazanması da, doğal gazın m3 başına ödenecek ücreti olumsuz yönde etkileyecektir.

3) İdeal olan, eski ve yeni sistemleri birlikte kurmak veya eski sistemi değiştirmek yerine, yenisini onun yanına ilave etmektir. Böylece zaten kendi doğal kaynaklarımızdan temin ettiğimiz kömür rezervlerinden yararlanma olanağını hazır halde tutmaktır. Her Katı ve sıvı yakıtlı kazan sistemini doğal gaz sistemine çevirirsek bir gün doğal gazın herhangi bir nedenle kesilmesi halinde ne yapılacak? Bu durum belki hiç olmayacak ama ithal edilmesi nedeniyle akla gelebilen sorular arasında. Fakat, doğal gaz temini konusunda bazı tedbirler düşünülmüş ve alınmıştır. Cezayir'den sıvı doğal gaz alınacaktır. Ayrıca Ortadoğu ülkelerinden de doğalgaz alımı konusunda anlaşmalar yapılmaktadır. Bunların dışında, Orta Asya Türk Cumhuriyetlerinden gelecek olan doğal gaz Türkiye'den Batı Dünyasına yol bulacak ve doğal gaz temini sorun olmaktan çıkacaktır. Öyle ki bu konudaki çalışmalar daha


230

da artacak, hemen hemen büyük şehirlerin pek çoğunda ısınma ihtiyacı ile sanayinin enerji ihtiyacı doğal gaz ile karşılanabilecektir.

4) Ülkemizden çıkarılan kömür çeşitlerinin değerlendirilmesinden de vazgeçilmemelidir. Özellikle düşük kaliteli linyitlerin değerlendirilmesinde son yıllarda gündeme gelen hatta 2000 li yıllarda, doğal gaza rekabet olabilecek bir yakıt sistemi olan "akışkan yataklı kazanlar" konusunda da çalışılmalıdır

9.8 Isıtma Sistemleri ve Seçenekler

a) Merkezi ısıtma sistemleri

1– Bir tek binanın ısıtma sistemi

2– Birden çok binanın veya konutun ısıtma sistemi

b) Bağımsız Isıtma Sistemleri

Büyük şehirlerdeki binaların birçoğu, bodrum ya da çatı Katında olan kalorifer kazanları ile ısıtılmaktadır. Toplu konut projelerinin uygulandığı bazı bölgelerle, bazı şirketlerin lojmanları, tek bir merkezden ısıtılabilmektedir.

Doğal gazın yakıt olarak ısınmada kullanılması bağımsız ısınma sistemlerinin tercih edilmesine yol açmaktadır. Merkezi ısıtma sistemlerinin, doğal gazlı bağımsız ısıtma sistemlerinde görülmeyen bazı külfetleri vardır. Bunlar kabaca şöyledir:

1– Konut sakinleri ısıtma sisteminin kullanımıyla ilgili, genel kurul toplantılarında alınan bağlayıcı kararlara uymak zorundadırlar. Konut sahibi "Ben az ısınıyorum, bazı odaların radyatörlerini kapattım, giderlere o oranda Katılıyım" diyemez.

2– Konut sakinlerinden bazıları, konutlarında oturmasalar bile, genel kararlar uyarınca, giderlere ortak olmaktadırlar. Yani konut sahibi "Ben tatildeydim, onun için kalorifer giderlerine Katılmam." diyememektedir.

3– Sıcaklık ayarına göre gider belirleme olanağı yoktur. Yani "Ben bazı radyatörleri kapatıyım da, tasarruf edeyim" dese bile, bu davranış konut sahibine, düşen gider payını azaltmamaktadır.

4– Isıtma sisteminde, borulamada arzularına göre değişiklikler yapamamaktadırlar.

8.1 Bağımsız Isıtıcılar

Bu ısıtıcılar tek bir odanın ya da konutun ısıtılmasında kullanılan ısı kaynaklarıdır. Isı transferi bakımından da iki değişik yapıda olabilmektedirler.

a) Doğrudan ısı transferi yapanlar

b) Dolaylı ısı transferi yapanlar

Bunlar bacalı veya bacasız olanlar


231

8.2 Bacalı Tip Doğrudan Isıtıcılar

Yanma, ürünleri bir baca ile dışarı atılır. Yanma ürünü sıcak gazlar, sıcak gaz–hava ejanjöründen geçirildikten sonra bacaya verilirler. Isı iletimlerini, konveksiyon ve radyant biçiminde yaparlar. Yanma ürünü gazlar eşanjör boruları arasından geçen oda havasını ısıtır. Soğuk hava, alttan girer, üstten çıkar. Hava sirkülasyonu doğal olarak yapılır. Isı güçleri 20 000 Btu/h dolayındadır.

Gaz sobaları bu tür ısıtıcılara örnektir.

Şekil 9.2 - Fanlı açık yanma odalı ısıtıcı (soba)

1. Yakıt hava fanı 2. Alev detektör sinyal iletici

3. Solenoit vana 4. Termal kontrol gaz kontrol vanası

5. Duman borusu 6. Sıcaklık duyargası

7. Sirkülasyon fanı 8. Hava dolaşım kutusu

9. Isı transfer odası 10. Isınan havanın çıkışı

8.3 Bacalı Radyant Tip Isıtıcıları

Yüksek sıcaklığa dayanıklı cam panelleri ve ısı transfer yüzeylerini artırmak için, geniş radyant yüzleri vardır. Yanma ürünü gazların sirküasyon havasından ayrılması gerekir. Bu nedenle, yanma ürünü gazlar bocaya verilir. Isıtma olayı, cam panelden radyant şeklinde yapılır. Doğal çekişli baca olabileceği gibi bir fanlı çekiş de uygulanabilir. Bu ısıtıcıların gücü 2930 ile 21985 W dolayındadır. Yukarıda 1 ve 2 de anlatılanlar açık yanma odalıdır, yani, oksijeni içinde bulundukları ortamdan alırlar.


232

Şekil 9.3- Dolaylı radyant ısıtıcı

8.4 Yanma Havasını Dışardan Alan Dengeli–Hermetik Tip Isıtıcılar (Kapalı Yanma Odalı Isıtıcılar)

Bu tip, soba ve konvektörler, yanma havasını dışardan temin ettikleri için, odadaki oksijen miktarı eksilmez, bu nedenle diğerlerine göre sağlık açısından daha uygundurlar. Baca gazları, bir hava eşanjöründen geçirilerek bacaya verilir. Güçleri 20000 Btu/h dolayındadır.

Kapalı yanma odalı ısıtıcılar, yanma havası ya bağımsız bir boruyla ya da baca borusuna geçirilen gömlek boruyla dışardan sağlanır, ikinci yolun seçilmesi, ısınmış havanın yanmada kullanılmasına imkan vereceği için ısı tasarrufu sağlanacaktır.


233

Şekil 9.4- Kontrollü radyant ısıtıcı

8.5 Katalitik Doğal Gaz Sobaları

Bu tip yakıcılar, adlarından da anlaşıldığı gibi, yanma olayını, katalizör katkısıyla ideal du-ruma getirirler. Amaç, yanmayı stokiyometrik dengeler içinde gerçekleştirmektir. Doğal gazın yanması sonucu ortaya çıkan atık gazlar genelde şunlardır:

– H2O (su buharı)

– CO2 (Karbondioksit, yaklaşık % 12)

– SO2 (Kükürtdioksit, ihmal düzeyinde)

– CO (Karbonmonoksit)

– Yarı yanmış hidrokarbon gazlar

Yanma ürünleri bacadan dışarı verilmiyorsa, içerde kalacak demektir. Ürünlerin arasında, kötü yanmadan dolayı, CO (karbonmonoksit)in varolması ihtimali vardır. CO zehirleyici oluşu nedeniyle çok tehlikeli bir gazdır. Katalitik ısıtıcılarda, brülör, platin, altın veya radyum karışımlı seramikten bir malzemedir.

Diğer yakıcılarda olduğu gibi katalitik yakıcılarda da yanma havası iki yoldan sağlanır.

– Doğal sirkülasyon

– Fanlı sirkülasyon

Sirkülasyon ısınan hava ile soğuyan havanın yer değiştirmesine denir. Yanma havasının cebri yoldan sağlanması fan ile yapılmaktadır. Ama, bu her katalitik sobada ideal bir şekilde


234

olmayabilir, yanma havasının temin şekli, yakıt gazının kalitesi, sobanın yapısal özelliği katalizörün görevini kısıtlayabilir. Bu tür muhtemel nedenler dolayısı ile havası değişmeyen kapalı bir yerde uzun süre bacasız olma özelliğine sahip katalitik sobalar yakılmamalıdır. CO oluşmasa bile CO2 mutlaka oluşacak ve havayı kirletecektir. CO2 in normal hava içindeki

miktarı 10000 ppm aşmamalıdır. (10000 ppm = Ortam havasında % 1 CO2 i ifade eder)

Katalitik sobalarda, alevsiz ve dumansız yanma gerçekleşir. Yanma havasını içerden temin eden bu sobalar için bacaya gerek yoktur.

Doğal gazla çalışan sobalarda bulunması gereken emniyet cihazları

1. Otomatik çakmak

2. Pilot alevi

3. Otomatik gaz kesme vanası

4. Otomatik ateşleme

Katalitik sobalarda, yukardakilere ilave olarak, ortamın oksijen miktarının eksilmesini önleyen bir oksijen detektörü vardır. Oda içindeki havanın oksijeni belli bir oranın altına düşünce, otomatik gaz ventilini kapatır.

Katalitik sobalarda, yanma sıcaklığı düşüktür. Bu nedenle, bir kısım HC'lar yanmadan katalizör malzemenin üzerinden geçerken, yanmakta olan gazın sıcaklığını düşürürler. Bu olay sırasında, moleküler parçalanma meydana gelir. Özellikle hidrojen gazının atomlarına parçalanarak oksijenle reaksiyona girmesi başka ifadeyle "yanması", başka sobalarda görülmeyen bir olgudur. Hidrojen gazının oksijenle reaksiyona girerek suyu meydana getirmesi "ekzotermik" (Dışa ısı veren) bir reaksiyondur. Hidrojen gazının yanmaya katılması ile ortaya çıkan yüksek sıcaklıktaki ısıda CO ve kükürt bileşikleri de yakılmış veya reaksiyona sokulmuş olur. Katalitik sobalarda görülen bu şekil yanma olayı, nispeten dumansız (baca gazı olmayan) yanma olanağını sağlamıştır. Fakat, her yanma olayının kimyasal bir reaksiyon olduğu ve yanma atıkları meydana getirdiği unutulmamalıdır. Katalitik sobaların yaptığı şey, zehirli ve boğucu gazları (CO, S bileşikleri) yakması veya reaksiyon sokarak daha zararsız hale getirmesidir. Yanma ürünleri arasında bulunan CO2 yok

edilemeyeceği için ısıtılan mekanın CO2 ile kirlenmesi önlenmeli, bu nedenle havalandırma

yapılmalıdır. Katalitik sobalarda, kapalı ortamdaki oksijen miktarı azalınca, gaz ventilini otomatik olarak kapatan cihazın bulunması gerekir.


235

Şekil 9.6 Katalitik doğalgaz sobası

Ev tipi ısıtıcılar (sobalar), gaz sızdırmazlığı testinden geçirilmiş olmalıdırlar. İmalatçı firmanın bu konuda garantisi olmalıdır. Basit kaçaklar tespit edildiğinde,sızdırmazlık macunları veya teflon malzeme ile tamir edilmelidir. Ciddi gaz kaçakları ya aletin firmasına bildirilmeli yada ehliyetli tesisatçılara tamir ettirilmelidir.

Doğalgazın, sanayide enerji ihtiyacının karşılanmasında ve ayrıca hammadde olarak da kullanıldığını biliyoruz. Kitabın II. bölümünde yabancı ülkelerde doğalgaz kullanımının ne kadar artmış olduğunu gördük. Fakat, Türkiye’de olduğu gibi, diğer ülkelerde de doğalgazlı ısıtıcılar bu kitabın ister istemez konusuna girdiler.

Isıtıcılar, evlerde, önce de belirtildiği gibi, açık ve kapalı yanma odalı, bacalı, bacasız şeklinde ayrılmışlardı. Ayrıca, hava dolaşımının sağlanması bakımından da, fanlı fansız diye ayırmak mümkündür. Bunun yanında, otomatik kontrollü olup olmadıkları çok önemli bir ayrımdır:

Açık yanma odalı gaz sobaları kapalı mekanlarda kullanılmamalıdır. Taze hava girişi engellenmemiş yerlerde kullanılabilirler. Isınan havanın bir fan ile dolaştırılması benzeşik (homojen) ısı yayılımını kolaylaştırır.


236

Şekil 9.7- Bacasız açık mekan sobası

Şekil 9.8- Doğalgazlı ısıtıcı (soba) Salon tipi, kabinli, santrifuj fanlı ısıtıcı (soba)


237

8.6 Katalitik Sobalar ve Ortamın Solunabilir Hava Durumu

Genel olarak gaz sobaları, özel olarak katalitik doğalgaz sobaları veya şofbenler ve benzeri tip su ısıtıcıları ile ilgili zehirlenme olayları gazete haberlerinde zaman zaman yer almaktadır. Doğalgazla çalışan ısıtıcıların kullanılması ile ilgili olarak dikkat edilecek hususlarda halk aydınlatılmalıdır. Kapalı mekanların ısıtılmasında kullanılan katalitik sobalar, öyle sanıldığı gibi içerdeki havayı “kirletmiyor” değildir. Her yanma olayının giren ve çıkan ürünleri vardır: Katalitik sobanın özelliği ideal yanmayı sağlayarak bazı zehirli gazların oluşmasını önlemesidir. Yanma ürünleri arasında yer alan CO2 gazının yok olması veya azalması söz ko-nusu değildir. Çok miktarda olan CO2 gazı boğucudur. O nedenle kapalı ortamların bacasız sobalarla ısıtılmasında dikkatli olmak gerekir. Sözgelimi, uyku saatlerinde söndürmek veya havalandırma deliğini devamlı açık bırakmak gibi önlemler alınmalıdır.

Kaliforniya Üniversite Laboratuvarı tarafından hazırlanan “A Guide to Industrial Respiratory Proterction” başlığını taşıyan Manuel LA – 6671 M broşüründe, bir insanın çeşitli etkinliklerde bulunurken ne kadar hava debisi kullandığına ilişkin veriler şöyledir :

Tablo 8.4– Normal bir insanın çeşitli etkinliklerde ihtiyacı olan hava miktarları (Bak. kaynaklar : 14)

En az soluma debisi 8 saatlik hava Etkinlik L/dk. 1 Normal insan (Litre) ——————— ————————————— ———————— Uyku ......................................................... 6,0 ................................................. 2880 Dinlenme ................................................ 9,3 ................................................. 4464 Hafif iş ................................................... 19,7 ................................................. 9456 Orta ……………………………….29,2................................. 14016 Orta ağırlıkta iş............... 40,0 ...................................... ....... 19200 Ağır iş .................................................... 59,5 ................................... …. 28560 Çok ağır iş .......................................... 132,0 .............................................. 63360

9.9 Solunabilir Hava (Hava Standartları)

Insan hayatını korumak için, solunabilir havanın kalitesi ile ilgili sınır değerler saptanmıştır. Aşağıda verilen tabloda. Amerika’daki çeşitli kuruluşlar tarafından hazırlanan ve kabul edilen solunabilir havanın kalitesi ile ilgili standartları içermektedir. Hava standartlarını hazırlayan kuruluşlar :

US Navy : Amerika Deniz Kuvvetleri

CGA : Compressed Gas Associàtion (Basınçlı Gazlar Cemiyeti)


238

FS : Federal Specification (Federal Devlet Şartnamesi)

CS : California Specification (Kaliforniya Eyalet Şartnamesi)

Basınçlı Gazlar Cemiyetince “Grade D” (Düzey-D) olarak adlandırılan bu standart veriler; kabul edilebilir sınır değerleri ifade etmektedir. Havayı oluşturan, karışımlardan birinin artması, solunabilirlik özelliğin bozulmasına neden olmakta ve hava insan sağlığı bakımından “solunamaz” niteliğini almaktadır.

Tablo 9.5– Solunabilir havanın özellikleri ve standartları

Havada bulunabilen maddeler

U.S Navy standardı

CGA standardı

Federal devlet şartnamesi

Kaliforniya Eyalet Şartnamesi

O2 ? Oksijen

(Hacımca %)

20 – 22 19 – 23 20 – 21 19 – 23

CO2 ? Karbon-

dioksit (Hacamca)

% 0,05 – 500 ppm

% 0,10–1000 ppm

% 0,10–1000 ppm 300 – 1000 ppm

CO › Karbonmo-noksit (hacımca)

20 ppm 20 ppm 20 ppm 10 ppm

Yağ buharı 5 mg/m3 5 mg/m3 13 mg/m3 5 –20

mg/m3

Su Doymuş Doymuş Doymuş Doymuş

Koku maddesi Yok Yok Yok Yok

Katı parçacıklar Yok Yok Yok Yok

* ppm : Bir maddenin milyonda bir parçası anlamına gelir.

36

3

36

3

cm 10

cm 1

m 10

m 1 1 ==ppm Hacımca verilen ppm in konsatrasyona dönüşümü ppm in %

olarak ifade etmek için, ppm değeri 104 ile bölünür: 5000 ppm = % 0,5 gibi


239

X. BÖLÜM

DOĞALGAZLI KALORİFER KAZANLARI

10.1 Yapıları Ve Çeşitleri

Kazanlar genel olarak mekanik yapıları bakımından iki kümeye ayrılırlar:

1– Su borulu kazanlar,

2– Alev borulu kazanlar,

Genel olarak su borulu kazanlar alev borulu kazanlardan daha çok tercih edilmektedirler. Çünkü emniyet bakımından üstün tutulmaktadır. Su borulu kazanların tarihçesi 100 yıl öncesine dayanmaktadır. Su borulu kazanlarda, alev dışarıda, su içerdedir, su boruları alev içinde dolaştırılır. Alev borulu kazanlarda ise durum tersinedir. Alev U–dönüşlü bir veya birkaç tüpün içinde dolaşır; bu boru tamamının dışında kazan haznesi su ile saptanan bir seviyeye kadar doludur.

Kazanlar; sıcak su, buhar, kızgın buhar (kuru buhar) elde edilmesinde kullanılırlar. Konutsal ısıtmada kullanılan kazanlara "kalorifer" kazanları denir. Sanayide kullanılan kazanlarda, genellikle normal buhar veya kızgın buhar elde edilir. Sanayi tipi kazanlar, ısı enerjisini işe dönüştürmekte kullanılan birer araçtırlar; amaç, kimyasal bir olay (yanma) sonucu elde edilen ısı enerjisini buhar vasıtasıyla iş elde etmekte kullanmaktır. Alev borulu kazanların verimleri % 60–% 75 dolayındadır.

Şekil:10.1 Tipik kazan dış görünümü


240

10.2 Yakıtlarına Göre Kazanlar

1– Katı yakıtlı kazanlar (Odun, kömür, vb.)

2– Sıvı yakıtlı kazanlar (Fuel–oil vb.)

3– Gaz yakıtlı kazanlar (Havagazı, doğalgaz , diğer yanıcı gazlar)

10.3 Katı ve Sıvı Yakıtlı Kazanlar ile Doğal Gazlı Kazanların Karşılaştırılması

Katı yakıtla kazanlarda, yakıt genellikle maden kömürü çeşitleridir. Kömür; ızgarada parça halinde yakılabileceği gibi toz halinde püskürtülerek de yakılabilir. Pulverize (toz haline getirme) edilmiş kömür hava ile yanma odasına püskürtülür. Kürek ve benzeri aletlerle yükleme yapılan ızgaralar 1,5–2 m. dir, hareketli olanlar daha uzundur. Yakıtlar, elle veya otomatik olarak yüklenebilir. Toz haline getirilmiş olan pulverize kömür üflemeli hava ile karıştırılarak brülör ucuna püskürtülebilir. Püskürtme havası ile ön karışım yapan tozların verimli bir şekilde yanmaları için 0,20–0,30 hava fazlası sağlanmalıdır.

Katı yakıtlı kazanların boruları zamanla kurum bağlar. Duman borularındaki kurumun temizlenmesi duruşa neden olur ve zaman alır. Temizleme işi basınçlı buharla yapılır.

Alev boruları 2–3 geçişli olabilmektedir. Kazanın boyutu, ızgaranın yüzeyine ve uzunluğuna kısmen bağlıdır.

Kömür yakıtlı kazanlarda ısı transferinin % 70 e yakını yanma hücresinde ışıma (radyasyon) ile % 30 u konvektif yolla gerçekleşir.

Katı yakıtlı kazanlarda bazı değişiklikler yapılarak doğal gaza dönüşümlü yapıla-bilmektedir. İlk başta yapılan değişiklik, ızgara ve parçalarının sökülüp atılması, arkaya patlama kapağının yerleştirilmesi, küllük yerinin doldurulması, ateş tuğlası ile kapatılması, ateş kapağının yerine brülör bağlantı kapağının monte edilmesi, yüksek sıcaklıktaki baca gazlarına karşı olan tüm boruların aynaya kaynak edilmesi, kazan içinde sızdırmazlığın sağlanması, duman borularına türbülatör takılması, baca borusu girişine ekonomize yerleştirilmesi ve iyi bir temizliğin yapılması gibi işlemlerdir. Kömür yakan kazanların yaşlanarak kullanılmaz hale gelmeleri 6-12 yıl arasında değişebilmektedir: Doğalgaza dönüşümlü de kazanın güvenilir şekilde kaç yıl, dayanacağı dikkate alınmasında ekonomik yarar vardır.

Sıvı yakıtlı kazanlar, genelde fuel–oil, mazot, gazyağı gibi Yakıtları kullanırlar. Bunlar da, ancak sıvı yakıt için tasarlanmışlardır, brülör değişimi olmadan gaz yakacak hale getirilemezler. Fuel–oilin ısıl değeri 9–10 bin kcal/kg dolayındadır. Doğal gazın üst ısıl değeri ise 13 bin kcal/kg dir, alt ısıl değeri fuel–oilinkine yakındır.

Yanma odasının hacmi belirlenirken, alev boyu hesaba Katılmalıdır. Sıvı Yakıtlarda kükürt bulunması, sülfürik asit oluşumuna yol açabilmektedir. Fuel–oilin baca gazları 140°C dolayında olmak durumundadır. Buda yüksek sıcaklığa sahip gazların atmosfere verilmesi demektir. Sıcaklığın düşürülmesi fuel–oilin yanma gazlarının çiğlenmesine yol açar ki bu da korozyon olasılığını artırır. Oysa, doğal gazda baca gazları sıcaklığı 60°C nin altına düşürülebilmektedir. Bu da fuel–oile göre ek ısı kazanım sağlamaktadır.


241

Fuel–oilin ayrıca is, kurum oluşturması, baca gazları arasında önemsenecek ölçüde SO2

bulunması işletme maliyetlerini artırmaktadır. Büyük sanayi kuruluşlarında, SO2 i yok etme

prosesi" (desülfürizasyon) ek maliyetler getirmektedir.

Fuel–oilin iyi yanması için ön ısıtmaya tabi tutulması, iyi bir atomizasyonla yanma odasına püskürtülmesi, hava ile istenen karışımın sağlanması gerekir. Bunlar tam sağlandığında ekonomik yanma elde edilebilir. Isı transferinin % 80 ni ışıma yoluyla yanma odasında, geriye kalanı konvektif yolla duman geçişinde gerçekleşir.

Pompalama ve atomizasyon sıcaklıkları şöyledir: Hafif fuel–oil Orta fuel–oil Ağır fuel–oil –––––––––––—————————————————————————————— Pompalama sıcaklığı 7°C 27°C 38°C Atomizasyon sıcaklığı 50–60°C 79–93°C 104–127°C Sıvı yakıtlı kazanların doğal gaza dönüşüm işlemleri, esas itibariyle brülör değişimini,

duman borularına türbülatör takılmasını, kazan arkasının ateş tuğlası ile kaplanmasını, kazan bünyesinde sızdırmazlığın sağlanmasını içine almaktadır.

Doğal gazlı kazanlarda, işletme kolaylığı, temizlik ve rahatlık vardır. Çünkü, ön ısıtma, depolama, taşıma, pompalama gibi sorunlar yoktur. Gazın hava ile karışımı homojendir. Bu iyi yanmayı sağlayan verimi artıran nedenler arasındadır. Doğalgaz alevi, kısa ve mat olduğundan ışıma yoluyla ısı transferi azdır. Yanma odasında sıcaklık oldukça yüksektir. Isı iletiminin büyük bir kısmı konveksiyon yoluyla yapılır.

11. 4 Konvektif Isı İletimi

( )( )T AUQ ∆= formülü ile hesaplanır.

Q = kcal/h

A = m2

T = C°

U = kcal/hm2C° (Isı iklim katsayısı)

10.5 Işınım Yoluyla Isı Transferi

Işıma yoluyla ısı transferi, maddenin ısı yayabilirlik katsayısına bağlıdır. Bu sayıya emisyon katsayısı denir. Emisyon katsayısı yüksek maddelerin ısı yayma güçleri de fazladır.


242

Kömür ve fuel–oil yakan kazanlarda ısı transferinin % 75 i ışıma (radyant) yoluyla olduğu göz önüne alınırsa emisyon katsayısı oranının önemi anlaşılır.

Işıma ile ısı transferinin hesaplanması:

( )42

41 TTQ −ε=

Q = kcal/h (Saatte transfer olan ısı miktarı)

ε = kcal/hK (ısı yayabilirlik ölçüsü)

miktarı yayma ısımaddenin Siyah

miktarı yayma ısı maddenin Bir=ε

T1 = °K (Isı yayan maddenin sıcaklığı)

Doğal gazın ışıma yoluyla ısı transferinin, kömür ve fuel–oile göre daha az olması, bünyesindeki hidrojenin fazlalığından ileri gelmektedir. Çünkü hidrojen gazı oksijenle reaksiyona girerek suyu oluşturmaktadır. Yanma ürünleri arasında oluşan su, bir miktar ısı kaybına yol açmaktadır.

Işımalı ısı transferinin az olması nedeniyle, doğal gaz kazanlarında alev ve duman borularındaki sıcaklık, kömür veya fuel–oilde olduğundan 150°C – 200 C° daha fazladır. Borulara türbülatör takılması, duman geçiş hızını yavaşlatacağından, ısı transfer zamanı uzatılmaktadır. Bu da, türbülatörsüz borulara göre ek ısı kazanımı vermektedir.

10.6 Isıtma Sistemlerinin Tasarımıyla ilgili TS'ler

TS1257 : Binalarda sıcak sulu ısıtma santrallerinin düzenlenmesi

TS2165 : Duman Bacalarının Projelendirilmesi ve Düzenlenmesi Ku-ralları

TS2796 : Çıkış Suyu Sıcaklığı 110°C kadar olan sıcak sulu ısıtma sis-temlerinin güvenlik donatımlarının tasarım ve yerleştirilmesi kuralları

TS4040 : Baca çekiş değerleri, duman sandığı

TS4041 : Kazanların anma ısı gücü ve verim deneyi

TS497 : Duman borularına takılan türbülatörler

Kazanların konutsal ısıtmada kullanılmasında iki yöntem uygulanabilir:


243

1– Çevrimdeki su miktarı yeterli ise, kazanda istenen sıcaklığa kadar ısıtılan su kalorifer peteklerinden dolaştırılarak "ısıtma işlemi" gerçekleştirilir. Bu şekilde ısıtma daha çok az konutlu binalarda veya bireysel ısınmalarda geçerlidir.

2– Merkezi ısıtma sistemlerinde, daha çok çevrim suyuna gerek duyulur. Sıcak su, kazanda elde edilen buharın bir veya birkaç ısı değiştiriciden geçen soğuk suyun ısıtılması ile elde edilir. Kazandan çıkan buhar, ısı değiştiriciden yoğunlaşmış olarak tekrar kazana döner. Isı değiştiriciden çıkan ve ev odalarındaki kalorifer peteklerinden dolaşan sıcak su, ısı–değiştiriciye soğumuş halde döner.

Bir kazan, yanma ile ortaya çıkan ısıyı bir akışkana transfer eden basınçlı bir kap sistemidir.

Bu tanımın içine akışkana ısı transferi yapan elektrikli ısıtıcılar da girmektedir. Fakat, "kazanlar" genelde, sıcak su ve buhar elde etmekte kullanılan ve akışkanı su olan ısı üreteçleridir.

Isıtılmış olan akışkan hava ise ısı değiştirici sistem, kazan olarak değil "fırın" olarak tanımlanır. Yanma olayının gerçekleştiği cehennemlikler de fırın olarak bilinir.

Kazanlar, ısı transfer sistemleridir. Brülörde ortaya çıkan ısı, kullanılacağı ortama bir akışkan vasıtası ile taşınır. Yanma sonucunda ortaya çıkan ısıyı taşıyan akışkanlara göre kazan tipleri:

1– Buhar kazanları 2– Kızgın su kazanları 3– Sıcak su kazanları Isı transferi, yanma odasında ışıma, duman borularında konveksiyon yoluyla

gerçekleşmektedir. Isı transfer yüzeyine kadar büyükse, ısı iletimi de o kadar çok olmaktadır. Kazanlar, genellikle, döküm demir ya da çelikten imal edilen ısı transferinin meydana

geldiği basınçlı kaplardır ve yapımları, testleri, kontrol elemanları, ASME'nin ve geçerli ilgili standartların koşullarına uygun olmak durumundadır.

Kazanlar, et kalınlığı ve malzemesi, bilinen standartlara uygun olarak seçilen metal saçlardan imal edilirler. ASME nin "Basınçlı Kaplar Bölüm IV (Pressure Vessel Code, Section IV)da, buhar kazanları ile ilgili standartlar verilmiştir.

Saç kalınlığı ANSI B 31–8 standardında verilen formülden hesaplanabilir.

CS4,0P

PDt +

+=

t = Minimum et kalınlığı, inch P = İç tasarım basıncı psia


244

S = Uzun süreli hidrostatik gerilim, psia D = Kazan dış çapı, inch C = Korozyon payı

Kazanların, bir veya birden çok çekişe sahip olmaları olasılıdır.

Örnek:

P = 290,08 psia ( 19,73 atm)

S = 40000 psia (2721,08 atm)

D = 59,04 in (150 cm)

C = 0,03 in (0,0762 cm)

t = ?

( )( )( ) ( )

03,0000 404,008,290

088,5908,290t +

+=

t = 1,052 + 0,03

t = 1,082 in = 2,7 cm.

Kazanlar, basınç, sıcaklık, yakıt, şekil ve ısıtma proseslerine göre sınıflara ayrılırlar. Ilgili Standart: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IV, for Heating Boilers (ASME = American Society Of Mechanical Engineers)

Tablo 10.1 Pratikte Kullanılan Kazanların kapasitelerine Örnekler:

Buhar Sıcak su

Kazan Tipleri kPa T (C°) (kPa) T(°C)

Düşük basınçlı kazanlar 103 ≥ 100 1103 ≥ 121

Orta ve yüksek basınçlı kazanlar 103 ≥ 100 1103 ≤ 121

Buhar kazanları (Buhar ? 5000 lb/h

Isı ≤ 50000 Mbtu/h

~ ≥ 100 – –

Sıcak su kazanları

(Isı 50 Mbtu/h–5000 Mbtu/h)

– – 500 ≤ P ≤ 1103 < 100°


245

10.7 Su Borulu Kazanlar

Paket tipi imal edilen kazanların buhar kapasite durumları şöyledir :

45 ton/h – 450 tonk/h → Su borulu kazanlar

200 kg/h – 25 ton/h → Alev borulu kazanlar

2,3 ton/h – 140 ton/h →Buyuk boy alev borulu kazanlar

230 ton/h – 4100 ton/h → Yuksek basınç–yüksek sıcaklık kazanları

Su borulu kazanlar boruların döşeniş şekillerine göre iki kısma ayrılırlar.

A– Tipi kazanlar (Su boruları demetinin A harfine benzemesi)

D– Tipi kazanlar (Su boruları demetinin D harfine benzemesi)

Q- Tipi kazanlar (Su boruları demetinin Q harfine benzemesi)

Şekil 10.2 Dünya standartlarınca da kabul edilen kazan yapı tipleri.

Buhar üreten su borulu kazanların tabanda çamur, tepede buhar dram (drum)ları bulunur. Çamur dramında, su içinde bulunabilecek Katı tanecikler, çamurlaşmış toz ve küller dibe çöker. Tepedeki dram, buharın toplandığı yerdir.


246

Şekil 10.3 Kazan iç yapısal detayı

Hava/yakıt oranının otomatik olarak kontrol altında tutulması gereği, her kazan türü ve her tür yakıt için geçerlidir.

Buhar debisi, ısı kapasitesi ile işlenen su miktarına bağlıdır. Kazan buhar kapasitesi, buhardan elde edilecek enerjiye doğrudan bağlıdır. Kazan kapasitesi belirlenirken kazanın hangi amaçla kurulacağı ele alınmalıdır.

A. Konut ısıtma amacıyla kurulacak "kalorifer kazanları"

B. Sanayide işe dönüştürülecek ısı enerjisinin elde edilmesi amacıyla kurulacak "sanayi kazanları".


247

Şekil 10.4 Alev borulu kazan tipi

10.8 Kapasite Belirlemede Göz Önüne Alınacak Durumlar

DT kadar sıcaklık farkı ile ısıtılacak olan ortama (konut, iş yeri) transfer olması gereken ısı yükü ( )( )T AUQ ∆= formülü ile belirlenir. Kalorifer peteklerinde dolaşan sıcak su çevreye ısı

verecektir. Bu suretle, mekandaki hava ısınırken, ısı değiştiriciye geri dönen su soğumuş olacaktır.

Dolaşımdaki suyun kaybettiği ısı = Konutlardaki havanın aldığı ısı


248

Şekil 10.5 Isı transferi olayının şematik gösterilişi

Kayıpsız ideal ısı iletimli ortamda

hsb QQQ ∆=∆=∆ ilgisi kurulabilir.

∆ Qb = mb kadar buharın ms kadar suya transfer ettiği ısı

∆ Qs = ms kadar suyun mb kadar buhardan aldığı ısı

∆ Qh = mh kadar havanın ms kadar sudan aldığı ısı

Fakat ısı transferi hiçbir zaman ideal olmaz. Yukarıdaki ısı değişimi denklemi

h2s1b QkQkQ ∆=∆=∆ şeklinde ifade edilebilir.

k1- k2: Ortamın ısı iletim katsayıları

Isı değiştiricili (heat exchanger) sistemde görüldüğü gibi iki çevrim vardır.

1) Buhar çevrimi, 2) Sıcak su çevrimi

10.9 Buhar Veya Sıcak Su Kazanlarının Ortak Tasarım Ölçütleri

1– Brülörün ısı kapasitesi = ? (Btu/h, kcak/h)

2– Sıcak su kapasitesi = ? (kg/h, lb/h)

3– Buhar kapasitesi (buhar kazanları) = ? (kg/h, lb/h)

4– Yakıt tipinin seçimi:

– Katı (kömür) = ?

– Sıvı (fuel oil) = ?


249

– Gaz (Doğal gaz) = ?

5– Brülör tipinin seçimi:

– Katı yakıt brülörü (kömür yakıcılar)

– Sıvı yakıt brülörü (Fuel–oil yakıcılar)

– Gaz yakıt brülörü (Gaz yakıcılar)

6– Kazan tipinin seçimi:

– Su borulu (sıcak su kazanları) = ?

– Alev borulu (Buhar kazanları) = ?

7– Yakma havasının veriliş şekli:

– Atmosferik basınçla kendiliğinden = ?

– Yakma havasının fan ile verilmesi = ?

– Bacadan fan ile emiş yapılması = ?

– Otomatik olarak brülöre hava vermek ve bacadan emiş yapmak = ?

8– Besi suyunun hazırlanması

– Normal içme suyunun kullanılması

– Suyun kazana verilmeden önce yumuşatıcıdan geçirilmesi ve oksijeninin alınması

9– Baca gazlarından yararlanma

– Kazana dönen soğumuş suyun veya besi suyunun, kızgın baca gazlarının geçtiği boru içinden dolaştırılarak ön ısıtmaya konulması (Ekonomizer prosesi)

10– Ölçme ve güvenlikte kullanılacak aygıtların belirlenmesi:

– Sıcak su veya buharın ölçülmesi (Akış sayacı, FI, FR)

– Buhar basıncının ölçülmesi (Basınç ölçer: PI, PR)

– Kazan suyu seviyesinin ölçülmesi ve kontrolü (LIC)

– Kazanın yüksek basınç nedeniyle patlamasının önüne geçmek için basınç emniyet vanasının kullanılması, (PSV)

– Hava/yakıt oranının otomatik kontrolü (FT–FV)

– Gaz veya fuel–oil tüketiminin ölçülmesi (FI)

– Kazanı tehlike durumunda devre dışı bırakacak aygıtların kullanılması

* Yüksek basınç anahtarı (switch, PSH)

* Alev dedektörü

* Çok düşük seviye anahtarı (LSLL)

– Sesle ve ışıkla uyaran (alarm) ve sistemi devre dışı bırakan aygıtlar


250

PAH: Yüksek basınç uyarısı

PAH: Çok yüksek basınç uyarıcı ve durdurucu

LAL: Düşük seviye uyarısı

LALL: Çok düşük seviye uyarıcı ve durdurucu

BA: Brülör yanmıyor uyarısı veren ve isteneni durduran dedektör.

GA: Gaz kaçağı var uyarısı veren veya sistemi durduran dedektör

Yukarıda sıralanan tasarım ölçütleri, genel anlamdadır, basit kalorifer kazanları için bir çoğu gerekmeyecektir.

Yalnız üç şeyin her tür kazan için yaşamsal önemi vardır.

1– Yüksek basınçtan ve dolayısı ile patlamadan korumak

2– Kazanın susuz kalmasından ve kavrulmasından korumak

3– Brülörün yanmaması durumunda olası patlamayı önlemek için,

yakıtı kesmek.

10.10 Kazanlarda Verim

Sıcak su veya buhar kazanlarında verim, verilen enerjinin alınan enerjiye bölümü ile hesaplanır.

Bir kazanda verim:

1– Yakıt kalitesine

2– Kazan tasarımına

3– Brülörün yapısına

4– Hava–yakıt oranının iyi ayarlanmasına

5– Isı transferinin yeterli olmasına

6– Baca çekişine

7– Baca gazlarının ısısından yararlanmaya ve benzeri olgulara bağlıdır.

Bir kazan, giriş ve çıkışı olan bir sistem olarak tasarlanırsa:


251

Kazan verimliliği ⇒ ısı verilen Sisteme

ısıalınan den Sistem=η

Sisteme verilen ısı enerjisinin hesaplanması:

1. 1 atm. basınçta ve 15C° de yakıt gazı (doğal gazı) debisi (m3/h) belirlenir.

2. Yanma ile ortaya çıkan ısı hesaplanır.

Q1 = Isıl değer (kcal/m3) x Gaz debisi (m3/h) = kcal/h

3. Besi suyu ile giren ısı miktarı bulunur.

Q2 = Su debisi (kg/h) x [Suyun duyulur sıcaklığı (T – To) x Özgül ısı

4. Yanma için gerekli hava debisi hesaplanır.

Gerçek hava oranı = Stokiyometrik hava (m3/m)+ Fazla hava miktarı (m3/m3)

Fazla hava oranı, baca gazlarındaki CO2 % desi kullanılarak tespit edilebilir.

Gerçek yanma hava debisi = Gerçek hava oranı (m3/m3) x Doğal gaz debisi (m3/h)

5. Hava yoluyla sisteme giren ısı miktarı hesaplanır.

Q3 = Gerçek hava debisi (m3/h) x havanın özgül ısısı ( )T x Cm

kcalo3

∆

−

6. Sisteme giren toplam ısı enerjisi bulunur.

QT = Q1 + Q2 + Q3 (kcal/h)

7. Sistemden alınan ısı miktarı hesaplanır.

Sıcak su kazanları TmcQ s ∆=⇒ = Su debisi x özgül ısı x (T–To)

Buhar kazanları bQ⇒ = Buhar debisi [(T – To + Gizli ısı]


252

8. Verim

Sıcak su Kazan Verimi T

ss

Q

Q=η

Buhar kazan verimi T

bb

Q

Q=η

Örnek:

1t/h debideki su kazana 20°C ile girip 80°C ile çıkmaktadır. 1,01325 bar ve 15°C de üst ısıl

değeri 9155 kcal/m3 olan doğal gazın debisi ne olmalıdır ki, verimi % 80 olan kazan verilen debideki suyu istenen sıcaklığa çıkarabilsin.

Çözüm :

1. Verilere göre

1. Gerçek ısı yükü (QT) = ?

2. Toplam ısı denklemi = ?

3. Yanma havası oranı, (n) ve ısı yükü (Q3) = ?

4. Doğalgaz ısı yükü (Q1) ve gaz debisi = ?

( )h

kcal 000 60C 20C 80

C kg

kcal1

h

kg1000TmcQ oo

os =−

=∆=

Qs = 60000 kcal/h ⇒ % 80 verimle suya iletilen ısı yüküdür.

Gerçek ısı yükü h

kcal 000 75 100 x

80

000 600 100 x

80

QQ20%Q s

TT ====

2. Toplam ısı yükü denklemi

QT = Yanma ısısı + Su giriş ısısı + Hava giriş ısısı

Suyun kazana giriş sıcaklığı ile dış ortam sıcaklığı aynı olacağından (öyle kabul ediliyor), giren su ile kazana ek ısı taşınmamaktadır.

Böylece su ile ısı girişi Q2 = O kabul edilebilir.

3. Yanma havası oranı

Doğal gazın üst ısıl değeri = 9155 kcal/m3

Stokiyometrik hava, doğal gaz içinde bulunan yanabilen oksijenle olan tepkime sonuçlarına göre, her bir kimyasal yanma denklemlerindeki oksijen mol miktarları kullanılarak hesaplanır. Eğer, doğal gaz % 100 metan gazı olsaydı stokiyometrik hava 10


253

m3/m3 olacaktı. Doğal gazın % 96 sının metan olduğu varsayılarak, stokiyometrik yanma

havası kabaca 9,60 m3/m3 kabul edilmiş olsun. Doğal gazda, fazla hava katsayısı n = 1,05 alınabilir.

Gerçek yanma havası oranı = 9,6 m3/m3 x 1,05 = 10,08 m3/m3

Hava giriş sıcaklığı T = 10°C Hava özgül ısısı Ch = 0,2395 kcal/kgC°

4. Hava debisi V3

=

h

mV

m

m08,10V

3

13

3

3

V3 = Hava debisi,

V1 = Doğal gaz debisi

Hava ısı yükü Q3 :

( ) ( )

−

=

3

oo

o13

3

3m

kg 1,298 x C 20C 10

C kg

kcal 0,2395 x V

m

m08,10Q

Q3 = –31,21 (V1) kcal/h

5. Doğalgaz ısı yükü ve gaz debisi

Q1 = V1(m3/h) x üst ısıl değer (kcal/m3)

( )

=

=h

kcal V 9155

h

mV x

m

kg9155Q 1

3

131

6. Toplam ısı yükü

QT = Q1 + Q2 + Q3

Q1 = Doğal gaz yanma ısı girdisi

Q2 = Su ile ısı girdisi fi Q2 = 0

Q3 = Hava ile ısı girdisi

Çevrenin duyulur sıcaklığı To = 20°C kabul edilmiştir.


254

QT = Q1 + Q3 = 9155(V1) + [(–31,21 (V1)]

( )1

3

13

3

13V 79,9123

h

m V

m

kcal 31,21

h

m V x

m

kcal 155 9

h

kcal 000 75 =

−

=

V1 = 8,22 m3/h

Sonuç : Doğalgaz debisi 8,22 m3/h olmalıdır


255

XI. BÖLÜM

BRÜLÖRLER

11.1 Brülör Ve Çeşitleri

Brülör, yanma olayının meydana geldiği mekanik tertibata denir.Brülörün görevi yakıt ile havayı karıştırmak ve bu karışımı yakmaktır. Kömür gibi Katı Yakıtların brülörü tepsi gibidir, toz halindeki kömür bu tepsiye dökülerek yakılır. Fuel oil gibi sıvı Yakıtlar brülörde zerrelere ayrılır, brülörden püskürtülerek yanma odasına verilir.

Gaz brülörlerin yapısı, yakıt gazının ısıl değerine, hızına, yanma havasına, gaz basıncına ve yoğunluğuna bağlıdır. Brülörler genel olarak

a. Fanlı

b. Fansız olmak üzere iki çeşittir.

Brülörlerin görevi yanmanın verimli, stabil olmasını sağlamaktır. Yakıtın parçalanması, ufak zerrelere ayrılması yanmayı kolaylaştırır. Burada, fuel–oil gibi sıvı Yakıtları, püskürtülmek suretiyle parçalanması buhar ve haline gelmesi sağlanır: Fuel–oil buharı, yanma odasına girerken hava ile karışım yapar.

Bir brülörün kapasitesi, yapısına, yakıt cinsine, kazan tipine, yanma odasının şekline ve baca çekişine bağlıdır. Bir brülörün, birim zamanda yakabileceği maksimum yakıt miktarına kapasitesi denir.

11.2 Brülörlerin Yapıları

1– Yüksek Basınçlı Brülörler

Bunlara, yakıt (sıvı), bir pompa vasıtasıyla 6–30 kcak/cm2 basınçlarla verilir. Hava bir vantilatör aracılığı ile sağlanır. Sıvı yakıt brülöre verilmeden önce pompa girişinde ısıtılır.

2. Buharlı Atomize Brülörler

Düşük basınçta, brülöre gelen yakıt, yüksek hıza sahip hava veya buharla parçalanır. Büyük kapasiteli brülörlerde, yakıtı parçalayan havaya ek olarak ayrıca yanma havası gönderilir.

Atomize brülörlerin kapasite ayar olanakları vardır. Tıkanma sorunu yoktur. Atomize buhar veya havanın hızı ve debisi iyi ayarlanırsa verimli bir yanma elde edilir.


256

Şekil–11.1 Atomize brülör

3. Dönerli Diskler

Bu tip brülörlerde, döner diskin fonksiyonu yakıtı parçalamak, zerreciklere ayırmaktır. Yakıt 3000–6000 devirğdk. hızıyla döner. Konik bir fincanın çevresinden geçirilerek parçalanır. Yakıt fincanın içinde düzgün bir şekilde yayılırken, fincan bir motor tarafından döndürülür. Bu dönme olayı, merkezkaç kuvveti meydana getirir ve bu kuvvet yakıtın parçalanmasını sağlar. Bu arada verilen hava, damlacıklara çarparak atomizasyonun sağlanmasına yardımcı olur.

Bu tip brülörlerde, parçalanan zerreciklerin çapı ortalama 250 mikron dolayında olmaktadır.


257

Şekil–11.2 Dönerli dikslibrülör

11.3 Doğalgaz Brülörleri

1– Atmosferik Brülörler

Bu brülörlerde, hava ile gaz karışımı atmosferik basınç altında sağlanır. Düşük basınçlı gaz brülörlerinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Gaz basıncı 17–20 mb. civarında olması nedeniyle atmosferik havanın karışım yapması sorunsuzdur. Gaz henüz dağıtım halkasına gelmeden birincil karışımı yapmış olur. Hava ve gaz, birbirlerine koşut veya spriyal şeklindeki borulardan brülör ucuna gelir. Yanma sırasında, halkadaki deliklerden çıkan gaz ikincil olarak hava karışımı yapar. Şofbenlerin ve evsel pişirme ocaklarının brülörleri düşük gaz basınçlıdır. Hava–gaz karışımının istenilen oranda olmasını sağlayan ayar tertibatı da bulunabilir. Ocaklarda ve fırınlarda bulunan brülörler, pilot alevi elektrikli çakmakla tutuşturulabilir. Ocak veya fırının yanarken sönmesi halinde gazın otomatik olarak kesilmesini sağlayn emniyet sistemi olmalıdır. Termostat ile sıcaklık ayarlanabilmelidir.

Karışım borusunun uzunluğu, çapı ve brülör meme çapı, elde edilecek ısı yüküne bağlıdır.

Hava karışımını sağlama yöntemine göre

1– Meme veya nozul karışımı:

Gaz ve yakma havası önceden belirlenmiş ayarlarda brülör ucuna ayrı yollardan verilerek, karışımın meme ucunda olması sağlanır.

2– Atmosferik hava ile karışım:

Gaz geçişi atmosferik hava ortamından geçirilirken karışım sağlanır. Yanma sırasında ikinci hava verilerek etkili yanma elde edilmeye çalışılır.

3– Basınçlı hava ile karışım :

Basınçlı hava, gaz geliş yoluna gönderilerek gazın brülör memesine sürüklenmesi sağlanır. Hava ile ön karışımı yapılmış gaz şiddetli bir yanma yapar. Bu yönteme "hava blast" denir.

4– Difüzyon şeklinde karışım :

Geniş ağızlı yaygın alevli brülörlerde gaz atmosferik hava ile doğal olarak karışım yapar. Gaz yayılarak (difüzyon) yandığından homojen hava karışımı sağlanır.

5– Basınçlı gazla karışım havasının taşınması :

Bu yöntemde, basınçlı gaz atmosferik havayı beraberinde sürükler. Yanma odasında ikinci hava karışımı yapılarak yanmanın etkili ve şiddetli olması sağlanır. Bu şekildeki karışım yöntemine "gaz blast" denir.

Yukarıda, brülör öncesi donanımın nasıl olması, neleri bulundurması gerektiği anlatıldı. Doğal gazlı bir sistemde bulunması gerekenler, ölçü ve ayar aletleri ile emniyet aygıtlarından


258

meydana gelmektedir. Bunlardan en önemlileri, regülatörler, emniyet kapatma vanaları ve gaz dedektörleridir. Bunlar temin edilip hat kurulduktan sonra, brülör seçimi veya brülör dönüşümü gündeme gelir. Yeni kurulan sistemlerde, gaz brülörü seçilmiş olacaktır. Fakat, katı ve sıvı yakıt brülörlerinin doğal gaza dönüştürülmeleri bazen ekonomik olması bakımından baş vurulan bir yoldur. Bunun yanında, bir başka seçenek de, ısıtma ve sıcak su elde etme sistemlerini "çifte" brülörlü olmalarıdır. Fuel–oil ve doğal gaz brülörleri duruma göre kullanılabilir olmaları, esneklik sağlayacaktır. Yeni kurulan kazanlarda, çifte brülör kullanı-mına özellikle dikkat edilmektedir.

Brülör dönüşümünde dikkate alınması gerekenler:

1– Eski brülörde kullanılan yakıtın ısıl değeri bilinmeli.

2– Doğal gazın ısıl değeri bilinmeli

3– Her iki yakıt için gerekli hava miktarı bilinmeli

4– Baca durumu gözden geçirilmeli

5– Emniyet durumu doğal gaza göre yeniden ele alınmalı

6– Hava–yakıt karışımlarının yanma hızları bilinmeli

7– Kömür (Katı yakıt) kazanlarında yapılması gereken değişiklikler

a) Kazan arkasına yaylı veya serbest ağırlıklı patlama kapağı yerleştirilir.

b) Katı yakıt düzenekleri olan baca damperi ve köprüleri ile ateş kapağı, küllük kapağı sökülür..

c) Ateş kapağının yerine kalınlığı en az 10 mm. olan brülör kapağı konur.

d) Duman boruları gözden geçirilir, aynalara kaynaklanır, veya bazıları körletilir.

e) Küllük kapağının yeri doldurularak betonlanır. Üzeri ateş tuğlası ile örülür.

f) Kazan gövdesinde, hava sızdırmazlığı sağlanır.

g) Duman borularına türbülatör yakılır.

h) Baca gazlarına karşı gelen tüm borular aynaya kaynak edilir.

Kaynaklanmış borular, kaynak bitim yerlerinden kesilir.

ı) Baca gazlarının ısısından yararlanmak gerekir. Doğal gaz baca gazları, korozyon oluşacağı kaygısı ile 160°C nin altında düşürülmez. Baca gazlarının 160°C de atmosfere atılması ısı kaybından başka bir şey değildir. O nedenle; bacaya, ön ısıtıcı görevini yapacak, bir ısı değiştiricinin konmasında yarar vardır. Kondens ısısından yararlanmak amacıyla konan bu eşanjör çevresinde, biriken yoğuşma suyu boşaltılır. Atmosfere bırakılan gazların sıcaklığı 56°C den 30°C ye kadar düşürülebilir. Bacaya konan eşanjöre "ekonomizer" denir ve bu eşanjör 0,01 ile 0,03 oranında ısı kazanımı sağlar.

j) Kazanın soğutulmayan tüm kısımları ateş tuğlası ile kaplanmalıdır.


259

k) Kazanın duman sandığı kapakları, baca damperi bağlantıları ile hava gi-rebilecek tüm delikler yanmaz maddeyle kapatıldıktan sonra özel bir harç ile (şamur harcı olarak bilinir) sıvanmalıdır.

l) Seçilen brülör ve bağlantı sistemi yerleştirilir.

11.4 Yakıt Basıncına Göre Brülörler

1– Alçak basınçlı brülörler

Bu tip brülörler evlerdeki fırın ve ocaklarda, ayrıca sıcak su kazanlarında kullanılırlar. Doğal gaz basıncı 17–20 mb. dolayındadır. Hava karışımı genellikle atmosferik basınçtaki ortamın havasıyla gerçekleştirilir.

2– Yüksek basınçlı brülörler

Gaz basıncının 300 mb’a kadar çıkmış olduğu sanayi brülörleridir. Bu tip brülörlerde, hava karışımı, havanın "bir fan ile gaz içine üflenmesi şeklinde yapılır. Hava yakıt oranı gelişmiş otomatik yöntemlerle gerçekleştirilir.

11.5 Fanlı Brülörler

Fanlar, sanayi tipi kazanlarda ve fırınlarda hava karışımını ön süpürme ve son süpürme işlemlerini yerine getiren brülör gövdesiyle birlikte veya ondan ayrı olan vantilatör tipi aygıtlardır. Genellikle otomatik olarak devreye girer ve çıkarlar.

Sanayi kazanlarında, gaz–hava karışımı, buhar basıncına, kazan suyu sıcaklığına bağlı olarak ayarlanabilmekte, gaz miktarı, hava oranı tertibatına bağlı olarak otomatik olarak sağlanmaktadır.

Fanlar, impellerden geçen havanın yönüne uygun olarak, eksenel ve santrifuj tip olarak iki çeşittir. Tüm fanlar, havanın akış hız vektörünün yönünü değiştirerek basınçlı hava oluştururlar. İmpellerin dönen bıçakları hız değişimleri şeklinde havaya kinetik enerji kazandırarak basınçlı hava akışını sağlarlar.

Santifujlu fanlarda, hız değişim, açısal ve doğrusal hız bileşenlerinden kaynaklanır. Santrifuj fanlarda, basınç iki kaynaktan sağlanır. Bu kaynaklar;

– Bıçaklar (kanat arasındaki havanın döndürülmesi ve ,

– Impelleri bırakan hızlanmış havaya kazandırılmış olan kinetik enerjidir.

Eksenel fanlarda, basınç, impellerin içinden geçen havanın hızındaki değişmelerle ortaya çıkar.

Benzer iki fan arasında şu ilişkiler vardır :

Debi ⇒ Q1 = Q2 (D1ğD2)3

(N1/N2) (1)

Basınç ⇒ P1 = P2 (D1/D2)2 (N1/N2) (ρ1/ρ2)


260

Basınç ⇒ P1 = P2 (D2/D1)4 (Q1/Q2)2 (ρ1(ρ2)

Debi

5,0

2

1

5,0

2

1

2

2

121

P

P

D

DQQ

ρ

ρ

=⇒

Formüllerde :

D = Fan çapı

N = Dönel hız, rpm

Q = Debi

P = Basınç

ρ = Yoğunluk (gaz)

Uyarı : Birimler arasında uyuşum olmalıdır.

Şekil 11.3 Doğalgaz brülör çeşitleri


261

Şekil 11.4-Petek Tipi (e) Ön karışımsız (f)


262

Şekil 11.5-Sanayi Tipi (g) üflemeli, ön karışımsız, kaynakçı tipi (ı)

Şekil 11.6- Radyant Tipi (i), düşük basınç ön karşımlı (m)


263


264


265

Şekil 11.4– Alev borulu bir kazanın duman borusuna türbülatör takılması

8– Hava gazı veya LPG (Sıvı petrol gazı) brülörlerin doğal gaza dönüşümleri debi, nozul çapı, yanma hızı ve ısı yükü gibi veriler dikkate alınarak yapılır. Doğal gaz brülör sistemi aşağıda verildiği gibi tasarlanır ve sistemin değişkenleri sembolize edilir.


266

Şekil 11.5- Brülör bağlantısında temel elemanlar

Örnek :

Hava gazı debisi = 111h HAQ ⇒ϑ= (Isı verimi = kcal/m3)

Doğalgaz debisi = 211d HAQ ⇒ϑ= (Isı verimi = kcal/m3)

Nozul çapı A1 öyle ayarlanmalı ki H1 = H2 olmalıdır.

Doğalgazın alt ısıl değeri 968,25 Btu/ft3 (= 33888 Btu/m3)

Hava gazının alt ısıl değeri 453,51 Btu/ft3 (=15872,85Btu/m3)

Hangi yakıt türü kullanılırsa kullanılsın bir kazan doğal gaza çevrilecekse, ilk önce kazanın ısı yükü dikkate alınır. Önceki yakıt kazan sisteminde ne kadar ısı elde edilmekteyse doğal gaz yakıldığında da aynı ısı elde edilmelidir. Bu da yakıtın ısıl kapasitesi, yanma hızı, yanma havası, miktarı ile ilgilidir. Yakıt debisi brülör meme alanı ile çıkış hızının çarpımı ile bulunur. Havagazı ve LPG yakan ocakların doğal gaza dönüşümünde brülör memesini değiştirmek yeterli olabilmektedir.

11.6 Wobbe İndeksi

Pratikte, yakıt kalitesini karşılaştırmakta ve brülör seçiminde kullanılan Wobbe formülü başka yakma sistemlerin doğal gaza çevrilmesinde yararlı olabilir. Bir brülörde aynı ısı yükünü elde etmek için Wobbe numaraları aynı veya çok yaklaşık olan yakıtlar yakılmalıdır.

GHV: yakıtın üst ısıl değeri Btu/ft3


267

G = Göreli yoğunluk (–)

Formülün kullanımıyla ilgili örnek, konu 3.5 de verilmiştir.

Dönüşümde, göz önünde bulundurulması gereken en önemli husus, aynı ısı miktarının doğal gaz ile de elde edilmesidir. Birim hacimdeki ısı verileri bilindiğinden, aynı ısıyı alabilmek için, doğal gaz debisinin, hava gazı debisine göre daha az olacağı görülmektedir. Yaklaşık ısı verimi, brülör nozul çapının yarıya düşürülmesi ile sağlanabilir. Çünkü hacimsel debi Q = JA dır. Burada J gaz geçiş hızı, A nozul kesit alanıdır. Yanma hızının özellikle dikkate alınması gerekir. Doğal gazın hava karışımın yanma hızı, hava gazı–hava karışımının yanma hızından daha düşük (nerdeyse yarısı) olduğundan, karışımın bekten çıkış hızı düşürül-melidir, bu da, deliklerin genişletilmesi veya sayısının artırılması ile olur.

Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) ocaklarının doğal gaza dönüştürülmsinde de aynı yöntem uygulanır. LPG nin ısıl verimi çok yüksek olduğundan, bu kez, aynı ısıyı elde etmek için nozul çapı büyütülerek doğal gaz debisi artırılır. Yanma hızları yaklaşık olduğundan, bek deliklerinde değişiklik yapmak gerekmeyebilir.

LPG nin alt ısıl verimi 88095 Btu/m3 dür. Bu değer, doğal gaz ısıl değerin 2,6 katına eşittir. Aynı ısıl verimi elde etmek için enjektör çapını üç kat artırmak gerekir. Çünkü

HH 21 ⇒= Isıl verim (ısı enerji)

C1, C2 : Alt veya üst ısıl değerler kcal/m3 veya Btu/m3, Btu/ft3

A1 : Eski enjektör (nozul) çapı

A2 : Doğal gaz enjektör çapı

11.7 Sıvı Yakıtlı Kazanlarda Yapılacak Değişiklikler

Sıvı yakıt (Fuel–oil) kullanan kazanlarda şu işlemler yapılır.

a) Sıvı yakıt brülör kapasitesi belirlenerek aynı kapasiteyi doğal gazla verebilecek brülör seçimi yapılır.

b) Kazanda genel temizlik yapılır. Tortu ve kurumlaşmalar fırçalanır, traşlanır.

c) Aynaya kaynak edilen boru uçlarında çıkıntı varsa traşlanır.

d) Tuğla kaplamalar kontrol edilir.

e) Duman boruları içine türbülatör konarak ısı verimi yükseltilmeye çalışılır.


268

f) Kazanın ön ve arka kısımları yalıtılır.

g) Baca gazları analiz edilerek, hava yakıt oranı saptanır.

h) Doğal gaza dönüştürülen kazanla aynı verimi elde etmek için aşağıdaki ilgi kurulur:

H = C x Q x h

Burada:

H : Kazanın ısı kapasitesi (kcal/sa)

Q : Gereken gaz debisi (m3/sa)

C : Doğalgazın alt ısıl değeri (kcal/m3)

h : Kazanın verimlilik oranı

Örnek:

H = 300 000 kcal/sa

C = 8500 kcal/m3

h = % 95

Q = ?

0,95 x kcal/m 8500

kcal/sa 000 300

C

HQ

3=

η=

Q = 37,15 m3/s


269

XII. BÖLÜM

YANMA OLAYI VE ISI POMPALARI

12.1 Yanma Olayı ve Hava/Yakıt Oranı

Yanma, kimyasal bir olaydır, yanan maddenin iç yapısı tamamen değişir. Yanmadan önceki maddelerle, yanma sonucu ortaya çıkan maddeler arasında farklılık olacaktır. Bilindiği gibi yanma olayının meydana gelebilmesi için oksijene gereksinim vardır. Hava, normal koşul-larda % 20 oksijen içerdiğinden havanın bulunduğu her yerde yanma gerçekleşebiliri. Havasız ortamda yanmanın olmayacağından yanan bir mumun üzerine bardak kapamakla anlaşılabilir. Bardağın hacmindeki oksijen miktarı tükenince mum sönecektir.

Yanma olayı, yanıcı maddenin oksijenle kimyasal reaksiyona girmesi ve bu sırada çevreye ısı yayması şeklinde meydana gelir. Yanmanın tam olabilmesi için kimyasal tepkimenin gerekli kıldığı stokiyometrik oksijen sağlanmalıdır.

Doğal gazı oluşturan gazlardan bazılarının yanma reaksiyonları şöyledir:

Tablo 12.1– Yanma havası ve alev sıcaklığı

Yanıcı

maddeler

Teorik yanma havası

Tutuşturma Sıcaklığı

Alev sıcaklığı: Adiyabatik /Gerçek

Mol (m3 ) kg Reaksiyon mol

(m3)

kg C° C°

1 mol (m3)

CH4+ 2O2 → C O2+2H2O 10 (10) - 645 1918/1880

1 mol (m3) C2H6+(7/2)O2→ 2CO2+3H2O 35 (35) - 330 1967/1895

1 mol (m3)

C3H8+(10/2)→ 3CO2+4H2O 50 (50) - 510 2010

1 mol (1m3) C4H10+(13/2)O2→ 4CO2+5H2O 65 (65) - 480 2005

1 mol (1m3) C5H12+(16/2)O2→ 5CO2+6H2O 80 (80) - – –

1 mol (1m3) C6H14+(19/2)O2→6 CO2+7H2O

95 (95) - – –


270

– 1 kg

Kömür (Katı yakıt):C+O2→ CO2 5 0,14 kg 650 –

2 mol (2m3) Hidrojen: 2H2+O2→ 2H2O 5 (5) – 530 2210/2045

– 1 kg

Kükürt:S+O2→ SO2 5 0,14 kg – –

– Do/al gaz (% 95 Metan + % 5 başka gazlar

10,5 (10,5)

– < 645 1945

Teorik yanma havası normal atmosferik havanın içinde % 20 oranında oksijen olduğu kabulüne göre hesaplanmıştır.

Metan oldukça kararlı bir yapıya sahip olması nedeniyle Tutuşma sıcaklığı diğer hidrokarbon gazlarınkinden daha yüksektir. Bilindiği gibi yanmanın olabilmesi için, "yakıt + hava+ tutuşturucu" üçlüsünün bir arada varolması ve yakıtın Tutuşma sıcaklığına kadar ısıtılması gerekmektedir. Yanıcı gazların hiçbiri kendi başına ne patlayıcıdır ne alev çı-karıcıdır.

Hidrokarbonların yanması sonucunda CO2 ve H2O meydana gelir. Çünkü, yanıcı maddeler

genel olarak, yapılarında C(karbon) ve H(Hidrojen) bulundururlar.

Hidrojenin ya da hidrojen içeren Yakıtlar yandığında, ürünler arasında bulunacak olan su, sıvı halde ise yakıtın üst ısıl değeri (Gross Calorific Value), buhar halindeyse, alt ısıl değeri (Net calorific value) elde edilir. Yakıtın bünyesinde su bulunması verimi düşürür. Çünkü, ısının bir kısmı, ürünler arasında yer alan suyun buharlaşmasına harcanır. Aslında alt ısıl değer ile üst ısıl değer arasındaki fark, baca gazları arasında yer alan sıvı haldeki suyun buharlaşması için harcanan ısı miktarından kaynaklanır. Eğer, baca gazlarındaki su, buhar halindeyse, baca, girişine konacak "ekonomizer" ile yoğunlaşma ısısından yararlanır. Böylece ısı verimi alt ısıl değerin % 100 ünü dahi aşmaktadır.

Yanma havası stokiyometrik hesap yöntemiyle bulunur. Fakat, pratikte, daha fazla havaya ihtiyaç duyuru.

Bir brülörün görevi, hava ve yakıtı karıştırarak yönlendirmek, hızlı bir şekilde Tutuşmayı sağlamak ve tam yakma olayını gerçekleştirmektir.

Örneğin 1m3 metan gazını yakmak için 10 m3 havaya ihtiyaç vardır. Bu nedenle brülörlerde hava–yakıt oranının kontrol edilmesi gereklidir. Doğal gazda, diğer Yakıtlara


271

göre, daha az "fazla hava"ya gerek duyulur, çünkü, hava ile doğal gaz, brülör ağzında çok iyi bir karışım yapar.

Kazan daireleri, dışardan hava alabilmelidirler. Karşılıklı olarak ve çapraz konumda duvarlara birer havalandırma deliği açılmalıdır. Hangi tür yakıtta, ne kadar yakma havasına gerek duyulacağı kimyasal reaksiyon denkleminden kuramsal olarak hesaplanır. Bunu bir örnekle açıklayalım:

Metan gazının yanma denklemi:

CH4(g) + 2O2(g) ?CO2(g) + 2H2O(g) ?H = –191,759 kcal/mol

Bu denkleme göre 1 mol metan gazı yandığında –191,759 kcal kadar bir ısı enerjisi

alınmaktadır. NK'da 1 mol gaz 0,024 cm3 dür.

Buna göre

33 m

kcal95,7989

024,0

molx

mol

kcal759,191

m

kcal−=−=

3m

Isıl değerin negatif işaretli olması yanma olayının ekzotermik (dışa ısı veren) tipten olduğunu belirtir.

% 97–% 98 metan içerikli doğal gazın ısıl kapasitesi kabaca metanınkiyle aynı kabul edilebilir.

Kazan dairesinin hava akımı debisinin teorik olarak belirlenmesi, basit yoldan şöyle belirlenebilir.

Kazan brülör ısıl kapasitesi › Qısı = 1000 000 kcal/sa

Saatte yakılması gereken doğal gaz:

sa/m 15,125kcal/m 7989,95

/sakcal 000 1000Q 3

3gaz ==

Kimyasal reaksiyona göre 1m3 metan (doğal gaz = % 97 metan) 10 m3 hava ile yanmaktadır.

Yakma havası debisi

(hava) sa/m 1250(metan) m 1

(hava) m 10(metan)x

sa

m 15,125Q 3

3

33

hava ==

Kazan dairelerinin mekan hacimleri kurulacak kazanların kapasiteleri dikkate alınarak belirlenmelidir. Pratik olarak, kazan dairesi hacmi yanma havası hacminin 5 Katı dolayında


272

olmalıdır. Dışa açılacak duvar deliklerinden içeri girecek havanın debisi kazan dairesi hacminin 5 Katından az olmamalıdır. Duvara açılan hava alma delikleri, herhangi bir nedenle gaz kaçağının oluşması halinde, gazın patlama noktasına gelmesini önleyebilir. Fakat, deliklerden girecek havayı kazan çekeceği için içerden dışarıya gaz atımı olmaz. Böyle durumda kazan dairesinin belli yerlerine, doğal gaz dedektörü yerleştirilmiştir. Isı ve ışık dedektör tarafından alınır ve yangın tehlikesini haber verir. Önemli olan, gaz kaçağının başladığı henüz hava ile meydana gelen karışımın patlama noktasına erişmediği bir konsantrasyonda gaz varlığını hisseden bir detektörün uygun yerine monte edilmesi gerekir. Dedektörler, Weston köprüsü diye bilinen elektronik yapıya sahiptirler. Köprüde 2 normal, 1 referans ve 1'de ölçüm direnci olmak üzere dört eleman bulunur. Referans ve ölçüm dirençleri platin tellerdir. Yalnız ölçüm teli katalizöre sahiptir ve katalizör gaz kaçağı durumunda, platin telin direncini düşürür ve ortamdaki gazın konsantrasyonu ile orantılı olarak köprüden ufak bir akımın geçmesine yol açar. Bu akım ile tüm güvenlik sistemleri devreye sokulabilir.

12.2 Yanma Hızı ve Alev Sıcaklığı

Yanma hızı, yakıtın tutuştuktan sonra stokiyometrik kimyasal ürünleri meydana getirmesi için geçen reaksiyon süresidir. Yanma hızı öyle ayarlanmalı ki, yanma odasına giren yakıt, tam yanma gerçekleşmeden bacaya uçup gitmemelidir. Yanmadan veya yarı yanarak bacaya uçup giden yakıt, (Katı, sıvı, gaz) enerji kaybı demektir. Doğal gazda yanma hızını ve yakıt debisini ayarlamak başka Yakıtlara göre daha kolaydır.

Yanma hızı, brülör memesinden çıkan gazların yanmaya başlaması ile yanma ürünlerine dönüşmesi sırasında birim zamanda alev uzamasıdır. Alev konisinin, kökten uca doğru uzama hızı yanma hızıdır. Eğer gaz geçiş hızı, yanma hızından büyükse alev kopuk kopuk uzayacaktır. Bu durum, geçen gazın bir kısmının yanmaya fırsat bulmadan bacaya doğru kaç-masına yol açar. Tersi olayda, gaz geçiş hızı, yanma hızından düşükse, alev içerlek olur yanma gaz çıkış deliğinin içinde olur. Her ikisi de, verimli yanma değildir. Verimli yanma, alevin, koni meydana getirecek şekilde, uzayıp kısalmadan "stabilize" olmasını ifade eder. Gaz geçiş hızı, debinin brülör, delik (meme) kesit alanına bölümüyle bulunabilir. Gaz debisi, akış ölçüm sayacından okunur. Brülör çıkış kesit alanı bilinebilir. Gazın brülörden çıkış hızı:

A

Q=ϑ dan elde edilir. ϑ = Hız, m/s

Q = Debi, m3/s

A = Kesit alan, m2


273

Şekil 12.1– Alev konisinden yanma hızının tespiti

Alev konisinin geometrisi çıkarılabilirse, yanma hızı buradan saptanabilir. Alev konisinin kesiti bir ikizkenar üçgen şeklinde tasarlanır ve gaz geçiş hızı, açının sinüsüne bölünürse yanma hızı Jy bulunabilir.

Kararlı bir yanma için, gaz geçiş hızı, yanma hızından biraz fazla olmalıdır. Bazı gazların stokiyometrik hava ile karışımlarının yanma hızları şöyledir:

Doğalgaz : 0,43 m/s

LPG gazı : 0,5 m/s

Havagazı : 1 m/s

Metan : 0,38 m/s

Propan : 0,43 m/s

Hidrojen : 2,5 m/s

Her yanma olayının ancak oksijenli ortamda olabileceğini yukarıda belirtmiştik. Reaksiyon denkleminden bulunan teorik yanma havasına "stokiyometrik hava" denir. Aslında yanma için gereken hava stokiyometrik havadan fazladır.

Hava yeterinden az ise karışım yakıtça zengin sayılır. Tersi durumunda, "fazla hava" olacaktır. Yakıtça zenginlik reaksiyonun indirgen, hava bakımından zenginlik reaksiyonun, yükseltgen olmasına yol açar.

Hava gereksinimi bakımından:

Hky>Hsy>Hgy

Harflerin anlamları:

HKy = Katı yakıt havası

HSy = Sıvı yakıt havası

Hgy = Gaz yakıt havası


274

Bazı Yakıtlarda n değerler :

Doğalgaz n = 1,05

Fuel–oil n = 1,10

Kömür n = 1,2 – 1,5

n = 1 için Qg = Qsh

n < 1 için Qg < Qsh

n > 1 için Qg > Qsh

n = Fazla hava katsayısı

Qh = Gerçek yanma hava debisi,

Qsh = Stokiyometrik hava debisi

Hava yakıt oranı n ile alev sıcaklığı arasında doğrusal bir bağıntı vardır. Yakıtın tam yanması için stokiyometrik havanın mutlaka gerekli olduğunu biliyoruz. Yanıcı maddelerin tümü, tepkimeye girerek yanma ürünlerine dönüşüyor ve bu sırada çevreye ısı veriyorsa, ideal bir yanma (tam yanma) meydana gelmiş olur. Yanma olayı, basamaklı reaksiyonlar şeklinde gelişir. Örneğin karbon (kömür) yetersiz hava ile yanarsa CO gazının oluşmasına yol açar. Karbon monoksit, yanmadan bacadan uçup giderse iki yönden zarar ortaya çıkar. Birincisi zehirli olan CO ile çevre (hava) kirletilmiştir, ikincisi CO yanmadan uçup gittiği için enerji kaybı meydana gelmiştir. Yanmanın tam olması için stokiyometrik hava gereksiniminden biraz fazla hava verilir. Bu uygulama yetersiz yanmayı önler.

Yanmanın kimyasal tepkimesinden hesaplanan hava miktarına "Teorik Yanma Havası" denir. Iyi bir yanma için gerekli olan gerçek hava miktarının teorik hava miktarına bölümü hava fazlalık katsayısı (n) olarak ifade edilir.

Doğal gaz alevinin iç konisindeki ısı hemen hemen yanma ürünlerinin ısıtılmasında kullanılır. İç koni sıcaklığı, adiyabatik alev sıcaklığını ifade eder. Eğer, alev sıcaklığı çevreye iletilmeden sadece yanma ürünlerinin ısıtılmasında harcanmış ise bu durumda ölçülen alev sıcaklığı adiyabatik sıcaklıktır.

Hava–yakıt oranı yeterli ise, alevin sıcaklığı yüksek ve boyu kısadır. Hava yeterinden fazla ise alev sıcaklığında düşme eğilimi görülür. Hava fazlalık katsayısı n ile alev sıcaklığı arasındaki bağıntı grafiksel olarak şöyle gösterilebilir.


275

Şekil 12.2- Alev sıcaklığına karşı hava/yakıt oranı grafiği

Alev sıcaklığı, yanma ürünleri arasında bulunan gazların ısıtılması nedeniyle düşer. Yanma ürünleri arasında CO2, H2O, N2 yanmaya katkısı olmayan gazlardır. Yanma olayı hava yerine

oksijen kullanılarak yapılırsa, ürünler arasında N2 olmayacağından alev sıcaklığı artacaktır.

Oksijenle yanmalarda Rus doğal gazının alev sıcaklığı ~2800 °C yı bulmaktadır. Oksijenle yanmada diğer gazların alev sıcaklıkları (Ta) şöyledir:

Hava gazı › Ta = 2730 °C

Hidrojen ? Ta = 2974 °C

Asetilen ? Ta = 3110 °C

Tam yanma için gerekli olan en az hava, yanma denkleminden hesaplanan oksijen

miktarının 0,20 ye bölünmesiyle bulunur. Örneğin 1 m3 metanı yakmak için 2 m3 oksijen

gazına ihtiyaç vardır. Buna göre 1 m3 metan için gereken en az yanma havası 2(0,20 = 10 m3 bulunur. Pratikte anlatılan yoldan bulunan hava miktarından daha fazla hava kullanılır.

Bir yakıtın tam yanmasından arta kalanlar, CO2 ve H2O dur. Bunların yanında, SO2 de yer

alabilir. Baca gazında CO (karbon–monoksit)e rastlanması yanmanın tam olmadığını gösterir. Yeterli havanın ve yanma koşullarının tam sağlanamadığı yanma olaylarında CO'e rastlanır.

Çevreden (dış) ısı alarak meydana gelen olaylara "içe ısı alan" anlamında "endotermik", çevreye ısı veren olaylara "dışa ısı veren" anlamında "ekzotermik" kimyasal olay denir.

Yanma ısısı, birim ağırlıktaki ya da birim hacimdeki yanıcı bir maddenin oksijenle birleşme yaparken çevreye verdiği veya çevreden aldığı ısı miktarıdır. Yanma ısısı diğer adıyla "ısıl değer", deneysel yoldan kalorimetre denen aletle belirlenir. Yanma ürünleri, reaksiyon öncesi sıcaklığa kadar soğutularak, çevrenin (soğuk madde) aldığı ısı başka ifa-


276

deyle soğuk maddeye transfer olan ısı ölçülür, bu ısıya o maddenin "üst ısıl diğeri" denir. Isıl değerler, sabit hacim veya sabit basınç değerleri olarak ölçülürler.

Bir kimyasal reaksiyon:

a,b,c,d stokiyometrik katsayılardır. 1, 2, 3, 4,....n gibi

A + B = Reaksiyona giren A ve B maddesini gösterir.

C + D = Reaksiyon sonrası ürünleri gösterir.

Yukarıdaki denklemi metanın yanmasına uygulayalım.

CH4 + 2O

2 →2H

2O + CO

2 ⇒ a = 1, b = 2, c = 2, d = 1

Kimyasal reaksiyonun ısısı veya enthalpi değişimi

(B) Hb- (A) Ha-(D) Hd (C) HcH of

of

of

of

ore ∆∆∆+∆=∆

(Çıkanlar Hn - (Girenler) HnH ofp

ofp

ore ∑∑=∆

np, ni : Çıkan ve giren ürünlerin stokiyometrik katsayılarıdır.

oreH∆ : Oksijenle meydana gelen kimyasal reaksiyon ısısı, (yanma olaylarında, sabit hacim

reaksiyon ısısı ( oreH∆ → sabit hacim ısıl değere eşit olur.)

Hof∆ : Standart formasyon enthalpisi (Standart formasyon entalpilerin çoğu

negatiftir, örneğin, karbondioksit gazı için :

ısısı.) (formasyon kcal/mol 94,052- H (g) CO (g) O(grafit) C 22 =∆⇒→+

Kimyasal reaksiyonların bir çoğunda hacimce "daralma" meydana gelir. Giren ve çıkan

ürünlerin hacimleri eşit olursa, sabit hacim ısıl değer ile sabit basınç ısıl değerleri eşit olurlar


277

Ş (Qv = Qp) Hacimde daralma olursa, Qp > Qv yazılabilir. Hacimce daralmaya en iyi örnek

suyun formasyonudur.

gerekir. hava m 5için H m 2 veyaO mol 1için H mol 2 OH2O2H 3 2

32 2222 ⇒→+

Bu denklemde, giren ürünler toplam 3 birim hacme sahipken, çıkan ürün su buharı 2 birim

hacme sahiptir. Suyun formasyonu da, hidrojen gazının yanma olayıdır. Uyarı: Formasyon ısısı ile yanma ısısı (ısıl değer) aynı şeyleri ifade etmezler. Fakat

yanmanın reaksiyon ısısı, reaksiyona giren yanıcı maddenin ısıl değerini verir. Yanıcı maddelerin reaksiyon ısıları DHr negatif işaretlidir, çünkü çevreye ısı verildiğini (ekzotermik)

ifade eder.

Metanın formasyonu : kcal/mol 8,17CHH2C 4)g(2)k( +→+

Metanın oksijenle reaksiyonu : OH2COO2CH 2224 +→+

Tablo 12.2– Yanıcı maddelerin formasyon ve yanma ısıları

Formasyon ısısı Tam yanma ısıl değer

Mw Yanıcı maddeler kcal/mol kcal/m3 kcal/mol kcal/m3 kcal/kg

––– –––––––––––— ––––––– –––––– –––––––— ––––––– –––––––

16 CH4 = Metan + 17,8 795 –191 – 8535 –

30 C2H

6 = Etan + 20,1 898 –343 –15326 –

44 C3H

8 = Propan + 24,6 1099 –493 –22029 –

28 C2H

4 = Etilen – 12,5 –559 –313 –13986 –

78 C6H

6 = Benzen – 19,9 –889 –734 –32718 –

92 C7H

8 = Toluen – 12,0 –536 –878 –39232 –

2 H2 = Hidrojen – – – 63 – 2815 –

12 C = Karbon – – – – 7841


278

(+) ve (-) işaretler tepkime ısısnın endotermik veya ekzotermik olduğunu belirtmek için konmuştur. Tepkime endotermik ise sistem bünyesine çevreden ısı alıyor demektir ve işareti (+) olur. Yanma olayları ekzotermiktir ve çevreye ısı verir, sistemısı kaybettiği için işareti (-) dir.

Tablo 12.3– Doğalgazın ve başka yanıcı gazların (% de olarak) tipik kompozisyonları (Bak, kaynaklar 7)

Gaz CO H2 CH

4 C

2H

6

C2H

4

CO2 O

2 N

2

H2 100,0

CO 100

Metan – – 100

Hava gazı(Karbütörlü su gazı)

24.1 32.5 9.0 2.2 10.3 4.6 0.6 16.7

Kömür gazı 5.9 53.2 29.6 – 2.7 1.4 0.7 6.5

Doğal gaz (tipik) – – 78.8 14.0 – 0.4 – 6.8

Yüksek Fırın gazı 26,5 3,5 0.2 – – 12.8 0.1 56.9

Yukarıda kompozisyonları belirtilen gazların 1 atm. basınç altında teorik hava miktarlarına göre alev sıcaklıkları verilmiştir. Yanma hava % delerine göre alev sıcaklığının nasıl değiştiği görülmektedir.

Tablo 12.4– Tablo 6.9 deki gazların yanma havasına bağlı olarak alev sıcaklıkları

Gaz Teorik hava % delerine göre alev sıcaklıkları (°C) (Bak, kaynaklar: 7)

n ? 80 90 100 120 140

H2 2066 213

2 2166 1949 1766

CO 2104 2514

2127 2027 1866


279

Hava gazı (su gazı)

1916 2032 1849 1677

Kömür gazı 1904 1977 1827 1638

Doğal gaz 1954 2049 1860 1682

Yüksek fırın gazı 1288 1427 1349 1254

Metan 1977 1954 1727 1577

Doğal gazın yanması sonucu ortaya çıkan ürünler arasında:

−

−

−

−

−

−

2

2

2

x

2

2

O

H

SO

NO

CO

CO

OH-

gibi gazlar bulunabilmektedir.

CO2, CO, SO2 havayı kirletecek olan gazlardır. Tam yanmada CO pek oluşmaz, iz halinde

var olabilir. Kokulaştırma nedeniyle doğal gaz içine Katılan kükürt de iz halinde, tam yanmada SO2 şeklinde bulunacaktır. Yanmanın 2000C° ye ulaşan sıcaklıklarda meydana

gelmesi halinde havanın azotu ile oksijeni reaksiyona girerek NOx şeklinde çeşitli bileşikler

oluşturabilir. Düşük sıcaklıklarda azot oksitler oluşmaz. Azot oksitlerin korozyona yol açması nedeniyle, yanma odasındaki sıcaklık düşürülerek NO

x lerin oluşması önlenmelidir.

Alev sıcaklığı, hava miktarının yüzde yüz olması durumunda daha yüksektir. Örneğin, % 80 hava ile yanan metan gazının sıcaklığı 1977°C iken % 140 hava oranı ile yanarken 1577°C ve % 100 hava oranı ile yanarken 1954°C dir.

Bir yakıtın oksijenle reaksiyona girmesi yanma olayını meydana getirmektedir. Kimyasal reaksiyon denkleminden hesaplanan oksijen miktarına ve buna bağlı olarak gerekli hava miktarına "teorik hava" veya "stokiyometrik hava" dendiğini biliyoruz. Bir yanmada stokiyometrik hava kullanılınca n = 1 (› n = % 100) alınır. Fakat pratikte Yakıtların tam yanması için, stokiyometrik havadan daha fazla havaya ihtiyaç olur; ek olarak verilen bu miktara "hava fazlalığı" denir. % 5 hava fazlası ile yanan doğal gazın hava fazlalık katsayısı n = 1,05 şeklinde gösterilir. Gereğinden fazla hava fayda yerine zarar verir, ısı verimini düşürür. Yanma havası artırıldıkça baca gazlarının sıcaklığı da doğrusal olarak artmaktadır. Buda baca gazları ile bir kısım enerjinin dışa atılmasını ifade etmektedir. Hava fazlasının tespitinde bu durum göz önüne alınmalıdır.


280

Modern yanma sistemlerinde, ön süpürme, pilotun yakılması, ana brülörün ateşlenmesi, pilot alevinin yanma süresi, hava-yakıt oranının sağlanması ve brülör kapatıldıktan sonra son süpürmenin yapılması, tehlike anında ışıklı ya da sesli alarmların alınması, tehlikenin devam etmesi halinde, sistemin devreden çıkması gibi olgular tamamıyla “otomatik kontrole bağlanmıştır.

Doğal gaz yanma aygıtlarında, pilot brülör ve ana brülör vardır. Pilot, brülör; elle yakılabileceği gibi, yüksek gerilimli kıvılcımla da tutuşturulabilir. Kazanlarda ön süpürmeden sonra (1/2 dakika kadar), pilot, kontrol panosundaki pilot yakma düğmesine basılarak, pilot memesinin ucunda kıvılcım çıkarılır. Kıvılcım yüksek gerilim trafo çıkışlarının sivri uçları arasında oluşur. Pilot yandıktan 3 – 5 saniye geçe ana brülör vanası, alev detektöründen giden sinyalle otomatik olarak açılır. Ana brülör yandıktan sonra işlem tamamlanmıştır. Pilot brülörün alevi, Uv detektörü tarafından kontrol altında tutulur. Uv (Ultra viyole) detektörler, normal güneş ışığından etkilenmeyen yalnız mor ötesi ışınları algılayan sezicilerdir. Pilot brülör alevinin sönmesi halinde, detektör, gaz giriş vanasının kapanmasını sağlayacaktır. Bu vanalar; genellikle solenoid vanalardır. Fakat, pnömatik kontrol vanaları da kullanılabilir. Solenoid vanalar, bilindiği gibi, elektro mıknatıs sisteme göre çalışan, bobinli elektrikli vanalardır. Elektrikle uyarılmışken “açık” ya da kapalı konumda imal edilebilirler. Elektrik kesilmesi türünden arızalar sırasında, vananın açık kalmaması için, normal konumda iken “kapalı” (NC: Normaly closed) vanaların kullanılması güvenlik bakımından gereklidir. Çünkü çalışan bir sistemde, arıza nedeniyle elektriğin aniden kesilmesiyle detektör, basınç anahtarı gibi güvenlik aygıtları devre dışı olacaktır. Bu durumda, gaz hattı vanasının da derhal kapanması gerekir. Hatta çift katlı güvenlik için, seri bağlı iki kapanma vanasının kullanılma-sında yarar vardır.

Verimli yanmanın sağlanmasında, hava/yakıt oranı önemlidir. Bu oran nasıl saptanmalıdır? Bunun için önce stokiyometrik yanma havası belirlenir. Sonra, hava fazlalının ne olması gerektiğine karar verilir. Kuramsal olarak, bir yakıtın ideal koşullarda tam yanması için stokiyometrik hava miktarı yeterlidir. Fakat, her yanma olayı, ideal koşullarda gerçekleşmediğinden, stokiyometrik havadan daha fazla hava verilir. Doğalgaz yakılmasında, hava fazlalık katsayısı n = 1,05 olarak verilir. Bunun anlamı, stokiyometrik hava miktarından başka, % 5 kadar fazla hava demektir.


281

Örnek :

Isınma ve sıcak su eldesi için, bir buhar kazanının ısı yükü sa

kcal 10 x 4 6 olsun. Doğal gazın

ısıl değeri 3m

kcal 000 8 ise, brülöre sürülecek gaz ve hava debilerini bulunuz. (Fazla hava

katsayısı 1,05 alınacak)

Çözüm :

Isıl değer GHv = 8000 kcal/m3

Brülör ısı yükü H = 4 x 106 kcal/sa

Gaz debisi Qg 3

6

kcal/m 8000

1 x

sa

kcal 10 x 4=

Qg =500 m3/sa

Yakma havası miktarı Qh = 1,05 (500 m3/sa)

Qh = 525 m3/sa

Hava yakıt oranı 05,1500

525n ==

Hava yakıt oranı, ısı yüküne bağlı olmalı, gaz debisi azalırsa, hava debisi de azalmalı fakat

oran hep 1,05 değerini korumalıdır. Bir kazan brülör ısı yükü en fazla 4 x 106 kcal/sa ise ve

bu yükte çalışmakta ise, gaz debisi 500 m3/sa iken hava debisi 525 m3/sa olmalıdır. Gaz

debisi örneğin 250 m3/sa ‘e düştüğünde hava debisi de 262,5m3/sa olmalıdır. Hava/yakıt oranının sabit tutulması otomatik bir şekilde sağlanmalıdır. Bu oranı sabit tutmanın iki yolu vardır.

1- Basınçların kullanılması.

2- Debilerin kullanılması.

Hava/yakıt oranının otomatik kontrolü, debi kontrol vanalarının birbirlerine bağlı olarak çalıştırılması ile sağlanabilir.

Bir brülör sisteminde hava/yakıt oranının debilere bağlı olarak sağlanması aşağıda gösterilmiştir.


282

Şekil 12.3– Hava/yakıt oranının kontrol şeması

1. Ana brülör gaz regülatörü 2. Pilot

3. Hava debi kontrol vanası 4. Gaz giriş emniyet kapatma vanası

5. Ana brülör gaz hattı emniyet kapatma 6. Pilot brülör emniyet kapatma vanası

7. Alev detektörü

Hat üzerindeki basınç anahtarı (DIS), basınç çalışma basıncının altına düşerse, ana gaz hattı üzerindeki güvenlik vanalarını kapatır. Böyle bir güvenlik tertibatı olmasa, hava basıncı çok düştüğü, hatta hava akışı durduğunda bile doğal gaz akışı devam ederse yanma ya durur veya çok yetersiz olur.

Verilen otomatik hava/yakıt kontrol devresi sadece bir örnektir. Değişik tasarımlar yapmak olasıdır. Doğalgaz hattı üzerindeki akış kontrol vanası debi ya da sıcaklı ayarlı olabilir, sıcaklık seçilirse bir sıcaklık algılayıcısında gelen sinyal ile vana az ya da çok açılıp kapatılır. Sıcaklık algılayıcı brülörde yanma yoluyla ortaya çıkan ısıyı transfer etmek için iletici ortam (su, buhar, hava)ın sıcaklığı ölçülerek, bir sıcaklık kontrolü ile doğalgaz miktarı, istenen sıcaklığa göre sürekli değiştirilebilir. Buna bağlı olarak hava miktarı da değiştirilmelidir. Hava debisi, gaz akış kontrolünden çıkan kumanda sinyalinin, hava kontrolüne verilmesi ve hava kontrol vanasının ayarlı açılıp kapanmasıyla ile sağlanır. Hava vanası, gaz vanasından biraz daha fazla açılacaktır.

Hava/yakıt oranını pnömatik kontrol sistemleri ile sağlamaya çalışırken, basınçların farklılığı göz önüne alınarak ayarlama yapılmalıdır.


283

Küt ve tıknaz alevler, uzun alevlere göre sönümlü değildir. Bazı kazan ve fırınlarda, pilot, ana bürlörü tutuşturduktan sonra söner, görevi bitmiştir. Fakat, bazı brülörlerde, sönümlü alevlerin var olması halinde, pilot sürekli yanar hade tutulur. Bu emniyetin yanında, eğer ana brülör sönmüş ise alev detektörü (fotosel veya AD dedektörü) devreye girerek ana gaz hattını kapatmalı, sistemi durdurmalıdır.

Endüstriyel kazanlarda ve fırınlarda brülör emniyetinin sağlanmasında şu noktalara dikkat etmek gerekir.

* Alev detektörü temiz olmalıdır. Üstü kurum bağlamış fotosel dedektörler kazanın devreye girmesini önlerler.

* Yüksek gerilim trafosu ateşleme elektrotları temiz ve aralıkları kıvılcım çıkarmak için yeterli olmalıdır.

* "Başla" komutu ile ön süpürme yapılmalı, sonra pilot ya elle veya otomatik olarak yakılmalıdır.

* Ana brülör devreye girdikten sonra alev kontrolü yapılmalıdır.

* Hava–yakıt oranı iyi ayarlanmalıdır.

* Hava ve gaz basınçları, iyi bir karışım için kontrol altında tutulmalıdır.

* Güvenlik kapatma vanası ile basınç boşaltım vanası fonksiyon testinden geçirilmiş olmalıdır.

* Gaz kaçağı detekörünün işlevini yerine getirip getirmediği kontrol edilmelidir.

Gaz–Hava Karışımı Sağlamanın Başka Yolu:

Rg-1 : Pilotlu regülatör (Pilot kumandayı hava hattından alır)

Rg-2 : Pilotlu regülatör (Pilot kumandayı hava hattından alır)

PIg : Gaz basıncı götergesi

PIh : Hava basıncı götergesi

AD : Alev dedektörü (Fotosel veya UV olabilir)

DG : Gaz detektörü (Pellistör tip, diffüzyon tip olabilir)

Sistemin çalışma prensibi:

1– Hava ile ön süpürme yapılabilir.

2- Pilot hattındaki elle kumandalı otomatik vana başına basılarak gaz verilirken pilot ateşlenir.

3– Hava basıncı Reg–2 ile ayarlanır.

4– Otomatik olarak ana brülör ayarlanan zaman içinde devreye girer. Ana brülörün zaman ayarlı otomatik devresi yoksa, girişteki küresel vana pilot yanıncaya kadar kapalı tutulur. Alev dedektörü DA tarafından EKV otomatik olarak

açılır.


284

5– Reg–1 in açılma basıncı, hava basıncına göre ayarlanır. Reg–1 pilotu öyle ayarlanır ki, gaz basıncı, hava basıncına bağlı olarak değişir. Gaz giriş basıncı, hava basıncından yüksek olmalıdır.

6– Alev dedektörü yanma odasında alevi görmedikçe EK-1 açılmaz.

7– Gaz dedektörü Dg gaz giriş yolunda kaçak olması halinde, emniyet

vanalarını kapatarak gaz girişini önler.

12.3 Isı Pompaları

Isı pompasının görevi, hacimsel alanı ısıtmak veya soğutmaktır. Isı çevriminde (cycle) ısı doğal kaynaktan veya atık ısı kaynağından alınarak ortama transfer edilir. Soğutma çevriminde (cycle), ısı hacimsel ortamdan çekilir ve uzaklaştırılarak dışarı verilir.

Isı pompaları, bilinen ısı değşitiriciler (exchange) den daha farklıdır. Hacimsel ortamın ısısını alma veya ortamı ısıtmada "çevrim" yöntemi kullanılır. Çevrim açık mekanda olabileceği gibi döşeme altından da yapılabilir. Isı pompalarının dört temel tipi şunlardır:

– Havalı tipler ⇒ hava–hava şeklinde tanımlanırlar.

– Sulu ve havalı tipler ⇒ su–hava

– Sulu tipler ⇒ "Su–su"

Bir ısı pompası elektrikle çalışan, aldığından çok enerji veren "kara kutu" (black body) olarak tasarlanır. Isı pompasının ideal termodinamik çevrim verimlilik katsayısı sıcaklıklara bağlı olarak şöyle ifade edilir.

Verimlilik katsayısı ⇒ m = (T2 – T1)/T1

Isı tesir katsayısı (Performans katsayısı) ⇒ COP = T2/(T2 – T1)

Burada:

T1: Buharlaştırıcının mutlak sıcaklığı

T2: Yoğunlaştırıcının mutlak sıcaklığı

COP: Isı tesir katsayısı (coefficient Of Performance)


285

Şekil 12.4-a) Soğutma çevrimi Şekil 12.4-b) Isıtma çevrimi

Şekil 12.4- Isı pompasının prensip yapısı

Pratikte, bir ısı pompasının, ısıtma ve soğutma katsayısı


286

Qh, Qc, Qt = [J/h] veya (kcal/h)

Isı pompalarında birincil enerji olarak elektrik yerine doğal gaz kullanılarak verimin artırılabileceği düşünülmektedir. Bir ısı pompası, başta da işaret edildiği gibi, hacimsel ortamı ısıtmak ya da soğutmak için kullanılabilmektedir. Isı pompası, eşanjör gibi çalışır. Yalnız, genel uygulamada, kompresörle dışardan alınan hava, yüksek basınçla sıkıştırılarak ısıtılır ve bu hava ya doğrudan ısıtılacak mekanda borular içinde dolaştırılır ya da bir eşanjörde suyun ısıtılmasında kullanılarak, ısıtılan suyun borularda dolaştırılması sağlanır.

Havalı ısı pompasının ısıtmada ve soğutmada kullanılması:

Soğutma ve ısıtma çevrimlerinde havanın dolaşımına dikkat edilirse, kompresör ile vanaya büyük görev düştüğü görülür. Soğutma prosesinde; içerideki petekten gelen hava kompresörden dolaştırılarak dış peteğe gönderilmektedir. Dış petekte ısısını bırakan hava, soğumuş olarak içerdeki petekten geçirilerek iç mekandan ısı alması sağlanmakta ve çevrim böyle devam etmektedir. Isıtma prosesinde, olay bunun tersidir; dış petekten gelen hava kompresörden geçtikten sonra iç peteğe gönderilerek mekanın ısıtılması sağlanmakta, daha doğrusu, burada genleşerek ısısını vermektedir, soğumuş halde dış peteğe gelen hava, dış ortamın sıcaklığından daha düşük sıcaklığa sahip olduğu için ısı kazanmakta ve tekrar kompresöre gönderilmektedir. Çevrim bu şekilde devam etmektedir.

Isı pompaları (klima) tasarımı konusunda bu kitabın 7 bölümündeki teorik bilgilere başvurulabilir. Karnot (Carnot) dönüşü formülleri ısıtma ve soğutma için gereken ısı yükleminin belirlenmesi ve kompresör gücünün hesaplanmasında kullanılabilir.

Isı Pompalarının ısıtıcı olarak kullanılmaları, soğutucu olarak kullanılmalarının tersidir. Vananın ısıtma pozisyonuna çevrilmesi ,hava dolaşımına tersine çevirecek ve klima odayı ısıtacaktır.

"Hava–Su" sistemli ısı pompasına örnek:


287

Şekil 12.5– a) Isı pompasının su ısıtmada kullanılması


288

Şekil 12.6– Döşemeden ısıtma sistemi

a) Isı pompasının döşemeden ısıtma sisteminde kullanılması.

b) Döşemeden ısıtma sıcaklık dağılım grafiği (Yatay sütun tabandan tavana yükseklik artışını, dikey sütun, sıcaklığın tabandan tavana doğru düşüşünü göstermektedir.)


289

c) Evin tabanında döşemedeki sıcak su dolaşım borularının montaj şekli görülmektedir.

d) Radyatörle ısınmada tabandan tavana doğru sıcaklık yükselişini gösteren sıcaklık dağılım grafiği. (Döşemeden ısıtma sıcaklık dağılımının tersine bir durum olduğu görülmektedir.)

Isı pompaları adı verilen sistemde, mekanda yanan bir maddenin çıkardığı ateşle ısıtılmamaktadır. Isıtma veya soğutma olayı, gazların sıkıştırılması, genleştirilmesine dayanmaktadır. Bu şekilde gerçekleştirilen, ısıtmada ısıtılan mekanda, ne oksijen azalması vardır ne de yanma atıklarından dolayı kirlenme vardır. Gazların sıkıştırılması ve genleşti-rilmesi esasına dayanan ısıtma–soğutma yapan "klima"lar birer ısı pompasıdırlar.

Isı pompası olarak tanımlanan bu aygıtlarda, prosesi gerçekleştiren eleman kompresördür. Kompresörü tahrik edecek motor ya içten yanmalı ya da elektriksel motor olacaktır. İçten yanmalı motorlar, ya dizel (mazotlu) ya da benzin kullanmaktadır. Elektrik enerjisinin daha pahalı olması halinde, ısı pompası motorunun doğal gazla çalışır hale geti-rilmesi ekonomik olacaktır.

Bir çok ülkede, benzin veya dizel kullanan taşıt araçları doğal gaz ile çalışır hale getirilmiştir. Ankara'da EGO otobüslerinden bir kısmı "Temiz Hava Kenti Ankara" sloganıyla doğal gazla çalıştırılmaktadır.

Doğal gaz, içten yanmalı motorlarda kullanılabildiğine göre, ısı pompalarının motorları da doğal gazla yapılabilir veya dizel motorlar doğal gaz yakacak şekle dönüştürülebilir.

Evin duvarına monte edilebilecek olan ısı pompasının motoru dışarıda bırakabilir, böylece ekzos gazları dışa atılmış olabilir.


290

XIII. BÖLÜM

ISI TRANSFERİ 13.1 İletim Yoluyla Isı Transferi

Bir maddenin bir parçasından diğer parçasına veya başka bir maddeye, molekül veya elektronların karşılıklı etkileşmeleri sonunda kısa sürede gerçekleşen bir ısı geçiş olayına ısı iletimi denir.

Isı akamı, kesit alan ve sıcaklık gradiyenti ile doğru, geçiş yolu ile ters oranlıdır ve yüksek sıcaklık ortamından düşük sıcaklık ortamına doğrudur. Isı yoğunluğu, birim alandan birim zamanda geçen ısı miktarıdır. Isı geçişini ifade eden denklem

x

T-kA q

t

Q

dx

dT kA

dt

dq

∆

∆==

∆

∆⇒−= şeklinde gösterilir.

Negatif işaret sadece ısı akımının yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru olduğunu işaret etmek için konmuştur. Isı miktarının mutlak değeri önemlidir ve bu değerin işareti + veya – olması sonucu etkilemez sadece ısı akımının yönü hakkında bilgi verir.

Şekil 13.1– Farklı sıcaklıklara sahip iki cisim arasında ısı transferi

Bir ortamdan başka bir ortama ısı transferinin olabilmesi için, bu iki ortam arasında sıcaklık farkının bulunması gerekir. T∆ = 0 olması halinde ısı transferi gerçekleşmez.

Örnek :

d = 0,03 m kalınlığında, A = 1 m2, olan bir metal levhanın fırın tarafının sıcaklığı T1 = 150 °C, dış yüzü T2 = 30°C ise ısı yoğunluğunu ve ısı debisini hesaplayın (k = 70 w/m–°K)


291

Çözüm :

( )m 03,0

C 150C 30

C-m

w 70-

x

Tk - q

A

Qq

oo

ox −

=

∆

∆=⇒=

22xm

kw

m

w 000 280q ==

qx : Pozitif x ekseni boyunca iletim yolu ile ısı transferi

Isı debisi ( ) kw 280 m 1 m

kw 0280AqQ 2

2xx ==⇒

veya kw 280Q t

Qx ==

∆

∆

Şekil 13.2– Isı iletimi

Isı iletim birimlerinin karşılaştırılması:

( )( )( )( )( )TtA

xQk

x

TkA

t

Q

∆∆

∆∆=⇒

∆

∆=

∆

∆


292

DQ Dx A Dt DT k → ısı iletkenliği –––––––––––––––––––––––––––––––————————————————————

cal m m2 s C° cal–m/(m2.s.C°) → Cal/m2.s.C°/m)

kcal m m2 s C° kcal–m/(m2.s.C°) → kcal/(m2.s.C°/m)

kcal m m2 h C° kcal–m/(m2.h.C°) → kcal(m2.h.C°/m)

W m m2 s K W–m/(m2.s.K) → W/(m2.s.K/m)

Cal cm cm2 s C° Cal–cm/(cm2.s.C°) → Ca/(cm2.s. C°/cm

Btu ft ft2 h °F Btu–ft/(ft2.h.°F) → Btu/(ft2 h °F/ft)

Btu in ft2 s °F Btu–in/(s.ft.°F) → Btu/(s.ft2.°F/in)

Isı iletkenlik katsayısı k nın boyutsal birimi, birim zamanda, birim uzunluktaki ortamdan, birim sıcaklıkta geçiş yapan ısı enerjisini ifade eder; iletim olayı doğrusal bir harekettir ve x yolu üzerindedir.

k ⇒kcal/(m2.h.C°/m) = kcal/(m.h.C°)

k ⇒Btu/(ft2.h.°F/ft) = Btu (ft.h.°F) şeklinde gösterilebilir.

m.K

w1,73074

ft/F.ft.h

Btu 1o2

=

m.K

w0,14428

in/F.ft.h

Btu 1o2

=

m.K

w519,220

in/F.ft.s

Btu 1o2

=

C.h.m

kj.m 6,22727

ft/F.ft.h

Btu 1o2o2

=


293

m/C.h.m

kj 6,22727

ft/F.ft.h

Btu 1o2o2

=

m/C.h.m

kj 230,6

h.m.K

kj 6,230

h.m.K

kj 230,6

w.s1000

kj 1 x

h

s 3600 x

K.m

w73074,1

o2=⇒

=

h

Btu ? w1 ⇒

h

Btu413,3 w1

h

Btu413,3

h

s 3600 x

w.s1055

Btu x w1 =⇒=

k = Termal iletkenlik

A = Isı geçiş yolunun kesit alanı

∆T = Isı geçiş yolunda cisimlerin sıcaklıkları farkı (T2 – T1 = ∆T)

∆x = Isı geçiş yolunun uzaklığı

Tablo 13.1 Oda sıcaklığında bazı maddelerin termal iletkenlikleri

Ortam k(Btu/h.ft2 °F/ft) Ortam k(Btu/h.ft2.°F/ft) (*) (*) ––––––––——— –––––––––––––– ––––––––––– ––––––––––

Boşluk 9.0x10–6 Bakır 232

Hava (1 atm, 0°C) 0,0140 (0,024 w/m–K) Demir, saf 41,5

Hava (1 atm, 100°C)0,0181 (0,0313 w/m–K) Demir (wrought) 34,9

Poliüretan (köpük) 1,2x10–2 Çelik (% 1 C) 26,2 Alçı 0,26 (=0,45 W/m–K) Kurşun 20,3 Magnezyum oksit 1,0 Altın 196 (=310 W/m–K) Katı plastikler: Magnezyum 99 – (Teflon, Naylon Civa 4,8 – Polietilen) 0,15 Nikel 36


294

Köpük plastikler Platin 41

– Polisel 5x10–3 Gümüş 242

– Stiroköpük 1x10–2 Kalay 36

Perlit 72x10–5 Tungsten 92 Cam yünü A Antimon 10,6

– (Fiberglass A) 31x10–5 Berilyum 80 Çimento 0,664 (= 1,1145W/m–K) Kadmiyum 53,7 Asfalt 0,446 (=0,7 W/m–K) Alüminyum 130 Cam (pencere) 0,468 (=0,81 W/m–K) Magnezyum (alaşım) 35–100 Granit 2,016 (=3,49 W/m–K) Paslanmaz çelik 10

Odun (kereste) 0,06 (=0,093 W/m–K Pik döküm demir 37(58 W/m–K)

(*) : k'nın SI birimleri parantez içinde verilmiştir. (Bak kaynaklar: 7,10,11)

Tablo 13.2 Metallerin Sıcaklığa Bağlı Olarak Isıl iletkenlikleri k(W/m–K)

Sıcaklık (K)

Metal 366 422 475

533

589

644

700

755

810

Bakır 390 390 388

388

386

Bakır + Nikel

% 90 Cu + % 20 Ni

52

54

59

64

73

81

85

88

92

% 80 Cu + % 10 Ni 38 40 43 47

50

54

59

122

70

% 70 Cu + % 30 Ni 31 33 36 40

43

47

52

57 35

% 30 Cu + % 70 Ni 26 26 28 28

29

31

31

33 35

Alüminyum Bronz, alaşım D

80

Alüminyum Bronz, Alaşım E

38


295

Bakır Silikon

Alaşım B

57

Alaşım A,C,D 36

Nikel 66 62 57 54

50

48

48

50 54

Ni – Cr – Fe Alaşım 800

16

20

Karbonçelik 52 50 48 47

45

43

42

38

Döküm demir 54 54 52 50

48

47

45

43

Austenic

Paslanmaz çelikler

% 18 Cr + % 20 N1

16

17

17

19

19

21

21

22

22

% 25 Cr + % 20 Ni 14 15 15,9

16,4

17,3

19

19

20,7

20,7

Ni – Cr – Fe

Alaşım 600 16 16,

7

17 1

7,3

1

7,3

1

9

1

9

19 2

0,7

Alüminyum (Annealed)

Tip 1100 – 0

218 214,

5

21

2,8

2

11

2

09

20

7,6

2

04

Tip 3003 – 0 192 192 192

192

192

192

192

Tip 3004 – 0 167,8 169,5

171,3

173

176,4

178

180

Tip 6061 – 0 176,5 178,2

180

181,6

183,4

183,4

183,4

183,4

(Kaynaklar : 16)

Örnek:


296

Oda sıcaklığı T1 = 25 C° ve dışarının sıcaklığı T2 = –10 °C ise 2 mm kalınlığında, 1m2

alanındaki pencere camından ne kadar ısı kaybı olur?

Çözüm:

)

Şekil 13.3– Isı iletimi (Yalın madde içinde)

Isı kaybı:

( ) w175 14m10 x 2

K 298-K 263 1m

K.m

w81,0

t

Q3-

2 =

=∆

∆

Şimdi de kalınlıkları d, iletkenlikleri k sıcaklıkları farklı iki madde arasındaki ısı iletimi

durumunu ele alalım.

T2 > T1 ve A1 = A2 = A dır.


297

Şekil 13.4–Farklı özellikte ve farklı sıcaklıklara sahip iki madde arasında ısı transferi

( )1

121

1

d

TTAk

t

Q −−=

∆

∆ → Sağdaki cisim ∆Q1 kadar ısı alarak sıcaklığını T1 den Ts ye

çıkaracaktır. (T2 > T1 ise k nın önündeki işaret pozitif olacaktır.) Bu cismin içindeki ısı iletimi k1, d1 A ile ilgili olacaktır.

( )2

122

2

d

TTAk

t

Q −−=

∆

∆→ Soldaki cisim T2 sıcaklığından Ts sıcaklığına düşecektir. DQ2 ısı

kaybı, kendi içinden A, d2 ye bağlı olarak çıkacaktır.

Alınan ısı = Verilen

( ) ( )2

1222

1

1211

21

d

TTAk

d

TTAk

t

Q

t

Q −−=

−−⇒

∆

∆=

∆

∆

k1, k2, A, T1, T2 , d1, d2 bilinenler ise Ts (son sıcaklık) bulunabilecektir. Isı geçiş miktarı

da şu formülden hesaplanabilir.

Isı Akımının Wat Biriminde İfadesi :

( )( ) ( )

wK/wm

(K) m

m/w/m.K

(K) m

k/dk/d

TTA

t

Q2

22

2211

12 ==⇒+

−=

∆

∆

Örnek:


298

Dokunum yapan farklı sıcaklıklara sahip iki blok arasındaki ısı transfer miktarını bulunuz.

A = 1m2 (ortak alan) d2 = 0,10 m

d1 = 0,5 m T2 = 100°C

T1 = 10°C k2 = 71,8 w/m.K

k1 = 0,093 w/m.K

Çözüm :

Şekil 13.5- Farklı bloklar arasında ısı iletimi

13.2 Konvektif Isı İletimi

Isının bir ortamdan başka bir ortama gaz ve sıvılarla taşınması iletilmesi şeklindeki ısı transfer olayı konveksiyon iletim (Convection) olarak tanımlanır. Akışkanların dokunum yaparak karışması olayında ısı iletimi söz konusudur. Eğer, akışkan örneğin su, pompalanır veya hava fanla üflenir ise, bu çeşit ısı geçişine, zorlanmış yayınım (forced convection) denir. Akışkanların, yoğunluklarına bağlı olarak, yerçekimi etkisi ile yer değiştirmeleri serbest ya da doğal ısı yayınımını sağlar Sıcak bir duvar veya döşeme üzerinden soğuk akışkan (su, hava) akışı olsa, akışkan sıcaklığındaki artış şöyledir :


299

Sıcak duvar, T

T

d

a

Şekil - 14.6-Akışkanla taban arasında ısı yayınımı

Akışkanla Taban Arasında Konvektif Isı Transferi

Td > Ta için → q = h (Td – Ta) q : Isı yoğunluğu 2m

w

h : Konvektif ısı transferi (w/m2 oC)

Ta, Td : Sıcaklık C°

Ta > Td için → q = h (Ta – Td) fi Sıcak bir katının soğuk bir akışkana

yaptığı ısı transferine Newton Soğuma

Yasası denir.

14.3 Işıma Yoluyla Isı İletimi

Elektro–manyetik dalga şeklindeki enerjinin ışıma yoluyla çevreye yayılmasıdır. Mutlak sıcaklığın üstünde bir sıcaklığa sahip tüm maddeler çevrelerine ışıma yaparlar. Bir cisim üzerine düşen radyasyon enerjisi, o madde tarafından üç şekilde karşılanır.

a) Emilebilir.

b) Yansıtılabilir.


300

c) Başka bir ortama iletilebilir.

Aralarında hava gibi saydam bir madde bulunan birbirlerini gören cisimler arasında ışıma şeklinde ısı alış–verişi olur.

Bir cismin ışınım şeklinde ısı yayması veya aynı şekilde çevresinden ısı almasına ilişkin formüller :

Çevreye verilen enerji 4111 TA σε→

Çevreden alınan enerji 4222 TA σε→

A1 yüzeyine sahip cismin net ışınım enerji kaybı, verilen ve alınan enerjilerin farkına eşit olacaktır.

Burada ;

A1 : T1 sıcaklığına sahip cismin yüzeyi, m2

ε 1 : Emisiviti, ∞−0 arasında olabilir.

σ : Stefan–Boltzmann sabiti, 5,6697 x 10–8w/m2 – K4

Eb : Kara kutu emisif gücü

T1, T2 : Cismin ve çevrenin sıcaklıkları K

Konvektif ve radyant ısı kayıplarını birlikte veren formül :

Q = (hc + hr) A (∆T)s

Q : Bir metal borunun konvektif ve radyant ısı kaybı, Btu/h

hc : Konvektif ısı transfer katsayısı Btu/h ft2 °F

hr : Radyant ısı transfer katsayısı Btu/h Ft2 . °F

hr : 0,00685 ε [Tort/100]2

Tort : Yüzey ile iç taraf arasındaki sıcaklık ortalaması, °R

ε : Siyah madde radyant emisivitesi


301

Şekil 14.7– Radyant ısı yansıması

Örnek :

Bir radyatörün yüzeyi 1 m2 ve sıcaklığı 60° C dir. Sıcak cisim olan radyatör ile çevre arasında atmosferik hava bulunmaktadır. Metalin (döküm demir radyatör) emisivitesi 0,80 ise sıcaklığı 10 °C olan çevreye ışıma yoluyla transfer olan ısı miktarını bulun.

Çözüm :

A = 1 m2 ( )4c

4r TT A Q −εσ=

e = 0,80 Q = (1) (5,67 x 10–8) [ ](333)4 – (283)4

T1 = 60° C (=333 K) Q = 3,335 x 1010–8 = 3,335 x 102

T2 = 10° C (=283 K) Q = 333,5 W


302

Tablo 13.3 Yatay döşenmiş çıplak veya izoleli standart çelik boru ve düz plakaların

20°C deki (hc + hr) birleşik ısı transfer katsayıları (W/m2 C°)

∆T (ısı veren ve alan arasındaki sıcaklık farkı) C°

Anma

capı, in

10,0

37,7

65,5

93,3

121,3

148,8

204,4

315,5

426,6

537,7

648,8

1/2 12,00 14,95 15,74 17,55 19,33 21,25 25,25 35,22 47,63 64,58 83,05

1 11,50 13,50 15,04 16,90 18,66 20,55 24,56 34,40 46,79 62,58 82,14

2 10,94 12,87 14,30 16,14 17,79 19,68 23,67 33,42 45,77 61,56 81,00

4 10,43 12,24 13,66 15,43 17,08 18,89 22,78 32,43 44,75 60,46 79,93

8 10,00 11,70 12,98 14,72 16,41 18,14 18,57 31,60 43,84 59,04 78,99

(Kaynaklar : 7)

Birim çevirmesi :

1 Btu/h = 0,2928 751 W

1 Btu/h . ft2 . oF = 5,677 W/m2.oC

Uyarı : Tabloda yatay sutunda yer alan sıcaklık değerlerinin ondalık kısımları sürerli sayılardır. Örneğin 65,5555 ......... = 65,5 olarak kısaltılmıştır.


303

Tablo 13.4– Isı yayınım (konvektif )katsayısı h, serbest yayınım

Örnek :

Sıcaklığı 100 °C olan hava, sıcaklığı 25 °C olan bir levha üzerine üflenmektedir (Fan).

Üflemeli yayınım ısı transfer katsayısı 70 w/m2 – C° dir. Plaka yüzeyi 1,5 m2 olduğuna göre, ısı geçiş yoğunluğu ve miktarı nedir?

Çözüm :

Ta = 100 °C

Tk = 25 °C

h = 70 w/m2 – C°

A = 1,5 m2

Isı yoğunluğu ⇒ q = h (Ta – Tk)

( )C 25C 100Cm

w70q oo

o2−

−=

Akış türü h (w/m2 . C°)

– 0,02 m çapındaki küre :

………………………………………………… Su içinde 606

………………………………………………… Makine yağında 60

………………………………………………… Atmosferde 9

–0,02 m – dış çapındaki silindir

………………………………………………… Su içinde 741

………………………………………………… Makine yağında 62

………………………………………………… Atmosferde 8

– 0,25 m düşey plaka

………………………………………………… Su içinde 440

………………………………………………… Makine yağında 37

………………………………………………… Atmosferde 5


304

q = 5250 w/m2

Isı geçiş miktarı ⇒ Q = q A = 5250 2m

w

Q = 7875 W

13.4 Termal Direnç, Genel Isı Transfer Katsayısı

Termal direnç, elektrik direncini andırır; maddenin ısı geçişine karşı gösterdiği zorluktur. Elektrik akımı ile ısı akımı arasında şu benzerlikler vardır:

Elektrik Isı

——————— ———————

Akım I = ∆V/R Q = ∆T/R

Gerilim ∆V = IR ∆T = QR

Direnç I

VR

∆=

Q

TR

∆=

Isı formüllerinde görülen R nin ile elektrik formüllerindeki R nin birimi, farklıdır. Elektrik direnci R = [ Ω ] , ısıl direnç R = [C°/W] birimindedir.

Bir duvarın, camın, kapının termal (ısıl) direnci vardır. Direnç, iletkenlikle ve yüzey alanıyla ters, uzunlukla doğru orantılıdır. Elektrik direninin tanımı da aynı şekildedir.

A

L

k

1R =

Bir duvarın iki tarafından iki akışkanın geçmelerini ve birbirlerine ısı alıp vermelerini ele alalım.


305

Şekil 13.8– Isı transferi ve direnç Burada, ısı transferi iki yoldan gerçekleşir : 1. Sıcak akışkanla duvar yüzeyi arasında konveksiyon şeklinde 2. Duvarın ya da genel ifadeyle cismin içinde iletim şeklinde 3. Duvarın diğer yüzü ile soğuk akışkan arasında konveksiyon şeklinde R1 ve R3 konveksiyonla ilgili termal dirençlerdir. R2, ismin termal direncidir.

Yukarda sıralanan ısı geçişleri formüle edilirse:

( ) ( )22221

211 TTAhL

TTAkTTAhQ ∞∞∞ −=

−=−=

Bu formülü yeniden düzenleyelim.


306

( )( ) ( ) ( )2

2221

11

11

Ah/1

TT

Ak/L

TT

Ah/R

TTQ ∞∞ −

=−

=−

=

Dikkat edilirse, terimleri bölenler, ısı geçiş ortamlarının termal dirençleridir Direnç

ifadeleri şeklinde yazılırsa:

( )( ) 3

22

2

21

1

11

R

TT

R

TT

Ah/1

TTQ ∞∞ −

=−

=−

= olur.

Bu eşitliklerin altları ve üstleri toplanırsa eşitlik bozulmaz :

t

21

321

222111

R

TT

RRR

TTTTTTQ ∞∞∞∞ −

=++

−+−+−=

Uyarı : • (sonsuz) işareti, verinin sistemin dışında, kontrolsüz olduğunu gösterir. Örnek : L = 0,30 m kalınlığındaki duvarın iç tarafında sıcaklık

1T∞ = 26°C, dış tarafında

2T∞ = 5°C, duvar yüzeyi

A = 10 m2,

K. w/m100h 21 =∞ ,

K. w/m300h 22 =∞ ,

K.m

w024,0k =

sıcak ortamdan (oda), soğuk ortama (dışarı) ısı transferi ne olur? Çözüm :


307

Şekil 14.9– Metal duvar ısı transferi ve direnç

Isı transfer denklemi ( ) ( ) ( ) ( )Ah/1Ak/L

TT

Ah/1Ak/L

TTTTAqQ 1221

+

−=

+

−+−== ∞∞

Bundan ;


308

( ) ( ) ∞∞ +

+=⇒+

−= T

h

L

k

1qT

h/1k/L

TTq 1

1

C 26 C w/m400

m 005,0

C- w/m40

1

m

w 2093T o

o2o21 +

−+

=

C 35,78T o1 =

26400

2093T

h

qT2 +=+= ∞

C 23,31T o2 =

Örnek : Birbirlerine dokunum yapan iki bakır borudan biri T1, diğeri T2 sıcaklıklarına sahip

akışkan geçirmektedir. Boruların boyutları eşittir. Veriler : ∆T = T1 – T2 = 80° C

Dokunum noktasında Tc = 65°C

Boru duvarı iletkenlik katsayısı k = 107 w/m – C°

Kabuk (film) ısı iletkenlik katsayısı Cm

w 7000h

o2 −=

Boru üstü kabuk kalınlığı 1,5 x 10–6 m Boru çapları ( )m 10,0in 4D ≅=

Boru uzunlukları L = 3 m Bu verilere göre ısı transferi nedir? Çözüm : Isı transfer denklemi

( ) ( ) w Q K T , w

K R ifadesi Birimlerle

RRR

T Q

321

=⇒

=∆

=⇒

++∆

=⇒

R1 = Boru duvarları termal dirençleri


309

Rc = Dokunum (contact) yüzey direnci 23-22 m 10 x 85,74/(0,1) 4/DA =π=π=

Şekil 14.10– Boru çeperi + kabuklanma direnci

Örnek : Evin tabanına gömülü ısı transfer boruları ile ev tabandan ısıtılacaktır. Boruların çapı 3/4”

ve uzunlukları L= 5 m dir. Beton tabanın iletimi K-m

w0,31k = Bo-rulardan geçen suyun

sıcaklığı 65 °C olacaktır. Boruların derinliği d = 0,05 m ve taban sıcaklığı 5 ° dir. Bu verilere göre, ısı transferi ne olur?

Çözüm : Örneği bir tek boru için çözelim.

Isı transfer denklemi Q = Fk (T1 – T2)

Burada : F = Biçim faktörü k = Termal iletkenlik Biçim faktörü, her geometrik şekil için ayrı ayrıdır : Formülleri şöyledir.


310

Geometrik şekil Biçim Faktörü Formülü ———————————————— ———————————————

T2 sıcaklığına sahip yarı sonsuz ortamdaki küre ....... ( )π−

π

2/R1

R4 ..................................... 1

Sonsuz ortamdaki küre ......................................................... πR4 .................................................. 2

Boş silindir .................................................................................. ( )12 r/rln

H2π ........................................ 3

Bir dikdörtgen prizma .......................................................... A/L ................................................... 4

İzotermal silindir (boru), yarı sonsuz ortamda ........... [ ]R/dCosh

L21−

π ................................ 5

İki paralel, izotermal silindir, sonsuz ortamda ............ ( )[ ]21

21

21 RR2/RdCosh

L2

−

π−

...... 6

Bu formüllerde

R : Yarı çap H: Silindir yüksekliği L : Boy d : T2 sıcaklığına sahip noktanın uzaklığı veya derinlik boru merkezleri arası

uzaklık (6. formül) Örneğimizdeki borunun biçim faktörünü bulalım :

[ ] ( )019,0/05,0Csh

)5(2

R/dCosh

L2F

1

π=

π=

−

Burada x2ln)x(Cosh 1 ≅− bağıntısı kullanılabilir.

Hesaplanan F faktörü : F = 18,91 Bu faktörü ısı transfer denkleminde yerine koyalım.

[ ]565Km

w31,091,18Q −

−=


311

w726,351Q =

13.5 Isı Değiştiriciler

Termal genel direnç → R = Ri + Rt + R0

Ri : Akış tarafındaki direnci

Rt : Boru veya tübing duvar direnci

R0 : Akış dışındaki direnci

hA

1

kA

1

hA

1 R

oomii

++=

A0, Ai = Tüpün, iç ve dış yüzey alanları, m2

Am = logaritmik ortalama yüzey, m2

hi, h0 = Akışın iç ve dış tarafındaki ısı transfer katsayıları w/m2 C°

k = Tüp malzemesinin termal iletkenliği R = Toplam diren

Şekil 13.11– Isı değiştiricilerd ısı transfer olayının akış şeması

Belli hacımda su debisine sahip kazan ile bu kazanın içinde, ondüle halinde (U – Şekilli dönüşler) dolaştırılan buhar geçiş boru sistemi ısı değiştiricilere örnektir.

Buhar borusunun dış ve iç genel ısı transferleri şöyle ifade edilir.


312

Yukarda tanımlanmayanlar :

t = Buhar borusu (tüp) et kalınlığı, m

Logaritmik ortalama alan :

( )io

iom

A/Aln

AAA

−=

A0 = Dış çap kullanılarak bulunan kesit alan, m2

Ai = ‹ç çap kullanılarak bulunan kesit alan, m2

i

oo

m

o

D

Dln

t2

D

A

A= burada 2t = D0 – Di

Boru et kalınlığı, ısı iletkenliği yanında çok küçük bir değer olacağından genellikle ihmal edilir. Boru iç tarafı genel ısı transferi :

oii

h/1h/1

1U

+= şeklinde kısaltılabilir.

hi ve h0 ısı transfer katsayılarının bulunması için bazı ampirik (teorik olmayıp– pratik

olan) formüller geliştirilmiştir. Bu formüller, transfer ortamının özelliklerine göre ufak değişiklikler göstermektedir. Geliştirilen pratik formüller, ortaya atan kişilerin isimleriyle bilinmektdir. Bu formüllerden bazıları :

L/Tk

Th

k

hLN veya

k

hDN Sayısı Nusselt uu ∆

∆===⇒

Nusselt sayısı, konveksiyon (yayınım) şeklindeki ısı transferinde kullanılır. Tamamen iletim şeklinde (katı içinde) gerçekleşen ısı transfer olayında 1N u ≅ olur.

( ) αϑ

=ρ

µρ=

µ=⇒

p

pr

C/kk

CP sayısı andtlPr


313

Gazlar Yağ ve Petrol Sıvı metaller

Pr ~1 >>1 <<1

∆T, duvar yüzeyi ile akışkan sıcaklıkları arasındaki farktır.

Boru ve akışkan verileri ile hesaplanan Reynold sayısının büyüklüğü bize akış türü

hakkında bilgi verir.

⇒µ

ρϑ=

DR e (Borularda akış)

Havanın bir levha yüzeyinden geçmesi şeklindeki atmosferik hava akışı için Reynold

sayısının ifadesi şöyledir :

L

R e ⇒µ

ρϑ= ∞ (Atmosferik havanın L boyunca akışı)

Sağ taraf ∞ϑ L ile çarpılır bölünürse :

L

LR

22

e ⇒µϑ

ρϑ=

∞

∞ elde edilir.

Formülde kinematik viskozite terimi kullanmak için sağ tarafın pay ve paydası r ile

bölünür.

Akış tanımları :

Düzgün (Laminar) akış ..................... : Re < 2000

Dolaşık (Türbülent) akış .................. : Re > 2300

Kritik akış ............................................... : 2000 < Re < 4000

TC

Th

C

h

mpmp ∆∆

==⇒ϑρρϑtS sayıayStanton


314

Bu formüllerde : Cp : Sabit basınçta özgül ısı

, mϑϑ∞ : Hız ( ∞ϑ : ∞ işareti hızın kontrolsüz olduğunu ifade

eder : Atmosferik havanın hızı gibi) µ : Viskozite

D : Boru çapı

ν : Kinematik viskozite

L : Bir levhanın veya yüzeyin uzunluğu

α : Isının moleküler diffuziti

ρ : Yoğunluk

Laminer ve türbülanslı akışlara ilişkin Nu ifadeleri geliştirilmiştir.

Türbülanslı Akışla İlgili Nu Formülleri

a) Pürüzsüz borular :

0,7 < Pr < 16700 ve Re > 10000 → Nu = 0,027 Re0,8 Pr

0,3

04,0

w

b

µ

µ

b) Pürüzsüz borular :

0,7 < Pr < 160 ve Re > 10000 r8,0

eu PR023,0N =⇒

Isınmada n = 0,4 , soğumada n = 0,3

c) Pürüzsüz borular :

0,7 < Pr < 10 ve Re > 10000 → Nu = 0,023 Re0,8 Pr

0,3

Laminer Akışta Nu

a) Sabit boru duvarı ısı akımında N ≅ 4,36 b) Sabi boru duvarı sıcaklığında Nu = 3,66

Örnek :


315

Ortalama sıcaklığı T0 = 60 C° olan sıcak su, çapı D = 3" olan borudan, ortalama hızı mϑ =

0,12 m/s ile akmaktadır. Boru yüzeyine doğru ∞T = 5 C° deki atmosferik hava akımının

ortalama hızı ∞ϑ = 7 m/s dir. Boru duvarının termal direnci ihmal edilmektedir. Bu verilere

göre, borudaki sıcak sudan havaya ne kadar ısı geçişi olur? (Çap D0 ≅ Di alınacaktır.)

Çözüm :

60 °C deki suyun fiziksel özellikleri :

19129R

)s/(m 10 x 478,0

m) (0,0762 (m/s) 12,0R

e

26-e

=

=

Re > 2300, akış türbülanslıdır, bu durumda, Nusselt sayısının türbülans formülü kullanılır.

Nu = 0,023 Re0,8 Pr

0,3

Nu = 0,023 (19129)0,8 (3,02)0,3

Nu = 0,023 (263) (1,393)

Nu = 85,33

Akışın iç tarafına (su) ilişkin konveksiyon ısı transfer katsayısı, Nu, k, D; kullanılarak

hesaplanır.


316

C m

w 729h

0,0762

0,651 33,85

D

kNh

o2i

iui

=

==

Boru dış duvarı ile hava akımı arasındaki konveksiyon ısı transfer katsayısı h0, havanın

verileri kullanılarak bulunacaktır.

Boru dış duvarı ile hava dokunum yaptığında, ortalama sıcaklık oluşacaktır. Boru dış yüzeyindeki bu sıcaklık

C 5,322

560

2

TTT osh

o =+

=+

=

Bu sıcaklıktaki havanın fiziksel özellikleri tablolardan alınır.

Tablodan bulunması gereken deneysel değer viskozite, özgül ısı ve termal iletkenliktir. Diğer veriler bunlara bağlı olarak hesaplanabilir. Hesaplanabilecek bu veriler ;

a) T sıcaklığında atm 1PP K, 15,273T T

P

P

Tss

s

so ===⇒

ρ=ρ , alınabilir.

b) Kinematik viskozites ρ

µ=ν

c) Prandtl (Pr) sayısı Pr = Cp m/k

d) Reynold (Re) sayısı Re = rVD/m

Yukarıda, su il ilgili veriler de aynı şekilde hesaplanabilir.

Boru duvar yüzeyi (film) ile temas halindeki 32,5 °C lik havanın özellikleri ;

ρ = 1,1774 kg/m3

Cp = 1,0057 kj/kg C°


317

µ = 1,983 x 10–5 kg/m.s

k = 0,02624 w/m°C

* Prandtl sayısını hesaplamak için, birimlerin uyuşumlu olması gerekir.

C-kg

w.s7,1005

kj 1

w.s1000 x

C-kg

kj 0057,1C

oop ==

⇒==Cm.

w 02624,0

m.K

w 02624,0k

o (K veya °C olması değer değiştirmez.)

Prandtl sayısı

=

µ=

C-kg

w.s7,1005

k

CP

o

pr

76,0Pr =

Reynold sayısı → 5-e

10 x 6842,1

)0762,0)(7(DR =

ν

ϑ= ∞

31670R e =

Bir silindir (boru)e karşı akış yapan gaz veya sıvıların ortalama ısı transfer katsayısı Whitaker korelasyonu ile belirlenir. Örneğimizdeki hava akımının boruya doğru olması nedeniyle bu korelasyonu kullanmamız gerekecektir. Bu korelasyon, silindirik bir borunun dış yüzeyine doğru akış yapan gaz ve sıvıların Nusselt sayısını bulmaya yarar.

0,4r

66,05,0u P )R06,0R4,0(

k

hDN +==

Nu = [0,4 (31670)0,5 + 0,06 (31670)0,66](0,76)0,4


318

Nu = 114,06

Bulunan veriler kullanılarak, boru dış duvarındaki konveksiyon ısı transfer katsyı bulunur.

==

0,0762

0,02624 06,114

D

kNh

ouo

C m

w 25,39h

o2o =

Boru duvar direnci ihmal edilerek, genel ısı transfer katsayısı hesaplanır.

( ) ( )

+=

+=

25,39/1729/1

1

h/1h/1

1U

oi

( ) ( )

+=

+=

25,39/1729/1

1

h/1h/1

1U

oi

0268,0

1U =

C. w/m37,24 U 0268,0

1U o2=⇒=

Isı transfer genel denklemi :

TUAQ ∆=

DLA π= (Boru yanal alanı)

2m 718,0DLA m 0,0762D

m 3L=π=

=

=

( ) ( ) C 55560TTT ooi =−=−=∆

( )( )C 55m 0,718 C m

w24,37Q o2

o2

=

w55 60,1440Q =


319

13.6 Isı Değiştiriciler Tasarımında Logaritmik Ortalama Sıcaklık (LMTD) Yöntemi

Isı değiştiriciler (heat exhangers), birinden sıcak, diğerinden soğuk akışkanın geçtiği, ısı transfer birimleridir.

Buna göre, ısı transfer birimleri birer ikili akış düzenekleridir.

• Buhar – su

• Sıcak su – hava

• Buhar – hava

• Sıcak hava – soğuk hava

• Sıcak hava soğuk su

Isı – değiştiricilerde, sıcak ve soğuk akışkanlar arasında, sıcaklık farkı, sabit kalmaz; ısı değiştirici boyunca değişir. O nedenle, sıcaklık farkının logaritmik ortalaması kullanılır.

Isı transfer denklemi mTUAQ ∆=⇒

Sıcak–su hava ısı değiştiricide durumu örnekleyelim.

Şekil 13.12– Paralel akışlarda ısı transferi ve sıcaklık geçiş grafiği

Örnek :


320

paralel akışta sıcaklıklar farkı → ( )Lo

Lom

T/Tln

TTT

∆∆

∆−∆=∆

Eğer, sıcak ve soğuk akışkanlar ters yönlü akarlarsa durum şöyle olur.

Şekil 13.10– Ters akış sistemi ve sıcaklık geçiş grafiği

Örnek :

Ters akışta sıcaklıklar farkı → ( )oL

oLm

T/Tln

TTT

∆∆

∆−∆=∆

Yukardaki açıklamalar ve bilgiler kullanılarak logaritmik ortalama sıcaklık hesaplanır. Basamaklı işlem şöyle yapılır.


321

Burada:

∆T0 : Paralel akışta, iki akışkanın sisteme giriş sıcaklıkları farkıdır.

Ters yönlü akışta, sistemden çıkan sıcak akışkan ile sisteme giren soğuk akışkan arasındaki farktır.

∆TL : Paralel akışta, sistemden çıkan iki akışkanın sıcaklıkları

farkıdır. Ters yönlü akışta, sisteme giren sıcak akışkanın sıcaklığı ile sistemden çıkan soğuk akışkanın sıcaklıkları arasındaki farktır.

Örnek : Buhar su ters akışlı, sistem, tasarlanmaktadır. Buhar borusu, (tube), su kazanı (shell)

içinden geçirilmektedir. Veriler şöyledir : Ti = 120 °C (buhar giriş sıcaklığı)

T0 = 75 °C (kondens çıkış sıcaklığı)

Ta = 12 °C (Su giriş sıcaklığı)

Tb = 50 °C (Su çıkış sıcaklığı)

Di = 2" (=0,0051 m) buhar boru iç çapı

U = 100 w/m2 Genel ısı transfer katsayısı Cp = 4180 J/kg C° (Suyun özgül ısısı)

L = 50 m (Boru uzunluğu) m = ? (Su debisi, kg/s)

Q = ? (Isı transferi)

Çözüm :


322

1. Sistem ters akışlıdır.

2. Sıcaklık farkları ∆T0 = T0 – Ta = 75 – 12 = 63 °C

∆TL = Ti – Tb = 120 – 50 = 70 °C

3. Ters akış logaritmik sıcaklık farkları ortalaması

( ) ( )

CT

TT

TTT

m

oL

oL

m

o 43,66

63/70ln

6370

/ln

=∆

−=

∆∆

∆−∆=∆

5. Su debisi


323

( ) ( )

kg/h 034,0m

12-50 4180

75,5321

TC

Qm TmCQ

pp

=

=∆

=⇒∆=

Örnek :

Sıcak su – petrol eşanjörü aşağıdaki verilere göre tasarlanmaktadır. Sıcak su debisini ve sıcaklığını bulun. Sıcak su ve petrol ters akışlı geçiş yapmaktadır.

Veriler : m0 = 159 kg/h = 0,044 kg/s (petrol debisi)

Ta = 16 °C (Petrol giriş sıcaklığı)

Tb = 50 °C (Petrol çıkış sıcaklığı)

T0 = 30 °C (Su dönüş sıcaklığı)

C0 = 2091 J/kg C° (Petrolün özgül ısısı)

Cw = 4180 J/kg C° (Suyun özgül ısısı)

Fw = 0,00018 m2 C°/w (su tarafından kabuklaşma)

F0 = 0,00088 m C°/w (Petrol tarafında kabuklaşma)

D = 3" boru (Su dolaşım borusu)

L ≅ 30 m (10 paralel boru demeti her biri 3 m uzunlukta U–şekilli dönüşler halinde)

kabul edilebilir aralıklarda seçilirler.

.seçilirler rdasıcaklıkla edilebilir Kabul C w/m1250h

C w/m78ho

w

oo

=

=

Çözüm :


324

Şekil 13.13- Ters akışlı sistemin şematik gösterilişi

2. Isı transferi :

∆Qo = mo Co(Tb – Ta)

∆Qs = ms Cw(Ti– To)

∆Qo = ∆Qs olduğundan

mo Co (T b– Ta) = msCw(Ti – To)


325

( ) ( )

( ) C 30T C kg

J 4180 m

s

J 3128,136

C 30T C kg

J 4180 m C 16C 50

C kg

J 2091

s

kg 0,044

oios

oios

oo

o

−

=⇒

−

=−

3. Isı transfer denkleminden ∆Tm in bulunması

Q = UA∆Tm

Veriler kullanılarak genel ısı transfer katsayısı bulunur.

( ) ( ) ( )( )

( )( )

C 74,6(7,18) )59,64(

w136,3128

UA

QT

m 18,7A

0762,0m 30DLA

C m

w 59,64U

1/78 88x10 10x18 1250/1

1

h/1FF1/h

1U

om

2

o2

5-5ooww

===∆

=

π=π=

=

++=

+++=

−

4. ∆T0 = ∆TL varsayalım.

∆T0 = T0 – Ta = 30 – 16 = 14 oC

∆TL = Ti – Tb den Ti = ∆TL + Tb = 14 + 50 = 64 oC

5. Sıcak su debisi

( )

kg/s 022,0142120

136,3128

30644180

13,3128m s ==

−=

Örnek :

Buhar – hava akışkanlarıyla ısı transfer birimi tasarlanmaktadır. Silindirik borudan buhar geçerken, hava belli bir hızda boru yüzeyine üflenmektedir (fanlı sistmler). Sistemin verileri şyledir.

Buhar boru çapı ...................................................... D = 1’’ (= 0,025 m)

Buhar boru uzunluğu ............................................ L = 1 m


326

Hava sıaklığı ............................................................. Th = 0 °C

Hava üfleme hızı ..................................................... Vh = 20 m/s

Boru duvar yüzey sıcaklığı ................................. Tw = 27 °C

Bu verilere göre, buhar–hava arasında gerçekleşecek ısı transferi ne olur?

Çözüm :

a) Boru duvar yüzeyi ile hava akımı arasında çok ince bir tabaka (film) da, sıcaklık, boru duvar sıcaklığı ile hava sıcaklığının aritmetik ortalamasıdır.

b) 286,5 K deki havanın fiziksel özellikleri ilgili tablolardan bulunur. Gerekli olan

fiziksel özellikler Nusselt, Reynold ve Prandtl sayılarının hesaplanmasında kullanılır. 1 atm, 286,5 K deki havanın özellikleri :

ρ = 1,24 kg/m3,

C kg

kj 0056,1C

op =

m.s

kg 10 x 84935,1 5-=µ

m.K

w 02516,0k =

c) Boyutsuz sayılar hesaplanır.

7389,0P

w0,02516

m.K 1

m.s

kg 10 x 1,84935

C kg

kj 0056,1

k

CP

r

5-

o

pr

=

=

µ=


327

Uyarı:

1kJ = 1000 w.s dir.

5-e10 x 1,84935

(1,24) (0,025) )20(DR =

µ

ρϑ= ∞

33525R e =

∞ϑ = Atmosferik hava hareketinde olduğu gibi kontrolsüz hız

Boru dış duvar yüzeyi ile hava akımı arasında oluşan ince zarın (film) konveksiyon ısı transfer katsayısını bulmak için, Nusselt sayısının orta değerini hesaplamak gerekmektedir. Yukarıdaki, boyutsuz sayılar, Pr ve Re, Nu’yu bulmakta kullanılacaktır. Gazların bir silindirik boruya karşı akış yaparak ısı alıp vermelerinde kullanılan Nu formülü :

( ) 0,4r

66,0e

5,0e

ortu P R06,0R 4,0

k

DhN

ort+==

Re ve Pr nin bulunan değerleri formülde yerlerine konur.

( ) ( )[ ]( )( )( )

16,120N

0,886 3826,62239,73N

0,7389 33525 0,06 335254,0N

ort

ort

ort

u

u

4,066,05,0u

=

+=

+=

d) Hava akımı – boru dış duvar yüzey arasındaki zarın ortalama konveksiyon ısı transfer katsayısı, Nuort kullanılarak bulunur.

( )120,16 025,0

02516,0N

D

kh

ortuort

==

93,120h ort =

e) Isı transferi ( ) ( )hdort TT LDhQ −π=⇒

Q = (120,93) ( π x 0,025 x 1) (300 – 273)

Q = 256,44 w/m

Tabl 13.5 Bazı gazların viskoziteleri


328

Sıcaklık C° → 0 20 60 100 200 400 600 80

0

Gazlar ↓ Viskozite N s/m2 x 108

Hava 1704 1870,56 1996 2195 2539 3363,

7

3855,7 4382

Karbondioksit 1386,6 1476,48 1671,8 1862,44 2281,8 3005,5 3580,6 4182,5

Karbon

monoksit

1652,

75

1765,95 1985,68 2195,38 2502,5 3196,

58

3806,0 4370

Helyum 1855,

75

1936,48 2112,74 2275,63 2665,4 3404,

3

4058,7 4654

Hidrojen 832,5

8

872,7 1000,7 1030,3 1208,0 1529,

5

1823,2 2097,7

Metan 1023,

17

1084,3 1264,83 1329,93 1599,72 2064,

0

– –

Azot 1656 1743,9 1917,37 2080,26 2458,5 3105,

8

3652,7 4126

Oksijen 1914,

4

2022 2228,8 2423,

7

2873,6 3658,

9

4340,6 4982,1

Buhar – 883,2 1045,62 1208,

0

1614,

0

2426,

10

323

8

4050

(Kaynaklar : 7)


329

Örnek :

Havanın 20 ° deki viskozitesini, MKS, CGS, SI ve İngiliz birimleriyle ifade ediniz.

Çözüm:

Birim sistemi İfadesi ————————— —————————————

SI .....................................................................................................1870,56 x 108 N s/m2

MKS ................................................................................................1870,56 x 108 kg/m s

CGS .................................................................................................1870,56 x 109 g/cm s

İngiliz ............................................................................................39,159 x 108 lb f. s/ft2

Birim Çevirmeleri :

SI biriminde ( )

( )/dyd

F/A

ϑ=µ⇒

Pa.s 1m

N.s 1

m) m/s)/(1 (1

N/m 1

m) m/s)/(1 (1 /dyd

m 1A

N 1F

2

22 ===µ

=ϑ

=

=

CGS biriminde ( )

( )/dyd

F/A

ϑ=µ⇒

2

22

cm

din.s 1

cm) cm/s)/(1 (1

din/cm 1

cm 1 dy

cm/s 1d

cm 1A

(dyne)din 1F

==µ

=

=ϑ

=

=

poiz 1g/cm.s 1cm

din.s 12

==

SI → İngiliz birimine : 22

2

2 ft

ıbf.s

76,47

1

ft) 28,3(

m 1x

N 4,44

ıbf 1x

m

N.s 1=


330

:ifadesi kisisteminde birim İngiliz Pa.s →

22 ıbf.s/ft 020938,0N.s/m 1 Pa.s 1 ==

13.7 Kabuklaşma direnci (fouling)

Akışkanın zamanla boru yüzeyinde oluştuğu ince tabakaya (kabuk) “fouling” denir.

Boruların iç ve dış tarafları akışkanların türüne bağlı olarak tortu bağlayarak ince bir

kabukla örtülürler. Bu kabuklaşma olgusu, zamanla ısı transferini zorlaştırır. Bazı akışkanlara ilişkin kabuklaşma dirençleri şöyledir.

Tablo 14.6 – Kabuklaşma (Fouling) Faktörleri Kabuklaşma (Fouling) Akışkan türü dirençleri —————————————— ——————————————

Organik buharlar .......................................................................... 88 x 10–6 m2 . °C/w

Buhar................................................................................................. 88 x 10–6 m2 . °C/w

Alkol buharı .................................................................................... 88 x 10–6 m2 . °C/w

Hava ................................................................................................... 35 x 10–5 m2 . °C/w

Buhar (çıkış hali) ......................................................................... 18 x 10–5 m2 . °C/w

Fuel oil .............................................................................................. 88 x 10–5 m2 . °C/w

Bitkisel yağlar ............................................................................... 53 x 10–5 m2 . °C/w

Makine ve transformatör yağı ............................................... 18 x 10–5 m2 . °C/w

Irmak suyu ..................................................................................... 36 x 10–5 m2 . °C/w

Deniz suyu ..................................................................................... 88 x 10–6 m2 . °C/w

Arınmış kazan besleme suyu ................................................. 18 x 10–5 m2 . °C/w (Kaynaklar : 15)


331

XIV BÖLÜM

KONUT VE İŞ YERLERİNDE PROJE VE TESİSAT

14.1 Sulu Isıtma Sistemleri Ve Uygulama Örnekleri

1. Isı Kaynağının Saptanması:

a) Buhar–su ısı değiştiriciler (eşanjörler)

b) Su–su ısı değiştiriciler

c) Hava–su ısı değiştiriciler

d) Isı pompaları

2. Su Sıcaklığının Seçilmesi

a) Düşük Sıcaklık Su Sistemi

Bu sistemde:

– Isı kaynağı: kazanlarda elde edilen sıcak su

– İzin verilebilir en yüksek basınç P = 1102 kPa (1,102 barg), Tc = 121°C

– Genelde, kazan çalışma basıncı P = 207 kPa da tutulur

b) Orta Sıcaklık Su Sistemi (MTW: Medium Temparature Water System)

– Sıcak su ısıtma sistemi çalışma sıcaklığı T ≤ 176,7°C, P ≤ 1034 kPa

– Uygulamada: T = 121.C°–162,7 °C) ve P = 1034 kPa da tutulur.

c) Yüksek Sıcaklık Su Sistemi (HTW:High Temparature Water System)

– Sıcak su ısıtma sistemi çalışma sıcaklığı T = 176.7°C ve basıncı P= 2068 kPa

– Tasarım sıcaklığı en fazla T = 232,2°C ve basınç P = 2068 kPa olabilir.

3. Isıtmada Sulu Sistemleri Kullanmanın iyi Yanları

a) Değişik radyatör tiplerinin kullanılmasıyla ısının her tarafa yayılması sağlanır.

b) Hızlı ve benzeşik (uniform) ısıtma elde edilir.

c) Yakıt tasarrufuna olanak verir.

d) Kurulması uzmanlık istemez.

e) Korozyon olgusu azdır.

4. Sulu Isıtmanın Esasları


332

Isı kaynağından aldığı ısıyı borular yoluyla, ısıtma ortamına götüren su, orada, sıcaklık farkına bağlı olarak ısı kaybederek tekrar ısı kaynağına döner. Isı kaynağı değişik yapılar, sistemler olabilir.

14.2 Isı Transfer Birimleri

Bir yapıda (örneğin konut) kaybolan ısıya eşit miktarda ısının sağlanarak, mekanın istenen sıcaklıkta tutulması için, mekan içine kurulan ısı transferi yapacak birimlere (yapılar) gerek vardır. Sulu ve buharlı ısıtma sistemlerinde, bunlar değişik yapıdaki radyatörler, konvek-törlerdir. Döküm demir radyatörler en yaygın tiplerdir. Radyatörlerin tasarımında, ön plana alınacak durum, ısı yayma alanının, minimum yer işgalinden en fazlaya çıkarabilmektir. Izgara (ağ) tipi (Finned type) radyatörler bu amaçla geliştirilmişlerdir.

Şekil 6.38– Radyatör ve Konvektörler

Şeki 14.1 Radyatörler 14.3 Isı Transfer Birimlerinin Tasarımında Yapılan Kabuller

a) Genel ısı transfer katsayısı U sabittir.

b) Isı kaynağında aldığı ısıyı, ısıtılacak ortama taşıyan akışkanın kütlesel debisi sabittir.

c) Isıyı taşıyan akışkanın faz durumunda değişme yoktur.

d) Isı alan ile veren akışkanların veya ortamların özgül ısıları sabittir.

e) İletim sırasında ortaya çıkarak ısı kayıpları ihmal edilebilir.

14.4 Sistemin Belirteçleri

a) Su tasarım sıcaklığı


333

b) Su debisi

c) Borulama tipi

d) Pompa seçimi

e) Terminal (ısı transfer) birimi

f) Kontroller

Ufak sistemlerde, (10000 Btu/h), konutsal ısıtma pratiğinde, suyun ısı transfer biriminin giriş ve çıkışı arasındaki sıcaklık farkı (TD: Temparature Differance) 11.7°C (=20°F) dir.

14.5 Isı Transferinin Belirlenmesi

İster ısıtma, ister soğutma proseslerinde olsun, ısıtılan ya da soğutulan ortama transfer olan ısı miktarı, su ile ortam arasındaki sıcaklık farkına (DT)m ve genel ısı transfer katsayısı (U) na, akışkanların hızlarına, ısıtılan ortamın karakterine ısı transfer biriminin yapısına ve başka faktörlere bağlıdır.

Genel formül:

( ) ( )[ ]( ) ( ) 2o1o

2o1om

T/Tln

TTUA)T(UAQ

∆∆

∆−∆=∆=

ssoom

i

iiT

Af

1

Af

1

kA

x

Af

1

UA

1r :direnç Termal +++==

Yukarıdaki formüllerde:

Q = Isı transfer debisi: W(Btu/h)

U = Genel ısı transfer katsayısı W/m2.C° (Btu/h.ft2.°F)

A = Isı transfer yüzey alanı m2(ft2)

∆(T)m : Terminal sıcaklık farkının logaritmik ortalamasıdır. C°(°F)

(∆T)01 : En yüksek terminal sıcaklıkları farkı

(∆T)02 : En düşük terminal sıcaklıkları farkı

UA : Termal direnç denkleminden elde edilir.

fi, fo, fs, k : Değerleri tablolardan alınır.

A = Isı transfer kesit alanı, m2 (ft2)

A i = ‹ç taraftaki kesit alan, m2 (ft2)

Ao = Dış taraftaki kesit alan, m2 (ft2)


334

Am = Ortalama kesit alan, m2 (ft2)

fi, fo = ‹ç ve dış yüzey film ısı iletkenlik katsayıları Btu/h.ft2.°F)

k = Termal iletkenlik w/m2.C°/m [Btu/(h.ft2.°F/ft)]

fs = Yüzeylerinde biriken tortu tabaksı (scale)nın ısı iletimi w/m2C°

[Btu/(h.ft2.°F)]

As = Tortu tabakası (scale)nın yüzey alanı, m2 (ft2)

Şekil 14.2–Buhar–su sistemiyle ısı transfer olayının şematik görünümü

14.6 İçeri Sızan Havanın Isıtılması İçin Ek Isı

Konutlarda, kapı, pencere gibi görünür, görünmez delik ve gözeneklerden sürekli içeri hava akımı olacaktır. Isıtma ya da soğutma prosesi uygulanan ortamın havası içeri–giren değişik sıcaklıktaki hava ile devamlı değişecektir.

Kaçak şeklinde ister istemez içeri giren havanın ısıtılması için gereken ısı transfer miktarı, giren havanın debisi ile sıcaklığına bağlı olarak şu formülle hesaplanır.

( )oihs TTQ 018,0H −=

Burada:

Hs = Kaçak yollardan, açık deliklerden içeri giren havanın sıcaklığını,

ortamın sıcaklığına getirmek için gereken ısı transfer miktarı Btu/h


335

Qh = İçeri sızan havanın debisi ft3/h

Ti = İçerinin sıcaklığı, °F

To = Dışarının sıcaklığı, °F

0,018 = Havanın özgül ısısı ile yoğunluğuna bağlı katsayı

(Havanın yoğunluğu 0,075 lb/ft3 = 1,189 kg/m3 kabul edilmiştir)

Formül İngiliz birim sistemine göre geliştirildiğinden İngiliz birimleri ile kullanılır.

Örnek :

5 m3 hacımdaki ufak bir oda dışarıyla 18 °C fark olacak şekilde doğalgaz sobası ile ısıtılacaktır. Verilere göre doğal gaz debisi ne olur?

Veriler :

Ti = 23 °C (=73.4 °F)

To = 5 C° (=41 °F)

Qh = 5 m3 2s = 2.5 m3/h = 87,5 ft3/h (‹çeri–dışarı yer değiştiren hava)

(Ev gibi bir ortamdaki havanın tamamen iki saatte bir değiştiği kabul edilmektedir.)

Çözüm :

Odaya giren taze havayı istenen sıcaklığa kadar ısıtmak için gerekli ısı yükü;

Hs = 0,18 (87,5) (73,4 – 41)

Hs = 510,3 Btu/h

Transfer yüzey kesitin ve doğalgaz debisinin hesaplanması :

Oda havasına konvektif yolla transfer olacak ısı, konvektif ısı transfer formülüyle de hesaplanabilir.

Transfer kesit alanın bulunması :

U = 0,1496 kabul edilsin


336

( )( )

2

s

ft 896,26A

32,4 1496,0

Btu/h 510,3ABuradan dir. HQ

TU

QA den TUAU

=

==

∆=⇒∆=

Doğalgaz ısıl değeri 9150 kcal/m3 kabul edilirse

Doğal gaz debisi → h/m 014,0kcal/m 9150

kcal/h 595,128V 3

31 ==

Uyarı → 1 m3 doğal gaz için yaklaşık 10,1 m3 hava gerekir.

Yanma havası h/m 1414,0m 1,10 xm

h/m 014,0V 33

3

3

2 ==

5 m3 hacme sahip odanın havasının temiz kalabilmesi için soba yanarken h/m 1414,0 3

debi ile içeriye taze hava girmelidir. Yanma süresi arttıkça oda havasındaki oksijen miktarı eksilecektir. Açık yanma odalı sobaların devamlı yakılacağı mekanların iç hacimleri örnekte verilen hacimden az tutulmamalıdır; ayrıca odanın hava alma delikleri de bulunmalıdır.

Ortalama koşullarda, bir mekandaki hava akımının, saatte mekan hacminin yarısı kadar

olduğu varsayılmaktadır. Örnek: (2,8 x 8x 5)m3 = 112 m3 hacminde olan bir odanın havası ancak 2 saat içinde değişebilecektir, başka ifadeyle, saatte bu hacmin yarısı değişmektedir ve

h/m 56h

1

2

m 112Q 3

3

h =

=

alınabilecektir. Bu değer pratik bir yaklaşımdır.

14.7 Isı Kayıplarının Hesaplanması

1. İç ve dış tasarım sıcaklıkları seçilir → Ti , To

2. Pencere, tavan, duvar, çatı gibi sistemi çevreleyenler için genel ısı transfer katsayısı (U) belirlenir: U nun değeri, 1/UA = rT termal direnç formülünden elde edilebilir.

3. Statik ortam havası için gerekli ısı transferi hesaplanır.

Q = UA(∆T)m

4. İçeri sızan hava için gerekli ısı transferi hesaplanır.

Hs = 0,018 Qh(Ti–To)

5. Binayı veya tek bir konutu ısıtmak için gerekli toplam ısı miktarı hesaplanır.


337

QT = Q + Hs Bina veya konut için transfer olması gereken ısı

5. Seçilen mekanı ısıtmak için gereken toplam ısı miktarını taşıyacak ve transfer birim veya birimlerinden ısıtılacak ortama verecek suyun debisi bulunur.

( )( ) 1000/TTCGQ q

TTwcq

21pysw

21w

−=⇒

−=

Burada

Gy = Su özgül ağırlığı (Sp, Grw)

Cp = Özgül ısı J/kg.C° (Btu/lb.°F)

w = Suyun ağırlıkça veya kütlesel debisi kg/s (lb/h)

c = Su özgül ısısı J/kg.C° (Btu/lb.°F)

T1 = Transfer birimine giren suyun sıcaklığı C°(°F)

T2 = Transfer birimini bırakan suyun sıcaklığı C°(°F)

Qs = Su debisi l/s (lb/dk)

Qw = Su dantransfer olacak ısı miktarı w (Btu/h)

Uyarı :Transfer birimi: Radyatör ve benzerleri, ısı değiştiricilerdir.

14.8 Doğal Gazlı Su Isıtıcıları

8.1 Termosifonlar

Konut ve iş yerlerinin sıcak sulu olmaları arzu edilir. Özellikle evlerde, mutfak ve banyoda her an sıcak suyun hazır olması artık bir ihtiyaçtır. O nedenle, bu alanda yapılan çalışmalar gazlı, elektrikli, gaz yağlı, sıcak su hazırlayan aygıtların geliştirilmesini sağlamıştır. LPG, hava gazı, doğal gaz ile çalışabilen şofbenler, termosifonlar ve benzeri aletler ev ve iş yerlerinde kullanılmaktadır. Düşük basınçlı gaz yakan bu aygıtlar atmosferik brülörle çalışırlar.

Su ısıtıcı cihazların prensip yapıları,atmosferik brülörde yanan yakıtın ısısını, geniş yüzeyli su dolaşım borularına transfer etmeye dayanır. Şofbenler ile termosifonlar arasındaki fark, sadece sıcak su bulundurma durumundan kaynaklanır. Şofbenler anlık su ısıtıcılarıdır, sıcak su depo etmezler, oysa termosifonlar, haznelerinde sıcak suyu depo etme ve sıcak olarak koruma özelliğine sahiptirler.

Genellikle termosifonlar elektriklidir, gazlı termosifonlar da var. Termosifonlarda su, istenen sıcaklığa kadar şofbenlerde olduğu gibi anlık ısınmaz, çünkü, deposunda bulunan


338

suyun ısınması zaman alır. Şofbenler de, ise depo edilen su olmadığından, sadece akış borularının hacmi kadar suyu akış süresi içinde ısıtabilmektedirler.

Termosifonlar, açık yanma odalı oldukları için yanma ürünleri bacaya bağlanan bir boruyla verilmelidir. Termosifonun yapısal bakımdan iki önemli özelliği vardır.

1– Isı yalıtımlı olması

2– Deponun korozyona karşı korunması

Eğer bu iki özellik, kalitece düşükse, termosifon kısa ömürlü olacaktır. İçinde tortular birikecek, ısıtma süresi uzarken, sıcak su kalış süresi azalacak, yalıtımı termosifon depo duvar saçları arasında hapsedilen hava ile sağlanabilir ancak izocam, perlit gibi benzeri malzemeler daha uygundur. Hava ile yalıtım sağlıklı olamaz, çünkü, gövdede açılacak en ufak bir delikten hava kaçabilir ve suyun ısısı hava yoluyla düşer. Sıcak su depo malzemesi katodik (magnezyum elektrot) koruma altına alınmalıdır. Ayrıca su ile temas halinde olan depo iç yüzeyi emayeli olmalıdır.

Otomatik çalışan termosifonlarda:

1. Pilot otomatik olarak yakılır.

2. Pilot alevi detektörle gözlenir.

3. Depo suyunun sıcaklığı termostatla kontrol edilir. Pilot sürekli yanık kalır. Alet çalışma konumunda iken pilot herhangi bir nedenle sönerse, gaz girişi otomatik olarak kapanır.

4. Depodaki suyun sıcaklığı, termostat ayar sıcaklığının altına düşünce, ana brülör açılır, pilot yanar durumda olduğundan brülör derhal devreye girer, sıcaklık yükselince gaz azalır, brülör zayıf yanar, veya gaz kesilince, brülör söner. Fakat pilot sürekli yanık kalır. Suyun sıcaklığı termostat tarafından sürekli aynı ayarda tutulmaya çalışılır.

Termosifonun ısınan bölgeleri ile monte edildiği mekanın duvarı veya sabit malzemesi arasında yarım metre kadar mesafe bulunmalıdır

1. Sıcak su çıkışı

2. Soğuk su girişi

3. Şamandıra

4. Pilot alev kontrol vanası

5. Termostatik kontrol vanası

6. Sıcaklık duyargası

7. Pilot alev detektörü

8. Pilot gaz girişi

Tasarlanan termosifon, iç içe geçirilmiş iki silindirden oluşmaktadır. İçteki silindirin duvarı sıcak su deposudur. Merkez delik duman borusu görevini yapar. Bu silindirin ortasından ve çevresinden yükselecek olan baca gazları, depodaki suyu içten ısıtacaktır. Sıcak


339

su deposu, uygun yerlerinden baca gazı geçişlerine sahip olursa, ısı transfer yüzeyi artırıla-bilir. Geçiş delikleri depo hacminin daralmasına yol açar.

Isı transferini artırmanın bir başka yolu da, baca gazları geçiş yoluna türbülatör takmaktır. Türbülatör saptırıcıdır ve bu durumda, alev geçiş süresi uzatılmış olur. Baca gazları geçiş borusuna su giriş boruları döşenerek ön ısıtmaya tabi tutulursa, termosifonun verimi artırılmış olur.

Emniyet ve kontrol:

1. Termostatın su sıcaklık durum sinyali.

2. Pilot alev dedektör sinyali.

Termostat sinyali yay yüklü termostatik vananın diyaframına basınç uygulayarak, son sıcaklık noktasında kapatmaya çalışır.

3. Radyant tüp brülör kullanılabilir. Türbülatör ısı transfer verimini artırır.

4. Pilot alev kontrolü, fotosel, ultraviyole dedektörlerle yapılabilir. Sanayi kazanlarında genellikle alev dedektörü olarak fotosel kullanılır. Işık karşısında foto direnç veya foto diyodun akım geçirgenliği değişir. Cam muhafaza içine yerleştirilen foto eleman, gün ışığından etkilenmesin diye kazanın karanlık bir yerine monte edilir. Fakat pilot ışığını karşıdan mutlaka görmelidir.

Gün ışığı alabilecek ortamlarda sadece ultraviyole ışınlardan etkilenen dedektör kullanılır. Pilotun çıkardığı ultra–viyole (menekşe ötesi) ışınlardan etkilenen dedektör kullanılır. Pilotun çıkardığı ultra–viyole (menekşe ötesi) ışınlardan etkilenen dedektör direncini değiştirir ve fark sinyali üretir.

İster fotosel olsun ister ultra–viyole dedektör olsun, sistemde elektrik kullanılacaktır.

Elektrik bulunmayan bir yerde veya elektriğin kullanılması tercih edilmeyen bir sistemde, pilot alevi nasıl gözlenecektir? Emniyet vanası nasıl açtırılacak veya kapattırılacaktır? Böyle bir durumda, çözüm termostatik yaylı ve diyaframlı vanalar kullanarak, kılcal borulu termal elemanlarla kontrol yapmaktır. Termal elemanın içindeki akışkanın buharlaşma basıncı doğrudan veya dolaylı olarak vana diyaframına uygulanabilir. Vana yayla açık tutuluyorsa, basınç diyafram altından verilir.

5. Termosifon kazan su seviyesi, yay yüklü, diyaframlı normalde kapalı, hidrostatik basınçla açılan bir vanadır. Termosifon kazanında su kalmadığında LV açılmayacak ve brülör yanmayacaktır. Yay ayarı öyle yapılır ki minimum seviyede bile vana ayarlanabilir. Vana diyafram haznesi yağ ile doldurulmuş olabilir. Doğal gaz alevinin, kömür ve fuel–oil alevi gibi parlak değildir. Parlak alevli yanmada ısı transferinin % 70–80'ni ışıma yoluyla gerçekleşir. Doğal gazda ise ısı transferinin büyük bir kısmı konvektif yolla olmaktadır. Bir başka emniyet tedbiri de, kazanda su yokken veya su kesik iken termosifonun devreye girmemesidir. Çok düşük seviye anahtarı ile minimum su seviyesi gözetim altına alınabilir. Böyle bir tedbir ile boş kazan ısıtılmamış olur. Seviye aletinin bulunmadığı boş termosifon devreye alınırsa,


340

içerdeki termostat belli sıcaklıktan sonra ısıyı hissederek gaz vanasını kapatır. Fakat, termosifonun boş kazanı soğuyunca brülör otomatik olarak tekrar devreye girecektir. Böyle bir durumda, termosifonun kazanı bozunuma (deform) uğrayabilir. Su seviye aletinin bulunduğu depolu ısıtıcılarda, boş kazan devreye girmez.

8.2 şofbenler:

Termosifonlar konusunda anlatılanlar şofbenler için de geçerlidir. Sistemin ana yapısı değişmemektedir. Şofbenler; ısı transfer borularından geçmekte olan suyu, kapasitesine bağlı olmakla birlikte, en az yarım dakika içinde, 50–60°C ye kadar ısıtabilmelidir.

Şofbenler daha ufak yapıda olabildikleri için, mutfak veya banyo duvarının uygun bir yerine mote edilebilir; daraltma yapacak ölçüde yer kaplamazlar.

Şofben tasarımında en önemli husus, en kısa sürede, istenen debide suya, brülörde oluşan ısıyı kayıpsız iletebilmektir. Isı transferi, daha çok konvektif yolla olacağından ısı transfer katsayısı ve transfer yüzey alanı birinci derecede rol oynar.

Şofbenler, LPG, havagazı, doğal gaz ile çalıştırılabilirler. Dönüşüm gerekli olursa, yakıtların ısıl kapasiteleri yanma hızları karşılaştırılarak, aletin ısı yükünü verebilecek en uygun brülör seçilmelidir.

Sisteme oksijen veya karbonmonoksit deketkörü konabilir. Oksijen detektörü konursa, ortamdaki oksijenin miktarının insan sağlığını tehlikeye sokacak düzeye düşmesi halinde, gaz hattında bulunması gereken emniyet vanasını kapatarak yanmayı durdurur. Oksijen detektörü yerine, karbon monoksit veya karbondioksit detektörü konabilir. Karbonmonoksit zehirleyici, karbondioksit boğucu gazdır. Ayrıca, yetersiz yanmadan dolayı, bazı hidrokarbon gazları da ortamın havasına geçebilir. Bacanın çekişi iyi değilse, yanma artığı gazlardan bir kısmı ortamın havasına karışacaktır.

Soluma havasında bulunması gereken oksijen miktarı % 19 – % 23 arasıdır. Yani, ortamdaki hava içindeki oksijen miktarı % 19 dan az olmamalıdır. Soluma havasında, CO2 ve CO gazlarının en fazla bulunabilecekleri miktarlar ise şöyledir :

CO : 10 ppm – 20 ppm arası

CO2 : 100 ppm – 1000 ppm arası

Buna göre, detektörlerin solenoid türü gaz giriş emniyet vanasını kapatma ayarları şöyle olabilir.

Oksijen detektörü kullanılmış ise, ayar noktası % 19 oksijen

CO detektörü kullanılmış ise, ayar noktası 20 ppm

CO2 detektörü kullanılmış ise, ayar noktası, 1000 ppm

Gaz detektörünün kullanılması durumunda, gaz giriş hattında, elektrikle çalışan bir emniyet kapatma vanası olacaktır. Çünkü gaz detektörleri elektriksel sinyal üreteceklerdir.


341

Ayrıca, bu sinyalin kuvvetlendirilmesi için yükselteç devresi de gerekebilir. Gaz detektörünün kullanılması maliyeti artıracaktır.

14.9 Doğalgazlı Birleşik Isıtıcılar (Kombiler) ve Kat Kaloriferleri

şofbenlerin geliştirilmiş şekli olan kombiler bol miktarda sıcak su hazırlayabilen, kat kaloriferi ve şofben görevini yerine getiren, doğalgaza en uygun ısıtma cihazlarıdır. “Kombi”, sözcüğü, İngilizce’de birleştirme anlamına gelen “Kombine” sözcüğünün Türkçe’de söyleniş şeklidir. Birleşik ısıtma cihazı (Combined Heating Unit) hem sıcak su sağlamakta hem de ısınma ihtiyacını karşılamaktadır.

Birleşik Isıtıcı Birimleri (Kat Kaloriferleri) konutun, mutfak, banyo gibi yerlerine monte edilebilirler. şofbenler gibi duvara asılı durumda monte edilebilirler, ufak oldukları için yer kaplamazlar, şofbenlerden biraz büyük olmaları işlevleri dikkate alınırsa normaldir.

Doğalgazlı, konutların bağımsız olarak hem sıcak su, hem kalorifer ihtiyaçlarını karşılayabilmelerine olanak veren kombiler kullanım kolaylığı ve ekonomik oluşları nedeniyle tercih edilmektedirler. Mayıs 2005 itibariyle normal bir konuta kurulacak kombinin montaj dahil toplam maliyeti 1000 – 1500 ytl bulmaktadır. (Dolar bu tarihte ~1,4 ytl.dir)

Birleşik ısıtma birimlerinin sıcak su çıkışı. 1. Banyo ve mutfakta sıcak su ihtiyacının karşılanmasında

2. Kalorifer petekleri yoluyla hacımsal ısıtmada kullanılır.

Banyo ve mutfakta kullanılan sıcak suyun geri dönüşü yoktur. Kalorifer peteklerinin dolaşım suyu, biraz soğumuş olarak sisteme geri döner. Sistemin sıcak su miktarı sabit olması gerektiğinden, mutfak ve banyoda kullanılan miktar kadar su otomatik olarak kombi kazanına girer. Beslenme kazanındaki su seviye kontrol aleti, kazandaki seviyeyi sabit tutmaya çalışır.


342

Şekil 14.3 Kombi dış görünüşü Birleşik Isıtma Birimlerinin Teknik Özelliklerinden Bazıları : 1. Isı kapasiteleri (örnek : 7500 kcal/h – 30 000 kcal/h) 2. Sıcaklık kontrolü (30 °C – 90 °C arası) 3. Genleşme kabı, hacmı (7 – 15 lt arası)


343

4. En yüksek kalorifer tesisat su basıncı (~3 bar g) 5. En düşük su basıncı (~0,8 bar g) 6. En yüksek, orta, en düşük sıcak su debileri (16 lt/dk, 6 lt/dk, 3 lt/dk) 7. Paslanmaz çelikten, atmosferik brülör, 8. Kalorifer tesisat suyu ve kullanma suyu termostat ayarlı 9. Sirkülasyon pompası bulunur. 10. Piezo çakmaklı pilot 11. Genleşme kabında basınç emniyet vanasının ve seviye kontrol aletinin bulunması 12. Pilot söndüğünde, gaz hattını otomatik kapatan sistem, 13. Kalorifer dönüş suyunun ve ilk giren soğuk suyun baca gazları ile ilk ısıtmaya

alınması (istenirse yapılabilir.) 14. Üç yollu vana ile gaz ayarının elle (manuel) yapılabilmesi Kumanda düğmesi ile üç yollu vananın konumu değiştirilerek sıcak su veya kalorifer

sistem seçenekleri yapılabilir. Kombiler, yazın sadece sıcak su sağlayan ısıtıcılar olarak kullanılır.

Şekil 14.4 – Kombili kat kaloriferin blok şeması


344

Dolaşım pompası debi hesabı:

TC

QQ k

p ∆=

Burada;

Qp : Pompa debisi kg/h

Qk : Kalorifer tesisatının toplam ısı yükü kcal/h

DT : Isıtma suyunun gidiş ve dönüş sıcaklıkları farkı, C°

C : Suyun özgül ısı kapasitesi, kcal/kg.C°

Dolaşım pompasının basıncı;

∑ ∑+= KhLH p

Burada;

Hp = Pompa basıncı, (mm SS)

h = Boruların ve elemanların basınç gradiyenti (mm SS/m)

L = İlgili boru ve elemanların uzunlukları, m

K = Dirsek, çap düşürücü, t(e) gibi boru bağlantı parçalarında ve vanalarda meydana gelen basınç kayıpları (mm SS)

Hesaplama yoluyla bulunan pompa basıncı, emniyet bakımından bir miktar artırılır veya % 10 → % 25 kadar emniyet payı eklenir.

14.10 Kat Kalorifer Sistemi ve Isı Yalıtım Hesapları

Doğalgazın konutların ısıtılmasında kullanılması “kat kaloriferlerini” gündeme getirmektedir. Merkezi ısıtma sistemlerinin, genel baca, genel kazan, daimi sıcak su gibi iyi yanları vardır. Özellikle, çevre kirliliği bakımından merkezi veya bölgesel ısıtma sistemleri bazı olanaklar sunmaktadır. Şöyle ki, bir çok baca yerine, tek bacaya filtre takmak daha ekonomiktir. Fakat, böyle bir durum kömürlü veya sıvı yakıtlı sistemler için geçerlidir. Doğalgazlı ısıtma sistemlerinde, atık gazlar bakımından çevre kirliliği pek söz konusu değildir. Yalnız, doğalgazın şiddetli yakımı ile oluşabilecek NOx gazlar, şehir atmosferinde artmaya başlarsa, tehlikeli olabilir.


345

Kat kaloriferleri, doğalgazlı ani su ısıtıcılar sayesinde daha kullanışlı ısıtma sistemleri olmaktadır. şofbenlerin geliştirilmiş şekli olan birleşik ısıtma cihazları, mutfağa, girişe, balkon duvarına monte edilebilmektedir.

Kat kaloriferi tasarımı, genel anlamda, mekânın ısı yükünün belirlenmesi ve ona göre ısıtma biriminin seçimini gerektirir. Bir kat için yapılan, ısı yalıtım hesapları, benzer şekilde diğer katlar için de uygulanabilir. Kombili ısıtma sistemi geçerli olan ısı yalıtım projesi veya gerekli ısı yüklerinin belirlenmesi, bir kazan seçimi için de geçerlidir. Burada önemli olan, mekanın belirli bir sıcaklığa sahip olabilmesi için gerekli olan ısı yükünün bilinmesidir.

Kalorifer tesisat projelerinde, genel tespitler yapılarak binanın planı, yapı tipi, yapı bileşenleri, genel rüzgar yönü, belirlenmelidir. Kat kaloriferi, daha açık ifadeyle tek bir dairenin kalorifer tesisatı için gerekli olan bilgiler, daire planı ile yapı malzemelerinin neler olduklarıdır. Örneğin, kirişler, kolonlar, tuğla duvarlar, döşeme ve pencereler hangi tip malzemelerden yapılmışlardır, bilinmeleri gerekir. Çünkü, ısı transfer hesaplarında yapı bileşenlerinin ısı geçirme durumları, malzemelerin cinslerine, alanlarına, kalınlıklarına göre değişmektedir.

Kat kaloriferi projesinde, ısı yükünün belirlenmesinde şu işlem basamakları takip edilmelidir.

1. Daire planının sağlanması (veya kat planı)

2. Dış ve iç duvarların kalınlıkları, malzemeleri

3. Çatının yapısı

4. Döşeme kalınlığı ve malzeme çeşidi

5. Pencerelerin tek camlı, çift camlı oluşları

6. Kapıların ahşap, metal veya plastik oluşları

Isı Kaybı Hesapları İşlem Basamakları:

1. Duvar, kapı, pencere, döşeme gibi yapıların, malzeme özelliklerine göre, ısı ge-çirme katsayıları hesaplanır.

2. Hesaplanan katsayılara göre, ısı yükü şu formülden bulunur.

TUAQ ∆=

3. Her mekan (oda, salon, banyo, tuvalet) için ısı kayıpları aynı formülden hesap-lanır.

4. Isı kayıpları toplanarak, genel ısı yükü belirlenir.

5. Ortama ısı transferi yapacak birimler seçilir. Bunlar, radyatör, konvektör, finli tür, döşeme (taban) içi borular olabilir.


346

6. Genel ısı yükü belirlenerek, ana ısı kaynağı seçilir. Buhar ve sıcak su kazanları, merkezi ısıtma ve bölgesel ısıtma sistemlerinde kullanılırlar. Eğer, hesaplanan ısı yükü, apartman, okul, hastane, site gibi büyük mekanlar için ise, o durumda, buhar kazanı ve eşanjör sisteminin seçimi gündeme gelir. Çünkü çok büyük ısı yüklerinin sağlanması söz konusudur. Oysa, bir dairenin ısı yükü, kombi adı ile bilinen, doğalgazlı ani su ısıtıcılar tarafından sağlanabilmektedir.

7. Kullanılacak birimler ve formüller

Her maddenin ısı iletkenliği farklıdır. Bir maddenin standart ısı iletkenliği SI biriminde w/mK, metrik birim de kcal/mh°C ile ifade edilir. Birimden anlaşılacağı gibi, 1 m kalınlığında,

1m2 alanında bulunan bir maddenin bir tarafından diğer tarafına, 1 C° sıcaklık farkı altında geçirdiği ısı miktarına, o maddenin ısı iletkenliği denmektedir. Isı iletkenliği k veya l sembolleriyle gösterilir. Isı iletkenliğinin tersi, ısıl direnci verir ve birimi, iletkenlik biriminin tersidir.

k

1 direnç Isıl = mK/w (veya mh°C/kcal)

İngiliz birimleriyle → k

1 direnç Isıl = [ft. h°F/Btu)

Özellikle katı maddelerin içinden enlemesine ısı akımı iletkenlik terimi ile ifade edilirken, birim sıcaklık farkında birim alandan geçen ısı akımına, ısı geçirgenliği denir ve birimi

kcal/m2h°C veya SI birimleriyle W/m2 ve Ingiliz birimleriyle Btu/ft2h°F dir.

Isı hesaplarında, yüzey film katsayısı önemlidir. Yüzey ile hava arasındaki ısı transferlerini belirleyen katsayılar, fi ve fo sembolleriyle gösterilir. Bu faktörlerin, Proud ve Nusselt formüllerinden elde edilen Pr ile Nu’ya bağlı olduklarını biliyoruz. Yüzey ısı transfer katsayıları olan fi ve fo’nun α , α 0 sembolleriyle de ifade edildikleri bilinmelidir. Binaların ısı

yalıtım hesaplarında fi, fo'nun değerleri hava akımı durumuna göre belirlenir. Rüzgar hızının

2m/s olduğu dış duvar yüzeyleri için fo = 20 kcal/m2h°C alınmaktadır. Rüzgar hızının daha yüksek olacağı yerler için fo nun değeri daha büyük olacaktır. Duvar iç yüzeyinde, yana ve

yukarı ısı akımında fi = 7 kcal/m2hC° alınır. İç mekanlarda, döşemeden aşağı (düşey) yönlü

ısı akımın olacağı varsayımında fi = f0 = 5 kcal/m2h°C kabul edilmektedir. Isıl direnç, ısı

geçirme katsayısının tersidir ve şu formülle bulunur.

o3

3

2

2

1

1

i f

1 .....

k

x

k

x

k

x

f

1

U

1R +

++++==

o

o

3

3

2

2

1

1n

1i i

i

k

x ........

k

x

k

x

k

x

k

x1++++=∑=

Λ =


347

Λ = x kalınlığındaki bir maddenin ısı akımına karşı gösterdiği direnç, iletkenliğin tersi (L : kava olunur.)

Yapı bileşenlerinin her biri için R ‘ler ve buradan U’lar hesaplanır. Her bir yapı bileşe için ısı transfer katsayısı U lar, U1, U2 , U3 gibi adlandırılabilir.

Formüldeki, x1, x2, x3 ler, maddelerin kalınlıklarıdır. Bir odanın (kapalı hacım) genel ısı transferi veya ortalama ısı transferi:

321

332211o

AAA

AUAUAUU

++

++= formülünden hesaplanır.

Ortalama ısı transfer katsayısı, ısı yükünün bulunmasında kullanılır.

TAUQ to ∆=

Burada,

Q = Genel ısı yükü (kapalı bir mekan için), kcal/h

At = Toplam ısı transfer alanı, m2

Uo = Ortalama ısı transfer katsayısı, kcal/m2h°C

∆T = Sıcaklık farkı, C°

Yukarıdaki açıklamalarda görüldüğü gibi, ısı miktarının belirlenmesinde, genel ısı geçirme katsayısının değeri önemlidir ve doğru hesaplanmalıdır.

Isı yalıtım hesaplarında başka ifadeyle ısı kaybı hesaplarında, İmar ve İskan Bakanlığının 30 Ekim 1981 tarih 17499 sayılı resmi gazetede yayınlanan iklim bölgeleri haritası dikkate alınmalıdır. Bu yönetmeliğe göre Türkiye dört iklim bölgesine ayrılmktadır.

1. Bölge : Karasal iklimi kapsar; Orta Anadolu ile Doğu Anadolu bölgesinin bir kısmını içine alır.

2. Bölge : Ege, Marmara, Karadeniz ve Güneydoğu Anadolu Bölgelerini kapsar.

3. Bölge : Akdeniz ve Güneybatı Ege denizi kıyılarıdır.

4. Bölge : Erzurum, Kars, Ağrı, Hakkari bölgelerini içine alır.

Isı yalıtım hesaplamalarında ele alınan bina veya tesis hangi iklim bölgesinde yer almakta ise, o bölge için İmar ve İskan Bakanlığının ilgili yönetmelikle tespit ettiği genel ısı geçirme katsayıları dikkate alınarak karşılaştırma yapılmalıdır. Isı iletim kat sayısı, İmar ve İskan Bakanlığı yönetmeliğinde bildirilen değerden daha küçük veya eşit olmalıdır.

Bölgelere göre, İmar ve İskan Bakanlığı Yönetmeliğinde belirtilen genel ısı geçirgenlikleri şöyledir;

1. Bölge için Uo = 1,65


348

2. Bölge için Uo = 1,30 3. Bölge için Uo = 1,15 4. Bölge için Uo = 1.00 Genel ısı geçirgenlik katsayıları, duvar, pencere ve döşemelerin yapı bileşenleri ile ilgili ısı

geçirgenliklerini içine almaktadır. İlgili yönetmeliğe göre, depo, ardiye, ahır, garaj, ağıl, tamirhane., gibi ayrı (münferit) olarak inşa edilen yapılarda, ısı yalıtımı ölçütlerine uyulması gerekmemektedir. Ayrıca, bodrumla birlikte, iki katı geçmeyen, taş ve moloz yığma, kerpiç, ahşap karkas ve tuğla yığma yapılarda da yönetmelik hükümlerine uyulması koşulu aranmamaktadır.

Yapı bileşenlerinin ısı geçirgenlik katsayılarını bulmak için başvurulacak kaynaklar şunlardır.

1. İmar ve İskan Bakanlığının yukarda sözü edilen yönetmeliği, 2. Türk standartları Enstitüsünün Isı Yalıtımı ile ilgili standartları, TS NO: 305/126/453/407/704/705/406

3. Alman Normu : DIN –4701/4703

Isıtılacak Mekanların Kabul Edilen Sıcaklıkları

Hastaneler : T (C°)

——————— ————

– Hasta yatak odası ve muayene odası ..................................................................... +20

– Eczane, laboratuvar ve röntgen odaları................................................................. +20

– Merdiven, asansör boşluğu, koridor, bekleme salonu ..................................... +18

– Hol ve tuvaletler .............................................................................................................. +18

Konutlar :

——————

– Banyo .................................................................................................................................. +26

– Tuvalet, mutfak, giriş (antre) .................................................................................... +18

– Duş yeri .............................................................................................................................. +22

– Yatak odası ........................................................................................................................ +20

– Oturma odası ve salonlar ............................................................................................ +22

– Merdiven ve asansör boşluğu ................................................................................... +10

Okullar :

—————


349

– Sınıflar ................................................................................................................................ +20

– Atölyeler ............................................................................................................................ +15 (18)

– Konferans salonu ........................................................................................................... + 18

– Jimnastik salonu ............................................................................................................. +15

Bürolar : —————

Sinema ve tiyatrolar ................................................................................................................ +18

Bir mekanın ısı kayıpları hesaplanırken, rüzgar etkisi, yön durumu, kat yüksekliği, hava sızıntısı gibi etkilerin dikkate alınması gerekir.

Pratikte hava sızıntısı ile ortaya çıkan ısı kaybı önceki konularda değindiğimiz gibi şu formülden yararlanılarak bulunabilir. Uygulamalarda, formüldeki sızıntı hava debisi, iç mekanın geometrik hacminin yarısı olarak alınabilmektedir.

( )( )oihs TTQ018,0H −=

Burada; Hs = Btu/h yer değiştiren havanın ısı yükü

cal 252j 4,186

cal x j 1055Btu 1 ==

h

Btu 967,3

h

kcal1

h

kcal 252,0

h

Btu 1 =⇔=

Oh = Kaçak havanın debisi (ft3/h) )h/(ft 2

hacım Geometrik 3=

Ti = İç sıcaklık (°F)

To = Dış sıcaklık (°F)

0,018 = Havanın özgül ısı ve yoğunluğu ile ilgili katsayı

Hava sızıntısı ısı kaybının hesaplanmasında kullanılan başka bir formül :

( )( )η∆= SLD TRH s

Burada;

R = İç mekanın hava akımı direnç katsayısı (0,9 .........0,7)

∆T = Sıcaklık farkı, C°

S = Sızdırmazlık katsayısı, m3/mh

L = Kapı veya pencerenin açılan kısmın uzunluğu, m

D = Bina durum, katsayısı


350

η = İki dış duvarında da pencere olan odalar için 1,20 ve diğer odalar

için 1 alınan emniyet katsayısı

İngiliz birimleriyle verilen formülün metrik birimlerle ifadesi şöyledir :

hps TQCnH ∆ρ=

Burada;

Hs = Kaçak ısı miktarı, kcal/h

ρ = Havanın ortam sıcaklığına göre yoğunluğu kg/m3

Cp = Havanın özgül ısısı, kcal/kgC°

∆T = İç ve dış sıcaklıklar farkı, C°

Qh = Isıtılacak mekanın geometrik hacmi (m3/h)

n = İç mekanın hava değişim sayısı

Pratik olarak, iç mekan hacminin yarısının saatte bir değiştiği kabul edilmektedir.

Formüllerdeki kat sayıların değerlerini, bu konuda verilen TS ‘lerde, İmar ve İskan Bakanlığı tarafından hazırlanan 30 Ekim 1981 tarih ve 17499 sayılı yönetmelikte ve bu iki kaynağa dayanılarak hazırlanan, Makine Mühendisleri Odasının 84, yayınında bulmak mümkündür.

14.11 Kombili Kat Kalorifer Projesi (Örnek)

Projenin konusu : Net kullanım alanı 103,43 m2 olan iki oda, bir salon, mutfak, banyo, tuvalet donanımlı, yedi katlı binanın ikinci katında yer alan daireye “kat kaloriferi” döşenecektir. Binaya doğalgaz bağlantısı yapılmış olması nedeniyle, ev sahibi, kombili ısıtma sistemini tercih etmiştir. Bina Ankara’da olup seçilen en düşük dış sıcaklık –12 C° dir.


351

Şekil 14.5- Tam kat daire planı

Özel Durumlar

Duvarlar : Kolonlu, tuğla örmeli, içten ve dıştan sıvalı

Pencereler : Tek camlı

Tavan ve taban döşemeleri : Arakat döşemesi


352

Isı Geçirme Katsayılarının Hesaplanması

I. Dış Duvarlar:

Şekil 14.6 - Duvardan ısı giriş çıkışı

kcal/Chm 526,0475,00267,00250,0k

x

k

x

k

x1 o2

3

3

2

2

1

1 =++=++=Λ

Toplam ısı geçirme direnci 20

1526,0

7

1

f

11

f

1

U

1

oi

++=+Λ

+=

Toplam ısı geçirme katsayısı : Chkcal/m 1,4 U kcal/Chm 7188,0U

1 o2o2 =⇒=


353

2.İç Ara Bölme Duvarlar

Şekil 14.7 - Ara bölme duvardan ısı giriş çıkışı

Direnç kcal/Chm 589,07

13034,0

7

1

f

11

f

1

U

1R o2

oi

=++=+Λ

+==

Isı geçirme katsayısı U = 1,7 kcal/m2/h°C

3. Ara kat döşemesi :


354

Isı akımı yukarı doğru :

134,0k

x

k

x

k

x

k

x

k

x1

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1 =++++=Λ

Direnç 7

1134,0

7

1

f

11

f

1

U

1R

oi

++=+Λ

+==

Direnç 419714,0R =

Isı geçirme : Chkcal/m 382573,2419714,0

1

R

1U o2

y ===


355

Isı akımı aşağı doğru :

Direnç ; 5

1134,0

5

1

f

11

f

1

U

1R

oi

++=+Λ

+==

534,0R =

Isı geçirme : Chkcal/m 872669,1534,0

1

R

1U o2

a ===

IV. Betonarme Kirişler

Şekil14.8 - Beton kirişlerde ısı giriş çıkışı

V. Kapı ve pencereler

Ahşap camsız dış kapı ...................................U = 3,0 kcal/m2hC°


356

Ahşap tek camlı iç kapı ................................U = 4,5 kcal/m2hC°

Kasalı çift kanatlı pencere ...........................U = 2,2 kacl/m2hC°

İç kapılar ...........................................................U = 2 kcal/m2hC°

Boyutlar ve yapı bileşen sembolleri :

Boyutlar : Kalınlık x Uzunluk x Yükseklik = WLh

Sembolü

Dış kapı : 0,04 x 0,90 x 2,3 ........................................ DK

Dış duvarlar : 0,24 x L x 2,8 (L değişken) ................... DD

İç duvarlar : 0,24 x L x 2,8 (L değişken) ................... D

İç kapılar : 0,03 x 0,90 x 2,3 ........................................ İK

Balkon kapıları : 0,03 x 0,80 x 2,3 ........................................ BK

Döşeme ..................................................................................................... DÖ

Tek pencere ............................................................................................ TP

Kasalı çift kanatlı pencere ................................................................. ÇKP

Tavan ......................................................................................................... TA

Çift camlı pencere ............................................................................ Ç.C.P

Çizelgede kullanılan semboller Birimi (cm)

———————————————————————— ———————

W = Kalınlık .............................................................................................................. cm

Ui = Yapı bileşenin sı geçirme katsayısı ...................................................... kcal/m2h oC

Ti = Seçilen ortamın iç sıcaklığı ....................................................................... oC

To = Seçilen ortamın dış sıcaklığı .................................................................... oC

∆T = Sıcaklık farkı (∆T = Ti – To) ...................................................................... oC

L = Yapı bileşenin uzunluğu ........................................................................... m

h = Yükseklik .......................................................................................................... m

A = Isı geçiş yüzey alanı .................................................................................... m2

n = Aynı özellikteki yapı eleman sayısı ...................................................... —


357

Ax = Çıkarılacak alan, ........................................................................................... m2

An = Net alan ............................................................................................................ m2

Q = Hesaplanan ısı miktarı (Q = UA∆T) ....................................................... kcal/h

Z = Emniyet payı, % olarak ............................................................................. —

Qz = Emniyetli ısı miktarı ................................................................................... kcal/h

Tablo 14.1 Mekan Alan, Sıcaklık, İletim Katsayısı, ToplamIsı Yükü

Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı Y

ükü

Gir

iş

W U To Ti ∆T L h A Ax An n Q=UAn∆T Z Qz=Q(1+Z)

DK – 3,00 -12,00 18,00 30,00 0,90 2,30 2,07 0,00 2,07 1 186,30 0,1

DD 24,00 1,30 10,00 18,00 8,00 3,50 2,80 9,80 2,07 7,73 1 80,39 0,1

İK – 2,00 26,00 18,00 8,00 0,90 2,10 1,89 0,00 1,89 1 30,24 0,1

İD 24,00 1,70 26,00 18,00 8,00 2,50 2,50 6,25 1,89 4,36 1 59,30 0,1

İD 24,00 1,70 22,00 18,00 4,00 3,50 2,80 9,80 1,89 7,91 1 53,79 0,1

İK – 2,00 22,00 18,00 4,00 0,90 2,10 1,89 0,00 1,89 2 15,12 0,1

DÖ 15,40 1,70 10,00 18,00 8,00 12,70 0,00 12,70 1 172,72 0,1

Ta 15,40 1,43 10,00 18,00 8,00 12,70 0,00 12,70 1 145,29 0,1

Hs 152,92

Antre için toplam ısı yükü 896,06 0,1 985,67


358


Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü


DP - 5 -6 18 24 0,3 0,3 0,09 0 0,09 10,8

WC DD 24 1,3 10 18 8 1,75 2,8 4,9 0 4,9 1 50,96

DD 24 1,3 -6 18 24 1,25 2,8 3,5 0,09 3,41 1 106,39

‹D 14 1,7 26 18 8 0,75 2,8 2,1 0 2,1 1 28,56

DÖ15,4 1,7 10 18 8 2,18 0 2,18 1 29,648

Ta 15,4 1,4 10 18 8 2,18 0 2,18 1 24,939

Hs 40,140

WC için toplam ısı yükü 291,44 0,1 320,5831

Tablo 14.3 Mekan Alan, Sıcaklık, İletim Katsayısı

utfa

k

DD 24 1,3 10 18 8 3,5 2,8 9,8 0 9,8 1 101,92

DD 24 1,3 -6 18 24 3 2,8 8,4 3,78 4,62 1 144,14

BK – 5 -12 18 30 0,8 2,1 1,68 0 1,68 1 252,00

ÇP – 2,8 -12 18 30 1,75 1,2 2,1 0 2,1 1 176,40

İD 14 1,7 20 18 2 3,5 2,8 9,8 0 9,8 1 33,32

DÖ 15,4 1,7 10 18 8 10,5 0 10,5 1 142,80

Ta 15,4 1,4 10 18 8 10,5 10,5 1 120,12

Hs 200,70

Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü



359

Mutfak için toplam ısı yükü 1171,40 0,1 1288,544 Tablo 14.4 Mekan Alan, Sıcaklık, İletim Katsayısı, ToplamIsı Yükü

Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü


Ban

yo

İD 14 1,7 -6 26 32 1,75 2,8 4,9 0,09 4,81 1 261,66 DP – 5 -6 26 32 0,3 0,3 0,09 0 0,09 1 14,4 İD 14 1,7 18 26 8 0,75 2,8 2,1 0 1 28,56 İD 14 1,7 18 26 8 2,5 2,8 7 1,89 5,11 1 69,5 İK – 2 18 26 8 0,9 2,1 1,89 0 1,89 1 30,24 ID 14 1,7 22 26 4 2,5 2,8 7 0 7 1 47,6 İD 14 1,7 18 26 8 2,5 2,8 7 0 7 1 95,2 DÖ 15,4 1,7 10 26 16 6,25 0 6,25 1 170 Ta 15,4 1,4 10 26 16 6,25 0 6,25 1 143

Hs 119,47

Banyo Toplam Isı Yükü 979,63 0,1 1077,593


∆

∆

∆


360

Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü


Yat

ak O

das

ı

DD 24 1,3 -12 20 32 4 2,8 11,2 1,8 9,4 1 391,04

ÇP – 2,2 -12 20 32 1,5 1,2 1,8 0 1,8 1 126,72

İD 14 1,7 18 20 2 3,5 2,8 9,8 0 9,8 1 33,32

İD 14 1,7 22 20 2 7,5 2,8 21 1,89 19,11 1 64,974

Hs 278,81

Yatak odası için toplam ısı yükü 894,86 0,1 984,3504


Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü

Otu

rma

Od

ası


DD 24 1,3 -12 22 34 3,5 2,8 9,8 1,8 8 1 353,6

ÇP – 2,2 -12 22 34 1,5 1,2 1,8 0 1,8 1 134,64

İD 14 1,7 18 22 4 6,75 2,8 18,9 0 18,9 1 128,52 0,1

Hs 500,91

Oturma odası için toplam ısı yükü 1117,67 1229,437



361

Ort

am

Sem

bo

lü

Kal

ınlık

İleti

m K

atsa

yısı

Dış

Sıc

aklık

İç S

ıcak

lık

Sıc

aklık

Far

kı

Uzu

nlu

k

Yü

ksek

lik

Ala

n

Çık

arıla

cak

Ala

n

Net

Ala

n

Say

ısı

Hes

apla

nan

Isı

Yü

kü

Em

niy

et P

ayı

Em

niy

etli

Isı

Yü

kü


Sal

on

DD 24 1,3 -12 22 34 7 2,8 19,6 8,28 11,32 1 500,34

ÇP – 2,2 -12 22 34 5,5 1,2 6,6 0 6,6 1 493,68

BK – 5,2 -12 22 34 0,8 2,1 1,68 0 1,68 297,02

İD 14 1,7 18 22 4 7 2,8 19,6 1,89 17,71 1 120,43

İK – 2,2 18 22 4 0,9 2,1 1,89 0 1,89 2 16,632 0,1

Hs 787,17

Salon için toplam ısı yükü 2215,278 2436,806

Tablo14.3 Hava Akımı İle Kaybolan Isının Hesabı

Ortam A(m2) Y (m) B.Ç1 Q (ft3) Q/2 (ft3) K.S Ti(C) To(C) ∆T (C) ∆T (F) B.Ç2 Hs

Salon 38 2,8 35 3724 1862 0,018 22 -12 34 93,2 0,252 787,17

Y.Odası 14 2,8 35 1372 686 0,018 20 -12 32 89,6 0,252 278,81

O.Odası 23,5 2,8 35 2303 1152 0,018 23,5 -12 35,5 95,9 0,252 500,91

Giriş 8 2,8 35 784 392 0,018 18 -12 30 86 0,252 152,92

Mutfak 10,5 2,8 35 1029 514,5 0,018 18 -12 30 86 0,252 200,70

Banyo 6,25 2,8 35 612,5 306,3 0,018 18 -12 30 86 0,252 119,47

WC 2,1 2,8 35 205,8 102,9 0,018 18 -12 30 86 0,252 40,14


362

Tablo 14.4 Kullanılacak Kalorifer Peteklerin Dilim, Boy, Alan Durumları

(Hesaplamalara dayanan yaklaşık veriler

Ortam

Hesap edilen Isı Miktarı

Dilim sayısı

Petek yüzey Alanı m2

Petek Yüksekliği (cm)

Petek sayısı x dl x boy

Antre 985 15 2,77 50 1x14x50 WC 320,58 5 0,90 50 1x10x25 Banyo 1077,59 17 3,03 50 1x17x50 Mutfak 1288,54 20 3,62 50 1x20x50 Yatak Odası 984,34 15 2,77 50 1x15x50 Oturma Odası 1229,43 19 3,46 50 1x20x50 Salon 2436,8 38 6,85 50 2x20x50 Toplam kcal/h) 8322,28 23,41

Açıklama :

Hacimsel kapalı bir mekanın sıcaklığını, akış sıcaklık To 'ya karşı sürekli Ti 'de tutabilmek için gereken ısı yükü.

A : Taban alanı, m2

Y: Yükseklik,m

B.Ç1: m3 birimini f3 e çevirme

Q: Ortamın geometrik alanı , ft3

Q/2: Ortamın geometrik alanın yarısı , ft3

K.S: Formül kat sayısı

Ti, To : İç ve dış sıcaklıklar, o C

∆T : İç ve dış sıcaklık farkı, o C ve o F birimlerinde

B.Ç2: Btu (İngiliz ısı birimi ) birimini kcal birimine çevirme

Hs : Hava akımı ile kayıp olan ısı, kcal/h

Lt/dl-cm: litre, dilim, cm


363

Hs Kaçak ısı miktarının açıklanması:

Hs = 0,018 (Qh) (∆T) den hesaplanır.

Hs = Btu/h (Ortam hacminin yarısı kadar havanın yer değiştirmesi ile kaybolan ısı yükü)

Qh .................................................................................................................. = Mekan hacminin

yarısı (ft3/h) → Qh = )h/(ft 2

AhQ 3

h =

∆T = Sıcaklık farkı (°F), [oC] → [°F] Çevrilmesi:

∆T = [ (Ti – To) oC] x 1,8 + 32 = [°F]

Katsayısı: 0,018

Bunu kcal/h çevirmek için formüle katsayı konur.

cal 252j 4,186

cal x j 1055Btu 1 == =0,252 kcal

Hs = 0,018 (Qh) (∆T) (0,252)

Geometrik hacmin yarısı: 441 ft3 → 9 m2 x 2,8 m=25,2 m3

Yarı Hacim → 25,2 m3 /2=12,6 m3

m3 → Ft3 e çevriliş: 12,6 m3 x 35 ft3 /m3 =441

Diğer Hs değerleri de aynı yöntemle hesaplanmıştır.

Qt = Qz + Hs → Qz = Q (1+Z) den hesaplanır.

Z = 0 olması halinde

Qt = Q + Hs

Kombi tipi kat kaloriferinin ısı kapasitesi, dağıtma ve toplama borularında kaybolan ısıyı telafi edecek bir emniyet payı ile hesaplanan ısı miktarının çarpımına eşit olacaktır. Dolaşım boruları iç mekanda olduğundan Zp = 0,025 alınabilir.

Sistem 90 C°/70 C° şeklinde çalıştırılırsa, sıcaklık farkı 20 °C olacaktır. Radyatörlerde 80 °C lik sıcaklık sağlanmalıdır. Çünkü radyatörlerin ısı verimleri 80 °C lik sıcak suyun bulunmasına bağlı olarak belirlenmiştir.

Isıtılabilecek su miktarı


364

Qsu = Qk = mC∆T

Suya verilen ısı kalorifer ısıtma sistemi (kombi) nin kapasitesine eşit olmalıdır.

Burada;

m = Dolaşımdaki su debisi kg/h

∆T = Sıcaklık farkı (∆T = 20 °C)

C = Suyun ısıl kapasitesi C kg

kcal 1

C kg

kcaloo

=

Qk = 8530*,337kcal/h

( ) lt/dk 10,7kg/h 51,426C 20C kcal/kg 1

kcal/h 33,8530

TC

Qm

oo

t ≅==∆

=

Yukarıdaki hesaplamalar altta çizelgede topluca gösterilmiştir.

Buna göre, 7 lt lik genleşme kabı ve 8500 kcal/h ısı kapasitesine sahip bir kombi cihazı, projeye konu olan dairenin ısıtılmasında yeterli olabilir.

Dolaşımdaki suyun debisi, seçilecek pompanın debisi olacaktır.

Kombili kat kaloriferi uygulamalarında, sistem basıncı 3 bar g’i geçmemektedir, seçilecek pompanın 3 bar lık basıncı sağlaması yeterlidir.


365

Kaloriferin günde ortalama şiddette yakıldığını varsayalım.

Günlük gaz harcaması 11,63 m3 olur.

Doğalgaz 1m3 =10,64 kWh

Doğalgaz Fiyatı (2018)=1,13 (1 TL 13 Kuruş) TL/m3

Günlük Gaz Maliyeti=11,63m3 x 1,13TL/m3=13,1419 TL

Aylık = 13,1419 TL/günx 30 gün=394,257 TL

Kombi Alırken Nelere Dikkat Etmek Gerekir:

1. Kombiler ve üretici firmalar hakkında ön bilgi edinmekte yarar var. 2. Komşulara ve bu konuda teknik bilgisine güveneceğiniz kişilere sormak hazır

bilgilere ulaşmanın en kestirme yoludur 3. Firmaların teknik servis olanakları ve garanti vermeleri hakkında bilgi sahibi

olunmalı 4. Alınacak cihazın emniyet durumu hakkında teknik bilgi edinin. Otomatik gaz

kesme özelliğinin olmasına dikkat edilmeli. 5. Yakıt tasarrufunu da dikkate almak gerekir. 6. Kaliteli malzeme kullanıldığından emin olunmalı. 7. Hatta bir kombi tamircisine gidilerek alınacak kombide sık rastlanan

problemler nelerdir öğrenilmeli. 8. Kombiyi çalıştırmadan almamakta yarar vardır. Hatta verimli yanıp

yanmadığını öğrenmek en iyisidir. İç yapısı hakkında da bilgi edinilmelidir. Elektronik ateşlemeli ve otomatik kontrollü olması istenmesi gereken özelliklerdir.


366

9. Pompanın ve eşanjörünün dayanıklı malzemeden yapıldığından emin olmak gerekir. Çünkü bu iki eleman en çok yıpranacak elemanlardır.

10. Kombinin hem tüp gazla hem de doğal gazla çalışması seçenekli olması bakımından önemlidir. Bu iki seçeneğin var olmasına dikkat edilmelidir.

11. Kombinin standartlara uygun olarak imal edilip edilmediği öğrenilmeli, üzerinde ISO 9002 ve TSE damgaları görülmelidir.

12. Sirkülasyon pompası çalışmadan gaz yolu açılmamalıdır. Bu otomatik özelliğin olduğundan emin olunmalıdır.

13. Gaz kaçağı emniyet duyargası olmalıdır ve cihazı otomatik olarak durdurmalıdır.

14. Baca gazı duyargasının olmasına dikkat edilmelidir. Bu duyarga bacanın çekmemesi durumunda kombiyi devre dışı bırakır.

15. Su basıncına duyarlı duyarga ise düşük su basınçlarında kombiyi durdurmalıdır.

16. Çevresine zararlı gazlar yayıp yaymadığı hakkında da bilgi sahibi olunmalıdır. Bu konudaki OKOTECH damgası görülmelidir.

17. Kombiyi cihazın alındığı firmanın kontrolünde monte ettirmeli, montajda kaliteli malzeme kullanmaktan kaçınılmamalı.

Şekil 14.9 - Tipik kombi teknik özellikleri

14.12 Sıvıların Daldırılmış Yanmayla Isıtılması

a) Daldırılmış Duman Borulu Isıtıcılar


367

Isı transferini en yüksek düzeyde sağlamak amacına yönelik bu tür uygulamalarda, yanma odası,baca gazları borusu ısınacak sıvı veya ortamın içine daldırılmıştır. Isı transferi ile sağlanan verimin % 90 ların üstüne çıktığı saptanmıştır. Ne var ki bu tür ısıtma yöntemleri küçük hacimdeki sıvılara uygundur. Büyük hacimli tankların daldırılmış baca gazı borularıyla ısıtılması pratikte uygulanan bir durum değildir. Ancak, ufak hacimli bir tanka alınan soğuk sıvı, burada ısıtıldıktan sonra büyük tanka bir pompayla taşınırsa, ısıtma işlemi büyük tanklara da uygulanmış olur.

Şekil 14.10 –Daldırılmış duman borulu ısıtma düzeneği

Brülöre verilen gaz ve yanma hava karışımının hızı, sıcaklığın düşmesine karşın dışarı çıkacak kadar olmalıdır.

Ufak boyda bir tankın içindeki sıvı (su), seviye kontrol (LC) aleti ile kontrol edilen bir vana ile içeri alınmakta, istenen sıcaklığa erişen sıvı, termostat kontrollü, sıcaklık kontrol vanası ile boşatılır. Bu sistem, endüstrinin bir çok dalında kullanılmaktadır.

a) Tekstilde boyama işleri b) Seracılıkta


368

c) Beyaz eşya boyama işlerinden önce metal yüzey temizlemelerinde d) Yıkama işlerinde b) Sıvı İçinde Çıplak Yanma İle Isıtma: Bu ısıtma sisteminde, duman boruları yer almaz. Yanma odası 0,5–1 m dolayında olabilir.

Derinlik ısıtılacak sıvı derinliğine bağlı olmakla birlikte, yanma gazlarının sıvı içine yayılarak kabarcıklar halinde dışarı çıkabilmesi ve böylece ısılarını % 90 nın üzerinde sıvı ortama bıra-kabilmeleri için, yanma odası çıkışının belli derinlikte olması gerekir. Buna göre 0,75 m lik bir sıvı derinliği yeterli sayılabilir.

Yanma odasından çıkan yanma ürünleri basıncı sıvının sahip olduğu basıncı veya atmosferik tankları da hidrostatik basıncı yenecek büyüklükte olmalıdır.

Şekil 14.11–Çıplak yanmalı daldırılmış ısıtma


369

Ayrıca, sıvının yanan brülör alevi üstüne püskürtülmesi şeklinde yapılan ısıtma düzenekleri de vardır.

Konut ve iş yerlerinde doğalgaz hattı bağlanması, projesinin yapılması ve tesiastının döşenmsi işlerinde uygulanan kurallar, standartlar ve kabul edilen boyut, çap, basınç verileri aşağıda sıralanmıştır.

1. Bina içi tesisatlarda, basınç hesabı TS 7363’e göre yapılır. 2. Basınç sınırları: Orta = 300 mb 15m/sn, Alçak= 21 mb 6 m/sn 3. Her bağımsız birime kolon dalından verilecek debi 3,5 m3/h olmalıdır. 4. Konutlarda : Ocak + Kombi veya Ocak + Şohben toplam debi bağımsız bölüme

verilemsi gerek asgari debidir. 5. Kombi, Ocak, Şohben gaz yakıt miktarları m3/h olarak teknik dökümanlarında

verilir. 6. Eş zaman faktörü, kolon proje hesaplarında dikkate alınmalıdır. Bu faktörün

anlamı şudur; bir binada, katlarda kaç daire varsa, bu dairelerde bulunan Ocak+ Kombi ikilisinin aynı anda yandıkları varsayılır. Buna göre kolon debisi belirlenir. Bina elektrik yükünün belirlenmesi gibi, tüm konutlarda ya da iş yerindeki ekipmanların tümünün aynı and tepe akım çektikleri dikkate alınarak kablo çekimi yapılır. Jeneratör seçiminde de aynı varsayım uygulanır.

7. Bazı binalarda, çatı katı yada ikili (dubleks) daire olması halinde, tbölümler tapuda bir ise, buralara kolondan ayrı branşmanla gaz vermeye gerek olmaz ancak, tapuları ayrı ise bağımsız bölüm gibi ayrı kol ile gaz bağlantısı yapılır.

8. Konutlarda ve iş yerlerinde ısı ve sıcak su sağlayıcı olarak kullanılan cihazların gaz debileri altta listelenmiştir Cihaz Adı Kapasite (kcal/h) Debi (m³/h)

Ocak Fırın ve 4 bekli 1,6

Kombi 20000-24000 2,5-3,2

Şofben 16400-5300 2,2-0,7

Soba 9000 1,2

Konutlara sayaçtan verilecek gaz debisi, konutta bulunan listedeki cihazlardan hangileri varsa, debileri toplanır ve hepsinin aynı anda tepe değerde gaz yaktıkları varsayılır ve ona göre gaz debisi bulunur, sayaç da bulunan debiye göre seçilir. Rusya’dan gelen gazın alt ısıl değeri 8250 kcal/m3 olarak kabul edilmişitir.

Tablo 14.5 Cihaz tüketimMiktarları


370

Çay kazanı ve kombisi olan ufak bir iş yerinin cihaz listesi, tüketim miktarı, altta bu işyerinin boru çapı ve basınç kaybı hesabı görülmektedir.

Kolon basıncı <1 mb,

krtik hat basıncı <0,8 mb az olmalıdır.

A-Cad çizimlerinde, debi, basınç hesapları projede bulunan cihazlara göre hesaplanmaktadır. Ancak, bu işlemler, Gaz Dağıtım Şirketlerince kabul olan iki program tarafından kolayca yapılabilmektedir.


371

1. ZetaCad, 2. GasLine,

Bu iki programdan herhangi biri kullanılabilir. Programlar, yukarda çizelgede gösterilen basınç, debi, kolon, iç tesisat, kazan dairesi, servis hattı gibi tüm proje işlemlerini ayrıntılı ve görsel olarak yapmaktadır. Programlar, teknik donanım gerektirmeyecek kadar kolay kullanım sunmakta, hataları , hata listesinde gösterip projeyi yapanı uyarmaktadır. Yukarda, bilgisayar veya el ile yapılan ısı kayıpları, basınç düşümleri, boru çapları, debi gereksinimleri, kalori değerleri bu iki program tarafından işlenip projeyi paket halinde hazır hale getirmektedir. Bu nedenle, söz konusu programların kullanılması, hem Gaz Dağıtım Şirketlerine , hem de proje tesisat firmaların kolayına gelmektedir. Bir bakıma programlar, proje tesisat firmaları mühendislik hesapları yapmaktan kurtarmakta, hem de Gaz Dağıtım şirketlerin, proje tesisat firmaların yaptıkları işlerin kontrolünü kolaylaştırmaktadır. Doğalgaz gibi risk faktörünün en üst düzeyde olduğu akışkanla ilgili proje ve hesapların doğruluğu, standartlara uygunluğu çok önemlidir. Bu bakımdan, bu programları kullanan firmaların, Gaz Dağıtım Şirketlerine hatalı proje sunmaları olanaksız hale geliyor çünkü program hatalı projeyi “online” gönderilmesine izin vermemektedir. Hatalı proje düzeltilmedikçe, gönderme işlemi gerçekleşmemekte, iş bu yüzden, programlar her iki taraf için de yararlı olmaktadır.

Proje teisat firmaları, ilgili programaları kullandıkları için, her bir proje için, programcı firma hesabına belli bir ücret ödemekle yükümlüdür. Ayrıca, Gaz Dağıtım Firmaları da, proje kontrol ve kabul için, proje sunum ücreti almaktadır. Bu durumda, programcı firmaların kazançları, firma ve proje sayısınca, her gün, her saat, kar topu gibi artmakta, firmalar bu giderler karşısında zor duruma düşmekte ve deyim yerindeyse sürekli yolunmaktadır.

Tablo 14.6 Endüstriyel cihazların debileri, gazın alt ısıl değerine (8250 kcal/m3) ve cihazların verimliliklerine göre belirlenmektedir. Cihaz Boyut (cm) Kapasite (kcal/h) Tüketim (m3/h)

Bek Ø12 10500 1,27

Bek Ø16 13500 1,64

Bek Ø18 15000 1,82

Bek Ø23 16000 1,94

İkili Bek Ø25+ Ø16

31000 3,76

Kuzine Altı Fırın 8000 0,97

Pasta Fırını 20000 2,4


372

Benmari 100 4000 0,5

Boru Bek 100 7000 0,85

Radyant 1 Göz 4000 0,48

Q (Debi)=Kapasite (kcal/m3)/(8250 (kcal/m3) * 0,90)

= ! "!,#!

=m3/h

9. Boru Çapı Hesapları

Servis kutusu, bina girişinde, duvara yaslı olarak monte edilebilir. İçinde kesme vanası, basınç göstergesi, regülatör bulunur. Konutlar için, regülatör çıkış basınıcı 21 mb’a yaralıdır. S 200 ve S 300 tip kutular kullanılmaktadır. Kazan dairelerinin regülatör çıkış basıncı 300 mb’a ayarlıdır. Regülatör giriş tarafında gaz basıncı 1- 4 bar arasında olur. Gaz geliş borusu ile regülatör arasında esnek spriyal bağlantı yapılır. Başkentgaz’ın kabul ettiği esaslar çerçevesinde, aşağıdaki proje hesapları ve formüller kullanılmalıdır. Servis kutusu ile cihaz bağlantıları arasında, kritik devre toplam basınç kaybı ∆P∑≤1,8 mb

10. Konut kolon hattı basınç kaybı ∆P∑≤1 mb geçemez, 11. İlave projelerde daire içi tesisatlarda sayaç vanası ile cihaz arasındaki basınç

kaybı ∆P∑≤0,8 mb olmalıdır, 12. Daire,kazan dairesi ve dükkan sayaç çıkışı ile cihazlara kadar kritikdevre

basınç kayıbı PKR∑≤0,8 mb , dağıtım hattında P ≤0,3 mb olmalıdır. 13. Hattaki basınç, cihazın mini. çalışma basıncının altına düşmemelidir. 14. İçerisinden 50 mbar veya daha düşük basınçlarda gaz geçen ve gaz debisi 31

m³/h’den küçük tesisatlar Toplam basınç kaybı aşağıdaki eşitlikle hesaplanır. ∆PΣ = ∆PR + ∆PZ + ∆PH ∆PΣ = Toplam basınç kaybı, ∆PR/L = Sürtünme kaybı mb/m ∆PZ = Direnç kaybı ∆PH = Yükseklik farkı kaybı


373

15. İçerisinden 50 mbar veya daha düşük basınçlarda gaz geçen ve gaz debisi 31 m³/h’den büyük tesisatlar Toplam basınç kaybı aşağıdaki eşitlikle hesaplanır. P1 - P2= 23,2 × R × Q 1,82 / D 4,82 V= 353,677 × Q / (D2 × P2) ∆PR/L=P1 - P2 Burada; P1: Giriş basıncı (bar) (mutlak ) P2: Çıkış basıncı (bar) (mutlak) R: Gaz sabitesi (R = 0,6 alınır) Q: Gaz debisi (m³/h) D: Boru iç çapı (mm.) V: Hız (m/sn) olarak alınmıştır. Not - V ≤ 6 m/sn olmalıdır. 21 mbar için mutlak basınç 1,021 50 mbar için mutlak basınç 1,05 alınmalıdır. İçerisinden 50 mbar üstü basınçlardaki gaz geçen tesisatlarda boru çapı hesabı P12 – P22 = 29,160 × L × Q 1,82 / D 4,82 V= 353,677 × Q / (D2 × P2) Burada: P1: Giriş basıncı (bar)(mutlak) P2: Çıkış basıncı (bar)(mutlak) L: Eşdeğer boru boyu ( m) Q: Gaz debisi (m³/h) D: Boru iç çapı (mm.) V: Hız (m/sn) Not - V ≤ 15 m/sn (konutlarda ve ticari mahallerde) veya V ≤ 25 m/sn (endüstriyel veya büyük tüketimli tesislerde) olmalıdır. Bu hatlar için basınç kayıpları göz önüne alınmaksızın sadece seçilen çaplara göre hız kontrolü yapılır. ∆PZ=3,97*10-3 *∑ξ*V2 (Bağlantı elemanlarında oluşan direnç kaynaklı basınç kayıpları, bunlar; dirsekler, vanalar, çap düşürücüler… v.b. ) ∆PH=0,049*h Hattın yükseklik farkından dolayı ortaya çıkan (+) veya (-) yönlü basınç değişimi. Gaz hatlarında, gazın yukarı dikey akış yönünde, ∆PH (+) işaretli, başka ifadeyle hat basınıcını artıcı yönde, gazın aşağı düşey yönde akışında ise


374

∆PH (-), hat basıncını eksiltici yöndedir. Sıvılarda bu durumun tamamen tersi olur.


375

XV. BÖLÜM

KOROZYON OLAYI VE MALZEME SEÇİMİ

1. Giriş ................................................................................................................................................................................................

2. Korozyon Çeşitleri ................................................................................................................................................................

3. Korozyon Oluş Biçimleri.........................................................................................................................................................

4. Korozyon Olayı ile İlgili Özet Bilgiler ................................................................................................................................

5. Sudaki Korozyonu Etkileyen Durumlar ...........................................................................................................................

6. Korozyon Hızının Belirlenmesi ...........................................................................................................................................

1. Giriş

Korozyon, maddenin (Genelde metaller) bozunması ya da çevreyle tepkimeye girmesinden dolayı özelliğini değiştirmesidir. Bu anlamda korozyon geniş kapsamlıdır. Bu tanımın içine plastiklerin bozunması da sokulabilir. Dolayısı ile korozyon mühendisliğinin içine genel olarak maddenin bozunması olayı girmektedir.

Çevrenin, basınç, sıcaklık, nem gibi atmosferik etkileri ve fiziksel, biyolojik olguları korozyon oluşumunda yer alır. O nedenle çevre bu yönlerden incelenerek ortama en iyi uyabilen ve sayılan etkilere dayanabilen malzemenin seçimi önemli bir konudur.

Korozyon olayı yavaş ilerler. Sinsi bir hastalık gibidir. Zaman içinde sanıldığından daha çok kayıplara yol açar.

ABD de yapılan bir araştırmaya göre yılık korozyondan dolayı oluşan kayıp değer toplamın 10–15 milyar dolar civarında olduğu hesaplanmıştır. Bu küçümsenmeyecek büyüklükteki kayıp korozyon mühendisliğinin gereğini ortaya koymaktadır.

2. Korozyon Çeşitleri

a) Kimyasal korozyon

b) Elektro kimyasal korozyon c) Fiziksel korozyon


376

Kimyasal korozyonda, metal, uygun ortamda, kendi çevresi ile tepkimeye girer. Örneğin, sulu ortamda demir oksitlenir başka ifadeyle demir hidroksit haline döner.

Elektro kimyasal olayda anot, katot ve geçirgen ortam (Elektrolit) üçlüsünün varlığı gereklidir. Bu sistem bir akım devresi oluşturur.

Korozyon olayında etkin olan etmenler genel olarak şunlardır: – Sıcaklık, – Emf (elektro–kimyasal gerilim), – Isıl işlem, – Yüzey koşuları, – Erozyon, – Radyasyon, – Kirlilik, – Zaman, – Basınç, – Biyolojik ortam, – Ortamdaki oksijen miktarı...vb.

Korozyon alanları şu üç kümeye ayrılabilir:

– Sıvı içerikli ortam,

– Gaz içerikli ortam,

– Katı içerikli ortam,

– Bu üç akışkanın karışık olduğu ortam...

Korozyon yapan gazlar genelde şunlardır:

– Oksijen,

– Klor,

– Hidrojen sülfür,

– Su buharı,

– Hidrojen...

3. Korozyon Oluş Biçimleri

3.1 Elektro–kimyasal olay,

3.2 Asitlerin yaptığı korozyon,

3.3 Oksijen taşıyan kıvamlı (Kolloidler) akışkanlar,

3.4 Oksijen korozyonu,

3.5 Yüzey kabuk (Film) etkilenmesi,


377

3.6 Peroksit (H2O2) ile tepkime ...

Galvanik tepkimede metallerin elektron potansiyel sıralaması önemlidir. Metaller aktif–pasif sıralamada eV değerlerine göre yer alırlar. Aktif uç ile pasif uç arasındaki dizide deniz suyu içinde galvanik özellik gösteriş durumlarına göre magnezyumdan başlayarak platine ka-dar bir sıra oluştururlar. Buna göre pasif metalden aktif metale doğru bir sıralama ortaya çıkar.

En önemli metallerin aktif–pasif sıralaması

– Platin

– Altın

– Karbon (grafit)

– Gümüş

– Paslanmaz çelik

– Titanyum

– Krom

Tablo 1. Metallerin standart gerilim sırası

Metal İyon Gerilim (Volt)

————————————— ———— ———————————— Lityum ........................................ L ........................................... +2,9

Rubidyum .................................. Rb ........................................ +2,93

Potasyum ................................... K ........................................... +2,92

Strotiyum .................................. Sr ......................................... +2,90

Baryum ....................................... Ba ........................................ +2,87

Kalsiyum .................................... Ca ......................................... +2,71

Sodyum ...................................... Na ........................................ +2,40

Magnezyum .............................. Mg ....................................... +1,70

Alüminyum ............................... Al ......................................... +1,69

Berilyum .................................... Be ........................................ +1,10

Manganez .................................. Mn ....................................... +0,76

Çinko ........................................... Zn ........................................ +0.56

Krom............................................ Cr ......................................... +0.56

Demir .......................................... Fe ......................................... +0,44

Kadmiyum ................................. Cd ........................................ +0,40

İndiyum ...................................... In ......................................... +0,34


378

Talyum........................................ TI ......................................... +0,33

Kobalt .......................................... Co ........................................ +0,28

Nikel ............................................ Ni ......................................... +0,23

Kalay ............................................ Sn......................................... +0,14

Kurşun ........................................ Pb ........................................ +0,12

Demir (Ferik) ........................... Fe ......................................... +0,04

Hidrojen ..................................... H .......................................... +0,00

Antimon ..................................... Sb ......................................... –0,1

Bizmut ........................................ Bi ......................................... –0,23

Arsenik ....................................... As......................................... –0,30

Bakır ............................................ Cu ........................................ –0.34

Telluryum .................................. Te ........................................ –0,56

Gümüş ......................................... Ag ........................................ –0,80

Civa .............................................. Hg ........................................ –0,80

Palladyum ................................. Pd ........................................ –0,82

Platin ........................................... Pt ......................................... –0,86

Altın ............................................. Ag ........................................ –1,36

Altın ............................................. Ag ........................................ –1,56

Gerilim verme bakımından değişik iki metalden bir devre oluşur. Örneğin çinko ile bakır

asidik ortamda elektron akımı sağlayan bir yapı oluştururlar, bu yapıda elektronlar çinkodan bakıra doğru akar. Çinko korozyona uğrayan metaldir. Pillerin yapısında bu olay açık olarak gözlenebilir. Pilin "bitmiş" olması, elektron akımının durması ve çinkonun uğradığı korozyon nedeniyle artık özelliğini kaybetmesi demektir. Elektrolit içinde elektron veren elektrota "anot", elektrolitten elektron alan bu elektronları kendi üzerine toplayan elektrota "katot" denir. Bir elektrottan diğer elektrota elektronun taşınabilmesi için iletici ortamın varolması gerekir; asitler, bazlar, tuzlu sular elektrik akımını ileten iletici sıvılardır ve "elektrolit" olarak görev yaparlar.

Standart elektrot gerilimler ortamın sıcaklığı, elektrot yüzey koşulları, çözünen maddelerin konsantrasyonu gibi etkenlerle değişikliğe uğrar. İki metalin elektron iletici ortamda pildeki olaya benzer şekilde oluşturdukları akım alanına "Galvanik devre" denir. Diyelim ki bir bakır ile döküm demir toprak altında yan yana bulunmaktalar ve toprak elektron iletici özelliğe sahip, başka deyişle elektrolit görevini üstlenmiş olsun. İşte böyle bir yapı "Galvanik pil" gibi davranır. Bakır "katot" ve demir "anot" olacaktır. Anot olan demir katot olan bakırdan daha çok korozyona uğrayacaktır.


379

Metallerin galvanik pil oluşumu yoluyla uğradıkları korozyon türü elektro–kimyasal korozyona girmektedir. Elektrolit ortamda metal "anot ucu", "katot ucu" ise metalin içinde bulunduğu çevre oluşturmaktadır. Metal yüzeyi elektrolitle doğrudan dokunum yapmaktadır.

Bir cam kabın içine tuzlu su konmuş olsun. Bu suyun içine bir metal bırakalım, anot (metal) tan katot (su) a doğru elektron akımı akmaya başlar. Toprak içinde nemli ve tuzlu ortamdaki metal, çevresine elektron veren bir elektrottur ve bu nedenle sürekli aşınır, metal kaybına uğrar ve yüzeyinde oyuklar oluşur.Metalin bu görünümü korozyona uğradığını gösterir.

Buraya kadar korozyonun oluşumu ve nedenleri konusunda bazı bilgiler verildi. Korozyon olayının tüm ayrıntıları ile anlatılması ayrı bir kitabın konusu olabilir. Burada amaç, metallerle ilgilenenlere korozyon olayını anımsatmak, dikkatleri o yana çekerek proses borulama, hat çekme gibi işlerde korozyon olayının göz önüne alınmasını sağlamaktır.

4. Korozyon Olayı ile İlgili Özet Bilgiler

• Demir, normal sıcaklıkta ve nemsiz ortamda korozyona uğramaz. • Normal suda korozyon olabilmesi için oksijenin varolması gerekir. Ortamda CO ya da asit

olmasa bile, eğer su ve oksijen ikilisi varsa korozyonun oluşması için yeterlidir. Korozyon hızı, ortamdaki oksijenin miktarı ile doğru orantılıdır. Oksijen, sulu asit çözeltilerinde korozyon hızını artırır.

• Asit içindeki korozyon, nötür çözeltilerdekinden daha fazladır. Nötür çözeltilerdeki de bazik çözeltilerdeki korozyondan hızlıdır.

• Asit çözeltilerde korozyona uğrayan metal yüzeyinden H gazı çıkar. Bazik çözeltilerden çıkan H gazı biraz daha azdır.

• Korozyon sonunda, genellikle, metal yüzeyinde, içten dışa doğru, kabuklar halinde, önce siyah ya da yeşil, sonra kırmızı–kahve demir pası oluşur. Atmosferdeki korozyonda oluşan demir pası, su altında oluşandan daha fazladır. Su altındaki pas, korozyon ürününün hemen hemen 1Ğ3 ü kadardır.

• doğal su içinde oluşan korozyondan dolayı ortaya çıkan çözeltide kalsiyum, magnezyum, silikon bileşikleri yer alır. Bunlar suda erimeyen bileşiklerdir. Bu bileşikler, metal yüzeyinde pas kabuğunun yapılaşmasında oldukça etkindirler. Pas kabuğu gevşekse, normal koşullar altında korozyon hızlanabilir. Öbür yandan pas yapısı benzeşik (uniform) ve sıkı ise korozyon miktarı artmayacak demektir.

• Başlangıçta, korozyon hızı yüksektir, fakat zamanla bu hız düşer. Özellikle bazik çözeltilerde durum böyledir. Fakat parlak bir metal yüzeyinin pas tutması bu söylenenin tersinedir; başlangıçta yavaş ilerleyen bir korozyon oluşumu vardır.

• Normal sıcaklıkta korozyon miktarı ile nötür tuzların belli bir noktaya kadar artması birlikte olur. Tuz oluşumu ve birikimi o noktadan sonra korozyonu düşürmeye başlar.

• doğal su içerisinde meydana gelen korozyon suyun metal yüzeyinden geçiş hızı ile artar.


380

• Demirin korozyonu, tüm yüzeyde aynı derecede oluşur. Birbirlerine dokunan ayrı türden metaller ile elektrik ileten çözeltiler, korozyonun hızlanmasına yol açar. Bu olgu, daha kolay korozyona uğrayan metale doğru bir elektrik akımı meydana getirir. Başka deyişle metalin biri anot öbürü katot olur.

• Metal ile dokunum yapan çözelti kompozisyonunda ya da miktarında olacak değişiklikler, korozyonun metal yüzeyinin belirli bölgesinde yoğunlaşmasına yol açar. Öyle ki o noktada korozyonu ya hızlandırır ya da yavaşlatır. Çözeltideki metalin bir kısmı oksijen geçişine karşı korunmuş ise, bu kısım, oksijen bakımından daha zengin olan çözeltinin metal ile dokunum yapan bölgelerine karşı anot görevini yapar öyle ki metalin korunmuş bölgesindeki korozyon daha etkindir.

• Katodik alanla ilgili olan anodik alan ne kadar küçükse anodik noktalardaki korozyon o kadar büyüktür; metal yüzeyinde delikler ve oyuklar meydana gelebilir.

• Genellikle belirli bir alanın kutuplanışı, doğal korozyonun ilerlemesi süresince tersinedir.

5. Sudaki Korozyonu Etkileyen Durumlar

• Metal yüzeyindeki oksijen miktarı,

• Suyun hidrojen iyon konsantrasyonu, pH durumu başka ifadeyle asidik ya da bazik oluşu,

• Çözeltideki demir dağılımının aynı olmayışı, • Demirle elektriksel dokunum yapan maddelerin üzerindeki hidrojenin fazla

gerilime sahip olması, • Başka maddelerle metalin dokunum yapması, • Metal yüzeyinin düzgünlüğünün değişimi, • Korozif çözeltinin kimyasal içeriği, • Işık alma durumu, • Metale uygulanan elektriksel gerilim, • Oksijen çıkaran başka maddeler....

6. Korozyon Hızının Belirlenmesi

Korozyon miktarı ağırlık ölçümü yöntemiyle en basit yoldan yapılabilir. Bunun için ağırlığı

virgülden sonra 4 rakama kadar gram olarak bilinen ve adına kupon denilen metal yapraklar, korozyon miktarının ölçülmesi gereken yere monte edilirler. Montaj tarihi tam olarak bir yere kaydedilir. Belli bir süre örneğin 6 ay geçtikten sonra kupon yerinden çıkarılır, hiç bir şekilde kirletilmeden, herhangi bir sert yere çarpmadan özenle laboratuvara alınır; temizlik işlemine tabi tutulur. Kuponun korozyon örtüsünden kurtarılması için, her metal için ayrı temizleme


381

yöntemi uygulanır. Örneğin çelik kuponar, % 1 Rodine içeren % 10 luk HCl asit içinde 1 saat bekletilerek temizlenir. Bakır kupon, 1:1 lik HCl asitte 2–3 dk. bekletilir veya 1/10 luk sülfürik asit içinde oda sıcaklığında 2–3 dk. bekletilir.

Çinko (Zn), sıcakta (50°C–60°C) % 10 luk NH4Cl çözeltisinde yeterince bekletilerek

temizlenir. Sonra su ile yıkanır, fırçalanır, arkasından, % 1 gümüş nitrat, % 5 kromik asit içeren kaynar çözeltiye 15–20 sn. süren bir daldırma hareketi takip eder. En sonunda sıcak su ile yıkanır. Alüminyum alaşımı kuponlar, kromik asit miktarı 20 g/L, fosforik asit miktarı 40 g/L şeklindeki bir çözeltide 93°C de temizlenirler.

Örnek: Korozyon kuponu teknik bilgileri: Kupon No: 123473 (Cosasco kuponu) Kupon Seri No: W3170 Kupon Malzemesi: 5L GRB Kupon orijinal ağırlığı: 36,4110 g Montajı yapılan kupon hangi ortamda bulunuyorsa, o ortamın değişme durumları göz

önüne alınmalıdır. Örneğin, su borusuna mı, doğal gaz borusuna mı, separatör kazanına mı yerleştirilmiştir? Separatör giriş borusuna mı yoksa, direyin hattı üzerine mi monte edilmiştir? Çünkü separatörde, üstte gaz, ortada hafif sıvı, en altta katılarla birlikte ağır sıvı birikimi olacaktır, her bir bölgede korozyon hızları değişik olacaktır. Örneğin, petrol + su + gaz ayırıcıda, en dipte mineral su, en üstte gaz olacağından, separatörün orta bölmesine göre alt ve üst bölmeleri daha çok korozyona maruz kalacaktır. Eğer gaz CO2 veya H2S lü bir gaz

karışımı ise, separatör tavanında hızlı bir korozyon gözlenebilir. Kuponon metal cinsi ile içine yerleştirildiği boru yada seperatörün metal cinsi aynı

olmalıdır. Yoksa, korozyonun etkisini gözleme işi doğru olmaz. Şimdi, yukarıda teknik özellikleri verilen kuponun, monte edildiği yerden 6 ay sonra

çıkarıldığını varsayalım. Kupon çelik türü malzeme olduğundan, temizleme yöntemi çelik kupona uygun yöntemle yapılır.

Virgülden sonra 4. haneye kadar ölçüm yapabilen mekanik veya elektronik terazide tartılır. Örneğin, böyle bir tartma işlemi sonunda 35,0029 g geldiğini varsayalım.

Ağırlıktaki kayıp = 36,4110 – 35,0029 = 1,4081 g Korozyon hızı genellikle zamanı ve metal yüzey alanını içeren birimlerle ifade edilir.

( )( )gündm

mgH.K

2=

Örnek: Kayıp miktar = 1,40819 = 1408,1 mg

Gün = 180 gün (6 ay)

Alan = 10 dm2


382

Korozyon Hızı ( )( ) gün

10x8227,718010

1,1408H.K 4

−==⇒ −

2dm

mg

Korozyon hızını mil/yıl olarak ifade etmek daha yaygın bir uygulamadır. mgĞdm2 –gün biriminde bulunan K.H değerini mil/yıl (mpy: mil per year) birimine çevirmek için aşağıdaki işlem yapılır.

ρ−=

437,1x

gündm

mg)mpy(KH

2

Burada r kuponun yoğunluğu g/cm3

Örmeğimizdeki kupon yoğunluğu 3g/cm 7,87 =ρ⇒

Şimdi, örneğimizdeki kuponun mil/yıl olarak korozyon hızını hesaplayalım:

= −

87,7

437,110x8227,7KH 4

K.H = 1,42823 x 10–4 mil/yıl 1 mil = 1/1000 inch

Tablo 2. Elastomerlerin kullanım Sıcaklık Sınırları

Alt sınır Üst sınır

MALZEME °F °C °F °C

Doğal Lastik –60 –51 160 71

Neopron –40 –40 175 79

Nitril –20 –29 200 93

Poliüretan –40 –40 300 149

Hypalon –10 –23 225 107

Butil –20 –29 300 149


383

Etilen–propilen (EPI) –40 –40 200 149

Viton 0 –18 400 204

Silikon –65 –54 400 204

Aşağıdaki ve bunu takip eden, elastomerlerle ilgili tablolar, Elastomer seçiminde kılavuzluk yapmaya yeterlidir. Seçimin doğruluğu, servis şartlarının (P, T akışkan türü) çok iyi belirlenmesine bağlıdır, bunlar sıcaklık, basınç, tüm kimyasal maddeler (iz halinde rastlansalar bile) akışkan miktarı, kullanılacak parçanın hareket durumu (vanalar pistonlar...) gibi...

Aşağıda tabloda gösterilen elastomerler, özellikle kontrol vanalarda ve proses borulamada kullanılan tiplerdir.

Üstteki ufak tabloda da elastomerlerin servis sıcaklık şartlarına göre dayanma ve kullanma sınırlarını göstermektedir. Servis sıcaklığının artışı ile, kopma, yırtılma gibi direnç sınırlarının daha da düşeceği unutulmamalıdır. Elastomer seçimi tüm bu çeşit olguların hesaba katıl-masıyla yapılmalıdır.

Korozyon Kupon Çeşitleri

Tablo 3. Elastomerlerin Genel Özellikleri


384

ORTAMIN

NİTELİKLERİ

doğal

Lastik

Buna-s

Nitril

Neopren

Butil

THiokal

Silikon

Hypalon

Viton234

Poliüretan

Poli

Akrilik

Etilen

Propilen

PS Saf

Özel la

300

450

400

3600

600

4000

3500

2500

3000

3000

300

1500

200–450

1100

4000

4400

2300

6500

100

1800

2500

M Saf

Özel las

21

31

2.8

31

4.1

28

24

24

21

21

2.1

10

1.4.3.1

7.6

73

30

16

45

0.69

12

17

Yırtılma Direnci

A E– D C C D E–D A C A D E

Aşınma Direnci

A C C A D E E A E A C C

Yaş-

lanm

Güneş ışığı

Oksitlenme

E

C

E

D

E

D

A

C

A

C

C

C

C

B

A

B

A

A

A

A

A

A

A

C

Sıcaklık °F 200 200

250 200 200

140 450 300 400 200 350 350

Sıcaklık)

°C 93 93 121 93 93 80 232 149 204 93 177 177

Statik (Kabuk)

C C C B C D C C – – C C

Bkme Direnci

A C C A A D D A – A C –

Baskı Direnci

C C B A D E C E E C C D


385

Çözelti Dir.

Asfaltik HC

F F C D E A E D A B C E

Aromatik HC F F D E F C F E B D E D

Oksijenli çözelti

Halojenli çözelti

C

F

C

F

E

F

D

B

C

E

D

E

E

F

E

F

C

–

E

–

E

E

–

E

Yağ Direnci:

Düşük Anilin Min.

Yüksek Anilin Min.

Sentetik yağlar

Organik Fosfatlar

F

F

F

F

F

F

F

F

A

A

D

F

D

C

F

F

F

F

E

C

A

A

E

E

E

C

D

E

D

C

E

E

A

A

–

E

–

–

–

E

A

A

D

E

E

E

E

E

Gazolin Direnci

Aromatik

Başka

F

F

F

F

C

A

E

C

F

F

A

A

E

C

E

D

C

B

D

C

D

E

D

E

Asid Direnci

Sulu (% 10 dan az)

Doymuş

C

D

C

E

C

E

D

D

C

D

E

F

D

E

C

C

A

B

D

E

E

E

B

C

Düşük Sıc.

°F –65 –50

–40

–40 –40

–40 –100

–20 –30 –40 –10 –50

Uyumu (Fle.)

°C –54 –46

–40

–40 –40

–40 –73 –29 –34 –40 –23 –49

Gaz Geçirgenliği

D D D B D C D B C C C C

Suya Karşı Direnç

C B B D B D D D A D D B


386

Bazlara Dirençi

Sulu (≥ % 10)

Doymuş

C

D

C

D

C

D

C

C

B

B

E

E

D

E

C

C

A

B

D

E

E

E

A

C

İlk Şeklini Alması

B D D B B E C C C D F B

Esneyebilirlik

700 %

500 %

500 %

500 %

700 %

400 %

300 %

300 %

625 %

626 %

200 %

500 %

Değerlendirme : A = Üstün B = İyi C = Orta E = Kötü F = Çok kötü

Tablo 4. Elastomer Seçim Tablosu

ELASTOMER ⇒

AKIŞKAN ⇓

doğal Lastik

Neopren Nitril EPT Poliüretan Viton Hypalon Butil Silikon

Asetik Asid (% 30)

B C B A+

C B B A A

Aseton B B C A C C B A B Hava, çevre B A A A A A A A A Hava, sıcak

(93°C) C C A A B A A A C

Hava, sıcak204°C)

C C C C C B C C C

Alkol, Etil A A A A B B A A A Alkol, Metil A A+ A A C C A A A Amonyak

An hidrid C A C A C C B A C


387

Amonyak, Gaz (Sıcak)

C B C B C C B C B

Bira A A B A C A A A A

Benzen C C C C C A C C C Siyah Likor B B A B C A+ C C C Baca gazı C C B C C A C C A Tuzlu su

(CaCl2) A A A A A B A A A

Butadiyen, Gaz

C B C C C B B C C

Bütan, gaz C A A+

C B A A C C

Bütan sıvı C B A C C A C C C Karbon

tetraklor C C C C C A C C C

Klor, kuru C C C C C A C B C Klor, ıslak

(nemli) C C C C C A C C C

Kok, soba gazı

C C B C C A+ B C B

Dowtherm A

C C C C C A C C C

Etil Asetat C C C B C C C B B Etilen glikol A A A A

+ B A A A A

Freon glikol C B A C C A+ A C C

Freon 12 B A+ A B A B A B C Freon 22 C A+ C A C C A A C Freon 114 A A A A A B B A C Hidrojen

gazı C B A

+ C B A B C C

B A A A A A A A C

Hidrojen sülfat (kuru)

B A C A+

B C A A C

Hidrojen sülfat (ıslak)

C B C A+

C C C A C


388

Jet FUel (JP–4)

C C A C B A C C C

Metilen klorit

C C C C C B+ C C C

Süt A A A+

A C A A A A

doğal gaz C A A+

C B A A C C

doğal gaz + H2S

C A B C B C A C C

doğal gaz, H2S + NH4

C B B C C C B C C

Naftalin C C C C B A C C C Nitrik asit

(%10) C B C B C A B B B

Nitrik Asit (%50–100)

C C C C C A C C C

Nitrikasit buharı

C B C B C A B B C

N2 (Azot) A A A A A A A A A

Fuel–Oil (yakıt)

C B A+

C C A A C C

Ozon C B C A A A A B A

Kâğıt stoku C B B B C A B B C Propan C A A B B A A C C Deniz suyu B B A A B A B A B Deniz suyu

+H2SO4 C B C B B A B B C

Sabun çözeltileri

B A A A A A A A A

Buhar C C C B+

C C C B C

SO2

Kükürtdioksit

C A C A+

B A C B A

H2SO4 (%

50)

C B C B B A B B C


389

H2SO4

(%50–100)

C C C B C A C B C

su (çevre) A A A A A A A A A

Su (93°C) C C B A+

C B B B C

Su (149 °C) C C C B+

C C C B C

Su (iyonsuz)

A A A A A A A A A

Buz (su) B B A A B A B A B

Anlamları :

A+ = En uygun B = Yetersiz A = Önerilen C = Yetersiz

Tablo 5. Korozyon yapıcı akışkanlara uygun metal seçimi

AKIŞKANLAR

METALLER

Kar

bo

n

Dö

kü

m

30

2 v

e 3

04

P

asla

nm

az

31

6

Pas

lan

maz

Bro

nz

Men

el

Has

tell

oy

Has

tell

oy

C

Du

rlm

et

Tit

anyu

m

Kab

altl

ı A

laşı

m 6

41

6

Pas

lan

maz

44

0 C

Ser

t P

asla

nm

az

Çel

ik

17

-4 P

H

Sert

P

asla

nm

az

Çel

ik

Asetaldehit A A A A A I.L.

A A I.L.

I.L.

A A A A

Asetik asit, havasız C C B B B B A A A A A C C B

Asetik asit, havı C C A A A A A A A A A C C B

Asetik asit, buharları C C A A B B I.L.

A B A A C C B

Aseton A A A A A A A A A A A A A A

Asetilen A A A A I.L.

A A A A I.L.

A A A A

oller A A A A A A A A A A A A A A

Alüminyum sülfat C C A A B B A A A A I.L. C C I.L.

Amonyak A A A A C A A A A A A A A I.L.

Amonyum klorat C C B B B B A A A A B C C I.L.

Amonyum nitrC A C A A C C A A A A A C B I.L.


390

Amonyum fosfort (Mono)

C C A A B B A A B A A B B I.L.

Amonyum sülfat C C B A B A A A A A A C C I.L.

Amonyum sülfit C C A A C C I.L.

A A A A B B I.L.

Anilin C C A A C B A A A A A C C I.L.

Asfalt A A A A A A A A A I.L.

A A A A

Bira B B A A B A A A A A A B B A

Benzen (Benzal) A A A A A A A A A A A A A A

Benzoik Asit C C A A A A I.L.

A A A I.L. A A I.L.

Borik Asit C C A A A A A A A A A B B I.L.

BÜTAN A A A A A A A A A I.L.

A A A A

Kalsiyum Klorat (Alkalin)

B B C B C A A A A A I.L. C C I.L.

Kalsiyum Hipo klorat C C B B B B C A A A I.L. C C I.L.

Karbolik Asit B B A A A A A A A A A I.L. I.L. I.L.

Karbondiokit, kuru A A A A A A A A A A A A A A

Karbondioksit, sıvı içerikli

C C A A B A A A A A A A A A

Karbondisülfat A A A A C B A A A A A B B I.L. Karbon tetraklorat B B B B A A B A A A I.L. C A A Karbonik asit C C B B B A A A A I.

L. I.L. A A A

AKIŞKANLAR

METALLER

Kar

bo

n

Dö

kü

m

30

2 v

e 3

04

P

asla

nm

az

31

6

Pas

lan

maz

Bro

nz

Men

el

Has

tell

oy

Has

tell

oy

C

Du

rlm

et

Tit

anyu

m

Kab

altl

ı A

laşı

m 6

41

6

Pas

lan

maz

44

0 C

Ser

t P

asla

nm

az

Çel

ik

17

-4 P

H

Sert

P

asla

nm

az

Çel

ik

KLor gazı, kuru A A B B B A A A A C B C C C


391

Klor gazı, sıvı içerikli (wat)

C C C C C C C B C A B C C C

Klor (sıvı) C C C C B C C A B C B C C C

k asit C C C B C A C A C A B C C C

Sitrik asit I.L

C B A A A B A A A I.L B B B

Kok, soba gazı A A A A B B A A A A A A A A

Bakır sülfat C C B B B C I.L.

A A A I.L. A A A

Pamuk yağı A A A A A A A A A A A A A A

Krezot (orsoyota) A A A A C A A A A I.L.

A A A A

Etan A A A A A A A A A A A A A A

Eter B B A A A A A A A A A A A A

Etil kolrat C C A A A A A A A A A B B I.L.

Etilen A A A A A A A A A A A A A A

Eilen glikol A A A A A A I.L.

I.L.

A I.L.

A C C I.L.

Ferik klorat C C C C C C C B C A B C C I.L.

Formaltehid B B A A A A A A A A A A A A

Formik Asit I.L.

C B B A A A A A C B C C B

çerikli (wet) B B B A A A A A A A A I.L. I.L. I.L.

Freon, kuru B B A A A A A A A A A I.L. I.L. I.L.

Pufural A A A A A A A A A A A B B I.L.

Benzin, rafine A A A A A A A A A A A A A A

Glikoz A A A A A A A A A A A A A A

Hidroklorik asit (havalı)

C C C C C C A B C C B C C C

Hidroklorik asit (havasız)

C C C C C C A B C C B C C C

Hidroflorik asit (havalı) B C C B C C A A B C B C C C

Hidroflorik asit (havasız)

A C C B C A A A B C I.L. C C I.L.


392

A : Kullanılması önerilen B : Orta düzeyde dayanıklı C : Yetersiz kullanılmamalı I.L : Hakkında bilgi yok


393

XVI. BÖLÜM

EKLER

Ek-1 2003 VERİLERİNE GÖRE DÜNYA DOĞALGAZ KAYNAKLARI

Ek-2 2003 VERİLERİNE GÖRE DOĞALGAZ TÜKETİMİ

Ek-3 DOĞALGAZ HESAPLARIYLA İLGİLİ FORMÜLLER

EK-4 BAZI FİZİKSEL SABİT DEĞERLER

EK-5 ALFABETİK BİRİM ÇEVİRME TABLOSU

EK-6 MATEMATİKTEN SEÇMELER

EK-7 KAYNAKLAR

ÜLKELERE GÖRE DOĞALGAZ REZERVİ (milyar m3) Ref: OPEC 2015 Verileri

Sıra Ülke 2014 Rezervi 2015 Rezervi 15/14 Değişim Pay %

1 Rusya 49.541 49.541 - 24,53

2 İran 34.020 33.500 -1,53 16,59

3 Katar 24.531 24.299 -0,95 12,03

4 ABD 11.011 11.011 - 5,45

5 Türkmenistan 9.904 9.904 - 4,90

6 Suudi Arabistan 8.489 8.588 1,17 4,25

7 Birleşik Arap Emirlikleri 6.091 6.091 - 3,02

8 Venezuela 5.617 5.702 1,50 2,82

9 Nijerya 5.324 5.284 -0,75 2,62


394

10 Cezayir 4.504 4.504 - 2,23

11 Avusturalya 3.703 3.703 - 1,83

12 Çin Halk Cumhuriyeti 3.275 3.439 5,00 1,70

13 Irak 3.158 3.158 - 1,56

14 Endonezya 2.839 2.775 -2,25 1,37

15 Malezya 2.690 2.690 - 1,33

16 Norveç 2.547 2.445 -4,00 1,21

17 Mısır 2.168 2.168 - 1,07

18 Kanada 2.028 2.042 0,69 1,01

19 Kazakistan 1.918 1.918 - 0,95

20 Kuveyt 1.784 1.784 - 0,88

21 Özbekistan 1.608 1.608 - 0,80

22 Libya 1.505 1.505 - 0,75

23 Hindistan 1.427 1.484 4,00 0,73

24 Azerbaycan 1.291 1.291 - 0,64

25 Hollanda 1.044 981 -6,00 0,49

26 Ukrayna 944 944 - 0,47


395

27 Umman 950 931 -2,00 0,46

28 Pakistan 736 736 - 0,36

29 Brezilya 471 485 2,99 0,24

30 Myanmar 485 485 - 0,24

31 Bengladeş 418 418 - 0,21

32 Peru 414 414 - 0,20

33 İngiltere 407 387 -4,99 0,19

Danimarka 90,0 90,0 - 0,04

Almanya 63,0 63,0 - 0,03

Polonya 62,9 60,4 -3,97 0,03

İtalya 53,7 53,7 - 0,03

Türkiye 19,4 19,0 -1,97 0,01

Diğer ülkeler 5.479 5.465 -0,26 2,71

Dünya toplamı 202.611 201.967 -0,32 100


396

Ek 3- GAZLARIN NİTELİK TANIMLARI VE FORMÜLLER TANIMLAR TANIMLARIN FORMÜLLE İFADESİ Oda sıcaklığında

herhangi bir gazın ortalama çarpışma hızı

scmM

x

A

ort /103 5

≅ϑ dir.

Mutlak sıcaklık noktası T = 0 K veya –273°C Mutlak sıcaklık

noktasında, teorik olarak gazın hacmi sıfırdır

P

nRTV = , T=0 K dan V= 0

Kinetik enerji formülü, T=0 K da , KE= 0

AAA N

RkkTT

N

R

nN

nRTKE =⇒===

2

3

2

3

2

3

PVT değişkenleri ile

kurulan denkleme "durum denklemi" denir. İdeal gazların davranışları durum denklemi ile ifade edilir. Durum denklemi Avagadro yasasını tanımlar

Bir ideal gazın özgül ısılar oranı sabittir

k = Cp/Cv ve Cp – Cv = R

Yarı ideal gazlar, durum denklemine uymakla birlikte, özgül ısıları sadece sıcaklığa bağlılık gösterir. Yarı ideal gazların özgül ısıları

C = A + BTn + CTm + ... şeklinde ifade edilir.

A, B, C, n,m = sabit sayılar,

T : sıcaklık.

T1 den T2 sıcaklığına kadar genleşen gazın hacmi formülü ile bulunur.

V2 = V1 [1 + a (T2 - T1)]

Düşük sıcaklıklarda a = 0,003661/C°


397

Ortalama hız karesinin karekökü,

Bu ifadelerde P basınç

(atm), ρ yoğunluk

(kg/m3), ϑ ort ortalama

hız (m/s). Gazların ϑ rms

hızları, 0°C ve 1 atm basınçta yoğunluklarına göre değişir.

22

2

3

1

3

ortxort

ortrms

P

P

ρϑρϑ

ρϑϑ

==

==

Gazların kinetik enerjileri sıcaklığa bağlı olarak ifade edilebilir.

Bir mol gazın kinetik enerjisi

kTm2

3

2

1 2 =ϑ

(t = 0°K de molekül hareketi yoktur.)

n: Mol kütlesi (kg)

T: Sıcaklık (K)

k: Boltzmann sabiti, genel gaz sabiti (R) nin Avagadro sayısı (NA)na bölümüdür.

N: Molekül sayısı

n: Mol sayısı

NA: Avagadro sayısı = 6,022 x 1023 molekül/mol

ϑ rms: Hız karesinin karekök ortalaması

n mol gazın veya N mol gazın kinetik enerjisi Ke= PVnRTNkT ==

2

3

2

3

Bolltzman Sabiti molekülKJx

molmolekülx

molKJ

N

Rk

A

/1038,1/10022,6

/3173,8 23

23

−===


398

Örnek:

T = 0°C de Ne gazının

kinetik enerjisini bulalım.

rmsϑ =584 m/s

Mw=20 kg/kmol

Çözüm:

kmoljxM rms /103410)584)(20(2

1

2

1 322 ==ϑ

1000’ne bölünürse 3410 j/mol elde edilir.

İdeal gaz Boyle (1627–

1691) yayası:

P, V değişken, T sabit

2

1

2

1

V

V

P

P= → P1V1=P2V2→ PV =C (Sabit)

İdeal gaz

Charles (1746

1823) ve L.Gay–Lussac

(1778–1850)

yasası:

(V, T değişken, P sabit )

CV

T

V

T

V

T

T

T

V

V=→=→=

2

2

1

1

2

1

2

1

Hacim sabit,

P, T değişken olursa, V: Hacım, P: Basınç T: Sıcaklık, C: Sabit oransal sayı

CP

T

P

T

P

T

T

T

P

P=→=→=

2

2

1

1

2

1

2

1

Avagadro sayısı: herhangi

bir maddenin bir molünde

bulunan molekül

sayısıdır.

NA = 6,022 x 1023 molekül/mol

i

Am

MN = M: Mol ağırlığı, mi molekülün ağırlığıdır .


399

Normal koşullarda1 mol gazın hacmi

22,4 Litre Normal Koşullar: Po = 1 atm,

To = 0°C

İngiliz birimleriyle 1 mol gaz hacmi

Vmol = 379 SFC/lb mol

Normal Koşullar: P = 14,7 psi, T = 60°F

Metrik sistemde Avagadro Sayısı: kmol

molekülxN A

2610022,6=

İngiliz biriminde sistemde Avagadro Sayısı: mollb

molekülxN A −

= 2610733,2

Genel ideal gaz yasası: Boyle,

Gaylussac/Charle, Avagadro yasalarının birlikte ifadesidir.

wM

mnnRTPV =⇒= ve yoğunluk

RT

PM v=ρ

Mw

: Mol kütlesi,

örneğin, 80 g metan 5 mol dür n = 80 g/16g–mol = 5 mol

ideal olmayan gaz denklemi : Tüm gazlar değişik koşullarda ideal gaz yasalarından sapma gösterirler. Deneyler sonucunda sapma oranı belirlenir. Deneysel yoldan bulunan sapma sayısı, durum denklemine konarak, gerçek gazın davranışı ideal gaz denklemiyle ifade edilir. Sapma sayısının ifadesi:

PnRT

VZ

/=

Gerçek gaz denklemi PV=ZnRT


400

Gerçek gaz yoğunluğu

ZRT

PM w=ρ

Z: Sıkıştırılabilirlik faktörü.

İdeal gaz yasasından sapmayı doğrultmak için kullanılan bir başka terimde yüksek sıkıştırılabilirlik katsayısı (Super compressibility factor) dır. Bu terim, yüksek basınçlı gaz hesaplarında kullanılır. Yüksek sıkıştırılabilir katsayısı ile sıkıştırılabilirlik katsayısı arasında şu ilgi vardır;

22 )()(

1

pvpv F

nRTPV

FZ =⇒=

F

PV : Yüksek sıkıştırılabilirlik katsayısı literatürde tablo

halinde verilmiştir. Z: Sıkıştırılabilirlik katsayısı deneysel yoldan bulunur. P ve T ile gaz kompozisyonuna bağlıdır, grafiklerden elde

edilebilir.

Gerçek gazların davranışları Van der Waals, Redlik–Kwong (R–K) denklemleriyle de ifade edilir.

a ve b korelasyon sa-bitleri

Van der Waals denklemi → ( )( ) RTbVaP =−+ 2/ϑ ,

Redlich–Kwong denklemi → ( )bVT

a

bV

RTP

+−

−=

5,0

Göreli basınç ve sıcaklık

Herhangi bir gazın mol ağırlığı

( )( ) iAwyw mNM9728GM === ,

mi : Molekül ağırlığı

Bir gazın göreli yoğunluğu (NK:Normal koşullarda)

9728

PGy

,=

EMR yaklaşımı ile mol ağırlığının bulunması (Bak, kaynaklar:6)

EMR = [(n2 – 1)/(n + 0,4)] (M/ ρ )→ ( ρ : g/cm3)


401

Normal hidrokarbonlar için EMR

EMR = 2,4079 + 0,7293 M + 0,00003268 (M)2

(EMR, M, n için bak Madde 37)

Kritik basınç ve sıcaklığa göre indirgenmiş basınç ve sıcaklık

Pr, Tr : İndirgenmiş basınç ve sıcaklıklar

Pc, Tc: Kritik değerler

P, T : Herhangi bir basınç, sıcaklık değerleri

Gaz karışımının Vizkozitesi

∑∑=

ii

iii

mMy

Myµµ

Gaz karışımının mol ağırlığı

iia MyM ∑=

Gaz karışımının göreli, kritik basınç ve sıcaklığı

∑= iipc xyP , ∑= ciipc TyT

Thomas Harkinson ve Phillips yaklaşımı: (Bak kaynaklar: 6)

Bu yaklaşımlar, HC dışı gaz oranı % 7 yi aşmadığı veya % 3 H2S + % 5 N2 +

% 92 HC gazları içeren gaz karışımları için geçerlidir.

Ppc = 709,604 – 58,718 Gy

Tpc = 170,491 + 307,344

Gaz karışımının indirgenmiş basınç ve sıcaklıkları

Ppr = P/Ppc , Tpr = T/Tpc

Özgül ısılar

v

vT

UC

∂∂

= , RCCT

PC vp

p

p +=⇒

∂∂

=

Özgül ısılar oranı

v

p

C

Ck =


402

Kısmi basınçlar yasası (Dalton yasası):

Karışımdaki her gaz, hacım kabında sadece kendisi olduğunda uygulayacağı basınç kadar bir basınç uygular. Toplam basınç, karışımdaki gazların basınçlarının toplamına eşittir. Karışımdaki bir gazın basıncı, kısmi basınç olarak tanımlanır: Kısmi basınçlar mol oranları ile şöyle ifade edilir.

CBAt PPPP ++=

∑ ==++=V

RTnn

V

RT

V

RTn

V

RTn

V

RTnP iCBA

it

i

i

ti yPn

nPP ==∑

PA, PB, PC, basınçları A, B, C gazlarının kısmi basınçlarıdır.

nA, nB, nC de A, B, C gazlarının mol sayılarıdır.

yi : Mol yüzdesi

Kısmi basınçlar yasasına örnek :

yi = 0,0526

Pt = 10 atm.

Pi = ?

Çözüm :

pi = (yi) (pt) = (0,0526) (10)

pi = 0,526 atm

Gazlarda basınç–hacım ilişkisinin genel denklemi: PVn = C (sabit say›)

n = 1 ise PV = C1 → (Boyle yasası), iso–termal değişim

n = k ise PVk = C2 → k = Cp/Cv ,

adiyabatik değişimler

n = 0 ise P = C3 → Basınç değişmiyor.

nCVn =→∞= → Hacim değişmiyor.


403

İdeal gazın politropik değişiminde → P

1(V1)n = P

2 (V2)n ilişkisi vardır.

1 < n < k dır ve özgül ısı Cn = Cv(n–k)/n–1) dir.

Burada Cv sabittir.

Havanın sıkıştırılmasında kullanılan formül:

T2/T1 = (V1/V2)n–1 = (P2/P1)(n–1)/n

Adiyabatik (isentropic) işlemlerde, basınç, hacım, sıcaklık arasındaki ilişkiler veya ideal gazın Otto devri:

k:Özgül ısılar oranı,

Gy: Göreli gaz yoğunluğu

k1k

1

2

1

2

P

P

T

T/−

=

,

k

2

1

1

2

V

V

P

P

=

,

1k

2

1

1

2

V

V

T

T−

=

9861

C

1k

k

9861C

C

C

Ck

p

p

p

v

p

,,=

−→

−==

0,55 < Gy < 1 ve T = 150F° ≅ 66°C için

Doğal gazlarda

3282

G7382k

y

,

log, −=

Gerçek gazlarda Z etkisi ( )

−

=

−

1P

P

T

Tk1kZ

1

2

1

2

1 /


404

Gazların sıkıştırılmasında ortaya çıkan güç:

( )

−

−=

−

1P

PT

T

P0273

1k

kW

k1kZ

1

2

1

o

o

1 /,

k= Özgül ısılar oranı (k = Cp/Cv)

Po= Standart basınç 14,73 psia (1 atm)

To= Standart sıcaklık 520 °R (60°F @ 15,5°C)

P1= Emiş basıncı, psia

P2= Çıkış basıncı, psia

Z1= Emiş gazının sıkıştırılabilirlik faktörü

Gazların sıkıştırılması sırasında ortaya çıkan gücün İngiliz birim sisteminde ifadesi:

k = 1,4 alınmıştır.

HP= Beygir gücü (Horse power)

Q1= Debi lb/s

(İ.B.S)

Q2 = Debi, ft3/s

H = Adibayatik akışkan yükseltisi (elevasyon) ft (İ.B.S)

P1 =Basınç, psia

R = Genel gaz sabiti 1544 ft/lbmol–mol °R)

İ.B.S : İngiliz birim sistemi

( )( ) ( ) SBİYT550

RQ

1k

k

550

HQHP 1

11 ..→

−==

HP = 0,00436 ( )12 PQ ( )Y1k

k

−

→ HP = 0,0153 ( )12 PQ (Y)

( )

−

=

−

1P

PY

k1k

1

2

/

Genel gaz sabiti

nT

PVR = (İdeal gaz) ,

nTz

RVR = (Gerçek gaz )


405

Genel gaz sabitinin değişik birimlerle ifadesi

P V T R

bar l K 83,14 (bar)(l)/(kmol((K)

bar m3 K 0,08314 (bar)(m3)/(kmol)(K)

MPa m3 K 0,00831 (MPa)(m3)/(kmol)(K)

kPA m3 K 8,314 (kPa)(m3)/(kmol)(K)

kg/cm2

m3 K 0,08478

(kg/cm2)(m3)/(kmol)(K)

Psia ft3 °R

10,73 (psia)(ft3)/(lb–mol)(°R)

lb/ft2 ft3 °R

1545 (psfa)(ft3)(lb–mol)(°R)

N/m2 m3 K 8314 j/kmol–K

Formüllerde Yer Alan Harfli ifadelerin Anlamları :

Bu karşılaştırmada, propanın daha verimli olacağı görülmektedir. Korelasyon sabitleri a,b

Sıkıştırılabilirlik faktörü Z

Yoğunluk, P, V, T, R ın birimlerine bağlı R

Herhangibir sıcaklık (K, °R) T

Kritik sıcaklık (K, °R) Tc

İndirgenmiş sıcaklık, birimsiz, (–) Tr

Mol ağırlığı, (g/mol, kg/mol, lb/mol) M, Mw

Göreli yoğunluk(–) G, Gy

Eykman denkleminden elde edilen, molekül ışık kırımı

EMR

Sodyum elementinin sarı ışık çizgisi D nin kullanılması ile "refractometer" aletinde sıvı ya da gazların ölçülen kırılma indisi

n (EMR formülünde)

Gaz karışımının viskozitesi, (Cp, Pa.s, lbm/ft–s, μm


406

ct)

1cp = 0,01 dyn–s/cm2 = 0,001 Pa–s = 0,000672 lbm/ft–s

1 ct= 0,01 cm2/s = 1,0 x 10–6 m2/s

Karışımdaki i. gazın viskozitesi, örneğin, karışımda 10 değişik gaz varsa i = 1....10 a kadar olacaktır.

μi

Karışımdaki i. gazın mol yüzdesi

a

i

iM

My =→

Örneğin, % 85 metan gazı içeren bir gaz karışımında metan için yi = 0,85 dir veya

850M

16y

a

i ,== olur.

Mi, mol sıralamasında, mol ağırlığı sıralamasına örnek

Karışımdaki i. gazın mol ağırlığı, eğer, metan sıralamada 1. gaz ise

M1 = 16 olacaktır.

Gaz karışımının göreli mol ağırlığıdır ve bu, her gazın karışımdaki yüzde miktarları ile mol ağırlıklarının çarpımlarının toplamını ifade eder.

Ma

Yalancı veya gaz karışımının kritik basıncıdır, mol yüzdeleri ile her gazın kendi kritik basınçlarının çarpımlarının toplamını ifade eder.

Ppc

Yalancı sıcaklık veya gaz karışımının kritik sıcaklığıdır, mol yüzdeleri ile her bir gazın kendi kritik sıcaklıklarının çarpımlarının toplamını ifade eder.

Tpc

Karışımdaki, i. gazın kritik basıncıdır. Pci

Karışımdaki i. gazın kritik sıcaklığıdır. Tci

Gaz karışımının indirgenmiş yalancı veya göreli basıncıdır.

rpr

Gaz karışımının indirgenmiş yalancı veya göreli sıcaklığıdır.

Tpr


407

Sabit hacimde özgül ısı (kJ/kmol–K, Btu/lb–mol–°R)

Cv

iç enerji, (bir sistemin), (kJ/kmol,Btu/lb–mol) ∂U

Enthalpi (sistemin), (kJ/mol, Btu/lb–mol) ∂H

Özgül ısılar oranı (–) K

Beygir gücü (hp) P

Adiyabatik yükseklik (m), H

Gaz debisi (Birim zamanda akış) , metrik Q1 (kg/s)

Gaz debisi (Birim zamanda akış), İngiliz Q2 ( ft3/dk (1ft3 = 1/35,28 m3)

Genel gaz sabiti genel gaz denklemindeki değişkenlerin birikimlerine bağlıdır

R


408

EK 4 - BAZI FİZİKSEL SABİT DEĞERLER

Yerin ekvatordan geçen yarı çapı ........................................................ = 6378,388 km Yerin kutup yarıçapı ................................................................................. = 6356,912 km Uluslararası 1 kara mili ........................................................................... = 1,609 km

Yerin ortalama özkütlesi ......................................................................... = 5,522 g/cm3

Genel çekim sabiti ...................................................................................... = 6,67 x 10–11 N–m2/kg2

Deniz seviyesinde 45° enlemde, yer çekimi ivmesi .................... = 980,665 cm/s2

1 mikron ....................................................................................................... = 10–4 cm

1 Angstorm, A° ........................................................................................... = 10–8 cm

Hidrojen atomunun kütlesi .................................................................... = 1,67339 x 10–24g Civanın özkütlesi (0°C de) ...................................................................... = 13,559 g/ml Suyun özkütlesi (3,98°C de) .................................................................. = 1,000000 g/ml Kuru havanın özkütlesi (0°C, 760 mmHg de) ................................. = 1,2929 g/lt Kuru hava içinde ses hızı (0°C de) ...................................................... = 331,36 m/s

Boşlukta ışık hızı ........................................................................................ = 2,997925 x 1010 cm/s Buzun erime sırasında 0°C de aldığı ısı miktarı ........................... = 79,71 cal/g Suyun 100°C de buharlaşırken aldığı ısı miktarı .......................... = 539,55 cal/g Kripton 86 nın portakal kırmızısı ışının dalga uzunluğu .......... = 6057,802A° π = 3,1415926535 e = 2,7182818284

Avagadro sayısı .......................................................................................... = 6,02252 x 1023 parçacık/mol

Faraday sabiti ............................................................................................. = 9,6487 x 104 Coul/mol Genel gaz sabiti .......................................................................................... = 0,082057 lt.atm/mol.K Isının mekanik eşdeğeri ......................................................................... = 4,186 J/Cal

Normal atmosfer basıncı ....................................................................... = 1,02325 x 105 N/m2

Elektronun yükü ........................................................................................ = 1,60210 x 10–19 Coul Normal koşullarda 1 mol ideal gaz hacmi ...................................... = 22,4136 lt/mol


409

EK 5- ALFABETİK BİRİM ÇEVİRME TABLOSU

1. SI BİRİM SİSTEMİ

2. ALFABETİK BİRİM ÇEVİRME TABLOSU

3. MATEMATİKTEN SEÇMELER

1.1 Temel Birimlerin İfadelerinde Kullanılan Semboller

SI Birim Sistemi (SIU: Le Systeme International d'Units = Uluslararası Birim Sistemi)

Değişkenin Formül Birim Birim Birimin

Adı Sembolü Adı Sembolü Açık Yazılışı

Elektriksel Kapasitans C Farad F A–s/V

Elektrik yükü Q coulomb C A–s

Elektriksel iletkenlik G simens S A/V

Elektriksel indüktans L indüktivite H Wb/A

Elektriksel gerilim E volt V W/A

Elektrik direnci R ohm W V/A

Elektromotif kuvvet E volt V W/A

Enerji E jül J N–m

Frekans f herz Hz 1/s

Aydınlık I lüks 1x 1m/m2

Işık şiddeti I lümen 1m cd–sr


410

Magnetik akı Ø weber wb V–s

Magnetik akı şiddeti B tesla T wb/m2

Güç P wat W J/s

Basınç P paskal Pa N/m2

Isı nerjisi Q jül J N–m

Aç q steradyan sr –

İş W jül j N–m

Uzunluk L metre m m

Kütle m kilogram kg kg

Zaman t saniye s s

Elektrik akımı I amper A C/s

Termodinamik sıcaklık T kelvin K K

Aydınlık şiddeti C kandil cd cd

Madde miktarı M mol mol kg/kmol

Kuvvet F Newton N kg– m/s2

Birim çevirme tabloları ile ilgili açıklamalar:

Birim sembolleri genellikle birimlerin adından türetilir (metre:m, kilogram:kg, Amper:A, hertz: hz). bazı birimlerin adları Türkçeleştirildiğinden birimin sembolü ile adı arasında benzerlik kurulamaz, çünkü, birimin adı Türkçe ifade edilse bile sembolü orijinalitesini korur, örneğin kandil (candela) Cd, beygirgücü (horsepower) hp, kalori (calory) cal, santimetre (centimeter) cm şeklinde gösterilir. Bazı birimlerde saat (hour) h sembolü ile gösterilmiştir. Örneğin kwh gibi, fakat saat yerine h sembolü kw–h gibi birimlerde kullanılmıştır. Bazı işlemlerde zaman ölçüsü birimi olarak h yerine sa sembolü tercih edilmiştir. Amerikan birim sisteminde kuvvet 1bf (pound–kuvvet), kütle lbm (pound–kütle), basıncı psi (lbf/in2) ve iş lbf–ft birimleriyle ifade edilir.

Teknik literatürde kullanılan birimler ve sembolleri aşağıda verilmiştir :

Birim Sembolü Birimin Adı

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

a ............................................................yıl (zaman)


411

acre (akre) .......................................akre (US alan)

amu .....................................................atomik kütle birimi

atm ......................................................atmosfer (basınç)

bar .......................................................bar (basınç)

bar (mutlak) ....................................bar (mutlak basınç)

bbl ........................................................varil (barrel: US hacım)

Btu .......................................................İngiliz ısı birimi, enerji (British thermal Unit)

Btu/sa (Btu/h) ...............................bir saatte ortaya çıkan iş (güç)

Btu/dk (Btu/min) .........................bir dakikada ortaya çıkan iş (güç)

cal (kalori)........................................kalori (enerji), ısı birimi

cm ........................................................santimetre (uzunluk)

cm2 .....................................................santimetre kare (alan)

cm3 .....................................................santimetre küp (hacım)

cm3/s .................................................santimetre küp/saniye (debi)

cmHg (0°C) ......................................cıva sütunu (basınç)

cm/s ....................................................santimetre/saniye (hız)

cP .........................................................santipoiz (mutlak viskozite)

cSt ........................................................santistok (kinematik viskozite)

dwt ......................................................penni ağırlık (US kütle)

dyn (din) ...........................................dyn (din, kuvvet)

ft ...........................................................ft (uzunluk)

ft2 ........................................................ft2(alan)

ft2/s ....................................................ft2/s (kinematik viskozite)

ft3 ........................................................ft3 (hacim)

ft H2O (60°F = 15,5°C) ................su sütunu (basınç)

ft–1bf foot(fut) – pound – kuvvet (enerji)

ft–lbf/h (ft–lbf/sa) ........................foot–pound kuvvet/saat (güç)

ft–lbf/s ...............................................foot–pound kuvvet/saniye (güç)

ft–lbf/min (ft–lbf/dk) ..................foot–pound kuvvet/dakika (güç)

ft/min (ft/dk) .................................foot/dakika (hız)

ft/s .......................................................foot/saniye (hız)

ft/s2 ....................................................feet/saniye kare


412

g ............................................................gram (kütle)

g/L .......................................................gram/litre (kütle/hacim):yoğunluk

g/cm3 .................................................gram/cm3 (kütle/hacim):yoğunluk

gal, Imp ..............................................Imp. galon (İngiliz hacım)

gal, US.................................................US galon (Amerikan hacım)

gr ..........................................................grain (kütle)

ha .........................................................hektar (alan)

hp (B.G) .............................................beygir gücü (horsepower), güç

hp–h (B.G–sa) .................................beygir gücü–saat (enerji)

in ..........................................................inç (inch), uzunluk

in2 .......................................................inç (inch) kare, alan

in3 .......................................................inç (inch) küp, hacim

in3/min (in3/dk) ..........................inç (inch) küp/dakika (debi)

in H2O (60°F = 15,5 °C) ..............inç (inch)–su (basınç)

in Hg (0 C°) ......................................inç (inch)–civa (basınç)

J .............................................................jül (enerji)

K ...........................................................Kelvin (sıcaklık)

kPa.......................................................kilopaskal (basınç)

kcal ......................................................kilokalori (enerji)

kcal/min (kcal/dk) .......................kilokalori/dakika (güç)

kg .........................................................kilogram (kütle)

kg/h (kg/sa) ....................................kilogram/saat (kütle/zaman)

kg/m3 ................................................kilogram/metre küp (kütle/hacim)

kg/min (kg/dk) ..............................kilogram/dakika (kütle/zaman)

kg/s .....................................................kilogram/saniye (kütle/zaman)

kgf (kg–kuv) ....................................kilogram kuvvet (kuvvet)

kgf x m (kg kuv x m) ....................kilogram kuvvet x metre (tork)

kgf/cm2 (kg kuv/cm2) ...............kilogram kuvvet/cm2 (basınç) km ........................................................kilometre (uzunluk) km/h (km/sa) ................................kilometre/saat (hız) kW–h ..................................................kilowat–saat (enerji) kn .........................................................knot (hız) kW .......................................................kilowat (güç)


413

L ............................................................litre (hacim) L/s .......................................................litre/saniye (hacim/zaman) : debi lb veya lbm, av ................................pound (avoirdupois), kütle lb, troy................................................pound (troy), kütle lb/Imp.gal.........................................pound/Imp.galon (kütle/hacım) : yoğunluk lb/US gal ...........................................pound/US galon (katle/hacim) : yoğunluk

lb/ft3 ..................................................pound/foot3 (kütle/hacim) : yoğunluk lb/ft–s ................................................pound/ft–saniye (mutlak viskozite) lb/h (lb/sa) ......................................pound/saat (kütle/zaman) : debi

lb/in3 .................................................pound/inch küp (kütle/hacım) : yoğunluk lb/min (lb/dk)................................pound/dakika (kütle/zaman) : debi lb/s ......................................................pound/saniye (kütle/zaman) : debi lbf .........................................................pound–kuvvet (kuvvet) lbf x ft .................................................pound–kuvvet x feet (tork)

lbf–s/ft2 ............................................pound kuvvet–saniye/ft2 (mutlak viskozite) m ..........................................................metre (uzunluk)

m2 .......................................................metre küp (hacım)

m3 .......................................................metre küp (hacım)

m3/h (m3/sa) ................................metre küp/saat (hacım/zaman) : debi

m3/min (m3/dk) ..........................metre küp/dakika (hacım/zaman) : debi

m3/s ...................................................metre küp/saniye (hacım–zaman): debi m/dk ...................................................metre/dakika (hız) m/s ......................................................metre/saniye (hız)

m/s2 ...................................................metre/saniye kare (ivme) mi .........................................................kara mili (statute mil, uzunluk)

mi2 ......................................................kara mil kare (alan) mi .........................................................deniz mili (nautical mil), uzunluk mbar ...................................................mili bar (basınç) mm ......................................................milimetre (uzunluk) mmHg (0°C) ....................................milimetre - cıva (basınç) MPa .....................................................megapaskal (basınç) mi/h (mph=mil/sa)......................mil/saat (hız) MW ......................................................megawat (güç) N ...........................................................newton (kuvvet)


414

N–m ....................................................newton–metre (tork) oz, av ...................................................onz (avoirdupois ounce), kütle oz, Imp. (akışkan) .........................onz (Imp. akışkan ounce), hacım oz, troy ...............................................onz (troy ounce), kütle oz, US (Akışkan) .............................onz (US akışkan ounce), hacım

oz/in3 ................................................onz (ounce)/inç(inch) küp (kütle/hacım) P ...........................................................poiz (poise), mutlak viskozite Pa .........................................................paskal (basınç) Pa.s ......................................................paskal saniye (mutlak viskozite) ppm .....................................................milyonda parça sayısı

psi ........................................................lbf/in2 (basınç)

psia ......................................................lbf/in2 (mutlak basınç) pt ..........................................................pint (hacım) qt ..........................................................kuart (quart), hacım rad .......................................................radyan (düzlem açısı) rad/s ...................................................radyan/saniye (açısal hız) r/dk (rpm) .......................................dakikada dönüş sayısı (açısal hız) r/s ........................................................saniyede dönüş sayısı (açısal hız) ton (short ton) ................................küçük (short) ton (kütle) sr ..........................................................steradyan (katı açı) St ..........................................................stok (kinematik viskozite) t.............................................................metrik ton (kütle) ton .......................................................büyük (long) ton (kütle) US gph (gal/sa US) ........................US galon/saat (hacim/zaman) : debi US gpm (gal/dk US)......................US galon/dakika (hacim/zaman): debi US gps (Gal/s US) ..........................US galon/saniye (hacım/zaman): debi W ..........................................................wat (güç) W–h (W–sa) .....................................wat–saat (enerji) yd .........................................................yard (uzunluk)

µm .......................................................mikrometre (uzunluk) " ............................................................saniye (düzlemde açı) ' .............................................................dakika (düzlemde açı) ° ............................................................derece (düzlemde açı) °/s ........................................................derece/saniye (açısal hız) °C ..........................................................derece (Celsius:selsius), sıcaklık


415

°F ..........................................................derece (Fahrenheit), sıcaklık K ...........................................................derece (Kelvin), sıcaklık °R .........................................................derece (Rankin), sıcaklık


416

1.2 SI Birim Sisteminde Kullanılan Üslü İfadeler

SI sembolü Adı Üslü İfadesi Örnek Anlamı ––––––––– ––––— ––––––––––– –––––– ––––––––

T tera 1012 Tft3 1012ft3

G giga 109 GHz 109 Hz

M mega 106 MW 106W

k kilo 103 kg 103 g

h hekto 102 hm 102 m

da deka 101 dam2 10m2

u uni 100 m 1m

d desi 10–1 dm3 10–1 m3

c santi (centi) 10–2 cl 10–2 L

m mili 10–3 mm 10–3 m

m mikro 10–6 mF 10–6 F

n nano 10–9 nm 10–9 m

p piko 10–12 pF 10–12 F

f femto 10–15 – –

a atto 10–18 – –

(Bak, ASTM E380–74)

10 luk sistemin üslü ifadeleri Latin alfabesinden alınan harflerle sembolleştirilmiştir. Bu şekilde gösterim, çok büyük sayısal değerlerin sembolik olarak kısaca ifade edilmelerini kolaylaştırmıştır.


417

1.3 ALFABETİK BİRİM ÇEVİRME TABLOSU

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

1 akre (acre) ............................................................................ = 0,404690 ha(hektar)

1 akre (acre) ............................................................................ = 4046,900 m2

1 akre–fit (acre–feet)........................................................... = 1233,500 m3 1 amp–sa (amper–saat)...................................................... = 3600,000 coulomb

1 amu (atomik kütle birimi) ............................................. = 1,659 x 10–24 g 1 angstrom ............................................................................... = 0,100000 nanometre 1 astronomikal birim ........................................................... = 149,5980 Gm (giga–metre) 1 atm (atm:atmosfer standart) ....................................... = 1,013250 bar (mutlak)

1 atm .......................................................................................... = 1033,000 g/cm2 1 atm (normal) ....................................................................... = 101,3250 kPa 1 atm (normal) ....................................................................... = 101325,0 Pa 1 atm (normal) ....................................................................... = 760,0000 mmHg (0°C) 1 atm (normal) ....................................................................... = 14,69600 psi 1 atm (normal) ....................................................................... = 29,92100 inHg(0°C) 1 atm (normal) ....................................................................... = 407,1600 inH2O (15,5°C)

1 atm (normal) ....................................................................... = 33,93000 ft–H2O (15,5°C)

1 atm (normal) ....................................................................... = 1,033200 kgf/cm2 (mutlak) 1 bar ........................................................................................... = 100,0000 kPa 1 bar ........................................................................................... = 100 000,0 Pa 1 bar ........................................................................................... = 14,50400 psi 1 bar ........................................................................................... = 750,0600 mmHg (0°C) 1 bar ........................................................................................... = 29,5300 inHg (0°C) 1 bar ........................................................................................... = 401,8400 inH2O (15,5°C)

1 bar ........................................................................................... = 33,48600 ft–H2O (15,5°C)

1 bar ........................................................................................... = 0,98600 atm 1 bar ........................................................................................... = 1000,000 mbar

1 bar ........................................................................................... = 1,019700 kgf/cm2 1 barrel ...................................................................................... = (bak: varil) 1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 1055,100 jül 1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 1,055060 kJ 1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 0,292880 wat–h (wat–saat)


418

1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 0,000292 kW–h

1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 3,928 x 10–4 hp–h 1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 0,252000 kcal 1 Btu (İngiliz ısı birimi) ...................................................... = 778,0000 ft–1bf 1 Btu/bhp–h ............................................................................ = 0,393010 wat/kW

1 Btu/ft3 ................................................................................... = 37,2590 kJ/m3

1 Btu/ft3 ................................................................................... = 0,01035 kW–h/m3

1 Btu/US gal ............................................................................ = 278,716 kJ/m3

1 Btu/US gal ............................................................................ = 0,07742 kW–h/m3 1 Btu/h ...................................................................................... = 0,29307 wat 1 Btu/h ...................................................................................... = 0,01667 Btu/dk

1 Btu/h ...................................................................................... = 3,93 x 10–4 hp

1 Btu/h ...................................................................................... = 4,20 x 10–3 kcal/dk 1 Btu/h ...................................................................................... = 0,07000 cal/s 1 Btu/h ...................................................................................... = 12,9610 ft–lbf/dk 1 Btu/h ...................................................................................... = 0,21610 ft–lbf/s l Btu/dak.................................................................................. = 17,5843 wat 1 Btu/s ....................................................................................... = 1,05506 kW

1 Btu/h–ft2 .............................................................................. = 3,15459 wat/m2

1 Btu/h–Ft2-°F ....................................................................... = 5,67826 wat/m2–K

1 Btu/s–ft2.F° ......................................................................... = 20,4418 kW/m2–K

1 Btu/h–ft3–F° ....................................................................... = 18,6295 W/m3–K

1 Btu/s–ft3–F° ........................................................................ = 67,0661 kW/m3–K

1 Btu/h–ft2–F°/ft .................................................................. = 1,73074 W/m–K

1 Btu/h–ft2–F/inch .............................................................. = 0,14428 W/m–K

1 Btu/s–Ft2–°F/inch ........................................................... = 519,220 W/m–K 1 Btu/lbm ................................................................................. = 2,32600 j/g 1 Btu/lbm ................................................................................. = 0,64611 W–h/kg 1 Btu/lb–mol ........................................................................... = 2,32600 j/mol 1 Btu/lb–°F .............................................................................. = 4,18680 j/g–K 1 Btu/lb–mol–°F .................................................................... = 4,18680 j/mol–K

1 buşel (bushel) ..................................................................... = 35,2391 dm3


419

1 buşel (bushel) ..................................................................... = 0,03524 m3

C (C:coulomb, elektrik yükü) ........................................... = 2,77 x 10–4 amp–h °C (Celsius), sıcaklık fi °F ................................................... = (°C x 9/5) + 32°F °C (Celsius), sıcaklık fi K .................................................... = °C + 273,15 K °C (Celsius), sıcaklık fi °R ................................................... = (°C x 9/5) + 491,67°R 1 cal ............................................................................................ = (bak:kalori)

1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 0,00100 N–s/m2

1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 0,0100 din-s (dyn-s)/cm2 1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 0,00100 Pa–s

1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 2,08 x 10–5 lbf–s/ft2

1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 6,72 x 10–4 lb/ft–s 1 cp (cp:centipoise viskozite) .......................................... = 0,01000 g/cm–s

1 cSt (centistoke) .................................................................. = 1,0000 mm2/s

1 cSt (centistoke) .................................................................. = 0,01000 cm2/s 1 cm (centimetre) ................................................................. = 0,01000 m 1 cm ............................................................................................ = 10,0000 mm 1 cm ............................................................................................ = 0,39370 in

1 cm2 .......................................................................................... = 1,00 x 10–4 m2

1 cm3 .......................................................................................... = 0,06102 in3

1 cm3 .......................................................................................... = 3,53 x 10–5 ft3

1 cm3 .......................................................................................... = 0,03381 oz, Us (sıvı)

1 cm3 .......................................................................................... = 0,03519 oz, Imp. (sıvı)

1 cm3 .......................................................................................... = 2,64 x 10–4 gal,US

1 cm3 .......................................................................................... = 2,19 x 10–4 gal,Imp.

1 cm3 .......................................................................................... = 0,00100 L

1 cm3 .......................................................................................... = 2.11 x 10–3 pt

1 cm3 .......................................................................................... = 1,06 x 10–3 qt

1 cm3/s ..................................................................................... = 1,00 x 10–6 m3/s

1 cm3/s ..................................................................................... = 2,11 x 10–3 ft3/dk

1 cm3/s ..................................................................................... = 3,66140 in3/dk

1 cm3/s ..................................................................................... = 1,00 x 10–3 L/s


420

1 cm3/s ..................................................................................... = 1,58 x 10–2 US gpm 1 cmHg (civa sütunu:basınç) ............................................ = 0,01316 atm 1 cmHg (civa sütunu:basınç) ............................................ = 0,44610 ft–H2O

1 cmHg (civa sütunu:basınç) ............................................ = 27,8500 lbf/ft2 (psft) 1 cmHg (civa sütunu:basınç) ............................................ = 0,19340 psi ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 dakika (açı) .......................................................................... = 0,00029 rad 1 dakika (açı) .......................................................................... = 0,01667 derece 1 dakika (açı) .......................................................................... = 60,0000 saniye

1 darsi (darcy) ........................................................................ = 1,00000 cm2 1 devir/s ................................................................................... = 1,00000 Hz (hertz) 1 devir/dak (r/dak: açısal hız) ........................................ = 0,10470 rad/s 1 devir/dak (r/dak: açısal hız) ........................................ = 6,00000 °/s 1 devir/dak (r/dak: açısal hız) ........................................ = 0,01660 r/s 1 derece (düzlemde açı) ..................................................... = 0,01745 rad 1 derece (düzlemde açı) ..................................................... = 60,0000 dk(açı), (') 1 derece (düzlemde açı) ..................................................... = 3600,00 saniye (açı), (") 1 din (dyne) ............................................................................. = 0,0100 mN (mili newton)

1 din (dyne) ............................................................................. = 1,00 x 10–5 N (newton)

1 din (dyne) ............................................................................. = 1,02 x 10–6 kgf (kg–kuvvet)

1 din (dyne) ............................................................................. = 2,24 x 10–6 lbf (lb–kuvvet) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 erg ............................................................................................ = 0,10000 mJ (mikrojül) 1 erg ............................................................................................ = 1,00000 din (dyn)–cm 1 erg ............................................................................................ = 0,00010 mJ (mili jül)

1 eV (elektron–volt) ............................................................. = 1,60 x 10–12 erg (Fahrenheit) °F fi °C (Celsius) ......................................... = (°F – 32)/1,8°C (Fahrenheit) °F fi K (Kelvin) ........................................... = (F° + 459,67)/1,8 K (Fahrenheit) °F fi °R (Rankin) ......................................... = °F + 459,67 °R

1 farad (elektriksel kapasite) ........................................... = 1,00 x 106 mF

1 farad ........................................................................................ = 1,00 x 109 nF

1 farad ........................................................................................ = 1,00 x 1012 pF

1 farad ........................................................................................ = 0,90 x 1012 cm


421

1 faraday ................................................................................... = 26,8000 amp–h

1 faraday (kimya) ................................................................. = 9,64 x 104 C (coulomb)

1 faraday (fizik) ..................................................................... = 9,65 x 104 C 1 fatom (US survery fathom) ........................................... = 1,82880 m

1 fermi (femto metre) ......................................................... = 1,00 x 10–15 m 1 ft ............................................................................................... = 30,4800 cm 1 ft ............................................................................................... = 0,30480 m 1 ft ............................................................................................... = 12,0000 in 1 ft ............................................................................................... = 0,33333 yd

1 ft ............................................................................................... = 1,89 x 10–4 mi (kara)

1 ft ............................................................................................... = 1,64 x 10–4 mi (deniz) 1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 2986,30 Pa

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 0,43310 psi

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 22,3990 mmHg (0°C)

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 0,88180 inHg (0°C)

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 12,0000 inH2O (60°F = 15,5°C)

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 0,02947 atm

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 0,02986 bar

1 ft H2O (basınç) ................................................................... = 0,03045 kgf/cm2

1 ft/gün ..................................................................................... = 0,30480 m/gün 1 ft/°F ......................................................................................... = 0,54684 m/K 1 ft/h .......................................................................................... = 0,30480 m/h 1 ft/h .......................................................................................... = 0,08467 mm/s 1 ft/dk ........................................................................................ = 0,50800 cm/s 1 ft/dk ........................................................................................ = 0,30480 m/dk 1 ft/dk ........................................................................................ = 0,00508 m/s 1 ft/s ........................................................................................... = 0,30480 m/s

1 ft/s2 ........................................................................................ = 0,30480 m/s2

1 ft2 ............................................................................................. = 929,030 cm2

1 ft2 ............................................................................................. = 0,09290 m2

1 ft2/h ........................................................................................ = 25,8064 mm2/s

1 ft2/s ........................................................................................ = 92,9030 mm2/s


422

1 ft3 ............................................................................................. = 28,3169 dm3

1 ft3 ............................................................................................. = 0,02832 m3

1 ft3 – atm ................................................................................ = 2,71900 Btu 1 ft3–psi .................................................................................... = 0,18500 Btu

1 ft3/gün................................................................................... = 0,00033 dm3/s

1 ft3/gün................................................................................... = 0,02832 m3/gün

1 ft3/gün................................................................................... = 0,00118 m3/h

1 ft3/ft ....................................................................................... = 0,09290 m3/m

1 ft3/h ........................................................................................ = 0,00787 dm3/s

1 ft3/h ........................................................................................ = 0,02832 m3/h

1 ft3/dk ..................................................................................... = 0,47195 dm3/s

1 ft3/dk ..................................................................................... = 0,02832 m3/dk

1 ft3/lb ...................................................................................... = 0,06243 m3/kg

1 ft3/lb–mol ............................................................................ = 0,06243 m3/kilomol

1 ft3/s ........................................................................................ = 0,02832 m3/s 1°F/100 ft................................................................................. = 18,2269 mili-K/m

1°F–ft2–h/Btu ........................................................................ = 0,17611 K–m2/w 1 ft–cd (cd:kandil) ................................................................ = 10,0764 lüks (lux)

1 ft–cd (cd:kandil) ................................................................ = 1,00000 lümen (lm)/ft2 1 ft–cd–s .................................................................................... = 10,0764 lüks–s

l ft–lambetr .............................................................................. = 0,00221 cd/in2

1 ft–lambert ............................................................................. = 1,0000 lm/ft2 1 ft–lbf........................................................................................ = 1,35580 jül

1 ft–lbf/US gal......................................................................... = 0,35817 kJ/m3 1 ft–lbf/dk ................................................................................ = 22,597 mW 1 ft–lbf/dk ................................................................................ = 0,02260 W 1 ft–lbf/s ................................................................................... = 4,62800 Btu/h 1 ft–lbf/s ................................................................................... = 0,00181 hp (B.G) 1 ft–lbf/s ................................................................................... = 0,32390 cl/s 1 ft–lbf/s ................................................................................... = 1,3582 W ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 G (G:gaus, magnetik alan) .............................................. = 0,00010 T (T:tesla)


423

1 G (G:gaus, magnetik alan) .............................................. = 1,00000 Maxw/cm2

1 G (G:gaus, magnetik alan) .............................................. = 0,00010 Wb/m2 (weber/m2)

1 gal (US) .................................................................................. = 0,00379 m3

1 gal (US) .................................................................................. = 231,000 in3

1 gal (US) .................................................................................. = 0,13370 ft3 1 gal (US) .................................................................................. = 128,000 oz,US (sıvı) 1 gal (US) .................................................................................. = 0,83270 gal.Imp 1 gal (US) .................................................................................. = 3,78540 L 1 gal (US) .................................................................................. = 0,02381 varil (1 bbl = 42 US gal)

1 gal/ft (US) ............................................................................. = 0,01242 m3/m

1 gal (US)/hp–h ..................................................................... = 1,41009 dm3/MJ

1 gal (US)/hp–h ..................................................................... = 1,41009 mm3/J

1 gal (US)/1000 bbl ............................................................. = 23,8095 cm3/m3

1 gal (US)/ft3 .......................................................................... = 133,681 dm3/m3

1 gal (US)/h ............................................................................. = 0,00105 dm3/s

1 gal (US)/h ............................................................................. = 0,00379 m3/sa

1 gal (US)/mil ......................................................................... = 235,215 dm3/100 km 1 gilbert ..................................................................................... = 10 (1/4 p) amp–tur 1 gilbert/cm (jilbert/cm) .................................................. = 1,00000 orested

1 gpm (US) ............................................................................... = 0,06309 dm3/s

1 gpm (US) ............................................................................... = 0,22712 m3/sa

1 gpm (US) ............................................................................... = 6,31 x 10–5 m3/s

1 gpm (US) ............................................................................... = 0,1337 ft3/dk 1 gpm (US)/US ton ............................................................... = 0,06309 L/s

1 gal (US)/US ton .................................................................. = 4,17270 dm3/ton (metrik ton) 1 Grad ........................................................................................ = 0,9° (açı) 1 Grad ........................................................................................ = 0,01570 rad 1 grain ........................................................................................ = 64,7989 mg

1 grain ........................................................................................ = 6,48 x 10–5 kg

1 grain ........................................................................................ = 2,28 x 10–3 oz,av

1 grain ........................................................................................ = 2,08 x 10–3 oz,troy


424

1 grain ........................................................................................ = 1,43 x 10–4 lb,av

1 grain ........................................................................................ = 1,73 x 10–4 lb.troy

1 grain ........................................................................................ = 4,16 x 10–2 dwt

1 grain/gal (US) ..................................................................... = 17.1181 g/m3 1 grain/gal (US) ..................................................................... = 17,1181 ppm

1 grain/100 ft3 ...................................................................... = 22,8835 mg/m3

1 gram (g)................................................................................. = 1,00 x 10–3 kg

1 gram (g)................................................................................. = 3,53 x 10–2 oz,av

1 gram (g)................................................................................. = 3,21 x 10–2 oz,troy

1 gram(g) .................................................................................. = 2,21 x 10–3 lb,av

1 gram(g) .................................................................................. = 2,68 x 10–3 lb,troy 1 gram(g) .................................................................................. = 15,4320 grain 1 gram(g) .................................................................................. = 0,64300 dwt

1 gram(g) (enerji eşdeğeri) .............................................. = 8,98 x 1013 J

1 gram(g) (enerji eşdeğeri) .............................................. = 2,49 x 107 kwh

1 gram(g) (enerji eşdeğeri) .............................................. = 8,52 x 1010 Btu

1 gram(g) (enerji eşdeğeri) .............................................. = 2,147 x 1013 cal

1 g–cal (gram–kalori) .......................................................... = 3,90 x–3 Btu 1 g–cal (gram–kalori) .......................................................... = 3,0342 ft–lbf ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 H (H:Henri) .......................................................................... = 1,00000 wb/Amp 1 H (H:Henri) .......................................................................... = 1,00000 volt–s/Amp 1 H (H:Henri) .......................................................................... = 1000,00 mH

1 H (H:Henri) .......................................................................... = 1,00 x 106 mH

1 H (H:Henri) .......................................................................... = 1,00 x 109 cm

1 hektar (ha) ........................................................................... = 1,00 x 104 m2 1 hektar (ha) ........................................................................... = 2,47110 akre

1 hektar (ha) ........................................................................... = 3,86 x 10–3 mi2 1 hp (B.G, elektrik) ............................................................... = 746 w 1 hp (B.G, elektrik) ............................................................... = 1,00040 hp (mekanik) 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 0,74570 kw 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 2685,00 kj/sa


425

1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 550,000 ft–lbf/s 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 33000,0 ft–lbf/dk 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 745,700 w 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 2543,00 Btu/h 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 10,6940 kcal/dk 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 76,000 kg–m/s 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 641,000 kcal/h

1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 1,98 x 106 ft–lbf/h 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 1,01390 hp (metrik) 1 hp (B.G, mekanik) .............................................................. = 0,0761 hp (buhar) 1 hp (B.G, metrik).................................................................. = 735,500 w 1 hp (B.G, metrik).................................................................. = 75,0000 kgf–m/s 1 hp (B.G, metrik).................................................................. = 2510,00 Btu/h 1 hp (B.G, metrik).................................................................. = 0,98630 hp (mekanik) 1 hp (B.G, metrik).................................................................. = 10,5500 kcal/dk 1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 9,80950 kw 1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 34,5000 lb/h (su buharı, 100°C) 1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 33446 Btu/h 1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 13,1548 hp (mekanik) 1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 140,700 kcal/dk

1 hp (B.G, buhar) ................................................................... = 4,34 x 105 ft–lbf/dk

1 hp/ft3 ..................................................................................... = 26,3341 kw/m3 1 hp–h (enerji) ....................................................................... = 0,74570 kwh (kw–h) 1 hp–h (enerji) ....................................................................... = 2546,00 Btu 1 hp–h (enerji) ....................................................................... = 641,600 kcal

1 hp–h (enerji) ....................................................................... = 1,98 x 106 ft–lbf 1 hp–h (enerji) ....................................................................... = 2,68452 MJ ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 inch (inç) ............................................................................... = 2.54000 cm 1 inch .......................................................................................... = 25,4000 mm 1 inch .......................................................................................... = 6,02250 pica 1 inch .......................................................................................... = 72,2700 point 1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 3,37685 kPa 1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 0,49120 psi 1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 25,4000 mm Hg (0°C)


426

1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 13,6080 in H2O (15,5°C)

1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 1,13400 ft H2O (15,5°C)

1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 0,03342 atm 1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 0,03386 bar

1 in Hg (inch civa basınç, 0°C) ......................................... = 0,03453 kgf/cm2 1 in H2O (inch–su,15,5°C) ................................................. = 0,24884 kPa

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 248,860 Pa

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,03609 psi

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 1,8666 mmHg (0°C)

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,07348 inHg (0°C)

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,08333 ftH2O (15,5 °C)

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,00245 atm

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,00248 bar

1 in H2O (İnch-su, 15,5°C) ................................................ = 0,00253 kgf/cm2

1 inch/dk .................................................................................. = 2,54000 cm/dk 1 inch/s ..................................................................................... = 2,54000 cm/s 1 inch/s ..................................................................................... = 25.4000 mm/s 1 inch/yıl .................................................................................. = 25,4000 mm/yıl

1 inch2 ....................................................................................... = 6,45160 cm2

1 inch2/s .................................................................................. = 645,160 mm2/s

1 inch3 ....................................................................................... = 16,3871 cm3 ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 jül (enerji) ............................................................................ = 0,00095 Btu 1 jül (enerji) ............................................................................ = 0,73756 ft–lbf

1 jül (enerji) ............................................................................ = 2,77 x 10–7kW–h

1 jül (enerji) ............................................................................ = 3,725 x 10–7 hp–h

1 jül (enerji) ............................................................................ = 2,39 x 10–4 kcal 1 jül (enerji) ............................................................................ = 0,23900 cal 1 jül (enerji) ............................................................................ = 0,73760 ft–lbf 1 jül/s–cm ................................................................................ = 1,00000 W/cm 1 jül s–m .................................................................................... = 1,00000 W/m 1 jül/s–cm–°C ......................................................................... = 1,00000 W/cm–°C


427

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 kalori (cal.) ........................................................................... = 4,186 jül 1 kalori/g–°C (cal/g–°C) .................................................... = 1,00000 Btu/lb–°F 1 kalori/g–°C (cal/g–°C) .................................................... = 4,18700 j/g–°C 1 kalori/s–cm–°C .................................................................. = 4,18700 W/cm–°C 1 kalori/s–cm–°C .................................................................. = 20,0200 Btu/h-in-°F 1 kalori/s–cm–°C .................................................................. = 241,900 Btu/h–ft–°F

1 kalori/s–cm2–°C ................................................................ = 2903,00 Btu/(h–ft2–°F/in) 1 kalori/g .................................................................................. = 4,18600 j/g

1 kalori/s–cm2 ....................................................................... = 4,18600 W/cm2

1 kalori/s–cm3 ....................................................................... = 234,100 Btu/h–in3

1 kalori/s–cm2–°C ................................................................ = 7373,00 Btu/h–ft2–°F

1 kcal ......................................................................................... = 1,16 x 10–3 kW–h 1 kcal ......................................................................................... = 4186,00 J 1 kcal ......................................................................................... = 3,96830 Btu

1 kcal ......................................................................................... = 1,55 x 10–3 hp–h

1 kcal ......................................................................................... = 3,08 x 103 ft–lb 1 kcal ......................................................................................... = 1000,00 cal (kalori) 1 kcal/dk (kilokalori/dakika) .......................................... = 69,7330 W 1 kcal/dk (kilokalori/dakika) .......................................... = 238,100 Btu/h

1 kcal/dk (kilokalori/dakika) .......................................... = 9,35 x 10–2 hp 1 kcal/dk (kilokalori/dakika) .......................................... = 3086,00 ft–lbf/dk 1 kalori/s .................................................................................. = 4,18600 W 1 kalori/s .................................................................................. = 3,60000 kcal/h 1 kalori/s .................................................................................. = 14,2800 Btu/h 1 kalori/pound (cal/lb) ...................................................... = 9,22414 jül/kg (Kelvin) K fi °C (Celsius) .................................................... = (K–273,15)°C Kelvin K fi °F (Fahrenheit) .............................................. = (1,8 K–459,67) °F Kelvin K fi °R (Rankin) ...................................................... = (1,8K) °R

1 kandil/in2 (cd/in2) .......................................................... = 452,390 ft–lambert

1 kandil/in2 ............................................................................ = 0,48700 lambert 1 kandil (candela power)................................................... = 12,5660 lümen 1 karat (carat) ........................................................................ = 200,000 mg 1 karat (carat) ........................................................................ = 3,08647 gr (grain)


428

1 kg (kütle) .............................................................................. = 2,20464 lbm (av) 1 kg (kütle) .............................................................................. = 1000,00 g 1 kg (kütle) .............................................................................. = 35,2740 oz,av 1 kg (kütle) .............................................................................. = 32,1510 oz,troy 1 kg (kütle) .............................................................................. = 15432,0 gr (grain) 1 kg (kütle) .............................................................................. = 643,010 dwt

1 kg (kütle) .............................................................................. = 9,84 x 10–4 ton (long)

1 kg (kütle) .............................................................................. = 1,10 x 10–3 ton (short) 1 kg (kütle) .............................................................................. = 0,00100 t (metrik ton) 1 kgf (kilogram kuvvet) ...................................................... = 9,80670 N 1 kgf (kilogram kuvvet) ...................................................... = 2,20460 lbf

1 kgf (kilogram kuvvet) ...................................................... = 9,80 x 105 din (dyne)

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 14,2230 psi

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 735,560 mmHg (0°C)

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 28,9590 inHg (0°C)

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 394,060 in H2O (15,5°C)

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 32,8280 ft H2O (15,5°C)

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 0,9678 atm

1 kgf/cm2 (basınç) ............................................................... = 0,98070 bar 1 kgf x m (tork) ...................................................................... = 9,80670 N–m 1 kgf x m (tork) ...................................................................... = 7,23300 lbf x ft

1 kg/m3 .................................................................................... = 0,06243 lb/ft3 1 kg–cal (kilogram–kalori) ................................................ = 3,96830 Btu 1 kg–cal (kilogram–kalori) ................................................ = 3087,50 ft–lb 1 km/sa ..................................................................................... = 0,62137 mil/sa (statute mile/sa) 1 km/sa ..................................................................................... = 0,27780 m/s 1 km/sa ..................................................................................... = 0,62140 mil/sa (nautical mile/sa) 1 km/sa ..................................................................................... = 54,6810 ft/dk 1 km/sa ..................................................................................... = 0,54000 kn (knot) 1 kn ............................................................................................. = 0,51440 m/s 1 kn ............................................................................................. = 1,00000 mi/sa (nautical mil/sa) 1 kn ............................................................................................. = 101,270 ft/dk 1 kn ............................................................................................. = 1,68900 ft/s


429

1kw ............................................................................................. = 56,9200 Btu/dak 1 kw ............................................................................................ = 0,98000 Btu/s 1 kw ............................................................................................ = 44256 ft–lb/dk 1 kw ............................................................................................ = 1,34100 hp 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 3600,00 kJ 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 3,60000 Mj 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 1000,00 W–h (wat–saat) 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 3409,50 Btu 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 1,34100 hp–h (B.G–sa) 1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 859,180 kcal

1 kw–h (kWh) ......................................................................... = 2,65 x 106 ft–lbf ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––———————————

1 lambert .................................................................................. = 3183,10 cd/m2 1 link........................................................................................... = 0,20117 m 1 libre (bak; pound)

litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 0,00100 m3

litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 61,0240 in3

litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 0,03531 ft3 litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 33,8140 oz,US (akışkan) litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 35,1950 oz, Imp. litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 0,22000 gal, Imp. litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 0,26420 gal (US)

litre (litre:L, hacım) .............................................................. = 6,28 x 10–3 varil (bbl) 1 litre–atm ............................................................................... = 24,200 cal 1 litre–atm ............................................................................... = 101,300 jül 1 litre–atm ............................................................................... = 0,09604 Btu ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 m (metre) ............................................................................. = 3,28084 ft

1 m (metre) ............................................................................. = 1,00 x 106 mm 1 m (metre) ............................................................................. = 1000,00 mm 1 m (metre) ............................................................................. = 100,000 cm 1 m (metre) ............................................................................. = 0,00100 km 1 m (metre) ............................................................................. = 39,3700 in (inch) 1 m (metre) ............................................................................. = 1,09360 yd (yard)


430

1 m (metre) ............................................................................. = 6,21 x 10–4 mi (statute mil)

1 m (metre) ............................................................................. = 5,39 x 10–4 mi (nautical mil)

1 m2 ............................................................................................ =10,7639 ft2

1 m3 ............................................................................................ = 6,28981 varil (42 US gal)

1 m3 ............................................................................................ = 35,3147 ft3

1 m3/dk .................................................................................... 264,172 gal (US)/dk 1 mikron ................................................................................... = 1,00000 mm (mikrometre) 1 mil (=1/1000 inch) ........................................................... = 25,4000 mm 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 1,85200 km 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 1852,00 m 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 72913,0 in 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 6076,10 ft 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 2025,40 yd 1 mil (deniz mili nautical mil) ......................................... = 1,15080 mi (statute mil) 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... = 1,60934 km 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... = 1609,30 m 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... = 63360,0 in 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... 5280,00 ft 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... = 1760,00 yd (yard) 1 mil (US kara mili:statute mil) ....................................... = 0,86900 mi (nauticalmile) 1 mil/sa (statute mile) ........................................................ = 1,60930 km/sa 1 mil/sa (statute mile) ........................................................ = 88,0000 ft/dk 1 mil/sa (statute mile) ........................................................ = 0,86900 kn

1 ml2 (statute mile) ............................................................. = 2,58999 km2

1 mil (US kara/gal (US) ...................................................... = 0,42514 km/dm3 1 mil (US kara)/sa ................................................................ = 1,60934 km/sa 1 mikron ................................................................................... = 10,0000 A° (angstrom)

1 mikron ................................................................................... = 3,93 x 10–5 in 1 mikron ................................................................................... = 0,00100 mm

1 MeV (mega elektronvolt) ............................................... = 1,60 x 10–13 J

1 MeV (mega elektronvolt) ............................................... = 106 eV

1 MeV (mega elektronvolt) ............................................... = 4,45 x 10–20 kwh

1 MeV (mega elektronvolt) ............................................... = 1,52 x 10–16 Btu


431

1 MeV/s (MeV/saniye) ....................................................... = 1,60 x 10–13 W

1 MeV/s (MeV/saniye) ....................................................... = 3,82 x 10–14 cal/s

1 MeV/s (MeV/saniye) ....................................................... = 5,46 x 10–13 Btu/sa ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 N (Kuvvet) ............................................................................ = 0,22481 1bf 1 N (Kuvvet) ............................................................................ = 0,10200 kgf

1 N (Kuvvet) ............................................................................ = 1,00 x105 din (dyne) 1 N–m (Enerji, Jül) ................................................................ = 0,10200 kgf.m 1 N–m (Enerji, Jül) ................................................................ = 1,00000 J 1 N–m (Enerji, Jül) ................................................................ = 0,23900 cal

1 N–m (Enerji, Jül) ................................................................ = 0,95 x 10–5 Btu 1 N–m (Enerji, Jül) ................................................................ = 0,73760 lbf–ft 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 1,00000 W 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 1,00000 J/s 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 3600,00 J/sa 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 860,00 cal/sa 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 367,100 kg–m/sa 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 3,41300 Btu/sa 1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 2660,00 lbf–ft/sa

1 N–m/s (Güç, W) ................................................................. = 1,34 x 10–3 hp ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 onz f (av.oz–kuvvet) ......................................................... = 0.27801 N (newton) 1 onz f (av.oz–kütle) ............................................................ = 28,3495 g (gram) 1 onz f (av.oz–kuvvet) ......................................................... = 0,91150 oz troy 1 onz f (av.oz–kuvvet) ......................................................... = 437,500 gr (grain) 1 onz f (av.oz–kuvvet) ......................................................... = 0,02835 kg

1 onz (US oz hacim) ............................................................. = 29,5735 cm3 1 onz (oz troy kütle) ............................................................ = 31,1035 g (gram) 1 onz (oz troy kütle) ............................................................ = 480,000 gr (grain) 1 onz (oz troy kütle) ............................................................ = 1,09710 oz,av ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––———————————

1 ppm (milyonda 1 parça hacim) ................................... = 1,00000 cm3/m3 1 ppm (milyonda 1 parça kütle) ..................................... = 0,00100 g/L 1 ppm (milyonda 1 parça kütle) ..................................... = 0,05835 gr/US gal


432

1 ppm (milyonda 1 parça kütle) ..................................... = 3,61 x 10–8 lb/in3

1 ppm (milyonda 1 parça kütle) ..................................... = 8,33 x 10–6 lb/US gal

1 ppm (milyonda 1 parça kütle) ..................................... = 1,00 x 10–5 lb/Imp gal

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 0,02089 lbf/ft2 1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 0,00100 kPa

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 1,00 x 10–6 MPa

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 1,45 x 10–4 psi

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 7,51 x 10–3 mmHg (0°C)

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 2,95 x 10–4 inHg (0°C)

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 4,01 x 10–3 inH2O (15,5°C)

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 3,34 x 10–4 ftH2O (15,5°C)

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 9,86 x 10–6 atm

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 1,00 x 10–5 bar

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 1,02 x 10–5 kgf/cm2

1 Pa (Pa:paskal, basınç) ...................................................... = 10,000 din/cm2 1 pika (pica) ............................................................................ = 0,42175 cm 1 pika (pica) ............................................................................ = 0,16604 inch 1 poiz (poise:mutlak viskozite) ....................................... = 0,10000 Pa–s 1 poiz (poise:mutlak viskozite) ....................................... = 100,000 cP (santipoiz)

1 poiz (poise:mutlak viskozite) ....................................... = 2,08 x 10–3 lbf–s/ft2 1 poiz (poise:mutlak viskozite) ....................................... = 0,06720 lb/ft–s 1 poiz (poise:mutlak viskozite) ....................................... = 1,000 g/cm.s 1 pound kuvvet (lbf) ............................................................ = 4,44822 newton 1 pound kuvvet (lbf) ............................................................ = 0,453600 kgf

1 pound kuvvet (lbf) ............................................................ = 4,448 x 105 din (dyne) 1 pound kuvvet x ft (tork) ................................................. = 1,355820 N–m (J) 1 pound kuvvet x ft (tork) ................................................. = 0,138300 kgf x m 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 0,45359 kg 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 453,590 g (gram 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 16,0000 oz,av 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 14,5830 oz, troy 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 1,21530 lb, troy


433

1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 7000,00 gr (grain) 1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 291.670 dwt

1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 5,00 x 10–4 ton (short)

1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 4,46 x 10–4 ton (long)

1 pound (av. lb kütle) .......................................................... = 4,53 x 10–4 t (metrik ton) 1 pound (troy lb kütle) ....................................................... = 373,200 g

1 pound (lbm, enerji eşdeğeri) ........................................ = 4,07 x 1016 J

1 pound (lbm, enerji eşdeğeri) ........................................ = 1,13 x 1010 kwh

1 pound (lbm, enerji eşdeğeri) ........................................ = 2,14 x 1015 cal

1 pound (lbm, enerji eşdeğeri) ........................................ = 3,86 x 1013 Btu 1 pound–mol (lb–mol) ........................................................ = 0,45359 kilomol

1 lbf/ft2 ..................................................................................... = 47,8803 paskal 1 psi ............................................................................................ = 6,89476 kPa 1 psi ............................................................................................ = 6895,00 Pa 1 psi ............................................................................................ = 51,7150 mmHg (0°C) 1 psi ............................................................................................ = 2,03600 inHg (0°C) 1 psi ............................................................................................ = 27,7050 inH2O (15,5°C)

1 psi ............................................................................................ = 2,30880 ftH2O (15,5°C)

1 psi ............................................................................................ = 0,06804 atm 1 psi ............................................................................................ = 0,06895 bar

1 psi ............................................................................................ = 0,07031 kgf/cm2

1 psi ............................................................................................ = 144,000 lbf/ft2 1 psi/ft ....................................................................................... = 22,6306 kPa/m

1 pound kütle/varil (lbm/bbl) ........................................ = 2,85301 g/dm3

1 pound kütle/varil (lbm/bbl) ........................................ = 2,85301 kg/m3

1 pound kütle/ft3 (lbm/ft) ............................................... = 16,0185 kg/m3

1 pound kütle/US galon (lbm/gal) ................................ = 0,11983 g/cm3

1 pound kütle/US galon (lbm/gal) ................................ = 0,11983 kg/dm3 1 pound kütle/hp–h (lbm/hp–h) ................................... = 0,60828 kg/kw–h 1 pound kütle/hp–h (lbm/hp–h) ................................... = 0,16897 kg/MJ 1 pound kütle/hp–h (lbm/hp–h) ................................... = 0,16897 mg/J 1 pound kütle/h (lbm/h) ................................................... = 0,45359 ton/gün (metrik ton)


434

1 pound kütle/dk (lbm/dk) .............................................. = 0,45359 kg/dk 1 pound kütle/s (lbm/s) .................................................... = 0,45359 kg/s 1 pound kütle/s–ft (lbm/s–ft) ......................................... = 1,48816 kg/s–m 1 pound kütle/s–ft (lbm/s–ft) ......................................... = 1,48816 Pa–s

1 pound kütle/s–ft2 (lbm/s–ft2) .................................... = 4,88243 kg/s–m2 1 pound mol (lbm–mol) ..................................................... = 0,45359 kmol

1 pound mol/ft3 (lbm/ft3) ............................................... = 16,0185 kmol/m3

1 pound mol/US galon ........................................................ = 119,826 kmol/m3 1 pound mol/h ....................................................................... = 0,45359 kmol/h 1 pound mol/s ........................................................................ = 0,45359 kmol/s 1 pound kuvvet–ft (lbf–ft) ................................................. = 1,35582 jül 1 pound kuvvet–ft (lbf–ft) ................................................. = 1,35582 N–m 1 pound kuvvet–inch (lbf–in) .......................................... = 0,11298 jül 1 pound kuvvet–inch (lbf–in) .......................................... = 0,11298 N–m

1 pound kuvvet–ft2 (lbf–ft2)............................................ = 0,04214 kg–m2 1 pound kuvvet–ft/inch ..................................................... = 53,3787 N–m/m

1 pound kuvvet–ft/inch2 ................................................... = 0,00210 jül/cm2 1 pound kuvvet–ft/s ............................................................ = 0,13826 kg–m/s

1 pound kuvvet–s/ft2 ......................................................... = 47,8803 Pa–s ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 radyan (açı) ......................................................................... = 57,2958 °derece 1 radyan (açı) ........................................................................ = 0,15915 r (dönüş = 1/2p) 1 radyan (açı)/dk .................................................................. = 0,15915 r/dk (dönüş/dk) 1 Rankin (sıcaklık derecesi) ............................................. = 0,55556 K (kelvin) 1 rpm (dönüş/dk) ................................................................. = 6,28319 rad/dk 1 rpm (dönüş/dk) ................................................................. = 6,00000 °/s 1 rpm (dönüş/dk) ................................................................. = 0,01667 r/s (dönüş/s) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 slug .......................................................................................... = 14590,0 g 1 slug .......................................................................................... = 14,5900 kg

1 slug .......................................................................................... = 8,78 x 1027 amu 1 slug .......................................................................................... = 514,800 oz 1 slug .......................................................................................... = 32,1700 lb 1 slug .......................................................................................... = 0,01459 t


435

1 slug/(s) (ft) .......................................................................... = 1,00000 lbf–s/ft2

1 St (stok, viskozite) ............................................................ = 1,00000 cm2/s

1 St (stok, viskozite) ............................................................ = 0,15500 in2/s

1 St (stok, viskozite) ............................................................ = 3,87500 ft2/h

1 St (stok, viskozite) ............................................................ = 1,076 x 10–3 ft2/s ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 T (t:tesla, magnetik alan) ............................................... = 10000,0 G (G:gaus)

1 T (t:tesla, magnetik alan) ............................................... = 1,00000 Wb/m2 1 ton (metrik) ......................................................................... = 1000,00 kg 1 ton (metrik) ......................................................................... = 2204,50 lb,av 1 ton (metrik) ......................................................................... = 2697,00 lb,troy 1 ton (metrik) ......................................................................... = 0,98420 ton (long US ton) 1 ton (metrik) ......................................................................... = 1,10230 ton (short US ton) 1 ton (US ton kuvvet) .......................................................... = 8,89644 kN (kilo–newton) 1 ton kütle US (short ton) .................................................. = 907,185 kg 1 ton kütle US (short ton) .................................................. = 0,90718 ton (metrik)

1 ton kuvvet US/ft2 .............................................................. = 0,09576 MPa

1 ton kuvvet/inch2 ............................................................... = 13,7895 MPa 1 ton kütle US/gün ............................................................... = 0,03780 ton (metrik/h 1 ton kütle US/h .................................................................... = 0,90718 ton (metrik)/gün 1 ton kütle US/gün ............................................................... = 0,01050 kg/s 1 ton kütle US/h .................................................................... = 0,25120 kg/s 1 ton kütle US/dk .................................................................. = 15,1197 kg/s

1 ton kütle US/ft2 ................................................................. = 9,76486 ton (metrik)/m2 1 tor (torr) ............................................................................... = 133,322 Pa ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––———————————

1 varil (barrel:bbl = 42 US gal.) ....................................... = 0,15899 m3

1 varil/akre-ft ......................................................................... = 0,12889 dm3/m3

1 varil/gün ............................................................................... = 0,00184 dm3/s

1 varil/gün ............................................................................... = 0,15899 m3/gün 1 varil/gün .............................................................................. = 58,0304 ton/yıl (metrik ton)

1 varil/ft.................................................................................... = 0,52161 m3/m

1 varil/h .................................................................................... = 0,04416 dm3/s


436

1 varil/h .................................................................................... = 0,15899 m3/h

1 varil/US ton ......................................................................... = 0,1725 m3/ton 1 varil ......................................................................................... = 42,0000 gal, US

1 varil ......................................................................................... = 9702,00 in3 1 varil ......................................................................................... = 34,9720 gal, Imp (ingiliz) 1 varil ......................................................................................... = 158,980 litre ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––——————————— 1 wat (watt) ............................................................................. = 0,05687 Btu/dk 1 wat (watt) ............................................................................. = 3,41400 Btu/h 1 wat (watt) ............................................................................. = 1,00000 jül/s

1 wat (watt) ............................................................................. = 1,00 x 10–6 MW

1 wat (watt) ............................................................................. = 6,24 x 1012 Mev/s 1 wat (watt) ............................................................................. = 0,00100 kW

1 wat (watt) ............................................................................. = 1,34 x 10–3 hp 1 wat (watt) ............................................................................. = 0,23880 cal/s

1 wat (watt) ............................................................................. = 1,00 x 107 erg/s 1 wat (watt) ............................................................................. = 0,10200 kgf–m/s 1 wat (watt) ............................................................................. = 0,01432 kcal/dk 1 wat (watt) ............................................................................. = 44,2357 ft–lbf/dk 1 wat–h (wat–saat) .............................................................. = 3600,00 jül 1 wat–s (wat–saniye) .......................................................... = 1,00000 jül 1 Wb (Wb:weber, magnetik akı)..................................... = 1,00000 V–s (volt–saniy)

1 Wb (Wb:weber, magnetik akı)..................................... = 1,00 x 108 Maxw (maxwel)

1 Wb (Wb:weber, magnetik akı)..................................... = 1,00000 Txm2 (tesla x metre2) 1 yard ......................................................................................... = 0,91440 m 1 yard ......................................................................................... = 36,0000 in 1 yard ......................................................................................... = 3,00000 ft

1 yard ......................................................................................... = 5,68 x 10–4 mi (statute)

1 yard ......................................................................................... = 4,93 x 10–4 mi (nautical)

1 yard2 ...................................................................................... = 0,83613 m2

1 yard3 ...................................................................................... = 0,76455 m3 1 yıl ............................................................................................. = 1,00000 an (annum)


437

EK-6 MATEMATİKTEN SEÇMELER Sayılar Rakam: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Doğal Sayılar : N = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ...

Sayma Sayıları: N+ = 0,1, 2, 3, 4, 5, 6...

Tam Sayılar: Z = ...,–3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4,....

Pozitif Tam Sayılar : Z+ = 1, 2, 3, 4, 5, 6,...

Negatif Tam Sayılar: Z– = ...., –3, –2, –1

İki Basamaklı Sayı:

(ab)10 = (10a + b) → 45 = 10 x 4 + 5 = 40 + 5

(ab)10 + (ba)10 = (10a + b) + (10b + a)

Tek sayı–Çift sayı

T = 2n + 1 → T = ..., –3, –1, 1, 3, 5, 7,..., T : Tek sayı

Ç = 2n → Ç = ...,–4, –2, 2, 4, 6, ..., Ç : Çift sayı

Faktöriyel:

0! = 0, 1! = 1 , 2! = 1.2 = 2 , 3! = 1.2.3 = 6 , 4! = 1.2.3.4 = 24

n! = n(n – 1)! = n(n – 1) . (n – 2)! = n(n – 1)(n – 2)(n – 3)!

6!=6(6-1)!=6(5)!=6(1.2.3.4.5)=6(6.20)=6.120=720 veya 6!= 1.2.3.4.5.6=720

6!=6(6-1).(6-2)!=6(5)(4)!=6.(5).4!=30.(1.2.3.4)=30.24=720

!

!

r

n=

)!1(

)!1(

−−

rr

nn

206

20.6

3.2.1

5.4.3.2.1

!3

!5

3

5===

=

=

r

n

Permütasyon :

P(n,r) = )!(

!

rn

n

−

Örnek :


438

A = 4,6,7,8,9 kümesinin elemanları ile birbirinden farkı olan üç basamaklı kaç sayı yazılabilir?

Çözüm : Kümenin eleman sayısı 5, her sayıda 3 eleman kullanılacak.

P(5,3) = )!35(

!5

−= 60

2

120

)!2.1(

5.4.3.2.1==

Kombinezon (Gruplama)

=

−= n

rrnr

nrnC

)!(!

!),(

Örnek :

20 kişilik bir gruptan 11 kişilik takım kaç türlü kurulabilir?

Çözüm :

167960)!1120(!11

!20)11,20( =

−=C

Aritmetik Ortalma

a1, a2, a3, a4 ... an in ortalaması = n

aaaaa n+++++ .....4321

Geometrik Ortalama

a ile b nin geometrik ortalaması = 2 ,ba = (a.b)1/2

a, b, c nin geometrik ortalaması = 3 ,, cba = (a . b . c)1/3

a1, a2, a3 ... an nin geometrik ortalaması = nnaaaa ..... 321


439

=

=

=

=

=

9

7

5

3

4

4

3

2

1

a

a

a

a

n

G.Ort= 544.59459.7.5.3 44 ==

İrrasyonel Sayılar

Köklüler, e, p sayıları ⇒ 3 , 2 , 5 , 7 , π, e ... gibi.

Üslü Sayılar

x2 = x . x

x=7 ise 7.7 = 49 xn . xm = xn+m

x3 = x.x.x x= 5 ise 53 = 125 n

m

x

x = xm–n

Üslülerle İlgili Bazı Kurallar

Üsteli sıfır olan harfli ifade veya sayı neyi ifade ederse etsin daima

1'e eşittir ⇒ a° = 1, 10° = 1 gibi.

Üstel ve Kök

ax . ay = ax+y a° = 1 → a ≠ 0, (ab)x = axbx

y

x

a

a= ax–y a–x =

xa

1 (a/b)x =

x

x

b

a

(ax)y = axy a1/x = x a xx ba = x ab

(ax)1/y = ax/y ax/y = y x

a x

x

x

b

a

b

a=


440

m, n, a = nm a. m m m aaa = 1−m a

p + p + p p... =2

141 ++ p r m n b = rmn b

Denklemler

1) Tek bilinmeyenli denklem→ax ± b = 0 10x – 50 = 0 ise x = 5

2) İki bilenmeyenli denklem → y = ax + b y = 10x – 5

x'e verilen değerlere göre y nin değerleri değişir. y, x in bir fonksiyonudur. y nin değerleri x değişkeninin değerlerine bağlıdır. İki bilinmeyenli denklemler yok etme veya eşitleme yöntemiyle çözülür.

=−

=−

52

102

yx

yx 2x – 4y = 20

– (2x – y = 5) +__________________ –3y = 15 den y = –5, x = 0

3) Üç bilinmeyenli denklemin çözümü için, üç ayrı denklemin, dört bilinmeyenli için dört ayrı denklemin kurulması gerekir.

Özdeşlikler

(a+b)n = ( )n

0 an + ( )n

1 an–1 . b1+ ( )n

2 an–2. b2+ ( )n

3 an–3. b3 + ( )n

4 an–4 . b4

n = 3 için ⇒ (a+b)3 = ( )30 a3 + ( )3

1 a3–1 . b + ( )32 a3–2 . b2 + ( )3

3 a3–3 . b3

( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )

3223

!33!3

!3

!23!2

!3

!13!1

!3

!03!0

!3

!!

!babbaa

rnr

nn

r

−+

−+

−+

−⇒

−=

3223

!3

!3

1.2.1

3.2.1

2.1.1

3.2.1

!3

!3babbaa +++⇒

= a3 + 3a2b + 3ab2 + b3


441

Sayıların Kareleri

Sayıların kareleri , o sayının numerik değeri kadar tek sayının toplamına eşittir. Sözgelişi, 3 ün karesi, 1 den başlayarak 3 tek sayının, 5 in karesi, 1 den başlayarak 5 adet tek sayının toplamına eşittir.

∑ +=n

nn0

2 12

12 = 1 52 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9

22 = 1 + 3 62 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11

32 = 1 +3 + 5 72 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11+13

42 = 1 + 3 + 5 + 7 82 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11+13+15

c) Orantı

d

dc

b

ba

d

c

b

a +=

+⇒= ,

d

dc

b

ba −=

− ,

dc

dc

ba

ba

+−

=+−

Örnek:

25

2515

5

53

25

15

5

3 +=

+⇒= ,

25

2515

5

53 −=

− ,

2515

2515

53

53

+−

=+−

İki Nokta Arasındaki Uzaklık


442

İkinci Dereceden Denklemler

ax2 + bx + c = 0 kökleri a

acbbx

2

42

1

−+−= ,

a

acbbx

2

42

2

−−−=

Trigonometriden Seçmeler


443

Pisagor teoremi c2 = a2 + b2

bcCosAcba 222 −+=

Sinüs Teoremi

SinC

c

SinB

b

SinA

a== ,

a=3 cm, A= 30o , b= 4 cm ,

Örnek:

?=SinB , cmSin

SinBSinBSin 3

2

3

5.0*4

3

3044

30

3===⇒=

Derece, Radyan , Grad


444

200180

D

GR==

π Geniş açı formülü a = t + k.4q

Tam bir çember yayının ölçüsü :

360° ≡ 2π rad ≡ 400 grad’dır.

Yarım çember yayının ölçüsü :

180° ≡ π rad ≡ 200 grad

tam çember dönüşü:

12400360 === πgrado tam dönüş

q a’nın birimi

D = derece → 90° → derece

G = Grad → 100° → grad

R = Radyan → π/2 → radyan

Açı ve Radyan Düz açı = 180° 2π radyan = 360° Dik açı = 90° π radyan = 180°

Dar açı a < 90° 1 rad = π

o180

Geniş açı a > 90° a: Açı (derece)


445

Örnek:

π rad = 180° ise 30° = ? (π radyan)

Düzlemde Kutupsal Koordinatlar

P noktasının koordinatları P = (x, y) Doğrunun denklemi fi y =mx+ c ,

c = 0 ise y = mx θtan==⇒x

ym (doğrunun eğimi) veya y = m ( θrCos )

Integral

1. ∫∫∫∫a du = a ∫∫∫∫du = au + C

2. ∫∫∫∫ (u+v)dx = ∫∫∫∫u dx + ∫∫∫∫v dx

3. ∫∫∫∫u dv = uv – ∫∫∫∫v du

4. ∫∫∫∫xndx = ( )11

1

−≠⇒++

+

nCn

xn

5. cxCxx

dxlnln =+=∫

6. ∫∫∫∫exdx = ex + C


446

7. ∫∫∫∫Sinx dx = –Cosx + C

8. ∫∫∫∫Cosx dx = Sinx + C

9. CxCosCxSinx

dx+=+=

−

−−∫

11

21

10. CxCotCxx

dx+−=+=

+

−−∫

11

2tan

1

11. ∫ + bxa dx = ( ) Cbxab

++ 3

3

2

12. = bxabbxa

dx+=

+∫2

+ C

13. Ca

adxa

xx +=∫ ln

14. ∫ xln dx = x lnx – x + C

15. Cxx

xdx

x

x+−−=∫

1lnln2

Determinantlar

a b = ad – cd c d

Üçlü determinantların çözümünde Sarüs Kuralı:


447

Örnek:

Matrisler

Satır ve sütundan oluşan sayı kalıbına matris denir. a11 a12 a12 a1n

A = a21 a22 a23 a2n ⇒ A = [ i j ]mxn şeklinde gösterir.

am1 am2 am3 amn


448

m : satırları n : sütunları i : Birinci ayak rakamını j : İkinci ayak rakamını ifade eder. 2 1 3 A = 0 3 1 ise A = ? 5 0 2


449

EK 7 - KAYNAKLAR

1. G.D Hobson, B.Sc.Ph.D, Modern Petroleum Technology, 4th edt. Adlard And Son Ltd. Bartholomew Press, Dorking. England.

2. Chı U. ikoku, Natural Gas Handbook, Tulsa, OK. USA 3. Fisher Control Catalog, Script ST/FT–9 4.0 Pipeline And Gas Journal 4.1 P/GJ, September 1986 4.2 P/GJ, February 1987 4.3 P/GJ, October 1989 4.4 P/GJ, April 1990 4.5 P/GJ, September 1989 4.6 P/GJ, January 1990 4.7 P/GJ, October 1988 4.8 P/GJ, April 1989 5. Enerst Holmes C Eng. FL Mech E, MES- FFSA, Handbook Of Industial

Piping Engineering 6. Dr. John M. Cambell, Cambell Petroleum Series, Inc. Gas Conditioning And

Processing. 5th Ed. 1981 OK. USA 7. Theodore Baumeister, Eugene A. Avallone, Standart Handbook for

Mechanical Engineer 8. J.M. Smith, Prof., H.C.Van Ness, Prof. Introduction To Chemical Engireering

Thermodynamics. 3rd Edt., McGraw Hill Kogakusha, Ltd. Tokyo. 9. B.C. Craft And W.R. Holden, E.D.Graves. Jr. Well Design Prentice–Hall. Inc.,

New Jersey, 1962 10. Reno C. King, B.M.E., M.M.E., D.Sc., P.E., Prof., Sabin Crocker, M.E.., Piping

Handbook 5th Edt., McGraw–Hill Book Coup., New York. 11. Telemetri 12. Petroleum Extension Service, Field Handling Of Natural Gas, University Of

Texas. 13. Donald L. Kata, David Cornell, John, A.Vary. Rıki Kobayashi, J.R.Elen baas,

F.H. Poettmann.c.F. Weinaug, Handbook Of Natural Gaz engineering. M.C Graw–Hill Book Comp.

14. Don Lud wick, Hydrojen Sulfide Technical Manual, Stop Inc., Lafayette, Louisiana, 1981.

15. M.Özışık, Heat Transfer; A basic A pproach mechanical Engineering Series.

16. Gas Pcessors Suppliers Assc,, Engineering Data Book, 9th edt, OK. USA 17. Yurtiçi ve yurt dışı şirketlerde tarafımdan gerçekleştirilen çalışmalar…

kervanticaret.comhasan gÜndoĞmuŞ, odtÜ/petrol, e-mail:[email protected] web :, 3 Ç ndek...

Documents