banner686
x

Buhar sistemlerinde kapasite tayini, pik çekişler ve buhar akümülasyon sistemleri

Jenesis Genel Müdürü Fatih Savaşkan, pandemi şartlarının yaşandığı bugünlerde üretim kapasiteleri düşen birçok tesiste büyük kazanlarla çalışmanın yüksek maliyetlerine ve yapılması gerekenlere değindi.

Buhar sistemlerinde kapasite tayini, pik çekişler ve buhar akümülasyon sistemleri
Robot  Zirvesi

Bir fabrika kurulurken buhar kapasitesini tayin etmek hem teknik kısıtlar hem de belirsiz gelecek şartları yüzünden oldukça zor olmaktadır. Özellikle pandemi şartlarının yaşandığı bugünlerde üretim kapasiteleri düşen birçok tesiste büyük kazanlarla çalışmanın yüksek maliyetleri fabrikaları zorlamaktadır. Bu yazımızda buhar sistemlerindeki üretici tiplerini, buhar pik çekişlerine yaklaşımları ve buharın stoklanmasını irdeleyeceğiz.

Proseslerin buhar ihtiyacı belirlenirken buhar sisteminin ilk devreye alma sırasında proseslerin tüketeceği buhar ile birlikte sistemdeki boru ağının ve proseslerin kendilerinin de bir ısıtma yükü olacağı göz önüne alınmalıdır. Eğer bu ilave yükler kapasiteye dahil edilmeyecekse devreye alma süresinin biraz daha uzun olacağı en baştan kabul edilmiş olmalıdır. Diğer önemli bir nokta da üreticilerin kataloglarında verilen saatlik nominal kapasiteler yerine proseslerin reçetelerine göre buhar alma sürelerini düşünerek anlık piklerin de hesaba katılması gereklidir. 

PİK BUHAR İHTİYACININ BELİRLENMESİ

Bir örnek üzerinden devam edersek konunun anlaşılması daha kolay olacaktır. Örneğin saatlik buhar tüketimi bir proses için üretici kataloğunda 100 kg/h olarak verilmiş olsun. Ancak uygulamada o prosesin bir saatlik süreç içerisinde 10 dakikada buhar alma işlemini bitirip, kalan 50 dakikalık zamanda, ürün alma/boşaltma, deterjan/kimyasal besleme, çalkalama, durulama, bekleme vb. birçok başka uygulama olabilir. Bir saatin sonunda proses 100 kg/h buhar tüketmiş olmakla birlikte gerçekte 100 kg buharı 10 dakikada prosese sokabilmek için anlık olarak 100 kg x 60 dk / 10 dk = 600 kg/h buhar beslemesi yapılacak şekilde buhar tesisatı çekilmeli ve buhar üreticisi kapasitesi belirlenmelidir. Eğer her bir proses buhar tesisatı, katalog verisi üzerinden dizayn edilirse uygulamada buhardan beklenen ısıtma süreci uzayacağı için proses süresi de uzayacak ve günlük üretim kapasitesi düşecektir. 

Basit bir yaklaşım ile proses anlık buhar tüketimi yukarıdaki örnekteki gibi 600 kg/h olan prosesten yine örnekleme üzerinden gidecek olursak 10 tane olan bir fabrikada 6.000 kg/h kapasiteli bir buhar üreticisi yatırımı yapmak da doğru olmayacaktır. Çünkü 10 tane prosesin kaç tanesinin 10 dakikalık buhar alma sürecinin çakışacağının ön görülmesi gereklidir. Bu proseslerin buhar çekiş anlarının çakışma ihtimali senaryolarının da iyi hazırlanması gereklidir. Bu senaryolar hazırlanırken proseslerin ne kadar sürdüğü, buhar çekiş anlarının ne kadar sürdüğü ve proseslerin başında bulunan görevlilerin aynı anda kaç tanesinde işlem yaparak çakışmaya etkide bulunabileceği göz önüne alınmalıdır.

Buhar tüketimindeki piklerin çok olduğu tesislerde bu değişkenliğe cevap verebilecek özelliklerde buhar üreticisi seçmek önem kazanmaktadır. Pik çekişler proseslerin özelliğine göre birkaç dakika sürebileceği gibi 10-15 dakika da sürebilecektir. En fazla 10-15 dakika sürebilecek bir pik çekiş için büyük bir kazan yatırımı yapmak yüksek maliyetli olduğu gibi işletme sırasında kazanın ömrünün çoğu zamanında da kapasitesinin çok daha altında bir kapasite çalıştırmanın yaratacağı verimsizlik yüzünden işletme maliyeti de yüksek olacaktır. Bu noktada sektörde en çok tercih edilen skoç tipi buhar kazanları ve buhar jeneratörlerinin pik çekişlerdeki davranışlarına ve özelliklerine bakmakta fayda vardır. 

KAZAN TİPLWEİBİB PİK ÇEKİŞLERDEKİ DAVRANIŞ ŞEKİLLERİ

Bilindiği üzere skoç tipi buhar kazanları stok buhar bulunan bir doma sahiptir. Aynı şekilde büyük gövdesi içerisinde daha fazla stok su da bulundurmaktadır. Buhar jeneratörleri ise skoç tipi buhar kazanlarına göre sadece 1/10’u kadar su stoğuna sahipken buhar stoğu da yok denecek kadar azdır.

Örneğin 6 barg basıncında çalışacak olan 5 t/h kapasiteli skoç tipi bir buhar kazanında markadan markaya ve dizayna göre değişmekle birlikte yaklaşık olarak 8 m³ hacimde buhar stoklanırken 15 m³ hacimde de su stoğu bulunduğunu kabul edelim. Aynı şartlarda gerçek su borulu bir buhar kazanı (buhar jeneratörü) içerisinde 0,3 m³ buhar stoğu bulunurken, 1,5 m³ de su stoğu bulunmaktadır.  

Burada dikkat edilmesi gereken nokta gaz fazındaki buharın özgül hacminin çok düşük olmasına bağlı olarak hacimsel değerlerin kütlesel değerlere çevrilince anlamını yitirmesidir. Şöyle ki; 6 barg basıncındaki buhar özgül hacim değeri 0,272 m³/kg’dır. Başka bir deyişle 6 barg basıncındaki 1 kg buhar 0,272 m³ hacim kaplar.  Bu durumda örneğimizdeki 5 t/h kapasiteli buhar kazanının içerisinde stoklanan buhar miktarı 8 m³ / 0,272 m³/kg = 29,4 kg olacaktır. Yaklaşık 30 kg’lık bir buhar stoğu ise 5 t/h kapasitesindeki bir buhar üreticisi için 30 kg / 5000 kg x 3600 saniye = 21,6 saniye yapacaktır. Yani olası bir pik çekiş durumunda skoç tipi bir buhar kazanındaki stoklanan buhar miktarı sadece 22 saniye kadar yeterli olacaktır. Pik buhar çekişi 22 saniyeden daha uzun süreceği için bu sefer de brülörün tam kapasite çalışıp skoç tipi kazan içerisindeki 15 m³ hacmindeki suyu ısıtması ve buharlaştırması gereklidir. Bu ise skoç tipi buhar kazanındaki pik çekişlerde görülen basınç düşmesinin uzun süre devam etmesi ve set basıncına ulaşılması için daha uzun zamana ihtiyaç duyması anlamına gelmektedir.

Su borulu buhar kazanlarındaki (buhar jeneratörleri) durum da ise pik çekiş anında stoklanan buhar miktarı daha azdır ve aynı hesap yöntemi sonucunda stoklanan buhar miktarı pik çekişlerde 1 saniye bile yetmemektedir. Bu yüzden örneğimizdeki rakamları baz alacak olursak; basınç düşmesi, skoç tipi kazanlara göre 21 saniye kadar daha önce başlayacaktır. Fakat yine örneğimizdeki rakamları baz alacak olursak 22 saniyeden uzun süren pik çekişlerde hem skoç tipi hem de su borulu buhar kazanlarında basınç düşmesi yaşanacağını söyleyebiliriz. Bu durumda su borulu buhar kazanları (buhar jeneratörleri) içinde barındırdığı 1/10 kadar su hacmi sayesinde skoç tipi buhar kazanlarına göre 10 katı hızlı ve kısa zamanda set edilen basınç değerine ulaşılacağı anlamına gelmektedir.

BUHAR AKÜMÜLASYON YÖNTEMLERİ

Bazen kazan kapasitesi yetmeyen veya pik çekişlere yetişemeyen kazanların olduğu tesislerde buhar stoklamak amacıyla buhar domları yapılmak istenebilir. Örneğin 1 ton buhar stoklamak istendiğinde ihtiyaç duyulan hacim 6 barg basıncı için 1.000 kg x 0,272 m³/kg = 272 m³ olacaktır. Bu kadar büyük hacimdeki bir tankın maliyeti hem ilk yatırımda hem de işletmede çok yüksek olacağı gibi, koyulacak yer bulmak da oldukça zor olacaktır. 

Bu tip ihtiyaçlarda sulu buhar akümülatörü olarak adlandırılan ve içerisinde bulunan suyun basınç düşmesine bağlı bir kısmının buharlaşması prensibine göre çalışan sistemler dizayn edilmesi daha doğrudur. Sulu buhar akümülatörüne gönderilen nispeten yüksek basınçtaki buhar rutin kullanılırken pik çekiş anlarında oluşacak basınç düşmesinden dolayı tank içerisindeki suyun da buharlaşması (flaş buhar) sayesinde anlık olarak nispeten daha düşük basınçta ilave buhar üretilir. Sulu buhar akümülasyon tanklarında yüksek ve düşük basınç arasındaki fark ve su hacmi ne kadar fazla ise o kadar fazla anlık buhar üretilebilmektedir. Prosese özel dizayn ettiğimiz ve sıklıkla EPS sektöründe kullanılan bu yöntem farklı sektörlerde de kurtarıcı rol oynayabilir.  

PİK ÇEKİŞLERDE BUHAR KALİTESİNDEKİ DEĞİŞİMLER

Özetle skoç tipi kazanların yeterli veya çok buhar stoğu bulunduğunu söylemek doğru olmamakla birlikte pik çekişlerde su borulu buhar kazanlarının (buhar jeneratörleri) daha kısa sürede tepki vererek istenilen basınç değerlerine ulaşacağını söyleyebiliriz.

Özellikle pik çekişlerin süresine bağlı olarak oluşacak olan basınç düşmesi sırasında kalitesiz buhar üretimi ve kazandan sulu buhar sürüklenmesi sorunu oluşacağından dolayı, daha kısa süre düşük basınçta çalışarak set basıncına daha hızlı ulaşabilen su borulu kazanlar (buhar jeneratörleri) daha avantajlı olmaktadır.  

Buhar jeneratörlerinde anlık değişimlere doğru yanıtlar verebilmesi için çok iyi bir otomasyona sahip olması, yüksek ısı transfer yüzey alanına sahip olması, üzerindeki tüm donanımların birbirinden haberdar ve anlık olarak senkronize çalışmasının sağlanması gereklidir. Bu şartları sağlayamayan klasik buhar jeneratörlerinde sulu buhar üretimi sadece pik çekişlerde değil normal şartlar altında da oluşabilmektedir.

ESNEK KAPASİTELERDE ÇALIŞMA İMKANI SAĞLAYAN SU BORULU BUHAR KAZANLARI

Yukarıda anlatılanlarda anlaşılacağı üzere buhar kapasitenin tayini önem arz etmektedir. Buhar üreticisi de yatırımı bir kez yapılan bir sistem olduğundan dolayı geleceği düşünerek genelde büyük alınır. Gelecek planlandığı gibi iyi gitmediği durumlarda işletme maliyetleri büyük kazanın küçük kapasitede düşük verim ve yüksek maliyetlerde çalışmasından dolayı yüksek olmakta ve bazen ilk yatırım maliyetinden daha fazla işletme maliyetlerine sebep olmaktadır. Tersi bir durumda da işler beklenenden daha iyi gitmesi durumunda da kazan kapasitesi yetmemekte ve yine büyük kapasiteli bir kazan yatırımı yapılmak zorunda kalınabilmektedir. 

Özellikle esnek buhar üretimi sağlayan modüler buhar üretim (HUB Sistemi) sistemleri tercih edilmeye başlanmıştır. Nispeten daha küçük modüllerden oluşan bu sistemler istenildiği zaman istenildiği kadar alınabilmektedir. Aynı şekilde işletme sırasında da sistem kendi içeriğindeki otomasyon sayesinde gerektiği zaman gerektiği kadar modülü çalıştırmakta ve sürekli modülleri en yüksek verimde tuttuğu gibi HUB otomasyonu çalışma saat bilgilerini modüllerden alarak eşit yaşlandırma imkanı da sunmaktadır. Bu tip esnek işletme yeteneğine sahip olan fabrikaların diğer bir avantajı da herhangi bir sebepten dolayı değişen üretim kapasitesi durumunda yine en yüksek verimi koruyarak gerektiği zaman gerektiği kadar modülün çalıştırılması sayesinde düşük işletme maliyeti sağlamasıdır. Özellikle içinde bulunduğumuz pandemi şartlarında veya sezonsal olarak kapasite düşmeleri durumunda bu tip sistemler düşük işletme maliyetinin sürekliliğini sağlamaktadırlar.


 

Güncelleme Tarihi: 28 Mayıs 2020, 09:43
YORUM EKLE

Wilo

Proses Zirvesi

Dergiler
Partnerler