Debi (akış) ölçümü, endüstriyel proseslerin en temel parametrelerinden biridir. Doğru debi ölçümü; üretim verimliliği, enerji optimizasyonu, proses güvenliği ve ürün kalitesi açısından hayati öneme sahiptir.

Flow Measurement Techniques

DEBİ ÖLÇÜM PRENSİPLERİ

Debi, belirli bir kesitten geçen akışkan miktarıdır. Temel formül:

Q = A · v

Burada Q debi (m³/s), A kesit alanı (m²), v akış hızı (m/s)’dir.

Kütlesel debi ise şu şekilde ifade edilir:

ṁ = ρ · Q

Burada ṁ kütlesel debi (kg/s), ρ akışkan yoğunluğu (kg/m³).

DEBİ ÖLÇÜM CİHAZLARI

  • Orifis Plakaları: Basit ve düşük maliyetli, ancak basınç kaybı yüksektir.
  • Venturi Tüpleri: Daha az basınç kaybı ile yüksek doğruluk sağlar.
  • Pitot Tüpleri: Hava akışı gibi düşük viskoziteli akışkanlarda tercih edilir.
  • Elektromanyetik Debimetreler: İletken sıvılarda yüksek hassasiyet sağlar.
  • Ultrasonik Debimetreler: Temassız ölçüm imkânı sunar.
  • Kütlesel Debimetreler (Coriolis): Yüksek doğruluk ile doğrudan kütlesel debiyi ölçer.

ÖLÇÜM DOĞRULUĞUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER

  • Akışkanın sıcaklık ve viskozite değişimleri
  • Boru hattı çapı ve pürüzlülüğü
  • Debimetrenin montaj pozisyonu
  • Kalibrasyon eksiklikleri ve bakım hataları

STANDARTLAR VE KALİBRASYON

  • ISO 5167: Orifis, venturi ve nozül tabanlı debi ölçüm cihazları
  • ISO 4185: Debi ölçüm kalibrasyonu için standart
  • ISO 17025: Kalibrasyon laboratuvarları için akreditasyon

UYGULAMA ALANLARI

  • Su ve atık su arıtma tesislerinde akış kontrolü
  • Enerji santrallerinde buhar ve yakıt ölçümü
  • Kimya endüstrisinde reaktör ve boru hattı debisi
  • Gıda ve içecek endüstrisinde sıvı akış kontrolü

SONUÇ

Debi ölçüm sistemleri, endüstriyel tesislerde güvenilir ve verimli bir üretim için kritik öneme sahiptir. Doğru cihaz seçimi, uygun montaj ve düzenli kalibrasyon ile proseslerin sürekliliği sağlanabilir.

Basınç ölçümü, endüstriyel proseslerde güvenlik, ürün kalitesi ve enerji verimliliği açısından kritik öneme sahiptir. Yanlış basınç ölçümü; ekipman arızalarına, üretim kayıplarına ve güvenlik risklerine yol açabilir. Bu nedenle doğru basınç ölçüm sistemlerinin seçimi ve kullanımı hayati önem taşır.

Pressure Measurement Systems and Transducers

BASINÇ ÖLÇÜM PRENSİPLERİ

Basınç, bir yüzeye etki eden kuvvetin birim alana oranıdır:

P = F / A

Burada P (Pa) basınç, F (N) kuvvet, A (m²) yüzey alanıdır.

Basınç çeşitleri:

  • Mutlak Basınç: Vakum referansına göre ölçülür.
  • Göreceli (Gauge) Basınç: Atmosfer basıncına göre ölçülür.
  • Diferansiyel Basınç: İki nokta arasındaki basınç farkıdır.

BASINÇ SENSÖR TÜRLERİ

  • Bourdon Tüpleri: Mekanik basınç göstergeleri, yaygın ve düşük maliyetli.
  • Diferansiyel Basınç Transdüserleri: Akış ölçümü ve filtre takibi için kullanılır.
  • Piezoelektrik Sensörler: Dinamik basınç değişimlerinde yüksek hassasiyet sağlar.
  • Kapasitif Basınç Sensörleri: Yüksek doğruluk ve uzun süreli kararlılık.
  • Strain Gauge Sensörler: Elektriksel direnç değişimi ile ölçüm yapar.

TEMEL FORMÜLLER VE ÖLÇÜM ÖRNEKLERİ

Hidrostatik basınç:

P = ρ · g · h

Burada ρ akışkan yoğunluğu (kg/m³), g yerçekimi ivmesi (9.81 m/s²), h ise sıvı yüksekliğidir (m).

Diferansiyel basınca dayalı debi ölçümü:

Q = C · √ΔP

Burada Q debi (m³/s), C akış katsayısı, ΔP ise basınç farkıdır (Pa).

ÖLÇÜM DOĞRULUĞUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER

  • Sıcaklık değişimleri (termal drift)
  • Sensörün kalibrasyonu
  • Boru hattındaki titreşimler
  • Montaj pozisyonu ve ortam koşulları

STANDARTLAR VE KALİBRASYON

  • ISO 5167: Diferansiyel basınç ölçüm cihazları için standart.
  • IEC 61298: Basınç transdüserlerinin test yöntemleri.
  • ISO 17025: Kalibrasyon laboratuvarları için akreditasyon.

UYGULAMA ALANLARI

  • Kimya endüstrisinde reaktör basınç kontrolü
  • Enerji santrallerinde buhar hatları
  • Petrol ve gaz boru hatlarında basınç izleme
  • Gıda ve içecek endüstrisinde proses basınç yönetimi

SONUÇ

Basınç ölçüm sistemleri, endüstriyel tesislerde güvenlik ve verimliliğin sağlanması için kritik rol oynar. Doğru sensör seçimi, düzenli kalibrasyon ve uygun bakım ile prosesler güvenilir ve sürdürülebilir şekilde yönetilebilir.

Seviye ölçümü, endüstriyel proseslerin en kritik unsurlarından biridir. Depolama tankları, silolar ve boru hatlarında doğru seviye kontrolü; üretim verimliliği, proses güvenliği ve maliyet optimizasyonu açısından hayati öneme sahiptir.

Level Measurement Systems and Sensors

SEVİYE ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ

• Mekanik Yöntemler: Şamandıra sistemleri ve seviye göstergeleri basit ama düşük hassasiyetli çözümlerdir.
• Hidrostatik Yöntem: Basınç sensörleri kullanılarak tank tabanındaki basınçtan sıvı seviyesi hesaplanır.
• Ultrasonik Sensörler: Ses dalgaları ile temassız ölçüm yapar. Köpük ve buhar varlığında hatalar oluşabilir.
• Radar (Mikrodalga) Sensörler: Yüksek doğruluk sağlar, zorlu ortam koşullarında tercih edilir.
• Kapasitif Sensörler: Katı ve sıvı ortamlarda dielektrik sabitine bağlı ölçüm yapar.

TEMEL FORMÜLLER VE PRENSİPLER

Hidrostatik basınca dayalı seviye ölçümü:

P = ρ · g · h

Burada P basınç (Pa), ρ akışkan yoğunluğu (kg/m³), g yerçekimi ivmesi (9.81 m/s²), h ise seviye yüksekliğidir (m).

Kapasitif ölçüm prensibi:

C = (ε · A) / d

C kapasite (F), ε dielektrik sabiti, A plaka alanı, d ise plaka arası mesafedir.

ÖLÇÜM DOĞRULUĞUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER

• Akışkanın yoğunluğu, sıcaklık ve viskozite değişimleri
• Tank şekli ve montaj konumu
• Köpük, buhar, basınç dalgalanmaları
• Sensör kalibrasyonu ve düzenli bakımın yapılmaması

STANDARTLAR VE KALİBRASYON

• IEC 60079: Patlayıcı ortamlarda kullanılan Ex-proof seviye sensörleri için standart.
• ISO 9001: Proses doğrulama ve kalite yönetimi.
• ISO 17025: Kalibrasyon laboratuvarlarının akreditasyonu.

UYGULAMA ALANLARI

• Su ve atık su arıtma tesislerinde tank ve havuz seviyelerinin kontrolü
• Kimya endüstrisinde reaktör ve depolama tankları
• Gıda endüstrisinde sıvı hammaddelerin ölçümü
• Petrol ve doğalgaz endüstrisinde stok tankı seviye yönetimi

SONUÇ

Seviye ölçüm sistemleri, proses güvenliği ve verimlilik için kritik öneme sahiptir. Doğru sensör seçimi, uygun montaj ve düzenli kalibrasyon ile endüstriyel tesisler güvenilir ve sürdürülebilir şekilde işletilebilir.

Sıcaklık, endüstriyel proseslerin en kritik parametrelerinden biridir. Yanlış sıcaklık ölçümü; ürün kalitesinde düşüşe, enerji verimsizliğine ve hatta güvenlik risklerine yol açabilir. Bu nedenle sıcaklık ölçüm sistemleri ve sensörler, proses kontrolünün ayrılmaz bir parçasıdır.

Temperature Measurement Methods and Sensors

SICAKLIK ÖLÇÜM PRENSİPLERİ

Sıcaklık ölçümü, akışkanların veya katıların enerji durumunu belirlemek için kullanılır. Temel formül:

Q = m · c · ΔT

Burada Q ısı enerjisi (J), m kütle (kg), c özgül ısı kapasitesi (J/kgK), ΔT ise sıcaklık değişimidir (K).

Isı transfer mekanizmaları: iletim, taşınım ve ışınım; sıcaklık sensörlerinin yerleşiminde dikkate alınmalıdır.

SICAKLIK SENSÖR TÜRLERİ

• Termokupllar (Thermocouples): Seebeck etkisine dayanır, geniş sıcaklık aralığında kullanılabilir.
• RTD (Resistance Temperature Detector): Direnç değişimini ölçer, yüksek hassasiyet sağlar.
• Termistörler: Daha dar sıcaklık aralığında çok hassas ölçüm.
• Kızılötesi (IR) Sensörler: Temassız ölçüm için uygundur.
• Bimetal Termometreler: Basit, mekanik prensiple çalışan cihazlar.

ÖLÇÜM DOĞRULUĞUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER

• Sensörün kalibrasyonu
• Montaj derinliği ve konumu
• Çevresel koşullar (nem, titreşim, manyetik alanlar)
• İzolasyon malzemelerinin kalitesi

Bu faktörler dikkate alınmadığında ölçüm hataları artar.

STANDARTLAR VE KALİBRASYON

• IEC 60751: RTD sensörleri için uluslararası standart.
• ASTM E230: Termokupl sınıfları ve toleranslarını tanımlar.
• ISO 17025: Kalibrasyon laboratuvarlarının akreditasyonu için standart.

UYGULAMA ALANLARI

• Enerji santrallerinde türbin ve kazan sıcaklığı kontrolü
• Kimya endüstrisinde reaktör sıcaklığı izleme
• Gıda endüstrisinde pastörizasyon ve pişirme süreçleri
• HVAC sistemlerinde ortam sıcaklığı kontrolü

SONUÇ

Doğru sensör seçimi, düzenli kalibrasyon ve uygun montaj ile sıcaklık ölçüm sistemleri; güvenlik, verimlilik ve ürün kalitesi için vazgeçilmezdir.

Debi ölçümü, endüstriyel proseslerin en kritik parametrelerinden biridir. Akışkanın miktarı, hızı ve karakteristikleri; enerji santrallerinden su arıtma tesislerine, petrokimya endüstrisinden gıda üretimine kadar birçok alanda doğrudan ürün kalitesini ve sistem verimliliğini etkiler.

Flow Measurement Techniques

DEBİ KAVRAMI VE TEMEL FORMÜLLER

Debi, birim zamanda bir kesitten geçen akışkan miktarıdır.

Formül:
Q = A · v

Burada Q (m³/s) debi, A (m²) boru kesit alanı, v (m/s) ise ortalama akış hızıdır.

Bernoulli prensibi akışkan enerjisinin korunumu ile debi ölçümüne temel teşkil eder.

MEKANİK ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ

• Orifis Plakası: Basınç farkına dayalı, düşük maliyetli yöntem.
• Venturi Tüpü: Daha yüksek doğruluk, düşük basınç kaybı.
• Pitot Tüpü: Akış hızı ölçümünde yaygın.
Bu yöntemler ISO 5167 standardı kapsamında tanımlanmıştır.

MODERN ÖLÇÜM TEKNOLOJİLERİ

• Ultrasonik Debimetre: Akışkanın ses dalgaları üzerindeki etkisini ölçer. Hareketli parça içermez.
• Manyetik Debimetre: İletken akışkanlarda elektromanyetik indüksiyon prensibi ile çalışır.
• Kütlesel Debimetre (Coriolis): Akışkanın kütlesini doğrudan ölçer, yüksek doğruluk sağlar.

ÖLÇÜM DOĞRULUĞUNU ETKİLEYEN FAKTÖRLER

• Akışkanın viskozitesi
• Sıcaklık ve yoğunluk değişimleri
• Boru hattındaki türbülans
• Montaj koşulları ve sensör yerleşimi

Bu faktörler dikkate alınmazsa ölçüm hataları ortaya çıkar.

KALİBRASYON VE STANDARTLAR

Debi ölçüm cihazlarının düzenli kalibrasyonu yapılmalıdır. ISO 5167 standardı, orifis ve venturi gibi diferansiyel basınç bazlı cihazların kalibrasyonunu tanımlar. Ayrıca AGA raporları (örneğin AGA3), doğalgaz debi ölçümünde yaygın olarak kullanılır.

UYGULAMA ALANLARI

• Petrokimya endüstrisinde gaz ve sıvı akışlarının ölçümü
• Enerji santrallerinde buhar ve su akışı kontrolü
• Su arıtma tesislerinde giriş/çıkış debisi takibi
• Gıda endüstrisinde sıvı ürünlerin hassas ölçümü

SONUÇ

Doğru debi ölçümü olmadan, proses verimliliği ve güvenliği sağlanamaz. Uygun cihaz seçimi, standartlara uygun kalibrasyon ve doğru montaj koşulları ile tesisler uzun vadeli güvenilirlik kazanır.

Basınç, endüstriyel proseslerin en kritik parametrelerinden biridir. Yanlış basınç ölçümü; verimlilik kayıplarına, güvenlik risklerine ve ekipman arızalarına yol açabilir. Bu nedenle basınç ölçüm sistemleri ve transdüserler, ölçü kontrol sistemlerinin temelini oluşturur.

Basınç Ölçüm Sistemleri ve Transdüserler

BASINÇ KAVRAMI VE TEMEL FORMÜLLER

Basınç, bir yüzeye dik olarak etki eden kuvvetin o yüzeyin alanına bölünmesiyle tanımlanır.

Formül:
P = F / A

Burada P basınç (Pa), F kuvvet (N) ve A yüzey alanıdır (m²).

BASINÇ ÖLÇÜM CİHAZLARI

• Manometreler: Basit, düşük maliyetli çözümler.
• Bourdon Tüpü: Mekanik prensiple çalışan yaygın cihaz.
• Strain Gauge Sensörler: Elektriksel direnç değişimini ölçerek basıncı hesaplar.
• Diferansiyel Basınç Transmiterleri: Debi ve seviye ölçümünde de kullanılır.

TRANSDÜSERLER VE ÇALIŞMA PRENSİBİ

Transdüserler, basıncı elektriksel sinyale dönüştüren cihazlardır. Çıkış genellikle 4–20 mA veya 0–10 V olur. Bu sayede PLC ve SCADA sistemleri ile entegre çalışabilirler.

KALİBRASYON VE DOĞRULUK

Basınç transmiterlerinin periyodik olarak kalibre edilmesi gerekir. IEC 17025 standardına göre kalibrasyon yapılması, ölçüm doğruluğunu garanti eder.

UYGULAMA ALANLARI

• Enerji santrallerinde buhar basıncı kontrolü
• Petrokimya endüstrisinde reaktör basınçları
• Su arıtma tesislerinde membran giriş basıncı
• Gıda sektöründe pastörizatörlerde basınç ölçümü

SONUÇ

Basınç ölçüm sistemleri, proses güvenliği ve verimlilik için hayati önem taşır. Doğru cihaz seçimi, düzenli kalibrasyon ve uygun entegrasyon ile endüstriyel tesisler güvenli ve sürdürülebilir şekilde işletilebilir.

Endüstriyel tesislerde verimlilik, güvenlik ve kaliteyi sağlayabilmek için süreçlerin ölçülmesi, izlenmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Bu amaçla kullanılan sistemlere ölçü kontrol sistemleri denir. Modern endüstride petrol ve gaz tesislerinden gıda üretimine, enerji santrallerinden kimya fabrikalarına kadar her alanda ölçü kontrol sistemleri kritik bir rol oynar.

Ölçü kontrol sistemleri sayesinde:
– Enerji verimliliği artar,
– Ürün kalitesi standardize edilir,
– Operasyonel güvenlik sağlanır,
– Çevresel etkiler azaltılır.

Süreç İmalatında Öngörücü Bakım

ÖLÇÜ KONTROL SİSTEMLERİNİN ÖNEMİ

Endüstride kullanılan her proses, belirli bir parametre aralığında çalışmak zorundadır. Basınç, sıcaklık, debi veya seviye parametrelerinden herhangi birinin kontrolsüz kalması; üretim kayıplarına, enerji israfına, ekipman arızalarına ve hatta iş kazalarına yol açabilir. İşte bu yüzden ölçü kontrol sistemleri, endüstriyel tesislerin kalbi sayılır.

TEMEL BİLEŞENLER VE ÇALIŞMA PRENSİBİ

Bir ölçü kontrol sistemi üç ana unsurdan oluşur:

Sensörler ve Transdüserler: Fiziksel büyüklükleri (basınç, sıcaklık, debi, seviye vb.) elektriksel sinyallere dönüştürür.
Kontrolörler (PLC, PID, DCS): Sensörlerden gelen sinyalleri işler, referans değerlerle karşılaştırır ve gerekli kontrol sinyallerini üretir.
Son Kontrol Elemanları (Vanalar, Aktüatörler, Motorlar): Kontrol sinyallerine göre fiziksel süreç üzerinde etki eder.

Prensip: Sensör → Kontrolör → Son Kontrol Elemanı zinciriyle geri besleme (feedback) sağlanır.

KONTROL TEORİSİ VE PID

En yaygın yöntem, PID kontrol algoritmasıdır. Denklemi:

u(t) = Kp * e(t) + Ki ∫ e(t) dt + Kd * de(t)/dt

• e(t): Hata (set değeri – ölçülen değer)
• Kp: Oransal kazanç (hızlı tepki)
• Ki: İntegral kazanç (sürekli hataları giderir)
• Kd: Türevsel kazanç (ani değişimlere tepki)

Örnek: Bir kimya reaktöründe sıcaklık kontrolünde PID parametrelerinin yanlış ayarlanması, istenmeyen ekzotermik reaksiyonlara neden olabilir.

ÖLÇÜ KONTROL PARAMETRELERİ

Basınç Ölçümü: Manometre, strain gauge sensörler, diferansiyel basınç transmitterleri.
Formül: P = F / A

Debi Ölçümü: Orifis plakası, venturi tüpü, ultrasonik ve manyetik debimetreler.
Temel denklem (Bernoulli prensibi): Q = A * v

Sıcaklık Ölçümü: Termokupl (Seebeck etkisi), RTD (direnç değişimi), kızılötesi sensörler.
Örnek formül: R(T) = R₀ * (1 + α * ΔT)

Seviye Ölçümü: Şamandıra, hidrostatik basınç, radar ve ultrasonik sensörler.
Hidrostatik ölçüm formülü: h = P / (ρ * g)

ENDÜSTRİDE UYGULAMA ALANLARI

Petrokimya: Rafineri kolonlarında basınç ve sıcaklık kontrolü.
Enerji Santralleri: Kazanlarda buhar basıncı ve su seviyesi kontrolü.
Gıda Endüstrisi: Pastörizatörlerde sıcaklık ve akış kontrolü.
Su Arıtma: Tank seviyeleri ve pH kontrolü.

STANDARTLAR VE GÜVENLİK

Ölçü kontrol sistemlerinin uluslararası standartlara uygunluğu şarttır:
– IEC 61511: Proses endüstrisi için güvenlik sistemleri
– ISO 5167: Debi ölçüm standartları
– ASME ve API standartları: Petrol ve gaz tesisleri

SONUÇ

Ölçü kontrol sistemleri olmadan, modern endüstriyel üretim süreçlerinin güvenli ve verimli bir şekilde çalışması imkânsızdır. Bu sistemler; doğru sensör seçimi, uygun kontrolör ayarları ve güvenilir son kontrol elemanlarıyla bir bütün olarak ele alınmalıdır.

Serimizin devamında, her bir parametreyi (basınç, debi, sıcaklık, seviye) ayrı makaleler halinde detaylandıracağız.

Doğalgaz basınç düşürme istasyonları (BDİ), iletim hatlarından gelen yüksek basınçlı gazı şehir şebekeleri ve sanayi tesisleri için güvenli seviyelere düşürür. Ancak bu işlem sırasında enerji tüketimi oldukça yüksektir. Isıtıcı sistemler, regülasyon vanaları, otomasyon ekipmanları ve kompresörler istasyonun enerji yükünü oluşturan başlıca bileşenlerdir. Günümüzde artan enerji maliyetleri ve karbon emisyonlarını azaltma hedefleri, BDİ’lerde enerji verimliliğini artıracak yöntemlerin uygulanmasını zorunlu hale getirmiştir.

Energy Efficiency and Optimization Methods in Natural Gas Pressure Reduction Stations

 

ENERJİ TÜKETİM KAYNAKLARI

Regülasyon Vanaları ve Isıtıcı Sistemler
Doğalgaz, basıncı düşürüldüğünde Joule–Thomson etkisi nedeniyle soğur. Bu soğuma, gazın şebekede donma riskine yol açabileceği için istasyonlarda gaz ısıtıcıları kullanılır. Ancak ısıtıcılar yüksek enerji tüketimine sebep olur.

Kompresörler ve Pompalar
Bazı istasyonlarda basınç dengesini sağlamak veya gazı ölçüm sistemlerine yönlendirmek için ek pompa ve kompresörler kullanılır. Bu ekipmanlar yüksek elektrik tüketimine neden olabilir.

SCADA ve Otomasyon Ekipmanları
SCADA sistemleri ve sensörler nispeten düşük enerji tüketse de, istasyonun sürekli enerji ihtiyacına katkı sağlar.

ENERJİ VERİMLİLİĞİ YÖNTEMLERİ

Isı Geri Kazanım Sistemleri
İstasyonlarda kullanılan atık ısı geri kazanım üniteleri, yanma sistemlerinden çıkan sıcak gazların tekrar kullanılarak ısıtıcıların yükünü azaltmasını sağlar.

Yüksek Verimli Isıtıcılar
• Kondenzasyonlu kazanlar ve yüksek verimli eşanjörler, klasik ısıtıcı sistemlerine göre %15–20 daha fazla verim sağlayabilir.
• Örnek: Avrupa’da bazı istasyonlarda gazın ısıtılması için elektrikli rezistans yerine eşanjörlü sistemler kullanılmaktadır.

Basınç Enerjisinden Elektrik Üretimi (Turboexpander Sistemleri)
Doğalgazın yüksek basınçtan düşük basınca düşürülmesi sırasında açığa çıkan enerji, turboexpander türbinleri ile elektriğe dönüştürülebilir.
• Avantaj: İstasyonun elektrik ihtiyacı karşılanır, fazlası şebekeye verilebilir.
• Verim: 10–20 MW büyüklüğünde elektrik üretim kapasitesi mümkündür.

Kaçakların Önlenmesi
Vanalar, bağlantı elemanları ve contalarda oluşabilecek küçük kaçaklar bile ciddi enerji kayıplarına neden olur.
• Kaçak debisi, orifis denklemi ile hesaplanır:
Q = Cd · A · √(2 · ΔP / ρ)
• Kaçakların önlenmesi için düzenli sızdırmazlık testleri yapılmalıdır.

Akıllı Kontrol Algoritmaları
• SCADA sistemleri, yapay zekâ tabanlı algoritmalarla desteklenirse enerji tüketimi optimize edilebilir.
• Örnek: Regülasyon vanalarının kademeli açılıp kapanmasıyla ani basınç düşümlerinden kaynaklanan ısıtıcı yükleri azaltılabilir.

MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI

Basınç Düşümünde Açığa Çıkan Enerji
W = ṁ · R · T · ln(Pin / Pout)
• ṁ: Kütlesel debi (kg/s)
• R: Gaz sabiti (J/kg·K)
• T: Mutlak sıcaklık (K)
• Pin, Pout: Giriş ve çıkış basınçları (Pa)
Bu formül, turboexpander sistemlerinin potansiyel elektrik üretim kapasitesini hesaplamada kullanılır.

Isı Tüketim Hesabı
Q = ṁ · Cp · ΔT
• Cp: Gazın özgül ısısı

UYGULAMA ÖRNEKLERİ

Türkiye: BOTAŞ şehir giriş istasyonlarında kondenzasyonlu kazanlar ile enerji tüketimi azaltılmaktadır.
Avrupa: İtalya ve Almanya’da bazı istasyonlarda turboexpander kullanılarak elektrik üretimi yapılmakta, yıllık milyonlarca kWh enerji geri kazanılmaktadır.
Japonya: SCADA + yapay zekâ entegrasyonu ile enerji tüketiminde %15–20 tasarruf sağlanmıştır.

SONUÇ

Doğalgaz basınç düşürme istasyonlarında enerji verimliliği, hem ekonomik kazanç hem de çevresel sürdürülebilirlik açısından kritik öneme sahiptir.
• Verimli vana ve ısıtıcı sistemleri,
• Atık ısı geri kazanımı,
• Turboexpander ile elektrik üretimi,
• Kaçakların önlenmesi ve akıllı kontrol algoritmaları sayesinde istasyonlarda %20’ye varan enerji tasarrufu mümkündür.
Gelecekte, yapay zekâ tabanlı tahmin sistemleri ve dijital ikiz uygulamaları ile daha yüksek verimlilik seviyelerine ulaşılacağı öngörülmektedir.

Doğalgaz, yüksek basınçla ana iletim hatlarından şehir şebekelerine ve sanayi tesislerine taşınır. Ancak tüketiciye ulaştırılmadan önce basınç seviyesinin düşürülmesi ve kontrol edilmesi gerekir. Bu işlevi sağlayan Basınç Düşürme İstasyonları (BDİ), modern enerji altyapısının en kritik bileşenlerinden biridir.

Son yıllarda, istasyonların otomasyon sistemleri ile donatılması ve güvenlik ekipmanlarının gelişmiş hale gelmesi, operasyonel verimlilik ve emniyet açısından zorunluluk haline gelmiştir.

Valves Used in Pressure Reducing

OTOMASYON SİSTEMLERİNİN ROLÜ

SCADA Entegrasyonu

  • SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemleri, BDİ’lerdeki basınç, debi ve sıcaklık gibi parametreleri sürekli izler.
  • Operatörler, uzak bir merkezden vanaları açıp kapatabilir, regülatör ayarlarını değiştirebilir ve acil durumlarda anında müdahale edebilir.

Sensör ve Ölçüm Teknolojileri

  • Basınç sensörleri: Çıkış basıncındaki ani dalgalanmaları algılar.
  • Debimetreler: Tüketim miktarını ölçer, kaçak tespitine yardımcı olur.
  • Sıcaklık sensörleri: Gazın termodinamik özelliklerini kontrol altında tutar.

Otomatik Vana Kontrolü

  • Kritik istasyonlarda pnömatik aktüatörlü küresel vanalar kullanılır.
  • Acil durumda SCADA komutuyla veya sensör sinyaliyle vana otomatik kapanarak gaz akışını keser.

GÜVENLİK SİSTEMLERİ

Emniyet Vanaları (PSV)

  • Beklenmedik basınç artışlarında açılarak hattı korur.
  • API 520/521 standartlarına göre tasarlanır.

Çift Regülasyon + By-Pass Yapısı

  • Bir regülatör arızalanırsa diğeri devreye girer.
  • By-pass hattı, bakım sırasında kesintisiz gaz akışı sağlar.

Gaz Kaçak Dedektörleri

  • İstasyona yerleştirilen dedektörler, küçük sızıntıları bile algılayarak alarm verir.
  • SCADA’ya entegre edilerek erken müdahale imkânı sunar.

Yangın ve Patlama Sensörleri

  • Alev dedektörleri ve sıcaklık sensörleri, istasyonun güvenlik sistemine bağlıdır.
  • Tehlike anında otomatik yangın söndürme sistemleri devreye girer.

MÜHENDİSLİK HESAPLAMALARI

Basınç Düşümü Hesabı

ΔP = Pin − Pout

  • Pin: Giriş basıncı (bar)
  • Pout: Çıkış basıncı (bar)

Örnek: 70 bar giriş basıncı olan bir iletim hattında, şehir şebekesi için çıkış basıncı 19 bar’a düşürülüyorsa:
ΔP = 70 − 19 = 51 bar

Emniyet Vanası Açma Basıncı

Emniyet vanasının açma basıncı, çıkış basıncının genellikle %110–120’si olarak belirlenir.

  • Örnek: 19 bar çıkış basıncı için PSV ayar basıncı ≈ 21–22 bar.

SCADA Trend Analizi

  • Basınç sensörlerinden alınan veriler, trend grafikleri ile incelenir.
  • Bu grafikler, regülasyonun stabil çalışıp çalışmadığını gösterir.

ÖRNEK UYGULAMALAR

  • Türkiye: BOTAŞ şehir giriş istasyonlarında, çift regülasyon + emniyet vanası + SCADA otomasyonu standarttır.
  • Avrupa: Gürültü kirliliğini azaltmak için çok kademeli basınç düşürücü vanalar tercih edilmektedir.
  • Japonya: Deprem riski yüksek bölgelerde, istasyonlara sismik sensörler eklenerek gaz akışı otomatik kesilmektedir.

SONUÇ

Doğalgaz basınç düşürme istasyonlarında otomasyon ve güvenlik sistemleri, modern enerji altyapısının ayrılmaz bir parçasıdır. SCADA entegrasyonu, gelişmiş sensörler ve güvenlik vanaları sayesinde:

  • Operasyonel verimlilik artar
  • Acil durumlarda hızlı müdahale sağlanır
  • İnsan ve çevre güvenliği korunur

Gelecekte, yapay zekâ tabanlı kestirimci bakım sistemleri ve daha akıllı sensörler ile bu istasyonların güvenlik seviyesinin daha da artacağı öngörülmektedir.

Doğalgaz, ana iletim hatlarında genellikle 40–70 bar basınçla taşınır. Ancak şehir şebekeleri ve sanayi tesisleri bu gazı çok daha düşük basınçlarda (1–20 bar) kullanabilir. İşte bu noktada basınç düşürme istasyonları (BDİ) devreye girer. BDİ’lerin en kritik bileşenlerinden biri ise kullanılan vanalardır. Bu vanalar, sadece basıncı düzenlemekle kalmaz, aynı zamanda güvenliği ve sürekliliği de garanti eder.

Valves Used in Pressure Reducing

BASINÇ DÜŞÜRME İSTASYONLARINDA KULLANILAN TEMEL VANA TÜRLERİ

Regülasyon Vanaları (Pressure Reducing Valves)

  • Görev: Yüksek basınçlı gazı, sabit ve güvenli bir çıkış basıncına düşürmek.
  • Özellikler:
    • Basıncı hassas şekilde kontrol eder.
    • Kavitasyon ve gürültüyü önleyici tasarımlar kullanılabilir.
    • Otomatik kontrol sistemleriyle uyumludur.
  • Standartlar: EN 334, ISO 23555.

By-Pass Vanaları

  • Ana regülatörün arızalanması veya bakım yapılması durumunda devreye girer.
  • Örnek: Kritik bölgelerde çift regülatör + by-pass sistemi güvenlik için tercih edilir.

Blowdown / Drain Vanaları

  • Hattın boşaltılması veya basınçsız hale getirilmesi için kullanılır.
  • Avantajı: Bakım güvenliğini sağlar.

Emniyet Vanaları (Relief Valves)

  • Beklenmedik basınç yükselmelerinde açılarak hattı korur.
  • Çalışma prensibi: Önceden ayarlanan basınç seviyesinde devreye girer.

Kontrol Vanaları (Control Valves)

  • SCADA ve PLC sistemleriyle entegre çalışır.
  • İstasyondaki debi, basınç ve sıcaklık parametrelerini sürekli düzenler.
  • Özellikle yüksek tüketimli sanayi çıkış noktalarında kritik öneme sahiptir.

VANA SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLMESİ GEREKENLER

Debi Aralığı ve Kapasite

  • Minimum ve maksimum tüketim senaryolarına uygun vana seçilmelidir.
  • Örnek: 5.000 Sm³/h kapasiteli bir şehir istasyonu için regülasyon vanası, 2.000–7.000 Sm³/h aralığında güvenli çalışabilmelidir.

Basınç Düşümü Hesabı (ΔP)

Vana seçiminde en önemli kriterlerden biri basınç düşümüdür.
ΔP = Pin − Pout

  • Pin: Giriş basıncı (bar)
  • Pout: Çıkış basıncı (bar)

Mühendislik Notu: Çıkış basıncı, hattın ihtiyacına uygun sabit değerde olmalı; ani dalgalanmalar kavitasyon ve gürültüye yol açabilir.

Regülasyon Karakteristikleri

  • Linear (Doğrusal): Akış, vana açıklığı ile orantılı artar.
  • Equal Percentage: Küçük açıklıklarda düşük debi artışı, yüksek açıklıklarda hızla artış sağlar.
  • Quick Opening: Hızlı açma-kapama gereken acil hatlarda kullanılır.

Kavitasyon ve Gürültü Önleme

  • Yüksek basınç düşümlerinde vana içerisinde kavitasyon oluşabilir.
  • Çözüm: Çok kademeli basınç düşürücü vanalar veya susturucu sistemler.

Aktüatör Seçimi

  • Pnömatik Aktüatör: Hızlı ve güvenilir, istasyonlarda en çok tercih edilen.
  • Elektrik Aktüatör: SCADA uyumu yüksek ama tepki süresi yavaş.
  • Hidrolik Aktüatör: Çok büyük çaplı vanalarda.

EMNİYET VE STANDARTLAR

  • EN 334: Gaz regülasyon vanaları
  • ISO 23555: Endüstriyel gaz regülatörleri
  • PED (Pressure Equipment Directive): Avrupa Basınçlı Ekipman Yönetmeliği
  • ASME: Basınç sınıfları ve test kriterleri

ÖRNEK UYGULAMALAR

  • İstanbul Şehir Giriş İstasyonları: Yüksek kapasiteli regülasyon vanaları ile gaz 70 bar’dan 19 bar’a düşürülmektedir.
  • Almanya – Ruhr Bölgesi: Çift regülasyon + by-pass sistemi ile %100 yedekli güvenlik sağlanmaktadır.
  • Japonya: Gürültü hassasiyeti yüksek bölgelerde çok kademeli regülasyon vanaları kullanılmaktadır.

SONUÇ

Basınç düşürme istasyonlarında kullanılan vanalar, doğalgazın güvenli, kesintisiz ve verimli dağıtımı için kritik öneme sahiptir. Doğru vana seçimi; debiyi, basınç düşümünü, kavitasyon riskini ve otomasyon ihtiyacını dikkate alarak yapılmalıdır. Modern sistemlerde SCADA entegrasyonu ve çok kademeli kontrol teknikleri, güvenliği ve verimliliği artırmaktadır.