Doğalgaz Boru Hatlarında Kullanılan Vanalar: Türleri, Özellikleri ve Seçim Kriterleri

, ,

Doğalgaz, dünya enerji ihtiyacının büyük kısmını karşılayan, verimli ve temiz bir yakıttır. Ancak doğalgazın güvenli şekilde iletilmesi ve dağıtılması için boru hatlarında kullanılan vanaların kritik bir rolü vardır. Boru hattındaki akışı kontrol etmek, basıncı düzenlemek, acil durumlarda hattı izole etmek veya yönlendirmek için farklı vana türleri kullanılır. Yanlış seçilmiş bir vana, sadece verimliliği değil aynı zamanda güvenliği de ciddi şekilde riske atar.

Pipelines

DOĞALGAZ BORU HATLARINDA KULLANILAN TEMEL VANA TÜRLERİ

  • Küresel Vanalar (Ball Valves): Doğalgaz hatlarında en yaygın kullanılan vana türüdür. Tam geçişli yapısı sayesinde akışta basınç kaybı yaratmaz. Tek çeyrek dönüşle (90°) açılıp kapanabilir, bu da acil durumlarda hızlı müdahale imkânı sağlar. Türkiye’deki BOTAŞ iletim hatlarında ve şehir içi dağıtım şebekelerinde genellikle küresel vanalar tercih edilir.
  • Sürgülü Vanalar (Gate Valves): Büyük çaplı hatlarda izolasyon vanası olarak tercih edilir. Tam açık durumda akışa neredeyse hiç engel olmaz. Açma-kapama süreleri küresel vanalara göre uzundur. 36” ve üzeri çaplı ana iletim hatlarında sürgülü vana kullanımı yaygındır.
  • Kelebek Vanalar (Butterfly Valves): Kompakt tasarımları sayesinde büyük çaplı borularda ekonomik çözümler sunar. Hafif ve düşük maliyetlidir. Daha çok şehir içi dağıtım şebekelerinde ve orta basınçlı hatlarda kullanılır.
  • Kontrol Vanaları (Control Valves): Akış ve basınç regülasyonu için kullanılır. SCADA ve otomasyon sistemleriyle uyumludur. LNG terminallerinde gazın basınç ve debisinin sürekli kontrolü için tercih edilir.
  • Emniyet Vanaları (Safety & Relief Valves): Ani basınç yükselmelerinde hattı korur. Belirli basınç değerinde açılarak gazın dışarı tahliye edilmesini sağlar. API 520/521’e göre tasarlanır.
  • Çek Vanalar (Check Valves): Gazın ters yönde akışını engelleyerek hattı ve ekipmanları korur. Kompresör istasyonlarında mutlaka kullanılır.

MALZEME SEÇİMİ VE STANDARTLAR

Doğalgaz hatlarında kullanılan vanalar, yüksek basınç ve düşük sıcaklıklara dayanıklı olmalıdır.

  • Malzeme Türleri: Karbon çelik (ASTM A105, A216 WCB), düşük sıcaklık çelikleri (ASTM A350 LF2), paslanmaz çelik (AISI 304, 316) – korozyon riski olan ortamlarda.
  • Standartlar: API 6D (boru hattı vanaları için temel standart), ASME B16.34 (basınç-sıcaklık derecelendirmeleri), ISO 14313 (uluslararası boru hattı vana standardı).

VANA SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLECEK KRİTERLER

  • Basınç Sınıfı: Vanalar, ANSI Class 150’den 2500’e kadar farklı basınç sınıflarında üretilir. Örnek: 70 bar çalışma basıncına sahip bir iletim hattında genellikle Class 600 vana seçilir.
  • Akış Katsayısı (Cv) ve Debi Hesapları: Vananın akış kapasitesi, Cv değeri ile belirlenir.
    Q = Cv · √(ΔP / G)
    Q: Debi (m³/h), ΔP: Basınç düşümü (bar), G: Gazın özgül ağırlığı.
  • Çalışma Ortamı ve Sıcaklık: Doğalgaz -20 °C ile +60 °C arasında basınç altında taşınır. Elastomer conta ve gövde malzemelerinin bu aralığa uygun olması gerekir.
  • Otomasyon ve Uzaktan Kontrol: Kritik istasyonlarda vanalar aktüatörlü (elektrik, pnömatik, hidrolik) seçilmelidir. Örnek: SCADA ile kontrol edilen şehir giriş istasyonlarında küresel vanalar genellikle pnömatik aktüatörlüdür.
  • Güvenlik ve Bakım Kolaylığı: Vana tasarımında çift blok & bleed (DBB) özelliği tercih edilirse bakım güvenliği sağlanır. Hattın basınç altında test edilmesi daha kolay olur.

ÖRNEK UYGULAMALAR

  • Türkiye – TANAP Projesi: 1.850 km uzunluğundaki Trans Anadolu Doğalgaz Boru Hattı’nda yüksek basınç sınıfına sahip API 6D küresel vanalar kullanılmıştır.
  • Avrupa Dağıtım Şebekeleri: Orta basınçlı şehir içi dağıtım hatlarında kelebek vanalar ve kontrol vanaları tercih edilmektedir.
  • Kompresör İstasyonları: Geri akışa karşı koruma için çek vanalar standart donanım olarak bulunur.

SONUÇ

Doğalgaz boru hatlarında kullanılan vanalar, güvenlik, verimlilik ve süreklilik açısından kritik öneme sahiptir. Küresel vanalar, sürgülü vanalar, kelebek vanalar, kontrol ve emniyet vanaları gibi farklı tipler; hat çapı, basınç sınıfı, debi ihtiyacı ve otomasyon seviyesine göre seçilmelidir. Yanlış seçilen bir vana, sadece ekonomik kayıplara değil aynı zamanda ciddi güvenlik risklerine de yol açabilir. Bu nedenle mühendisler, seçim sürecinde API, ASME ve ISO standartlarını dikkate almalı ve saha koşullarına uygun malzeme seçimini yapmalıdır.

Ters Akışın (Reverse Flow) Önlenmesi: Tasarım, Vana Seçimi ve Kontrol Stratejileri

, ,

Tesisatlarda ters akış; ani titreşimler, su darbesi (water hammer), kavitasyon, sızıntı ve hatta ekipman hasarıyla sonuçlanan istenmeyen bir durumdur. Kök neden çoğunlukla basınç kaybı veya akışın aniden durması/yön değiştirmesidir. Doğru çekvalf seçimi, uygun kontrol felsefesi ve mühendislik tasarımı ile ters akışın etkileri önemli ölçüde azaltılabilir.

Tasarım, Vana Seçimi ve Kontrol Stratejileri

TERS AKIŞIN YOL AÇTIĞI PROBLEMLER

Su Darbesi (Water Hammer): Akışın ani kesilmesi veya yönünün değiştirilmesiyle boru boyunca şok dalgaları oluşur; bu dalgalar gürültü/titreşim olarak hissedilir ve vanalar, contalar, kaynaklar, destekler üzerinde aşırı gerilmelere yol açar. Uzun branşmanlar, yüksek hız ve az sayıda dirsek/genleşme halkası su darbesini büyütür.

Kavitasyon: Basıncın lokal olarak buhar basıncının altına düşmesiyle kabarcıklar oluşur; bu kabarcıklar yüksek basınç bölgesine taşındığında şiddetle çöker (implosion) ve pitting, yüzey yorulması, salmastra/rulman hasarı ve pompa çarkı erozyonu görülür.

Vana Çarpması ve Kaçak: Ters akış anında klasik salıncak (swing) çekvalflerin kapakları oturağa şiddetle vurabilir, bu da salmastra/packing ve oturma yüzeylerinde yıpranmayı hızlandırır; uçucu bileşiklerin ortama sızma riski artar.

Aşırı Basınç ve Kontaminasyon: Dalgaların yansıması/kırılması sistemi rezonansa yaklaştırabilir; anlık çalışma basıncının üzerine çıkan pikler; boru, dirsek ve fittingslerde hasar doğurur. Ters akış tekrarlandığında sızdırmazlık zayıflar ve özellikle içme suyu/kimyasal hatlarda kontaminasyon riski büyür.

HİDROLİK TEMELLER: ETKİLERİ SAYISALLAŞTIRMAK

Joukowsky Denklemi (su darbesi basınç artışı):

ΔP = ρ · a · Δv

  • ρ: akışkan yoğunluğu (kg/m³)
  • a: dalga hızı (m/s) — boru malzemesi/akışkana bağlı
  • Δv: hızdaki ani değişim (m/s)

Basınç Kaybı (Darcy–Weisbach):

ΔP = f · (L / D) · (ρ v² / 2)

  • f: sürtünme katsayısı (Moody diyagramı)
  • L: hat uzunluğu, D: iç çap

Mühendislik ipucu: Kapatma süresini uzatmak (actuation ramp), valf yakınına hava/hidrolik amortisörü yerleştirmek, boru pürüzlülüğünü düşürmek ve genleşme halkaları kullanmak, Δv’yi azaltarak su darbesi riskini düşürür.

DOĞRU ÇEKVALF SEÇİMİ: TİP – UYGULAMA MATRİSİ

Ters akışı sınırlandırmanın ilk adımı çekvalf seçimidir. Aşağıdaki özet, farklı tiplerin davranışını karşılaştırır.

Çekvalf Tipi Kapanma Dinamiği Su Darbesi Eğilimi Notlar / Tipik Kullanım
Salıncak (Swing) Yerçekimi ve ters basınçla kapanır; kapak stroke’u uzun Yüksek Basit ve yaygın; fakat ters akışlı anlarda “slam” riski yüksektir.
Yaylı (Spring Check) Yay kuvvetiyle hızlı, pozitif kapanma Düşük Dikey/yatay fark etmeksizin güvenilir kapanma, kimyasal/gaz/temiz su hatları.
Sessiz / Non-Slam Kısa strok–yaylı piston; akışla uyumlu hızlı tepki Çok düşük Titreşim ve aşırı basınç piklerini azaltır; temiz su/HP kimyasal hatlar.
Çift (Double Check) Seri bağlı iki yaylı eleman Düşük Biri kaçırırsa diğeri sızdırmaz; evsel sulama vb. düşük riskli hatlarda önerilir. Yüksek tehlikeli servislerde önerilmez.

Tasarım notu: Çekvalfin cracking pressure değeri proses değerleriyle uyumlu olmalı; çok düşükse sallanma (chatter), çok yüksekse gereksiz basınç kaybı yaşanır.

KRİTİK UYGULAMALARDA GÜÇ DESTEKLİ VANALAR VE VAKUM KIRICILAR

PAV (Power-Assisted Valve): Pompa tripi, debi/sıcaklık sapması gibi olaylarda programlı kapanma sağlayan elektrikli/hidrolik/pnömatik tahrikli vanalardır. Genellikle bir çekvalf + PAV birlikte kullanılır: ani basınç düşüşünde önce çekvalf kapanır, PAV kontrollü kapanmayla sistemin dalga enerjisini soğurur ve ekipmanı korur.

Vakum Kırıcı / Hava Girişi: Bazı senaryolarda hat basıncı vakum seviyesine düşebilir; bu da kavitasyon riskini artırır. Uygun yer seçimiyle vakum kırıcılar, gerektiğinde hava enjekte ederek hattı korur (hava toleransı olan sistemlerde).

TASARIM – İŞLETME KONTROL LİSTESİ

  • Hidrolik profil: Pompa–vana–boru kombinasyonunda hız, kapatma süresi ve dalga hızını analiz edin (Joukowsky).
  • Vana karakteri: Kapanma süresini ayarlanabilir (damped) tahriklerle optimize edin; “ani kapatma”dan kaçının.
  • Yerleşim: Çekvalfleri pompaya yakın konumlandırın; dikey hatlarda yaylı tipleri tercih edin.
  • Esneklik ve destek: Boru askıları/ankrajları, genleşme halkaları ile rezonansı azaltın.
  • Filtrasyon/temizlik: Debris kavitasyon ve sızdırmazlık problemlerini büyütür; hatları periyodik flush edin, uygun yağlama uygulayın.
  • Standartlar ve kodlar: Ticari, endüstriyel, HVAC ve şebeke hatları için ilgili borulama standartları; boyut, basınç ve hız limitleri ile vana tip/oryantasyon gerekliliklerini tanımlar.

SONUÇ

Ters akış, yalnızca bir “konfor sorunu” değil; emniyet, güvenilirlik ve işletme maliyetleri üzerinde doğrudan etkisi olan bir tasarım/işletme problemidir. Doğru çekvalf seçimi (non-slam/spring), kontrollü kapanma sağlayan PAV entegrasyonu, vakum kırıcılar, hidrolik hesaplar ve standartlara uygun yerleşim ile ters akışın tetiklediği su darbesi, kavitasyon, sızıntı ve kontaminasyon riskleri etkin biçimde azaltılabilir.

Boru Hatlarında Sürgülü Vana Yerine Kelebek Vana Tercih Etmenin Avantajları

, ,

GİRİŞ: SÜRGÜLÜ VE KELEBEK VANALARIN GENEL TANIMI

Boru hattı sistemlerinde akış kontrolü, tesisatın verimliliği, güvenliği ve bakım maliyetleri açısından kritik öneme sahiptir. Bu noktada kullanılan vana tipi, sistem performansını doğrudan etkiler. Endüstride yaygın olarak tercih edilen iki ana vana tipi vardır: sürgülü vanalar (gate valves) ve kelebek vanalar (butterfly valves).

Sürgülü vanalar, akışı tamamen açmak veya kapatmak için kullanılan lineer hareketli vanalardır. Tam açık konuma getirildiğinde akış direnci çok düşüktür, ancak yapıları ağır ve hacimlidir. Bu durum hem montaj sırasında hem de tesisata getirdiği yük açısından bazı dezavantajlar oluşturur.

Kelebek vanalar ise, ortasında döner bir disk bulunan ve bu disk aracılığıyla akışı kontrol eden kompakt yapılı vanalardır. Diskin 90° döndürülmesi ile açma-kapama işlemi gerçekleştirilir. Hafif, maliyet avantajlı ve montajı kolaydır. Son yıllarda endüstride sürgülü vana yerine kelebek vana kullanımı giderek artmaktadır.

AĞIRLIK VE MONTAJ AVANTAJI

Sürgülü vanalar, özellikle büyük çaplı hatlarda oldukça ağırdır. Örneğin DN1000 çapında bir sürgülü vana, onlarca kilogram ağırlığında olabilir ve bu da ek destek yapıları gerektirir. Bu durum hem montaj süresini uzatır hem de tesisat maliyetlerini artırır.

Kelebek vanalar ise aynı çap ve basınç sınıfında çok daha hafiftir. Örneğin DN1000 çapındaki bir kelebek vana, aynı ölçüdeki sürgülü vanadan %60’a kadar daha hafif olabilir. Bu hafiflik, montaj sırasında vinç kullanım ihtiyacını azaltır, boru hattına binen yükü düşürür ve destek elemanlarının maliyetini minimize eder.

Ayrıca kelebek vanaların kompakt tasarımı, dar alanlarda montajı mümkün kılar. Bu özellik, özellikle gemi inşası, enerji santralleri ve endüstriyel tesislerde büyük bir avantaj sağlar.

MALİYET VE ÜRETİM KOLAYLIĞI

Kelebek vanaların üretim süreci, sürgülü vanalara kıyasla daha basittir. Daha az parça kullanılması ve gövde tasarımının kompakt olması, üretim maliyetlerini düşürür. Bu maliyet avantajı yalnızca satın alma aşamasında değil, bakım sürecinde de kendini gösterir.

Büyük çaplı hatlarda sürgülü vana yerine kelebek vana tercih etmek, proje bütçesini %20–40 oranında azaltabilir. Ayrıca, hafifliği sayesinde nakliye masrafları da daha düşüktür.

Convalve, farklı gövde malzemeleri (dökme demir, sfero döküm, paslanmaz çelik) ve conta seçenekleri ile her projeye uygun ekonomik çözümler sunmaktadır.

HIZLI AÇMA-KAPAMA VE AKIŞ KONTROLÜ

Sürgülü vanalar tam açma veya kapama için çok sayıda tur gerektirir. Bu da özellikle acil durumlarda zaman kaybına neden olabilir. Kelebek vanalar ise “quarter-turn” yani 90° dönüş ile tamamen açılıp kapanır. Bu sayede acil müdahale gerektiren durumlarda (örneğin boru hattı patlaması veya yangın riski) hızlıca devreye alınabilir.

Bunun yanı sıra, kelebek vanalar kısmi açılma konumlarında da kullanılabilir. Böylece akış miktarı hassas şekilde kontrol edilebilir. Sürgülü vanalar genellikle tam açık veya kapalı pozisyonda kullanılırken, kelebek vanalar vana pozisyonu ayarlanarak debi kontrolü sağlayabilir.

BAKIM KOLAYLIĞI VE DAYANIKLILIK

Kelebek vanalar, basit mekanizmaları sayesinde düşük bakım gerektirir. Gövde içinde hareket eden parça sayısının az olması, aşınma riskini düşürür. Disk ve conta değişimleri görece kolaydır ve bakım süresi kısadır.

Convalve kelebek vanaları, EPDM, NBR, Viton veya metal conta seçenekleriyle hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda üstün sızdırmazlık sağlar. Korozyon direnci yüksek malzemeler kullanılarak üretilen modeller, deniz suyu, kimyasal akışkanlar ve yüksek basınçlı hatlarda uzun yıllar sorunsuz çalışır.

DEZAVANTAJLAR VE UYGULAMA SINIRLARI

Her ne kadar kelebek vanalar birçok avantaja sahip olsa da bazı durumlarda sürgülü vanalar tercih edilmeye devam etmektedir. Çok yüksek basınç sınıflarında (örneğin PN40 ve üzeri) veya sıfır sızıntı gerektiren kritik proseslerde sürgülü vanalar daha uygun olabilir.

Ayrıca kelebek vanalarda, disk yapısı nedeniyle tam açık konumda bile küçük bir akış direnci oluşur. Bu durum bazı özel proseslerde istenmeyebilir. Ancak modern tasarım ve conta teknolojileriyle bu fark minimum seviyeye indirilmiştir.

CONVALVE ÇÖZÜMLERİ VE PROJE ÖRNEKLERİ

Convalve, 20 yılı aşkın üretim tecrübesi ile boru hattı sistemleri için yüksek kaliteli kelebek vana çözümleri sunmaktadır. Ürünlerimiz, Avrupa, Orta Doğu, Afrika ve Asya’da çok sayıda endüstriyel projede güvenle kullanılmaktadır.

Gerçek Proje Örnekleri:

  • Türkiye – Termik Santral Projesi: Ana su devresinde kullanılan DN800 kelebek vanalar ile bakım aralıkları %35 uzatıldı.
  • BAE – Deniz Suyu Arıtma Tesisi: Paslanmaz çelik gövdeli, PTFE contalı kelebek vanalar ile korozyon sorunları ortadan kaldırıldı.
  • Hollanda – Liman Tesisi: Büyük çaplı boru hatlarında sürgülü vana yerine kelebek vana kullanılarak proje maliyeti %28 azaltıldı.

SONUÇ

Boru hatlarında vana seçimi, sistemin performansını, bakım maliyetlerini ve güvenliğini doğrudan etkileyen bir karardır. Kelebek vanalar, hafiflik, maliyet avantajı, hızlı açma-kapama, kolay bakım ve akış kontrolü gibi birçok üstün özelliği ile sürgülü vanalara kıyasla önemli avantajlar sunmaktadır.

Convalve’nin yüksek kaliteli ve uzun ömürlü kelebek vana çözümleri, hem yeni kurulum projelerinde hem de mevcut sistemlerin modernizasyonunda en güvenilir tercihlerden biridir.