Sanayide depolamada ve prosesin çeşitli kademelerinde tank,
dram, kolon gibi isimler altında bazı cihazlar kullanılmaktadır. Hangi amaçla
kullanılırsa kullanılsın, bu bu ekipmanların kendilerine özgü imalat
yöntemleri, kuralları ve üzerlerinde bulunması gerekli olan ortak sistemler vardır.
Katılar, sıvılar ve gazların depolanması atmosferik kaplarda
yapıldığı gibi basınçlı kaplarda da yapılabilir. Ayrıca sıcaklığın, cisimlerin
fiziksel özelliklerini etkilemesinden de depolamada yararlanılır. Çok yüksek
basınçlar altında depolanması gereken maddelerin, (örneğin hafif
hidrokarbonların) sıcaklığı düşürülerek daha düşük basınçlarda depolanması
mümkündür. Böylece hem depolama hacmi küçültülür, hem de yüksek basıncı
karşılayacak malzeme sıkıntısından kurtulunur. Hatta bazı hallerde sıcaklık düşürülerek
atmosferik basınç şartlarında depolama koşulu da sağlanabilir.
GAZLARIN
DEPOLANMASI
Gazometreler
Gazlar bazan, tavan bölümü hareketli gazometreler içinde
depolanırlar (Şekil-58). Gazometre bir silindir içinde, aşağı yukarı hareket
eden diğer bir silindirdir. Dik olarak yerleştirilen bu silindirlerden içte ve
üzeri tavan ile kapatılmış olanı yukarı-aşağı hareket eder. Tankın içine gaz
gönderildikçe üstteki silindir yukarı doğru hareket ederek, gelmekte olan gaza
yer (hacim) açar.
İki silindir birbirine sürtünmeyecek şekilde, iç taraflarına
yerleştirilmiş ray ve tekerlek üzerinde kayarak hareket eder. Hareket eden üst
silindirin dengesi ve ağırlığı önemlidir. Hareket herhangi bir şekilde
engellenirse tankta yer açılmayacağından basınç birikmelerine yol açılır, veya
gaz dışarı alınırken üst silindir aşağıya inmezse içeride eksi basınç yani
vakum oluşur. Tanklar içinde oluşan vakumlar, basınç yükselmeleri kadar önemli
ve tehlikelidir.
Silindirler arasından gaz sızıntısı olmaması için iki yüzey
arasında sıvı veya katı tipte bir tür izolasyon yapılır. İzolasyonda, üst
kısımla (çan) birlikte hareket eden ve gazla reaksiyona girmeyen yapay bir
kauçukla impregne edilmiş (emdirilmiş) branda kullanılır. Çan kısmına
sabitlenmiş branda, mekanik düzeneklerle tankın alt parçasının iç yüzeyinde
kayacak şekildedir.
Gazlar bu şekilde atmosfer basıncının biraz üzerinde ve
sabit bir basınç altında depolanmış olurlar.
Şekil-58: Bir
gazometrenin şematik görünümü
Sıvı
İçinde Çözme
Bazı gazlar sıvılar içinde çözülmüş olarak depolanabilir.
Böyle bir depolama az miktarlarda gaz gerektiğinde, gaz basıncının atmosfer
basıncına eşit olduğu veya biraz üstünde bulunduğu ve ıslak gazın kullanımında
bir sakınca olmadığı hallerde uygulanır. Amonyak suda çözülerek, asetilen
asetonda çözülerek, hidrojen klorür suda çözülerek depolanabilir. Asetilenin
kararlı bir yapıda olmaması böyle bir depolama şekline avantaj sağlar.
Basınç
Altında Depolama
Gazlar basınç altında büyük dramlarda, tanklarda, küçük kaplarda
(birkaç litrelik hacimler) veya boru hatlarının içinde depolanabilir, ancak
buralarda hep basınç altında bulunur. Basınçla gazların hacmi küçüldüğü gibi,
bazı gazların sıvılaştırılması da mümkündür; örneğin, CO2, LPG,
klor, freon gibi.
Basınçlı kaplar ilk sanayileşme günlerinden itibaren
ilgilenilen konulardan olduğundan bu hususta çok detaylı standartlar
oluşturulmuştur. Buhar kazanları ile ilgili dramlar bu standartların doğmasında
ilk çalışma yapılan ekipmanlardır. En yaygın olanları, ASME-American Society of
Mechanical Engineers, API-American Petroleum Institute dir.
Boru
Hattı İçinde Depolama
Gazların nakli için günümüzde çok uzun mesafelere boru
hatları döşenmektedir. Boru hatlarının amacı, gazların taşınması olduğundan
depolama fonksiyonları ikinci planda kalır. Boru hatlarının depolama
fonksiyonlarını yükseltmek için hattın basıncının yükseltilmesi gerekir. Basınç
yükseltilmesi için ise boru spesifikasyonlarının ve imalat şekillerinin buna
uygun olması lazımdır; bu noktada konunun ekonomikliği hususu tartışılmaya
başlanır.
Bütün bu irdelemelere ve tartışmalara rağmen bu gün uzun
mesafelere doğal gaz taşıyan boru hatlarının basınçlarının oldukça yüksek
olduğu görülmektedir. Gaz taşıyan boruların işletme basınçları 1000-1500 psi
dır. Boruların kategorileri ise genellikle Sch 60 olarak seçilmekte, çapları,
iletilecek gazın miktarına göre yaklaşık 42-60 inc arasında değişmektedir.
Yukarıda bahsedilen büyüklüklerde bir boru hattının, mesela Sovyetler
Birliği'nden, Batı Avrupa 'ya gaz taşıyan boru hattını sadece doldurmak için ne
kadar doğal gaz gerektiği hesaplanabilir.
Düşük
Sıcaklıklarda Depolama
Gazların düşük sıcaklıklarda sıvılaştırıldıktan sonra
depolanması mümkündür; bu şekilde büyük miktarlardaki gazların depolanması
sağlanabilir. Düşük sıcaklıklardaki depolamada, genellikle atmosfer basıncı
veya bunun biraz üzerindeki bir basınçta gazın sıcaklığı düşünülerek gaz
yoğunlaştırılır ve depolanır. İşletme ve ekonomik şartlara göre, ara basınçlar
da tercih edilebilir.
Sıcaklık –150 0F altında (yaklaşık –65 0C)
ise, bu bölgedeki sıcaklıklara "kriyojenik" (Cryogenic) sıcaklıklar
denir. Birçok gazın bu bölgeye gelmeden yoğunlaştığı da bilinmektedir. Ancak
hafif hidrokarbonlar ve sanayide inert gaz olarak kullanılan azot ancak
kriyojenik sıcaklıklarda yoğunlaşabilirler.
Kriyojenik sıcaklıklara inilmesinde, düşük sıcaklık tekniği
uygulanmasına rağmen ilave mekanik ve teknik problemlerle karşılaşılır.
Bunların başında ekipman ve bağlı parçalarının genleşmeleri gelir. Tankın iç
yüzeyinin çok düşük sıcaklıktaki sıvı sıcaklığında, dış yüzeyinin ise atmosfer
sıcaklığında bulunduğu düşünülecek olursa, malzeme seçimindeki problemler
anlaşılabilir. Ayrıca düşük sıcaklık, bilindiği gibi malzemenin kırılganlığını
yükseltir. –75 0F kadar normal çelikler –150 0F sıcaklığa
kadar düşük alaşımlı çelikler kullanılabilirse de, daha düşük sıcaklıklarda
austenitik paslanmaz çeliklerin kullanılması gerekir.
Diğer bir problem de izolasyonun çok özel malzemeler ile ve
değişik teknikle yapılması gereğidir.
Soğuk depolamada özel izolasyon yanında, çift cidarlı
tanklara da gereksinim vardır. Çift cidarlı bir tank, iki cidar arasında vakum
uygulanmasa bile, hareketsiz bir hava tabakası ile dolu olacağından çok iyi bir
yalıtkan özellik kazanır. Bütün bu hususlar düşünülürken, daha önce belirtilen
ekonomik koşulların karşılaştırılması mutlaka yapılmalıdır.
Sıvılaştırılmış gazın depolanması sırasında gaza dışarıdan
ısı girmesi kaçınılmazdır; izolasyon ancak giren bu ısı miktarını azaltır. Isı
sızması nedeni ile buharlaşan gazın geri kazanılması, soğuk depolamada önemli
diğer bir konudur. Buharlaşan gazın atmosfere verilmesi (hava, N2, O2
dışında) kirlilik yaratacağı ve kayıp olacağı için istenmez. Bu nedenle düşük
sıcaklık depolamasında, gazları toplayan (kompresör) ve tekrar yoğunlaştıran
sistemler gerekir.
SIVILARIN
DEPOLANMASI
Sıvıların depolanması gazlardan çok daha yaygındır.
Depolamanın mümkün olduğunca zeminde yapılması ve büyük avantajlar görülmedikçe
yüksek yerlere depo tankı konulması istenmez. Ancak yüksek yerlere (platformlar
üzerine, ayaklar üzerine gibi) tank konulmasını gerektiren durumlar da vardır;
örneğin tanklardan büyük miktarlarda sıvı çıkışına gereksinim olduğunda, sıvıyı
pompalayacak pompanın çalışmasına yardımcı olmak zorunluluğu doğar (örneğin
NPEY yetersiz olduğunda, emiş noktasındaki yükseklik arttırılarak yeterli NPEY
sağlanır), veya pompanın arızası sırasında sıvı akımının devam etmesi
istenebilir (yangın suyu depolarında olduğu gibi).
Üstleri
Açık Tanklar
Sıvıların yağmur, kar, hava kirliliği gibi atmosfer
şartlarından etkilenmemesi halinde, üstleri açık şekilde depolanması mümkündür.
Genellikle arıtmaya tabi tutulacak sıvılar bu şekilde depolanır.
Sabit
Tavanlı Tanklar
Sıvılar atmosfer şartlarından etkileniyorsa tavanları örtülü
yerlerde depolanmalıdır; böylece sabit tavanlı tanklar ihtiyacı doğmuştur.
Sabit tavanlı tanklar tavanın yapısına göre gruplandırılır. Düz tavanlı tanklar
küçük çaplı tanklardır. Tankın kapasitesi, dolayısıyla çapı büyüdükçe tavanın
şeklinin de değişmesi gerekmektedir. Bu durumlarda tavan çan şeklinde veya
koniktir. Konik yapıdaki tavanın altında putreller şeklinde destek çubukları
yerleştirilmesi zorunluluğu vardır. Desteklerin şekli ve miktarının hesabı özel
bir tekniktir. Ancak bu teknikte konik tavanın üzerine binecek kar yükü ile
rüzgar yükü ana faktör olarak dikkate alınır.
Sabit tavanlı tanklarda depolama sırasında tankın nefes
almasını sağlayacak çıkışların (vent) bulunması gerekir. Tankın doldurulması
sırasında sıvı seviyesi yükselirken, sıvı ile tank tavanı arasında kalan gazın
yükselen seviye kadarı boşaltılmalıdır; aksi halde tank içinde basınç oluşur.
Aynı şekilde tank içinden sıvı çekilirken vakum oluşmaması için, boşalan hacmin
doldurulması gerekir; bu işlem tanka hava girmesine izin verilerek yapılmalıdır.
Bunun için genellikle tankların ventlerinde azot bağlantıları bulunur; tank
içinde basınç düştüğünde tanka azot girer. Ancak hidrokarbonların depolanması
durumunda tank içine hava girmesi güvenlik yönünden sakıncalı bulunabilir.
Ayrıca hava içindeki oksijenin depolanan sıvı ile sıvının cinsine göre bazı
hallerde reaksiyona girmesi de mümkündür. Depolanan sıvının buhar basıncına ve
depolama sıcaklığı ile atmosfer sıcaklığına bağlı olarak bir miktar sıvının
sürekli olarak buharlaşması da söz konusu olabilir. Böyle durumlarda bir miktar
sıvı buharın, tankın tavanındaki ventten çıkarak atmosfere gitmesi
kaçınılmazdır.
Verilen bilgiler, tank ventlerinin sadece atmosfere açılan
borular olmadıklarını göstermektedir. Ventlerin ihtiyaca göre vakum kırıcılar,
basınç ayarlayıcılar, inert gaz bağlantıları ve en önemlisi alev tutucular
içermeleri gerekir.
Yüzer
Tavanlı Tanklar
Ventlerden çıkan gaz miktarı kayıp veya atmosfer kirliliği
açısından önemli oluyorsa, bu durumda sıvı seviyesi üzerine oturan ve sıvı
seviyesi ile birlikte hareket eden yüzer tavanlı tanklar kullanılır (Şekil-59).
Yüzer tavanlı tanklar gaz depolanmasında kullanılan gazometreler ile büyük
benzerlik gösterir.
Yüzer tavanlı tanklarda gövde ve taban, aynı konik tavanlı
tanklarda olduğu gibidir, sadece tavan farklıdır. Tavan, depolanan sıvının
üzerinde yüzecek şekilde yapılmıştır. Üç tür yüzer tavan tipi bulunmaktadır:
(a) tek döşemeli (tava tipi), (b) halka dubalı, (c) çift döşemeli.
Çok karlı ve yağışlı bölgelerde iç yüzer tavanlar kullanılır.
Bunlarda yüzer tavanın üstünde konik bir tavan bulunur. Böylece yüzer tavan
üzerine binecek kar yükü, konik tavana taşınarak yüzer kısmın rahat çalışmasını
sağlar. Yüzer tavanlı tanklarda sıvı seviyesi üzerindeki buhar hacmi sabit
kaldığı veya sıfırlandığı için doldurma ve soluma kayıpları çok azalır. Bu
tanklarda hareketli tavan ile sabit cidar arasındaki sızdırmazlık normal
olarak, pabuç veya sürtme plakası adı verilen bir parça ile sağlanır. Pabuç,
tankın cidarına ağırlıklar veya yaylar yoluyla sıkıca bastırılır. Pabuç ile
tavan arasındaki sızdırmazlığın temininde esnek bir membrandan yararlanılır.
Şekil-60 da, Yüzer tavan için çeşitli sızdırmazlık düzenleri görülmektedir.
Yüzer tavanın, gazometrelerde olduğu gibi çok iyi
merkezlenmesi ve hiç bir takıntı olmadan sıvının üzerinde hareket etmesi
gerekir. Tankın çapı büyüdükçe tavanın şeklinin korunması için, kendi üzerinde
desteklemelere ihtiyaç doğar. Şekil-61 de görülen gergi çubukları ve diğer
destek profilleri bu amaçla kullanılır.
Ayrıca tavan üzerinde toplanacak yağmur sularının çok iyi bir şekilde
akıtılmasını sağlayacak gider (drain) sisteminin kurulmuş olması gerekir. Kar
yağışları ve bunun getireceği ilave yüklerin de çok iyi hesaplanmalıdır.
Şekil-59: Yüzer
tavanlı tankların şematik görünümleri; (a) tek döşemeli, (b) halka dubalı, (c)
çift döşemeli yüzer tavanlar
Şekil-60:
Yüzer tavanda uygulanan sızdırmazlık düzenekleri; (a) helikal, yaylı, (b) karşı
ağırlıklı, (c) İnce yaprak yaylı, (d) esnek boru, sistemleri. (e) Dubalı yüzer
iç tavanın sızdırmazlık düzeneği
Şekil-61:
Değişik yüzer tavan tipleri; (a) sandviç yapı, (b) tava tipi
Yer
Altı Depolama
Yer üstü depolamanın getirdiği mali yükler ve gerekli yüksek
teknoloji, bazı ihtiyaçlar için başka olanakların araştırılması zorunluluğunu
doğurmuştur. Yer altında yapılacak depolama büyük teknolojiler ve yatırımlar
gerektirmediği için yer altı şartları, depolanacak madde uygunsa bazı hallerde
cazip olmaktadır.
Öncelikle yer altının jeolojik yapısının depolamaya uygun
olması gerekir. İlk şart depolama hacminin sızdırmaz bir bölge içinde
yaratılmasıdır. Sızdırmazlık hem depolanacak maddenin kaybedilmemesi, hem de
madde zararlı ise çevre kirliliği yaratılmaması yönünden önemlidir.
Depolama için yer altında ilk akla gelen hacim ve yerler
eski maden ocakları, taş ocakları veya mağaralar olmaktadır. Bu hacimlerde,
ilavelerle sızdırmazlığı sağlayacak önlemlerin alınması da mümkündür. Bunun
yanında örneğin tuz galerilerine su verilerek tuzun çözülmesi ve yeterli bir
hacim elde edilmesi de yapılan uygulamalar arasındadır; böylece iyi bir
sızdırmazlık da elde edilebilir. Yer altının gözenekli ve poroz yapısından da
yararlanılarak depolama olanakları yaratılması sağlanabilmektedir.
Yeraltı imkanlarından, öncelikle petrol ve ürünleri ile
doğal gazın büyük miktarlardaki depolamasında yararlanılmaktadır. A.B.D.'nin
Güney Batı Bölgesinde büyük boyutlarda yeraltı depolama uygulanmaktadır.
Sovyetler Birliği de yeraltı depolamasına geniş çapta girmiştir. Bilindiği gibi
Cezayir'den yurdumuza getirilecek tabii gazın depolanması için yeraltı jeolojik
imkanları çok ciddi boyutlarda incelenerek olanak yaratılması üzerinde
çalışılmaktadır.
Bunun yanında yeraltı depolama imkanlarının, atıkların
ortadan kaldırılması için uzun zamanlardan beri kullanıldığı bilinmektedir.
Ancak her iki yöndeki yararlanma (ürün depolama ve atıkların kaldırılması)
sırasında en ufak ve uzak bir ihtimalle olsa bile, çevre kirliliği
yaratmayacağından emin olunması gerekmektedir.
Şekil-62 de yeraltı depolama tanklarına bazı örnekler
verilmiştir.
(a)
(b)
(c)
Şekil-62: Yer altı depolama tank çeşitleri;
(a) kuvvetlendirilmiş beton tank, (b) cam elyaflı tank, (c) demir (veya metal)
tankın, şematik görünümleri
BASINÇLI KAPLAR
Akışkanların depolanmasında ve özellikle proseslerin
ilerleyişi içinde akışkanların prosese sokulması için basınçlı kaplardan
geçirilmesi gerekmektedir. Basınçlı kap (pressure vessel) iç veya dış basıncı
1.05 kg / cm2 (15 psi) den büyük olan kaplardır. Dış basınç, içerde
oluşturulan akışkan basıncından ileri gelebilir.
Basınçlı kaplar değişik geometrik şekillerde olabilirler;
silindirik, küremsi veya tam küre olanları vardır. Silindirik kapların kafa
şekilleri de çeşitlidir; düz, konik, yarı elipsoid ve yarı küre şeklinde
kafalar bulunur. Silindirik kaplar düşey veya yatay olabilirler ve çeşitli
şekillerde desteklenebilirler. Küremsi kapların destekleri kısmen veya tamamen
zemine oturur.
Küre kaplar normal olarak çelik kolonlarla desteklenirler.
Kolonlar ya doğrudan küreye, ya da küre eteğine bağlanır. Ceketli kapların bir
kılıfı veya dış kabuğu vardır ve kabın kendi cidarı ile kılıf arasında belli
bir aralık bulunur. Basınçlı kaplar çok değişik yöntemlerle yapılır.
Günümüzde basınçlı kapların çoğunluğu kaynakla
yapılmaktadır. Kaynak tekniğinin gelişmediği dönemlerde en yaygın yapım yöntemi
perçinlemeydi. Levhaların perçinle bağlanacak uçları ya üst üste bindirilir,
veya yan yana getirilerek üzerine bir ek şeridi konur ve perçinlenirdi. Ekin
sızdırmazlığını sağlamak için gerek levha uçlarına ve gerekse perçin kafalarına
özel dolgu malzemeleri sürülürdü. Yüksek sıcaklıklarda bu malzemeler
sızdırmazlığı sağlamada yetersiz kaldıklarından, aynı zamanda ince bir sıra
kaynak da çekilirdi. Günümüzde artık bu yöntem pek seyrek kullanılıyorsa da,
eski tesislerde böyle yapılmış kaplara hala rastlanabilmektedir. Yüksek
basınçlarda çalışan kalın cidarlı silindirik kaplarda gövdede boyuna dikiş
olmaması istenir. Bu tür kaplara bir örnek olarak içinde hidrojenle reaksiyonunun
bulunduğu hidrokraking reaktörleri gösterilebilir; dikişsiz bir silindirik
gövde, sıcak çekilmiş (dikişsiz) bileziklerin birbirine çevresel kaynaklarla
eklenmesiyle elde edilir.
Bir başka yapım yöntemi çok katlı yöntem olarak bilinir. Bu
yöntemde silindirik gövde, iç içe geçmiş kısmen ince cidarlı silindirlerden
oluşur. Yüksek basınçla karşılaşan kalın cidarlı rektörler ve dramlar bazan bu
yöntemle yapılırlar.
Karbonlu çelik, basınçlı kapların yapımında en çok
kullanılan malzemedir. Ancak özel amaçlar için başka malzemeler de kullanılır.
Bunların başlıcaları ostenitik veya ferritik alaşımlar, nikel ve alüminyumdur.
Korozyonun veya erozyonun, karbonlu çeliğin direncini aşacağı tahmin ediliyorsa
veya karbonlu çeliğin ürünü kirletmesi olasılığı varsa, bu durumda bir çözüm,
kabın bu koşullara dayanıklı diğer metallerle veya metal dışı malzemelerle kaplanmasıdır.
Bir kabı korozyona dirençli bir malzeme ile kaplamak, doğal
olarak o kabın tümüyle aynı malzemeden yapılmasından daha ucuzdur. Fakat
sıcaklık ve basınç yüksekse, kabın tümünü yüksek sıcaklık ve basınca dayanıklı
alaşım çeliklerinden imal etmek, hem zorunlu ve hem de ekonomik olabilir.
Basınçlı kaplarda çoğunlukla iç aksesuar bulunmaz,
ancak bazılarında perde, tepsi, ızgara,
siklon, boru kangalı, püskürtme nozulu, tel süzgeç ve soğutma sıvısı borusu
gibi aksesuarlar vardır. Büyük küremsi tankların içinde takviye kuşakları ve
gergi çubukları bulunabilir. Vakum kaplarının çoğunda içte ve dışta takviye
bilezikleri vardır. Proseste kullanılan basınçlı kaplar arasında kimyasal
reaksiyonların yer aldığı ısıl ve katalitik reaktörler; bu reaksiyonlarda
oluşan çeşitli bileşenlerin birbirinden ayrıştırıldığı ayırıcılar; gazların,
kimyasal maddelerin veya katalistin üründen ayrıldığı seperatörler; sıvı
akışını düzenleyen dramlar; kimyasal reaksiyon üniteleri; çökeltme dramları;
kullanılmış kataliste veya kimyasal maddeye orijinal özelliklerinin tekrar
kazandırıldığı rejeneratörler sayılabilir. Bunlardan başka ısı değiştiriciler
ve yoğuşturucular gibi çok bilinen bazı basınçlı kaplar da vardır.
GERİ (proje çalışmaları)
