Buhar Tesisatı-Hesaplar-İşletilmesi
1—Sistem Mantığı:
1--Buhar, bir kazan içerisindeki suya ısı enerjisi verilerek üretilir. Isı enerjisi verdiğimiz zaman su önce kaynamaya başlar, ilave verdiğimiz enerji suyu buhara dönüştürür.Eğer, buharlaştırılması için verilen ısısını bırakmasına izin verilirse, buhar yoğuşur ve aynı sıcaklıkta kondense (suya) dönüşür.
2—Buharlı Cihazların Kullanım Yerleri:
1--Endüstriyel Tesisler:Buhar ile yüksek sıcaklıklara ulaşmak mümkündür. Ayrıca, hassas sıcaklık kontrolleri sağlanabilmektedir. Bu nedenle endüstriyel tesislerde yoğun olarak kullanılmaktadır.
Buhar kullanan sektörlerin başlıcaları; petro-kimya, tekstil, lastik, kağıt olarak sıranabilir. Bunun yanında, ilaç ve gıda üretiminde , otel ve hastanelerin mutfak ve çamaşırhanelerinde de buhar kullanılmaktadır.
2--Isıtma Sistemleri:Bölgesel ısıtma sistemlerinde buhar kullanılmaktadır. Merkezi bir kazan dairesinde üretilen buhar, binalardaki eşanjörlerden geçirilerek ısıtma sağlanmaktadır.
3--Elektrik Üretimi:Yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta üretilen kızgın buhar, buhar türbinlerinde elektrik enerjisine dönüştürülerek, elektrik üretiminde kullanılmaktadır.
3—Buharlı Cihazların Bahar Basıncına Göre Sınıflandırılması:
1--Alçak Basınçlı Buhar:0..1 bar
2--Orta Basınçlı Buhar:1..14 bar-Armatür sınıfı PN16
3--Yüksek Basınçlı Buhar:>14 bar.Armatür sınıfı PN25,40
4—Isı Taşımada Buharın Kullanılma Nedeni:
1--Isı Kayıpları Azdır.Buhar ideal bir ısı taşıyıcısıdır. Küçük çaplı borular ile iletilmesi nedeniyle, ısı kayıpları diğer sistemlerden daha azdır.
2--Geri Kazanım İle Enerji Tasarrufu:Gelişmiş ısı geri kazanma sistemleri ile, kazan blöf suyu ve flaş buhar dışarı atılmaz, kazan besleme tankına verilerek, kazan besi suyunun sıcaklığı yükseltilir.
Böylece sistemin verimliliği en yüksek değere çıkar. Ayrıca, geri kazanılan flaş buhar, düşük basınç ve düşük sıcaklıktaki ısıtma ihtiyacı için kullanılır.
3—Yatırım Gideri Azdır:
3.1--Buhar,aynı ısı kapasitesi için, sıcak su ve ısı transfer yağı sistemlerinden daha küçük boru çapları gerektirir. Bunun sonucunda daha az yatırım, ucuz montaj gideri ve daha az yalıtım malzemesi kullanılır.Sıcak su ve ısı transfer yağı sistemlerinde kullanılan sirkülasyon pompalarına buhar sistemlerinde gerek yoktur.
3.2--Doymuş suyun özgül entalpisi olan 4,186 kJ/kg’ın sıcaklığı 1°C yükselttiğini biliyoruz. Kazana ilave olarak soğuk su yerine ısıtılmış su verirsek suyu kaynama noktasına getirmek için verilmesi gereken entalpi miktarı azalacaktır.
Bunun neticesinde de buhar üretiminde gerekli olan yakıt miktarı önemli ölçüde azalacaktır. Ana buhar ve dağıtım borularında oluşan kondens, kazan besleme suyu olarak kullanılmaya hazırdır. Bu kondens suyunun buhar alanlarından alınması ve ziyan edilmemesi gerekir.
4—Buhar Hesapları:
4.1--Buhar Hatlarında Boru Çapı Tayini:
4.1.1--Hıza Göre Çap Tayini
1.1--Büyük çaptaki borularla ve yüksek basınçta iletilen doymuş buhar için kabul edilen azami buhar hızı genellikle 40 m/sn alınır.
1.2--Bu değer orta çaplar için 25 m/sn, daha küçük çaplar için ise 15 m/sn alınır.
1.3--40 m/sn yüksek buhar hızları, enerji santrallarında ve bazı proses devrelerindeki büyük buhar çaplarında, 60 m/sn ve daha yüksek buhar hızları ise kızgın buhar hatlarında görülür. Çap tayini Tablo yardımı ile yapılabilir
4.2-4.2-Çapın Basınç ve Akış Hızına Göre Seçimi Tablosu
bar m/s 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200
15 7 14 24 37 52 95 145 213 394 643 917 1606
0.4 25 10 25 40 62 92 152 255 384 675 972 1457 2806
______ 40 17 35 64 102 142 265 403 576 1037 1670 2303 4318
15 7 16 25 40 59 109 166 250 431 680 1005 1708
0.7 25 12 25 45 72 100 182 287 430 716 1145 1 575 2816
_______ 40 18 37 68 106 167 298 428. 630 1108: 1712 2417 4532
15 8 17 29 43 65 112 182 260 470 694 1020 1864
1-0. 25 12 26 48 72 700 193 300 445 730 1160 1660 3099
_______ 40 19 39 71 112 172 311 465 640 115D 1800 2500 4815
15 12 25 45 70 100 182 280 410 715 1125 1580 2814
2.0 25 19 43 70 1.12 162 295 428 656 1215 1755 2520 4815
_______ 40 30 64 115 178 275 475 745 1010 1895 2925 4175 7578
'15 16 37 60 93 127 245 385 535 925 1505 2040. 39.83
3.0 25 26 56 100 152 225 425 532 910 I580 2480 3440 6779
_______ 40 41 87 157 250 357 595 1025 1460 2540 4050 5940 10476
15 19 42 70 108 156 281 432 635 1166 1685 2460 461S
4.0 25 30 63 115 180 270 450 742 1080 1980 2925 4225 7866
_______ 40 49 116 197 295 456 796 1247 1825 3120 4940 7050 12661
15 22 49 87 128 187 352 526 770 1295 2105 2835 5548
5.0 25 36 81 135 211 308 548 885 1265 2110 3540 5150 8865
______ 40 59 131 225 33S 495 S55 1350 1890 3510 5400 7870 13760
15 26 59 105 153 225 425 632 925 1555 2525 3400 5554
6.0 25 43 97 162 253 370 658 1065 1520 2530 4250 6175 10629
_______ 40 71 15.7 270 405 595 1025 1620 2270 4210 6475 9445 1651
15 32 70 126 190 285 475 300 1125 1990 3025 4540 8042
8.0 25 54 122 205 320 465 810 1260 1870 3240 5220 7120 13140
_______ 40 84 192 327 510 730 1370 2065 3120 5135 8395 1247S
15 41 95 155 250 372 626 1012 1465 2495 3995 5860 9994
10 0 25 66 145 257 405 562 990 1530 2205 382 5 6295 8995 İ5966
______ 40 104 216 4Q8 615 910 1635 2545 3600 6230 9880 14390
15 50 121- 205 310 465 810 1-270 1870 3220 5215 7390- '2921
14.0 25 85 195 331 520 740 1375 2080 3120 5200 8500 1256Ü
5—Sistem Tasarımı:
5.1-- Ana Buhar Hattı Dizaynı:Ana buhar hattına kondensin akmasına uygun olacak bir şekilde eğim verilmelidir. Eğim 1/70 oranında yapılır. Kazandan sonra bir yükselme sözkonusu ise, yükselen kısımda çap büyütülerek hız küçültülür ve kondensin aşağı doğru akması sağlanır.
5.2--Ana Buhar Hatlarında Boşaltma Düzeni:
Kondens toplama (cep) çapı DN100 boruya kadar anma çapı ile aynı, daha büyük çaplarda iki çap daha küçük seçilir (ancak 100 milimetreden küçük seçilemez). Ana buhar hatlarında her 30-50 metrede bir cep yapılır ve kondenstoplar bu ceplere bağlanır.
5.3--Kondens Tahliyesi
1--Isı kayıplarından dolayı yoğuşan buhar su haline gelir, buna kondens diyoruz. Kondensin gerek ana dağıtım, gerekse buhar hatlarından tahliyesi kondenstoplarla yapılmaktadır.
2--Tesisin verimli ve emniyetli çalışabilmesi için kondensin mümkün olduğu kadar çabuk bir şekilde alınması gerekmektedir.
Tesisatın içerisinde kalan, boşaltılmayan kondens, buhar tarafından yüksek hız ve gürültüyle sürüklenerek dirsek ve vanalara çarpar. Bu olaya koç darbesi adı verilir.
3--Kondens, ısı eşanjörlerinde bir film tabakası meydana getirerek ısı iletimini düşürür. Yetersiz kondens tahliyesi contalardan kaçaklara ve özellikle kontrol vana oturma yüzeylerinin aşınmasına neden olur.
5.4--Kondenstoplar
1--Kondenstoplar, buhar sistemlerinin en önemli elemanlarından birisidir. Kondenstoplar; hava, gaz ve kondensi (suyu) otomatik olarak tahliye eden fakat buharı tutan cihazlardır.
2--Buhar kullanılan cihazlardan sonra veya buhar hatlarının drenaj noktalarında kullanılırlar. Kondenstoplar üç temel çalışma prensibine göre üretilirler.
1-Mekanik Prensiple Çalışan Kondenstoplar:
Buhar ile kondens arasındaki yoğunluk farkını algılar ve kondensi buhar sıcaklığında tahliye ederler.
1--Ters kovalı kondenstoplar
2--Şamandıralı kondenstoplar
2- Termostatik Prensiple Çalışan Kondenstoplar:
Buhar ile kondens arasındaki sıcaklık farklarını
algılayarak kondensi buhar sıcaklığının altında tahliye
eder.
1--Denge basınçlı termostatik kondenstop
2--Bimetalik kondenstop
5.3—Kondenstop Seçimi-Kondens Hesabı:
1—Isınma Kayıplarına Bağlı Oluşan Kondens Miktarı:
1.1--Formül:q =Wx(T-t)xSpx60-Lxm
Q =Kondens miktarı.... kg/h
T=Ortam sıcaklığı........ °C
W=Flanş, vana ve boruların toplam ağırlığı-kg
Sp=Çelik özgül ısısı...... 0,49 kj/kg°C
L=Buharlaşma entalpisi ....2000 kj/kg
T=Buhar sıcaklığı......... °C
M=Isınma süresi........... dakika
2--Örnek: 150 mm çapında 90 m uzunluğunda ve 15 adet flanş çifti ve bir buhar vanası ihtiva eden bir ana buhar hattının ısınması esnasında kondens miktarı nedir? Başlangıç ortam sıcaklığı 10°C, buhar basıncı
10 bar ve ısınma süresi 30 dakikadır.
150 mm çelik boru.......... 24,5 kg/m
150 mm flanş................ 31,3 kg/çift
150 mm stop van……………….159 kg/adet
W=(90 x 24,5)+159 +(15 x 31,30)=2833,5 kg
T=(T-t)=(184°C - 10°C)=174°C Sp=0,49 kj/kg°C L=2000 kj/kg m=30 dakika
Q=2833,5x174x0.49x60-2000x30=241,6 kg/h Hesaplanan kondens miktarı, emniyet katsayısı ile çarpılarak kondenstop kapasitesi tayin edilir. Ana buhar hatları için emniyet katsayısı: 3’tür.
1.2.1--Rejim halindeki radyasyon kayıplarının kondens hesabı:
İzole edilmiş bir buhar hattındaki ısı kaybı:
q=E x I x 3,6 -L x 4
Q=Kondens miktarı...... kg/h
E=Tablo 2’deki ısı emiş miktarı W/m I=Efektif boru uzunluğu (m)
L=Buharlaşma entalpisi kj/kg için….. formül L=(-3,7*t(C )+2660)*1,01 örnek t=175 C için L=-3,7*175+2660=2030 kj/kg
Örnek: 90 m uzunluğunda ve 150 mm çapındaki buhar hattı, 15 adet DN150 mm flanş, 150 mm çapında bir buhar vanası.
Buhar gösterge basıncı: 10 bar Başlama sıcaklığı: 10°C E=1580 W/m (Tablo 2’den 174°C sıcaklık farkına göre) I =90 + (15x0,3) + (1 x 1,2)=95,7 m
Bir vana aynı çaptaki 1,2 m boru uzunluğuna, bir flanş çiftide aynı çaptaki 0,3 m boru uzunluğuna eşit kabul edilir.
10 bar basınçtaki buhar sıcaklığı 184°C olup, buharlaşma entalpisi=2000 kj/kg
Kondens miktarı; Q=1580 x 95,7 x 3,6-2000 x 4=68 kg/h
1.2.2-- Toplam kondens miktarı; Q = Q1+Q2 = 241,6 + 68 Q = 309,6 kg/h
2-- Hava Isıtma Cihazları
1--Üreticilerin bir kısmı cihazların çıkış değerlerini W, Btu/h veya Kcal olarak vermektedirler. Bu değerden hareket ederek kondens miktarı, cihazın ısıl değerinin işletme basıncındaki buharlaşma entalpisine bölünmesi ile hesap edilir.
2--44000 W değerindeki ısıtma ünitesinin 3,5 bar çalışma basıncındaki buh entalpisi 4,7 kj/kg- buharla çalışması durumunda meydana gelecek kondens:Q=(44000x3,6)/4,7=74,7 kg/h
3—Isı Eşanjörleri: Q=(Vx60x(T-t)xSp)/L
Q=Kondens miktar-kg/h V= Isıtılan suyun miktarı(lt/dk) t= Su çıkış sıcaklığı T=Su giriş sıcaklığı Sp=Suyun özgül ısısı-4,18 kj/kg L=Buharlaşma entalpisi=2030 kj/kg
Örnek=50 Lt/dk , T=90 C , t=20 C , L=2030,9 kj/kg için Q=(50x60x(90-70))/2030=432,2 kg/h
4—Diğer cihazlar için referans kaynaktan yaralanılabilir.
5—Kondens Hattı için:
5.1-Ana Buhar Hattı………Cep Çapı………….Cep Derinliği
100……………d1=D………………d2=100 mm
125-200 mm……d1=100 mm………..d2=150 mm
250 ve üstü……d1=D/2………………d2=D
5.2—Kondens hat çapı için kaynak yayının pdf çalışmasındaki diyagramdan yararlanılabilir.
6—Buhar Hatlarında Basınç Kaybı formülü: R(mbar/m)=0,04xQ²/d5 Q=kg/h ,d=çap(mm)
2--Buhar
Gereksinimi-Cihaz-Prosesler İçin:
1--Çeşitli Buharlı
Cihazlar Ve Prosesler İçin Buhar Gereksinimi:
Cihaz Tipi……….Buhar
Basıncı(atü)…….Buhar Gereksinimi(kg/h)
1—Tekstil:
Paskara utu(el ütüsü)…..............4-5…………………..5
Pres utu………………………..4-5…………………..25
Manken Şişirme
Ütüsü………..4-5…………………..30
Pantolon şişirme ütüsü………..4-5…………………..35
Silindir
Ütü……………………4-5………………….26-30 (50 kg)
Çamaşır yıkama makinası……4-5…………………….20
Çamaşır yıkama makinas…….4-5…………………….40
Çamaşır yıkama makinası……4-5…………………….60
Çamaşır yıkama makinası……4-5…………………...100
Çamaşır yıkama makinası……4-5…………………...150
Jeans yıkama makinası……….4-5…………………...300
Çamasir kurutma makinası…...4-5……………………20
Çamaşır kurutma makinası……4-5…………………...30
Çamaşır kurutma makinası……4-5…………………...60
Çamaşır kurutma makinası……4-5………………….100
Çamaşır kurutma makinası……4-5………………….150
Jeans kurutma makinasi……….4-5………………….160
Kumaş-Fermuar Boyama
Tankı.8……………………12.5-15 (5 kg)
Leke Çıkarma
Makinası………4-5…………………..5
Jeans Yıkama
Makinası………4-5…………102-120 (300 kg jeans)
Buhar
Masası………………….1-2…………………..55 (1m için)
Kuru temizleme makinasi……..4-5……………………0.5-1
2—Hastane Ekipmanı:
Yatak Tepsi Sterilizasyonu……4……………………..2
Alet Sterilizasyonu……………4…………………….12
(10 lt için)
Su
Sterilizasyonu……………..4……………………..0.5 (10 lt için)
Damıtılmış
Su…………………4………………....12 (100 lt su için)
Dezenfeksiyon
Fırını…………..4………………….4 (1 m3 için)
3—Gıda:
Yemek tenceresi………………0,5…………………..100
Yemek tenceresi………………0,5…………………..200
Yemek tenceresi………………0,5…………………..300
Yemek tenceresi………………0,5………………….400
Yemek tenceresi………………0,5………………….600
Çay
Kazanı……………………0.5………………….25 (50 lt)
Su
Isıtıcı………………………1-2…………………..8 (230 lt)
Isıtma
Fırını……………………1-2…………………25 (1m3 hacim)
Buharlı
Haşlayıcı………………1-2…………………14
Bulaşık
Makinası………………1-2…………………32
Devirmeli yemek tenceresi……0,5………………….20
Devirmeli yemek tenceresi……0,5………………….40
Devirmeli yemek tenceresi……0,5………………….80
Süt
Pastörizasyonu…………….0.5…………………..0.17 (kg süt/kg/h)
Şeker Kaynatma
Tenceresi…….6……………………17-20 (120 lt)
Çikolata
Eritme………………..6…………………….16-19 (60 cm tenc
Fırın Hamur
Odası…………….1.5………………….0.12 (1 m tekne uzunl)
Beyaz Ekmek
Üretimi…………0.5-1……………….1.3 (1m2 yüzey
için)
Çavdar Ekmeği
Üretimi……….0.5-1………………...3 (1m2 yüzey için)
Şişe
Yıkama…………………..05-1………………….136 (100 şişe/kg/h)
Hayvan Yemi
Üretme………...4-6……………………75 ( >10 t/h-1 ton/kg/h)
5—Sanayi:
Alüminyum Yıkama Tankları…6……………………10-13
(1 m3 tank/kg/h)
Kereste
Kurutma………………6……………………4.5-8 (1 m3 kereste/kg/h)
Ahşap Papel
Kurutma…………6………………..750-800 (1 m3 kereste/kg/h)
Oluklu Mukavva
Üretimi…….8-14……………..0.12-0.16 (1 m2 tek kat için)
Odun Hamuru
Kağıdı…………3………………….35-40 (1 kg kağıt için)
EPS Strafor
Üretimi………….6-8…………………15-25 (1 m3 strafor için)
Bakır Tel Çekme……………..0.5…………………..20
(makine başına)
Otomobil Lastiği
Kalıbı………6-8……………….12.5-15
Kamyon Lastiği
Kalıbı……….6-8………………...35-40
6—Isıtma:
Bina Isıtma……………………4-6……………………0.08
(m3 bina/kg/h)
Su
Isıtma………………………4-6……………………0.002 (kg su/kg/h)
Fuel-Oil
Isıtma………………..4-6…………………….0.001 (kg fueloil/kg/h)
Hava
Isıtma……………………4-6………………0.0075 (100 m3 hava/kg/h)
Beton kurleme (çelik kalıpta
5 saatte kurleme)..4-5…20 (1m3 beton)
Kaynak:
1--Cafer Ünlü,-Mak. Yük. Müh. / TTMD Üyesi
2--www.aralsan.com