Kriyojenik Acil Durdurma (ESD) ve Emniyet Sistemleri

Kriyojenik transferde emniyet tek bir vana ya da tek bir düğmeyle sağlanmaz; birbirini tamamlayan katmanlarla kurulur. Tipik bir LNG dolum veya boşaltım noktasında bu katmanlar; proses kontrolü ve alarmlar, transferi kontrollü biçimde durduran acil durdurma (ESD), gerektiğinde bağlantıyı güvenli şekilde ayıran acil ayrılma düzeni, gaz ve düşük sıcaklık dedeksiyonu, kapana kısılmış sıvıya karşı basınç koruması ile döküntü toplama ve yapısal korumadır. Hangi fonksiyonun hangi güvenilirlik düzeyinde olacağı ise her projede risk değerlendirmesiyle belirlenir.

Kilitlemelerin genel mantığı, ortam sıcaklığındaki basınçlı sıvılaştırılmış gazlar için LPG terminallerindeki ESD sayfasında ele alınmıştır. Bu sayfa, LNG'nin çok düşük sıcaklığından doğan ek tehlikelere ve bunların emniyet tasarımına etkisine odaklanır.

Kriyojenik transferi farklı kılan tehlikeler

LNG, atmosfer basıncında bileşimine bağlı olarak tipik olarak yaklaşık −162 °C'de kaynar. Bu sıcaklık, emniyet tasarımını ortam sıcaklığındaki akışkanlardan ayıran dört sonucu beraberinde getirir:

·         Soğuk döküntü ve gevrek kırılma: Sızan LNG, bu sıcaklık için seçilmemiş karbon çeliği yapıları gevrek kırılmaya karşı savunmasız bırakabilir; bu nedenle döküntünün nereye gideceği ve hangi yüzeye temas edeceği tasarımda ele alınır.

·         Başlangıçta havadan ağır soğuk buhar: Kaynama sıcaklığındaki LNG buharı havadan ağırdır ve ısındıkça yükselir; bu davranış dedektör yerleşimini doğrudan etkiler.

·         Büyük genleşme oranı: LNG, gaz haline göre hacminin yaklaşık altı yüzde birini kaplar; iki kapalı vana arasında ısınan sıvı hızla basınç oluşturur.

·         Temas anında hızlı kaynama: Daha sıcak bir yüzeye, suya veya havaya temas eden LNG ara yüzeyde kaynamaya başlar; bu da hem buhar bulutunu hem de hat içinde ani basınç değişimlerini etkiler.

İki kademeli acil durdurma mantığı

LNG transferi için yayımlanan uygulama rehberlerinde acil durdurma genellikle iki kademede tanımlanır. Birinci kademe, operatör butonu, yüksek veya düşük seviye, tank basıncı alarmı ya da aşırı hareket algılaması gibi girdilerle transferi kontrollü biçimde durdurur: pompalar durur, ESD vanaları kapanır. İkinci kademe ise bağlantının güvenli ayrılmasını, yani acil ayrılma kaplininin açılmasını tetikler. Kara tankeri uygulamalarında bu yapı genellikle daha sade kurulur, ancak aynı soru her projede sorulmalıdır: hangi olay yalnızca durdurma, hangi olay ayrılma gerektirir?

ESD vanaları ve basınç darbesi

Kriyojenik hatta bir vananın çok hızlı kapanması, akan sıvının ani durmasıyla hatta basınç darbesine yol açabilir. Çok yavaş kapanma ise sızıntı sırasında dökülen miktarı artırır. Bu nedenle ESD vanasının kapanma süresi; hat çapı, transfer debisi ve basınç darbesi değerlendirmesi birlikte ele alınarak seçilir ve pompalar ile varsa buhar dönüş kompresörü bu duruma göre tasarlanır. Vananın enerji kesildiğinde emniyetli konuma gitmesi, kriyojenik sıcaklığa uygun gövde ve sızdırmazlık yapısı ile konum geri bildirimi de değerlendirilmesi gereken seçim kriterleridir.

Kopma ve acil ayrılma kaplinleri

Kopma kaplini (breakaway coupling) ve acil ayrılma kaplini (ERC), bağlantı belirli bir yük veya komutla ayrıldığında her iki yarıda kendiliğinden kapanan vanalar sayesinde döküntüyü en aza indirir. Kopma kaplini belirlenmiş bir kuvvette kırılan pimlerle çalışır ve genellikle hortum bağlantılarında aracın hareket etmesine karşı koruma sağlar. Acil ayrılma kaplini ise mekanik, hidrolik veya pnömatik bir mekanizmayla, daha kontrollü biçimde ayrılır ve çoğunlukla ESD sistemine bağlanır. Ayrılmanın ardından hortum veya kolda sıkışan sıvının basınç yapmaması için tahliye düzeni de tasarıma dahil edilmelidir.

Gaz ve düşük sıcaklık dedeksiyonu

Kriyojenik sızıntıda buhar bulutu önce yere yakın yayılabildiği için gaz dedektörlerinin yeri, soğuk buharın dağılımı dikkate alınarak seçilir; gaz dağılım analizi bu kararı destekler. Damlama tavaları veya döküntü toplama kanallarına yerleştirilen sıcaklık sensörleri, sıvı sızıntısını gaz dedektöründen önce fark edebilir. Dedektörlerin ESD sistemine bağlanması, alarm ile durdurma arasındaki süreyi kısaltır. Yangın riski olan alanlarda alev dedeksiyonu da emniyet mimarisinin bir parçası olarak değerlendirilir.

Kapana kısılmış sıvı ve basınç koruması

ESD sonrası iki kapalı vana arasında kalan LNG, ortamdan ısı aldıkça buharlaşır ve hat içindeki basınç tasarım değerini aşabilir. Bu nedenle bloke edilebilen her hat bölümünde termal genleşme için basınç tahliye önlemi düşünülür ve tahliyenin nereye yönlendirileceği, örneğin buhar sistemine veya güvenli bir tahliye noktasına, önceden tanımlanır. Rehberlerde ayrıca ESD'nin sıvıyı kapalı vanalar arasında hapsetmeyecek şekilde tasarlanması ve kalan sıvının güvenli biçimde boşaltılması önerilir.

SIL gereksinimi nereden gelir?

Bir emniyet fonksiyonunun emniyet bütünlük seviyesi (SIL), ekipman listesinden değil, tehlike ve risk değerlendirmesinden türetilir. Proses endüstrisinde emniyet enstrümanlı sistemlerin tanımlanması, tasarımı, kurulumu, işletimi ve bakımı için yaşam döngüsü yaklaşımı ilgili fonksiyonel emniyet standardında tarif edilir. Bu yaklaşımda sensör, mantık çözücü ve son eleman birlikte değerlendirilir; tek bir cihazın uygunluk belgesi bütün fonksiyonun gereksinimi karşıladığını tek başına göstermez. Hangi fonksiyonların emniyet enstrümanlı olacağı ve gereken SIL düzeyi projeye göre değişir.

Emniyet fonksiyonları ve tasarıma etkileri

TLY Enerji'nin katkısı

TLY Enerji, LNG tanker dolum ve boşaltım tesislerinde sistem tasarımı, ürün tedariki, mühendislik, montaj, devreye alma ve bakım hizmetleri sunar. Emniyet katmanı özelinde proje kapsamına bağlı olarak gaz ve alev dedektörleri, vanalar ve ölçüm enstrümanlarının seçimi ve tedariki, PLC tabanlı kontrol ve kilitleme mantığının konfigürasyonu ile saha testleri ve devreye alma aşamalarında destek sağlanabilir. Risk değerlendirmesi, SIL belirleme ve doğrulama sorumluluğu ise proje şartnamesinde ayrıca tanımlanmalıdır.

Emniyet tasarımı için paylaşılması gerekenler

·         Transfer tipi: kara tankeri dolumu, boşaltımı veya her ikisi; hortum mu kol mu kullanıldığı

·         Transfer debisi, hat çapları ve bloke edilebilen hat bölümleri

·         Mevcut veya planlanan ESD mimarisi ve tesis kontrol sistemi arayüzü

·         Varsa tehlike analizi veya risk değerlendirmesi çıktıları ve istenen SIL düzeyleri

·         Döküntü toplama düzeni, damlama tavaları ve yüzey malzemeleri

·         Tehlikeli alan sınıflandırması ve dedektör yerleşimi için yerleşim planı

·         Buhar dönüş ve tahliye sistemlerinin kapasitesi ve bağlantı noktaları

İlgili sayfalar

·         LPG terminallerinde ESD ve emniyet kilitleme sistemleri: Ortam sıcaklığında basınçlı sıvılaştırılmış gazlar için kilitleme mantığı.

·         LNG dolum ve boşaltım skidleri: ESD vanalarının ön montajlı kriyojenik pakete nasıl dahil edildiği.

·         LNG tanker dolum sistemleri: Soğutma, buhar dönüşü ve dolum sürecinin bütünü.

·         LNG buhar dönüş sistemleri: Tahliye ve buhar yönetiminin bağlandığı sistem.

Sık sorulan sorular

LNG ESD sistemi ile LPG ESD sistemi arasındaki temel fark nedir?

Durdurma ve kilitleme mantığı benzerdir; fark tehlikelerin niteliğindedir. LNG'de soğuk döküntünün yapılara verebileceği zarar, başlangıçta havadan ağır soğuk buhar, kapalı vanalar arasında ısınan sıvının oluşturduğu basınç ve kriyojenik sıcaklığa uygun vana ve kaplin seçimi ek tasarım konularıdır. Bu nedenle dedektör yerleşimi, termal tahliye ve döküntü yönetimi LNG'de daha belirleyici hale gelir.

ESD vanası ne kadar hızlı kapanmalı?

Tek bir doğru değer yoktur. Hızlı kapanma dökülen miktarı azaltır ancak hatta basınç darbesi yaratabilir; yavaş kapanma darbeyi azaltır ama sızıntı süresini uzatır. Kapanma süresi hat çapı, debi ve basınç darbesi değerlendirmesiyle birlikte seçilir ve ilgili mevzuat ile proje şartnamesine göre doğrulanır.

Kara tankeri dolumunda acil ayrılma kaplini zorunlu mudur?

Gereklilik, uygulanan mevzuata, transfer düzenine ve risk değerlendirmesine bağlıdır. Hortumlu bağlantılarda kopma kaplini, aracın bağlantı sökülmeden hareket etmesi gibi senaryolara karşı yaygın bir önlemdir. Kollu sistemlerde ise ESD'ye bağlı acil ayrılma düzeni değerlendirilebilir. Seçim, araç konum ve topraklama kilitleriyle birlikte ele alınmalıdır.

SIL seviyesi baştan belirlenebilir mi?

Genellikle hayır. SIL, belirli bir emniyet fonksiyonunun azaltması gereken risk miktarına göre tehlike ve risk değerlendirmesinde belirlenir. Aynı tip fonksiyon, farklı tesislerde farklı SIL gerektirebilir veya hiç emniyet enstrümanlı fonksiyon olarak tanımlanmayabilir. Ekipman seçimi bu kararın ardından yapılmalıdır.

Kapana kısılmış LNG neden tehlikelidir?

İki kapalı vana arasında kalan LNG ortamdan ısı aldıkça buharlaşır. Sıvı, gaz haline göre çok küçük bir hacim kapladığı için az miktarda sıvının buharlaşması bile kapalı bölümde basıncı hızla yükseltir. Bu nedenle bloke edilebilen hat bölümlerine termal tahliye önlemi konur ve tahliyenin güvenli bir noktaya yönlendirilmesi sağlanır.