Gaz türbini veya gaz motoru gibi bir tüketici, yakıt gazının basınç, sıcaklık, temizlik ve bileşim bakımından kendi üreticisinin tanımladığı sınırlar içinde gelmesini ister. Yakıt gazı şartlandırma ve ölçüm skidi, boru hattından veya şebekeden gelen gazı bu sınırlara getiren ön montajlı sistemdir: gazdaki sıvı ve katı parçacıkları ayırır, gazı ısıtarak çiy noktasının yeterince üzerinde tutar, basıncı tüketicinin istediği aralıkta sabitler ve tüketilen gazı ölçer. Tasarımın referansı şebeke koşulları değil, tüketici makinenin yakıt spesifikasyonudur.
Bu yönüyle yakıt gazı şartlandırma, genel amaçlı bir filtrasyon skidinden ve şebeke basınç regülasyonundan ayrılır. Filtrasyon ve regülasyon burada da vardır; ancak her birinin boyutlandırılması ve sıralaması, tüketicinin giriş flanşında hangi gaz koşullarının sağlanması gerektiğine göre yapılır.
Tasarımın çıkış noktası: tüketicinin yakıt spesifikasyonu
Gaz türbini ve motor üreticileri, yakıt gazı için ayrıntılı spesifikasyonlar yayımlar ve bu spesifikasyonlara uyumu, yanma sisteminin doğru çalışması için şart koşar. Değerler üreticiye ve modele göre değiştiği için şartlandırma skidi her projede ilgili dokümana göre tasarlanır. Spesifikasyonlarda tipik olarak şu başlıklar yer alır:
· Besleme basıncı ve kararlılığı: Tüketicinin giriş basıncı aralığı ve yük değişimlerinde izin verilen basınç dalgalanması.
· Sıcaklık ve çiy noktası üstü kızdırma: Gazın hidrokarbon ve su çiy noktasının belirli bir fark kadar üzerinde tutulması; bazı ekipmanlarda üst sıcaklık sınırı da tanımlanır.
· Katı partikül ve sıvı içeriği: Yanma sistemine ve yakıt kontrol vanalarına ulaşabilecek kirletici miktarı için sınırlar.
· Bileşim ve ısıl değer değişimi: Isıl değer, Wobbe indeksi ve bazı bileşenler için izin verilen aralıklar ile değişim hızı.
· Özel kirleticiler: Kükürt bileşikleri ve korozyona yol açabilecek diğer maddeler için sınırlar.
Sıvı hidrokarbon neden bu kadar kritik?
Gaz türbinlerinde yakıtla birlikte taşınan sıvı hidrokarbonlar, sıcak gaz yolunda aşırı sıcaklığa ve alevin yanma odasında olması gereken bölgeden kaymasına yol açarak yanma donanımına zarar verebilir. Bu nedenle üretici dokümanları, etkili sıvı ayırıcıların kullanılmasını ve gazın çiy noktasının üzerinde ısıtılmasını önerir. Örnek olarak bir ağır hizmet gaz türbini üreticisinin işletme ve bakım dokümanı, gazın türbin gaz kontrol vanası bağlantısında hidrokarbon çiy noktasının yaklaşık 28 °C (50 °F) üzerinde olmasını önerir; kesin değer ilgili üreticinin yakıt spesifikasyonunda tanımlanır.
Burada dikkat edilmesi gereken nokta, kızdırma farkının tüketicinin girişinde sağlanması gerektiğidir. Gazın basıncı düşürüldüğünde Joule-Thomson etkisiyle sıcaklığı da düşer ve bu soğuma, gazı çiy noktasına yaklaştırabilir. Skid çıkışı ile tüketici arasındaki boru hattında oluşan ısı kaybı da hesaba katılmalıdır.
Skid içindeki işlev sırası
Kesin dizilim projeye göre değişse de tipik bir yakıt gazı şartlandırma ve ölçüm skidinde gaz şu adımlardan geçer:
1. Giriş izolasyonu ve acil durumda gazı kesen kapama vanası
2. Sıvı ayırıcı veya filtre-seperatör: serbest sıvının ve katı parçacıkların tutulması, toplanan sıvının seviye kontrollü drenajı
3. Koalesan filtre: ince sıvı damlacıklarının ısıtıcılardan önce gazdan ayrılması
4. Isıtma: basınç düşümünden kaynaklanan soğumayı dengeleyen ön ısıtma ve gerekiyorsa tüketici girişindeki sıcaklığı ayarlayan performans ısıtıcısı
5. Basınç kontrolü: regülatörler veya kontrol vanaları ile aşırı basınca karşı emniyet kapama (slam-shut) ve tahliye elemanları
6. Tüketim ölçümü: sayaç, basınç ve sıcaklık ölçümleri ile akış hesaplama birimi
7. Son filtre ve tüketici arayüzü: kontrol vanalarını korumak için ince filtrasyon, tüketicinin kontrol sistemiyle sinyal alışverişi
Üretici dokümanlarında koalesan filtrelerin performans ısıtıcılarının önüne konumlandırılması iyi uygulama olarak tanımlanır: ısıtıcıya ulaşan sıvı damlacıkları buharlaşarak gaz fazına geçer ve daha sonra, gaz soğuduğunda yeniden yoğuşabilir. Isıtıcı tipleri ve sıcaklık kontrolü, ısıtma, regülasyon ve ölçüm skidleri sayfasında daha ayrıntılı anlatılmıştır.
Basınç kontrolü ve besleme basıncı yetersiz olduğunda
Besleme basıncı tüketicinin ihtiyacından yüksekse basınç, regülatör veya kontrol vanası ile düşürülür; aşırı basınca karşı koruma ise emniyet kapama ve tahliye elemanlarıyla sağlanır. Gaz türbinlerinde ani yük atma veya devreden çıkma sırasında basıncın kararlı kalması, regülasyon hattının tepki hızını ve kapasite seçimini doğrudan etkiler. Besleme basıncı tüketicinin ihtiyacının altındaysa bir gaz kompresörü gerekir; kompresör çoğu projede ayrı bir paket olarak ele alınır ve şartlandırma skidiyle arayüzü, basınç ve sıcaklık koşulları dahil, baştan tanımlanmalıdır.
Tüketim ölçümü ve performans hesabı
Yakıt gazı skidindeki ölçüm çoğu zaman ticari faturalama için değil, ünite bazında tüketimin ve verimin izlenmesi için yapılır. Isı oranı veya verim hesabı için tüketilen gazın enerji miktarı gerekir; bu da referans şartlardaki hacmin veya kütlenin ısıl değerle çarpılmasıyla elde edilir. Isıl değer, çevrim içi gaz analizinden ya da gaz tedarikçisinin bildirdiği verilerden alınabilir. Tesis sınırındaki faturalamaya esas ölçüm genellikle ayrı bir ticari teslim istasyonunda yapılır.
Sayaç seçiminde, devreye alma sırasındaki düşük debi ile tam yük debisi arasındaki aralık, izin verilen basınç kaybı ve birden fazla tüketici varsa her birinin ayrı ölçülüp ölçülmeyeceği belirleyicidir. Tüketici hidrokarbon çiy noktası değişimine duyarlıysa veya gaz farklı kaynaklardan geliyorsa, genişletilmiş analiz yapabilen bir proses gaz kromatografı hem ısıl değer hem de çiy noktası takibi için değerlendirilir.
Yakıt gazı skidi için tasarım kriterleri
Parametre | Tasarımda neden önemli | Seçime etkisi |
Tüketici yakıt spesifikasyonu | Basınç, sıcaklık, temizlik ve bileşim sınırlarını belirler | Filtrasyon kademeleri, ısıtma kapasitesi ve regülasyon düzenini belirler |
Besleme gazı bileşimi ve çiy noktaları | Gerekli kızdırma farkını ve sıvı yükünü ortaya koyar | Ayırıcı tipi, ısıtıcı gücü ve analiz ihtiyacına yansır |
Besleme basıncı aralığı | Basınç düşümü soğuma yaratır; düşük basınç kompresör gerektirir | Ön ısıtma ihtiyacını, regülatör seçimini ve kompresör arayüzünü belirler |
Tüketici sayısı ve debi aralığı | Devreye alma ile tam yük arasındaki fark geniştir | Paralel hat sayısını, sayaç tipini ve yedekliliği etkiler |
Yük değişimi ve devreden çıkma davranışı | Ani debi değişimlerinde basınç kararlılığı korunmalıdır | Regülasyon hattının tepki hızını ve emniyet elemanlarının ayarını etkiler |
Isıtma kaynağı | Elektrik, sıcak su veya tesis atık ısısı kullanılabilir | Isıtıcı tipini, kontrol yaklaşımını ve tehlikeli alan önlemlerini belirler |
Kontrol sistemi arayüzü | Tüketicinin kontrol sistemi skid durumunu ve ölçümleri bilmelidir | Sinyal listesi, haberleşme ve kilitleme mantığını belirler |
TLY Enerji'nin katkısı
TLY Enerji, yakıt gazı şartlandırma projelerinde tüketici spesifikasyonu ile besleme gazı koşullarının karşılaştırılmasından başlayarak ölçüm ve kontrol teknolojisinin seçimine mühendislik desteği verir. Proje kapsamına göre akış ölçerler, basınç ve sıcaklık transmitterleri, kontrol vanaları ve proses gaz kromatografı gibi ekipmanların tedariki; enstrümanların montajı ve devreye alınması; PLC veya DCS konfigürasyonu ve saha sonrası teknik destek hizmet kapsamında yer alabilir. Skid imalatını hangi tarafın üstleneceği ve tedarik sınırı proje şartnamesi üzerinden birlikte netleştirilir.
Yakıt gazı projesi için hazırlanması gereken veriler
· Tüketici tipi, sayısı ve üreticinin yakıt gazı spesifikasyonu
· Besleme gazının bileşimi, su ve hidrokarbon çiy noktası, varsa sıvı taşınması geçmişi
· Besleme basıncının minimum ve maksimum değerleri ile tüketicinin gerektirdiği basınç
· Devreye alma, kısmi yük ve tam yükte ünite başına debi
· Kullanılabilir ısıtma kaynağı ve saha ortam sıcaklığı aralığı
· Ölçümün amacı: performans izleme, tesis içi dağılım veya faturalama
· Tüketicinin kontrol sistemiyle arayüz ve acil durdurma gereksinimleri
Diğer ilgili çözümler
· Doğalgaz filtrasyon ve ölçüm skidleri: Belirli bir yakıt spesifikasyonu olmadan genel kirletici koruması gereken uygulamalar.
· Isıtma, regülasyon ve ölçüm skidleri: Isıtıcı tipleri, sıcaklık kontrolü ve Joule-Thomson soğumasının ayrıntıları.
· Doğalgaz kalite ölçüm ve analiz sistemleri: Isıl değer ve hidrokarbon çiy noktasının çevrim içi ölçümü.
· Doğalgaz basınç regülasyon skidleri: Regülatör, emniyet kapama ve tahliye elemanlarının seçimi.
Yakıt gazı şartlandırma hakkında sorular
Yakıt gazı şartlandırma skidi, filtrasyon skidinden nasıl ayrılır?
Filtrasyon skidi gazdaki katı ve sıvı kirleticileri genel olarak tutarak sayaç ve regülatörleri korur. Yakıt gazı şartlandırma skidinde ise hedef, belirli bir tüketicinin yakıt spesifikasyonudur: filtrasyonun yanında ısıtma, çiy noktası üstü kızdırma, basınç kararlılığı ve tüketim ölçümü birlikte tasarlanır. Her bir işlevin kapasitesi, tüketicinin giriş flanşında sağlanması gereken koşullara göre belirlenir.
Gaz çiy noktasının ne kadar üzerine ısıtılmalıdır?
Bu değer tüketici üreticisinin yakıt spesifikasyonunda tanımlanır ve makineden makineye değişir. Örnek olarak bir ağır hizmet gaz türbini üreticisi, gaz kontrol vanası bağlantısında hidrokarbon çiy noktasının yaklaşık 28 °C (50 °F) üzerinde olunmasını önerir. Önemli olan, bu farkın skid çıkışında değil tüketici girişinde sağlanması ve basınç düşümü ile boru hattı ısı kayıplarının hesaba katılmasıdır.
Besleme basıncı türbinin ihtiyacından düşükse ne yapılır?
Bu durumda gazın basıncını yükseltmek için bir yakıt gazı kompresörü gerekir. Kompresör genellikle ayrı bir paket olarak tedarik edilir ve şartlandırma skidi kompresörün önüne, arkasına veya her iki tarafına bölünerek yerleştirilebilir. Kompresör çıkışında sıcaklığın ve olası yağ taşınmasının nasıl yönetileceği, şartlandırma adımlarının sıralamasını etkiler ve projenin başında netleştirilmelidir.
Birden fazla türbin veya motor için tek skid yeterli olur mu?
Filtrasyon ve ısıtma gibi ortak işlevler tek bir skidde toplanabilir; ancak ünite bazında performans izlemek için her tüketicinin ayrı ölçülmesi yaygın bir tercihtir. Yedeklilik beklentisi de belirleyicidir: bakım sırasında tüm ünitelerin durmaması isteniyorsa filtre ve regülasyon hatları çift olarak tasarlanır. Karar, işletme stratejisi ve tüketicilerin devreye girme düzenine göre verilir.