BORU HATLARI NDA GÜNEġ IġI NI MI ETKĠ SĠ ĠLE MEYDANA GELEN BASI NÇ ARTI ġi NI N DEĞĠ ġġ K BORU SĠSTEMLERĠ NDE Ġ NCELENMESĠ

Transkript

1 ĠSTNBUL TEKNĠ K ÜNĠ VERSĠ TESĠ FEN BĠ LĠ MLERĠ ENSTĠTÜSÜ BORU HTLRI ND GÜNEġ IġI NI MI ETKĠ SĠ ĠLE MEYDN GELEN BSI NÇ RTI ġi NI N DEĞĠ ġġ K BORU SĠSTEMLERĠ NDE Ġ NCELENMESĠ YÜKSEK LĠ SNS TEZĠ Ma k. Müh. Vol kan VRL ( ) Tezi n Enstitüye Veril diği Tari h : 26 Nisan 2004 Tezi n Savunul duğu Tari h : 21 Mayıs 2004 Tez DanıĢ manı : Di ğer Jüri Üyel eri Prof Dr. Taner ÖZKYNK Prof. Dr. Sali m ÖZÇELEBĠ(Ġ. Ü.) Yrd. Doç. Dr. Erhan BÖKE MYI S 2004

2 ÖNS ÖZ Günü müzde akışkan nakliyesi nde, yüksek t aşı ma kapasiteleri yle bor u hatları, dünya üzeri nde çok yaygı n olarak kullanıl makt adır. Çok ekono mi k ve sürekli t aşı ma sağlayan bor u hatları bugün akışkanl arı n kaynakl arı ndan i hti yaç duyulan yerlere güvenli bir bi çi mde t aşın ması nı sağl a makt adır. Belirli standart ve kodlara uygun tasarlanı p i nşa edilen bor u hatları nda, işletme şartları di zayn i çi n belirleyi ci ol makt adır. ncak arıza veya dur uş anl arı nda bor u hatları nı n belirli bölü ml eri i çi n farklı duruml ar meydana gel ebil mekt edir. Bu çalış ma yapılırken, böyl e duruml ardan biri i ncelenmi ş ve sonuçları ortaya konul maya çalışıl mıştır. maç ol arak da, gerçek işlet me şartları nda ortaya çı kabilecek bu dur um i çin, operat örlere t eorisi veril miş bir kaynak ol uşt ur mak hedeflenmi ştir. Bu çalış mada bana sürekli yol gösteren, destekleyen t ez danış manı m Pr of. Dr. Taner ÖZKYNK a, bil gileri ni her za man beni ml e payl aşan ar kadaşı m Ma k. Yük. Müh. Gökhan BLI K a, desteği ni hi çbir za man esirgemeyen İ pek GÜNEY e, aile me, Mak. Yük. Müh. Necati RI KN a ve çalış ma mda yardı mcı ol an tümarkadaşları ma teşekkür ü borç biliri m, Ma yı s 2004 Vol kan VRL ii

3 Ġ ÇĠ NDEKĠ LER ÖNS ÖZ KI SLT MLR TBLO LĠ STESĠ ġekġ L LĠSTESĠ SEMBOL LĠ STESĠ ÖZET SUMMRY ii iv v vi vii ix xi 1. GĠ RĠ ġ 1 2. DH ÖNCE YPIL MI ġ ÇLI ġ MLR 5 3. BORU HTLRI TSRI MI Genel Tasarı m Te melleri Bor u Hatları Tasarı mı Su ve Fuel Oil Bor u Hatları İçi n Bazı Belirgi n Tasarı m Özellikleri BORU HTLRI ND ĠġLETME VE BKI M BORU HTLRI ND KULLNI LN BORU SĠSTEMLERĠ Çı plak Bor u Siste ml eri Kl asi k İzolasyonl u Bor u Siste ml eri Ön-İzolasyonl u Sisteml er GÜNEġ IġI NI MI YL MEYDN GELEN BSI NÇ RTI ġi NI N Ġ NCELENMESĠ Probl e mi n Tanıtıl ması Mat e mati ksel Modelle me ve Bil gisayar Programı Kodl arı Sonuçl ar 54 KYNKLR 61 ÖZGEÇMĠ ġ 63 iii

4 KI SLT MLR S ME NSI ISO PE HDPE PFD P&I D SCD PVC PUR SN SCH S MYS : The merican Soci et y of Mechani cal Engi neers : merican Nati onal Standards Inst ut ute : Internati onal Standardizati on Or gani zati on : Pol yet hyl ene : Hi gh Densit y Pol yet hylene : Process Fl ow Di agra m : Pi pi ng and Instrument ation Di agra m : Supervisory Control and Dat a cquisition : Pol yvi nilcl orur : Pol yuret hane : Sabit Nokt a : Schedul e : Müsade Edilen za mi k ma Sı nırı iv

5 TBLO LĠ STESĠ Sayfa No Tabl o 3. 1 Kullanı ma Göre Su Hı zları Tabl o 3. 2 Erozyona Göre za mi Su Hı zları Tabl o 6. 1 Denkl e ml er ile Progra mı n Bazı Not asyon Eşleş mel eri Tabl o 6. 2 Progra mda Kullanılan Bazı Sabit Girdiler v

6 ġekġ L LĠSTESĠ Sayfa No Şekil 3. 1 Bor u Hattı Proje Tasarı m Kriterleri Şekil 3. 2 Su Taşı yan Boru Hattı Şekil 3. 3 Fuel Oil Bor u Hattı Şekil 5. 1 Ön İzol asyonl u Bor ul ar Şekil 5. 2 Ön İzol asyonl u Sadece PUR İzol asyonl u Yer Üst ü Siste m Şekil 5. 3 Ön İzol asyonl u PUR ve Taş Yünü İzolasyonl u Yer Üst ü Siste m Şekil 5. 4 Ön İzol asyonl u PUR ve Taş Yünü İzolasyonl u Yer ltı Siste m Şekil 5. 5 Joi nt Mont ajı Şekil 6. 1 Modellenen Boru Hattı Böl ümü( Çı pl ak Siste m) Şekil 6. 2 Modellenen Boru Hattı Böl ümü(izol asyonl u Siste m) Şekil 6. 3 Bor u Yüzeyi Tarafı ndan Yut ul an Isı kısı(ih) Şekil 6. 4 Çı plak Bor u Sistemi Sı caklı k Değerleri-Su Şekil 6. 5 Ön-İzolasyonl u Boru Siste mi Sıcaklı k Değerleri-Su Şekil 6. 6 Kl asi k İzol asyonl u Bor u Siste mi Sı caklık Değerleri-Su Şekil 6. 7 Çı plak Bor u Sistemi Sı caklı k Değerleri-Fuel Oil Şekil 6. 8 Ön-İzolasyonl u Boru Siste mi Sıcaklı k Değerleri-Fuel Oil Şekil 6. 9 Kl asi k İzol asyonl u Bor u Siste mi Sı caklık Değerleri-Fuel Oil Şekil Bası nç rtışı (dp)- Su Şekil Bası nç rtışı (dp)- Fuel Oil Şekil Bası nç rtışı (dp)- Çı plak Bor u Siste mi Şekil Bası nç rtışı (dp)- Ön-İzol asyonl u Bor u Siste mi Şekil Bası nç rtışı (dp)- Kl asi k İzolasyonl u Bor u Siste mi vi

7 SEMBOL LĠ STESĠ a c c B CC C HW c s D d D f E f g H h 1 h 2 H s I 0 I h k k T L L 0 L 1 L 2 m i n P il r 0 t T B t w v V 0 V 1 V 2 w W y β β ' δ ε : l an : mpiri k Sabit : kışkan Özgül Isısı : Bor u Özgül Isısı : Bul utlanma Oranı : Hazen- Willia ms Katsyısı : Ses Hı zı : Bor u Çapı : Gö mül me Deri nli ği : Tasarı mfakt örü : El astisite Modül ü : Sürt ünme Fakt örü : Yerçeki mi ivmesi : Yer ltı Yer Üst ü Bor u Eksenl eri Uzaklı ğı : Bor u Dışı Taşı nı m Katsayısı : Bor u İçi Taşı nı m Katsayısı : Siste m Enerjisi : Güneş Sabiti : Yüzey Tarafı ndan Yut ulan Güneş Işı nmı : Isı İleti mkatsayısı : Toprak Isı İleti m Katsayısı : Bor u Uzunl uğu : Yer ltı ve Yer Üst ü Topl a m Bor u Uzunl uğu : Yer Üst ü Kısı m Uzunl uğu : Yer ltı Kısı m Uzunl uğu : Hava Kütlesi : Yılın İçi ndeki günün Sayısı : İşlet me Bası ncı : Bor u Yarıçapı : Za man : Yer Üst ü Bor u Yüzey Sıcaklı ğı : Bor u Et Kalı nlı ğı : kışkan Hı zı : Yer Üst ü+yer ltı Boru Hac mi Topl a mı : Yer Üst ü Kısı m Bor u Hac mi : Yer ltı Kısı m Bor u Hac mi : Saat çısı : Kaynak Fakt örü : Isıl Genl eş me Katsayısı : Sı kıştırılabil me Katsayısı : Dekli nasyon çısı : Uza ma vii

8 μ ν ρ ζ 1 ζ 2 ζ L ζ f ζ T Ф Δh ΔL ΔP, dp Δr ΔT ΔT ΔT B ΔT f ΔV ΔT T B T T H T T α α e : Sürt ünme Katsayısı : Poisson Oranı : Yoğunl uk : Hoop Geril mesi : Eksenel Geril me : İzi n Verilen za mi Geril me : Sürt ünme Geril mesi : Isıl Geril me : Enl e m : Siste m Enerji Kaybı : Eksenel rtış : Bası nç rtışı : Radyal rtış : Toprak ltı Denge Sıcaklı k Farkı : kışkan Sıcaklı k Farkı : Boru Sı caklı k Farkı : Sıcaklı k Farkı : Haci mfarkı : Toprak ltı Denge Sıcaklı ğı : Yer Üst ü kışkan Yüzey Sı caklı ğı : Yer Üst ü kışkan Sı caklı ğı : Dış Hava Sıcaklı ğı : Toprak Sıcaklı ğı : Bor u Yüzeyi Yut ma Katsayısı : Isıl Genl eş me Katsayısı Ġ NDĠ SLER i o c I B ĠZ TY PUR : İç : Dış : Ceket : Isıl : Bor u : kışkan : İzolasyon : Taş Yünü : Poli üretan viii

9 BORU HTLRI ND GÜNEġ RDYSYONU ETKĠ SĠ Ġ LE MEYDN GELEN BSI NÇ RTIġI NI N DEĞĠ ġġ K BORU SĠSTEMLERĠ NDE Ġ NCELENMESĠ ÖZET Bor u hatları dünyanun her t arafı nda değişi k akışkanl arı, güvenilir ve uzun ser vis avant ajları yla, kaynakl ardan kullanı m yerleri ne taşı makt adırlar. Büyük mi kt arlarda akışkan bor u hatları yla sürekli koşullarda uzun mesafeler boyunca t aşı nabil mekt edir. Bor u hatları nı n t asarı m ve i nşaatları, ul uslararası standardizasyon or ganizasyonl arı tarafı ndan belirlenmi ş kod ve st andartlar kullanılarak yapıl makt adır. Malze mel eri n seçi mi de yi ne bu kod ve standartlara göre yapıl makt adır. Di zaynda, işlet me bası ncı, sıcaklı ğı, akışkan özellikleri, konstrüksi yon özellikleri, çevre koşulları, coğrafi koşullar, i kli m koşulları ve işlet me, bakı m koşulları para metreleri di kkate alın makt adır. Büt ün bu para metreler, boru mazl e mesi ni, bor u siste mi ni ve işlet meyi et kilemekt edir. Bor u hatları, i kli m şartları ve akışkana bağlı olarak çı plak veya i zol asyonl u bor u siste ml eri ol arak i nşa edilebilirler. Eğer bor u hattı r ot ası yazı n çok sı cak ve kı şı n çok soğuk ol an sert i kli ml erden geçi yorsa hattı, sıcaklık değişi ml eri nden, ısı kazancı veya kayı pları ndan kor umak i çi n i zolasyon uygul anması gerekebil mekt edir. İzol asyonl u siste ml er ön-izolasyonl u bor u siste ml eri veya kl asi k i zol asyonl u bor u sist e ml eri şekli nde olabil mekt edir. Bor u hatları nı n çoğu, yer altı ve yer üst ü siste ml eri n beraber yer al dı ğı böl üml erden ol uş makt adır. Genel de yer üst ü kısı ml ar, gö mül ü kısı ml ara göre uzunl uk olarak daha az yer al makt adırlar. Nor mal işlet me şartları nda güneş ışı nı mı dol ayısı yla meydana gel en ısı kazancı herhangi bir probl e m yarat ma makt adır. ncak eğer hatta bir dur uş veya bakı m varsa akışkan i ki kes me vanası arası nda stati k kal makt adır. Bu dur uml arda yer üst ü kısı ml arda güneş radyasyonu et kisi ile meydana gel en ısı kazancı, sıcaklı k ve basınç artışı na yol aç makt adır. Sı caklı k ve bası nçtaki bu artış ileti m yol uyl a gö mül ü kısı ml arı da et kile mekt edir. Bası nç artışı mal ze me l i mitleri ne ul aşabil mekt e ve siste me zarar verebil mekt edir. Bu çalış mada, bor u hatları nda güneş ışı nı mı yl a ısı kazancı dur umuna ilişki n t eori k çözü m gerçekl eştiril miş ve sonuçl ar çı plak, ön-izolasyonl u ve kl asi k izol asyonl u siste ml er i çi n ortaya kon muşt ur. İzol asyonl u ve çı plak bor u siste ml eri içi n za mana bağlı diferansi yel denkl eml eri çöz mek i çi n Fortran 90 ile bir pr ogra m yazıl mı ştır. Bu pr ogr mda za mana bağlı enerji denkl e ml eri ni n çözü mü i çi n sonl u farklar yönt e mi kullanıl mıştır. ix

10 Sonuçl ar, çı plak bor u siste mi nde, gün i çi nde güneş ışı nı mı na bağlı basınç artışı nı n işlet me bası ncı na bağlı olarak li mitlere ul aşabil di ğini göster mekt edir. Ön-izol asyonl u siste mde akışkan, yüksek i zol asyon kalitesi sayesi nde sı caklı k ve bası nç artışı ndan kor unmakt adır. Kl asi k izol asyonl u siste m de, ön i zol asyonl u siste me nazaran az ol makl a birlikte akışkanı sıcaklı k ve bası nç değişiml eri ne karşı korumakt adır. x

11 I NVESTI GTI ON OF PRESSURE I NCRESE I N PI PELI NES CUSED BY SOLR RDI TI ON FOR DI FFERENT PI PE SYSTEMS SUMMRY Pi peli nes carry different medi as f or m sources t o usage areas all over t he worl d wit h the reliable and l ong servi ce advant ages. Huge amount of fl ui ds can be t ransferred for l ong distances wit h pipeli nes i n st eady st ate conditions. Desi gn and constructi on of pi pelines are carried out by means of st andards and codes whi ch are specified by internati onal standard organi zati ons. Mat erials are also selected accordi ng t o t hese standards and codes. In t he desi gn of pi peli ne, so me para met ers are t aken i nt o consi derati on li ke operati ng temperat ure, pressure, flui d pr operties, constructi on possi bilities, environment al conditions, geographi cal conditions, a mbi ent conditions and operati on and mai nt enance conditions. ll t hese para met ers affect t he desi gn of pi peline syst e m, pi pe mat erials, pi pi ng systemand operati on. Pi peli nes coul d be i nstalled as bare or i nsulated pipi ng syste ms accordi ng to carried medi a and a mbi ent conditions. If rout e is passi ng in a har d cli mat e whi ch is ver y col d in wi nt er and ver y hot i n t he summer it coul d be necessary t o appl y i nsul ation t o t he pi peli ne t o pr ot ect it from t e mperat ure changes and heat l oss or gai n. If there is no risk of operati on due t o heat gai n and l oss, it can be a bare pi pi ng syste m. Insul ated syste ms can be classical insul ated and pre-i nsul ated syste ms. Most of t he pi peli nes are mi xed co mbi nati on of above gr ound and under gr ound syste ms. Nor mall y above gr ound secti ons l engt h is l ess t han buried secti ons. Duri ng the nor mal operati ng conditions sol ar heat gai n is not a pr obl e m f or t he pi peli ne. But if t here is st op i n t he li ne or mai nt enance wor k, flui d can be st atic bet ween t wo st op val ves. In t his case i n the above gr ound secti ons t here col d be t e mperat ure and pressure i ncrease caused by sol ar heat gai n. This i ncrease i n t e mperat ure and pressure effect buried secti on as well due t o conducti on i n t he syste m. Pressure increase in the syste mcoul d reach t he li mits of pipe mat erial and da mage the syste m. In t his st udy, a t heoretical sol uti on has been realized f or a sit uati on of sol ar heat gai n in pi peli nes and results are present ed f or t hree different t ypes of pi pes whi ch are bare, classical i nsulated and pre-i nsul ated pi pi ng syste ms. Fortran 90 soft ware has written f or bot h bare and i nsul ated syste ms t o sol ve t he ti me dependent differential equati ons. Sol uti on has been done usi ng fi nite difference t echni que f or t he ti me dependent energy equations i n this soft ware. Results shows t hat pressure i ncrease i n t he bare pi pi ng syste m pi peli nes caused by solar heat gai n i n dayti me coul d reach t he pressure li mits dependi ng on t he operati ng pressure. In t he pre-i nsulat ed pi pi ng syste ms fl uid is pr ot ected agai nst t o change of xi

12 temperat ure and pressure due t o hi gh i nsul ati on quality. Cl assical i nsulati on also pr otects t he medi a from changes of t e mperat ure and pressure but pr otection i s l ess than pre-i nsulated pi pes. xii

13 1. GĠ RĠ ġ Özellikle II. Dünya Savaş ı sonrası nda öne mi ve kullanı mı gi derek artan boru hatları, yüksek t aşı ma kapasitesi ve uzun mesafe dağıtı m ol anakl arı ile akışkan t aşınması nda ekono mi k ve güvenilir bir çözü m ol arak kullanılmakt adır. Yeni di zayn t ekni kl eri ve kullanılan ür ünl eri n kalitesi bor u hatları nı n, güvenilirliği ve kesi ntisiz i şlet me şartları nı sağl a mal arı konusunda gi derek artan bir geliş me sağl a mı ştır. Özelli kle büyük çaplı bor uları n kullanıl maya başlanmasıyla, yüksek debilerde akışkanı n nakli ne olanak doğ muş ve hatları n ekono mi kli ği art mıştır. Bor u hatları genellikle, bir akışkanı üreti m yeri nden işle me t esisleri ne veya kullanı ma hazırlanmı ş bir akışkanı kullanı m yerlerine t aşı mak a macı yla kullanılırlar. Ör neği n ha m petrol ü üreti m kuyusundan rafi nerilere, şebeke suyunu da depol ardan kullanı m a maçlı ol arak son kullanıcılara ul aştıracak dağıtı m şebekesi ne nakl et mekt e bor u hatları sı kça uygulanan bir çözü m ol arak karşı mı za çı kmakt adırlar. Taşı nan ür ünün ci nsi ne, nereden nereye t aşı ndı ğı na, hangi a maçl a t aşı ndı ğı na ve coğrafi şartlara göre bor u sisteml eri farklılıklar göstermekt edir. İşlet me şartları, kullanılan mal ze me, dizayn şartları hep bu kriterler gözönüne alınarak belirlenmekt edir. Di zayn kriterleri, mal zeme seçi mi gi bi konul arda, bor u hatları içi n çeşitli kodl ar bul unmakt adır. Genellikle çevre açısı ndan da büyük öne m t aşı yan bor u hatları i çi n, S ME, NSI, I SO st andartları kullanıl makt adır. Bu st andartlar t aşı nan akışkana göre değişi mgöster mektedir. Ha m petrol, su, benzi n, doğal gaz, fuel oil ve daha birçok akışkan bor u hatları yl a taşı nmakt adır. Bunl arı n hepsi ni n stati k, di na mi k ve hi droli k di zaynl arı farklı olsa da rota seçi mi ve coğrafi koşullara göre kontrüksi yon özellikleri genel de aynıdır. Büyük debilerde nakil i çi n büyük çapl arda t aşı nan bu gi bi akışkanl ar i çi n nakl edilme a macı işlet me özellikleri ni n belirlenmesi açısısı ndan belirleyici ol makt adır. yrıca ana veya tali hat ol up ol madı kları da, bası nç,sıcaklı k gi bi kriterler açısı ndan öne ml idir. Bor u ve fitting et kalı nlı kları da buna göre belirlen mektedir. İstenilen koşullarda sor unsuz 1

14 operasyon i çi n mal ze me özellikleri, kodl ar gözönünde bul undur ul up gerekli hesapl ar yapılarak seçil mekt edir. Bor u hatları, yer altı veya yer üst ü siste ml er ol arak di zayn edilebil mekt edirler. Çevre şartları na göre belirlenen güzergahl arda genelde yer altı ve yer üstü kısı ml ar beraberce yer al makt adır. Toprak altında kal an kısı ml arda kullanılan borular i çi n ayrıca dış kor ozyona karşı önl e m al mak gerekmekt edir. Bu genel de kapl a ma ve kat odi k kor uma ile sağl anırken aynı kapl a ma yer üst ünde de kullanılarak hattı n dış et kenl ere karşı dayanı mı arttırıl makt adır. Genel de, eğer bir engel ile karşılaşıl mı yorsa, operasyon sırası nda müdahele kol aylı ğı ve t aki p kol aylı ğı sağla ması ndan dol ayı rot ayı yer üst ü ol arak belirle mek avant ajlı ol abil mekt edir. ncak bu şekil de, boru hattı dış et kilere fazlaca açı k hal e gel mektedir. Hava koşulları ve dışarı dan gelebilecek darbelere karşı önl e mal mak gerekmekt edir. Taşı yıcı bor u ol arak çelik t erci h edil mekt edir. Bu konuda petrol ve t ürevleri i çi n PI veya NSI st andardı nda hat bor uları kullanıl maktadır. Su ve benzeri akışkanl ar i çi n ise yi ne NSI veya I SO st andardı nda hat bor uları, işlet me bası ncı doğrult usunda belirlenmi ş et kalı nlı kları doğrult usunda seçil mektedirler. Taşı nan akışkanı n ci nsine göre değişse de, genel de hattın geçti ği yerdeki i kli m koşulları di kkatte alı narak bor ul ara sadece dış kapl a ma mı yapılacağı veya i zol asyon gereki p gerekmedi ği konul arı na karar veril mekt edir. Esas ol arak, yıl i çi ndeki sı caklı k değerleri gözününe alı narak hatta t aşı nan akışkanı n ısı kaybı işlet mede aksa ma yaratacak kadar kritik ise i zol asyon ve dış kapl ama yapıl ması t erci h edilmekt edir. ksi t akdirde, bor ul ar t oprak altına dış kor ozyondan ve t oprak üst ünde dış et kilerden kor unması a macı yla yapılacak bir kapl a ma yeterli ol makt adır. İzolasyon kullanıl madı ğı hallerde genel de çı plak çeli k bor u polietilen kapl a ma yapılarak kullanıl makt adır. Toprağa bu şekil de direk gö mül ebilen bu borul arı n, yer üst ünde gi den kısı ml arı nda, anti pas boya ve saç kapl a ma uygul a ması yapılarak da kullanıı m mü mkün ol abil mekt edir. Burada t oprak altı kısı ml arda, bor uların kaynakl a birleştiril mesi nden sonra yapılacak PE kapl a ma birleşi mi dış kor ozyon açısından çok öne mli ol makt adır. Eğer bu nokt alarda sızdır mazlı k sağl ana maz ise çelik bor ul ar toprak suları ve mi neraller tarafı ndan ci ddi korozyon tehli kesi altında kalacakl ardır. 2

15 İzolasyon gerektiren di zayn şartları nda kl asi k i zol asyon veya ön-izolasyonl u ( preinsulated) denilen, fabrikada i zol asyon ve ceket kapl a ması yapıl mış mont aja hazır şekil de bul unan bor u siste ml eri kullanıl makt adır. Kl asi k i zol asyon, t aşıyıcı bor u üzeri ne sı caklı ğa göre seçil miş ca m yünü veya t aş yünü i zol asyon mal ze mesi uygul anı p, gal vani z saç vaya benzer bir mal za me ile kapl anması şekli nde yapıl makt adır. Taşı yıcı bor u üstteki t abakalar sızdır maz ol madı ğı ndan dol ayı kor ozyona karşı önl e m ol arak yi ne anti pas boya ile boyanabil mekt edir. Kl asi k izolasyonl u siste ml eri yer altına gö mül ebil mesi i çi n genel de bet on kanal i çi nde uygul a ma yapıl makt adır. Kı ş işlet me şartları nda, don ması istenmeyen akışkanl ar i çi n ek olarak sıcak akışkan dol aşan refakat siste mi kullanıl makt adır. Endüstri yel kullanı mı giderek artan ön-izolasyonlu bor u siste ml erinde, t aşı yı cı bor u üzeri nde sıcaklı ğa göre pöli üretan veya t aş yünü+poli üretan i zol asyon ve onun üzeri nde HDPE ceket bul unan üç kat manlı yapı kullanıl makt adır. Ceket HDPE, çeli k, gal vani z veya alü mi nyu m ol abil mekt edir. Taşı yıcı bor u da akışkana göre seçilen si yah çeli k, paslan maz çeli k veya pl astik ol abil mekt edir. İzolasyon ve ceket özel üreti m t ekni kleri yle t aşı yıcı bor ulara arada boşl uk kal mayacak şekilde mont e edil mekt edir. Isı ilet kenlik katsayıları son derece düşük ol an bu bor ul arda, t aşı yı cı bor u birleşi mi ne i mkan ver mek a macı yla i ki uçtan belli uzunl ukl arda çıpl ak bor u bırakıl makt adır. Taşı yıcı bor u birleşi mi yapıl dıkt an sonra da birleşi m yerl eri ni n izolayonu j oi nt denilen ve prefabri k i zolasyon + ceket mal ze mesi nden manşondan ol uşan i zol asyon kitleri yle yapıl makt adır. Bu sayede sı zdır mazlı ğı sağl anan bor ul ar direk ol arak t oprağa gö mül ebil mekt edir. İşlet medeki kesi ntiler anı nda kış şartları nda don ma istenmeyen akışkanl ar i çi n el ektri kli veya sı cak akışkanlı refekat siste mi de fabri kada borulara izolasyon içi nde uygul anarak mont aja hazır sunul maktadır. Bor u hatları nda genel de yer altı kısı ml ar, yer üst ü kısı ml ara göre daha fazla yer alır. Sürekli çalış ma şartları nda yer üst ü kısı ml arda genel di zayn kriterleri arası nda pek di kkatte alı na myan dış kaynaklı ısı kazancı, hatta bir pr obl e m dol ayısı yla meydana gel ebilecek bir dur uşta, bakı ml ar esnası nda veya dirençler dol ayısıyl a akışta kesi ntiler ol duğu dur uml arda öne mli bir dış fakt ör konu muna gel mekt edir. Kı ş şartları i çi n nasıl ısı kaybı di kkatte alı nı p i zolsyon ile çözüm aranıyorsa, yaz şartları nda böyl e bir duruş meydana gel en dur umlar i çi n de bu ti p bir çözü m gerekli ol abil mekt edir. Ta ma mı akışkanl a dol u bir bor u hattını n belirli bir böl ümünde st ati k kal an akışkan, güneş ışı nları tarafı ndan bir ısı akısına mar uz kalırsa, bor u ve i çi ndeki 3

16 sı vı nı n sıcaklı ğı, buna bağlı ol arak da bası ncı artabilir. İşlet me bası nı na bağlı ol arak da, özellikle yüksek basınçlı siste ml erde bu basınç artışı boru mal ze mesi dayanı mı içi n probl e mol uşt urabilmekt edir. Bu çalış mada, böyl e bir senaryonun gerçekl eş mesi ile il gili çözü ml er yapıl mı ş ve sonuçl ar ortaya kon muşt ur. Önceli kle güney enl e ml erde, bor u hatlarını n sı kça kullanıl dı ğı ve yaz kış i kli mi n sert geçebil diği böl gel erde bu t ür dur uml arla karşılaş mak daha ol ası olabileceği nden enl e m derecesi buna uygun seçil miştir. Bor u hattını n mar uz kal dı ğı ısı akısı ne kadar yüksek ol ursa bası nç artışı ve mal ze meni n zarar gör me ol asılığı o kadar art makt adır. Isı akısı na mar uz kal an kısım yer üst ü kısı m ol duğu hal de, bu böl ümdeki bor u ve sı vı sıcaklı k artışı t oprak altındaki kısı mda da sı caklı k artışı na sebep ol makt adır. Dol ayısıyl a hattın gö mül ü kıs mını n havai kıs ma oranı sıcaklı k ve bası nç değerleri nde et kilidir. Bu bil gliler ışı ğı nda yer altı ve yer üst ü kısı ml ar i çi n enerji denkl e ml eri vasıtası yla sıcaklı k analizi yapıl mıştır. ynı şekillde bor u ve akışkanın ısı kazancı et kisi ile meydana gel en haci msel değişi ml eri incelenmi ş ve buradan da meydana gelebilecek bası nç artışı hesapl anmı ştır. Bası nç artışı nı n çeşitli bor u ti pleri i çi n nasıl ortaya çı ktı ğı da çalış manı n öne mli bir konusudur. Çı pl ak bor ular kullanıl dı ğı nda ortay çı kan sonuçl ar ile izol asyonl u bor ular kullanıl dı ğı nda ortaya çı kan sonuç açı kça f arklı ol makt adır. Bor u mal ze mesi ol arak çeli k hat bor uları seçil miş ve farklılık yarat ma ması i çi n i ncelenen akışkanl ar içi n hep aynı et kalı nlığı kullanıl mıştır. kışkanl ar su ve f uel oil ol arak al arak belirlenmi ş ve ısı kazancı et kisi nde verdi kleri tepkiler incelenmi ştir. 4

17 2. DH ÖNCE YPI LMI ġ ÇLI ġ MLR Bor u hatları tasarı mı ve işlet me şartları nı n i ncelendi ği çalış mal ar t aran mı ş, bu konuyl a il gili ol anl ardan bu çalış manı n hazırlanıl ması nda faydal anıl mı ştır. ncak yapılan araştır mal ar sonucu konuyl a il gili yazıl mı ş birkaç makal e harici nde pek fazl a çalış ma bul una ma mı ştır. Genel ol arak bor u hatları nı n di zaynı nda kullanılan S ME B31. 4 kodu, petrol türevl eri ve di ğer akışkanl arı n nakilinde kull anılan bor u hattı di zaynı, mal ze ml eri, konstrüksi yonu ve kontrol ü gi bi konul arı t anı ml ayan bir kaynaktır[1]. Bor u hattı di zaynı, mal ze ml eri ve diğer hususlar içi n S ME B31. 4 kodundan faydalanıl mıştır. Konuyl a il gili en yakı n çalış ma, bor u hatları nda çı plak bor ul ar i çi n güneş et kisi ile meydana gel en bası nç artışını n i ncelenmesi ni n yapıl dı ğı çalış madır[2]. Benzi n ve su içi n belirli boru çapl arı ve yer altı, yer üst ü kısı ml arı n uzunl ukl arı nı n oranlandı ğı bu çalış mada sonuçl ar, değişi k oranl ar içi n bası nç artışları veril miş ve yoruml anmı ştır. Bor u hat arı nı n, dış yüklemel er karşısı nda, akışkanı n verdi ği t epkileri ve bor u, mal ze me et kileşi mi de i ncel enmi ş, i ki ayrı modelle akışkan t epkileri ort aya kon muşt ur. Bu modeller, bası ncı n büyükl üğünü ve bası nç dal gaları nı n bor u i çi nde nasıl yayıl dı ğı nı kestir mek i çi n kullanıl mıştır[3]. Di ğer bir çalış mada, boru hatları nda pl anlanan veya kazara oluşabilecek bası nç dal galanmal arı nı n, hatta yarattığı geril me ve titreşi mi analiz edebil mek a macı yl a, bu geçi ci bası nç artışları nı n büyükl üğü ve sıcaklı ğı i ncelenmi ştir[4] Benzer bir çalış mada, i ç bası nç, ısıl değişi ml er ve ol abilecek dış yükl eri n yer altı boru hattları nda radyal ve eksenel doğr ult uda yarattı ğı geril mel er analiz edil mi ştir[5]. Başka bir çalışmada da bor u hatları için t a m bir geril me analizi met odu t anı ml a ması yapıl mış ve i ç, dış yükl er et kisiyl e ol uşan geril mel er incelenmi ştir[6]. kı şkanl arı n t aşı ndı ğı bor u hatları nı n çevre ile ol an ısı et kileşi ml eri de çeşitli çalış mal arda i ncel enmi ştir. Bor u hatları nda yüksek bası nçlı akışkanl arı n, çevre ile ol an ısıl et kileşi ml eri hakkı nda vaka çalış maları yapıl mış ve sonuşlar ortaya 5

18 kon muşt ur[7]. Di ğer bir ı sıl moddel e me çalış ması nda, akış sırası ndaki ısıl dağılı m el e alı nmı ş ve akış mi kt arı ile arası ndaki ilişki, çevreye ol an ı sı kaybı ve ı sı kazancı nı n akışa et kisi modellenmi ştir[8]. 6

19 3. BORU HTLRI TSRI MI 3. 1 Ge nel Tasarı m Te melleri Bi r bor u hattı siste mi ni n di zaynı nda, şart name gereksi ni ml eri ni n belirlenmesi, çi zi ml eri n ortaya çı karılması, di zayn para metreleri ni n kullanıl ması, yük koşulları, bor u hattı yerleşi mi ve rota belirlenmesi gi bi kriter ve bil giler ışı ğı nda çalış mal ar yapıl makt adır. Bu çalışmal arda, kod ve st andartlar, çevre kor uma faktörleri gi bi et kenl er de kısıtlayıcı olmakt adır. Mal ze me i çi n gerekli özellikler, gerekli özel üreti m mal ze mel er, mont aj ve i şlet me gereksi ni ml eri şart na melerde t anı ml anmakt adır. Şart na medeki bu belirlemel er genel de akışkan ci nsi ve işlet me para metreleri ve st andartlar di kkate alı narak yapıl makt adır. yrıca tasarı mda ve konstrüksiyonda göz önünde bul undur ul ması gereken kalite şartları ve genel bir kalite yöneti m siste mi gereksi ni mi de şart na mel erce belirlenebil mekt edir. Çi zi ml er, bor u yerleşi m ve r ot a pl anları nı, mont aj ve det ay resi ml eri varsa özel üretilecek mal ze mel eri n det ayl arı nı i çer mekt edir. Bunl ara, i zometri k yerleşi m, bor u hattı statik hesapl arı da ekl enebil mekt edir. Boru t aşı yıcısı gerekli ol duğu hallerde (yer üst ünde gi den bor u hattı kısı ml arı i çi n), bunl arı n det ay çi zi ml eri veya yer altı kısı ml ar i çi n açılacak kanal det ayı ve kanal i çi yerleşi m pl anı da hazırlanmakt adır. yrı ca işle m akış şe maları ( PFD) ve bor u ve enstrüman şe mal arı ( P&I D) da çi zi m ol arak belirlenmekt edir. PFD de ana el e manl arın adl arı nı, yerleşi mi ni, değişi k işlet me şartları i çi n alt ve üst koşulları ortaya koy makt adır. P&I D i se boru, fiiting ve vanal arı n yerleri ni, boyutları nı, birbirleri ne göre işlevleri ni göster mekt edir. Mü mkün ol duğu kadar uzun ve ekono mi k bakımdan yüksek veri m sağlayacak bir servis ö mr ü i çi n mal zeme ve fizi ksel para metreleri n, yük, işlet me ve çevresel koşulları n di zayn para metreleri ol arak det aylı bir şekil de el e alı nması gerekmekt edir. Di zayn yapılacak sahanın, çevresel ve coğrafi koşulları i ncele mek i çin zi yaret 7

20 edil mesi, sıcaklı k, bası nç ve gerekli girdileri n kullanıcılardan t e mi n edilmesi veya istenilen özellikleri n ortaya kon ması başlangı ç aşa ması nda yapıl makt adır. yrı ca toprağa gö mül ecek kısı ml ar i çi n t oprak yapısı nı n i ncelenmsi ve kor ozyon önl e ml eri ni n t asarlanması gerekmekt edir. Bor u hatları statik ve di nami k ol arak ortaya çı kabilecek her türl ü şartlara uygun di zayn edil mekt edir. Bası nç, sı caklı k değişi ml eri, ısıl genl eşmel er ve titreşi ml er gi bi anlı k ol uşabilecek duru ml ar göz önünde bul undur ul maktadır. Bunl ar servis koşulları dır ve bunl ar azami geril me sı nırı nı belirle mede kullanıl makt adır. Bor u hatları nı di zaynı nda çeşitli organi zayonl ar tarafı ndan belirlenmi ş ve t asarı mda uyul ması gereken koşul ve kuralları tanı ml ayan st andartlar veya referansl ardan faydalanıl makt adır. Bu kod ve st andartlar, proje para metreleri ne göre t ekrar t aranı p gözden geçiril mekt e ve en öne mli ol arak uyul ması gereken kurallar belirlen mekt edir. Genel ol arak bası nçlı bor u hattı di zaynl arında S ME B st andar dı kullanıl makt adır. St andartlar, tasarı mda di kkate alınacak kriterleri n li mitlerini ortaya koy makt adırlar. Ör neği n, izi n verilen geril mel er ve bunl arı n li mitleri, izin verilen yükl er ve bunl arı n li mitleri, kullanıl ması gereken mal ze mel er, en az et kalı nlığı, aza mi sehi m, ısıl genl eş me st andartlarda t anı mlı ve uyul ması gerekli for mülleri belirlenmi ş dizayn kriterleri dir. Çevresel fakt örler de, di zayn para metresi ol arak öne mli bir yer e sahi plerdir. Kor ozyonun en öne mli fakt ör ol arak di kkate alı ndı ğı bu et kenl ere ayrıca operasyon sırası nda ortaya çı kabilecek, depre m, yangı n, buzl anma, kar yükü gi bi etkenl er de ekl enmekt edir. Sı caklı k değişi ml eri ni n bor u hatları içi n kritik bir önemi var dır. Sı caklı k değişi ml eri ya mevsi msel ol makt a ya da akışkanı n sı caklığı na bağlı ol makt adır ki özellikle akışkan sı caklı ğı na bağlı değişi m konusunda ısıl genl eş me hesapl arı yapılarak gerekli önl e ml er alı nmakt adır. Bor u i çi akış sırası nda meydana gel ebilecek erozyon da çevresel fakt örler arası nda di kkate alınmakt adır. Operasyon sırası nda ortaya çı kabilecek yangı n, ani güç kesil mesi gi bi dur uml ar, doğa koşulları nı n meydana getirdi ği depre m, fırtına gi bi koşullar i çi n herhangi bir referans veya kod mevcut değil dir. Tasarı m aşa ması nda bu gi bi fakt örler tecrübel erle kurallar har manl anarak dikkate alı nmakt adır. kışkanl arı n i çi nde barı ndırdıkl arı bazı aşı ndırıcı maddel er et kisiyl e meydana gel en erozyon da bor u et kalı nlı ğı nın za manl a azal ması na yol açabil mekt edir. Bu da za manla bor u i çi nde, erozyon sebebi yl e 8

21 incel me nokt aları nda basıncı n da et kisi ile mal zeme yapısı nı n zarar gör mesi ne neden ol abil mekt edir. Bunu önl e mek i çi n genel de et kalı nlığı nı gerekenden biraz fazl a tut mak prati k bir çözü m ol makt adır. yrıca i ç kor ozyonu önl eyecek ki myasallar da kullanılabil mekt edir. Çevresel fakt örleri n di kkat e alı nması gi bi bor u hattını işlet me esnası nda etkileyecek yük koşulları nı n da belirlenmesi gerekmekt edir. İşlet me sırası nda gel ebilecek yükl er yukarı da belirtilen çeşitli et kenl eri n, i ç bası nç, bor u siste mi ni n kendi ağırlığı, ısıl genl eş ma dol ayısı yla ol uşan geril mel eri n kuvvetleri, ısıl değişi ml er, rüzgar, t opl a mı ol makt adır. Genel olarak bu yükl er, sürekli ve geçi ci yükler ol arak sı nıflandırıl makt adır. Sürekli yükl er za manl a değiş meyen i ç ve dış basınç, bor u ve akışkan ağırlıkları gi bi yükl erdir. Tasarı m bası ncı akışkanı n istenilen bası nç değeri ve t asarı m sıcaklı ğı da bu bası nçtaki sıcaklı ğı dır. Bor u et kalı nlı ğı ve mal ze mesi de daha önce belirtildi ği üzere bu para metreler kullanılarak seçil mekt e, hesapl anmakt adır. Di zayn bası ncı, nor mal işlet me sırası nda aşıl mayacak şekil de belirlenmekt edir ancak yi ne de bazı dur uml arda bu bası nç değeri aşılabil mekt edir. Bu dur uml arda kısıtlayı cı sı nır standartlarda t anı mlı maksi mu m bası nç veya sı caklı k değerleri ol makt adır. Yer üst ü siste ml er i çi n bor u sistemi ni n ağırlığı, yer altı sisteml er i çi n ise bor u hattı üzeri ndeki toprak yükü sürekli yük sınıfında değerlendiril mektedir. Geçi ci yükl er, boru hattını anlı k ol arak veya belirli bir za man dilimi i çi nde et kileyebilecek yükl er olarak t anı ml anmakt adır. Si s mi k yükl er, rüzgar yükü, koç darbesi, sıcaklı k değişiml eri et kisi ile ortaya çı kan ısıl genl eş meler bunl ar arası ndadır. Rüzgar ve kar yükl eri yer üst ü siste ml er i çin söz konusudur ve standartlarda belirlenmi ş li mit ve f ormüll ere göre değerlendiril mekt edir. Sis mi k yükl er ise heri ki siste m i çi n de geçerlidir ve yi ne bor u hatları içi n depre m yükl eri ni tanı ml ayan standartlara uygun şekil de di kkate alı nmakt adırlar. Koç dar besi, titreşi m, gür ült ü gi bi oprerasyon sırası nda meydana gel ebilecek arazılara bağlı dur uş veya vanal arı n ani kapatıl ması, akışkanı n gereği nden fazla hı zla akması gi bi dur uml ara bağlı ol arak ortaya çı kabilecek yükl er de, t asarı m aşa ması nda e mni yet valfleri yle veya di zayn hı zları nı n standartlarda belirli li mitleri ne uyul arak önl enbil mekt edir. Isıl değişi ml ere 9

22 bağlı ol arak meydana gel en genl eş me veya çekme dur umu i çi n özel fittingsler kullanılarak veya hattın r ot ası nda uygun genl eş me böl üml eri bırakılarak t edbir alı nabil mekt edir. Genelde t oprak altında uzamal ar ko mpansat ör denilen, kör ük yapısı nda fittingslerle veya t oprak üst ünde o mega çe mberleri yapılarak, dirsek böl geleri bırakılarak ısıl değişi m sırası ndaki gerilme et kisi ile ortaya çı kan uza mal ar, hattın işleyişi ne statik olarak probl e myarat mayacak şekl e getirilebil mekt edir. Bor u hattını n yerleşi m planl arı ve r ot a belirlenmesi, boru hattını n bir noktadan di ğer nokt aya gi dişi nde, P&I D de gösterilen bor u, valf ve di ğer eki pmanl arıyl a birli kte tama men boyutlandırıl mış di zaynı nı i çer mekt edir. Bu di zayn sırası nda boru hattı nı n işleyiş kriterleriyle birlikte aynı za manda dış çevre ile ol an et kileşi ml eri, bor u hattı esnekli ği, mal ze me mali yetleri, işlet me ve onarı mı, güvenli k ve mont aj gereksi ni ml eri gi bi et kenler de göz önünde bul undur ul makt adır[9]. Yerleşi m pl anl arı ve r ot a t asarlanırken, malze me seçi mi, işlet me şartları, çevre şartları gi bi konul arda ön hazırlık yapıl ması gerekmekt dir. Zira yerleşi m pl anl arı ve r ot a bu bil giler kullanılarak hazırlanmaktadır ayrıca di ğer di zayn kriterleri ni n aksi ne standartlarda rota ve boru siste mi yerleşi mi tanı ml anma mı ştır. Bor u siste mi yerleşi m planı nda bil gisayar pr ograml arı kullanılabil mekt edir. Özelli kle kar maşı k geçişleri n çizi mi nde ve hesapl arı nda kol aylı k sağl ayan bil gisayar pr ogra ml arı, kalite standartları na uygun pr oj e di zaynı nda kol aylı k sağlamakt adır. Yerleşi m pl anl arı nda, hattın geril me ve yükl erini n önceden hesapl anmı ş halleri gözönünde bul undur ularak, bor u güzergahı nda gerekli esnekli kler sağl an makt adır. Yer üst ü hatlar i çi n ısıl geril mel ere karşı gereki yorsa, i ki sabit nokt a arası na, o mega çe mberleri, z çe mberleri, yer altında ko mpansat ör kullanı mı ve hesapl arı yapıl makt adır. Buradaki a maç geril mel eri n, belirli yerlerde t opl anması önl e mek ve hattın geneli ne yayarak, st andartlarda t anı mlı mal ze me li mitl eri ne uygun değerlere getiril mektedir. Bor u hattını n geçeceği r ot a üzerinde, bor u t aşı yıcı destekl eri ni n dur uml arı na, varsa di ğer bor ular ile ol an ilişkileri ne ve i zol asyon yapılıyorsa, izolasyon kalı nlı kları na göre yer ayarlanması gerekmekt dir. Yer üst ünde destekler, yer altında ise kanal bunlara uygun t asarlanmakt adır. Vanal arı n poszi yonları, po mpa yerleşi ml eri ve bağl antıları siste mi n hi drolik dengesi nde çok öne mli r ol oyna makt adır. Bu nedenle bu eki pmanl arı n bağlantıları, akışkan hı zları ve yerleri gereksi ni ml ere uygun t asarlanmakt a, standartlar ve üretici el kitapları di kkat e alı narak uygul a ması ve yerleşi m pl anı ndaki di zaynı yapıl makt adır. Bor u r ot ası ve 10

23 yerleşi mi t asarlanırken işlet me şartları da düşünül mekt e ve herhangi bir arı za veya bakı m anı nda, siste m ele manl arı na çabuk ve kolay erişil mesi ne i mkan sağl ayacak şekil de yerleşi mi yapıl makt adır. Uzun metrajlı boru hatları nı n r ot a seçi ml eri nde çok çeşitli fakt örler gözönüne alı nmakt adır. Bu ti p boru hatları nda çok çeşitli coğrafi şartlardan ve çevrel erden geçiş sözkonusu ol abilmekt edir. Bu yüzden buradaki rot a belirlenirken belirli kıstaslara göre seçi m yapıl makt adır. Bor u hatlarını n güzergah seçi mi nde, akışkanı n taşı ndı ğı i ki nokt a arası ndaki en kısa mesafe, bakı m ve onarı m esnası nda ol abilecek en i yi ul aşılabilirlik, çevreye en az zara verecek ve mü mkün ol duğu kadar or manlı k arazi den geç meyecek r ota ol ması, hal k sağlı ğı açısından yerleşi m al anlarından uzak ol ması, yol, tren yol u, nehir geçişleri nden mü mkün ol duğu kadar kaçı nıl ması, dağlı k ve t epeli k arazilerden kaçı nıl ması, enerji nakil hatları na paralel gi dişten kaçı nıl ması, evl er, göller ve di ğer ol abilecek engellerden kaçınıl ması ve varsa kontrolü açıı ndan havadan ve yerden i zlenebilecek bir güzergah ol ması ana r ot a seçi m kıstasları ol makt adır[10]. Genel ol arak bor u hatları ile il gili rot a seçi mi, sosyal et kiler ve pr oj edeki di ğer kriterleri n kullanı mı Şekil 3. 1 de gösteril miştir. na di zayn kriterleri nin yanı nda, onl ara dayanarak hesapl anan, bor u hatları nı n tasarı mı nda öne mli bazı ek kriterler vardır. Burada, bor u çapl arını n, bası nç kayı pları nı n belirlenmesi yapıl makt a, bu yapılırken de er ozyon açısı ndan akışkan hı zları ve po mpa işi açısından, kullanı m nokt ası ihti yacı bakı mı ndan bası nç kayı pl arı di kkete alı nmakt adır. kışkan hı zları, değişi k akışkanl ar i çi n farklılıklar göst er mekt e ve genel ol arak di zayn el kitapları nda belirtil mekt edir. Bu akışkan hı zl arına uygun debiler ve debi ye uygun bor u çapı seçi mi he m akış sırası ndaki ısı kayıpları i çi n öne mli ol makt a, bor u içi kor ozyonu, akış sırası ndaki sesi, vi brasyonu önl e mek açısı ndan da öne mli rol oyna makt adır. Bor u çapı seçilirken hı zlar kadar bası nç düşümü de öne mli ol makt adır. Bor u i çi nde akış sırası nda meydana gel en sürt ün me dol ayısı yla meydana gelen bası nç düşüşü bor u çapı na ve hı za bağlı ol duğundan he m kullanı m nokt ası ndaki ihti yacı sağl ayacak he m de po mpa enerji sarfiyatı nı fazl a artttır mayacak şekil de seçil mekt edir. yrıca basınç düşümü ve hı z birbirine bağlı para metreler ol duğundan bunl arı n opti mi ze edil mesi genel de uygun bor u çapı nı n da hesapl anması nı sağla maktadır. 11

24 Şekil 3. 1 Bor u Hattı Proje Tasarı m Kriterleri [10] 3. 2 Boru Hatl arı Tasarı mı Bor u hatları nı n genel dizayn t e melleri ve kriterleri aynı ol makl a birlikte, t aşı dı ğı akışkana göre de farklı özelliklere sahi p ol abilmekt edir. Mal ze mel er, uygul anan kodl ar, bası nç ve sı caklık aralı kları, hi droli k tasarı m, stress li mitleri ve bunl arı dengel e me bi çi ml eri, çevre güvenli k gereksi ni mleri farklılıklar gösterebil mekt edir. Bunun yanı nda mekani k ve mont aj özellikleri, geril me ve yük analizleri gibi konul ar da t üm akışkan t aşı yan bor u hatları i çi n neredeyse ortak sayılabil mekt edir. Petrol ve türevl eri ni t aşı yan bor u hatları nda hi droli k ve mekani k t asarı mda genel de S ME ve NSI st andartları kullanılırken, mal ze me st andartları da PI veya NSI standartları 12

25 kullanıl makt adır. Di ğer akışkanl arı n t aşı ndı ğı bor u hatları nda I SO st andartları da kullanılabil mekt edir. kı şkanı kaynakt an, kullanı m yeri ne göt ürecek olan bor u hattını n ekonomi k açı dan en i yi çözü mü sağl ayacak şekil de opti mi ze edilmesi kadar birbiriyle ilişkili üç ana mühendislik konusu da öne mli yer t eşkil etmekt edir. Bunl ar, hi drolik di zayn, mekani k di zayn ve bakım- onarı m i şle ml eri ne uygun di zayn yap ma konuları dır. Bu konul arı n hepsi de birbirleri yle ilişkili ve birbirleri ni et kileyen konul ardır. Biri nde verilecek karar di ğeri nde de değişi kli klere yol açabil mekt edir. Ör neğin hi dr oli k tasarı m açısı ndan, orta bir nokt ada bası nçlandırma yapıl ması gerekli ise bu aynı za manda mekani k t asarı mı, rotayı ve daha birçok şeyi değiştirebilmekt edir. Dol ayısı yla pr ojede işleyiş açısı ndan büt çe çalış mal arı, hi droli k ve mekanik t asarı m çalış mal arı birbiri nden ayrı düşünül me mekt edir. Hi dr oli k di zayn, t aşı nacak akışanı n bor u hattı boyunca akış sırası ndaki özellikleri nin r ot aya, coğrafi koşullara, bası nç aralı kları na uygun ol arak hesapl anması dır. yrıca i ki nokt a arası ndaki bası nç aralı kları na bağlı ol arak, özellikle uzun hatlarda gerekli ol abilecek po mpa istasyonl arı nı n sayısı nı n belirlenmesi de hi droli k di zaynı n bir parçası dır. Bu t asarı m yapılırken en ekono mi k çözü mün, yatırı mcı ile işlet meci yi orta nokt ada bul uşt uran çözü m ol acağı göz önünde bul undur ul makt adır. Mekani k di zaynda, standartlara uygun mal ze me seçi mi, bor u çapı, bası nıç, bor u et kalı nlığı hesapl arı, hi droli k ve ısıl değişi ml eri n getirebileceği dur uml ara karşı hesapla mal ar yapıl makt adır. yrı ca po mpa seçi mi ve boyutlandırıl ması, havai hatlar i çin bor u t aşı yıcısı det ayl arı, gö mül ü hatlar i çi n kanal det ayları gi bi konul arda mekanik t asarı ma gir mekt edir. Bakı m ve onarı ma uygun di zaynda da işlet me ve bakı mı kol ayl aştıracak kontrol siste ml eri, çevre güvenli ği ile ilgili alı nması gereken tedbirlerin tasarı mı yapıl makt adır. Taşı nacak akışkanı n, boru hattı boyunca, belirlenen işlet me şartları na uygun ol arak fizi ksel özellikleri ni n belirlenmesi hi droli k t asarı m aşa ması nda yapıl makt adır. Bu tasarı m aşa ması nı n sonunda, bor u hattında ileti m i çi n i hti yaç duyul acak enerji mi kt arı, uygun bor u çapı aralı ğı ve gerekli ol abilecek po mpa istasyonl arı nı n muht e mel yerleri gi bi konul ar belirlenmi ş olmakt adır. Bor u hattını n t a ma mı nı n di zaynı bitirildi kten sonra, hi droli k di zayna geri dön mek ve dur uşlar sırası nda ol abilecek bası nç artışları na karşı t edbir al mak, ileri de ol abilecek hattı n genişle mel ere karşı uygunl uğunu düzenl e mek gi bi hesapl a mal ar yapıl makt adır. 13

26 Hi dr oli k di zaynı n başlangı ç aşa ması nda, t aşı nan malı kaynakt an kullanı m yeri ne veya bir t esisten di ğeri ne göt ürecek ol an bor u hattı rotası belirle mesi yapıl makt adır. Bu yapılırken il k t erci h, mü mkün ol an en düz güzergahı kullanmak ve mü mkün ol duğu kadar hattın kot unun aynı kal ması nı sağl ayacak şekil de r ota t ut mak ol makt adır. ncak bu konuda işi biraz daha kar maşı k hal e getiren bazı et kenl er ortaya çı kmakt adır. Bunlar dağ, t epe, nehir gi bi doğal engellerdir ve r ota, hi droli k denge açısı ndan kontrol nokt aları nı en aza i ndirecek, bakı m onarı m i çi n kol ay erişilebilir ol acak ve boru hattını n kor unması na ( yer üst ü kısı ml ar i çin ) i mkan verecek şekil de düzenl en mekt edir. İl k ol arak güzergah seçi mi i çi n, boru hattı nı n geçeceği böl gelere ait coğrafi haritalar, det aylı pl an kot eler kullanılarak ön çalış mal ar hazırlanır. Bir r ota belirlendi kten sonra, daha sonra revi ze edil mek kaydı yla, hat güzergahı nı et kileyecek di ğer et kenl er göz ardı edilerek t aslak r ot a ve kotları belirten çi zi m yapıl makt adır. Bu t asl ak çi zi m hi droli k dizayn i çi n kullanıl makt adır. Eğer birden fazla r ota alternatifi düşünül ebiliyorsa, bunl arı n çi zi mi yapılır ve herbiri i çi n di zayn kriterleri gözönünde bul undur ul arak hesapl a mal ar yapıl makt adır. En ekono mi k ve kriterlerin hepsi nde opti mu m sonucu verecek r ot a en i yi r ot a ol makt adır. Bor u hattını n hi droli k dizaynı nda, siste mi n debisi, akışkan sı caklı ğı, hava ve t oprak sıcaklı kları, akışkanı n viskozitesi, buhar basıncı, sıcakılık ve bası nç değerleri belirlenerek hesapl a malara başlanmakt adır. Bor u hattından geçecek debi hesapl anırken işlet meci veya iş sahi bi ni n isteklerine yakı n değerler kullanmak her za man fayda sağl a makt adır. kışı n gel eceği ne yöneli k t ahmi nl er ve azami, asgari debileri n il k aşa mal arda belirlenmesi uygun boru çapl arı nı n seçi mi nde it erasyon sayısı nı azaltıcı yönde et ki et mekt edir. Çünkü en ekono mi k sonucu al de et mek a macı yla hesapl ar belirli çapl ar i çi n t ekrarlanı p geri dönüşler yapıl maktadır. Debi tasarlanırken ayrıca duruş ve çevre koşulları, t üketi m veya i hti yaçlar di kkat e alı nmakt adır. İdeal bir bor u hattını n kapasite kullanı m oranı %90-95 arası ndadır. Kapasite kullanı m oranı, yılın her günü i çi n debi nin, işlet me günl eri nde geçen debi ye oranı ol arak t anı ml anmakt adır. Bor u hattını n geçeceği r ot a üzeri ndeki en düşük, en yüksek hava sı caklı kları havai hatlar i çi n ve t oprak sı caklı kları yer altı sisteml er i çi n düşünül erek, akış sırası nda pr obl e m yarat mayacak t edbirler alı nmakt adır. kı şkan özellikleri de hi droli k sistemi n tsrı mı nda çok önemli ol makt adır. kışkanın ak maya karşı gösterdi ği direnç vi zkozite, yoğunl uk, buhar bası ncı ve sı cakılık değerleri 14

27 siste mi n ana di zayn para metreleri ol makt adır. Bunl ar, t aşnacak ürüne göre belirlenmekt edir. Özellikl e vi skozite belli sıcaklı k aralı kları nda al dı ğı değerler ışığı nda çok öne mli bir di zayn para metresi olmakt adır. kışa direncin art ması genel de düşük sı caklı klarda ol ur ki bu da site min dur ması anl a mı na gelmekt edir. Bunun ol ma ması i çi n siste mi n nakl edilen ür üne bağlı işlet me sı caklık aralı ğı belirlenmekt edir. Bu sıcaklı k aralı ğı daha sonraki aşa mada, mekanik di zayn aşa ması nda, aydı nlatıcı bir bil gi ol arak kullanıl makt a ve bu sı caklı k aralı ğını, t oprak, hava sı caklı ğı na göre akışa pr obl e m yarat mayacak şekil de kor umak i çin t edbirler alı nmakt adır. Bor u hattında akış yaratabil mek i çi n ve dirençleri yenebil mek i çi n sistemi n enerji dengesi ni n kur ul ması ve hesapl anması gerekmekt edir. Bunun i çi n hattın t opl a m bası nç kaybı ve sistem enerjisi, H s, hesaplanmakt adır. Bor u akışında bası nç kayı pları nı, yüksekli k değişi mi nden kaynakl anan statik bası nç kaybı, düz kısı ml arda akış esnası nda meydana gel en sürt ünme bası nç kaybı ve dirsek, redüksi yon gi bi geo metri değişi mi ol an yerlerde hı z değişi ml erinden kaynakl anan ( özel dirençl er) bası nç kaybı ol arak t anıml a mak mü mkündür. Bunl ar aynı za manda borul arda yük kayı pları nı t espit et mekt e kullanılan Ber nolli denkl e mi ni n birer ele manı dır. Yüksekli k kayı pları genel de hatta giriş ve çı kış nokt aları arası ndaki yüksekli k farkı ol arak alı nmakt adır ve genel de Ber nolli denkl e minden bu yük kaybı nı hesapl a mak mü mkün ol mkt adır veya direk ol arak aradaki yüksekli k farkı da yük kaybı ol arak kullanılabil mekt edir. Özel dirençler değerleri de, genel ol arak bor u çapı ve akışkana göre t abl olarda eşit bor u boyu ci nsi nden hesapl an mı ş şekil de el de edilebil mekt edir. Sürt ünmeden kaynakl anan yük kaybı hesabı i çi n çeşitli for müller kullanıl mkt adır. Bu for mülleri n en genel kullanı ma sahi p ol anları, Darcy- Weisbach, denkl em 3. 1 ve Ha zen- Williams, denkl em 3. 2, denkl e ml eri dir[11]. Bu denkl e ml erden il ki Reynol ds sayısı nı, i ki ncisi ise ampriri k bir katsayı yı kullanarak sürt ünme basınç kaybı nı hesapl a makt adır. 2 fl V h (3. 1) Di 2g 15 1,852 1,167 V 1 h 3,022 (3. 2) C HW D i

28 Bu hesapl ar genel ol arak viskozitesi çok değişi ml er göster meyen t ek fazlı akışkanl ar içi n fazla kar maşı k değildir. kış hı zı li mitleri içi nde ekono mi k bor u çapı aralı ğı belirlendi kten sonra, buna uygun düşen bası nç kayı pları hesapl a ması yapılmakt adır. Bu aşa mada t aslak ol arak bor u et kalı nlı ğı seçi mi yapıl makt adır zira bor u i ç çapı nı n belirlenmesi açısı ndan öne mli ol makt adır. Boru çapı seçi mi yapılırken bası nç kaybı nı n az ol ması ve po mpa işi ni n azaltıl ması a macı yla düşük t ut ul ması düşünül mekt e ve bu yapılırken de bor u mal ze mesi mali yetleri ni de yükselt me mek a macı yla bir opti mi zasyona gi dil mekt edir. Genel de bor u çapl arı, bası nç düşüml eri ve hızları gösteren t abl olar vasıtası yla uygun bor u çapı seçi mi yapmak mü mkün ol makt adır. Bu yapıl dı ktan sonra bor u hattı boyunca t opl a m bası nç düşümü hesapl anmakt a ve po mpa seçi mi i çi n gerekli dat alar el de edil miş ol makt adır. Bundan sonra, bor u hattını n her nokt ası ndaki bası ncı, siste me po mpal ar t arafından sağl anan enerjiyi gösteren akış di yagra ml arı çı karıl makt adır. Bu di yagra ml ardaki eği m, bası nç kaybı dol ayısı yla hattın başı ndan sonuna doğr u azalan bir gör ünü m çi z mekt edir. Bu di yagra mı n düzenl enmesi ndeki a maç, siste mi n son nokt adaki geri bası ncı kontrol et mek ve eğer ileri de genişle me ol ursa hattın üzeri ndeki hi droli k dengeyi kol ayca görebil mektir. Genel de, bor u hatları nda akış mi kt arı sabit ol masa da hesap yaparken maksi mu m değerlere göre hesap yapmak, işlet mede çı kabilecek probl e ml eri önl e mekt edir. St andartlarda yer al an f or müller kullanılarak bor u hattında, et kalınlı ğı veya maksi mu m i şlet me bası ncı hi droli k di zaynı n sonraki aşa ması dır ve S ME B de verilen denkl e m 3. 3 ile hesapl anan bası nca göre po mpa sayısı, hattın bası nç düşüml eri kontrol edil mekt edir. Burada yi ne hi droli k açı dan, bor u mali yeti, po mpa mali yeti, po mpa enerji giderleri ve bası nç kaybı değerleri arası nda bir opti mi zasyon yapıl makt adır. ncak bu aşa madaki et kalı nlı ğı içi n, sadece işlet me basıncı hesaba katıl makt a ve di ğer dış bası nçlar, erozyon t edbirleri gi bi di ğer et kenler i hmal edil mekt edir. Bu hesaplamal ar daha sonraki mekani k di zayn aşa ması nda el e alı nmakt adır. P il t w 2 L (3. 3) Do 16

29 Siste mi n gerekli akışı istenilen yarde istenil en bası nçta sağl ayabil mesi içi n t opl a m enerji i hti yacı, yani sürtünme kayı pları, özel direnç kayı pları ve yüksekli k farkı topla mı, siste mi n po mpa gücü ile sağl anacak enerji i hti yacı nı belirle mekt edir. Po mpa sayısı, belirlenen bor u çapı, et kalı nlı ğı gi bi değerlere göre, siste mi n t opla m bası nç kaybı nı n, aza mi işlet me bası ncı nı n yük kaybı ci nsi nden değeri ne böl ünerek bul unabil mekt edir. Po mpa sayısı ndan sonra, bu po mpal arı n yer seçi ml eri de öne mli ol makt adır. Siste mi n hidr oli k dengesi açısı ndan her po mpa t er mi nali nde yakl aşı k aynı bası nç değerleri sağl anmaya çalışıl makt adır. Topl a m enerji kaybını, po mpa sayısı na oranl andı ğı nda her bir po mpa istasyonu aralı ğı ndaki bası nç düşü mü hesapl anabil mekt edir. Pompa i stasyonunda, po mpanı n e mme vanası ile basma vanası arası ndaki bası nç farkı, po mpa çı kış yükü ile yüksekli k arası ndaki farka eşittir. ynı za manda siste m enerjisi ile yüksekli k ar ası ndaki fark, po mpanı n gerekli net çı kış yükünü belirle mekt edir. Tabi ki po mpa istasyonl arını n ul aşabilir ve arazi nin i nşaat a el verdi ği böl üml erde yapıl ması he m bakı m he m de konstrüksi yon açısı ndan öne mli ol makt adır. Po mpa istasyonl arı nda kullanılacak po mpa seçi ml eri, siste m enerji yükü eğrisi çı karılıp bunun po mpa karakt eristikleri yle karşılaştırıl ması şekli nde ortaya çı kan siste m eğrileri kullanılarak yapıl makt adır. Eğer birden fazla po mpa istasyonu varsa bunl ar i çi n gerekli sürt ün me kayı pl arı nı n istasyonl ar arası mesafeyl e çarpıl ması yla, istenilen akış debisi ne göre bası nç kayı pları bul unabil mekt edir. Genel ol ar ak belirlenen çap i çi n üreticileri n sağl adı kları pompa kar akt eristik verileri ışı ğı nda, istenilen debi ye göre, siste m enerji i hti yacı nı karşılayacak bir po mpa seçi mi yapıl makt adır. Hi dr oli k di zaynı n aşa maları nda eğer akışkan sı caklığı, boru i çi ndeki akış dol ayısı yl a artış veya azalış gösteriyorsa, bunl ar da hi drolik t asarı m aşa ması nda göz öneüne alı nmakt adır. Özellikle hatta dur uş meydana gel diği za man, i ki vana arasında ser vis dışı kalan böl üml er içi n ısıl değişi ml eri n detaylı şekil de incelenmesi gerekmekt edir. Me kani k t asarı m, boru hattını n yükl ere karşı mı kave meti ni n ve mal ze me daranışları nı n belirlendi ği aşa madır. Bor u hattını n mar uz kal dı ğı i ç ve dış bası nçlar, taşı yıcı bor u mal ze me seçi mi, mal ze me çeli k ise ci nsi ve et kalı nlı ğı, çapı, hava ve toprak şartları na göre dina mi k ve kalıcı yükl erin et kileri ni n hesapl anması, bor u hattını n çeşitli koşullardaki dur um ve cevapl arı, mont aj det ayları, bor u askı det ayları 17