BUHAR AKÜSÜ Buhar da Depolanır mıymış?.. KAZAN DAİRESİ SOHBETLERİ III Mustafa Aral Makina Mühendisi Nükleer Enerji Yük. Müh. ARALSAN ISI CİHAZLARI Ltd. Şti. D iyelim ki, yeni bir tesis kuracaksınız. Üretiminizde buhara olan gereksiniminiz de değişken Yani belirli saatlerde buhar tüketiminiz fazlalaşıyor ve belirli saatlerde de normalin altına iniyor Veya var olan işletmenizde üretim hattına yeni bir cihaz eklediniz ve bu nedenle buhar tüketiminiz mevcut buhar kazanınızın kapasite sınırına dayandı. Bu durumda herhangi bir kazan firmasına başvurduğunuzda, bu firma muhtemelen, işletmenizin en fazla buhar tüketiminin gerçekleştiği andaki buhar miktarına göre size bir buhar kazanı teklif edecektir. Öyle ya Buhar kazanının, sizin kullanacağınız en fazla buharı anlık olarak vermesi gerekir. İçiniz rahat olarak teklif edilen bu kazanı, birkaç teklif arasından seçer ve gönül rahatlığıyla ve doğru bir iş yaptığınızdan emin olarak paranızı öder ve kazanı alırsınız. Fakat çok yanılırsınız Niye mi? Merak ediyorsanız söyleyelim Çünkü bir buhar tüketim planı yapmadan bir buhar kazanı kapasite seçilmesi durumunda, buhar kazanının kapasitesini en yüksek yüke göre seçerseniz, muhtemelen yanlış bir seçim yapmış olacaksınız da ondan Başka bir deyişle, pik yüke göre seçim yapmak yerine, ortalama yüke göre seçim yapıp, buhar tüketiminin düşük olduğu zamanlarda fazla buharı depolayıp, buhar tüketiminin arttığı zamanlarda ise, kazana yüklenmek yerine gerek duyulan buharı bu buhar deposundan çekmenin daha ekonomik olup olmayacağını bakmadan gereksiz büyüklükte bir kazan seçmiş olabilirsiniz de ondan Bu noktaya kadar söylediklerimiz sizde bir merak uyandırdıysa o zaman doğru kapasitenin nasıl seçileceği ve ne yapılması gerektiği konusunda yazının devamını da okumanızda yarar var. Buhar Aküsü nedir? S özünü ettiğimiz buhar deposu buhar aküsüdür. Buhar aküsü, ihtiyaç fazlası buharın, basınçlı bir tankta basınçlı doymuş su hazırlanmasında kullanılması ve ek buhara gerek duyulduğunda, bu doymuş suyun basıncının düşürülmesi sonucunda oluşan faz değişimiyle elde edilen buharın yeniden kullanılmasını sağlayan bir cihazdır. Resim-1 de mevcut veya yeni tasarlanan bir buhar tesisine kolayca monte edilebilecek şekilde paket olarak üretilmiş Aralsan Buhar Aküsü görülmektedir. Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 1/6
ARALSAN copyright 2008 Resim 1: ARALSAN BUHAR AKÜSÜ http:///aralsan-isi-ekonomisi-cihazlari Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 2/6
Buhar Aküsü Nasıl Buhar Üretir? B u anlatım kapsamında bir buhar kazanının işletme basıncı P 1 ve işletmede gerek duyulan buhar basıncı P 2 ise, bu durumda akümüzün şarj basıncı P 1 ve deşarj basıncı ise P 2 olacaktır. Bu iki basınç arasında çalışacak bir aküden, gerek duyulduğunda P 2 basıncında elde edilebilecek buhar miktarı şu şekilde hesaplanır: m b = m ds ( i 1 i 2 ) / r 2 [I] m b : aküden P 2 basıncında çekilebilecek buhar miktarı [kg] m ds : aküde P 1 basıncında depolanan doymuş su miktarı [kg] i 1 : P 1 basıncında doymuş su ısı tutumu [kcal/kg] i 2 : P 2 basıncında doymuş su ısı tutumu [kcal/kg] r 2 : P 2 basıncında buharlaşma gizli ısısı [kcal/kg] Bu eşitliğe göre gereksinim duyulan buhar miktarı bilindiğinde, bu buharı elde etmek için P 1 basıncında ne kadar doymuş su depolanması gerektiği aynı eşitlik kullanılarak aşağıdaki şekilde hesaplanır: m ds = m b r 2 / ( i 1 i 2 ) [II] Akü boşaltıldığında basıncı P 2 basıncına düşer. Bu durumda akünün yeniden şarj edilmesi gerekir. İşletmenin pik buhar tüketimi bittikten ve tüketim kazan kapasitesinin altına düştüğü zaman akü ihtiyaç fazlası buharla yeniden şarj edilir. Böylece bir sonraki pik çekiş periyotu için akü yeniden buhar üretmeye hazır duruma gelmiş yani şarj edilmiş olur. Söylediklerimizin Bir de Hesabını Yapalım S öylediklerimizi bir örneğe uygulamak daha açıklayıcı olabilir. Bir işletmenin 6 bar da saatlik buhar tüketiminin her 15 dakikada aşağıdaki gibi değiştiğini varsayalım: Saat 08:00 08:15 08:30 08:45 09:00 09:15 09:30 09:45 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 Yük 4500 4950 4500 4900 4800 4900 4500 4850 4750 4500 4950 4600 4950 8000 4500 4950 4500 4900 4800 4900 [kg/h] 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00 4500 4850 4750 4500 4950 4600 4950 8000 4500 4950 4500 4900 4800 4900 4500 4850 4750 4500 4950 4600 4950 Bu yük dağılımına göre ortalama saatlik buhar yükünün 4901 kg/h olduğu kolayca hesaplanabilir. Yük dağılımını ve ortalama yükü eğri olarak da gösterelim: Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 3/6
8000 7500 7000 6500 Yük Ortalama Yük 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 Yukarıda söylediklerimizi yeniden anımsarsak, bu yük dağılımına göre buhar kazanı kapasitesi seçimi için iki seçeneğimiz bulunmaktadır: 1. Maksimum yüke göre kazan kapasitesi seçmek: Bu durumda kazan kapasitesinin 8000 kg/h olarak seçilmesi gerekmektedir. Böyle seçim yapılırsa, kazan çok uzun süre yaklaşık % 60 kapasitede çalıştırılacak ve günde yalnızca iki kez 15 dakika süre ile ani olarak tam kapasiteye çıkacaktır. 2. Ortalama yüke göre kazan kapasitesi seçmek: Ortalama yük 4901 kg/h olduğuna göre, bu durumda kazan kapasitesi 5000 kg/h olarak seçilmelidir. Bu seçime göre ise, kazan sürekli olarak 4900 5000 kg/h sabit yükte çalıştırılacak, tüketim daha az olduğu zaman fazla buhar bir aküde depolanacak, ani yükler ise, kazana dokunulmadan bu aküden çekilen buhar ile karşılanacaktır. Paranız çoksa ve ani yük değişimleri nedeniyle daha kısa sürede kazanınızın ömrünü tamamlaması yani kısa sürede kazanınızı yenilemek zorunda kalmanız size bir sorun yaratmayacaksa birinci seçenek size göredir. Yok, eğer ekonomik yatırım yapmak ve işletme maliyetlerinizi azaltmak gibi bir sorununuz varsa o zaman bu buhar aküsünde buhar depolamanın nasıl gerçekleştiğini verilen örnek üzerinde açıklayalım. Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 4/6
Buhar üretiminde yüksek basınç ve sıcaklıkların seçilmesinin buhar çevrim verimini yükselttiğini ve ayrıca kullanım noktasında basıncının düşürülmesinin buharın kuruluk derecesini yükselttiğini termo-dinamikten biliyoruz. Bu durumda 6 bar da 4901 kg/h ortalama buhar gereksinimi için 12 bar işletme basıncına sahip 5000 kg/h buhar kazanı seçimi uygun olacaktır. 15 dakika süreyle gerek duyulan ek 3000 kg/h buhar için ise bir buhar aküsü boyutlandırmak gerekecektir. Bu nedenle önce 6 bar ve 12 bar da doymuş su ve doymuş buhar özelliklerini bir bakalım: BASINÇ ISI TUTUMU GİZLİ ISI Su Buhar P i s i b r [bar] [kcal/kg] [kcal/kg] [kcal/kg] 6.00 165.60 659.1 493.5 12.00 193.50 665.4 471.9 İstenen ek kapasite 3000 kg/h olduğuna göre, 15 dakika süresince buhar gereksinimi 750 kg dır. [II] sayılı eşitliğe göre 12 barda aküde depolanması gereken doymuş su miktarı: m ds1 = 750 x 471.9 (193.5 165.6) m ds1 = 13 266 kg olarak hesaplanır. 12 bar da su özgül hacmi 0.001143 m 3 /kg dır (http:///tr/aralsan-teknik-bilgisayfalari). Bu değere göre akü faydalı hacmi; V fh = 0.001143 x 13 266 = 15.16 m 3 olarak bulunur. Akü toplam hacminin % 80 nin faydalı hacim olduğu kabul edilirse bu durumda akü toplam hacmi; V akü = 15.66 / 0.80 = 18.95 m 3 olur. Bu değere göre, bu süreç için buhar aküsünün 20 m 3 olarak seçilmesi uygundur. Görüldüğü gibi, günde birkaç saatlik aşırı tüketim için, büyük bir buhar kazanı seçmek yerine, buhar tüketimindeki gün içinde oluşan iniş çıkışlar dikkate alınarak yapılacak bir düzenleme ve bu düzenlemeye göre seçilmiş bir BUHAR AKÜSÜ ile pik çekişlerde de buhar basıncı düşmeden buhar ihtiyacını karşılamak olanaklıdır. Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 5/6
Gelelim sonuca: B u yazıyı okuyanların bir kısmı, yahu aküyle maküyle niye uğraşalım, alırız 8000 kg/h kapasiteli bir kazan, iş biter diyebilir. Daha önce söylediğimiz gibi, bu yaklaşım da bir çözüm dür. Fakat merak eden olabilir diye biz aşağıda buhar aküsü kullanmanın avantajlarını yine de sıralayalım: Günde yalnızca birkaç saatlik kullanılacak kapasite için, büyük bir buhar kazanı yatırımı yapılmasına gerek kalmaz. Buhar aküsü, pik yükler yerine, işletmenin ortalama buhar tüketimine göre buhar kazanı seçilmesini sağlar. Buhar kazanı yatırım maliyetini düşürür. Buhar kazanı ve buhar aküsü yatırımı birlikte düşünüldüğünde yatırım miktarı artıyor gözükse bile, buhar aküsü sonuç itibarıyla alevle temas etmeyen bir basınçlı bir kap olduğundan, buhar kazanına göre çok daha fazla uzun ömürlü bir cihazdır. Buhar kazanı ekonomik ömrünü tamamlayıp yeni bir buhar kazanı alınacağı zaman da, uzun vadede buhar aküsü bu yenileme masrafını da azaltır. Ani buhar çekişlerinde buhar basıncının düşmesini önler. Pik çekiş kapasitesine göre bir buhar kazanı seçilmiş olsa bile, buhar kazanı% 60 kapasitede çalışırken ani olarak % 100 kapasiteye çıkıldığında, buhar kazanı buna hızla yanıt veremez. Bu sırada buhar basıncı hızla düşer. Ancak bir süre sonra buhar basıncı yeniden normale döner. Fakat bu arada gerek duyulduğu anda istenen kalitede buhar üretilemez. Buhar aküsü kullanılması durumunda, buhar basıncı düşmeden pik çekiş buhar ihtiyacı sorunsuzca karşılanabilir. Sürekli yük değişimi koşullarında çalışmak yerine buhar kazanının sabit bir yükte çalışmasını sağlar. Buhar kazanında sürekli büyük yük değişimlerinin yaşanması, kazan yüzeylerindeki ısıl gerilmeleri arttırır. Bu durum, sabit yükte çalışan bir kazana göre, değişken yükte çalışan bir buhar kazanının kullanım ömrünü daha fazla kısaltır. Ayrıca ani yük değişimlerinin oluştuğu periyotlarda yakıt yanma verimi düşer ve yakıt sarfiyatı artar. Son Birkaç Söz B u anlattıklarımızdan sonra, muhtemelen aklınıza; Hepsi iyi güzel de, buhar aküsü kullanıp kazan kapasitesini ortalama buhar yüküne göre seçtik fakat bu sefer de buhar basıncını, ihtiyacımızın üstünde seçmek zorunda kaldık, bu da ek bir masraf değil mi? sorusu takılacaktır. Bu konuda haklısınız. Fakat yüksek buhar basıncı, boru ve armatür çaplarının küçülmesini sağlayacağından, tesisat yatırımınızı da düşürecektir. Öte yandan, buharı yüksek basınçta sevk edip, kullanım noktasında basıncını düşürseniz, bu durumda buhar kuruluğu artacağından, üretiminizde daha kaliteli buhar kullanma olanağı bulacaksınız demektir. Tüm açıklamalar sizin için doyurucu değilse, o zaman buhar aküsü yerine SICAK SARNIÇ seçimini düşünmeniz gerekmektedir. Bu çözümleme için KAZAN DAİRESİ SOHBETLERİ mizden SICAK SARNIÇ yazısını (http:///tr/sicak-sarnic) okumanızda yarar bulunmaktadır. Bu makalenin her hakkı Mustafa Aral ve ARALSAN a aittir. Kopyalanamaz. Ancak kaynak göstermek koşuluyla alıntı yapılabilir. Sayfa: 6/6