Doğal Gaz Tesisatı Nedir, Doğal gaz fosil yakıtlar grubundan hidrokarbon esaslı, kokusuz, renksiz, havadan daha hafif, kolay yanabilen bir gaz karışımıdır. Yanma ürünleri açısından çevre sağlığı üzerinde olumsuz etkileri en az düzeyde olan, taşıma kolaylığı ve verimlilik sağlayan bir enerji kaynağı olup, elektrik santrallerinde, gübre sanayiinde ve konutlarda oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Doğal gaz doy muş hidrokarbonların ilk ailesidir. Hidrokarbonların genel formülü cnh2n+2 olup, doğal gazın içerisinde yüzde olarak en çok kimyasal formülü ch4 ile gösterilen ve metan diye okunan bir gaz karışımıdır. Bu ise organik teoriye göre milyonlarca yıl önce yaşamış bitki ve hayvan artıklarından yeryüzü kabukları arasına gömülen ve zamanla basınç ve ısı etkisiyle kimyasal değişikliklere uğrayarak doğal gazı meydana getirmiştir. Genellikle doğal gaz sıra dağı yamaçlarında, petrol yataklarında, petrol ile birlikte veya serbest olarak rastlanabilir. Bugün dünyada üretilen doğal gazın yaklaşık % 40 kadarı petrol ile aynı yataklarda % 60 ise petrolün bulunmadığı yataklardan sağlanmaktadır.
Doğal Gaz Üretim, Depolama ve Taşıma Sistemleri
Organik teoriye göre doğal gaz, milyonlarca yıl önce yaşamış bitki ve hayvan artıklarının yeryüzü tabakaları arasında sıkışarak basınç ve sıcaklık etkisi altında oksijensiz ortamda değişikliklere uğraması sonucu oluşan hidrokarbon ve hidrokarbon olmayan gazların oluşturduğu bir gaz karışımıdır. Doğal gaz yer altında, gözenek çapı 1 mm civarında olan gözenekli tortul kayaçlar içinde bulunmaktadır. Dünyada en büyük doğal gaz yatakları Rusya‟nın Sibirya bölgesindedir. İran, Türkmenistan, Cezayir, Hollanda, ABD zengin yataklara sahip ülkelerdir. Türkiye‟de doğal gaz yatakları, Trakya‟da Hamitabat ve Güneydoğu Anadolu bölgesindedir.
Doğal Gaz Üretim Sistemleri
Kuyudan çıkarılan doğal gaz içerisinde yüksek oranda metan, ağır hidrokarbonlar, azot, karbondioksit, hidrojensülfür ve kükürt bileşikleri bulunmaktadır. Gaz kullanıma uygun duruma getirilmek üzere değişik işlemlerden geçirilir. Böyle bir işleme sistemi, şekil-5.1 de şematik olarak verilmiştir.
Sistemdeki gaz-sıvı ayırma bölümünde, ham doğal gaz içinde sıvı fazdaki hidrokarbonların ve serbest suyun ayrılması sağlanır. Gaz-su buharı arıtma bölümünde, gaz içindeki su buharının alınması için glikol kullanılmakta ve sonrasında kuru gaz şeklinde satışa sunulmaktadır.
Doğal Gaz Depolama Sistemleri
Doğal gazı olmayan veya yeterli miktarda doğal gaz üretemeyen ülkeler için, ileriye dönük veya mevsimsel ihtiyaçları karşılamak amacıyla depolama gerekli bir işlemdir.
Doğal gaz aşağıdaki yöntemlerle depolanabilir.
– Boru hatları içinde
– Tükenmiş doğal gaz ve petrol yatakları, yer altı veya tuz mağaralarında
– Su tutucu özelliği olan yapılarda (akiferlerde)
– Çelik tanklarda yüksek basınç altında veya sıvılaştırılmış halde (LNG)
Boru hatlarında ve çelik tanklarda yapılan depolama yönteminde gaz yüksek basınç altındadır. Yer altı depolama tekniğinde, yer altı tabakasının gazı içine alması ve tutması için yeterli geçirgenlik ve gözeneklilik özelliğine ve gazın yeryüzüne sızmasını önleyecek bir üst kayaca sahip olması gerekir.
Doğal gaz atmosfer basıncında -161.5C da sıvılaştırılmaktadır. 1 m3 sıvılaştırılmış doğal gaz, işletme şartlarında yaklaşık 650 m3 doğal gaza eşdeğerdir.
Basınç arttırıldığında doğal gazı daha yüksek sıcaklıklarda (17 bar basınçta -92C da) sıvılaştırmak mümkündür. Sıvılaştırma işlemi genellikle kademeli soğutma yöntemiyle gerçekleştirilmektedir.
Türkiye’de diğer bazı doğalgaz ithal eden ülkeler gibi doğalgaz arz kaynaklarının çeşitlendirilmesi, arz güvenliğinin ve arz esnekliğinin arttırılması için hem baz yük tesisi olarak çalıştırmak hem de ihtiyaç duyulduğunda pik düşürücü olarak devreye sokulmak üzere Marmara Ereğlisi’nde LNG ithal Terminali yapılmıştır. 1994 yılında işletmeye alınan terminalin sürekli enjeksiyon kapasitesi 685.000 m3 /saattir.
Doğal Gaz Taşıma Sistemleri
Doğal gaz yüksek basınç altında boru hatlarıyla, sıvılaştırılmış halde gemilerle taşınmaktadır. Gemi taşımacılığında gaz, -161.5C da sıvılaştırılır ve özel olarak yapılmış tankerlerle taşınır.
Büyük kapasiteli tankerlerle 70 milyon m3 doğal gaza eşdeğer miktarda sıvılaştırılmış gaz taşınabilmektedir. Gemilerle taşınan gaz, karada çelik tanklarda depolanmaktadır. Boru taşımacılığında taşıma basıncı genellikle 70 bar dır. Bu basınç taşıma maliyetinin en düşük olduğu değerdir. Ana elemanlar, borular ve kompresör istasyonlarıdır. Boru hattının taşıyabileceği gaz miktarı, boru hattının malzeme özelliklerine bağlı olarak işletme basıncı ile ilişkilidir. Uzun mesafe gaz taşımacılığında gaz debisi için, Penhandle bağıntısı kullanılır.
Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonları
Basınç düşürme ve ölçüm istasyonları giriş basınçlarına göre A, B, C tipi olmak üzere üçe ayrılır. Basınç düşümü ve ölçüm yapan istasyonlar “RMS” (Regulating Measuring Station), sadece basınç düşümü yapan istasyonlar “RS”, sadece ölçüm yapan istasyonlar “MS” olarak adlandırılır.
A Tipi İstasyon: 75-35 bar giriş basıncını 19-12 bar çıkış basıncına düşürür. Gazı istasyona giriş ve çıkış hızları en çok 20 m/s değerindedir. Şehirlerin girişlerinde, büyük organize sanayi bölgeleri, doğal gazdan elektrik üreten otoprodüktör grupları için kurulurlar. Doğal gaz bu istasyonlarda kokulandırılır. Kokulandırıcı madde olarak çürük sarımsak kokusunu andıran tetra hidro teofen (THT) 7-25 mg/m3 oranında kullanılmaktadır.
B Tipi İstasyon: 19 – 12 bar giriş basıncını 4-1 bar basınca indirir. . Gazı istasyona giriş hızı en çok 20 m/s, istasyondan çıkış hızı en çok 25 m/s değerindedir. Şehir içinde belirli bölgelerde ve organize sanayi bölgelerinin girişinde bulunurlar.
C Tipi İstasyon: 4 bar giriş basıncını 1 bar, 300mbar veya 21 mbar‟a düşürür. Bina, endüstriyel tesislerin girişinde bulunur.
Doğal Gazın Fiziksel Ve Kimyasal Özellikleri
Doğal gaz zehirsizdir, patlama aralığı yüksektir (%5 – %15), havadan hafiftir, kuru bir gazdır, ısıl değeri katı yakıtlara göre yüksektir.
Doğal gazın yoğunluğu içerisindeki bileşenlerin % de bileşimlerine göre 0,68 – 0,76 kg / m3 aralığında değişim gösterir. Bir m3 sıvı doğal gaz (lng) yaklaşık 420 kg gelmektedir. 1M³ sıvı gaz buharlaştırıldığında yaklaşık olarak 600 m³ gaza eş değerdir.
Doğal gaz 1 atmosfer basınç altında ve – 162 ºC de sıvı halde tutulabilir. Doğal gaz 46,4 bar ve – 82 ºC (kritik basınç ve sıcaklık değerleri arasında da sıvılaşabilir.
Doğal gazın ısıl değeri içerisindeki bileşimlere bağlı olarak değişim gösterir. Türkiye de kullanılan doğal gazın üst ısıl değeri 8750 ile 9300 kcal /m3 arasında değişim göstermektedir.
Gazlarla İlgili Genel Kavramlar
Basınç
Gaz tesisatında basınç, efektif değer olarak ifade edilir. Atmosfer basıncı üzerindeki statik basıncı gösterir ve birim olarak [mbar] kullanılır.
1 bar = 103 mbar = 105 N/m2 = 9810 mSS
Basınç için kullanılan diğer birimler aşağıda verilmektedir:
Standart atmosfer ( 1 atm) = 1.01325 bar = 760 Torr
Teknik atmosfer (1 at) = 1 kg-kuvvet/cm2 = 735.5 Torr = 0.981 bar
Mutlak teknik atmosfer ata şeklinde, efektif (ölçüm) teknik atmosfer atü olarak gösterilir.
1 psi = lb-f/inç2 = 0.06895 bar
Gaz tesisatları değişik işletme basınçlarında çalışabilmektedirler. Basınç sınırları;
alçak basınç : p <= 100 mbar
orta basınç : 100 mbar <= p <= 1 bar
yüksek basınç : p >= 1 bar olarak belirlenmiştir.
Konutlar ve benzeri yapılar, alçak basınçlı tesisat sınıfında yer alırlar. Aşağıdaki tanımlamalar, gaz tesisatı uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır:
Durgun basınç : Akış halinde olmayan gaz ortamının basıncıdır.
Şebeke basıncı : Bina bağlantı hattında bulunan gaz basıncı olup, tesisatın hesaplaması bu basınca göre yapılır.
İşletme basıncı : Gaz tesisatının herhangi bir yerinde işletme durumunda okunan basınçtır. Alçak basınç bölgesindeki en yüksek işletme basıncı, basınç regülatörünün çıkışında olması gereken basınca karşılık gelir. Orta basınç bölgesinde en yüksek işletme basıncı için ek olarak, emniyet donanımlarındaki basınç sapmaları da dikkate alınmalıdır. Prç, regülatörde olması gereken çıkış basıncı; RS, regülatördeki sapma olmak üzere en yüksek basınç,
şeklinde olmalıdır.
Hacim
Gazların hacmi bulunduğu basınç ve sıcaklığa göre değişmektedir. Normal şartlarda (T=0C , P=1.01325 bar) ideal gazların 1 kmol‟ü 22.4135 m3 hacme sahiptir. Bu değer, gerçek gazlar için de büyük bir yaklaşıklıkla geçerlidir. Gazın sayaçtaki veya brülördeki hali, işletme durumunu gösterir. Örneğin, 15C sıcaklıkta 1030 mbar basınçtaki gaz işletme durumundadır. Belirli bir gaz hacminin işletme durumundan normal şartlara dönüştürülmesinde;
ifadesi kullanılır. Vn, gazın normal şartlardaki hacmini; Viş, işletme şartlarındaki hacmini ve z, gerçek gaz çarpanını göstermektedir. Gerçek gaz çarpanı,
olarak hesaplanabilir. Peff < 100 mbar ise, K=1 alınabilmektedir.
Yoğunluk ve Bağıl Yoğunluk
Birim hacimdeki kütle miktarı olarak tanımlanan yoğunluk,
(5.5) şeklinde yazılabilir. Pg,n gazın normal şartlardaki yoğunluğu; Ph,n kuru havanın normal şartlardaki yoğunluğunu göstermek üzere, bağıl yoğunluk,
(5.6) şeklinde ifade edilir. Kuru havanın normal şartlardaki yoğunluğu 1.293 kg/m3 olarak alınabilir. Bir gaz karışımının bağıl yoğunluğu, karışımı meydana getiren gazların bağıl yoğunlukları ile hacimsel oranlarının çarpımlarının toplamına eşittir.
Isıl Değer
Yakıt olarak kullanılan gazların ana özelliklerinden biri, ısıl değeridir. Üst ve alt olmak üzere iki türlü ısıl değer tanımlanmaktadır.
Isıl değer birimi olarak; [kcal/kg] , [kcal/Nm3 ] veya [kJ/kg], [kJ/Nm3 ] kullanılmaktadır. Nm3 (normal metreküp), normal şartlardaki hacmi göstermektedir.
Üst ısıl değer (Ho,n) : Gaz içinde bulunan su buharının buharlaşması için harcanan ısı dahil olmak üzere, gazın 1 m3 ünün tam yanması ve yanma ürünlerinin sıcaklığının 25C değerine ininceye kadar elde edilen ısı miktarıdır.
Alt ısıl değer (Hu,n) : Gaz içinde bulunan su buharının buharlaşması için harcanan ısı hariç olmak üzere, gazın 1 m3 ünün tam yanması ve yanma ürünlerinin sıcaklığının 25C değerine ininceye kadar elde edilen ısı miktarıdır.
Hesaplamalarda her zaman alt ısıl değer kullanılır. İşletme şartlarındaki ısıl değer, normal şartlardaki ısıl değerin işletme şartlarındaki basınç, sıcaklık ve nem oranına göre aşağıdaki bağıntı kullanılarak belirlenir.
Doğal Gazın Yapısı ve Özellikleri
Gazların molekülleri küçüldükçe uçuculukları artar ve kaynama noktası sı- caklığı düşer. Aynı karbon sayılı alkanlarda dallanma arttıkça uçuculuk yine artar ve kaynama noktası sıcaklığı düşer. İki komşu alkan arasındaki kaynama noktası farkı karbon sayıları arttıkça azalmaktadır. Alkanların yapısında bulunan karbon ve hidrojen atomlarının elektron ilgileri birbirine çok yakın olduğundan; kimyasal reaksiyona ilgi duymaz. Su ve benzeri çözücülerde çözünmez. Nötral olduklarından kuvvetli asit ve bazlarda da çözünmez. Eter ve Kloroform gibi organik çözücülerde çözünür. Metan doymuş olduğundan yer değiştirme yoluyla reaksiyon verir. Böylece doğal gazdan sanayide hammadde olarakda kullanılır.
Ayrıca doğal gazın depolanabilmesi diğer yakıtlara göre önemli bir özelliktir. Doğal gazın en önemli bileşimi olan metan gazı diğer fosil temsilli yakıtlardan daha temizdir. Metan tam yakıldığında ortaya karbondioksit (CO2 ) ve su buharı (H2 O) çıkar. Çıkan karbondioksit miktarı, yüzde olarak, kömürün ürettiği karbondioksitin yarısı, petrolden çıkan karbondioksitin üçte biri kadardır. Ayrıca metan gazı havayı kirleten Sülfür Bileşenleri ve Karbon Parçacıkları yaymaz.
Kokulandırma Kokulandırma ve Kullanım Emniyeti:
Yakıt olarak kullanılan kokusuz gazların (doğal gaz, hava gazı, sıvılaştırılmış petrol gazı vb.) emniyetli olarak kullanılması ve kaçak durumlarının her an ve her şartlarda yapılması için çeşitli dedektörler geliştirilmiştir. Herhangi bir kaçak veya sızıntının anında fark edilebilmesi için kokulandırma üniteleri geliştirilmiştir.
Bu üniteler RMS istasyon çıkışlarına yerleştirilerek gaz hattına 7,5 – 25 mg/m3 THT (tetrahidroteofen = C4H8 S) ilavesiyle bina içi veya dışı doğal gaz hatlarında bağlantı yerlerinde ekipmanlarda veya doğal gaz cihazlarında meydana gelen kaçakların bulunmasına kolaylık sağlar. Bunun için çeşitli kokulandırma maddeleri kullanılmaktadır. Tioeterler (sülfitler) dimetilsülfit = CH3 – S – CH3 Sülfitlerin kimyasal kararlılıkları, fiziksel özellikleri ve koku şiddetleri açısından gaz kokulandırma maddesi olarak son derece uygun olmakla beraber en uygunu THT’dır.
Türkiye’de Doğal Gaz İletim Hatları
1987 yılında ilk bölümü işletmeye alınan Türkiye doğal gaz boru hattı, Bulgaristan sınırından Malkoçlar yöresinden girerek, İstanbul, Kocaeli, Bursa, Eskişehir hattı boyunca 1988 yılında Ankara‟ya kadar 850 km lik bir mesafe katetmiştir. Bu hattın işletme basıncı 75 bar ve tasarım sıcaklığı 50C dır. Ayrıca, mavi akım adı altında yapımına 2001 yılında başlanan Rusya‟dan Karadeniz altından Samsun‟a gelen ve Ankara‟ya yönlenen hat 2003 yılında, Orta Asya ve Kafkaslardan Türkiye‟nin doğu bölgesine gaz getiren hat 2007 yılında hizmete girmiştir.
Doğalgaz Tesisatı Hesaplaması için ilgili yazımıza ulaşabilirsiniz
Doğalgaz tesisatı hakkında daha detaylı bilgi için bize ulaşın
