Buhar Kazanları
Yazar;Halil Kale, halil_kale@hotmail.com
Su buharından teknikte faydalanma düşüncesi bir buhar topu tasarlayan Arşimet’e (MÖ 287 – 212) kadar uzanır. Leonardo da Vinci (1452 – 1519) bu konu ile ilgili hesaplar yapan ilk kişi olmuştur. Bir buhar topu ile 8 kg ağırlığındaki bir güllenin 1250 metre uzağa kadar atılabileceğini hesaplamıştır(Viessmann, 2006).
Düdüklü tencereyi pratikte ilk uygulayan Denis Papin (1680) olmuştur. Bu ilk basınçlı kap, ilk denemelerde kullanılan prototip patladıktan sonra, daha o zamanlar bir emniyet ventili ile donatılmıştı(Viessmann, 2006).
Su buharı endüstriyel üretimin çoğu alanlarında enerji ve kimyasal madde taşıyıcısı olarak kullanılır. Endüstride su buharının yaygın kullanım alanları kağıt ve inşaat malzemeleri üretimi, rafineriler, ilaç ve gıda endüstrisi olarak sıralanabilir. Ayrıca buhar türbinleri tahrik edilerek elektrik üretiminde, kauçuk ürünlerin vulkanizasyonunda ve ambalajların sterilizasyonunda buhar kullanılır(Viessmann, 2006).
Endüstriyel uygulamalarda kullanılan normal bir buhar kazanı kapalı bir kaptır. Bu da, buharın atmosferik basınçtan daha yüksek bir basınç altında oluşması demektir. Atmosfer basıncında bir litre sudan 1700 litre buhar elde edilirken, 7 bar basınç altında elde edilen buharın hacmi ise 240 litreye düşer(Viessmann, 2006).
Bir buhar kazanı yapı grubuna, buhar kapasitesine ve maksimum işletme basıncına göre tanımlanır. Buhar kazanına emniyet, kontrol, gösterge ve bağlantı elemanları, besi suyu pompası, brülör ve kumanda sistemi de dahildir. Komponent seçimi işletici tarafından istenen işletme türüne ve yakıtlara bağlıdır(Viessmann, 2006).
Yakıt olarak genellikle doğalgaz ve sıvı yakıt kullanılmaktadır. Diğer yakıtlar, örn. atık yağ, LPG, biyo-gaz gibi yakıtlar, sadece istisnai durumlarda kullanılmaktadır. Sıvı yakıt beslemesine depolama tankları, doldurma tertibatı, ara tanklar, sıvı yakıt pompaları, armatürler ve güvenli kapatma donanımlı yakıt hatları da dahildir. Gaz yakıt kullanıldığında ise, binanın emniyet gaz kapatma vanaları, kazan dairesindeki gaz boruları, hava alma hatları ve yakıt beslemesi için brülör gaz yolu armatürleri mevcuttur (Viessmann, 2006) .
Buhar kazanlarını neler etkiler;
- Kazan Yönetimi
- Kazanın üretici tarafından öngörülmüş çalışma şartları ve dizaynı
- Kazancı Yeterliliği ve Eğitimi
- Kazan Kullanımı ve Bakımı
- Kazan Kontrol, ve Deneyleri
- Kazan Kontrol ve Güvenlik Sistemleri
- Kazanın Yeri
1.Kazan Özellikleri, Kullanım ve Bakımı
Buhar kazanının kurulumundan sonra buhar kazanından çeşitli değişiklikler yapılabilmektedir bu değişikliklerinin nedeni genelde talep edilen buhar miktarının zamanla değişmesidir. Eğer kazan dizayn limitleri dahilinde kullanılmazsa kazan cidarlarında gerilemeler ve korozyon oluşma riski artacaktır bu da sızıntılara, kazan delinmesi veya yarılmasına veya kazanın patlamasına yola açabilecektir. Aynı şekilde besleme suyu için de uygun olmayan besleme suyu kazanda kireçlenmeye neden olur bu da kazanda hasarlara neden olur.
Bu tip tehlikelerle baş edebilmek için aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir;
- Kazanla ilgili dokümanlar var mı?
- Bu dokümanlar kazanın nasıl kullanılacağından ve bakım yapılacağından bahsetmiş mi?
- Kazan bakım ve kullanımları üreticinin, dokümanın ve mevzuatın öngördüğü şartlara uygun yapılıyor mu?
- Kazanı kullanan ve bakımlarını yapan personel eğitimli ve yeterli mi? (HSE)
2.Su Şartlandırma
Kazana verilecek olan su kazan verimi ve kazan güvenliği açısından önem arz etmektedir. Kazana verilecek suyun içerisinde kazana zarar verebilecek kireç tabakası oluşturacak korozyona neden olacak kimyasalların bulunmaması gerekir. Kazan suyundan bu kimyasallar iki yöntemle alınmaktadır.
Kimyasal su şartlandırma
Su şartlandırma yöntemi aşağıdaki kriterlere göre yapılır:
- Ham suyun kimyasal bileşimi
- Kondens suyunun kalitesi
- Geri beslenen kondens suyu miktarı
- Buhar kalitesinden istenen koşullar
- Buhar kazanın yüzey blöfü oranı
Suyun şartlandırılması için gerekli yöntem bu kriterlere göre seçilir. Su şartlandırmaya besi suyunun şartlandırılması için gerekli tertibat da dahildir.
Termik su şartlandırması
Besi suyunda bulunan ve kazan için zararlı olan suda çözülmüş oksijen ve karbondioksit gibi gazların atılması için degazör sistemi gereklidir. Artan sıcaklık ile bu gazların su içerisindeki çözünürlüğü azalır ve böylece besi suyundaki gaz miktarı azaltılmış olur.(Viessmann, 2006)
3.Kazan Güvenlik Ekipmanları
Kazanlara çok çeşitli kontrol ve alarm ekipmanları kazan izin verilen sınırlar dışına çıkmasın veya bu sınırlar dışına çıkınca dursun diye yerleştirilebilmektedir. Bu ekipmanlar; alarmlar, su seviye göstergeleri, yanma kontrol ekipmanları, presostat, basınç göstergeleri, emniyet ventilleri vb. ekipmanlardır(HSE).
3.1.Besi Suyu Pompaları
Buhar kazanlarının emniyetli ve düzenli çalışabilmesi için en önemli yardımcı elemanlardan biri besi suyu pompasıdır. Besi suyu pompaları küçük kapasiteli kazanlarda su seviyesine göre zaman zaman çalışmasına karşılık, büyük kapasiteli kazanlarda debisi ayarlanarak sürekli çalışır. Özellikle büyük işletmelerde ve termik santrallerde kullanılan kazanların besleme pompalarının seçimi ve dizynında göz önüne alınması gereken hususlar çeşitli standartlarda verilmektedir. Genel olarak kara tipi buhar kazanlarında:
- Besleme pompası tahrikinde kullanılan ( buhar veya elektrik) enerjisinin devreden çıkması halinde, kazan yakma sistemi de devreden çıkıyorsa ve kazanda depo edilmiş
ısı enerjisi kazan için bir tehlike oluşturmuyor ise, - Buhar kazanında otomatik kontrollü bir yakma sistemi var ise,
- Buhar basıncı ve su beslemesi otomatik kontrollü ise,
- Düşük su seviyesini belirten bir emniyet tertibatı var ise,
Tek bir besleme pompası yeterlidir. Aksi taktirde sistemde en az iki besleme pompası
konulmalıdır.
- Sistemde en az iki besleme pompasının bulunması durumunda:
Debisi büyük besleme pompasının devreden çıkması durumunda, geri kalan
pompalar yukarıda verilen şartları gerçekleştirmelidir. - Birbirinden bağımsız iki enerji kaynağı ( elektrik ve buharf ) bulunması tercih
Besleme pompalarının hepsi elektrik veye bir kısmı elektrik, bir kısmı buhar ile tahrik ediliyor ise bu enerji kaynaklarından birinin devreden çıkması durumunda, diğer kaynakla beslenen pompa, buhar debisinin en az 1.25 katını karşılamalıdır. Enerji kaynağının devreden çıkması durumunda yakma sistemi de devreden çıkıyor ise ve kazanda biriken ısı, su miktarını aşırı derecede buharlaştırmıyor ise, besleme pompalarının tek bir elektrikli enerji kaynağından tahrikine müsaade edilebilir(Bulut 2011).
3.2.Su Seviye Göstergeleri
Su seviye göstergelerinde 1. Seviye su göstergesi altına inilince su beslemesi otomatik açmalı ve kazana yeterli seviyeye gelinceye kadar su basmalıdır. 2. Seviye su göstergesi altına inilince ise pompa kazana artık su vermeyi kesmeli kazanı tamamen kapatmalı ve manuel olarak çalıştırılmayı beklemelidir (HSE).
Manyetik seviye göstergeleri: Yoğunluğu farklı birçok sıvıda kullanılabilen basınca dayanımlı ve kolay izlenebilen cihazlardır. Birleşik kaplar ve sıvının kaldırma kuvveti prensibiyle çalışan cihazın monte edildiği tankın içindeki sıvı, şamandırada kırmızı-beyaz
diskleri hareket ettirerek seviyenin rahatlıkla takibini sağlar. Vibrasyondan etkilenmeden
çalışması, korozyona dayanıklılığı ve çok değişik sıvılarda kullanılabilmesi cihazın
özelliklerindendir. İstenildiğinde bağlanan sensörlerle seviye kontrolü de yapılabilir(Bulut 2011).
Tağdiye Cihazları: Tağdiye cihazları kazan su düzeyini denetlerler. Su seviyesi belirli bir seviyeye düştüğünde kontak vererek kazan besi pompasının çalışmasını sağlarlar. Yine belirli bir düzeye çıktığında pompaların devreden çıkmasını sağlarlar. Tağdiye cihazları bir emniyet aracı olarak da görev görürler. Şöyle ki: Kazan seviyesi ayarlanan değerinde altına
düştüğünde ikinci cam tüpteki uçlar kontak vererek brülörün devreden çıkmasını sağlarlar.
Böylece olabilecek muhtemel bir kazan patlamasının önüne geçilmiş olunur(Bulut 2011).
3.3.Emniyet Valfleri (Vanaları, ventilleri)
Herhangi bir nedenle kazan içindeki basıncın istenen değeri aşması durumunda kendiliğinden açılarak kazan basıncını istenen düzeye düşüren elemanlardır. İki türlü emniyet valfi vardır.
- Yaylı emniyet valfleri
- Ağırlıklı emniyet valfleri
Kazan üzerinde iki adet kullanılmalıdır. Malzeme çelik veya özel döküm olabilir. Emniyet vanaları açtıklarında kazandaki basınç yükselmeyecek şekilde boyutlandırılmalıdırlar.
Emniyet valfleri, maksimum çalışma basıncının % 6 üzerine çıkılmadan, kazan tam
kapasitede iken buharı dışarı atabilecek ölçüde olmalıdır. Emniyet valfleri çalışma basıncının yaklaşık % 10 daha üzerinde bir değere ayarlanmalıdır. Örneğin 8 atü işletme basıncı olan bir kazanda emniyet valfleri ~ 8,8 atü değerine ayarlanmalıdır(Bulut 2011).
3.4.Presostatlar
Kazan içindeki basıncı belirli bir noktada tutmamızı sağlayan ve basınç sinyalini elektrik sinyaline çeviren elemanlardır. Ayarladığımız noktada kontak vererek brülörün devreden çıkmasını ve ayarladığımız fark basıncı kadar sonra tekrar devreye girmesini sağlarlar. Sıcaklık ve basınç değerlerini hissedip ilgili cihazın kontrolünü sağlayan elemanlardır.
Presostatlar kazan üzerinde iki adet olmalıdır. Bunlardan birincisi limit presostat olup ayarlanan değerde brülörü durdur. Diğeri ise basınç ayar presostadı olup, brülör cinsine göre oransal veya on – off kontrollü olabilir. Presostat seçiminde dikkat edilecek çok önemli bir nokta presostat ayar basıncının, presostat çalışma aralığının ortasında bir yerde olmasıdır(Bulut 2011).
3.5.Termostatlar
Kazandaki kızgın suyun sıcaklığını sabit tutar. Sıvı yakıtlı kazanlarda
sıcaklık artınca brülörü durdurur, sıcaklık düşünce brülörü çalıştırır. Kömür yakıtlı kazanlarda
ise sıcaklık artması veya azalması halinde sırasıyla yanma havası vantilatörünü durdurur veya
çalıştırır(Bulut 2011).
3.6.Manometreler
Kazan içindeki basıncı gösteren elemanlardır. Kazanın çalışma basıncı
manometre üzerinde işaretlenmelidir. Her iki manometre de aynı değeri göstermelidir. Eğer
manometreler farklı değer gösteriyorsa birisi mutlaka arızalı demektir. Brülör üzerinde
bulunan manometreler ise titreşimden etkilenmemesi için gliserinli manometre olmalıdır(Bulut 2011).
3.7.Termometreler
Sıcaklık, ölçen elemanlardır. Kazan suyunun sıcaklığını gösterir; kazanınya da gidiş kolektörünün üzerinde bulunur(Bulut 2011).
3.8.Su seviye göstergeleri
Su seviye göstergeleri kazan içindeki su seviyesini gösterirler.
Bunlar genelde iki çeşittir. Düz cam olanlar ve cam gösterge içinde metal farklı renkli disk
şeklindedirler. Seviye göstergeleri günde 1 defa blöf edilmelidir. Böylece tortu oluşup
görevlerini yapamaz duruma gelmeleri engellenmiş olur(Bulut 2011).
4.Kazan Periyodik Kontrolleri
Buhar kazanlarının kontrol ve ölçüm ekipmanlarının düzenli aralıklarla çalışıp çalışmadığı kontrol edilmeli ve kalibrasyonları yapılmalıdır. İş ekipmanlarını kullanımında sağlık ve güvenlik şartları yönetmeliğine göre yılda bir periyodik kontrolü yapılmalıdır.
5.Kazanın Yeri
Kazan güvenliği açısından kazanın monte edileceği yer de çok önemlidir, kazanlarda oluşabilecek patlama, yangın gibi acil durumlarda en az sayıda çalışanın etkilenebileceği şekilde montaj yapılmalıdır. Kazanlar genel olarak çalışma alanları dışında, çalışma alanlarına uzak yerlere yerleştirilmelidir. Kazanların etrafı kazan patlaması sonucu oluşacak basınca dayanıklı betonla çevrilmeli kazan dairesinin üst kısmı boş olmalı ve çatısı daha hafif ve kolay kırılan malzemeden yapılmalıdır, bu şekilde patlama sırasında kazan dairesi içerisinde oluşan basınç çatıdan çıkarak etrafta bulunan çalışanların zarar görmesi engellenebilir.
Kaynaklar
- Viessmann 2006, Mesleki Yayınlar Serisi, Buhar Kazanları, 09/2006 9448 089 TR
- HSE, Safe Management Of İndustrial Steam And Hot Water Boilers, İndg436
- Bulut 2011, Doç Dr. Hüsamettin Bulut, Buhar Kazanı Ders Notları, 2011
