AHMET DURSUN ÇETÄ°N
DOÇ DR. Ä°SMAÄ°L BAYER
YTÜ Gemi Ä°nÅŸaatı ve Denizcilik Fakültesi

ÖZET
Boru hatları çok geniÅŸ bir alanda ve çok deÄŸiÅŸik basınç ve sıcaklıklardaki gaz ve sıvı akışkanların taşınmasında kullanılır. Boru hatları üzerinde çalışılırken, optimum boru çapının belirlenmesi, optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi ve gerilmelerin en ekonomik biçimde alınmasına çözüm aranılır. Boru tasarımı da esas olarak gerilme analizine baÄŸlıdır. Proses boruları ve güç boruları boru stres mühendisleri tarafından rotalama, nozul yükleri, desteklerin doÄŸru yerleÅŸtirildiÄŸini ve seçildiÄŸini, izin verilen boru farklı yükler durumunda izin verilen deÄŸerlerin aşılmadığını doÄŸrulamak için kontrol edilir. Boru hatları Endüstriyel / Uluslararası Kodlar ve Standartlar tarafından yönetilir. Bu çalışmada da bu standartlardan biri olan ASME B31.1 koduna istinaden, enerji gemisi üzerinde bulunan buhar türbini borulamasındaki esneklik özelliklerini, ekipman nozuluna gelen yükleri ve boru yer deÄŸiÅŸtirmelerinin nedenleri ve etkilerini incelemektedir. Aynı zamanda boru gerilmeleri hesaplama yöntemlerini, sonlu elemanlar boru gerilme analizi programı ile enerji gemisi üzerinde bulunan buhar devresi borulamasının üzerindeki sürekli yüklerin, ara sıra oluÅŸan yüklerin ve termal durumdaki yüklerin iki farklı boru tasarımı için hesaplamaları yapılmıştır. Ä°nceleme neticesinde boru tasarımının boru gerilme analizine baÄŸlı olduÄŸu belirlenmiÅŸtir ve sonlu elemanlar boru gerilme analizi programları yardımıyla yapılan analizler boru üzerindeki gerilimler hakkında net bir resmin elde edilmesini saÄŸladığı görülmüÅŸtür.

1. GÄ°RÄ°Åž
Boru tasarımı esas olarak gerilme analizine baÄŸlıdır. Yüksek gerilimli boru hatlarının boru sistemlerini iÅŸletme üzerindeki etkisi dramatik ve masraflı olabilir. Ä°yice analiz edilen bir yapı daha uzun süreli ve daha düÅŸük maliyetli olacaktır. Borunun ağırlığının ve sıcak borunun ısıl genleÅŸmesinin etkisinin göz ardı edilmesi önemli bakım problemlerine neden olabilir. Proses boruları ve güç boruları boru stres mühendisleri tarafından, rotalama, nozul yükleri, askılar ve desteklerin doÄŸru yerleÅŸtirildiÄŸini ve seçildiÄŸini, izin verilen boru gerilmesinin, sürekli yükler, iÅŸletim yükleri, basınç testi gibi farklı yükler durumunda izin verilen deÄŸerlerin aşılmadığını doÄŸrulamak için kontrol edilir.

ASME B31, EN 13480 veya diÄŸer ilgili kodlar ve standartlar tarafından borulardaki gerilme öngörülebilir. Normal yükler (iç basınç ve termal gerilimler) altında, yüksek rüzgâr, deprem veya özel titreÅŸim gibi ara sıra ve aralıklı yükleme durumları altında boruların mekanik davranışını deÄŸerlendirmek gerekir.[2] Bu deÄŸerlendirme genellikle hesaplama yöntemleri olsa da özel bir sonlu elemanlar boru gerilme analizi bilgisayar programı yardımıyla gerçekleÅŸtirilir.

Sonlu elemanlar boru gerilme analizi bilgisayar programları, karmaşık sistemlerin tasarımı ve kapsamlı analizi için geliÅŸtirilen iki yönlü yazılımdır. Bu yazılım, hidrostatik yük durumu, kalıcı yük durumu, ısıl genleÅŸme durumunda yük durumu, çalışma ÅŸartlarında yük durumu veya istenilen ÅŸartlardaki çalışma durumu gibi farklı durumlarda, boru düzenindeki tüm düÄŸüm noktalarında istenilen analizleri istenilen kod standartlarına (ASME B31, EN 13480 v. b.) göre gerçekleÅŸtirir. Bu analizler hesaplanmış gerilmeleri, kod uygunluk gerilmelerini, eleman kuvvetlerini ve momentleri ilgili koordinatlarda bulmak için sonlu elemanlar yöntemlerinden yararlanır.

Bir boru sisteminde boru gerilmesinin birçok nedeni vardır. En yaygın olanları ise ağırlık ve ısıl nedenlerdir. Bu iki sebep aynı zamanda ekipman nozullarındaki yüklerin en yaygın nedenidir[1].

Stres mühendisinin karşılaÅŸtığı üç temel sorun vardır. Bu üç problem, aşırı gerilimli boru bileÅŸenleri, aşırı gerilme uygulanmış baÄŸlantılar ve ekipman üzerindeki aşırı yüklenilmiÅŸ baÄŸlantı nozullarıdır. Bu üç tip problem çoÄŸunlukla boru hattı yerleÅŸiminde deÄŸiÅŸikliklerin ana nedenleridir[1]. Boru sistemleri, boru hareketleri ve desteklerin hareketlerini karşılayacak kadar esnek olmaması durumunda aşırı gerilim/ yorgunluÄŸa baÄŸlı akma, baÄŸlantı noktalarında sızıntı, borulardaki hareketlerden kaynaklı baÄŸlantı teçhizatı üzerindeki tahrip edici yükler ve aşırı itme, boru desteklerinde kopmaya sebep olur[8].

Boru devrelerinde gerilme analizi için farklı hesaplama yöntemleri geliÅŸtirilmiÅŸtir. Bunlar, basitleÅŸtirilmiÅŸ yaklaşık hesaplama yöntemleri ve analitik hesaplama yöntemidir. BasitleÅŸtirilmiÅŸ hesap yöntemleri genellikle iki boyutlu (yani düzlemsel) sistemlerin hesaplanmasında kullanılır[5].Üç boyutlu basit birtakım konfigürasyonlar için de yaklaşık hesap yöntemleri geliÅŸtirilmiÅŸtir. Ancak karmaşık ve bilhassa branÅŸmanlı sistemlerde analitik hesap yöntemine baÅŸvurmak gerekir. Bu hesap yöntemi çok uzun ve zahmetli olduÄŸu için bu konuda bilgisayarlı çözümlere baÅŸvurulur.

Bu çalışmada enerji gemisi üzerinde bulunan buhar türbini boru baÄŸlantısı tasarımı ve boru tasarımının boru üzerindeki gerilmelere uygunluÄŸu araÅŸtırılmıştır. Boru tasarımının boru üzerindeki gerilmeleri karşılayacak yapıda olmaması masraflı ve trajik kazalara sebep olabilmektedir[1]. Bu sebeple mevcut tesis üzerindeki borulama için gerekli analizler yapılmış ve bu analizler sonuçlarına göre alternatif bir boru tasarımı da yapılıp analiz verileri karşılaÅŸtırılmıştır. Yapılan alternatif boru tasarımında boru üzerindeki gerilmeler istenilen seviyeye çekilmiÅŸ olsa da türbin baÄŸlantısı üzerinde meydana gelen yükler istenilen deÄŸerleri bir miktar aÅŸtığı görülmektedir.

Bu makalenin hazırlanmasında Mumbai Üniversitesinde hazırlanan boru gerilme analizi raporu, GLA Üniversitesinde hazırlanmış olan Proses boru tesisleri üzerine yapılmış bir makale çalışması, analiz kısmının hazırlanmasında ise Çalık Enerji grubunun bir santral için hazırlamış olduÄŸu yüksek güç buhar ve baypas hattı borulaması boru gerilme analizi raporu referans olarak merkez alınmıştır.

Makalenin devamını e-dergi'den okumak için lütfen tıklayınız.