AHMET DURSUN ÇETİN
DOÇ DR. İSMAİL BAYER
YTÜ Gemi İnşaatı ve Denizcilik Fakültesi

ÖZET
Boru hatları çok geniş bir alanda ve çok değişik 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 bağlıdır. Proses boruları ve güç boruları boru stres mühendisleri tarafından rotalama, nozul yükleri, desteklerin doğru yerleştirildiğini ve seçildiğini, izin verilen boru farklı yükler durumunda izin verilen değerlerin aşılmadığını doğrulamak 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 değiştirmelerinin 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 oluşan yüklerin ve termal durumdaki yüklerin iki farklı boru tasarımı için hesaplamaları yapılmıştır. İnceleme neticesinde boru tasarımının boru gerilme analizine bağlı olduğu belirlenmiştir ve sonlu elemanlar boru gerilme analizi programları yardımıyla yapılan analizler boru üzerindeki gerilimler hakkında net bir resmin elde edilmesini sağladığı görülmüştür.

1. GİRİŞ
Boru tasarımı esas olarak gerilme analizine bağlıdır. Yüksek gerilimli boru hatlarının boru sistemlerini işletme üzerindeki etkisi dramatik ve masraflı olabilir. İyice analiz edilen bir yapı daha uzun süreli ve daha düşük maliyetli olacaktır. Borunun ağırlığının ve sıcak borunun ısıl genleşmesinin etkisinin göz ardı edilmesi önemli bakım problemlerine neden olabilir. Proses boruları ve güç boruları boru stres mühendisleri tarafından, rotalama, nozul yükleri, askılar ve desteklerin doğru yerleştirildiğini ve seçildiğini, izin verilen boru gerilmesinin, sürekli yükler, işletim yükleri, basınç testi gibi farklı yükler durumunda izin verilen değerlerin aşılmadığını doğrulamak için kontrol edilir.

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

Sonlu elemanlar boru gerilme analizi bilgisayar programları, karmaşık sistemlerin tasarımı ve kapsamlı analizi için geliştirilen iki yönlü yazılımdır. Bu yazılım, hidrostatik yük durumu, kalıcı yük durumu, ısıl genleşme durumunda yük durumu, çalışma şartlarında yük durumu veya istenilen şartlardaki çalışma durumu gibi farklı durumlarda, boru düzenindeki tüm düğüm noktalarında istenilen analizleri istenilen kod standartlarına (ASME B31, EN 13480 v. b.) göre gerçekleştirir. 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 karşılaştığı üç temel sorun vardır. Bu üç problem, aşırı gerilimli boru bileşenleri, aşırı gerilme uygulanmış bağlantılar ve ekipman üzerindeki aşırı yüklenilmiş bağlantı nozullarıdır. Bu üç tip problem çoğunlukla boru hattı yerleşiminde değişikliklerin ana nedenleridir[1]. Boru sistemleri, boru hareketleri ve desteklerin hareketlerini karşılayacak kadar esnek olmaması durumunda aşırı gerilim/ yorgunluğa bağlı akma, bağlantı noktalarında sızıntı, borulardaki hareketlerden kaynaklı bağlantı teçhizatı üzerindeki tahrip edici yükler ve aşırı itme, boru desteklerinde kopmaya sebep olur[8].

Boru devrelerinde gerilme analizi için farklı hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir. Bunlar, basitleştirilmiş yaklaşık hesaplama yöntemleri ve analitik hesaplama yöntemidir. Basitleştirilmiş hesap yöntemleri genellikle iki boyutlu (yani düzlemsel) sistemlerin hesaplanmasında kullanılır[5].Üç boyutlu basit birtakım konfigürasyonlar için de yaklaşık hesap yöntemleri geliştirilmiştir. Ancak karmaşık ve bilhassa branşmanlı sistemlerde analitik hesap yöntemine başvurmak gerekir. Bu hesap yöntemi çok uzun ve zahmetli olduğu için bu konuda bilgisayarlı çözümlere başvurulur.

Bu çalışmada enerji gemisi üzerinde bulunan buhar türbini boru bağlantısı tasarımı ve boru tasarımının boru üzerindeki gerilmelere uygunluğu araştırılmıştır. 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 karşılaştırılmıştır. Yapılan alternatif boru tasarımında boru üzerindeki gerilmeler istenilen seviyeye çekilmiş olsa da türbin bağlantısı üzerinde meydana gelen yükler istenilen değerleri bir miktar aştığı 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 olduğu yüksek güç buhar ve baypas hattı borulaması boru gerilme analizi raporu referans olarak merkez alınmıştır.

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