Proses güvenliği, endüstriyel tesislerde olası tehlikelerin önceden belirlenmesi, önlenmesi ve yönetilmesi amacıyla kritik bir rol oynar. Bu kapsamda, vortex (girdap), piling (yığılma), hammer (hidrolik darbe), ve knockdown (çarpma) gibi oluşumların önlenmesi ve kontrol edilmesi önemlidir. Bu fenomenler, sistemlerin tasarımından işletimine kadar çeşitli aşamalarda dikkate alınmalı ve uygun mühendislik çözümleri ile yönetilmelidir.
1. Vortex (Girdap) Oluşumu
Vortex, sıvıların bir pompa ya da emiş hattı üzerinden çekilirken meydana gelen girdap yapısıdır. Girdap oluşumu, sıvının hava ile karışmasına, pompa verimliliğinin düşmesine ve kavite oluşumuna neden olabilir.
Hesaplama ve Analiz
Hesaplamalar:
NPSH (Net Positive Suction Head): Vortex oluşumunu önlemek için yeterli NPSH sağlanmalıdır. NPSH, pompanın emme hattında gerekli olan basınç ile sıvının buharlaşma basıncı arasındaki farktır.
Tank ve Pompa Düzeyleri: Pompa emiş hattının sıvı yüzeyinden yeterli mesafede olmasına dikkat edilmelidir.
Analiz:
Vortex oluşumu CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) simülasyonları ile analiz edilebilir. Bu simülasyonlar, sıvı akışının hızını ve girdap oluşumunu öngörmek için kullanılır.
Kontrol Önlemleri:
Emiş Hattının Tasarımı: Pompa emiş hattı tasarımında, tankın tabanına ya da sıvı yüzeyine yeterli mesafe bırakılmalıdır.
Vortex Kırıcılar: Tank içinde vortex oluşumunu önlemek için vortex kırıcılar veya yönlendiriciler kullanılabilir.
Debi Kontrolü: Pompa girişindeki sıvı debisi kontrol edilerek vortex oluşumu minimize edilebilir.
2. Piling (Yığılma) Oluşumu
Piling, partikül içeren akışkanların boru hattı, vana veya ekipmanlarda birikmesi durumudur. Bu birikmeler, sistemin tıkanmasına ve verimliliğin azalmasına yol açabilir.
Hesaplama ve Analiz
Partikül Hızı: Akışkanın taşıdığı partiküllerin hızları hesaplanmalı ve yığılma eğilimleri belirlenmelidir.
Akış Rejimi: Laminer veya türbülanslı akış rejimi incelenmeli ve partiküllerin boru hattındaki davranışı analiz edilmelidir.
Kontrol Önlemleri:
Boru Hatlarının Eğimi: Yığılmayı önlemek için boru hatları uygun eğimlerle tasarlanmalıdır.
Temizleme Sistemi: Belirli periyotlarla otomatik temizleme sistemleri kullanılabilir.
Debi ve Basınç Kontrolü: Akışkanın debisi ve basıncı kontrol edilerek partikül birikimi minimize edilebilir.
3. Hammer (Hidrolik Darbe)
Hidrolik Darbe (Water Hammer), bir sıvı akışının aniden durdurulması veya yön değiştirilmesi sonucu oluşan ani basınç dalgalanmasıdır. Bu dalgalanma, boru hatlarında ciddi hasarlara ve sistem arızalarına neden olabilir.
Hesaplama ve Analiz
Joukowsky Eşitliği: Hidrolik darbenin basıncı, Joukowsky denklemi kullanılarak hesaplanabilir: ΔP = ρ * c * Δv, burada ΔP basınç değişimi, ρ akışkan yoğunluğu, c akustik hız ve Δv ise hız değişimidir.
Boru Hattı Özellikleri: Boru hattının uzunluğu, çapı ve akışkan hızı analiz edilmelidir.
Kontrol Önlemleri:
Yavaş Kapanan Vanalar: Ani kapanan vanalar yerine, yavaş kapanan vanalar kullanılabilir.
Hava Haznesi veya Akümülatör: Boru hatlarındaki basınç dalgalanmalarını absorbe etmek için hava haznesi veya akümülatör kullanılabilir.
Debi Kontrolü: Akış hızının aniden değişmesini önleyecek kontrol sistemleri kurulabilir.
4. Knockdown (Çarpma)
Knockdown fenomeni, yüksek hızda hareket eden bir gaz veya sıvının, bir engelle karşılaşarak ani bir basınç ve hız değişimi yaşadığı durumlarda meydana gelir. Bu durum, ekipmanların hasar görmesine ve proses kesintilerine yol açabilir.
Hesaplama ve Analiz
Darbe Kuvveti: Çarpma kuvvetleri Newton'un ikinci yasası ile hesaplanabilir: F = m * a, burada F kuvvet, m kütle, a ise ivmedir.
Basınç Değişimi: Akışkanın çarptığı yüzeydeki basınç değişimi hesaplanarak potansiyel hasar analiz edilir.
Kontrol Önlemleri:
Ekipman Konumu: Ekipmanların, yüksek hızdaki akışa maruz kalmayacak şekilde konumlandırılması.
Yönlendirme Panelleri: Akışkanların yönlendirilmesi ve çarpma kuvvetlerinin dağıtılması için yönlendirme panelleri kullanılabilir.
Darbeye Dayanıklı Malzemeler: Ekipmanların darbeye dayanıklı malzemelerden üretilmesi sağlanabilir.
Sonuç
Proses güvenliği kapsamında vortex, piling, hammer, ve knockdown gibi fenomenlerin oluşum mekanizmalarının anlaşılması ve bu oluşumların önlenmesi için gerekli mühendislik çözümlerinin uygulanması, proseslerin güvenli ve verimli bir şekilde işletilmesini sağlar. Her bir fenomenin potansiyel riskleri, özel analiz ve hesaplamalarla belirlenmeli ve uygun kontrol önlemleri alınmalıdır.
