Yazılar

Doğalgaz Boru Hatlarında Kullanılan Vanalar: Türleri, Özellikleri ve Seçim Kriterleri

, ,

Doğalgaz, dünya enerji ihtiyacının büyük kısmını karşılayan, verimli ve temiz bir yakıttır. Ancak doğalgazın güvenli şekilde iletilmesi ve dağıtılması için boru hatlarında kullanılan vanaların kritik bir rolü vardır. Boru hattındaki akışı kontrol etmek, basıncı düzenlemek, acil durumlarda hattı izole etmek veya yönlendirmek için farklı vana türleri kullanılır. Yanlış seçilmiş bir vana, sadece verimliliği değil aynı zamanda güvenliği de ciddi şekilde riske atar.

Doğalgaz Boru Hatları

DOĞALGAZ BORU HATLARINDA KULLANILAN TEMEL VANA TÜRLERİ

  • Küresel Vanalar (Ball Valves): Doğalgaz hatlarında en yaygın kullanılan vana türüdür. Tam geçişli yapısı sayesinde akışta basınç kaybı yaratmaz. Tek çeyrek dönüşle (90°) açılıp kapanabilir, bu da acil durumlarda hızlı müdahale imkânı sağlar. Türkiye’deki BOTAŞ iletim hatlarında ve şehir içi dağıtım şebekelerinde genellikle küresel vanalar tercih edilir.
  • Sürgülü Vanalar (Gate Valves): Büyük çaplı hatlarda izolasyon vanası olarak tercih edilir. Tam açık durumda akışa neredeyse hiç engel olmaz. Açma-kapama süreleri küresel vanalara göre uzundur. 36” ve üzeri çaplı ana iletim hatlarında sürgülü vana kullanımı yaygındır.
  • Kelebek Vanalar (Butterfly Valves): Kompakt tasarımları sayesinde büyük çaplı borularda ekonomik çözümler sunar. Hafif ve düşük maliyetlidir. Daha çok şehir içi dağıtım şebekelerinde ve orta basınçlı hatlarda kullanılır.
  • Kontrol Vanaları (Control Valves): Akış ve basınç regülasyonu için kullanılır. SCADA ve otomasyon sistemleriyle uyumludur. LNG terminallerinde gazın basınç ve debisinin sürekli kontrolü için tercih edilir.
  • Emniyet Vanaları (Safety & Relief Valves): Ani basınç yükselmelerinde hattı korur. Belirli basınç değerinde açılarak gazın dışarı tahliye edilmesini sağlar. API 520/521’e göre tasarlanır.
  • Çek Vanalar (Check Valves): Gazın ters yönde akışını engelleyerek hattı ve ekipmanları korur. Kompresör istasyonlarında mutlaka kullanılır.

MALZEME SEÇİMİ VE STANDARTLAR

Doğalgaz hatlarında kullanılan vanalar, yüksek basınç ve düşük sıcaklıklara dayanıklı olmalıdır.

  • Malzeme Türleri: Karbon çelik (ASTM A105, A216 WCB), düşük sıcaklık çelikleri (ASTM A350 LF2), paslanmaz çelik (AISI 304, 316) – korozyon riski olan ortamlarda.
  • Standartlar: API 6D (boru hattı vanaları için temel standart), ASME B16.34 (basınç-sıcaklık derecelendirmeleri), ISO 14313 (uluslararası boru hattı vana standardı).

VANA SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLECEK KRİTERLER

  • Basınç Sınıfı: Vanalar, ANSI Class 150’den 2500’e kadar farklı basınç sınıflarında üretilir. Örnek: 70 bar çalışma basıncına sahip bir iletim hattında genellikle Class 600 vana seçilir.
  • Akış Katsayısı (Cv) ve Debi Hesapları: Vananın akış kapasitesi, Cv değeri ile belirlenir.
    Q = Cv · √(ΔP / G)
    Q: Debi (m³/h), ΔP: Basınç düşümü (bar), G: Gazın özgül ağırlığı.
  • Çalışma Ortamı ve Sıcaklık: Doğalgaz -20 °C ile +60 °C arasında basınç altında taşınır. Elastomer conta ve gövde malzemelerinin bu aralığa uygun olması gerekir.
  • Otomasyon ve Uzaktan Kontrol: Kritik istasyonlarda vanalar aktüatörlü (elektrik, pnömatik, hidrolik) seçilmelidir. Örnek: SCADA ile kontrol edilen şehir giriş istasyonlarında küresel vanalar genellikle pnömatik aktüatörlüdür.
  • Güvenlik ve Bakım Kolaylığı: Vana tasarımında çift blok & bleed (DBB) özelliği tercih edilirse bakım güvenliği sağlanır. Hattın basınç altında test edilmesi daha kolay olur.

ÖRNEK UYGULAMALAR

  • Türkiye – TANAP Projesi: 1.850 km uzunluğundaki Trans Anadolu Doğalgaz Boru Hattı’nda yüksek basınç sınıfına sahip API 6D küresel vanalar kullanılmıştır.
  • Avrupa Dağıtım Şebekeleri: Orta basınçlı şehir içi dağıtım hatlarında kelebek vanalar ve kontrol vanaları tercih edilmektedir.
  • Kompresör İstasyonları: Geri akışa karşı koruma için çek vanalar standart donanım olarak bulunur.

SONUÇ

Doğalgaz boru hatlarında kullanılan vanalar, güvenlik, verimlilik ve süreklilik açısından kritik öneme sahiptir. Küresel vanalar, sürgülü vanalar, kelebek vanalar, kontrol ve emniyet vanaları gibi farklı tipler; hat çapı, basınç sınıfı, debi ihtiyacı ve otomasyon seviyesine göre seçilmelidir. Yanlış seçilen bir vana, sadece ekonomik kayıplara değil aynı zamanda ciddi güvenlik risklerine de yol açabilir. Bu nedenle mühendisler, seçim sürecinde API, ASME ve ISO standartlarını dikkate almalı ve saha koşullarına uygun malzeme seçimini yapmalıdır.

Uygulama İçin Doğru Proses Vanasını Seçme Rehberi: Boyut, Basınç–Sıcaklık, Çevrim Ömrü, Ayakizi ve Hız

,

Endüstriyel proseslerde “doğru vana” seçimi; güvenlik, kapasite, ürün kalitesi ve enerji maliyetlerini doğrudan etkiler. Pratikte birden fazla vana tipinin işi görebildiği gri alanlar vardır; buralarda karar, hat boyutu, basınç–sıcaklık, çevrim ömrü, mekanik ayakizi ve açma–kapama hızı gibi parametrelerin teknik ağırlıklandırılmasıyla verilir. Bu yazı, bu beş boyutu derinlemesine ele alıp; küresel (ball), kelebek (butterfly), sürgülü (gate), açı oturmalı (angle seat) ve solenoid vanaları mühendislik açısından karşılaştırır. Girişteki 5 ipucu, genel amaçlı uygulamalar için yol gösterici bir çerçeve sunar.

HAT ÇAPI ≥ 2” İSE: KELEBEK VE SÜRGÜLÜ VANALAR NEDEN ÖNE ÇIKAR?

Özet: 2 inç ve üzeri hatlarda kelebek ve sürgülü vanalar, ölçek büyüdükçe birim maliyet açısından avantajlıdır. Otomasyon tarafında kelebek vanalar aktüatörleştirmesi en kolay seçeneklerden biridir; sürgülü vanalar ise slurry/partiküllü akışkanlarda ve oransal kontrol gereksiniminde tercih edilebilir.

Mühendislik notu – Basınç kaybı: Büyük çaplarda vana iç geometrisinin sürtünme etkisi kritikleşir. Hattın toplam basınç düşümü için Darcy–Weisbach:
ΔP = f · (L/D) · (ρv²/2)

Kelebek vanalarda disk profili ve açıklık açısı, K (yerel kayıp katsayısı) üzerinden ek kayıp yaratır; sürgülü tamamen açıkken kayıp genellikle düşüktür.

YÜKSEK BASINÇ–SICAKLIKTA: KÜRESEL VE AÇI OTURMALI

Özet: Küresel ve açı oturmalı vanalar; paslanmaz gövde ve PTFE gibi düşük sürtünmeli oturma malzemeleri sayesinde yüksek basınç–sıcaklıkta avantaj sağlar. Büyük boy açı oturmalı vanalarda basınç sınıfı düşebilir; bu, boyutla birlikte avantajı sınırlayabilir.

Mühendislik notu – Sızdırmazlık sınıfı ve gövde gerilmesi:

  • ASME/EN sızdırmazlık sınıfları (ör. ISO 5208) uygulama emniyeti için referans alınmalı.
  • İnce cidarlı silindirde çevresel gerilme yaklaşık: σθ ≈ (P·D)/(2t)
  • Basınç sınıfı seçimi yaparken tasarım basıncı + sıcaklıkta malzeme mukavemeti düşüşü birlikte değerlendirilmelidir.

ÇEVRİM ÖMRÜ (CYCLE LIFE): AÇI OTURMALI VE SOLENOID NEDEN “HIZLI HATLAR”IN FAVORİSİ?

Özet: Dolum makineleri gibi yüksek çevrimli hatlarda açı oturmalı (pnömatik) ve solenoid (elektriksel) vanalar en uzun çevrim ömürlerini sunar. Gün içinde birkaç kez çalışan hatlarda ise küresel ve kelebek vanalar ekonomik ve yeterli bir tercihtir.

Mühendislik notu – Darbe yükleri ve su darbesi: Hızlı kapamada su darbesi riskini azaltmak için aktüatör rampa süresi ayarlanmalı, gerekirse non-slam karakterli çözümler düşünülmelidir.

AYAKİZİ (FOOTPRINT) VE AĞIRLIK: SKID TASARIMLARDA AÇI OTURMALI VE SOLENOID

Özet: Skid, konteyner veya makine içi kompakt yerleşimlerde açı oturmalı ve solenoid vanalar, entegre tahrik ve küçük form faktörüyle öne çıkar. Bu, ağırlık merkezini aşağıda tutup titreşim etkisini de azaltabilir.

EN HIZLI AÇMA–KAPAMA: AÇI OTURMALI

Özet: İç aktüasyon mimarisi sayesinde açı oturmalı vanalar, en kısa açma–kapama sürelerini sağlar; yüksek hızlı dolum/dozaj uygulamalarında hacimsel doğruluğu artırır.

HİDROLİK BOYUTLANDIRMA: CV, YETKE (VALVE AUTHORITY) VE KONTROL KARARLILIĞI

Akış kapasitesi (Cv/Kv):

Q = Cv √(ΔP / Gf) (US)
Q = Kv √ΔP (SI)

  • Q: debi, ΔP: vana üzerindeki basınç farkı, Gf: bağıl özgül ağırlık.
  • Küresel ve kelebek vanalarda Cv, açıklığa ve disk/plug geometrisine bağlı olarak hızla değişir; solenoid vanalar küçük Cv ile “aç/kapa” işlevinde üstündür.

Vana yetkesi (N): N = ΔP_vana / ΔP_toplam

Oransal kontrol vanalarında N genelde 0,3–0,7 aralığında hedeflenir; çok düşük yetke kontrol kararlılığını bozar.

MALZEME, SIZDIRMAZLIK VE MEDYA UYUMU

  • Metal gövde + PTFE/PEEK/EPDM/Viton oturma/conta seçimi, sıcaklık–kimyasal uyumuna göre yapılmalı.
  • Slurry/partikül içeren medyada sürgülü ve uygun sedde tasarımları avantajlıdır; açı oturmalı yüksek hızlarda iyi boşaltma davranışı verir.

OTOMASYON, AKTÜATÖR VE ENERJİ

  • Pnömatik (hızlı, güvenli, patlayıcı ortam uyumu), elektrikli (kolay kontrol, düşük bakım), hidrolik (yüksek tork).
  • Büyük çap kelebek ve sürgülü vanalarda otomasyon maliyet/verim açısından genelde daha elverişlidir.

HIZLI KARŞILAŞTIRMA TABLOSU (GENEL UYGULAMALAR İÇİN)

Kriter \ Vana Tipi Küresel Kelebek Sürgülü Açı Oturmalı Solenoid
Çap ≥ 2” maliyet avantajı Orta Yüksek Yüksek Düşük Düşük
Yüksek P/T dayanımı Yüksek Orta Orta Yüksek Düşük–Orta
Çevrim ömrü (yüksek hız) Orta Orta Düşük Çok Yüksek Yüksek
Ayakizi/kompaktlık Orta Orta Düşük Yüksek Yüksek
Açma–kapama hızı Orta Orta–Yüksek Düşük Çok Yüksek Yüksek
Slurry/partiküllü medya Düşük–Orta Orta Yüksek Orta Düşük
Otomasyona uygunluk (maliyet) Orta Yüksek Orta Yüksek Yüksek

ADIM ADIM SEÇİM AKIŞI (PRATİK REHBER)

  1. Hat verileri: Çap, tasarım P/T, debi aralığı, ΔP hedefi.
  2. Medya: Viskozite, partikül/korozyon, temizlik.
  3. Fonksiyon: Aç/kapa mı, oransal kontrol mü, yönlendirme mi?
  4. Hız ve çevrim: Gerekli açma–kapama süresi, günlük çevrim sayısı.
  5. Ayakizi ve montaj: Skid/şase sınırlamaları, bakım erişimi.
  6. Otomasyon: Aktüatör tipi, güvenlik (fail-safe), enerji beslemesi.
  7. Ekonomi: İlk yatırım + işletme + bakım (TCO).

Gri alanlarda, kelebek vs. sürgülü ve açı oturmalı vs. solenoid seçiminde yukarıdaki 5 ipucu hızlı bir “eşleştirme” sağlar.

SONUÇ

Her uygulama için tek bir “doğru vana” yoktur; çoğu zaman birkaç tip işi görebilir. ≥2” hatlarda kelebek/sürgülü, yüksek P/T’de küresel/açı oturmalı, yüksek çevrim ve hız ihtiyacında açı oturmalı/solenoid, kompakt tasarımlarda açı oturmalı/solenoid rasyonel tercihlerdir. Nihai karar; hidrolik hesap, malzeme–medya uyumu, aktüasyon ve TCO birlikte değerlendirilerek verilmelidir. İpuçları genel amaçlıdır; uç veya ekstrem koşullarda özel mühendislik doğrulaması şarttır.

Küresel Vanaların Çalışma Ömrünü Etkileyen Faktörler

Üreticiler genellikle bir küresel vananın ömrünü 8–10 yıl arasında belirtir. Doğru kullanım ve bakım ile bu süre uzatılabilir. Ancak ömrü etkileyen bazı kritik faktörler vardır:

TAHRİK TİPİ (ACTUATION)

Uygulamaya en uygun tahrik tipini seçmek, bakım maliyetlerini düşürür, çalışma süresini artırır ve güvenliği sağlar. Örneğin, basınçlı hava temininin mümkün olduğu ortamlarda pnömatik tahrikli küresel vanalar, yüksek basınç şartlarında en dayanıklı seçenektir.

TASARIM

Küresel vanalar tek parça, iki parça veya üç parça gövdeli olabilir. Tek ve iki parçalı tasarımlar bakım yapılamaz; arıza durumunda tüm vana değiştirilir. Üç parçalı tasarımlar ise conta ve salmastra gibi parçaların sistemden vanayı sökmeden değiştirilebilmesine imkân verir.

SICAKLIK VE BASINÇ DEĞERLERİ

Yüksek basınç veya sık çevrim gerektiren uygulamalarda kullanılan küresel vanalar daha sık bakım veya değişim ister. Akışkanın sıcaklık ve basınç değeri, vananın sınır değerlerine ne kadar yakınsa, bakım aralığı o kadar kısalır.

AKIŞKAN ÖZELLİKLERİ

Küresel vanalar, partikül içermeyen sıvı ve gazların aç/kapa kontrolü için uygundur. Akışkanda partikül bulunması, vana iç mekanizmasını aşındırarak sızdırma veya arıza riskini artırır.

MALZEME SEÇİMİ

Küresel vanalar paslanmaz çelik, pirinç, bronz veya PVC gibi malzemelerden üretilir. PVC maliyet avantajı sağlasa da, metal vanalar daha dayanıklıdır, yüksek sıcaklık ve basınçlara karşı dirençlidir ve çok daha geniş akışkan uyumluluğu sunar.

KÜRESEL VANA BAKIMININ ÖNEMİ

  • Uzun Ömür: Düzenli bakım, vanaların arızasız çalışmasını sağlar, üretim kesintilerini önler ve yedek parça maliyetlerini düşürür.
  • Güvenlik: Doğru şekilde monte edilen ve düzenli kontrol edilen vanalar, iş kazaları riskini en aza indirir.
  • Kesintisiz Üretim: Bazı bakım işlemleri vana çalışırken yapılabildiğinden, üretim hattının durmasına gerek kalmaz.
  • Maliyet Tasarrufu: Planlı bakım, beklenmedik arıza ve değişim maliyetlerini azaltır.

KÜRESEL VANALARIN TEMEL ÇALIŞMA PRENSİBİ

Küresel vana, ortasında delik bulunan metal bir küre ile akışı kontrol eder.

  • Delik akış yönü ile hizalı olduğunda vana açık,
  • 90° döndürüldüğünde ise kapalı konuma gelir.

Bu tasarım, hızlı açma/kapama olanağı sunar ve vana konumunun görsel olarak kolayca anlaşılmasını sağlar. Ancak ani kapanma, su darbesi (water hammer) riskini artırabilir.

KÜRESEL VANA BAKIM ADIMLARI

1. Doğru Montaj

Küresel vananın sistemiyle tam uyumlu çalışabilmesi için montajının, alanında deneyimli bir teknisyen tarafından yapılması gereklidir. Montaj sırasında sistem basıncı, akış yönü ve ortam koşulları göz önünde bulundurulmalıdır.

2. Düzenli Temizlik

Vanaların yılda en az bir kez temizlenmesi önerilir. Temizlik sırasında dikkat edilmesi gerekenler:

  • Metal parçalar: Basınçlı hava veya gaz bazlı temizleyiciler kullanılmalıdır.
  • Plastik parçalar: Su veya alkol bazlı çözücüler tercih edilmelidir.
  • Toz ve tortu birikimi: Periyodik temizlik ile önlenmelidir.

3. Yağlama

Doğru yağlayıcı kullanımı, vananın performansını artırır ve contaların ömrünü uzatır.

  • Kullanılması gerekenler: Sentetik, suya dayanıklı ve yağ bazlı yağlayıcılar
  • Kaçınılması gerekenler: Katı veya kil bazlı yağlayıcılar

4. Periyodik Kontroller

En az yılda bir kez yapılması önerilen kontrol adımları:

  • Civata ve somunların sıkılık kontrolü
  • Korozyon ve tortu oluşumunun incelenmesi
  • Sızıntı olup olmadığının kontrolü
  • Açma/kapama mekanizmasının sorunsuz çalışıp çalışmadığı
  • Pozisyon göstergesinin doğruluğu
  • Ortamda yeterli havalandırma ve filtreleme şartlarının sağlandığı kontrolü

5. Yıllık Bakım

Yıllık planlı duruş zamanlarında daha kapsamlı bir bakım yapılmalıdır:

  • Vana tamamen sökülmelidir
  • İç kısımlar detaylı şekilde temizlenmelidir
  • Aşınmış parçalar ve contalar yenilenmelidir

SONUÇ

Doğru tahrik seçimi, düzenli bakım ve uygun kullanım sayesinde küresel vanalar, yıllarca sorunsuz hizmet verebilir. Bu, hem bakım maliyetlerini hem de plansız duruşlardan kaynaklanan üretim kayıplarını azaltır.