Basınçlı Kaplar

Basınçlı kaplar; içlerinde akışkan taşıyan ya da depolayan, içsel ve dışsal basınçlara maruz kalan yüksek sızdırmazlık özelliği istenen depolar ve tanklar olarak tanımlanabilir. Basınçlı kaplarda bazı özel uygulamaların dışında genellikle iç basınç dış basınçtan fazladır. Daha yüksek basınçlı sıvı ve gazların üretiminde, taşınmasında ya da depolanmasında kullanılan küre, silindir biçimli küre, silindir ya da koni biçimli hacimlerin birleştirilmesinden oluşan atmosfere kapalı kaplardır”.

Basınçlı kapların emniyetle görevini yerine getirebilmesi için belirli aralıklarda kontrolden geçmesi gerekmektedir. Bu sebeple basınçlı kaplar tasarım, imalat ve kontrolleri ilgili standartlara uygun olarak yapılmalıdır. Ülkemizde basınçlı kapların kontrolünü ve muayenesini T.S.E ve Türk Loydu kurumları yapmakta ve takip etmektedir.
 

Basınçlı kapları konstrüksiyon, fonksiyon ve geometri gibi çeşitli parametrelere göre sınıflandırmak mümkündür.

Fonksiyon: Depo tankı. Proses kabı. Eşanjör.

Geometri: Silindirik. Küresel. Konik. Yatay/Dikey.

Konstrüksiyon: Tel cidarlı. Çok cidarlı. Dövme.

Servis: Kroyonejik. Buhar. Tehlikeli ürün. Alevli/Alevsiz.

Malzeme: Karbon çelik. Paslanmaz çelik. Alaşımlı çelik. Kompozit. Demir dışı.

Basınçlı kaplar yukarda yapılan sınıflandırmanın dışında ince cidarlı basınçlı kaplar ve kalın cidarlı basınçlı kaplar olarak da sınıflandırılabilir. Burada cidar kalınlıklarının çaplarına oranı 1:10’dan küçük basınçlı kaplar ince cidarlı, 1:10’dan büyük basınçlı kaplar ise kalın cidarlı basınçlı kaplar olarak adlandırılırlar.

Önerilen Makale: Çelik köşebent malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik köşebent nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Kullanıldıkları alanlar dikkate alınarak yapılan basınçlı kap çeşitleri aşağıdaki gibidir;

• Boru hatları, 
• Kazanlar, 
• Kompresörler, 
• Hava tankları, 
• LPG tankları, 
• Hidrolik akışkan devreleri, 
• Hidrofor (basınçlandırma sistemleri) 
• Sınai gaz tankları, 
• Soğutma üniteleri, 
• Pnömatik akışkan devreleri,
• Gaz tüpleri, 
• Kriyojenik tanklar, 
• Otoklavlar (iç basınca dayanıklı kaplar) vb.
 

Basınçlı kaplarda malzeme seçiminde kullanılan kriterler malzemenin kullanılacak ortam koşullarına ve kabın maruz kalacağı sıcaklık, basınç ve korozyon gibi etkenlere göre farklılık göstermektedir. Malzeme seçiminde kullanım koşulları ve malzeme kriterleri göz önüne alınarak aday malzemeler belirlenmelidir. Bir sonraki aşamada içlerinde en uygun olanın seçilerek malzeme seçim süreci tamamlanmalıdır.

Malzeme seçiminde önce maliyet unsurları değerlendirilir sonra da hammadde temini, malzemenin üretimi, işlenebilirliği, kaynak kabiliyeti gibi faktörler dikkate alınır. Malzeme seçimi esnasında; malzeme özellikleri, çekme mukavemeti, işletme sıcaklığı ve basıncı, korozyon etkisi, akma gerilmesi, kırılma analizi, emniyet katsayısı, aşınma katsayısı, hidrojen etkisi faktörlerinin göz önüne alınması gerekir.

Basınçlı kap imalatında kullanılan malzemelerin büyük bir kısmını karbonlu çelikler oluşturmakla birlikte, bazı özel durumlarda demir dışı metaller, ferritik çelikler ve östenitik çeliklerde basınçlı kap imalatında kullanılmaktadır. Basınçlı kabın içinde taşıdığı sıvının veya gazın imalatta kullanılan malzemenin korozyon direncinin üzerinde olacağı değerlendiriliyorsa ya da ürünü kirletme ve reaksiyona girme riski varsa bu durumda basınçlı kap mekanik özellikleri daha kuvvetli bir metalle veya metal dışı bir malzeme ile kaplanabilir. Nikel, kurşun ve ferritik alaşımlar basınçlı kapları kaplamakta kullanılan başlıca metallerdir. Metal dışı kaplama malzemeleri ise; donatılı beton, kauçuk, cam, plastikler, ısı yalıtım malzemeleri ve sıcağa dayanıklı malzemelerdir.

Basınçlı kapların ve parçalarının istenen ömrü boyunca yenim, erozyon ve mekanik aşınma nedenleriyle malzeme et kalınlıklarında kayıplar söz konusu olabilir. Bu durumda malzeme kalınlığı tasarım hesapları sırasında bulunun kalınlıklardan daha büyük seçilmelidir.

6 mm’den küçük olan ve içerisinde su, buhar veya basınçlı hava bulunduran kaplar için “ASME Boiler and Pressure Vessel Code” yenim payı hesaplanan levha kalınlığının 1/6’sından az olamayacağını belirtir.

Diğer kaplar için yenim hızı tasarımcı tarafından tahmin edilmelidir. Yenim etkisi bilinmez ise, yenim payı tasarımcının deneyimine göre saptanır. Genellikle kaplar ve borular için senede 0.15 mm yenim hızı yeterlidir.

Basınçlı kabın istenen ömrünün saptanması ekonomik bir sorudur. Büyük kaplar genellikle daha uzun (15-20) yıl küçük kaplar ise daha kısa (8-10) yıl çalışma ömrüne göre tasarlanırlar. Basınçlı kabın çeşitli bölümlerine değişik yenim etkisi oluyorsa kabın her tarafında aynı yenim payını hesaplanan kalınlığa eklemek gerekmez. Yenim hızını ölçmek için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bunlardan en yaygın olanı yenim probları ve ultrasonik kalınlık ölçme cihazlarının kullanılmasıdır.

Yenim etkisindeki kaplarda boşaltma deliği bulunmalıdır. İç yenim erozyon veya mekanik aşınmayla karşılaşan bütün basınçlı kaplarda adam giriş veya kontrol deliği olmalıdır. Yenimi önlemek amacıyla, yenime dirençli malzemeler kap malzemesinin bütünü olarak değil yalnızca iç kaplama olarak kullanılır. Mekanik aşınmayla karşılaşan kaplarda, kabın bu bölümü, kaynakla veya civata ile bağlanmış çarpma plakaları ile korunmalıdır. Yenim olan kaplarda, iç parçalar kap gövdesine sürekli kaynak edilmeli ve boşluklar ile dar ceplere izin verilmemelidir.
 

Basınçlı kaplar çoğu zaman yüksek basınç altında çalıştıklarından dolayı kullanımları sırasında hayati riskler söz konusu olabilmektedir. Bu riskleri en az seviyeye indirgemek ve basınçlı kapların söz konusu çalışma koşullarında emniyetle görevlerini yerine getirebilmesi insan hayatı bakımından önem arz etmektedir. Bu sebepten dolayı bir basınçlı kap tasarımında o kaba etki eden bütün kuvvetler tespit edilmeli ve bu kuvvetlerin kaba nasıl bir etki oluşturacağı önceden hesaplanmalıdır. İmalat aşamasından sonra ilgili standartlar dahilinde bütün güvenlik kontrolleri yapılmalıdır. Basınçlı kaplara etkiyen kuvvetler aşağıda sıralanmıştır.

• İçsel ve dışsal basınç, 
• Statik ve Dinamik yükleme, 
• Sıcaklık,
• Rüzgar, 
• Ağırlık (ölü yükler), 
• Titreşimler.

İçsel ve Dışsal Basınç

İçsel ve dışsal basınç, basınçlı kapların tasarımında kullanılan temel parametrelerden biridir. Sadece içten basınca maruz kalan kapların tasarımında yalnız iç basınç hesaplanır. Sadece dıştan gelen bir basınca maruz kalan kaplar da ise yalnız dış basınç hesaplanır.

Statik ve Dinamik Yükler

Basınçlı kap tasarımlarında kabın kendi öz yüklerinin dışında, örneğin kabın taşınması sırasında meydana gelmesi muhtemel, statik ya da dinamik yükleri de hesaplanması ve tasarım yüküne eklenmesi gerekmektedir.

Sıcaklık 

Sıcaklık doğrudan bir tasarım yükü olmamakla beraber çevresel şartların basınçlı kaba etkilerinin analizinde dikkate alınması gereken bir parametredir. Yüksek sıcaklıkta çalışan basınçlı kaplarda sıcaklık farkı ısıl gerilmelerin oluşmasına neden olacağından bu tür ortamlarda çalışacak kaplar için termal genleşmesi düşük olan malzemeler tercih edilmelidir.

Rüzgâr 

Rüzgar farklı hızlarda gerçekleşen türbülanslı bir akış olarak tanımlanabilir. Rüzgarın yatay yönlü yani yer yüzüne paralel olduğu kabul edilir ve yükseklere çıktıkça hızının arttığı bilinmektedir. Dikey konumlarda çalışan basınçlı kaplarda rüzgar önemli bir parametredir özellikle ayakların tasarımı yapılırken rüzgar yönüne dikkat edilmesi gerekmektedir. Basınçlı kaplara etkiyen rüzgarın kabın yüksekliği ile doğrudan orantılı olduğu düşünülürse aşırı rüzgarlı bölgelerde çok yüksek tasarımlar seçilmelidir.

Ağırlık 

Basınçlı kaplarda ağırlıklar ekseriyetle, kabın bağlantı elemanlarının ağırlıklarından ibarettir. Basınçlı kaba hiçbir bağlantı ve yükleme yapılmadan alınan yük değerine boş yük veya ölü yük denir. Basınçlı kabın ağırlığı, eksen kaçıklığı bulunmuyorsa ve yük bileşkesi kap ekseni ile çakışıyorsa, sadece basma gerilmesi meydana getirir, bu da genellikle önemsiz kabul edilir.

Titreşim 

Basınçlı kaplarda titreşime yol açan temel sebep rüzgardır. Basınçlı kaplarda kullanılan malzemelerde yorulmaya sebebiyet verdiği için büyük doğal titreşim Periyodu sınırlandırılmalıdır.
Basınçlı Kapların Kaynağı

Basınçlı kaplar içlerinde sıvı ya da gaz bulundurması sebebiyle kaynaklı bağlantıların yüksek kalitede ve sızdırmaz özelliğe sahip olması gerekmektedir. Basınçlı kapların kaynaklı birleştirmelerinde bazı özel durumlar haricinde alın kaynağı tercih edilmeli ve kaynak hatalarına izin verilmemelidir. Kaynak bölgesi tahribatsız muayene yöntemleriyle test edildikten sonra sızdırmazlık testinden de geçirilmelidir.
 

Basınçlı kapların kaynağında ergitmeli kaynak yöntemleri tercih edilir. Bu kaynak yöntemlerinden bazıları aşağıda sıralanmıştır;

• Örtülü elektrod kaynağı, 
• MIG-MAG kaynağı, 
• TIG kaynağı, 
• Tozaltı ark kaynağı.

Kaynak Kabiliyetleri

Kaynak kabiliyeti kavramı kaynak biliminde oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Bu kavram bir malzeme kaynak edilirken önemli oranda tedbirin alınıp alınmadığını gösterir. Bir metal veya alaşım yüksek bir kaynak kabiliyetine sahip dendiği zaman, hiçbir özel tedbire başvurmadan, her türlü çalışma şartları altında, tatminkar bir kaynak kalitesi elde edilebileceği anlamına gelir.

Basınçlı kapların imalinde kullanılan malzemeler genellikle karbonlu çeliklerdir. Bu çeliklerin kaynak kabiliyeti içerisinde bulundurduğu karbon miktarıyla doğrudan orantılıdır. Teorik olarak karbon miktarı arttıkça kaynak edilebilirlik düşmektedir. Az ve orta karbonlu çeliklerin sırasıyla maksimum % 0,25 ve % 0,55 oranında karbon bulundurduklarından kaynak kabiliyetleri oldukça iyidir. Bu tür çelikler kaynak işlemi öncesinde hiçbir özel tedbire gereksinim duymadan kolaylıkla kaynaklanabilirler. Bununla birlikte karbonlu çeliklerde karbon oranı % 0,55’in üzerine çıktığı zaman kaynak öncesi ön tav gibi bazı özel tedbirlerin alınması gerekmektedir. Ayrıca malzemenin içerisindeki silisyum, mangan, fosfor ve kükürt kaynak kabiliyetini düşürmektedir.