Demir-çelik fabrikalarında yaygın olarak kullanılan bir proses olan kok gazı üretimi, bir diğer adıyla kömür karbonizasyonu oksijensiz yanma ile gazlaştırma uygulamasıdır.
Kok gazı üretimi ve kok gazının proses hatlarında taşınması sırasında oksijen seviyesinin kontrol altında tutulması, proses güvenliği açısından kritik önem taşımaktadır.
Bu yazımızda, kok gazı hatlarında sürekli oksijen ölçümünün önemini, karşılaşılan ölçüm zorluklarını ve bu uygulamalarda kullanılan TDLAS lazer ölçüm teknolojisini ele alacağız.
Kok Gazı Üretimi ve Proses Özellikleri
Yüksek sıcaklıkta kompleks kömür molekülleri, oksijensiz ve kapalı bir ortamda 1100 °C ısıya maruz bırakılır ve parçalanır. Bu parçalanma esnasında maruz kaldığı ısı seviyesine göre sırasıyla CO2 (Karbondioksit), CH4 (Metan), CO (Karbonmonoksit), yüksek miktarda H2 (Hidrojen), C2H6 (Etan) ve C2H4 (Etilen) gazları oluşmaktadır. Oluşan bu gazlar hatlarda prosese taşınarak ergitme işlemlerinde yakıt olarak kullanılmaktadır.
Kok gazı; yanıcı bileşenler içeren ve proses içerisinde yakıt olarak kullanılan bir gaz karışımı olduğundan, üretim ve taşıma hatlarında proses güvenliğinin sağlanması büyük önem taşımaktadır.
Kok Gazı Hatlarında Sürekli Oksijen Ölçümü Neden Önemlidir?
Yanıcı patlayıcı bir gaz olan kok gazının taşındığı hatlarda, teknik ve proses emniyeti nedeniyle O2 (Oksijen) kontrol altında tutulmalıdır. Bu kontrol sürekli izleme sistemleriyle yapılmalı ve O2 tehlike düzeylerine yaklaştığında sisteme müdahale edilerek, kok hatlarına CO2 veya N2 (azot) gibi inert gazlar ile müdahale edilmelidir.
Kok gazı hatlarında sürekli oksijen ölçümü, oksijen konsantrasyonundaki değişimlerin anlık olarak takip edilmesine ve tehlikeli seviyelere yaklaşılması durumunda gerekli müdahalelerin zamanında gerçekleştirilmesine yardımcı olur.
Bu nedenle, kullanılacak oksijen analizörünün hızlı, güvenilir ve proses koşullarına uygun şekilde sürekli ölçüm yapabilmesi önemlidir.
Kok Gazı Hatlarında Oksijen Ölçümünün Zorlukları
Bu noktada yapılacak olan O2 ölçümü için kullanılacak ekipmanlar, zorlu bir prosesle karşı karşıya kalmakla birlikte, yanıcı patlayıcı bir gaz ortamı (ATEX Zone 1) içerisinde çalışmaktadır.
Proses içerisinde yüksek oranda yanıcı patlayıcı gazların varlığı dışında, türbülanslı gaz akışı ve ölçümü daha da zorlaştıran yapışkan katran mevcuttur. Bu katran standart ekstraktif (gazı ölçüm noktasından pompa ile dışarı çekerek örnekleyen) sistemler için ciddi uygulama zorlukları yaratmakla birlikte, sürekli bakım ihtiyacı gerektirmektedir. Ayrıca bu sistemlerde numunenin bir hat ile taşınması ve analizöre girmeden önce şartlandırılması nedeniyle ölçümün tepki süreleri uzun olacaktır. Bu durum sistemin güvenliğinde süre kaynaklı açıklara sebebiyet vermektedir.
Kok gazı proseslerinde kullanılan ölçüm teknolojisinin seçiminde; yanıcı ve patlayıcı ortam koşulları, yüksek hidrokarbon içeriği, katran oluşumu, gaz akış koşulları ve ölçüm tepki süresi gibi faktörlerin birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir.
Kok Gazında Oksijen Ölçüm Teknolojileri
Genel olarak oksijeni in-situ (yerinde ölçüm) yöntemleriyle ölçebileceğimiz zirkonyum oksit ve laser (TDLAS) ölçüm teknolojileri mevcuttur. Zirkonyum oksit sensörler, temelinde prosesteki oksijenin, yüksek sıcaklıkta ısıtılmış ZrO2 malzemenin üzerinde iyonlarına ayrışması esasına dayanır. Ancak proses gazı içerisindeki yüksek hidrokarbonların ısıtılmış sensör üzerinde reaksiyona girmesinden dolayı bu uygulama için uygun değildir.
Kok gazı içerisinde O2 ölçümünde TDLAS metodu güvenilir, hassas ölçümle birlikte düşük bakım gereksinimi sayesinde kullanıcı dostu olmaktadır. TDLAS (ayarlanabilir diyot lazer absorbsiyon spektroskopisi) metodu karşılıklı yerleştiren alıcı optik ve dedektör arasındaki lazer ışığın, proses içerisindeki O₂ molekülleri tarafından emilmesi temeline dayanır. Emilim sonrası azalan ışık yoğunluğu dedektör tarafından algılanır ve Beer-Lambert yasası gereği konsantrasyon hesabı yapılır.
TDLAS teknolojisi, gaz numunesinin ölçüm noktasından çekilerek analizöre taşınmasına gerek kalmadan doğrudan proses hattında ölçüm yapılmasına olanak sağlayan in-situ bir ölçüm yöntemi olarak değerlendirilmektedir.
Bu nedenle, özellikle hızlı tepki süresinin önemli olduğu ve ekstraktif sistemlerin bakım gereksinimlerinin yüksek olabildiği zorlu proseslerde avantaj sağlayabilir.
TDLAS Oksijen Ölçüm Sistemlerinde Azot Purge
Yerleştirilen lazer başlıklarının proses gazından etkilenmemesi ve optiklerinin temiz kalması için sürekli olarak saf azot gazı ile geri üfleme yapılmalıdır.
Azot purge uygulaması, ölçüm optiklerinin proses gazı içerisinde bulunabilecek katran ve diğer kirleticilerden korunmasına yardımcı olarak ölçüm güvenilirliğinin sürdürülebilmesini destekler.
Siemens SITRANS SL TDLAS Lazer Analizörü
Bu uygulama için portföyümüzde yer alan Siemens SITRANS SL TDLAS lazer analizörü yaygın şekilde kullanılmaktadır. Analizörün ölçüm, aralığı 0-100% skalasında istenen ölçüm aralığına ayarlanabilmektedir.
Analizör prosese gönderilen her ışığa karşılık, bir ışığı da analizör içerisinde yer alan referans hücreye göndermektedir. Bu durum yapılan her anlık ölçümün, doğrulamasının yapılmasını ve kalibrasyon işlemine gerek kalmamasını sağlamaktadır.
Siemens SITRANS SL Azot Purge Sistemi
Analizör azot purge flanşıyla birlikte tedarik edilir ve hem sensör hem de proses tarafına sürekli purge yapılmaktadır.
Bu yapı, analizörün optik bileşenlerinin proses koşullarından korunmasına ve ölçüm performansının sürdürülebilmesine yardımcı olmaktadır.
Siemens SITRANS SL Teknik Özellikleri
Analizör üzerinde ekran mevcuttur. Ekran üzerinden değerler görüntülenebilir. Tüm ayarlar için analizöre el terminali bir klavye ile bağlantı sağlanır ve tüm ayarları yapılabilir.
Dış ortam meteorolojik koşullarına uygun şekilde (IP65) tasarlanmış olan SITRANS SL, ATEX Zone 1 uyumluluğu sayesinde yanıcı patlayıcı ortamlarda çalışmaya uygun şekilde üretilmiştir.
Sıkça Sorulan Sorular
Kok gazı nedir?
Kok gazı, demir-çelik fabrikalarında kömür karbonizasyonu prosesi sırasında oluşan ve proses içerisinde yakıt olarak kullanılan gaz karışımıdır.
Kok gazı hatlarında oksijen neden ölçülür?
Kok gazı hatlarında O₂ (oksijen) seviyesinin kontrol altında tutulması, yanıcı ve patlayıcı gaz ortamlarında teknik ve proses emniyetinin sağlanmasına yardımcı olur.
Kok gazı hatlarında sürekli oksijen ölçümü neden önemlidir?
Sürekli oksijen ölçümü, O₂ konsantrasyonunun anlık olarak takip edilmesine ve tehlikeli seviyelere yaklaşılması durumunda gerekli müdahalenin zamanında yapılmasına yardımcı olur.
Kok gazı proseslerinde oksijen ölçümünün zorlukları nelerdir?
Kok gazı proseslerinde yanıcı ve patlayıcı gazların yanı sıra türbülanslı gaz akışı ve yapışkan katran gibi faktörler ölçüm sistemleri için zorluk oluşturabilir. Bu koşullar özellikle ekstraktif sistemlerde bakım ihtiyacını ve ölçüm tepki süresini etkileyebilir.
TDLAS nedir?
TDLAS (Ayarlanabilir Diyot Lazer Absorbsiyon Spektroskopisi), lazer ışığının proses gazı içerisindeki belirli gaz molekülleri tarafından absorbe edilmesi prensibine dayanan bir ölçüm teknolojisidir.
Kok gazında neden TDLAS yöntemi kullanılabilir?
Kok gazı içerisindeki O₂ ölçümünde TDLAS yöntemi, güvenilir ve hassas ölçüm performansı ile düşük bakım gereksinimi sağlayabilmesi nedeniyle tercih edilebilir.
Siemens SITRANS SL hangi ortamda kullanılabilir?
Siemens SITRANS SL, ATEX Zone 1 uyumluluğu sayesinde uygun proses koşullarında yanıcı ve patlayıcı atmosferlerin bulunduğu uygulamalarda kullanılabilir.
Set Teknik Emniyet ve Çevre Teknolojileri A.Ş. olarak; Gaz Algılama Sistemleri, Proses Gaz Analiz Sistemleri, Sürekli Emisyon Ölçüm Sistemleri, Endüstriyel İş Güvenliği Ekipmanları ve Yanma Teknolojileri konularında, 2004 yılından bu yana her geçen gün geliştirerek bugüne taşıdığımız satış ve teknik destek tecrübemiz ve tamamı Türkiye ve Avrupa normlarına uyumlu ürünlerimiz ile mühendislik çözümleri sunmaktayız.
Paylaş: