Proses Ünitelerinin Modüler Entegrasyonu

Proses Ünitelerinin Modüler Entegrasyonu
Çağrı Kanık

Özet
Bu makalede proses donanımının modüler entegrasyonu açıklanmıştır. Elektrik, Enstrüman ve Kontrol donanımının Proses donanımıyla aynı platformda bütünleşmesi ile bir modüler entegrasyon oluşur. Modüler entegrasyon ile saha ekipmanlarının bağlantıları ve ön devreye alma kurulum maliyetlerini oldukça azaltmaktadır. Bu entegrasyonda zone sınıflandırması, kurulum ve geçiş bariyerleri kıstaslarına nasıl yaklaşılması gerektiği incelenmiştir.

Giriş
Proses ünitelerinde, prefabrik modüler binalar petrol-doğalgaz endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır. Tipik bir proses ünitesinde kullanılan; proses tankları, kompresörler, manifoldlar ..vb. üniteler ~~gibi~~ çeşitli yanıcı malzemeler içerebilir. Çoğu vakada bina içleri NFPA 70’in NFPA 500/505 başlığına göre Class I Tehlikeli alan olarak sınıflandırılır Eğer bir proses ünitesi tehlikeli alan olarak sınıflandırılırsa, elektriksel donanım ve kablolama da buna göre etkilenmektedir. Normalde Şalt, MCC ve proses kontrol odaları ve donanımı,tehlikesiz ortamlarda var olacak şekilde tasarım ve montajı yapılır. Bu ana enstrümantasyon, koruma ve kontrol donanımının ünite dışı bir bölümde, uzak bir binada yer almasını gerektirir. Elektriksel donanım bağlantıları ise proses ünitesi sahaya kurulduğunda yapılır. Bu yaklaşım iç bağlantıların, devreye almanın ve testlerin sahada yapılmasını gerektirir. Bu işlem pahalı olduğu kadar, zaman alan ve prosesten anlayan yetkin çalışanlarla yapılabilecek bir işlemdir. Bunun yerine proses ekipmanları ile koruma, enstrümantasyon ve kontrol ekipmanlarının aynı proses ünitesinde kurulumu yapılsaydı nasıl olurdu? Bu işlem sistemin kendi içindeki kablo bağlantılarının ve proses ekipmanlarının devreye almalarının fabrikada yapılmasına fırsat verirdi. Bu da sahada işçiliğin azalmasına, kolay kuruluma, ana işlemler fabrika ortamında yapıldığı için kalitenin artmasına olanak sağlardı. Bunların hepsi toplanınca ise kurulum masraflarıyla beraber toplam maliyet azalabileceği görülürdü.

Entegre tasarım Konseptinin gerçekleştirilebilmesi için Zone sınıflandırması, Bina planı ve imalat yöntemleriyle ilgili olarak birkaç alternatif ortaya çıkar. Bu makale proses ekipmanları ve elektrik, enstrüman, kontrol ekipmanlarının aynı proses ünitesinde nasıl entegre dizaynlar yapılabileceği alternatiflerini açıklamaktadır.

Standart Modüler Proses Paket Konsepti

Tipik bir Petrol Doğalgaz ünitesi genelde sadece proses donanımını içerir. Bu da proses ekipmanı çevresini tehlikeli alan olarak sınıflandırır. Yanıcı maddelerin ortaya çıkma ihtimaline göre, proses ünitesi Class I, Zone 1, 2 olarak sınıflandırılabilir.
Proses ünitesinin sınıflandırılma derecesine göre elektrik enstrüman [CK1] donanımı tehlikeli alan sınıfına göre sertifikalandırılır. Tehlikeli alan için sertifikalanmış donanım çoğu zaman maliyetli ve bulunması zordur. Bu sebeple elektrik-enstrüman donanımı proses ünitesinin dışında, sınıflandırılmamış bir alana yerleştirilir. Bu da yüksek miktarda kablolama işlemi ve/veya ekstrŞekil 1 Stana saha toplayıcı donanımın (Elektriksel Bağlantı Kutusu vb. ) kullanımını gerektirir. (Şekil-1 )

Şekil 1 Standart bir Modüler Proses Ünitesi Tasarım Konsepti

Entegre Modüler Proses Paketi Konsepti

Entegre Modüler Tasarım Konsepti, Proses Elektrik, Enstrüman donanımının aynı ünitede olması demektir. Tehlikesiz alanda çalışan elektrik, enstrüman paketleri için güvenli bir alan oluşturulmalıdır. Bu aşağıdaki 3 yöntemden biri ile oluşturulur.

Fiziksel olarak sınıflandırılmamış alanı sınıflandırılmış alandan ayırma
Sınıflandırılmamış alandan alınan havayı kullanarak pozitif basınç alanı oluşturma
Gaz-Buhar Geçirmez Bariyer kullanarak sınıflandırılmış bölgeyi sınıflandırılmamıştan ayırmak

Seçenek 1- Fiziksel olarak Ayırma

Seçenek-1 sınıflandırılmış alanı sınıflandırılmamıştan mesafe koyarak ayrıştırmadır. Proses donanımı ile bağlı, fakat zone sınıflandırması hesaplarına bağlı olarak uygun uzaklıkta bir bina oluşturulur. Bu uzaklık yanıcı buharın ortama dağılması için uygun bir uzaklıktır. Resim-2’de bu sistemi inceleyebilirsiniz.

Bu sistemin en büyük dezavantajı sınıflandırılmış bölge ile sınıflandırılmamış bölge arasında uzaklık oluşturduğu için, proses ünitesinin fiziksel olarak büyümesidir. Bu genel olarak Modüler Sistemi büyütür ve ağırlaştırır. Dolayısıyla ekstra lojistik maliyetleri ortaya çıkmaktadır.

Şekil 2 Seçenek 1 Fiziksel Ayrıştırma ile Entegre Dizayn Konsepti

Seçenek-2 Sınıflandırılmış Alanda Basınçlandırılmış Oda

Seçenek-2 pozitif basınç ile sınıflandırılmamış bir alan oluşturmaktır. Kapalı bir bina normal hava basıncından bir miktar fazla basınç uygulanarak sınıflandırılmış alandan sınıflandırılmamış alana olacak kaçakları önlenir. Bu yöntem NFPA 496’da açıklanmıştır ve bina gereklilikleri aşağıdaki gibidir.

Basınçlandırılmış oda oluşturulurken, alınan hava sınıflandırılmamış alandan gelmeli ve eser miktarda yanıcı gazdan fazlasını içermemelidir.
Tahliye borusu yanıcı olmayan maddeden üretilmeli, mekanik darbelere karşı korumalı olmalı ve korozyona dayanabilmelidir. Bu sistem Binanın HVAC sistemi ile ortak çalışabilir
Pozitif basınç sistemi binanın tüm delikleri kapalı haldeyken 25Pa Basınç uygulamalıdır. Bu sistem delikler açıldığında ise 0.305m/sn hava akışı sağlayabilecek güçte olmalıdır. Çoğu durumda ekstra bir hava durdurucu sistemler kullanılmadan bunu gerçekleştirmek mümkün değildir.
Basınç sistemi basınç anahtarı ile takip edilmelidir. Basınç sisteminin durması halinde donanımı tekrar enerjilendirmeden önce patlayıcı ortama uygun olmayan donanımın kontrolü ile ilgili bir test prosedürü devreye sokulmalıdır. Dolayısıyla bu kullanılan donanım tehlikeli ortamda çalışmaya uygun halde olmalıdır.

Eğer Bu oda Class I, Zone 1 veya 2’de ise ek önlemler alınmalıdır. Zone 2’de Z tip basınç sistemi kullanılmalıdır. Z tip basınç sisteminin özelliği sürekli online olarak izlenmesidir. Eğer basınç sisteminde bir problem olursa alarm devreye girer. Bu zone ‘da enerjinin kesilmesine gerek yoktur. Eğer aynı işlem Zone-1’de olursa ve donanım Zone-1’de çalışmaya uygun değilse enerjinin kesilmesi gerekir. Bu donanımın tekrar çalıştırılabilmesi için 4 kez odanın tamamen hava değişiminin yapılması gerekir. Bu standardın çok benzerine EN 60079-13’de de bahsedilir. Bu basınçlandırma sistemi genel olarak etrafı sınıflandırılmış bölgelerle kaplı olan çok büyük rafineri tesisleri gibi yelerde kullanılır.

Şekil 3 Seçenek 2 Basınçlandırılmış Oda Tasarım Konsepti

Seçenek-3 Gaz-Buhar geçirmez Bariyer Kullanımı

Sınıflandırılmamış oda doğrudan sınıflandırılmış bölgenin yanına konur ve ayrıştırma buhar-gaz geçirmez bariyer ile sağlanır. Bu bariyer patlayıcı gazın eser miktarda da olsa sınıflandırılmamış bölgeye girmesini engeller. Bu sistemin temel avantajı tasarımın kolaylığıdır. Bu sistemi HVAC ile beraber entegre etmeye, sisteme ekstra bir otomasyon senaryosu olarak eklemeye gerek yoktur.

Şekil 4 Seçenek 3 Gaz Buhar Geçirmez Bariyer Kullanımı

Kablo ve Boru Geçiş Sistemi

Geçiş Sistemleri, Entegre Modüler Tasarımlar için önemli bir elemandır. Bu eleman kablo ve boruların duvardan geçerken yangına ve gaz-buhar geçirmezliğine göre tasarlanır. Bu sistem, değişik boyuttaki kablo ve boruların geçişine uygun olurken aynı zamanda gelecekteki değişikliklere, eklentilere uygun olmalıdır. Şekil-4’de Bu sistemi inceleyebilirsiniz.

Kablo Geçiş Sistemi ürün ailesi bu entegre çalışma sistemine uygun olmalıdır. Bu ürünler metal, duvar, sandviç panel gibi uygulamalarda kullanılır.Bu sistem gaz-buhar geçirmez odalarda basınç kaybı olmasının önüne geçer. Bu sistem tekrar tekrar açılıp kapanabildiği için yeni kablo eklemelerine ve genişleme projelerine açıktır.

Sonuç
Elektrik, Enstrüman sistemlerinin proses ünitesi ile entegre olarak çalışmasının birçok avantajı vardır. Bu sayede kablolama fabrika ortamında yapılabilir, Kontrol-Enstrüman donanımının ön devreye alınması sahaya gitmeden gerçekleştirilir ve sahadaki işçiliğini azaltarak Toplam maliyette avantaj sağlar.

Elektrik Enstrüman donanımının prosesle entegre olması için yukarıda anlatıldığı gibi birkaç alternatif mevcuttur. Ortak proses ünitesi farklı bir binada yer aldığında, Sınıflandırılmamış ekipmanlar basınçlı sistemle veya gaz geçirmez bariyerle proses ünitesinden ayrılır.

Bina Girişleri tasarımda kesinlikle üzerinde düşünülmesi gereken bir noktadır. Bina girişlerinin Bina bütünlüğünü sağlaması açısından duvarın yapısal yangın bütünlüğü göz önüne alınmalı ve gelecekte çekilecek yeni kablolara göre yer hazırlanmalıdır. Kablo Geçiş Sistemi bu gereklilikleri sağlarken montaj maliyetlerini düşürür. Bu entegre modüler konseptinin tasarlanmasında kilit noktadır.