Ölçüm ve Kontrol
Ekipmanları
Endüstriyel yakma sistemleri, doğal gaz tesisatları ve proses fırınları için Avrupa standartlarına uyumlu basınç, akış ve sıcaklık ölçüm çözümleri.
Fark Basınç Transmitteri
Fark basınç transmitteri (DP transmitter), orifis veya venturi ile birlikte kullanılarak gaz ve hava debisini dolaylı yoldan ölçen akıllı sensörlerdir. Doğal gaz ve yakma havası hatlarında en yaygın akış ölçüm yöntemidir.
Prensip şöyledir: orifis plakası akım kısıtladığında memba ve mansap arasında bir basınç farkı (∆P) oluşur; bu fark debi ile karekök ilişkisi taşır. Transmitter bu ∆P değerini 4–20 mA veya HART sinyaline çevirerek PLC/SCADA sistemlerine iletir.
Doğal gaz yakma sistemlerinde fark basınç transmitteri; yakıt debisinin izlenmesi, oran kontrol sisteminin geri bildirim sinyali ve tüketim raporlaması için kritik öneme sahiptir.
DP transmitterlar debiye karekök ilişkisiyle bağlıdır: Q ∝ √(∆P). Bu nedenle DP transmitter çıkışı doğrusal değildir. Doğal gaz sistemlerinde PLC veya flow computer, ∆P sinyalini basınç ve sıcaklık kompanzasyonuyla (P, T düzeltme) gerçek hacimsel debiye dönüştürmelidir.
Kritik Not: DP transmitterın ölçüm aralığı (span) sisteme göre doğru ayarlanmalıdır. Aşırı küçük span seçimi düşük debilerde hassasiyeti artırır; ancak yüksek debilerde satürasyona yol açar. Tipik kural: maks. debi noktasındaki ∆P değerinin %100 span’ın %75–90’ına denk gelmesi istenir.
Uzun vadeli kararlı ölçüm için tasarlanmış HART iletişimli akıllı fark basınç transmitteri. Filtre kirlilik takibi ve seviye ölçüm uygulamalarında da kullanılabilir.
Komple kaynaklı tasarımıyla ağır şartlara dayanıklı, kullanıcı tercihine göre yapılandırılabilen basınç transmitteri. Gaz hat basıncı, filtre öncesi/sonrası basınç izleme ve brülör besi basıncı ölçümünde kullanılır.
Basınç Transmitteri
Basınç transmitterleri; doğal gaz hat basıncını, filtre öncesi/sonrası basıncı ve brülör besi basıncını sürekli izleyerek proses güvenliği ve oran kontrol sisteminin doğru çalışması için temel sinyal kaynağıdır.
Doğal gaz yakma sistemlerinde basınç izleme birkaç kritik noktada yapılır: gaz sayacı girişi (besleme basıncı), regülatör çıkışı (hat basıncı), filtre fark basıncı (kirlilik takibi) ve brülör besi noktası. Bu ölçümler hem güvenlik sistemine hem de kontrol sistemine girdi sağlar.
Basınç transmitteri seçiminde maks. çalışma basıncı, güvenlik marjı dahil nominal aralığın %60–75’ine denk gelmesi önerilir. Örneğin 500 mbar maks. çalışma basıncı için 0–1 bar nominal aralıklı transmitter seçilmesi doğrudur. Düşük span seçimi yüksek çözünürlük sağlar; ancak basınç piklerinde hasar riskini artırır.
Dikkat — Patlayıcı Atmosfer: Doğal gaz ortamlarında kullanılacak transmiterlar ATEX Direktifi (2014/34/EU) veya IECEx sertifikalı olmalıdır. Zon sınıfına (Zon 1 / Zon 2) göre EX d veya EX ia koruma kategorisi seçilmelidir.
Endüstriyel Gaz Sayaçları
Gaz sayacı, doğal gaz tüketiminin güvenilir, tekrarlanabilir biçimde ölçülmesini sağlar. Tüketim takibi, yakma sistemi performans izleme ve enerji yönetimi için zorunlu ekipmandır.
Avrupa’da gaz sayaçları MID Direktifi (2014/32/EU) kapsamında onaylanmak zorundadır. Diyaframlı sayaçlar EN 1359, döner loblu sayaçlar EN 12480 ve türbinli sayaçlar EN 12261 standardına tabidir. Bu onaylar olmadan sayaç kullanımı yasal değildir.
Mekanik diyafram hareketi ile hacim ölçen pozitif deplasman sayacıdır. Küçük-orta debi aralığında en güvenilir teknoloji olup bakım ve gaz kalitesine son derece dayanıklıdır.
Düşük–orta debi (G1,6–G40), düzensiz veya kesikli çalışma. Pulsasyon ve debideki ani değişimlere dayanıklıdır. Türbinli sayaca göre bakım maliyeti düşüktür.
İki döner lobun senkronize dönüşüyle gaz hacmini ölçen kompakt ve yüksek dinamik rangelı sayaçtır. Gaz akışı kesildiğinde veya düzensiz çalışmada hassasiyetini korur; harici düz boru hattı gerektirmez.
Orta-büyük debi, kesikli ve darbeli akış, ATEX zon 1 uygulamaları. Türbinli sayaca göre daha geniş “rangeability” sunar (1:100’e kadar).
Akan gaz türbin kanatlarını döndürür; dönüş hızıyla debi ölçülür. Yüksek doğruluk ve geniş debi aralığı sunar. Ancak akış profilinin düzgün olması gerektiğinden düz boru hattı gereksinimi kritiktir.
Dikkat: Türbinli sayaç gaz akışının sürekli ve pulsasyonsuz olmasını gerektirir. Kesikli veya darbeli gaz akışı ölçüm hatası ve mekanik aşınmaya yol açar. Montaj öncesi D/S düz hat gereksinimine (EN 12261) uyulmalıdır.
Orifis Plakası ile Akış Ölçümü
Orifis plakası; boru içine yerleştirilen merkez delikli bir disk olup oluşturduğu basınç farkı (∆P) sayesinde debinin hesaplanmasını sağlar. ISO 5167-2 standardına uygun imalat ve montaj ile kalibrasyon gerektirmeyen, uzun ömürlü bir akış ölçüm çözümüdür.
SGM Isı Enerji olarak, müşteriye özel boyutlandırılmış orifis plakaları imal ediyoruz. Her orifis, çalışma koşullarına göre beta oranı (β = d/D) hesabıyla boyutlandırılır. Tipik beta oranı aralığı 0,2 – 0,75 arasındadır; beta oranı arttıkça basınç kaybı azalır, küçüldükçe ölçüm hassasiyeti artar.
ISO 5167-2 standardı, orifis plakasının doğru ölçüm yapabilmesi için yeterli düz boru uzunluğunu zorunlu kılar. Boru çapını D ile gösterirsek: tek dirsek sonrası en az 10D memba, 5D mansap; çift dirsek sonrası 22–44D memba gerekebilir. Yeterli düz hat sağlanamıyorsa akış düzenleyici (flow conditioner) kullanımı mesafeyi 2–3D’ye indirebilir.
Karbon çelik (P265GH — EN 10028), paslanmaz çelik (AISI 316L) ve nikel alaşımları (Inconel 625) seçenekleriyle, DN 25 – DN 600 aralığında PN 10 – PN 100 flanş standartlarına uygun üretim yapıyoruz. Her orifis teslim öncesi delik tolerans kontrolü ve ölçüm raporu ile birlikte teslim edilir.
Kritik Montaj Notu: Orifis plakasının flanş arasına yanlış yönde (tersine) takılması, sertifikalı debi katsayısı Cd’nin geçerliliğini kaybettirir ve ölçüm hatasını %5–15’e çıkarabilir. Plaka üzerindeki akış yönü oku kesinlikle boru akış yönüyle örtüşmelidir.
Termokupl: Tip Seçimi ve Uygulama Rehberi
Termokupl, iki farklı metalin birleşim noktasında oluşan Seebeck gerilimi ile sıcaklığı ölçen sensördür. Endüstriyel fırınlarda en yaygın kullanılan sıcaklık ölçüm yöntemidir. IEC 60584 standardı altı ila sekiz farklı termokupl tipini tanımlar.
Doğru termokupl tipi seçimi; sıcaklık aralığı, fırın atmosferi (oksidatif, redüktif veya vakum), uzun süreli kararlılık ve ekonomi faktörlerinin birlikte değerlendirilmesini gerektirir. Yanlış tip seçimi hem ölçüm sapmasına hem de erken bozulmaya yol açar.
| Tip | Bileşim (+/-) | Sıcaklık Aralığı | Tolerans (Sınıf 2) | Atmosfer | Tipik Uygulama |
|---|---|---|---|---|---|
| K En Yaygın | NiCr / NiAl (Chromel/Alumel) | -200 – 1.260°C | ±2,5°C veya %0,75 | Oksidatif, inert | Fırın, kazan, ısıl işlem, genel endüstri |
| J | Fe / CuNi (İron/Konstantan) | -210 – 760°C | ±2,5°C veya %0,75 | İnert, redüktif (<550°C) | Plastik işleme, orta sıcaklık proses |
| S | PtRh10% / Pt | -50 – 1.600°C | ±1,5°C veya %0,25 | Oksidatif, inert, vakum | Cam, seramik, metalurji, ısıl işlem >1000°C |
| R | PtRh13% / Pt | -50 – 1.600°C | ±1,5°C veya %0,25 | Oksidatif, inert, vakum | S ile benzer; S’den biraz daha yüksek EMF |
| B Yüksek Temp. | PtRh30% / PtRh6% | 600 – 1.820°C | ±4°C veya %0,5 (>800°C) | Oksidatif, inert | Cam fırını, döküm, çelik >1600°C |
| N | NiCrSi / NiSi (Nicrosil/Nisil) | -270 – 1.300°C | ±2,5°C veya %0,75 | Oksidatif, inert | K tipinin uzun vadeli kararlı alternatifi |
600°C altı: paslanmaz çelik (AISI 310, 316). 600–1.100°C: Inconel 600/625 kılıf. 1.100°C üzeri: yüksek saflıkta alümina seramik (Al₂O₃ ≥%99,7) veya silikon karbür (SiC) kılıf zorunludur. Seramik kılıf termal şoka karşı kırılgan olduğundan montajda kademeli ısıtma uygulanmalıdır.
Kompanzasyon Kablosu Uyumu: IEC 60584-3 standardına göre her termokupl tipi kendi uzatma/kompanzasyon kablosunu gerektirir. Yanlış kablo kullanımı — özellikle K tipi kablo yerine genel amaçlı bakır kablo bağlanması — sıcaklık ölçümünde onlarca derece sapmalara neden olur.
Dijital Termostat ve PID Kontrolörler
Dijital sıcaklık kontrolörleri (termostatlar); fırın, kurutucu ve proses ısıtma sistemlerinde hedef sıcaklığa ulaşmayı ve bu sıcaklığı kararlı biçimde korumayı sağlayan temel kontrol cihazlarıdır.
İki temel kontrol stratejisi mevcuttur: ON/OFF (açma-kapama) ve PID (Oransal-İntegral-Türevsel). ON/OFF kontrol basit ve ekonomiktir; ancak setpoint etrafında salınım yaratır. PID kontrol, hatayı sürekli hesaplayarak yüksek hassasiyette kararlı sıcaklık sağlar — fırın ve yakma sistemi uygulamalarında tercih edilen yöntemdir.
Setpoint altında tam açık, üstünde tam kapalı. Enerji tasarruflu, basit. Büyük fırınlarda sıcaklık salınımı ±5–20°C’ye ulaşabilir. Düşük hassasiyet gerektiren kurutucular için uygundur.
Oransal, integral ve türevsel terimlerin toplamıyla hassas kontrol. Salınım minimuma iner (±0,5–2°C). Ototuning (kendinden ayar) özelliği ile kurulum kolaylaşır. Tüm endüstriyel fırın uygulamaları için önerilir.
P (Oransal): Anlık hataya oranla çıkış. Büyük P → hızlı yanıt ama salınım. I (İntegral): Birikimli hatayı sıfırlar; kararlı durum hatasını giderir. D (Türevsel): Değişim hızına göre önceden tepki verir; aşımı (overshoot) engeller. Endüstriyel fırın uygulamalarında ototuning özelliği olan kontrolörler ilk devreye alma süresini önemli ölçüde kısaltır.
Termokupl ve RTD giriş uyumlu, ototuning özellikli dijital PID kontrolörler. Rampa profili (ramp & soak) programlanabilir modeller ısıl işlem fırınları için tercih edilir.
Önemli: Termostat tipi seçerken kontrol çıkışının yük kapasitesine dikkat edin. Röle çıkışlı modeller doğrudan brülör solenoid vanasını sürebilir; ancak SSR veya 4–20 mA çıkış için ara eleman gerekir. Özellikle oransal kontrol vanasıyla entegrasyon için analog 4–20 mA çıkışlı PID kontrolör tercih edilmelidir.
Avrupa Standartları ile Uyum
Doğal gaz yakma sistemlerinde kullanılan tüm ölçüm ekipmanının ilgili Avrupa standartlarına ve CE direktiflerine uygun olması hem yasal zorunluluktur hem de sistem güvenliğinin temelidir.
Orifis, venturi ve nozul ile diferansiyel basınç akış ölçümünü düzenleyen uluslararası standarttır. Kalibrasyon gerektirmeyen ölçüm için beta oranı, düz boru gereksinimleri ve tapping konumu ISO 5167 kapsamında tanımlanmıştır.
Tüm termokupl tiplerinin (K, J, S, R, B, T, E, N) EMF-sıcaklık referans fonksiyonlarını ve tolerans sınıflarını (Sınıf 1, 2, 3) tanımlayan IEC standardıdır. Kompanzasyon kablolarının renk kodları ve toleransları IEC 60584-3 ile düzenlenmiştir.
Diyaframlı (EN 1359), döner loblu (EN 12480) ve türbinli (EN 12261) gaz sayaçlarının performans, doğruluk ve güvenlik gereksinimlerini belirleyen Avrupa standartlarıdır. MID Direktifi (2014/32/EU) tüm sayaçlar için zorunludur.
Doğal gaz ortamlarında kullanılacak tüm elektrikli ekipman ATEX direktifine uygun olmalıdır. Zon sınıfına göre (Zon 0, 1, 2) uygun koruma kategorisi (EX d, EX ia, EX e) ve ekipman kategorisi (Cat. 1G, 2G, 3G) seçilmelidir.
Endüstriyel ölçüm ekipmanında analog 4–20 mA sinyal standardı; kablo kopuğunda (0 mA) arıza tespiti imkânı sağlamasıyla güvenli sinyal iletimini garanti eder. HART protokolü üzerine ek cihaz konfigürasyon ve teşhis verisi aktarımı sağlar.
Avrupa Birliği’nde ticari ve fiskal ölçüm amacıyla kullanılan gaz sayaçları MID Direktifi kapsamında onaylanmış ve CE işaretli olmak zorundadır. Bu zorunluluk gaz dağıtım şirketi faturalandırmasına esas ölçümler için geçerlidir.
Ekipman Seçim Rehberi
Her uygulamada doğru ekipmanın seçilmesi; ölçüm doğruluğunu, sistem ömrünü ve bakım maliyetini belirler. Aşağıdaki rehber, en sık karşılaşılan seçim senaryolarını özetlemektedir.
- Küçük hat (DN 25–80), düşük-orta debi → Orifis + DP transmitter: ekonomik, kalibrasyon gerektirmez
- Kesikli çalışma, pulsasyonlu akış → Döner loblu (Roots) sayaç: türbinliye göre daha dayanıklı
- Büyük hat (DN 80+), fiskal ölçüm → Türbinli sayaç: yüksek doğruluk, MID onaylı
- Montaj alanı kısıtlı, düz boru yok → Döner loblu sayaç: D/S gereksinimi yoktur
- ATEX zon 1 bölge → Tüm sayaçlarda ATEX Ex II 2G sertifikasına bakınız
- <600°C, oksidatif atmosfer, genel endüstri → Tip K termokupl (en yaygın, ekonomik)
- 600–1.100°C, fırın ortamı → Tip K veya Tip N (uzun vadeli kararlılık için N tercih edin)
- 1.000–1.600°C, oksidatif atmosfer → Tip S veya R (platin-rodyum, yüksek doğruluk)
- >1.600°C, cam ve çelik fırınları → Tip B (PtRh30/PtRh6, 1820°C’ye kadar)
- Yüksek hassasiyet, uzun ömür gereksinimi → IEC 60584 Sınıf 1 tolerans seçin
- Hat basıncı izleme, geniş aralık → Manometrik basınç transmitteri (gauge)
- Akış ölçümü için orifis ile birlikte → Fark basınç (DP) transmitteri + karekök fonksiyonu
- Filtre kirlilik takibi → Düşük aralıklı DP transmitteri (0–100 mbar tipik)
- Patlayıcı gaz ortamı → ATEX sertifikalı, Ex d veya Ex ia koruma kategorisi
- Uzak izleme / SCADA entegrasyonu → 4–20 mA + HART protokolü çıkışlı seçin
- Basit setpoint kontrolü, düşük bütçe → ON/OFF dijital termostat (röle çıkışlı)
- Hassas sıcaklık kontrolü, fırın → PID kontrolör + ototuning (±1°C hassasiyet)
- Rampa profilli ısıl işlem → Programlanabilir (ramp & soak) PID kontrolör
- Oransal kontrol vanasıyla entegrasyon → 4–20 mA analog çıkışlı PID kontrolör
- Çok zon fırın, SCADA → RS485 Modbus RTU iletişimli kontrolör
Ölçüm Ekipmanları Hakkında
ISO 5167-2 standardına uygun boyutlandırılmış ve imal edilmiş orifis plakaları kalibrasyon gerektirmez; boyutsal doğrulama (delik çapı, beta oranı, yüzey pürüzlülüğü) yeterlidir. Ancak fiskal (faturalama) amaçlı ölçümde yetkili bir kuruluşca onaylanmış ölçüm sistemi zorunlu olabilir. Kritik uygulamalarda hesaplanan debi katsayısı Cd’nin laboratuvar ortamında doğrulanması önerilir.
Tip K termokupllar 400–1.000°C aralığında “short-range ordering” adı verilen bir metalurjik fenomen nedeniyle zamanla elektriksel kararsızlık gösterebilir; bu durum uzun süreli yüksek sıcaklık uygulamalarında sapma yaratır. Tip N (Nicrosil/Nisil) aynı sıcaklık aralığında K’ya kıyasla belirgin biçimde daha iyi uzun vadeli kararlılık sunar. Sürekli 600°C+ çalışan fırınlarda ve termokuplun kolay değiştirilemediği uygulamalarda Tip N ekonomik ve teknik olarak daha avantajlıdır.
Döner loblu sayaçlar mekanik olarak gaz hacmini doğrudan sınırlayıp sayan pozitif deplasman cihazlarıdır; pulsasyonlu ve kesikli akışa dayanıklı, geniş rangeability (1:100+) sunar ve D/S düz hat gerektirmez. Türbinli sayaçlar ise akış hızından gaz debisini hesaplar; daha yüksek doğruluk (%0,5) sağlar ancak sürekli ve düzgün akış profilini zorunlu kılar. Türbinli sayaç yüksek debi ve fiskal ölçüm; döner loblu sayaç ise orta debi ve kesikli çalışma için önerilir.
Tasarım debisindeki beklenen ∆P değeri hesaplanır veya orifis boyutlandırması ile belirlenir. Bu değerin transmitter nominalinin %60–80’ine denk gelmesi önerilir. Örneğin maks. çalışma debisinde ∆P = 75 mbar ise 0–100 mbar nominal aralıklı transmitter uygundur. Çok küçük span seçimi gaz hatlarındaki basınç darbelerinde (waterhammer vb.) hasar riskini artırır; çok büyük span seçimi ise düşük debilerde çözünürlük kaybına yol açar.
Ototuning algoritması; kontrolörün sisteme belirli bir test sinyali (genellikle setpointe yakın bir adım girişi) uygulaması ve sistemin yanıt karakteristiğini (yükselme süresi, aşım, çökme süresi) analiz etmesiyle otomatik olarak P, I ve D parametrelerini hesaplar. Modern endüstriyel kontrolörlerin çoğu Ziegler-Nichols veya Cohen-Coon tabanlı geliştirilmiş ototuning algoritmaları kullanır. İlk devreye almada ototuning seçeneği büyük zaman tasarrufu sağlar; ancak sisteme bağlı olarak manuel ince ayar gerekebilir.
Projeniz için Doğru Ekipmanı Birlikte Belirleyelim
Sisteminizin teknik detaylarını paylaşın; SGM mühendisleri en uygun ölçüm çözümünü önermek için sizi arasın.