D. Marshall / Mühendis
Özet
Kaçak malzeme, konveyörler kullanılmaya başlandığından beri dökme malzeme taşımasında bir sorun olmuştur. Toz ve saçılmalar çeşitli potansiyel tehlikelere neden olmakta ve değerli kaynakların israf edilmesine yol açmaktadır. Düzenlemelerin ihlal edilmesi basit uyarılardan ciddi cezalara varan ölçülerde sonuçlara yol açabilmektedir.
Bu yöndeki proaktif bir yaklaşım toz yüklü havayı toz toplayıcılar yardımıyla toplayarak ve filtreleyerek temel nedeni ortadan kaldırmaktır. Genel toz toplayıcıya bir alternatif de büyük ve karmaşık hava iletim sistemlerine duyulan ihtiyacı ortadan kaldırarak tozun oluştuğu konumlarda bağımsız olarak çalışan küçük ünitelerin kullanımını sağlayan entegre hava temizleyicidir.
Bir hava temizleme sisteminin ölçeklendirilmesi maliyet ve güç tüketimi dikkate alınarak seçeneklerin sistematik bir şekilde değerlendirilmesiyle gerçekleştirilir. Entegre yaklaşım, daha düşük bir sermaye yatırımı ve sahip olma maliyeti sunduğu için birçok durumda merkezi tasarımlardan daha üstündür.
1 Arka plan
Genellikle saçılma ve toz biçiminde olan kaçak malzeme dökme katı malzeme taşıma endüstrilerinin her zaman yaşadığı bir sorundur. Konveyörler kullanılmaya başlandığından beri genellikle bir konveyör banttan düşen ve yakın çevre için potansiyel bir tehlike oluşturan malzemelerin neden olduğu saçılma ve toz söz konusu olmuştur.
Kaçak malzeme çimento taşıma sistemlerinin boşaltma bölgeleri, aktarma noktaları ve konveyör sistemleri gibi alanlarında meydana gelebilir. Özellikle büyük miktarlar ve yüksek hızlar söz konusu olduğunda malzemenin hareket ettiği her anda bu potansiyel toz oluşumu ve salınımına neden olur. Bu durum, çimento sistemlerinin sürekli olarak değişen malzeme koşullarıyla da baş etmesi gerektiği için bu alandaki saçılma kontrolü ve toz yönetiminin daha da zorlu bir hal almasına neden olur.
1.1 Sağlık ve güvenlik riskleri
Toz ve saçılma aynı zamanda çimento taşıma konusunda süregelen bir sorundur ve çeşitli potansiyel tehlikelere neden olmakta ve değerli kaynakların israf edilmesine yol açmaktadır. Bir konveyör sisteminden gelen birikmiş saçılma, malzeme kaybına ek olarak kayma, takılma ve düşme risklerine meydan verir ve havaya toz kalkması için potansiyel bir kaynak teşkil eder. Aynı zamanda temizleme gerektirir, değerli işgücü maliyetini arttırır ve personelin hareket halindeki konveyörün yakınında çalışmasını gerektirerek başkaca olası tehlikelere davetiye çıkarır.
İşçiler ve yerel topluluklar için ciddi bir kaygı kaynağı da havaya kalkmış tozda bulunan kristalli silise maruz kalma durumudur. “Silis” ifadesi silikon dioksit (SiO2) mineral bileşiğinin genel adıdır ve biçimsiz olarak ya da kristal biçiminde bulunabilir. Kristal silis önemli ölçüde daha tehlikelidir ve bilinen en eski mesleki hastalıklardan biri olan, silikoz adı verilen sakatlayıcı ve iyileştirilemeyen bir akciğer hastalığının nedeni olarak gösterilmektedir. 10 μm çapından daha küçük herhangi bir partikülün akciğerlerde kalıcı hasar bırakma potansiyeli bulunmaktadır.
Belirli koşullar altında, tozlu ortamlarda uzun süre boyunca kalan işçiler için kişisel koruyucu donanım kullanımı gerekli kılınabilir (Şekil 3). Bu donanım, sahadaki personeli havaya kalkmış tozun solunması sonucu ortaya çıkan tehlikelere karşı korurken görüşü sınırlandırma ve tepki süresini geciktirme ve riskin artmasına neden olabilme eğilimi sergilemektedir.
1.2 Komşularla ilişkiler ve düzenleyici kuruluşlar
Çimento üretimi uygun toz çevrelemesi olmadığı takdirde son derece gözle görülür bir kirlilik kaynağı olabilmektedir. Havaya kalkmış toz bazen bunu meydana getiren tesislerin kilometrelerce uzağından görülebilmekte ve aktivist gruplarla komşuların dikkatini çekebilmektedir. Bir toz bulut bu şekilde gözle görülebilir olduğundan toz sorunlarına ilişkin şikayetler sık ve şiddetli olabilmektedir. Birçok tesis, yakınındaki kentsel yerleşimden gelen şikayetler nedeniyle operasyonlarında değişikliğe gitmeye zorlanmıştır.
Tarihsel olarak bakılacak olduğunda saçılma ve bununla ilişkili sorunlar yalnızca işletime hastır ve bir dış denetim ya da güvenlik olayları haricinde tesis dışında görülmeme eğilimdedir. Toz salınımlarının etkileri bir tesisin mülkiyetindeki alanların çok ötesinde de hissedilebilir. Yargı ve düzenlemelerin icrası devlet makamları tarafından gerçekleştirilmektedir ve yetki alanları bölgeye göre değişiklik göstermektedir. İhlaller basit uyarılardan ciddi cezalara varan ölçülerde sonuçlara yol açabilmektedir.
1.3 Maliyetler
Kaçak malzeme kaynaklı kazalarla ilişkilendirilen tıbbi tedavi, ücret kaybı, donanımın çalışmaması ve potansiyel yasal sorumluluk gibi bazı maliyetler kolaylıkla tanımlanabilir. Daha az görünen maliyetler arasında yeni çalışan arayışı ve eğitimi, bunun sonucunda meydana gelen üretim gecikmeleri ve soruşturma/raporlamaya ilişkin gözetim süreleri ve ayrıca donanım ve takım hasarı gibi maliyetler yer almaktadır.
Bir saçılma meydana geldiği takdirde bunu kontrol altına almak için buraya işgücü ve enerji aktarılması gerekir. Bu, bir şirket çalışanına ya da harici bir yükleniciye ödeme yapılmasını gerektirirken, diğer kazanç getirici faaliyetlere ayrılması gereken sürenin kaybedilmesine yol açan bir operasyondur.
Ayrıca, bir operasyonun toz ya da saçılma üretmesi halinde kazancın da belli bir yüzdesi kaybedilir. Toz havalanarak dışarıda malzeme akışının dışında çöker ve değerini yitirir. Toz aynı zamanda donanımın aşınmasını hızlandırır, filtrelerin, yatakların ve diğer hareketli parçaların kullanım ömrünü kısaltır. Saçılmanın çevrelenmesi risklerin azaltılmasını, kapalı kalma süresinin kısaltılmasını ve personelin temel faaliyetlere yoğunlaşabilmesini sağlar.
Ciddi yaralanmalı ya da ölümlü vakaların ekonomik etkisini tahmin etmek zor olmakla birlikte 2010 yılında Birleşik Devletler’deki Ulusal Güvenlik Konseyi işle ilgili bir ölümlü vakanın ortalama maliyetinin 1,3 milyon $ seviyesinde olduğu tahmininde bulun- muştur ve bu rakam günümüzde muhtemelen daha yüksektir. Hesaplama tıbbi harcamalar, ücret ve verimlilik kayıpları ve idari masrafları içermekte ancak maddi hasarı kapsamamaktadır.
1.4 Toz toplama yöntemleri
Bu sorunlara ilişkin daha proaktif bir yaklaşım çimentonun ve kullanılan hammaddelerin hareketiyle ilişkili olan endüstriyel işlemlerin meydana getirdiği havadaki toz vb. gibi temel nedenleri ortadan kaldırmaktır. Havaya kalkmış partiküllerin kontrolü tipik olarak aşağıdaki iki yöntemden biri kullanılarak gerçekleştirilir: Tozun ilk ortaya çıktığı yerde önlenmesi ya da havadaki partiküllerin giderilmesi.
Malzemeler her taşındığında toz meydana geldiği için dökme malzemeleri taşırken toz oluşumunu önlemek neredeyse imkansızdır. Sonuç olarak, girişilen birçok eylem toz havaya kalktıktan sonra onu toplamaya ve filtrelemeye yöneliktir. Bunu uygulamada en yaygın olarak kullanılan yöntem genellikle bir torba filtre olan merkezi toz toplayıcıdır. Merkezi toz toplayıcı tüm fanları, filtreleri ve bir toplama hunisini içeren tek bir aksamdan meydana gelmektedir.
Bu aksam, adından da anlaşılacağı üzere merkezi bir noktada konumlandırılmıştır ve sızdırmaz bir kanal tesisatıyla tüm bağımsız toplama noktalarına bağlanmıştır. Bu tür bir filtreleme sistemi tüm konveyör sisteminden dışarı çıkan tozu idare edebilmekte ve bunu elden çıkarma ya da uygun bir noktadan prosese yeniden aktarma amacıyla toplamaktadır.
Merkezi toplayıcıya alternatif olarak bir emiş körüğü, filtre elemanları ve filtre temizleme sistemi içeren entegre hava temizleyicidir. Toz oluşan noktalara kanal tesisatı ile bağlanan merkezi olarak konumlandırılmış bir ünite yerine kullanılan bu tür bir temizleyici doğrudan toz oluşan noktaya konumlandırılır.
Partiküller dışarı çekilmez ve bunun yerine gövde içerisinde toplanarak periyodik bir şekilde malzeme akışına geri aktarılır. Entegre yaklaşım, merkezi sistemlerin aksine, her biri bir toz oluşma bölgesinde bulunan bir dizi küçük ve bağımsız olarak işletilen üniteden yararlanır.
Entegre hava temizleyici, filtreleri basınçlı hava şokları kullanarak temizlemek için bir cihaz içerir. Filtreler malzemeleri yakaladıkça malzemeler filtre elemanında birikmeye başlar. Filtre elemanına hava şoku uygulandığında malzeme tahliye edilir.
Malzemeler bir araya toplandığında ve parçalar yeterli büyüklükte olduğunda malzeme akışına geri düşerler. Hava şoku sistemi her filtre elemanına sırayla hava uygulayacak şekilde tasarlanır. Bir filtreye hava şoku uygulandığında bitişikteki filtre halen hava çekmeye devam eder. Hava şoku uygulanan partikül çok küçük olduğunda hava akışının dışına düşer ve derhal aktif filtrenin içine çekilir. Bu sırayla gerçekleştirilen hava şoku uygulaması, bir hava şokunun anlık olarak havaya bir toz bulu- tu kaldırma olasılığını ortadan kaldırır.
2 Bir hava temizleme sisteminin belirlenmesi
Çimento operasyonları için bir hava temizleme sistemi tercihi yapılırken merkezi bir toz toplama sistemi ve entegre bir hava temizleme sistemi arasında gerekli değerlendirmeler yapılmalıdır. Bu karar alınırken sistematik bir değerlendirme yapabilmek için maliyet ve güç tüketimi hesaplaması yapılmalıdır. Aşağıdaki model bir hava temizleme sisteminin maliyetini ve etkinliğini daha iyi anlamak ve tahmin etmek için geliştirilmiştir.
Burada sunulan sonuçlar aynı uygulamada kullanılan çeşitli toplayıcı bileşimleri göz önüne alınarak hesaplanmıştır: 24 m uzunluğundaki bir binanın yanında bulunan bir çift kapalı konveyör. Her konveyörün iki alma konumu bulunmaktadır. Birincisi binadan 3 m uzaklıktadır ve 28 m3/dak. hava gereksinimi bulunmaktadır. İkinci alma noktası ise birinciye düz akış yönünde 20 m mesafede yer almaktadır ve 56 m3/dak. hava gereksinimi bulunmaktadır. Simülasyonlar serisinde dört farklı konuma bir merkezi toplayıcı yerleştirilmiştir.
Durum 1, birçok uygulamada en yaygın düzenleme olduğu için taban hattı olarak seçilmiştir. Her durum için meydana gelen basınç kayıpları standart bir Donaldson kanal boyutlandırma hesaplayıcısı kullanılarak hesaplanmıştır. Bu basınç kayıpları uygun güce sahip bir toplayıcı seçmek üzere kullanılmıştır.
Karşılaştırma için her alma noktasına ayrıca bir entegre hava temizleyici (Şekil 8) yerleştirilmiştir ve gerekli miktarlardaki havayı filtrelemek için ihtiyaç duyulan güç hesaplanmıştır. Bu sisteme yönelik maliyetler de ayrıca hesaplanmıştır.
Tüm güç ve donanım maliyetleri, her sisteme yönelik avantajlar ve dezavantajlar ile birlikte karşılaştırılmıştır.
3 Sonuçlar
Sıradaki şekilde ve tabloda Durum 1 (toplayıcı binanın üstünde) için hesaplanmış basınçlar ve akışlar gösterilmektedir. Sistem Şekil 9a’da gösterilen bölümlere ayrılmıştır. Basınç kaybı her bölüm için hesaplanmıştır. Bu işlem 2, 3 ve 4 sayılı Durumlar için tekrarlanmıştır. Değerler, merkezi toz toplayıcıların ve kanal tesisatlarının ölçeklendirilmesi için kullanılmış- tır. Her merkezi toz toplayıcı sistemi bir toplayıcı, bir üfleyici fan, bir malzeme bertaraf sistemi ve kanal tesisatına gereksinim duymaktadır. Toplayıcının, filtre olarak kumaş torba filtreye ve entegre bir huniye sahip olduğu bir torba tipi toplayıcı olması öngörülmüştür.
Üfleyici fan geriye doğru yatıktır ve gerekli basınçta 168 m3/dak. hava üretebilmektedir. Bertaraf sistemi bir 9 m spiral konveyördür. Kanallar yeterli hava hızı sağlayacak şekilde boyutlandırılmış standart yuvarlak galvanizli borudan üretilmiştir.
Son olarak değerlendirilen durum ise her alma noktasında bulunan entegre bir hava temizleyicisidir. Uyguladığımız modelde, entegre hava temizleme sistemi merkezi toplama sistemiyle karşılaştırıldığında entegre yaklaşık sermaye maliyetinde %24 oranında bir tasarruf sağlarken gerekli olan güçte de %26’lık bir tasarruf sunmaktadır. Bu durumda, entegre sistem merkezi sistemden daha ekonomik olmaktadır.
4 Tartışma
Merkezi bir toz toplama sisteminin başlıca bileşenleri toplayıcı, üfleyici, bertaraf sistemi ve kanal tesisatıdır. Toplayıcı, filtre elemanı torbalarını, bu torbaları temizlemeye yönelik sistemi, toplama hunisini ve huniyi boşaltmak için kullanılan döner bir hava kilidini içeren aksamdır.
Boyutunun büyük olması ve izin konusundaki çeşitli sınırlandırmalar nedeniyle bu ünitelerin tipik olarak bir binanın dışına yerleştirilmesi gerekir. Bu toplayıcılar hava akışına göre ölçeklendirildiği için toplayıcı her durum için aynıdır.
Merkezi toplayıcı verilerinin analizi ve her bileşenin kapsamlı bir şekilde irdelenmesi ile birlikte merkezi bir toz toplama sisteminin özelliklerinin, avantajlarının ve dezavantajlarının tam olarak değerlendirilebilmesi sağlanır.
4.1 Üfleyici
Bir toplayıcı, havayı ve tozu filtre elemanına çekmek, havanın içinden geçmesini sağlarken toz partiküllerini elemanın içinde tutmak üzere negatif basınç üretmek için bir üfleyici kullanır. Üfleyici, gerekli olan hava akışı ve havanın üstesinden gelmesi gereken basınç düşüşünün bileşimi değerlendirmeye alınarak ölçeklendirilir.
Filtre elemanına ilave olarak, üfleyicinin toplayıcı ile toplayıcının en uzağında bulunan alma noktasını bağlayan kanallarda meydana gelen tüm basınç kayıplarının üstesinden gelmesi gerekmektedir. Veriler, kanal tesisatında meydana gelen basınç kayıplarının toplam gerekli gücün yalnızca %49’u (Durum 1) ila %33’ünden (Durum 4) sorumlu olduğunu göstermektedir. Küçük bir üfleyici kullanılabilmesi için düşük bir yeterli basınç elde etmek üzere toplayıcının alma noktasından en çok 9 m uzakta olması gerekmektedir.
4.2 Bertaraf sistemi ve kanal tesisatı
Toz toplandıktan sonra malzeme akışına geri gönderilmelidir. Bunu gerçekleştirmek için 9 m uzunluğunda bir burgu, spiral konveyör kullanılmıştır. Bu vidalı konveyör bir 0,75 kW motor kullanmıştır, bu sayede, bertaraf sistemi kaynaklı güç ilavesi toplam güç gereksinimlerine kıyasla düşük olmuştur. Toplayıcıyı alma noktasına bağlamak için kullanılan kanalın, hava akışından dışarı herhangi bir şekilde toz çıkışını önleyecek şekilde boyutlandırılması gerekir. Bu, birden fazla alma noktası söz konusu olmadığı takdirde basit bir işlemdir.
Kanalın her kısmındaki akış, sistemin her kolundaki hız korunacak şekilde analiz edilmeli ve ölçeklendirilmelidir. Basınç kayıpları hızla orantılıdır, bu nedenle yüksek bir hız büyük bir basınç düşüşüne neden olur. Bu kanallar, akışta gerek çalışanlar gerekse de kanal sorunu nedeniyle değişiklik meydana gelmesi halinde akıştaki tozun çökmesi eğilimi sergiler. Bu sorun yalnızca ortama toz salımını yapılmasına değil aynı zamanda sistemin dengesinde de değişim olmasına neden olur.
4.3 Merkezi toplayıcı sistemi bilgileri
Merkezi bir toz toplama sistemi her ne kadar bir endüstri standardı olsa da çimento sektörü tarafından istenme- yen çeşitli özelliklere sahiptir.
Bunlar aşağıdakileri içerirler ve bunlarla sınırlı değillerdir: Kanallarda toz birikmesi, bakım gerektiğinde sistemin genel olarak durdurulması, yüksek ilk yatırım sermayesi, yüksek güç tüketimi, kanal bakımı zorluğu, kanallardaki hava basıncını “dengeleme” zorluğu ve filtre tozunun devridaiminin ya da elden çıkarılmasının sağlanması gerekliliği ve genellikle bunlarla ilişkili olan ek maliyetler.
Merkezi bir sistem kullanıldığında toplama sisteminin bağımsız kolları ayrıştırılamaz ve bir koldaki akışta değişiklik olması sistemin diğer bölümlerini de etkiler. Bundan dolayı, bağımsız alma noktalarının bakımı sis- tem tamamen kapatılmadan ya da diğer kolların çalışması etkilenmeden gerçekleştirilemez.
Merkezi toz toplayıcı birbirine bağımlı birçok bölüm içeren ve satın alım fiyatının da bu yönde etkilendiği karmaşık bir sistemdir. Her durum için çok ufak farklılıklar söz konusu olsa da aradaki fark %7’den düşüktür. Kanal sistemlerindeki neredeyse tamamen aynı olan kayıplar nedeniyle güç gereksinimi, toplayıcının alma noktalarına en yakın durduğu Durum 4 hariç olmak üzere tüm durumlarda tutarlıdır.
4.4 Entegre hava temizleyici
Merkezi toplama sisteminde olduğu gibi bir entegre hava temizleme sistemi analiz edilmiştir. Bir entegre hava temizleme sisteminin ana bileşenleri, her uygulama noktasında bulunması gereken filtre yuvası, filtre elemanları ve üfleyicidir. Filtre yuvasının yalnızca her bir toplama noktası için tutabilecek yeterli büyüklükte olması gerekir, bu nedenle, genellikle alma konumuna yerleştirilebilecek kadar küçüktür.
Entegre sistemin dışarıda konumlandırılması gerekmez ve kanal tesisatı gerekliliği ortadan kalktığı için potansiyel bir atıl malzeme kaynağı ortadan kaldırılır. Filtre yuvası uygulama noktasında olduğundan ve filtrelenen malzeme yeniden malzeme akışına aktarıldığından herhangi bir depolama ya da bertaraf sistemine ihtiyaç duyulmaz.
Entegre hava temizleyici, filtreleri basınçlı hava şokları kullanarak temizlemek için bir cihaz içerir. Filtreler malzemeleri yakaladıkça malzemeler filtre elemanında birikmeye başlar. Filtre elemanına hava şoku uygulandığında malzeme tahliye edilir. Malzemeler bir araya toplandığında ve parçalar yeterli büyüklükte olduğunda malzeme akışına geri katılırlar.
4.5 Üfleyici
Merkezi sistemde olduğu gibi entegre üniteler de her bir alma noktası için ihtiyaç duyulan hava akışını sağlamak üzere ölçeklendirilen bir üfleyici tarafından üretilen hava akışı ile negatif basınç kullanırlar. Hiçbir kanal tesisatı bulunmadığından, filtreler dışında başka hiçbir noktada basınç kaybı yaşanmaz. Bu nedenle, entegre bir hava temizleme sisteminin güç gereksinimleri aynı uygulamada kullanılan merkezi toplama sistemlerininkinden daha düşüktür. Güç tüketimi, sahip olma maliyetinin ömrü açısından önemli bir faktördür.
4.6 Entegre toplayıcı sistemi bilgileri
Entegre hava temizleme sistemi, her toz oluşum noktasında bağımsız olarak işleyen bir dizi aksam kullandığı için tek bir ünitenin bakım için devre dışı bırakılması toz toplama sisteminin operasyon genelinde kapatılmasını gerektirmez. Bu merkezsizleştirilmiş düzenleme sayesinde temizleyicilerin bir bakım döngüsüne alınması ve her ünitenin sisteminin tamamen kapatılması gerekmeden farklı zamanlarda bakım işlemine tabi tutulması sağlanır.
Entegre hava temizleyici tasarımı, doğası gereği, merkezi toz toplayıcının birçok dezavantajını ortadan kaldırarak aynı seviyede filtreleme gerçekleştirir. Hiçbir kanal tesisatı, hiçbir toz birikmesi olasılığı, hiçbir dengeleme ve kanal bakımı gereksinimi söz konusu değildir.
Bağımsız bileşenler yalnızca gereksinim duyulduğunda işletilerek enerji tüketiminin azaltılmasına yardımcı olur. Tozu prosese geri aktarabildiği için ayrı bir toz bertaraf sistemine gereksinim duyulmaz.
5 Sonuç
Saçılma, dökme malzeme taşıma endüstrilerinde daima yinelenen bir sorun olmuştur. Saçılma olduğu sürece toz oluşumu gerçekleşmiştir, ancak, tozun neden olduğu sonuçlar giderek daha fazla öncelik kazanmaya başlamıştır. Toz sağlık ve güvenlik risklerine, komşularla olan ilişkilerin gerilmesine, idari baskıların artmasına ve bunu temizlemekle görevli olan kişilerin verimliliğinin azalmasına neden olur.
Havadaki tozu gidermeye yönelik endüstriyel standart merkezi toplama sistemi ya da torba filtredir. Havadaki tozu gidermeye yönelik alternatif bir yöntem ise entegre hava temizleme sistemi biçiminde geliştirilmiştir. Bir toz kontrol çözümü seçimi yapmadan önce seçeneklerin dikkatli bir şekilde kıyaslanması gerekir. Güç tüketimi, maliyet ve her seçeneğin avantajları ve dezavantajları dikkate alınmalıdır.
Yukarıda gösterilen vakada entegre hava temizle- me sistemi güç tüketimi ve sahip olma maliyeti, ilk yatırım sermayesi ve avantajların ve dezavantajların kıyaslanması konusunda merkezi toz toplama sisteminden daha üstün gelmiştir. Bu örnekte, entegre yaklaşım sermaye maliyetinde %24 oranında bir tasarruf sağlarken merkezi sistem genelindeki güç tüketiminde de %26 tasarruf sağlamaktadır.
Bunlara Göz Atmak İster Misiniz?
