Doğalgaz basınç düşürme ve ölçüm istasyonları (RMS-A) kokulandırma sistemlerinin çevresel etkilerinin incelenmesi
Investigation of environmental impacts of odorization systems in natural gas pressure reducing and metering stations (RMS-A)
Yazar: HASAN SARIKAYA
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TORÖZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVAT ÖZARPA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Dünyada hızlı bir şekilde artan nüfusa ve sanayileşmeye bağlı olarak enerji ihtiyacı artmakta ve bu enerji ihtiyacı büyük oranda fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Fosil yakıtlar içerisinde enerji ihtiyacının karşılanmasında çok büyük öneme sahip olan doğalgazdan dünya enerji ihtiyacının yüzde 24 kadarı sağlanmaktadır. Dünya doğalgaz rezervlerine bakıcak olursak Orta Doğu bölgesi, Avrasya bölgesi, Asya Pasifik bölgesi, Afrika bölgesi ve Amerika' nın birçok bölgesinde bulunmaktadır. Bu rezervlerin üretim ve tüketim oranlarına bakıldığında birçok bölge doğalgaz arz talep oranını tam olarak karşılayamaktadır. Ülkemiz doğalgaz rezerv kaynakları ise arz talep dengesini sağlamada çok büyük bir oranda yetersiz kalmakta ve bu bakımdan ülkemiz doğalgazda dışa bağımlı bir ülke konumundadır.  Enerji verimliliği yüksek olan doğalgaz rezervlerinin üretim sahalarından renksiz ve kokusuz olarak sondaj yöntemleriyle üretildikten sonra tüketicinin ihtiyaçlarına cevap verebilmesi için birtakım süreçten geçmektedir. Bu süreçte sondaj yöntemiyle üretilen doğalgaz iletim hatlarıyla şehirlere taşınması için basınç düşürme ve ölçüm istasyonu (RMS-A) istasyonlarına getirilmektedir. Bu istasyonlarda renksiz ve kokusuz olan doğalgazın kokulandırılması ve daha sonrasında şehirlere dağıtımı gerçekleştirilmektedir. Basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarına olan ihtiyacın temel sebeplerinden bir tanesi, iletim hattından gelen yüksek basınçlı doğalgazın basıncını düşürerek sanayi kuruluşlarına ve konutlara verebilmektir. Şehir giriş istasyonlarının tasarımında bölge doğalgaz kullanım miktarına bağlı olarak işletme basıncı, sıcaklığı gibi faktörlere bağlı olarak dizayn edilmektedir. Bu istasyonların tasarımında önemli kriterlerinden bir tanesi de kokulandırma sistemi dizaynıdır.
Doğalgazın kokulandırılması, tüketicinin doğalgazı kullanımı için çevre ve insan sağlığı ve güvenliği açısından kokulandırılması gerekli ve zorunlu bir durum haline gelmektedir. Doğalgazın yapısal özellikleri detaylı bir şekilde incelendiğinde renksiz ve kokusuz olan doğalgaz kapalı ortamlarda birtakım nedenlerden ötürü sızması ve birikmesiyle, yapısal olarak zehirleyici etkisi olmayan doğalgazın bir süre sonra kapalı ortam oksijen oranını düşürmesiyle bireylerde boğulma durumu gerçekleşmektedir.  Bu açıdan bakıldığında doğalgazın kokulandırılması ve bireylerin ortamdaki doğalgazı fark edebilmesi açısından kokulandırma çok büyük bir önem arz etmektedir. Doğalgazın kokulandırılması sürecini, kokulandırmanın gerekliliklerini ve kokulandırma kimyasallarının çevresel etkilerini konu edinen bu Yüksek Lisans Tezi, üretim hatlarından yüksek basınçla gelen doğalgazın basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarında (RMS-A) çeşitli kimyasallarla kokulandırılması sırasında kullanılan maddelerin çevresel etkileri üzerinde literatürde herhangi bir araştırma yapılmamış olması sebebiyle ve bu etkilere yönelik alınması gerekli tedbirlerin araştırılması gerekliliğini ortaya koymayı hedeflemiştir. Bu tedbirleri belirlerken kokulandırılmış doğalgazın tüketiciye güvenli iletimini de göz önünde bulundurarak kokulandırma sisteminin çevresel risk oluşturmadan RMS-A istasyonlarında kokusuz olan doğalgaza uygulanması gereken gereklilikleri de ortaya koymayı da hedeflemiştir.
Bu doğrultuda doğalgazın ilk üretiminden, kullanım alanlarına ve kullanım amaçlarına bakıldığında doğalgaz ne kadarda çevre dostu bir fosil kaynaklı yakıt olsa da doğalgazın renksiz ve kokusuz olmasından ötürü fark edilememesi insanlar tarafından, birtakım kullanım amacına uygun olmayan zararlı etkiler doğurabilmektedir. Bu zararlı etkilerin önüne geçebilmek adına doğalgazın kokulandırılma ihtiyacı doğmuştur. Bu nedenden ötürü doğalgazın yapısal özellikleri, çevresel etkileri, üretim süreci, kullanıma hazırlanması ve ardından kullanıcıların tüketimi için olan süreci başlangıçta ele alınmış ve bu süreçteki prosesler açıklanmıştır. Bu süreçler incelendiğinde kokusuz olan doğalgazın kokulandırılma gerekliliği açıklanmış ve kullanıcıların ihtiyaçlarına göre kokulandırma prosesi detaylı bir şekilde araştırılıp, incelenmiştir. 
Sondaj yöntemiyle üretilen doğalgaz iletim hatlarıyla RMS-A olarak adlandırılan basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarına getirilir. Doğalgaz A tipi basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarında (RMS-A) şehre dağıtımı gerçekleşecek doğalgaza filtrasyon, ısıtma, basınç düşürme, ölçüm, ve kokulandırma işlemlerinin gerçekleştirildiği tesistir.  İletim hatlarıyla gelen doğalgazda bazı kirletici partikül madddeler bulunması dolayısıyla doğalgaz öncelikle bu istasyonlarda bir filtrasyon sürecine tabi tutulmakta. Filtre edilen doğalgaz ardından ısıtıcılardan geçirilerek sıcaklığı artırılmakta bu işlemin yapılmasının sebebi yüksek basınçla iletim hatlarından istasyona gelen doğalgazın basıncı bu istasyonda düşürülürken bu ani basınç düşümlerinden kaynaklı doğalgazın yoğuşmas sıcaklığına düşmesini istemediğimizden ötürüdür. Iısıtıcılardan geçirilen doğalgazın bir sonraki prosesi ölçüm sürecidir. Ölçüm sürecinde doğalgazın işletme basıncı değerlerinde olup olmadığı akış debisi gibi faktörler ölçülür. RMS-A istasyonlarıdaki en son süreç ise tüketime sunulmadan önce kokusuz olan doğalgaz kokulandırıcı maddeler eklenerek otomatik olarak kokulandırılma sürecidir. Bu koku kimyasallarının kokusu çürümüş sarımsak kokusu gibidir bunun sebebi doğalgaz kullanıcılarının olası doğalgaz kaçaklarında kötü kokuyu fark etmesini sağlamaktır. Doğalgazın kokulandırılmasında kullanılan bu koku maddeleri genellikle tetrahidro tiyofen (THT) ve tersiyer bütil merkaptan (TBM) kimyasallarıdır. Bu kimyasalların tercih edilmesinde çeşitli sebepler bulunmaktadır; bunlardan bazıları bu kimyasalların doğalgazla karıştırıldığında, doğalgaza ve boru hatlarına yok denecek kadar az etkilerinin olması, ayrıca doğalgazın yanma prosesinde doğalgazın enerji verimliliğinde herhangi bir olumsuz etkisinin olmaması da tercih sebebidir. Fakat bu kimyasalların kullanımı esnasında oluşabilecek çevresel etkiler bulunmakta ve bu etkiler dikkatle ele alınmalı ve incelenmelidir. Ayrıca bu çalışma kapsamında dünyada doğalgaz kokulandırma işleminin tarihsel süreci araştırılıp, doğalgaz kokulandırmada kullanılan dimetil sülfit, dietil sülfit, metil etil sülfit, sekonder bütil merkaptan, tersiyer bütil merkaptan, etil merkaptan, N-izopropil merkaptan, izopropil merkaptan, metil akrilat, etil akrilat ve bazı koku karışımları incelenmiştir. İncelemeler neticesinde doğalgaz kokulandırma kimyasallarının yapısal özellikleri ve buna bağlı çevresel etkileri dikkatte alınarak RMS-A istasyonlarında kullanılması gerekli koku kimyasalının tercihi araştırılmıştır. Belirli bir koku kimyasalının seçim kriterleri, mevcut doğalgaz kokulandırma maddelerinin kimyasal ve fiziksel karakteristiklerini, kokulandırılacak gazın özelliklerini, boru hattının bulunduğu güzergahın özelliklerine örneğin, toprak özellikleri, inşaat malzemesi ve boru hattı durumu, ortam koşullarının bilinmesi gibi faktörlere bağlıdır.
.
Ülkemizde doğalgazın kokulandırılmasında çoğunlukla kokulandırmada kullanılan kimyasal karışımı THT-TBM'dir. Bu çalışmada THT koku kimyasalının malzeme güvenlik bilgi formu (MSDS) formlarından da yararlanılarak fiziksel ve kimyasal özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiş ardından RMS-A istasyonlarında bu kokulandırma kimyasallarının istasyona tedarik süreci, depolanması ve dağıtım hattına enjeksiyonu sürecinde gözlemler yapılmıştır. Yapılan gözlemler neticesinde istasyonda kokulandırma sisteminde beklenmedik durumlara bağlı olarak bazı insan ve çevre sağlığı açısından risk teşkil edebilecek çevresel etkiler belirlenmiştir. Belirlenen çevresel etkiler sonrası, çevre boyut etki değerlendirme çalışması yapılarak sürdürülebilir çevre ve şehircilik bakış açısıyla ayrıca  yaşam döngüsü  analiz edilerek fırsatların ele alınmasını, tüm çevresel etki ve boyutların değerlendirilmesini, bunlardan çevreye etkisi olanların tanımlanması, sistematik bir şekilde kontrol altına alınması, mümkünse kaynağında azaltılması veya ortadan kaldırılması için yapılması gerekli çalışmalar araştırılmıştır. Bu bakımdan RMS-A kokulandırma sistemi çevre boyut etkisi değerlendirilip doğalgaz kokulandırma sisteminin çevresel etki oluşumunun önüne geçebilmek bu mümkün değilse çevresel etkilerin en aza indirilmesini için bu değerlendirme çalışması yapılmıştır.
Yapılan değerlendirme çalışması sonucu ile doğalgaz kokulandırma kimyasalına bağlı çevresel etkilere maruziyet yolları tespit edilmiştir. Belirlenen bu çevresel etkilerin oluşum sebepleri detaylı bir şekilde araştırılıp, bu nedenlerin ortadan kaldırılabilmesi için araştırmalar yapılmıştır. Tespit edilen çevresel etki oluşturan durumlar için tehlike değeri hesaplamaları risk, uygunluk yükümlülüklerine uyum, ve mevcut durum kriterleri değerlendirilierek yapılıp, yapılan hesaplama neticesinde oluşan bu çevresel etkilerin bertarafı için öncelik sıralaması yapılarak riskin önem derecesine göre sınıflandırma yapılmıştır. Yapılan bu sınıflandırma sonuçlarını da göz önünde bulunudurarak sonrasında basınç düşürme ve ölçüm istasyonunda doğalgaz kokulandırma sisteminde acil durumlar ve eylem planları araştırılmıştır. Yapılan araştırmalar neticesinde RMS-A istastonunda bu kimyasalları kullanan doğalgaz dağıtım şirketleri Doğalgaz Dağıtım Şirketlerinin İşletmecilik Faaliyetlerine İlişkin Usul ve Esaslar adlı yönetmelikte geçen kokulandırma sistemi yükümlükleri de incelenmiştir. Bu incelemeler neticesinde istasyondaki kokulandırma sisteminde oluşabilecek bazı acil durumlar tespit edilmiş ve bu durumlarda yapılması gerekli işlemler açıklanmıştır.  
RMS-A istasyonlarında kokulandırma sistemindeki araştırma sonuçları gösterdi ki, kokulandırma sistemine bağlı olarak çevre ve insan sağlığı için kokunun yayılımına bağlı birçok çevresel etkileri belirlenmiştir. Bu ekilere sebebiyet verecek durumların başında personel hataları, arızi durumlar gibi faktörler yer almaktadır. Bu durumlar da tespit edilip doğalgaz basınç düşürme ve ölçüm istasyonlarında, alınması gerekli olan tedbirler kararlaştırılarak çevresel etkilerin giderimi için değerlendirmeler yapılmış ve önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
Due to the rapidly increasing population and industrialization in the world, the energy demand increases and this is mostly supplied from fossil fuels. 24 percent of the world's energy need is provided from natural gas, a fossil fuel, which is very important in meeting the energy requirement. Looking at the world's natural gas reserves, it is located in the Middle East region, Eurasia region, Asia Pacific region, Africa region and many regions of America. When the production and consumption rates of these reserves are considered, many regions do not fully meet the natural gas supply and demand ratio. Our country's natural gas reserve resources, on the other hand, are inadequate to provide supply and demand balance, so our country is a dependent country in natural gas. After the energy efficient natural gas reserves are produced from the production sites as colorless and odorless by drilling methods, it goes through a number of processes in order to meet the needs of the consumers. In this process, natural gas produced by drilling method is brought to pressure reduction and measurement station (RMS-A) stations for transportation to cities. In these stations, the process of odorization of the colorless and odorless natural gas and transportation to the cities is executed. One of the necessary components for pressure reduction and measurement stations is to reduce the pressure of high pressure natural gas coming from the transmission line in order provide for industrial organizations and housing. In the design of city entrance stations, the zone is designed depending on factors such as operating pressure and temperature depending on the amount of natural gas usage. One of the important criteria in the design of these stations is the design of the odorization system.
The odorization of natural gas becomes a necessary and mandatory condition for the consumer to use natural gas in terms of environment and human health and safety. When the structural properties of natural gas are examined in detail, colorless and odorless natural gas seeps and accumulates in closed environments due to a number of reasons and natural gas which has no structurally toxic effects decreases the indoor oxygen ratio after a while and that ultimately leads to asphyxiation of individual. From this point of view, it is very important to odorize the natural gas and to become aware of natural gas in the environment. This Master Thesis, which focuses on the process of odorization of natural gas, the requirements of odorization and the environmental effects of odorization chemicals, is not related to the environmental effects of substances used in the pressure reduction and measurement stations (RMS-A) of the natural gas coming from the production lines because there is no solid research on this topic but it aims to investigate the necessary measures to be taken before these effects. While determining these measures, considering the safe transmission of odorized natural gas to the consumer, it also aimed at revealing the requirements that the odorization system should be applied to the odorless natural gas at RMS-A stations without causing environmental risk.
In this respect, although the natural gas is an environmentally friendly fossil-based fuel by looking at its first production, usage areas and purposes, the fact that the natural gas cannot be noticed due to its colorless and odorless nature can have harmful effects which are not suitable for some purpose. In order to prevent these harmful effects, there is a need to odorize the natural gas. For this reason, the structural properties of natural gas, environmental impacts, production process, preparation for use, and then the process for the consumption by users were initially discussed and the processes in this process were explained. When these processes were examined, the necessity of odorization of the odorless natural gas is explained and the odorization process is researched and examined in detail with respect to consumer needs. 
Natural gas produced by drilling method is brought to pressure reducing and measuring stations called RMS-A. It is the facility where natural gas filtration, heating, pressure reduction, measurement and odorization operations will be carried out in A type pressure reducing and measuring stations (RMS-A). Due to the presence of some pollutant particulate matter in the natural gas coming through the transmission pipe lines, the natural gas is first subjected to a filtration process in these stations. The filtered natural gas is then passed through the heaters and the temperature is increased. The reason for this process is due to the fact that we do not want the natural gas coming to the station from the high pressure transmission lines to be lowered at this station while we do not want the natural gas caused by these sudden pressure drops to fall to the condensation temperature. The next process after the natural gas passed through heaters is the measurement process. In the measurement process, factors such as whether the natural gas is in operating pressure values or not, such as flow rate are measured. The latest process in RMS-A stations is the process of automatic odorization by adding odorizing agents to the odorless natural gas before they are put into consumption. The smell of these chemicals is like the smell of rotten garlic, which is why natural gas users can detect the bad smell in case of possible gas leakage. These odorants used in the smelling of natural gas are usually tetrahydro thiophene (THT) and tertiary butyl mercaptan (TBM) chemicals. There are several reasons why these chemicals are preferred. Some of them are when these chemicals are mixed with natural gas, they have have almost no effect on pipelines, and also in the combustion process of natural gas they dont have any negative effects on energy efficiency of natural gas. However, there are environmental impacts that may occur during the use of these chemicals and these impacts should be carefully considered and investigated. In this study, the historical process of natural gas odorization process in the world is investigated and used in natural gas scenting, such as dimethyl sulfide, diethyl sulfite, methyl ethyl sulfide, secondary butyl mercaptan, tertiary butyl mercaptan, ethyl mercaptan, N-isopropyl mercaptan, isopropyl mercaptan, methyl acrylate, ethyl acrylate and some odor mixtures were investigated. As a result of the investigations, the structural properties of natural gas odorization chemicals and related environmental effects were taken into consideration and the preference of the odor chemical to be used in RMS-A stations was investigated. The selection criteria of a particular odor chemical depend on factors such as the chemical and physical characteristics of the existing natural gas odorization agents, the properties of the gas to be odorized, the characteristics of the route where the pipeline is located, for example, soil properties, construction material and pipeline condition, knowledge of the ambient conditions.
In our country, THT-TBM is the chemical mixture that is mostly used in the odorization of natural gas. In this study, physical and chemical properties of THT odor chemical have been examined in detail by using Material Safety Data Sheet (MSDS) forms. Then, observations were made at RMS-A stations during the procurement process, storage and injection of these odorization chemicals to the station. As a result of the observations, environmental impacts that may pose some risk to human and environmental health were found due to unexpected situations in the odorization system at the station. After the determined environmental impacts, the environmental dimension impact assessment study is carried out to evaluate opportunities from the perspective of sustainable environment and urbanism as well as to analyze the life cycle, to evaluate all environmental impacts and dimensions, to identify those who have environmental impacts, to reduce them in a systematic way or to eliminate them if possible. So, necessary studies to eliminate these problems were investigated. In this respect, the RMS-A odorization system has been evaluated for the environmental impact, and if this is not possible in order to prevent the environmental impact of the natural gas odorization system, this evaluation study has been conducted to minimize the environmental impacts.
In addition, ways of exposure to these effects have been identified. The reasons for the occurrence of these identified environmental impacts have been investigated in detail and researches have been conducted in order to eliminate these causes. Hazard value calculations for the identified environmental impacts were made by evaluating the risk, suitability with compliance obligations, and current status criteria, and prioritizing the environmental impacts resulting from the calculation, according to the severity of the risk. Considering the results of this classification, emergency situations and action plans were investigated in the natural gas odorization system at the pressure reduction and measurement station. Hazard values of the detected environmental impacts were determined and priority was determined for the elimination of these impacts. Then, emergency situations and action plans in the odorization system were investigated. As a result of the researches, the natural gas distribution companies using these chemicals in the RMS-A station were also examined for the odorization system obligations mentioned in the Regulation on Procedures and Principles Regarding the Management Activities of Natural Gas Distribution Companies. As a result of these examinations, some emergencies that may occur in the odorization system in the station were identified and the necessary actions to be taken in these cases were explained.
The results of the research in the odorization system in RMS-A stations showed that, depending on the odorization system, many environmental effects related to the spread of odor were determined for the environment and human health. Factors such as personnel errors and incidental situations are among the most important situations that will cause these cultivations. These situations were also determined and the necessary measures were taken in natural gas pressure reduction and measurement stations and evaluations were made for the elimination of environmental impacts and recommendations were made.