Gemi inşaatında atık ürünlerinin geri dönüşümünün incelenmesi
The analysis of recycle from waste products in ship building
Yazar: FUAT TOLGA AKANLAR
Danışman: DOÇ. DR. NURTEN VARDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Atık azaltma = Waste reduction ; Aşındırma = Abrasion ; Aşındırıcılar = Abrasives ; Gemi inşaatı endüstrisi = Shipbuilding industry ; Kapalı devre sistemi = Closed circuit system ; Kuru buz = Dry ice

Özet:
Gemi inşa sektörü ağır metal sanayi kapsamında değerlendirilen, pek çok kimyasal ve tehlikeli madde kullanımının mevcut olduğu bir imalat dalıdır. Bünyesinde kaynak, boya, raspa ve fiber gövde imalatı gibi insan sağlığıyla direk bağlantılı pek çok imalat sürecini barındırmaktadır. Gemi inşaatı, bakımı ve onarımı sırasında çok fazla atık ve kirletici açığa çıkmaktadır. Bu atık ve kirleticilerin toplam miktarı ekolojik anlamda büyük riskler oluşturmaktadırlar. Tersanelerin çevre ve insan sağlığına olan etkileri gemi inşa sektöründe süregelen teknolojik gelişmeler ile azaltılabilir. Kirliliği azaltıcı yeni imalat teknolojileri ile malzeme girdisinin azaltılması, mühendislik süreçlerinin geri kazanıma yönelik iyileştirilmesi, yönetim uygulamalarının geliştirilmesi ve alternatif malzeme tercihi ile toksik kimyasalların ortadan kaldırılması bu kapsamda anahtar bir rol üstlenecektir.Bu çalışmada, tersanelerde kullanılan geleneksel imalat süreçleri, bu süreçlerden açığa çıkan kirletici emisyonları (katı, sıvı ve gaz) ve gemi inşaatı, bakımı ve onarımı sırasında açığa çıkan atık ve kirleticileri azaltmaya yönelik alternatif üretim yöntemlerinin belirtilmesi amaçlanmıştır. Mevcut geleneksel grit raspası ile kıyaslanan bu alternatif yöntemlerin işletme ve yatırım maliyetleri göz önüne serilerek daha avantajlı ve çevreci sistemlerin mevcudiyetinin belirtilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın 2. bölümünde gemi inşaatının önemli proseslerinden olan kaynak, boya ve ağırlıklı olarak yüzey hazırlama işlemleri ve bu süreçlerden ortaya çıkan atıklardan bahsedilmiştir. 3. bölümde detaylı olarak yüzey hazırlama yöntemleri incelenmiş ve bu yöntemler içinde en çok kullanılan ve çevre ve insan sağlığına oldukça zararlı olan aşındırıcı raspa metodu 4. bölümde ele alınarak bu yöntemlerde kullanılan aşındırıcılar ile çevre ve insan sağlığına olan etkileri detaylı olarak incelenmiştir. 5. bölümde alternatif üretim yöntemlerinden kuru buz yöntemi incelenmiştir. Kuru buz ve grit raspa yöntemleri ile ilgili deneysel çalışmalar yapılmış olup, deney sonuçları 6. bölümde anlatılmış ve bu iki yöntemin maliyet hesapları ile karşılaştırılmaları bu bölümde anlatılmıştır. 7. bölüm bilinen raspa yöntemlerine alternatif olabilecek kapalı devre raspa yöntemini içermektedir. Tüm dünyada yaygınlaşmaya başlayan bu yöntemde işi biten aşındırıcı malzeme derhal toplanarak atık ve kirleticilerden ayrıştırılmakta ve aşındırıcı malzeme seçimine uygun bir dönüşüm sistemi ile kapalı devre halinde çalışmaktadır. Yine bu bölümde kapalı devre raspa sistemi çalışma parametreleri ve bunların sarfiyat ve performans değerleri ile ilişkileri incelenmiş, sistemde kullanılabilecek farklı boyutlardaki nozül tiplerinin çalışma parametreleri ile eşleştirilmesi ve sistemin işletme açısından iyileştirilmesi için yapılan optimizasyon çalışması ve sonuçlarından bahsedilmiştir.8. bölümde su jeti raspası detaylı olarak açıklanmış olup, kapalı devre grit raspası ve su jeti raspasının birleşimi olarak yeni bir sistem önerisi ortaya atılmıştır. Ortaya atılan bu yeni sistem, kapalı devre su jeti raspalama sistemi olarak adlandırılmış olup 9. bölümde açıklanmıştır. 10. bölümde mevcut raspa yöntemleri ile önerilen kapalı devre sistemler arasında maliyet ve çevresel etkiler açısından bir karşılaştırma yapılmıştır.Yapılan tüm değerlendirmeler sonucunda tersanelerin atık azaltmaya yönelmesi ve çevreye duyarlı hale getirilebilmesi için alternatif sistemlerin kullanılmasının zorunluluğu ortaya çıkmıştır. Alternatif üretim yöntemleri arasında incelenen kuru buz raspası, gerek yatırım gerekse de işletme maliyeti olarak daha maliyetli gibi görünse de fiziksel özellikleri ve avantajları ile tercih edilebilir olduğunu göstermiştir. Özellikle yaşam mahalleri, iç mekânlar ve elektrik tesisatının yoğun olduğu bölgelerde kullanılması oldukça faydalıdır. İncelenen bir diğer yöntem olan geri dönüşümlü çelik bilye sistemi hem kapalı devre sistemlerin ekonomik avantajlarını hem de çevresel etkilerden arındırılmış örnek süreçlerin gözlemlenmesini sağlamıştır. Son olarak incelenen su jeti raspasında göze çarpan yüksek atık su miktarının azaltılması için önerilen kapalı devre su jeti raspası sistemi ile çevresel etkiler üzeride azaltıcı rol oynayacaktır.Gemi inşaatı ve onarımı işlemleri sırasında ortaya çıkan pek çok atık ve kirleticilerin azaltılması veya ortadan kaldırılması ekosistemin korunmasında en önemli noktalardan biridir. Tersane üretim süreçlerinin iyileştirilmesi sonucunda son yıllarda tartışılan ve üzerinde yoğunlukla çalışılan iklim değişiklikleri konusunda etkileri gözlemlenecektir.Bu çalışmada, kirliliği ve atık üretimini engellemek için geleneksel üretim yöntemlerinin yerini alabilecek alternatif üretim yöntemlerine dikkat çekilerek kum veya grit raspasının kuru buz raspası ve su jeti raspası ile değiştirilmesi ile raspa atığının ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Son yıllarda kuru buz (karbondioksit tanecikleri) raspası ve su jeti raspası teknolojisine olan ilgi giderek artmaktadır. Bu çalışmayla kapalı devre alternatif üretim yöntemlerine olan ilginin artması amaçlanmıştır. Ayrıca yapılan çalışmalar ile birlikte verimli kuru buz çalışma bölgesi belirlenmiş ve bu bölgede kullanılması sonucu elde edilebilecek avantajlar verilmiştir. Buna ilaveten en önemli maliyet kalemi olan kuru buzun satın alınması yerine üretilmesi ile sağlanabilecek avantaj da gösterilmiştir.Kapalı devre raspa sistemi ve su jeti sistemi ile atığın kaynağında, daha oluşmadan azaltılması sayesinde oluşabilecek çevresel ve ekonomik avantajlar belirlenerek bu yöntemlerin kullanılmasının teşvik edilmesi amaçlanmıştır. Devlet teşviklerinin alternatif üretim yöntemleri konusunda arttırılması son derece önemlidir.Anahtar kelimeler: Gemi İnşa Endüstrisi, Atık azaltma, Aşındırıcı raspa, Kuru buz raspası, Kapalı devre raspa sistemi.

Abstract:
Shipbuilding industry is known as one of the hardest metal industry with several chemicals and hazardous material. Most of the production processes such as welding, painting, blasting and fiberglass production have direct impact on workers health. There are several wastes and pollutants being released during shipbuilding and ship repairing processes. The volume of these wastes and pollutants create a huge amount with major risk on environmental and ecological point of interest. The effect of shipyard on environment and human health can be reduced with technological improvements on shipbuilding industries. New production technologies to reduce the pollution may be the key to decrease the material inputs, to improve the engineering processes to reuse the materials, to improve the management practices and to use alternative materials to replace toxic chemicals.This study focuses on shipyard processes, their pollutant emissions (solid, liquid and gas) and alternative ways to reduce these wastes and pollutants resulting from shipbuilding and ship repair activities. The alternative production processes compared with current traditional grid blasting process are highlighted on operating and investment based costs to show the advantages and environmental system availabilities. The second chapter of the study is based on the important shipbuilding processes such as welding, painting and mostly surface preparation methods and their waste outcomes. Chapter 3, shows the surface preparation methods in detail and the most hazardous method on human health is carried to Chapter 4 with abrasives and their effects to human health and environment. In Chapter 5, the alternative production method dry ice blasting is studied. The experimental study to compare dry ice blasting and grid blasting is implemented and the result of the experiment is given in Chapter 6 with the cost analysis comparison of these methods. Chapter 7 consists of closed loop abrasive blasting, alternative to blasting methods. Worldwide spreading method carries out the abrasive material with chips immediately after impact and separates the abrasive material for reuse. The working parameters of closed loop abrasive blasting, their consumptions and performance values are investigated and the optimization study for the system with several nozzle types and different work parameters and its? results are considered.In Chapter 8, water jet abrasive blasting is described in detail and the combination of closed loop system and water jet system is raised. This new system is named as closed loop water jet blasting system and described in Chapter 9. In Chapter 10, current abrasive blasting systems are compared with suggested closed loop systems in terms of cost and environmental effects.After all assessments, to have more sensitive and environmental friendly shipyards, alternative production systems have to be used. Investigated alternative blasting methods as dry ice blasting shows more investment and operation cost compared to traditional methods, but when physical specifications and advantages are taken into consideration, it looks as preferable. The usage in life areas, internal zones, and condensed areas with wiring are especially benefit able. Another method shows the investigation of reusable steel shots shows the economical advantage of closed loop blasting systems with isolated environmental effects. The last method shows huge amount of water consumption and a closed loop system is offered to prevent water consumption with minimized environmental effects.There are several wastes and pollutants being released during shipbuilding and ship repairing processes. Minimizing or avoiding these wastes and pollutants is the most important point to protect environment and ecology.In this study, the alternative production processes are highlighted to replace traditional production methods to prevent the contamination and waste production such as sand or grid blasting to be replaced with dry ice blasting or water jet blasting. In recent years, dry ice blasting (carbondioxide pellets) and water jet blasting technology is becoming very popular. With this study, the interest to closed loop abrasive systems is aimed to be increased. Also the effective dry ice blasting range is defined and the advantages of this range is given. In addition to this, the biggest cost item purchase of dry ice pellets is offered to produce locally with cost advantage.With closed loop abrasive blasting and water jet system the prevention of waste on source, before existence will show the environmental and economical advantages to support usage of these methods. Governmental encouragement should increase on alternative production methods.Keywords: Shipbuilding industry; waste reduction; abrasive blasting; dry ice blasting, closed loop abrasive blasting.