Eşanjör Nedir?
Eşanjör, herhangi bir fiziksel temas olmaksızın aralarında sıcaklık farkı olan – sıvı veya gaz – iki akışkanın (birbirine karışmaksızın) birinden diğerine ısı transferini sağlayan devre elemanıdır.
Prensipte eşanjörler üç tipe ayrılır;
– Borulu tip eşanjörler
– Plakalı tip eşanjörler (Sökülebilir tip, Kaynaklı tip, Yarı kaynaklı tip, Lehimli tip)
– Özel uygulama Eşanjörleri (Platecoil Eşanjörler, Econocoil Eşanjörler, Spiral Eşanjörler)
Plakalı Eşanjörler
Plakalı Eşanjör, değişik uygulamalar için dünyanın en geniş ürün yelpazesine sahip verimli ısı eşanjörleridir. Plakalı ısı eşanjörleri, mödüler yapı kavramına dayanılarak oluşturulurlar. Eşanjör gövdeleri, plakalar ve alışkan giriş çıkış nozülleri değişik yapılarda birleştirilerek çok sayıda farklı eşanjör tipleri elde edilebilir. Plakalı Isı Eşanjörlerinin en önemli özelliği, çalışma şartlarındaki değişime bağlı olarak, kolayca plaka eklenmesi veya çıkarılması sonucunda yeni şartlara uygun hale getirilebilmesi , temizlik ve bakım içinde kolayca açılabilmesidir.
Isı değiştirmeye yarayan patentli plakalar, saplamalar vasıtasıyla çelikten yapılmış ön ve arka baskı plakaları arasında, alt ve üst taşıyıcı barlar üzerine dizilirek tespit edilirler. Bu plakaların her birinin yekpare olarak preslenmiş olması, daha yüksek mukavemet için çok önemlidir. Plakalar üzerinde herhangi bir kaynak veya bağlantı yoktur. Standart bir ünitede her plakanın üzerine, herbiri bir köşede bulunan dört delik yer alır. Ayrıca sızdırmazlığı sağlamak ve ısı transfer kanallarını oluşturmak amacıyla da lastik esaslı contalar, plakanın etrafındaki conta yuvasının içinde yeralır. Giriş ve çıkış nozulları, uygulamaların çoğunda ön baskı plakası üzerinde yeralır. Ancak özel durumlarda ısı değiştiricinin çok geçişli olarak imal edilmesi gerekebilir ki, bu durumda da giriş-çıkış nozulları her iki ön ve arka baskı plakaları üzerinde bulunur. Plakalı ısı eşanjörün genel yapısı bu şekildedir ve bu konstrüktif yapı, kontrol ve temizleme amacıyla eşanjörün kolayca açılabilmesini sağlar.
Plakalı Isı Eşanjör Konstrüksiyonu
Isı değiştirmeye yarayan patentli plakalar, saplamalar vasıtasıyla çelikten yapılmış ön ve arka baskı plakaları arasında, alt ve üst taşıyıcı barlar üzerine dizilirek tespit edilirler. Bu plakaların her birinin yekpare olarak preslenmiş olması, daha yüksek mukavemet için çok önemlidir. Plakalar üzerinde herhangi bir kaynak veya bağlantı yoktur. Standart bir ünitede her plakanın üzerine, herbiri bir köşede bulunan dört delik yer alır. Ayrıca sızdırmazlığı sağlamak ve ısı transfer kanallarını oluşturmak amacıyla da lastik esaslı contalar, plakanın etrafındaki conta yuvasının içinde yeralır. Giriş ve çıkış nozulları, uygulamaların çoğunda ön baskı plakası üzerinde yeralır. Ancak özel durumlarda ısı değiştiricinin çok geçişli olarak imal edilmesi gerekebilir ki, bu durumda da giriş-çıkış nozulları her iki ön ve arka baskı plakaları üzerinde bulunur. Plakalı ısı eşanjörün genel yapısı bu şekildedir ve bu konstrüktif yapı, kontrol ve temizleme amacıyla eşanjörün kolayca açılabilmesini sağlar.
Plakalı Isı Eşanjörün Çalışma Prensibi Nedir?
Plakalı Isı eşanjörlerinde, contalar vasıtasıyla, plakaların üzerinde oluşturulan akış kanallardan geçen akışkanlar, birbirleriyle karışmaksızın akarken, sıcaklık farkından dolayı, arzu edilen ısı transferi gerçekleştirilir. Plakalı Isı Eşanjörlerinin; plaka boyutu ve plaka sayısı, içinden geçen akışkanın debisine, giriş-çıkış sıcaklık değerlerine, fiziksel özelliklerine, basınç düşümlerine ve istenen maksimum mukavemet değerine göre belirlenir. Plakalar üzerindeki simetrik veya asimetrik dizaynlar, akışkanların türbülanslı bir şekilde akmasını sağlayacak yapıdadır ki, buda yüksek ısı transfer katsayılarının elde edilmesine neden olur. Plakalı Isı eşanjörlerinde, plakalar arasında oluşturulan temas noktaları, plaka paketinin istenen mukavemete ulaşmasını sağlar.
Plakalı Eşanjör Bağlantı Şeması
Plakalı Isı Eşanjörün Avantajları Nelerdir?
Akışkanların birbirine karışmasını önleyen özel conta tasarımı:
Herhangi bir sebeple akışkanların birbirine karışması, özel conta tasarımı sayesinde tamamen önlenmiştir. Herhangi bir conta arızası durumunda , akış atmosfere açık olan kısımdan direkt olarak dışarı doğru olur. Bu da dışarıdan gözle tespit edilebilir.
Kompakt tasarımı sayesinde düşük ağırlık ve küçük montaj hacmi:
Plakalı ısı eşanjörleri, aynı kapasitedeki bir borulu eşanjörlerin kapladığı hacmin %20-30’u arasında bir hacmi kaplarlar.Bu da daha küçük hacim ve daha düşük yatırım maliyeti sunar.
Tam türbülans sayesinde, yüksek verim – düşük maliyet:
Plakalı ısı eşanjörlerinde, plakalar sayesinde oluşturulan akış kanallarında, plakalar üzerindeki özel şekiller vasıtasıyla yüksek türbülanslı akış oluşturulur ki, buda yüksek ısı transfer katsayılarına ulaşılmasını sağlar. Elde edilen bu yüksek ısı transfer katsayıları da eşanjörde kullanılan malzeme miktarı azaltılarak, daha düşük maliyetler elde edilmesini sağlar.
Kolayca kapasite artırımının gerçekleştirilebilmesi:
Plakalı eşanjörlerin modüler yapısından dolayı kolayca plaka eklenerek kapasite artırımı gerçekleştirilir.
Daha düşük bakım maliyetleri:
Plakalı ısı eşanjörlerinde, herhangi ek alana ihtiyaç duymaksızın, sadece saplamaların sökülmesi suretiye, ısı transfer plakalarına kolayca ulaşılarak, bakım yapılabilir. Borulu tip eşanjörlerde ise boru demetini dışarı alabilmek için kullanılan hacim kadar ek bir alana ihtiyaç duyulur.
Borulu ve Plakalı Isı Eşanjörlerinin Karşılaştırması
Plakalı eşanjörler, patentli plaka dizaynlarında oluşturulan yüksek türbülanslı akıştan dolayı, borulu eşanjörlere göre daha verimlidirler. Borulu eşanjörlerin kullandığı hacmin %20 – %30 ‘unu kaplarlar. Kullanılan malzeme ağırlığı olarak borulu eşanjörlere göre daha hafiftirler ve daha ucuzdurlar.
| Plakalı Eşanjör | Borulu Eşanjör |
|---|---|
| Isı transfer katsayısı 3-5 kat daha fazladır | Verimi düşüktür |
| 1ºC’lik sıcaklık yaklaşımını başarabilir. | 5- 10 ºC’lik sıcaklık yaklaşımını başarabilir. |
| Bakım için fazladan yer ihtiyacı gerektirmez. | Boru demetini çıkarmak için, kendi boyu kadar fazladan yere ihtiyaç vardır. |
| Onarımı ve bakımı çok kolaydır. Sadece saplamaların sökülmesi ve arka baskı plakasının destek kolonuna doğru itilmesi yeterlidir. | Onarım için, sökülmesi çok zor olup, demetinin dışarı alınması gerekmektedir. |
| Yüksek türbülanstan dolayı, kirlenme hızı daha azdır. | 3-10 kata varan daha yüksek kirlenme hızına sahiptir. |
| Conta dizaynından dolayı, iki akışkanın birbirine karışması imkansızdır | Akışkanlar, hem kaynak yerlerinden hem de borulardan karışabilir. |
| Plaka eklenerek kapasite artırımı yapmak mümkündür | Kapasite arttırımı yapmak mümkün değildir. |
| Pratik olarak ısı kaybı yoktur.İzolasyon gerektirmez. | Isı kaybının yüksekliğinden dolayı izolasyon gerektirir. |
Plakalı Isı Eşanjörlerinde Kullanılan Malzemenin Önemi
Plakalı ısı eşanjörlerin istenilen ısıl şartlarda uzun yıllar sorunsuz çalışmasını sağlayan faktörlerden birisi de eşanjörü meydana getiren malzemelerin belirli bir kalitede olmasıdır. Malzemelerin ISO 9001 gereği kalite testlerinin yapılabilmesi için de her bir malzemenin üstünde geriye dönük inceleme için markalama olması gerekmektedir.
Gövde Malzemesi
Sistemin çalışma basıncına göre farklı malzemelerden de yapılabilen eşanjör gövdelerinin kalitesi minimum St 37-2 olmalıdır. (St 44 ve St 52 gibi farklı malzemelerden de olabilir). Eşanjörün maksimum çalışma basıncına uygun, mukavemet hesaplamaları yapılarak en uygun gövde kalınlığı hesap edilir. Kullanılan prosese göre gövde malzemeleri paslanmaz olarak da imal edilebilmektedir. Maliyetin daha düşük olması istenen uygulamalarda ise, karbon çeliğinden yapılmış olan gövde, paslanmaz malzemeden kaplanabilmektedir. Plakalı Eşanjör gövdesi imal edilirken sırasıyla delik merkezlerinin işlenmesi, kumlama, yağ alma, fosfatlama ve boyama işlemlerinden geçmektedir.
Plaka Malzemesi
Kullanılan akışkana göre ve istenen maksimum çalışma mukavemetine uygun plaka malzemesi seçimi çok önemlidir. Genel olarak aşağıdaki plaka malzemeleri kullanılmakta olup, en sık kullanılan malzeme tipi 1.440 /AISI 316’dır.
| AISI 304 | Nİ 200/201 |
| AISI 316 | G-30 |
| AISI 316 L | C- 4 |
| 254 SMO | INCONEL 625 |
| 654 SMO | INCONEL 825 |
| TİTANYUM | MONEL 400 |
| Tİ – PD | TANTALUM |
| C-276 | C – 22 |
Conta Malzemesi
Plakalı ısı eşanjörlerinde limit faktör contadır. Bu yüzden ‘doğru’ conta malzemesini seçmek çok önemlidir. Uygulamaya gore çeşitli conta tipleri aşağıda sıralanmıştır. Unutulmaması gereken en önemli noktalardan biri de eşanjör contalarının, normal, sülfürlü ve peroksitli olmak üzere üç kalitede üretiliyor olmasıdır. Bu üç kalite conta malzemesi kendi aralarında kıyaslandığında peroksitli olan malzeme, çalışma şartları bakımından, her zaman en iyi performansı sağlamaktadır.
Plakalı Isı Eşanjörlerinde yaygın olarak kullanılan conta malzemeleri
| Nıtrıle (Nbr) |
| Hnbr |
| Etilen Propilen (Epdm) |
| Florokarbon (Fpm) |
| Vıton Gf |
| PTFE Encapsulated NBR |
Plakalı Isı Eşanjörlerinde Kullanılan Hesap Yöntemi
Plakalı eşanjör hesaplamaları yapılırken, her firma, genellikle kendi araştırma ve geliştirme bölümlerinin geliştirdiği bir programı kullanır ve eşanjörler bu program sonucunda boyutlandırılır. Farklı markalarda, aynı ısıl değerlerde ve kapasitedeki eşanjörlerde, ısı transfer m²’leri arasındaki fark % 3-5 arasında olmalıdır. Eğer bu fark çok yüksekse, bunun neden kaynaklandığı iyice araştırılmalıdır.
Plakalı Isı Eşanjör Dizaynında Basınç Kayıplarının Önemi
Plakalı eşanjörlerde, plaka üzerinde yer alan şekiller, tesisattaki akışkanın akışına karşı bir direnç oluşturacağı için, sistemde basınç kaybı meydana getirecektir. Plakalı ısı eşanjörlerin dizaynlarında önemli bir yere sahip olan basınç kayıpları, plakalı eşanjörün yüzey alanını ve buna bağlı olarak da maliyetleri doğrudan etkilemektedir. Plakalı eşanjörlerde, basınç kaybı ne kadar yüksek alınırsa, plakalı ısı eşanjörünün yüzey alanı o ölçüde küçülürken, basınç kaybının düşük alınması durumunda da plakalı ısı eşanjörünün yüzey alanı o ölçüde büyüyecektir. Bu nedenle, firmalardan teklif istenirken, aynı ısıl değerleriyle beraber, istenen maksimum basınç kayıpları da verilmeli ve sonuç buna göre irdelenmelidir.
Plakalı Isı Eşanjörü Alırken Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
Plakalı Eşanjörlerin; kullanılacağı uygulamaya ve maksimum basıncına uygun, doğru plaka malzemesini, doğru conta malzemesini ve istenen mukavemete sahip gerek plaka ve gerekse gövde kalınlığını seçmek çok önemlidir. Bunun yanında ürünün sahip olduğu kalite belgeleri ve menşei de büyük önem arz etmektedir.
Bugünlerde ne yazık ki sadece ucuz fiyata malzeme satabilmek için, çok düşük kalitedeki plakaları (Yüksek kalitede göstererek) ve contaları gerek Çin’de ve gerekse imalat yerleri belli olmayan yerlerde ürettiren ve piyasada pazarlayan firmalar mevcuttur.
Bugün hemen hemen her firmanın ISO 9001 sertifikası olmasına karşın, plakaları ve contaları üzerinde geriye dönük araştırma imkanı sağlayan (ISO 9001 içinde olmazsa olmazlardan olan) markalama, birçok firmanın plakası ve contası ve hatta gövde malzemesi üzerinde yer almamaktadır. Buda kullandıkları sertifikaların ne derece doğru olduğu hakkında bir fikir vermelidir.
Bu sebeple, günümüz teknoljisini kullanarak üretim yapan, gerek yurt içinde gerekse yurt dışında referanslara sahip olan firmaların tercih edilmesi, istenilen değerleri sağlayan ve verilen ücretin karşılığı olan, ürüne sahip olmak için çok önemli olacaktır.
Plakalı Isı Eşanjör Montajı
Plakalı ısı değiştirici teslim edilmeden önce fabrikada basınç altında teste tabi tutulur. Isı değiştirici ile beraber bir ürün kontrol sertifikası da verilir.
Yerleştirme ve Montaj
Isı değiştiricinin, daha sonra bakım için müdahale edilebilmesi için her iki tarafında boşluk olacak şekilde kurulmalıdır. Bu boşluklar eşanjörün büyüklüğüne göre değişmekte olup, satıcı firmadan bununla ilgili bilgi alabilirsiniz.
Isı değiştiricisine giden tüm bağlantılar kapama vanaları ile teçhiz edilmelidir. Alt bağlantılar S2 ve S3/M2 ve M3 boşaltma vanaları ile teçhiz edilmelidir. Üst bağlantılar ise S1 ve S4 / M1 ve M4) en üst noktalarında havalandırma düzenekleri ile donatılmalıdır.
Kaynak yapılması halinde Plakalı Isı Eşanjörü topraklama olarak kullanılmamalıdır. Aksi taktirde ısı transfer plakaları arasında elektrik arkı oluşabilir.
Plakalı Isı Eşanjörlerinin Devreye Alınması – Çalıştırılması
Öncelikle işletme verilerinin, ısı değiştiricisinin isim plakasının üzerindeki değerleri aşmadığından ve tüm saplamaların gereken şekilde sıkılmış olduklarından emin olmak için kontrol ediniz.
Pompalar
Isı değiştiricisini besleyen pompalar, balans vanaları ile beraber kullanılmalıdır. Pompaların, ısı değiştiricisinin nominal basıncından daha yüksek bir basınç üretebilecek güçte olmaları halinde, emniyet ventili ile beraber kullanılması gereklidir. Pompalar hava emmemelidir.
Çalıştırma
Basınç şokunun önlenmesi için pompalar, vanalar kapalı iken devreye sokulmalıdırlar. Tüm vanalar mümkün olduğunca aynı anda açılmalıdır. Daha sonra akış oranı işletme sıcaklığına erişilene kadar yavaş yavaş artırılır. Darbelemeden kaçınılması gerekli olup, aksi taktirde lastik contalar yerlerinden kayabilir ve sızıntıya yol açabilir.
Havalandırma
Çok geçişli ısı değiştiricilerinde ilk çalıştırılmadan hemen sonra ısı değiştiricisinin havası alınmalıdır. İçeride kalan hava, hava kilitlenmesine ve plakaların aşırı derecede kızgınlaşmasına yol açabilir; bunun sonucunda ısı aktarma kapasitesi azalır ve aşınma riski artar.
Plakalı Isı Eşanjönlerinin Bakımı
Eğer mümkünse ısı değiştiricisini bir gece çalıştırmayıp, soğumasını bekleyiniz.
Açılır kapanır kapak plakasına olan tüm bağlantıları ayırınız.
– Cıvataları sökünüz.
– Somunları münavebe ile gevşetmek suretiyle, açılır kapanır kapağın çerçeve plakasına paralel olarak hareket ettirilmesini sağlayınız.
Plakaların Temizlenmesi
– Çelik ya da karbon çelikten yapılmış fırçalar kullanılmamalıdır; aynı şekilde titanyum plakalar için paslanmaz çeliğin de kullanılmaması gereklidir.
– Önce ısıyı aktaran yüzeyin üzerine kuvvetli bir su hüzmesi fışkırtılır ve arkasından naylon ya da benzeri bir fırça ile yüzey ovularak, temizlenir.
– Contalara zarar vermemeye dikkat ediniz.
– Oksit ya da kireç artıkları yumuşak bir fırça ve %2-5´lik bir nitrik asit çözeltisi ile temizlenir. (Hidroklorik asit veya sülfirik asit kullanılmamalıdır). Protein ihtiva eden organik birikintiler yumuşak bir fırça ve 50°C´deki %2´lik sodyum hidroksit çözeltisi ile temizlenebilir.
– Yağlı birikintiler kerosen kullanarak yumuşak bir fırça ile temizlenir. Temizledikten sonra su ile iyice çalkalayıp, durulayınız.
Contalara yapıştırıcı sürülmesi veya klipli contalar
Yapıştırıcı küçük yassı bir fırça ile plakanın üzerindeki contanın yerleşeceği kısımlarına tatbik edilir. Daha sonra conta plakanın üzerindeki yerine yerleştirilir. Yaklaşık olarak 30 saniye (bu süre yapıştırıcı tabakasının kalınlığına ve yapıştırıcının ne kadar inceltildiğine bağlıdır) kuruduktan sonra yapışkan lastik contayı sağlam bir şekilde conta yuvasın içinde tutar ve böylece montajı kolaylaştırır. Arkasından diğer plakaların ya da başka bir malzemeden uygun ağırlıkta bir malzemenin yardımıyla plakaya yaklaşık ½ saat süre ile hafif bir basınç tatbik edilir. Contayı plakanın üzerine yerleştiriniz, Doğru taraf yukarıda olduğunda hava boşaltma geçişinin civarında contanın kod numarası da görülür. Contaların kliplerinin plakanın conta yuvasının üzerindeki yerlerle aynı hizada olmalarına dikkat ediniz. Her klipi üzerine gelen kısmın içerisine geçiriniz ve klip yerine oturana kadar contayı itiniz. Contalı plakalar artık eşanjör gövdesine monte edilmeye hazırdırlar.
Plakaların Eşanjöre Montajı
Isı değiştiricisinin monte edilmesinden önce tüm contaları ve contalara dayanan tüm yüzeyleri kontrol ediniz. Sızdırmazlığı tehlikeye düşürebilecek veya contalara ya da sızdırmaz yüzeylere zarar verebilecek parçacıkların temizlenmesi gereklidir.
Plakalı Isı Eşanjörünün bilgisayardan yapılan gruplama şeması yardımıyla plakanın ısı değiştiricisindeki konumuna göre plaka, eşanjöre yerleştirilir. Plaka paketinin doğru monte edildiğinden emin olun. Plaka kenarları normal bal peteği şeklinde olmalıdır.
Isı değiştiricisinin sıkıştırılması
Plaka paketi belirli bir kalınlığa gelecek şekilde sıkıştırılmalıdır (A-boyutu). A-boyutu * %3 sabit ön baskı plakası ile hareketli arka baskı plakası arasındaki iç uzunluğu milimetre olarak belirtir.
A boyutu, plaka kalınlığının toleransına ve presleme derinliğine bağlı olarak * %3 farklılık gösterebilir. A boyutu doğru ise plakalar aralarında metalik temas olacak şekilde dururlar.
Isı eşanjörleri sıkıştırılırken:
– Civataları sıkıştırınız.
– Direnç artınca somunları sıkıştırınız.
Önemli Not: Daha fazla sıkıştırma plakaların deforme olmalarına yol açabilir. Hiç bir zaman basınç altındayken değiştiriciyi sıkıştırmayınız!
Plakalı Isı Eşanjörlerinde Kullanılan Kanal Dizaynları
Plakalı ısı eşanjörlerinde, plakalarla oluşturulan akış kanallarında, akış ne kadar yüksek türbülansla akarsa, ısı transfer katsayıları da o oranda yüksek olur.Bu nedenle, plakalı eşanjör imalatçıları, daha yüksek ısı transfer katsayısı (k) elde edebilmek için plakalardaki kanal dizaynları üzerinde yüksek maliyetli AR-GE çalışmaları yapmaktadır. Isı transfer katsayısının yüksek olması, daha düşük ısı transfer alanlarına gereksinim sağlar. Bir diğer deyişle, aynı uygulama, daha az plaka kullanarak çözülebilir demektir.
A. ULTRAFLEX (Asimetrik) Dizayn
Ultraflex plaka dizaynında da hem geniş açılı hem de dar açılı plakalar vardır.Bu dizaynda karşı (diagonaal) akış yönü kullanılır. Bu dizaynın en önemli özelliği, dar açılı ve geniş açılı bir plaka çiftinin döndürülmesi veya çevrilmesi sonucunda değişik uygulamalara cevap verebilecek altı farklı kanal dizaynı oluşturulabilmesidir. Bu sayede plakalı ısı eşanjörleri, her bir uygulamanın karakteristik verilerine göre projelendirilir ve en yüksek ısı transfer katsayısını veren dizayn seçilir.
B. Simetrik Dizayn
Simetrik plaka dizaynı da geniş açılı ve dar açılı plakalardan oluşmuştur. Bu dizayn da paralel yönlü veya karşı (diagonal) akış yönlü akışın ikisinden biri kullanılabilir. Simetrik dizayn da, sadece geniş açılı, sadece dar açılı veya hem dar açılı hemde geniş açılı plaka çifti kullanılarak üç farklı kanal dizaynı elde edilebilir.
Kaynak: tesisat.com / ekinendustriyel.com
