Gövde Borulu Eşanjörler

Boru gövdeli eşanjörler, birbirinden farklı sıcaklık değerine sahip iki akışkanın birbirine temas etmeden ve ısılarını birbirine karıştırmadan birinden diğerine transferi mümkün kılan sistemlerdir. Akışkanları bir ısı transfer yüzeyiyle birbirinden ayıran sistem, bu özelliği sebebiyle akışkanların birbirine karışmasını önler. İmalat sırasında eşanjörün genleşme hesapları yapılmakta, elde edilen uzama miktarına göre eşanjörün gövdesinde kullanılacak olan kompansatör dizaynı yapılmaktadır.

Kompansatör, ısı transferi esnasında kullanılan malzeme cinsi ve sıcaklık farkından oluşabilecek genleşmeleri absorbe etmekte, böylece eşanjörün daha uzun ömürlü ve yüksek performansla çalışabilmesi sağlanmaktadır. Eşanjör imalatı sırasında ayna ve montaj şekli, kullanılan malzeme cinsine uygun olarak seçilmektedir. Eşanjörün kullanılma amaçlarından biri de, ısı transferinin maksimum düzeye çıkarılabilmesidir. Bunu sağlamak adına üretim yapılırken perdeleme şekli ısı transferini maksimum seviyeye çıkaracak biçimde dizayn edilmekte, boru içerisinde türbülansın sağlanması amacıyla kroçilli boru veya içerisinde türbülatör bulunan boru cinsleri tercih edilmektedir.

  • Bakır
  • Paslanmaz
  • Karbon çelik çekme veya kaynaklı
  • Bafon borulu eşanjör imalatında kullanılan boru cinsleri arasında yer almaktadır.

 

Borulu eşanjör imalatında normal boru çapları 1/2’’,3/4’’ ve 1’’ olarak tercih edilmekle birlikte, daha küçük çaplı boruların kullanılması da mümkündür. Ancak küçük boruların mekanik olarak temizlenmesi diğerlerine göre daha zordur. Büyük çaplı boruların kullanılmasındaki ana gaye, daha düşük basınç düşüşü sağlamak ve mekanik temizliği kolaylaştırabilmektir. Bu tür eşanjörlerde normal boru et kalınlığı 1 mm ile 2,6 mm arasındadır.

Kızgın Su Eşanjörü

Kızgın su eşanjörü kızgın sudan 90/70 C° sıcak su üretimi için kullanılan sistemlerdir. Bu tip üretimlerde genelde boru demetli eşanjörler kullanılmaktadır. Boru demetli eşanjörler,

  • Düz borulu – boru demetli eşanjör
  • U borulu_ boru demetli eşanjörler olarak iki sınıfa ayrılır.

Düz borulu eşanjörlerde kızgın su boru içerisinden transfer edilirken, sıcak su boru dışından geçmektedir. U borulu eşanjördeki boru geçişi de, düz borulu eşanjörler gibidir. Bu tür eşanjörlerde iyi bir ısı geçişinin sağlanabilmesi adına su akışkanlarının ters yönlü olması sağlanır. Diğer tür eşanjöre göre daha uygun maliyetlere sahip olmasına rağmen, boru değişiminin zor olması ve zor temizlenebilir olması gibi dezavantajlara sahip bulunmaktadır.

Boru demetli eşanjörler yapı itibarıyla üç ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar, Bakır veya çelik borulardan oluşan boru demeti, genellikle Bakır sacdan üretilen dış kabuk ve su giriş-çıkış bölmeleridir. Giriş çıkış bölmeleri bazı tip eşanjörlerde dış su girişini yönlendiren perdelere sahip bulunmaktadır.

Bir diğer eşanjör türü de, 90 °C ya da daha düşük sıcaklıklardaki suyun primer devrede kullanılması amacıyla imal edilen plaka tipli eşanjörlerdir. Bu tür eşanjörlerin kendine has özellikleri arasında az yer kaplaması ve ekonomik olmaları öne çıkmaktadır. Kızgın su kullanımı gerekmeyen sistemlerde bu tür eşanjör kullanılacaksa, eşanjörün kullanıldığı tesislerdeki suyun kireci mutlaka alınmalıdır.

Kızgın Yağ Eşanjörü

Kızgın yağ eşanjörü, proseste ihtiyaç duyulan buhar ihtiyacının karşılanmasında kullanılan sistemlerdir.  Kızgın yağ transferi gövde borulu eşanjörlerle sağlanmakta olup, bu tür eşanjörlerin imalatında karbon çelik, paslanmaz çelik, özel alaşımlı borular ( bafon, pirinç) kullanılmaktadır. Bu tür eşanjörlerin imalatı boru çap ve kalınlığı, eşanjörün çalışma şartları ve ortamın korozyon koşulları dikkate alınmak suretiyle özel yapılım programlar kullanılarak yapılmaktadır. Bu tip eşanjörlerde transferi sağlanan akışkanlar ise,

  • Kızgın yağ,
  • Yağ
  • Buhar
  • Kimyasal içerikli sıvılar,
  • Deniz suyu,
  • Hava
  • Su

Endüstriyel kullanımda sıklıkla tercih edilen kızgın yağ eşanjörleri, kullanıldıkları sistemlerde işletmelere önemli avantajlar sağlamaktadır. Sıcaklık kontrolünün daha iyi yapılabilmesi, düşük bakım ve işletme maliyetleri, sistemin uzun ömürlü kullanımına olanak sağlaması,  düşük basınçlarda kullanılmaları sebebiyle daha güvenilir olmaları, verimin daha yüksek olması kızgın yağ eşanjörleriin sağladığı avantajlar arasında yer almaktadır.

Kızgın yağ eşanjörlerinin endüstri alanlarında kullanılmasının sağladığı bir başka avantaj da, baca, yakıt tankı gibi fazla yer kaplayan ek malzemelere ihtiyacı ortadan kaldırması ve sisteme kolayca entegre edilebilirliğidir. Gövde borulu eşanjörler genellikle,

  • Petro-kimya ve rafineri sektörü,
  • İplik boyama,
  • Yağ soğutucu
  • Turbo şarj soğutucu
  • Kumaş boyama,
  • Gemi sektörü
  • Kompresör hava soğutucuları gibi alanlarda yüksek verim elde etmek amacıyla kullanılan özel amaçlı eşanjörlerdir.

Yağ Soğutma Eşanjörü

Yağ soğutma eşanjörü, genellikle sanayi makinelerinde kullanılan hidrolik yağların, sistem için gerekli olan sıcaklıkta tutulmasını sağlayan cihazlardır. Bu tür eşanjörler işletmelerdeki kule suyu veya kuyu suyunu kullanarak makine devresi içerisinde dolaşan sıcak yağların soğutulması amacıyla tesis edilmektedir. Makinelerde kullanılan sıcak yağlarla, sistem içerisine kuleden veya chillerden gelen suyun çarpıştırılması prensibiyle soğutmanın sağlandığı bu tür cihazlar, genel olarak belli ölçülerde üretilmektedir. Ancak prosese özel imalatlar yapılması da mümkündür.

Yağ soğutma eşanjörü, tasarımında iç borular bakır yivli borulardan imal edilmekte, böylece ısı transferinde düz borulara sahi eşanjörlere oranla daha yüksek verimlilik elde edilebilmektedir. Yağ soğutma eşanjörlerinden maksimum verim alınabilmesi, eşanjör imalatı öncesi yapılan hesaplamalara bağlı olarak farklılık gösterir. Hesabın doğru yapılabilmesi adına, makinede kullanılacak olan yağın tipi, öngörülen sıcaklık değerleri, yağın çıkış sıcaklığı, suyun giriş sıcaklığı ve ihtiyaç duyulan maksimum su miktarı önceden bilinmelidir. Borulu yağ soğutma eşanjörlerinin dış kaplamaları bakır sac malzeme kullanılarak imal edilirken boru dizaynında,

  • Paslanmaz gövdeli borular,
  • Karbon-Çelik gövdeli borular
  • Bakır ve özel alaşımlı( bafon, pirinç ) borular
  • Tamamı Karbon-Çelik borular
  • Tamamı paslanmaz çelik borular kullanılmaktadır.

Oldukça uzun süreler herhangi bir sorun yaşanmadan kullanma uygun olarak imal edilen bu tür eşanjörler, belli periyotlarda bakım ve temizlik ihtiyacı hisseder. Çünkü bazı kullanım alanlarına has özellikler sebebiyle sistemde bazı deformasyonlar ve korozyona bağlı kirlenmeler oluşabilmektedir.

İplik Boyama Makinesi Eşanjörleri

İplik boyama makinesi eşanjörleri, silindirik gövdeli, basınçlandırılabilen ve ihtiyaç duyulması halinde yüksek sıcaklıklara çıkabilen bobin boyama makine sistemlerine entegre edilerek kullanılan bir cihazdır. Bu tür kazanlarda temel parçalar arasında, boyama kazanı, sirkülasyon pompası, taşıyıcı ünite, banyo akış hızı kontrol ünitesi ve eşanjör (ısı değiştirici) yer almaktadır. Borulu eşanjörlerin kullanıldığı iplik boyama makinelerinde, ana gövde ısıtma/soğutma eşanjörleri ve rezerv tankı ısıtma eşanjörleri mevcut bulunmaktadır.

Kumaş Boyama Makinesi Eşanjörleri

Kumaş boyama makinesi eşanjörleri, kullanım yerlerinin özelliklerine ve tasarım şekillerine göre U borulu veya düz borulu olarak imal edilmektedir. Bu tür eşanjörlerin imalatında ısı transferini sağlayan U veya düz boruların dışında,  kıvrılmış sac veya borudan yapılan bir dış gövde mevcuttur. Bunun dışında,

  • Boruların tespit edildiği ayna
  • Gövde içinde, boruların dışındaki akışın yönlendirilmesini sağlayan ve borulara destek olan yön değiştirme perdeleri,
  • Gövde tarafı akışkanlarının girişi ve çıkışını sağlamak üzere kullanılan gövde nozulları,
  • Boru tarafı akışkanlarının girişi ve çıkışını sağlayan kafa ve nozulları,
  • Ayna ve kafaları bağlama görevini üstlenen flanşlar
  • Isı kaybını önlemek adına dış yüzeylerde kullanılan izolasyon sistemi,
  • Eşanjör montajının sağlanması adına kullanılan taşıyıcı ayaklar mevcut bulunmaktadır.

Oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olan kumaş boyama makinesi eşanjörleri, yüksek basınç, düşük ve yüksek sıcaklıklarda çalışabilecek şekilde imal edilmektedir.

Turbo Şarj Soğutucu Eşanjörler

Turbo şarj soğutucu eşanjörler, turbo şarj vasıtasıyla ısınan ve basıncı artan havayı soğutmak, hacmini düşürmek amacıyla kullanılmaktadır. Silindir içerisine giren hava miktarını artırarak dizel motorların daha yüksek verimde ve daha iyi çalışmasını sağlayan turbo şarj soğutucular, genellikle 220 kW üzeri güce sahip deniz, off road, sabit dizel ve gazlı motorlarda kullanılmaktadır. Bu tür eşanjörlerin en önemli tasarım özelliği, kanat yüzeylerinin kıvrımlı olmasıdır. Bu özelliği sayesinde ısı transferinde verimin sağlanması için gerekli olan türbülans üretilmektedir. Kanatçıkları saf bakırdan yapılan turbo şarj soğutucuların boru çapları 10,6 mm kalınlıktadır.

Kompresör Hava Soğutucu Eşanjörler

Kompresör hava soğutucu eşanjörler, kompresörlerin ara soğutucusunda veya son soğutucusunda basınçlı havanın soğutulması amacıyla kullanılmaktadır. Ne kadar fazla basınçlı hava soğutulursa kompresörün verimliliği de o oranda artmaktadır. Genellikle su çevrimi olan kapalı sistemlerde su, bir tür harici ısı eşanjörü arasında sürekli bir çevrime tabi tutulmakta, bu esnada eşanjör harici su devresi veya etraftaki havayı kullanmak suretiyle soğumayı sağlamaktadır.

Küçük ve orta debili kompresörlerde soğutma kompresörü sürekli bir şekilde çalışır. Hava debi veya geliş sıcaklığının azalmasından dolayı gereksiz soğutma kapasitesinin bir kısmı sıcak gaz baypas yöntemiyle veya farklı bir kapasite kontrol yöntemiyle düşürülerek nemli havanın çiğlenme sıcaklığının 0 derecenin altına düşmesi engellenir. Bu tür kompresörlerde kompresöre giren sıcak hava, hava ısı eşanjöründe ters yönde akan soğuk ve kuru bh tarafından ön soğutmaya tabi tutulur.

Gemi Sektöründe Kullanılan Eşanjör Çeşitleri

Gemi sektöründe kullanılan eşanjör çeşitleri, denizcilik sektörünün en önemli sorunu olan deniz suyunun aşırı korozyon etkisini ortadan kaldıracak şekilde dizayn edilmektedir. Komple titanyum ve titanyum alaşımlı plakalarla deniz suyunun yıpratıcı etkisini absorbe eden sistem, gemilerde soğutma ihtiyaçlarının karşılanmasında kullanılmaktadır. Gemi sektöründe kullanılan motor soğutma sistemleri doğrudan ve iki devreli soğutma şeklindedir. İki devreli soğutma sistemlerinde motor içerisinde tatlı su dolaşmakta, böylece motorun iç aksamı deniz suyunun korozif etkisine karşı korunmaktadır. Motorun tahrikiyle hareketlenen deniz suyu pompası eşanjöre deniz suyunu göndermekte, motordan gelen ısınmış tatlı su eşanjör içerisinde dolaşarak deniz suyu yardımıyla soğutularak motora geri gönderilmektedir.

Petrokimya ve Rafineri Sektöründe Kullanılan Eşanjörler

Petrokimya ve rafineri sektöründe kullanılan eşanjörler yüksek kapasite gerektiren tesislere uygu olarak imal edilen sistemlerdir. Bu tür işletmelerde kullanılmak üzere imal edilen eşanjörler dizayn edildiği prosese özel olarak üretilen ve bir benzeri olmayan eşanjörlerdir. Bu tür eşanjörlerin imalatı sonrasında istenildiği takdirde dışarıya olan ısı kaybının önlenmesi amacıyla izole edilmek suretiyle ısı kayıpları en minimum seviyeye indirilebilmektedir. Bu tür imalatlarda kapasite sınırı yoktur, seri veya paralel olarak bağlanarak birden fazla gruplar oluşturularak kapasiteleri ihtiyaca göre artırılabilmektedir. Gövde borulu özel tasarım eşanjörler, petrokimya ve rafineri sektörü dışında, enerji santrallerinde de kullanılmaktadır.

U Borulu Eşanjör

U borulu eşanjör, imalatında kullanılan boru şekli sebebiyle bu şekilde adlandırılmaktadır. Isı değiştiricilerinin bir çeşidi olan bu tür eşanjörler silindir şekline sahip bir gövdenin içerisine yerleştirilmiş bulunan küçük çaplara sahip borulardan oluşmaktadır. Kullanılacağı alanlardaki basınç değerlerine ve transferini sağlayacakları akışkan çeşitlerine göre borular farklı et kalınlıklarında olabilmektedir. Gövde içerisinde borular kullanılmak suretiyle imal edilen eşanjörler kendi grubu içerisinde çok çeşitli tiplere sahip bulunmaktadır. Günümüzde yüksek kapasite gerektiren petrokimya tesisleri, kimyasal prosesler ve elektrik santrallerinde en yaygın biçimde kullanılan eşanjör türü, borulu eşanjörlerdir.

Dairesel kesitli boruların yüksek basınca dayanıklı olmaları sebebiyle, borulu ısı değiştiricilerde bu tip boru kullanımı yaygındır. Borulu eşanjörlerde ısı transfer yüzeyi, borulardan meydana gelmektedir. Bu tip eşanjörlerin çalışma prensibi, farklı sıcaklıklara sahip iki akışkanın ısı değiştirici boyunca birinin içten, birinin dıştan akması şeklindedir. Bu sayede ısı bir akışkandan diğerine transfer edilir. Çalışma sırasında akışkanlar birbiriyle temas etmemek adına, biri boruların içinden akmakta iken, diğer akışkan gövde tarafından borulara çapraz veya paralel bir şekilde akmaktadır.

Isı transferinin boru yüzeyinde gerçekleşmesini sağlayan da eşanjörün bu şekilde dizayn edilmiş olmasıdır. Atık ısının yeniden sisteme sokularak tekrar kullanımını sağlayan bu sistem, enerji geri kazanımı sağlayarak işletmelere önemli ölçüde ekonomik değer katar. Borulu eşanjör sistemleri tasarım şekline göre U veya düz borulu olarak imal edilmekte ve oldukça geniş bir kullanım alanına sahip bulunmaktadır. Tekstil sanayisinden, endüstriyel tesislere kadar birçok işletmede kullanılan borulu eşanjörler, proses endüstrisinde en sık kullanılan ısı değiştirici türüdür. Tüm sektörlerde kullanılan eşanjörlerin yaklaşık % 60’ı gövde borulu eşanjörlerden oluşmaktadır.

Boru tipi eşanjörler kızgın su ya da buhardan faydalanılmak suretiyle ısıtma içim gerekli olan 70-ila 90 derecelik suyun elde edilmesi amacıyla kullanılmaktadır. Bu amaca yönelik olarak imal edilen borulu eşanjörler,

  • Gövde borulu ısı değiştiriciler
  • Çift borulu ısı değiştiriciler
  • Spiral borulu ısı değiştiriciler olmak üzere 3 farklı türde üretilmektedir.

Gövde borulu eşanjörler boru veya boru demetleri, her iki başta bulunan kafalar, boruların bağlı bulunduğu ön ve arka aynalar, gövde içerisinde akışı yönlendirme görevini yerine getiren ve boru veya boru demetlerine destek sağlayan şaşırtma levhaları ve destek çubuklarından oluşmaktadır. Demonte edilebilir yapısı sayesinde bakım ve temizlikte büyük kolaylıklar sağlar.

Düz Borulu Eşanjör

Düz borulu eşanjör, gövde borulu eşanjör türlerinden biridir. Isı transferini gerekli olduğu birçok uygulamada farklı prosesler için çoğu zaman farklı çözümlerin sunulması gerekebilmektedir. Özellikle kimya ve gıda sektöründe uygulamalar yüksek sıcaklık veya basınç altında yapılmaktadır. Birçok farklı alanda kullanılmasına rağmen bu tip sektörlerde söz konusu olan basınç ve sıcaklıklar plakalı eşanjör kullanımı conta sıcaklık ve basınç dayanım sınırı aşıldığı için mümkün olamamaktadır. Bu tür şartlarda kullanılmak üzere borulu, sökülebilir ve tam hijyen sağlanabilen borulu eşanjörlerin kullanılması uygundur.

Düz borulu eşanjörlerin kullanıldığı bu tür ortamlarda sıcaklık sınırı 350 dereceye kadar çıkabilmektedir. Uygulamalardan yüksek verim almak adına bu tür ortamlarda kullanılan eşanjörlerdeki kaynaklar pürüzsüz bir akış düzeyi sağlamalıdır. Bu sebeple imalatı oldukça hassas yapılmalıdır. Yüksek basınç şartlarında çalışacak olan eşanjörlerde kapasite hesaplamalarının yanı sıra, kullanılan borunun et kalınlığı ve kaynak teknolojisi büyük önem taşımaktadır. Bu sebeple yüksek basınç ve sıcaklık şartlarında çalışması gereken eşanjörler normal çalışma basıncının daha da üzerinde basınçlarla yaklaşık 72 saat teste tabi tutulmaktadır.

Kullanım alanlarının özellikleri, çalışma şartları, korozyon miktarı, basınç seviyesi, akışkan tipi ve kapasite beklentilerine göre U veya düz borulu olarak imal edilen ısı değiştiriciler, kullanım alanlarında sağladıkları avantajlarla işletmelere önemli kolaylıklar sağlamaktadır.

  • Borulu eşanjör türleri bütün uygulamalarda kullanılabilirler,
  • Basınç kayıpları minimum düzeydedir.
  • Termik şoklara karşı dayanıklı bir yapıya sahiptir.
  • Boyut sınırlaması yoktur,
  • Düşük ve yüksek sıcaklıklarda kullanıma uygundur.
  • Dizaynlarının esnek oluşu sebebiyle kullanılan boru çapı, boru sayısı ve boru düzenlemesi değişkenlik gösteren şartlara göre uyarlanarak değiştirilebilir.
  • Bakım ve onarımı demonte edilebilme özelliği sebebiyle oldukça kolaydır.

Düz ve U borulu ısı eşenjörlerinin imalatında göz önünde bulundurulması gereken hususlar ise, transferi sağlanan akışkan türleri ve akışkanların eşanjör içerisindeki durum değişiklikleridir.