Plakalı Eşanjör Çeşitleri

Plakalı eşanjör nedir? Aynı veya farklı özelliklere sahip iki akışkan arasında birbirine karışmaksızın,hızlı ve yüksek etkinlikte ısı transferi gerçekleştirebilen ekipmanlara plakalı eşanjör denir.

Plakalar üzerindeki özel balık sırtı tasarım ile akış sırasında akışkanın hızı, devamlı değişir. Bu sebeple elde edilen çalkantı ve yüksek türbülans sayesinde daha küçük hacim ile gereken ısıyı transfer eder.

Plakalı eşanjör de ısı geçişinin olduğu yüzeyler ince metal plakalardan (levhalardan) yapılır. Bu metal yüzeylerin şekli  dalagalı yada  düz olabilir. Plakalı eşanjörlerin, borulu ısı değiştirici gibi yüksek basınç ve sıcaklıklara karşı dayanımları azdır. Bu plakalar titanyum, alüminyum, nikel, paslanmaz çelik veya zirkonyumdan yapılabilir.

Plakalı ısı eşanjörlerinde kullanılan malzeme önemlidir. Plakalı ısı eşanjörlerin belirlenen ısıl koşullarda uzun yıllar problemsiz  çalışmasını sağlayan etkenlerden birisi de eşanjörü oluşturan malzemelerin kalitesi iyi olmalıdır. Malzemelerin ISO 9001 gereği kalite testlerinin yapılması için her bir malzemenin üstünde geriye dönük inceleme için markalama olması gerekmektedir.

Eşanjör gövdeleri sistemin çalışma basıncına göre farklı malzemelerden yapılabilir. Eşanjör gövdelerinin kalitesi minimum St 37-2 olmalıdır. (St 44 ve St 52 gibi değişik malzemelerden yapılabilir). Eşanjörün maksimum çalışma basıncına uygun, mukavemet hesaplamaları yapılır ve uygun gövde kalınlığı hesap edilir. Kullanılan prosese göre gövde malzemeleri paslanmaz olarak da eşanjör imalatı yapılmaktadır. Paslanmaz çelik plakaların  ömürleri 20–30 sene arasındadır. Maliyetin daha düşük olması istenen uygulamalarda ise, gövde karbon çelikten yapılır ve paslanmaz malzemeden kaplanır. Plakalı ısı değişriricileri gövdesinin imalatı yapılırken; önce delik merkezlerinin işlenmesi, kumlama, yağ alma, fosfatlama ve boyama işlemleri gerçekleşir.

Plakalı eşanjör seçimi yapılırken kullanılan akışkana göre ve istenen maksimum çalışma mukavemetine uygun olarak plaka malzemesi seçimi yapılmalıdır. Bu malzemelerden  en çok  kullanılan malzeme tipi 1.440 /AISI 316’dır.

Plakalı Eşanjör Çeşitleri

• Kaynaklı (lehimli)
• Contalı

Contalı Eşanjör Çeşitleri

• Contalı plakalı,
• Spiral plakalı,
• Lamelli

olmak üzere üç farklı tipte eşanjör imalatı yapılmaktadır. En yaygın kullanılan eşanjör tipi contalı eşanjörler olduğundan, bu eşanjör tipi genel olarak plakalı eşanjör olarak isimlendirilir.

Kaynaklı (Lehimli) Tip Plakalı Isı Değiştirici

Klasik contalı plakalı ısı değiştiricilerden maliyeti düşük olan diğer bir alternatifi de lehimli plakalı ısı değiştiricileridir. Bu ısı değiştiriciler,  yüksek sıcaklıkta ve çalışma basıncında görev yapabilirler. Çalışma prensipleri contalı plakalı ısı değiştiriciler ile aynıdır. Tek farkı burada contaların yerine bakır lehim malzemesi kullanılmıştır. Paslanmaz çelik plakaları lehimlemek için kullanılan bakır film ile beraber  vakum altında yüksek sıcaklıkta fırınlanır. Böylece contasız ve son derece kompakt yapıda bir ısı değiştirici elde edilir.

Lehimli Isı Değiştiricilerin Avantajları;

Düşük maliyet: Lehimli ısı değiştiricileri standart boyutlarda seri olarak imal edilir ve yüksek ısı transfer kat sayıları nedeniyle maliyeti düşük bir alternatif meydana getirirler.

Yüksek sıcaklık ve basınçlarda çalışma: Contaların olmamasından dolayı bu tür ısı eşanjörü -180 / +200 °C aralığındaki sıcaklıklarda ve 30 bar’ a kadar çalışma basınçlarında kullanılır.

Düşük çalışma ağırlığı: Ağırlığı çok düşük olduğundan, hiçbir ek desteğe ihtiyaç duymadan hat üzerine montajı yapılabilir.

Yakın sıcaklık yaşamı ve yüksek ısı transfer verimi: Plakalar içerisinde elde edilen yüksek türbülans sebebiyle kısa süre içinde rejime girer ve çalıştığı sistemin verimini artırırlar.

Contalı Plakalı Isı Değiştiriciler

Doğru bir sistem tasarımı için; sorunsuz bir uygulama için, ısı iletim plakaları, contalar, gövde ve bağlantı elemanları için uygun malzeme önemlidir. Bu nedenle, plakalı ısı değiştirici seçimi yapılırken, akışkanlara ve sisteme ait teknik özellikler net olmalıdır.

Plakalı ısı eşanjörler de kullanılan conta seçimi önemlidir.  Eşanjör contalarının imalatı normal, sülfürlü ve peroksitli olarak farklı kalitede üretilmektedir. Bu contalardan peroksitli conta, çalışma koşulları açısından iyi performansı sağladığı için tercih edilmektedir .

Plakalı ısı değiştiriciler, maliyet ve verimlilik konusunda en çok yaygınlık kazanan ve en başarılı olandır. Günümüzde plakalı ısı değiştirici, kimyasal sanayinin her kolunda ısıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılır. Resimde yüksek yapılardaki ısıtma ve soğutma sistemlerinde basınç kırıcı olarak kullanılan plakalı eşanjör bağlantı şeması görülmektedir.

Kullanım alanları; termik santrallerde, kimya endüstrisinde, petrol rafinerilerinde bu ısı  değiştiricileri kullanılmaktadır.

Herhangi bir sebeple akışkanların birbirine karışması, özel conta tasarımı sayesinde giderilmiştir. Plakalı ısı değiştirici de conta sistemi sayesinde iki akışkan birbirine karışmaz. Kapasiteyi artırmak gerekirse ısı değiştirici tasarımı yapılırken contalı tiplerde plaka ilave edilerek artırılabilir.

Plakalı Eşanjör Çalışma Prensibi

Plakalı ısı değiştiricilerin ana elemanını dalgalı bir yüzeye sahip metal plakalar oluşturmaktadır. Plakalı ısı eşanjörü; plaka boyutu ve plaka sayısı, içinden geçen akışkanın debisine, giriş-çıkış sıcaklık değerlerine, fiziksel özelliklerine, basınç düşümlerine ve arzu edilen maksimum güç değerine göre tespit edilir. Bu plakaların her birinin üzerinde akışkan giriş/çıkış nozulları ve ayrıca sızdırmazlığı sağlayan bir conta bulunur.

Plakalı ısı eşanjörlerde kullanılan conta vasıtasıyla her iki akışkan, birbirine karışmadan farklı kanallar arasından akar. Bu esnada sıcaklık farkından dolayı  istenilen ısı transferi gerçekleşir . Contanın yardımıyla akışkanların birbirine karışması engellenmiştir. Sızdırmazlık, gövde üzerinde bulunan ve plaka paketini sıkıştıran saplamalar aracılığı ile sağlanır.

Avantajları

• Akışkanların birbirine karışmasını engelleyen conta tasarımı
• Düşük ağırlık ve montaj hacmi
• Düşük maliyet, yüksek verim
• Bakımın  kolay olması ve kapasite artırımına imkan sağlanması

Akışkanların birbirine karışmasını önleyen özel conta tasarımı: Hangi sebeple olursa olsun akışkanların birbirine karışması, özel conta tasarımı sayesinde önlenmiştir. Herhangi bir conta arızası durumunda, akış atmosfere açık olan kısımdan doğrudan dışarı doğru olur. Bu da dışarıdan gözle tespit edilebilir.

Kompakt tasarımı ile düşük ağırlık ve montaj hacmi: Plakalı ısı eşanjörleri, aynı kapasitedeki bir borulu eşanjörlerin kapladığı hacmin %20-30’u arasında bir hacmi kaplarlar. Böylece küçük hacim ve daha düşük yatırım maliyeti getirir.

Tam türbülans ile, yüksek verim – düşük maliyet: Plakalı ısı eşanjörlerinde, plakalar   vasıtasıyla meydana getirilen akış kanallarında, plakalar üzerindeki özel şekiller sayesinde yüksek türbülanslı akış meydana getirir ki, buda yüksek ısı transfer katsayılarına ulaşılmasını sağlar. Sağlanan bu yüksek ısı transfer katsayıları da eşanjörde kullanılan malzeme miktarını azaltır, bu durumda daha düşük maliyet sağlar.

Eşanjör Bakımı kolay olması: Plakalı ısı eşanjörlerinde, herhangi bir ek alana ihtiyaç olmadan, sadece saplamaların sökülmesi ile, ısı transfer plakalarına kolayca ulaşılır, eşanjör bakımı yapılabilir. Plakaları açmak ve eşanjör temizliği yapmak için gerektiği zaman kolay bir şekilde sökülebilir. Kireçlenmemesi  için sisteme su yumuşatma cihazları bağlanabilir. Borulu ısı değiştiricilerinde  ise boru demetini dışarı alabilmek için kullanılan hacim kadar ek bir alana ihtiyaç vardır.

Kapasite artırımının gerçekleştirilmesi: Plakalı eşanjörlerin modüler yapısından dolayı kolayca plaka eklenir. Böylece kapasite artırımına imkan sağlanır. Farklı tipte akışkan kanal tasarımı, arzu edilen basınç düşümünü ve ısı transfer kapasitesini olumlu yönde etkiler.

Plakalı Eşanjör İçin Gerekli Ortam Koşulları ve Çalışma Şartları

• Standart plaka eşanjörler kapalı ve donmaya karşı korunmuş mekânlarda kullanılmak için  tasarlanmıştır.
• Açık alanlarda montaj gerektiği zaman veya montaj yapılacak yerde atmosferik  nem oranı %70’in üzerinde ise plaka eşanşör için özel tasarım ve emniyet  tedbirleri alınmalıdır.
• Standart plaka eşanjörler düz bir zemin üzerine dikey konumda yerleştirilmeli ve bu durumda  çalışmalıdır.
• Ortam sıcaklığının plaka eşanjör için istenilen maksimum işletme sıcaklığını aşmaması sağlanmalıdır.
• Plaka eşanjörün contaları dış mekanik etkilerden ve çevresel gaz ve asitlerin agresif/zararlı etkilerinden uzak olmalıdır.
• Ozon, elastomer contaların erken sertleşmesine ve özelliğini kaybetmesine neden olur. Güneş ışığı ve ultraviyole ışık da uzun sürede aynı etkiyi yapar. Bu sebeple plaka eşanjörün montajının yapılacağı yere karar verirken ozon yayan cihazlardan ve doğrudan güneş ışığından uzak kalmasına özen gösterilmelidir.
• Plaka eşanjör açık alana montajı yapılacaksa buzlanma, nem ve direkt güneş ışığı gibi çevresel etkilerden korunmalıdır.
• Montaj sonrası, sıkıştırma civataları paslanmaya karşı gres yağı ile kaplanmalıdır.
•  Özellikle kategori–1 grubuna giren akışkanların (tehlikeli maddeler) kullanıldığı eşanjörlerin bulunduğu yerlerde iş yeri emniyet ve yangın talimatlarına uyulmalıdır.
• Herhangi bir sızıntı işletme koşulları açısından tehlike arz ediyorsa plaka eşanjör etrafına/altına sıçrama ve sızıntıya karşı koruma yapılmalıdır.
• Bu cihazların büyüklüğü, ısıtılacak ortamın büyüklüğüne ve gerekli kapasiteye uygun seçilmelidir.

Borulu ve Plakalı Isı Eşanjörleri Karşılaştırdığımızda

Plakalı eşanjörü, patentli plaka dizaynlarında oluşturulan yüksek türbülanslı akıştan dolayı, borulu ısı değiştiricilerden daha verimlidir. Borulu eşanjörlerin kullandığı hacmin %20 – %30 ‘unu kaplarlar. Plakalı eşanjörler de kullanılan malzemeler ağırlık olarak borulu eşanjörlerden daha hafiftir. Plakalı eşanjör fiyatları daha ucuzdur.

Plakalı eşanjör kolay temizlenir, verimliliği yüksektir, kapasitesi arttırılabilir, ısı kaybı yoktur, onarım ve bakımı kolaydır, akışkanların birbirine karışması mümkün değildir ve izolasyon gerekli değildir.

Plakalı Eşanjör Hesabı

Plakalı eşanjör hesabı yapılırken, eşanjör firmaları, 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. Eşanjörün maksimum çalışma basıncına uygun, mukavemet hesaplamaları yapılarak en uygun gövde kalınlığı hesap edilir.