Isı değişim problemlerini çözerken, ısı değiştiricisini seçen mühendis ya da dizayn mühendisi kadar alınan en manâlı karar, ısı değiştirici tipinin seçilmesidir Isı değiştirici tipinin seçiminde temel kural, deneyime dayanarak, benzer fonksiyonları yerine getiren ve benzer proses koşullarında çalışan ısı değiştirici tipini seçmektir bu nedenle ısı değiştirici tipinin seçimini yapacak mühendisin deneyimi fazla önemlidir Deneyimle beraber bütün bir araştırma yapıldıktan sonradan eğer aynı proses koşullarında çalışan ısı değiştiriciler var ise bu herif ısı değiştiricinin kullanımına karar verilir Eğer benzer proses koşullarında çalışan ısı değiştirici mevcut değilse, değişik faktörler dikkate alınarak ısı değiştirici seçimi yapılır Isı değiştiricilerin egzersiz şartları geniş sınırlar içinde değiştiğinden, yapılış ve çalışma yetenekleri öbür isteklere kadar belirlendiğinden, ısı değiştirici seçiminde dikkate alınacak faktörlerin hepsi özel uygulamalara bağlıdır ve bu nedenle genel kurallar verilemez bununla beraber, ısı değiştirici tipini seçerken dikkate alınması gereken faktörler şu şekilde özetlenebilir 1, 2, 3, 9:
1 Konstrüksiyon malzemeleri
2 Basınç ve sıcaklık
3 Performans parametreleri sıcaklık programı, debiler, basınç düşümleri
4 Kirlenme eğilimleri
5 Tetkik, temizleme, tamir ve ek
6 Akışkanların tipleri ve fazları
7 Isı değiştiricinin boyutu
8 Bulunabilirlik
9 Ekonomik faktörler
ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPLERİ
Isı değiştiricileri, öbür sıcaklıklardaki iki veya daha pozitif istikrarsız aralarında ısıl enerjinin değişimini sağlayan cihazlardır Isı değiştiricileri; transfer prosesine, yüzey kompaktlığına, konstrüksiyon geometrisine, akış düzenlemesine, akıcı sayısına, ısı transfer mekanizmalarına ve başvuru alanlarına kadar sınıflandırılırlar Isı değiştiricileri, konstrüksiyon geometrisine tarafından 4 temel sınıfa ayrılır 12:
a Borusal ısı değiştiricileri
b Plakalı ısı değiştiricileri
c Genişletilmiş yüzeyli ısı değiştiricileri
d Rejeneratif ısı değiştiricileri
Borusal ısı değiştiricileri, esas olarak borulardan yapılırlar Bir akışkan borunun içerisinden akarken, diğer sıvı borunun dışından akar Boru çapı, boru sayısı, boru uzunluğu, boru adımı ve boru düzenlemesi istikrarsız böylece borusal ısı değiştiricilerin dizaynlarında oldukça elastikiyet vardır Borusal ısı değiştiricileri; çift borulu, karoser borulu ve spiral borulu ısı değiştiricilerinden oluşmaktadır
Plakalı ısı değiştiricileri, akış kanallarını yaratıcı ince plakalardan yapılırlar Bunlar, gaz, değişken ya da ikifazlı akımların herhangi bir kombinasyonu için ısı transfer etmek amacıyla kullanılırlar Contalıplakalı, spiral plakalı ve lamelli tiplerinden oluşmaktadır
Genişletilmiş yüzeyli ısı değiştiricileri, ısı transfer alanını artmak amacıyla ısı transfer yüzeyi (borusal ya da plakalı) üzerinde kanatçıklar ya da ilaveler bulunan ısı değiştiricileridir Gaz tarafındaki ısı taşınım katsayısı, akıcı tarafındaki ısı taşınım katsayısından çok düşük olduğundan, kanatçıklar gaz tarafında kullanılır En yaygın tipleri plakalıkanatlı ve borulukanatlı ısı değiştiricileridir
Rejeneratif ısı değiştiricileri, devirli akışlı ısı değiştiricileridir Bu ısı değiştiricilerine “Rejeneratörler de denilmektedir Rejeneratörlerde, ısı önce sıcak istikrarsız kadar bir ortamda depo edilir, sonra soğuk akışkana verilir Isı geçişi dolaylıdır
Altında endüstride çok yaygın olarak kullanılan tipik ısı değiştirici tipleri, özellikleri, avantajları ve dezavantajları özetle verilmiştir 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12
1 CESET BORULU ısı değiştiricileri (GBID)
Proses endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan ısı değiştirici tipidir; yaklaşık olarak kullanılan bütün ısı değiştiricilerinin % 60 ’ı ceset borulu ısı değiştiricidir Cisim borulu ısı değiştirici, boru ekseni gövdenin eksenine paralel olacak şekilde büyük silindirik cisim içine yerleştirilen birbirine paralel dairesel borulardan yapılır Akışkanlardan birisi boruların içinden, diğer istikrarsız ise cisim tarafında borulara paralel ya da çapraz olarak akar Esas elemanları; borular (ya da boru demeti), cisim, iki baştaki kafalar, boruların saptama edildiği ön ve arka ayna ile gövde içindeki akışı yönlendiren ve borulara takviye olabilen şaşırtma levhaları ve yardım çubuklarıdır Isıl devir, basınç düşümü, basınç seviyesi, kirlenme, imalat yöntemi ve maliyeti, korozyon ve arıtma problemlerine yan olarak değişik cisim tarafı ve boru tarafı akış düzenlemeleri kullanılır
Özellikleri :
– Maksimum basınç: Karoser tarafında 350 bar (mutlak), boru tarafında 1400 bar (mutlak)
– Sıcaklık aralığı: (200 0C) ile (600 0C) arasında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyebilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 10 – 1000 m2 arasında değişir
– Maksimum faaliyet : e 09 (çok geçişli ünitelerde etkinlik daha küçüktür) Faaliyet, akışkandaki sıcaklık yükselmesinin teorik olarak olası olan maksimum sıcaklık yükselmesine oranı olarak tanımlanır
– Minimum D T 5 K
– Olası olduğu zaman karbon çeliğinden yapılır
Avantajları :
– Az Daha bütün uygulamalar için kullanılabilir; örneğin petrol rafinerileri, termik santraller, kimya endüstrisi vs
– Son derece esnek ve sağlam dizayna sahiptir
– Temizleme için demonte edilebilecek, sökülebilecek şekilde dizayn edilebilir
– Bakımı ve tamiri kolaydır
– Piyasadan çok basit bir şekilde bulunabilir Bu ısı değiştiricilerini karşılayan firma sayısı oldukça fazladır
– Çoklu üniteleri yapmak kolaydır
– Bir çok metal ile imal edilebildiğinden akışkan sınırlaması fazla azdır
Dezavantajları :
– Yüksek plan alanı gerektirir Bunun yanına demeti sökebilmek için ekstra alana gereklilik vardır
– 16 bar basınç ve 200 0C sıcaklığın altındaki koşullarda plakalı ısı değiştiricileri daha ucuz olabilir
2 Çift borulu ısı değiştiricileri (ÇBID)
Çift borulu ısı değiştiricileri en basit ısı değiştirici tipidir Bir borunun daha büyük çaplı bir boru içerisine eşmerkezli olarak yerleştirilmesi ile elde edilir Akışkanlardan biri içteki borudan akarken, diğeri dışarıdaki borudan akar Bu ısı değiştiriciler, istenen basınç
düşümü ve sıcaklık farkı gereksinimlerini yerine getirmek için dağıtılmış seri ve paralel konfigürasyonlar biçiminde düzenlenebilir İçteki boru tek veya fazla borulu olabilir Eğer halkadaki ısı taşınım katsayısı düşükse eksenel kanatçıklara sahip iç boru (veya borular) kullanılabilir
Özellikleri :
– En Fazla basınç: Beden tarafında 350 bar (mutlak), boru tarafında 1400 bar (mutlak)
– Sıcaklık aralığı: (200 0C) ile (600 0C) aralarında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyebilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 025200 m2 arasında değişir
– En Fazla faaliyet : e 09
– Asgari D T 5K
– Genel Olarak çoklu üniteler kullanılır
– Olası olduğu vakit karbon çeliğinden yapılır
– başvuru alanı, küçük ısı aktarma alanlarının (50 m2 ’ye kadar) gerektiği proses akışkanlarının duyulur ısıtılması ve soğutulması içindir
Avantajları :
– Isıl kapasiteyi ve ısı geçiş yüzey alanını artırmak için seri halde montajları yapılabilir
– Karşıt akıntı elde etmek kolaydır
– Yüksek basınçlara dayanabilir
– Standart modüler konstrüksiyona sahiptir
– Bakımı ve tamiri kolaydır
– Temizlenmesi basit olduğundan, özellikle kirletici akışkanlar için uygundur
– Piyasadan basit şekilde bulunabilir
– Bir çok metal ile imal edilebildiğinden sıvı sınırlaması çok azdır
Dezavantajları :
– Özellikle küçük kapasiteler için uygundur
– Yüksek ısıl kapasiteler (1 MW ’dan daha pozitif) için pahalıdır
3 SPİRAL borulu ısı değiştiricileri (sBID)
Bir depo içine yerleştirilen spiral şeklinde sarılmış bir veya daha artı borulardan oluşmaktadır Isı transfer katsayısı, spiral bir boruda düz bir borudakinden daha yüksek olduğundan spiral sarım kullanılır Bu ısı değiştiricileri genel olarak havuz ve depolardaki akışkanların sıcaklık kontrolünde kullanılır Helisel bir şekilde yapılabilen serpantinin adımı, sarım çapı ve alanı yerinde bir şekilde seçilebilir Ufak serpantinlerin depo içinde desteğe ihtiyacı olmamasına karşın, büyük serpantinlerin desteklenmesi gerekir 7
Özellikleri :
– Temizleme az daha imkansız olduğundan, pak akışkanlar için uygundur
– Soğutma sistemlerinde kullanılan kondenserler ve benzeşeneksenli evaporatörler olarak tasarı edilirler
Avantajları :
– Kolay ve ucuz bir şekilde elde edilebilir
– Isıl genleşmenin oluşturduğu gerilme problemleri yoktur
– Spiral borunun dış yüzeyi ve depo kolaylıkla mekanik olarak temizlenebilir
Dezavantajları :
– Spiral borunun iç yüzeyi mekanik olarak basit bir şekilde temizlenemez
4 Contalı plakalı ısı değiştiricileri (PID)
Contalı plakalı ısı değiştiricileri, ince metal plakaların bir çerçeve içerisine sıkıştırılarak paket haline getirilmesi suretiyle yapılırlar Her bir metal plakanın dört tarafında akışkanların geçebilmesi için delikler vardır Plakalar birleştirilip paket yapılırken uygun contalar kullanılarak akışkanların birbirine karışması ve haricen sızıntı yapması önlenir Plakalar arasındaki boşluklardan, sıcak ve soğuk akışkanlar birbirlerine karışmadan akarlar 7 Rijitlik temin etmek, plakalar arasındaki mesafeyi sabitleştirmek ve ısı transferini iyileştirmek için plakalar dalgalı şekilde yapılırlar
Özellikleri :
– Azami basınç: Sıradan olarak 25 bar (mutlak) ’dır Özel dizaynlarla 40 bar (mutlak) ’a çıkabilir
– Sıcaklık aralığı: Normal olarak (25 0C) ile (+175 0C) aralarında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyerek (40 0C) ile (+200 0C) olmaktadır
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 1 – 1200 m2 arasında değişir
– Maksimum etkinlik : e 095
– Minimum D T 1 K
– Plakalar paslanmaz çelikten ya da titanyum, Incoloy veya Hastelloy gibi yüksek dereceli malzemeden presle yapılır
– Contalar, kuvvetsiz noktalardır Contalar, nitril kauçuk, hypalon, viton ya da neoprenden yapılır
– Istikrarsız sınırlaması esas olarak conta kadar olmaktadır
– Gıda, sentetik lastik, kimya, selüloz ve kağıt endüstrisi, kombi cihazları vs gibi dilekçe alanlarına sahiptir
Avantajları :
– Yüksek ısı aktarma katsayısına sahiptir
– Isıl etkinliği yüksektir; 090095 değer etkinliğe değin çıkmak mümkündür
– D T ’si düşüktür; 1 K ’e değin düşebilmektedir
– Cisim borulu ısı değiştiricilerine göre daha kompakttır
– Plakalar ince olduğundan maliyet düşüktür Kullanılabildiği yerlerde bayağı olarak en ekonomiktir
– Erişilebilirliği iyidir, tetkik ve arıtma için zahmetsizce açılabilir
– Esnektir, ekstra plakalar ilave edilebilir
– Eksik istikrarsız miktarıyla kısa alıkoyma zamanına sahiptir bu nedenle sıcaklığa duyarlı ya da fiyatı yüksek akışkanlar (örneğin makyaj ve parfümeri malzemeleri) için uygundur
– Kirlenmesi azdır, çoğunlukla düşük kirlenme katsayıları mümkündür
– Modüler konstrüksiyona sahiptir
– Bakım kolaylığı avantajı vardır Kolaylıkla sökülüp temizlenebilir
– Akışkanlar arası karışma olasılığı azdır, kaçaklar dış tarafa doğrudur
– Titreşim yoktur
– Isı değiştirici içinde sıcak ve soğuk bölgeler oluşmaz
Dezavantajları :
– Plakaların düzlemsel oluşu, conta malzemeleri ve çerçevenin konstrüksiyonu nedeniyle yüksek basınçlara çıkılamaz
– Kapasitesi, portların boyutuyla sınırlıdır
– Özel geniş boşluklu plakalar kullanılmaz ise süspansiyon halindeki katılar kadar kolayca bloke edilebilir
– Plakalar, korozyon dikkate alındığında, organik solventler için uygundur lakin contalar uygun olmayabilir
– Sızıntı riski vardır, contalar defalarca akış riskini artırır
– Conta malzemeleri, belirli akışkanların kullanımını sınırlayabilir
– Sıcaklık, conta malzemesi göre sınırlandırılır
– Conta zamanla özelliğini kaybeder, bu nedenle kayıtlı zamanlarda bu contaları değiştirmek gerekebilir
– Gaz ikifazlı akıntı için çoğunlukla yerinde değildir
5 Spiral PLAKALI ısı değiştiricileri (SID)
Isı aktarma yüzeylerinin plakalardan oluştuğu, silindirik borulardan oluşmadığı plakalı alıcı ısı değiştiricidir Spiral plakalı ısı değiştiricileri, 150 ila 1800 mm genişliğindeki uzun ince iki metal plakanın herkes bir akıcı için edinmek üzere iki spiral, paralel kanal oluşturacak şekilde spiral şeklinde sarılması ile elde edilir İki plaka arasına konulan saplamalar ile sürükleyici bir aralık sağlanabilir Plakaların iki tarafı contalı kapaklar ile kapatılır Değişik akış konfigürasyonları mümkündür ve bu akış konfigürasyonlarına tarafından öbür tip spiral ısı değiştiricisi imal edilmiştir
Özellikleri :
– Dizayn basınçları çapa bağlıdır lakin 20 bar civarında değişmektedir
– Tasarı sıcaklıkları 400 0C ’ye dek çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 05350 m2 aralarında değişir
– Bilhassa süspansiyonlar ve fiber akışkanlar için uygundur bu nedenle kağıt, selüloz, sülfat ve sülfit fabrikaları ve mineral filizinin işlenmesi sektörlerinde sık kullanılır
– Belirlenmiş bir yüzey alanı için maliyetleri genel olarak plakalı ısı değiştiricileri ile vücut borulu ısı değiştiricileri arasındadır
– Malzeme paslanmaz çelik, titanyum, monel vs gibi soğuk olarak işlenebilen herhangi bir kaynak edilebilir malzeme olabilir
– Akıcı bakımından yalnızca konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
– Benekli ve tortulu akışkanlar için uygundur fakat temizlenmesi plakalı ısı değiştiricileri dek kolay değildir
Avantajları :
– Yüksek ısıl verime sahiptir
– Kirlenme eğilimi düşüktür
– Bakım kolaylığı vardır
– Temizlenmeleri kolaydır ve kimyasal temizleme etkili bir şekilde yapılabilir
– Basınç kayıpları, beden borulu ve contalı plakalı ısı değiştiricilerine kadar azdır
– Montaj maliyeti düşüktür
– Proses spesifikasyonuna zahmetsizce uyabilir
– Orta ve yüksek viskoziteli akışkanlar için son derece verimlidir
– Akış dağılımı iyi ve yüksek hızlar kullanılabildiğinden sıcaklığa sağduyu akışkanlar için fazla uygundur
– İstenirse plakalar üstüne oluklar yapılarak ısı transferi iyileştirilebilir
Dezavantajları :
– Bakım genellikle kolaydır ama zarar görmüş olan spirallere bakım zordur
– Boyutları sınırlıdır
– Conta malzemesi sebebiyle sıcaklık ve basınç sınırlamalarına sahiptir
6 Lamelli ısı değiştiricileri (LID)
Bir karoser içine yassılatılmış borulardan (lameller) yapılmış bir demetin yerleştirilmesi ile elde edilir Lameller genel olarak nokta veya elektrikli dikiş kaynağı ile birbirlerine tutturulur Akışkanlardan birisi lamelli boruların içinden akarken, diğer değişken lamellerin arasından akar Karoser içerisinde şaşırtma levhaları yoktur Sızıntı tek geçişli olup, benzer yönlü veya karşıt akışlı düzenleme kullanılabilir 7
Özellikleri :
– Dizayn basınçları çapa emrindeki olarak 35 bar basınca kadar çıkabilir
– Sıcaklık, teflon conta kullanıldığında 220 0C ’ye, asbest conta ve paslanmaz çelik kullanıldığında 500 0C ’ye kadar çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 11000 m2 arasında değişir
– Isı aktarma katsayıları karoser borulu ısı değiştiricilerinkinden büyük lakin plakalı ısı değiştiricilerinkinden küçüktür
– Kullanım alanları kağıt, besin ve kimya endüstrileridir
– Özellikle gazgaz görevleri için uygundur
– Malzemeler karbon, paslanmaz çelik, titanyum, Incoloy ve Hastelloy ’dur
– Sıvı bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
Avantajları :
– Tam karşıt akış elde edildiğinden ısıl verimleri yüksektir
– Hidrolik çap minik olduğundan büyük ısı taşınım katsayıları elde edilebilir
– En Az kirlenme eğilimine sahiptir
– Bakım kolaylığı vardır
– Beden borulu ısı değiştiricilerinden daha kompakttır
– Kimyasal arıtma etkili bir şekilde yapılabilir
– Akıcı sızıntı yollarına sahiptir
Dezavantajları :
– Lamellerin iç taraflarını mekanik olarak temizlemek zordur
7 Kaynaklı plakalı ısı değiştiricileri (CONTASIZ PLAKALI) (KPID)
Contalı plakalı ısı değiştiricileri çok iyi özelliklerine rağmen, 30 bar basınç ve 260 0C sıcaklıktan büyük basınç ve sıcaklıklarda kullanılamazlar Kaynaklı plakalı ısı değiştiricilerinde plakalar çevresel olarak kaynak edilerek, atmosfere olan sızıntı önlenip bu dezavantajlar ortadan kaldırılmış olur Bu Nedenle conta problemi gevşemiş olmasına karşın ısı değiştirici temizleme ve bakım için sökülemez Kaynak maliyetini azaltmak için plakalar, contalı plakalı ısı değiştiricilerinin plakalarından daha büyük yapılır
Özellikleri :
– Dizayn basınçları 30 bar basınca değin çıkabilir
– Dizayn sıcaklıkları 400 0C ’nin üstüne çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 10000 m2 ‘ye değin çıkabilir
– Büsbütün kaynaklı (lazer kullanan) konstrüksiyona sahip konvansiyonel plakalı ısı değiştirici tipleri geliştirilmiştir
– Kimyasal arıtma olası ise, ceset borulu ve contalı plakalı tiplere alternatiftir
– Sıvı bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
Avantajları :
– Plaka çiftleri kaynak edilebilir ve konvansiyonel bir çerçevede toplanabilir
– Conta problemi yoktur, dolayısıyla akıntı riski azdır
Dezavantajları :
– Lekeli ve tortulu görevler için uygun değildir
– Diferansiyel basınç 30 bar ’dan küçük olmalıdır
– Diferansiyel genleşme göz önüne alınmalıdır
8 plakalı KANATLI ısı değiştiricileri (PKID)
Kanatlar, paralel plakalar halindeki yüzeyler arasına mekanik olarak preslenerek, lehimlenerek ya da kaynak edilerek tespit edilir Kanatlar, düz, delikli, tırtıllı, zikzak vs şekillere sahiptir İki tarafında da gaz istikrarsız bulunan ısı değiştiricilerinde ısı geçiş yüzeyinin iki tarafına da kanat, gaz ve sıvı akışkanlar ile çalışan ısı değiştiricilerinde ise genelde yalnızca gaz tarafına kanat konulur 7
Özellikleri :
– Maksimum basınç: 80 bar (boyuta tabi)
– Sıcaklık aralığı: Alüminyumda (2000C) ile (+150 0C) arasında değişir Paslanmaz çelikte 600 0C ’ye kadar çıkabilir
– Minik boyut ve tartı için kullanılır Tipik olarak 500 m2m3 hacim kompaktlığa sahiptir lakin 1800 m2m3 hacim kompaktlığa kadar ulaşılabilir
– Dilekçe alanları, gaz ve buhar türbinleri, araba, kamyon, uçak motorları soğutma sistemleri, ısı pompaları, soğutma ve iklimlendirme tesisleri, elektronik devrelerin soğutma devreleri ile enerji geri kazanım sistemleridir
– Sıvı sınırlaması, araç gereç göre olmaktadır
– Tek fazlı ve çift fazlı akışlarda kullanılabilir
– Azami D T 50 0C tipik
Avantajları :
– Son derece kompakttır
– 12 ’ye dek (bayağı olarak 7) çok akıma sahip olabilir
– Yüksek etkinliğe sahiptir Faaliyet, 098 ’e değin çıkabilir
– Düşük D T ’ ye sahiptir D T, tipik olarak 01 0C ‘ye kadar inebilir
– Çaprazakışlı ya da karşıtakışlı akıntı konfigürasyonuna sahip olabilir
– Düşük ağırlığa sahiptir
– Kullanılan kanatlar ısı değiştiricinin rijitliğini artırır ve yüksek basınçlarda çalışmasını sağlar
– Çoklu eğilim kullanılabilir
Dezavantajları :
– Sadece pak akışkanlar ile kullanılır
9 BORULU KANATLI ısı değiştiricileri (BKID)
Bir tarafında gaz, öteki tarafında istikrarsız akan ısı değiştiricilerinde, akışkan tarafındaki ısı taşınım katsayısı yüksektir, bu nedenle çoğunlukla değişken akıcı tarafı kanat gerektirmez Yüksek basınçlı akışkan çoğunlukla boru içinden akıtılır Pratikte yuvarlak veya oval kesitli boru dışındaki kanatlı yüzeyler ile daha çok karşılaşılır Kanatlar boru ile birlikte imal edilebildiği gibi, daha sonra boru üstüne döküm, kaynak, lehim veya sıkı geçme tekniği ile saptama edilebilir 7
Özellikleri :
– Kompakttır, kompaktlığı 3300 m2m3 değerine kadar ulaşabilir
– Tatbik alanları, baskı santralleri, pervaneli soğutma grupları, taşıt araçları, iklimlendirme ve soğutma tesisatlarıdır
– Isı değiştiricinin kullanılabilme sıcaklığı kanatların boruya saptama şekline bağlıdır
Dezavantajları :
– Kanatların oluşturduğu ek basınç kayıpları göz önüne alınmalıdır
10 GRAFİT ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ (GID)
Grafit, ısı iletim katsayısı yüksek (çeliğin az daha üç katı), korozyona dayanıklı ve işlenmesi kolay bir araç gereç olarak ısı transfer cihazlarında konstrüksiyon malzemesi olarak kullanılır Grafit karoser borulu, kübik ve dikdörtgen, multiblok ve kartuş tipi edinmek üzere 4 tipte yapılabilir
Özellikleri :
– En Fazla basınç, ısı değiştirici tipine göre değişir:
Gövde borulu müşteri: 6 bar
Kübik ve dikdörtgen herif: 52 bar
Multiblok tip: 6 bar
Kartuş tip: 6 bar
– En Fazla sıcaklık 180 0C ’dir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, ısı değiştirici tipine göre değişir:
Ceset borulu herif: 161650 m2
Kübik ve dikdörtgen müşteri: 065153 m2
Multiblok müşteri: 022240 m2
Kartuş alıcı: 016186 m2
Avantajları :
– Mükemmel korozyon direncine sahiptir
– Kirlenme eğilimi düşüktür
Dezavantajları :
– Sıcaklık ve basınç sınırlamalarına sahiptir
– Grafit gövdeborulu ve multiblok tipler hariç, diğerlerinin kapasiteleri sınırlıdır
11 Hava soğutmalı ısı değiştiricileri (HSID)
Hava soğutmalı ısı değiştiricileri, çevre havasının boruların dışından aktığı, boruların içinden akan akışkanı yoğuşturmak veveya soğutmak için kullanılan borusal ısı değiştiricileridir
Özellikleri :
– Boru (proses) tarafındaki tipik basınç 350 bar ’dır (mutlak), özel dizaynlarla daha yüksek değerler elde etmek mümkündür
– En Fazla sıcaklık 600 0C ’dir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, demet başına 5350 m2 arasında değişir (çıplak boruya dayanmaktadır)
– Değişken bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
– Isı atma sistemidir
Avantajları :
– Hava daima mevcuttur
– Bakım maliyetleri, olağan olarak su soğutmalı sistemlerden daha azdır
– Gücün kesilmesi durumunda, doğal konveksiyon ile bir miktar ısı transfer edebilirler
– Hava tarafındaki basınç, daima atmosfer basıncına yakın olduğundan, mekanik dizayn adi olarak daha basittir
– Hava tarafındaki kirlenme adi olarak ihmalkârlık edilebilir
– Epeyce standart dizayn ve kanatçıklara sahiptir
Dezavantajları :
– Şamata problemi vardır Az şamatalı fanlar bu problemi azaltır ama bu, fan verimi ve buna tabi olarak daha yüksek enerji maliyetleri pahasına gerçekleşir
– Soğuk havadan korunmak için özel özellikler gerektirebilir
– Soğutma kulesi kadar düşük sıcaklığa soğutamaz
12 Isı borulu ısı değiştiricileri (IBID)
Isı borusu, vakum prosesi uygulanmış, iç yüzeyleri gözenekli kılcal fitil ile kaplanmış kapalı boru ya da ayrı şekilli odalardır Isı borusunun temel elemanları; kapalı bir kap, egzersiz akışkanı ve gözenekli kılcal fitildir Isı borusunun bir ucu evaporatör, öteki ucu kondenser olarak işlev görür Çalışma akışkanı, evaporatörde dış ısı kaynağından alınan ısı vasıtasıyla buharlaşarak kondensere akar Kondenserde, alıştırma akışkanı bakımlı ısısını dış soğuk ortama vererek yoğuşur Kondensat kılcal hareket yardımıyla fitil her tarafında evaporatöre geri döner Bu Nedenle ısı borusu, buharlaşma gizli ısısını evaparatör kısmından kondenser kısmına durmadan aktarma eden bir ısı değiştiricidir
Özellikleri :
– En Fazla basınç: 40 bar
– Sıcaklık aralığı: (1000C) ile (+400 0C) aralarında değişir Özel ısı borusu alıştırma akışkanları ile daha yüksek sıcaklıklara çıkılabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, 1001000 m2 aralarında değişir
– Düşük basınçta büyük hacimli gazlar arasındaki ısı alışverişi için ideal olarak uygundur
– Elektrikelektronik cihazlardan ısı atılması, köprüler, yollar vs için buzgiderme üniteleri, güneş kollektörleri, ısıtmahavalandırmaiklimlendirme uygulamaları, kurutma ve ısı geri kazanım sistemlerinde uygulama alanı bulmaktadır
Avantajları :
– Hareketli parçaları yoktur, dolayısıyla gürültüsüz çalışır
– Her iki gaz tarafında da genişletilmiş yüzeyler kullanılabilir
– Konstrüksiyonel olarak basittir
– Son derece iyi esnekliğe sahiptir
– Son derece düşük sıcaklık düşümüyle önemli mesafeye yüksek miktarda ısı aktarma kabiliyetine sahiptir
– Denetleme edilebilirliği iyidir
– Dış pompa gücü gerektirmez
Dezavantajları :
– Düşük basınçlı gazlar için uygundur
13 rejeneratörler
Rejeneratörlerde, ısı önce sıcak sıvı göre bir ortamda ambar edilir, sonra soğuk akışkana verilir Isı geçişi dolaylıdır Rejeneratör içerisinde ısının depolandığı gözenekli elemanlara “dolgu maddesi veya “matris adı verilir Pratik Olarak, “dönen, “değişmez dolgu maddeli ve “paket yataklı almak üzere 3 grup rejeneratör vardır
Özellikleri :
– Basıncı, atmosfer basıncı civarındadır
– Rotoru, alüminyum, çelik, paslanmaz çelik ya da Incoloy ’dan yapılabilir
– Sıcaklık alüminyum rotorlarda 200 0C, çelik rotorlarda 425 0C, paslanmaz çelik ya da Incoloy rotorlarda 980 0C ’ye çıkabilir
Avantajları :
– Kompaktlık koskocoman değerlere çıkabilir
– Diğer ısı değiştiricilerine kadar ilk yatırım maliyeti daha azdır
– Sistemin kendi kendini temizleme özelliği vardır
Dezavantajları :
– Sıcak ve soğuk akımlar aralarında daima bir miktar firari vardır
– Başvuru alanı, yüksek sıcaklıkta olsa bile düşük basınçlı gazlar arasındaki ısı değişimi ile sınırlıdır
– Akışkanlar birbirine tesir edebiliyorsa bu tip ısı değiştiricileri kuşkusuz kullanılmaz
Bu kısımda anlatılan ısı değiştiricileri bütün ısı değiştiricileri tiplerini kapsamamaktadır Örneğin bunların dışında, kabartmalı panel, sırça, teflon, bobinli boru, gazgaz ile gazistikrarsız uygulamaları için geliştirilmiş özel ısı değiştiricileri de bulunmaktadır Bu kısmın amacı, fazla sayıda ısı değiştirici tipi olduğunu kullanmak, daha yaygın olarak kullanılan ısı değiştirici tipleri ve özellikleri hakkında data verip, ısı değiştirici seçiminin fazla kayda değer ve özenle yapılması gereken bir konu olduğunu vurgulamaktır
Isı değiştirici tipini seçerken dikkate alınması gereken faktörler
Bu kısımda, ısı değiştirici tipini seçerken dikkate alınması gereken faktörler enine boyuna incelenecektir
1 KONSTRÜKSİYON MALZEMELERİ
Isı değiştirici için kullanılabilecek fazla dağıtılmış konstrüksiyon malzemesi seçeneği vardır Bunlardan bazıları gelişen maliyet sırasına göre altında verilmiştir 8:
a Çelik
b Paslanmaz çelik
c Titanyum
d Zikronyum
e Nikel alaşımları
f TFE ve PVDF plastikleri
g Grafit
h Kolumbiyum
i Tantalyum
Isı değiştirici için araç gereç, ekonomi ve performansın birlikte en iyi olması temeline ast olarak seçilir Orijinal aygıt maliyeti, cihazın beklenen ömrü ve bakım maliyetlerine rağmen dengelenmelidir Korozyon dikkate alındığında, kısa süreli prosesler hariç olmak üzere, yumuşak çelik ısı değiştiricilerinden kaçınılmalıdır Atmosfer ve çözeltilerin korozif etkilerinin düşük olduğu birçok sistemlerde 316 paslanmaz çelik kadar ekstra korunma, bayağı maliyetle sağlanabilir 316 paslanmaz çelik ısı değiştiricileri büyüyen ömür ve eksilen bakım dolayısıyla birincil maliyetinin daha fazlasını karşılar Daha korozif uygulamalarda, malzeme seçimi çok daha manâlı olur Bazı malzeme seçimleri basit ve açıktır; mesela kostik maddeler için paslanmaz çelik seçilir Bazı öteki seçimler daha az açıktır ve genel olarak deneyime dayanan tercihi gösterirler Bu durumda, korozyon tabloları malzeme seçiminde tezgâhtar olabilir Hakiki koşullara ait özellikler için bunlar da yeterli olmaz ise ısı değiştirici malzemesi seçimi için kimyasal firmaların hazırladığı rehber ölçütler kullanılabilir 8
Borusal ısı değiştiricileri korozyona dirençli olan herhangi bir malzemeden üretim edilebilir Kompakt ısı değiştiricilerinin (contalı plakalı, spiral ve lamelli ısı değiştiricileri) imalatı ise preslenebilen (plakalı) veya kaynak edilebilen (spiral ve lamelli) malzemeler ile sınırlıdır 1
Benzer ısıl görevler için borusal ısı değiştiricileri olağan olarak kompakt tiplerden daha pozitif malzeme gerektirirler Kaynaklı ısı değiştiricileri (borusal, spiral ve lamelli) plakalı ısı değiştiricilerinden imalat bakımından daha fazla işçilik gerektirir, lakin plakalı ısı değiştiricilerinin imalatı için büyük yatırım maliyeti gerekir Bağıl olarak fiyatı yüksek konstrüksiyon malzemesi gerektiği zaman, kompakt tipler için bilhassa plakalı ısı değiştiriciler için olan ilk maliyetler, borusal tipler için olan maliyetlerden oldukça yüksektir Kompakt tiplerin birim alanı başına maliyeti borusal tiplerden daha yüksektir, ama artan verim ve bunun sonucunda oluşan daha minik bölge gereksinimi, bu maliyetten daha fazlasını karşılayabilir 1
2 Basınç ve sıcaklık
Borusal ısı değiştiricileri, pratikte kullanılan yaklaşık olarak her basınç ve sıcaklığa göre tasarı edilirler Ekstrem durumlarda, malzeme kalınlığı ile ilişkili imalat problemleri ve baştan ünitenin ağırlığı bakımından sınırlamalar olabilir 1, 2
Kompakt ısı değiştiricileri, kesit alanında ani başkalaşım olmayan ince malzemelerden üretim edilirler İnce malzemelerin kullanılması, bu tiplerin çalışma basınç ve sıcaklıklarını sınırlar; lakin mekanik arızaya yol açan titreme, yorulma ve ısıl etkiler yoktur 1
Birçok ısı değiştirici tipleri yalnızca düşük basınçlarda kullanılabilir ve basıncın çok yüksek olduğu özel uygulamalarda bu tipler hemen seçimin dışına atılabilir Yeniden birçok ısı değiştirici tipleri yalnızca sınırlı sıcaklık aralığında çalışabilir ve bu kaide birçok tiplerin seçilmemesini gerektirir Eğer egzersiz basıncı 30 bar ’ın aşağı ve çalışma sıcaklığı 200 oC ’nin aşağı ise defalarca plakalıtip ısı değiştiricilere, bilhassa contalıplakalı alıcı ısı değiştiriciye öncelik verilmelidir Daha yüksek basınç ve sıcaklıklarda ise karoser borulu ısı değiştirici, kaynaklı plakalı ısı değiştirici ve çift borulu ısı değiştirici arasından seçim yapılmalıdır Ufak kapasiteli, yüksekbasınçlı uygulamalar için bilhassa çiftborulu ısı değiştirici yerinde olabilir 3
3 PERFORMANS PARAMETRELERİ
Performans parametreleri; istikrarsız antre ve çıkış sıcaklıkları, debiler ve basınç düşümü gibi parametrelerden oluşmaktadır Değiştirilecek ısı miktarı, akıcı giriş ve çıkış sıcaklıkları ve müsaade edilen basınç düşümü (ya da pompa gücü) çoğunlukla genel proses optimizasyonunun sonucu olarak belirlenir Seçilen her hangi bir ısı değiştirici bu gereksinimleri karşılama kapasitesinde olmalıdır 6
Isıl Uzunluk :
Isıl uzunluk (q ), veya ısı aktarma bölüm sayısı (HTU), ısı değiştiricinin performansının ölçüsü olan yardımcı bir kriterdir Tek fazlı akış taşıyan bir ısı değiştiricisi için ısıl uzunluk, bir akışkandaki sıcaklık değişiminin
, akışkanlar arasındaki sıradan sıcaklık farkına oranı olarak tanımlanır 1; yani:
Susu akışına sahip borusal bir ısı değiştiricide orta seviyede bir basınç düşümünde, neredeyse “05 HTUgeçiş değeri elde edilecektir Kompakt ısı değiştiricileri, özellikle plakalı alıcı, “ısıl olarak uzun kanallara sahiptir ve q değerleri “4 HTUgeçiş değerine kadar yükselmektedir 1
Akım :
Akım, ısı değiştirici tipinin seçimini etkileyen önemli bir parametredir Debinin sınırlanmasını etkileyen parametreler, kanal akıntı alanı ve müsaade edilen basınç düşümüdür Basınç düşümünün 20 kPa olduğu durumda, ticari olarak mevcut olan bir takım ısı değiştiriciler için sınırlayıcı hacimsel istikrarsız debi değerleri aşağıda verilmiştir 1:
Borusal ısı değiştiricileri : Sınırsız
Plakalı ısı değiştiricileri : 2000 m3h
Spiral ısı değiştiricileri
1 herif (her 2 tarafta spiral sızıntı) : 400 m3h
2 herif (bir tarafta çapraz sızıntı) : 8000 m3h
Lamelli ısı değiştiricileri : 4000 m3h
Suyun dışındaki diğer akışkanlar ya da ayrı basınç düşümleri için, hacimsel akım, bu değerlerden epeyce çeşitlilik gösterir
Basınç Düşümü :
Basınç düşümü, ısı değiştirici dizaynında önemlidir ve ısı transferi için ödenen bedeldir Basınç düşümü sınırlamaları, hesaplı (pompalama maliyetleri) nedenler ya da proses sınırlamaları kadar belirlenir Idareli tasarı için, herhangi belirlenen basınç düşümü sınırlamalarına tamamıyla uyulmalıdır 1 Proses dizayn edici göre, ısı değiştirici için basınç düşümü belirlenirken dikkat gösterilmelidir Bazen belli olan basınç düşümü sahiden proses gereksinimleri tarafından belirlenirken, fakat daha pozitif genelde, proses dizayn edicinin belirlemesi oldukça keyfi temelde olabilir Basınç düşümünün, dizaynın ekonomisi üzerinde kuvvetli etkisi olduğundan, tasarı edici kadar belirlenen basınç düşümü sorgulamadan kabul edilmesi gereken değer olarak düşünülmemelidir 6
Verimsiz basınç düşümünden kaçınılmalıdır; antre, çıkış ve dönüşdirsek kayıpları minimize edilmeli ve ufak boru tarafı geçiş sayısı kullanılmalıdır Plakalı ısı değiştiricileri geçiş başına öteki tiplerden daha yüksek q değerleri (ısı aktarma bölüm sayısı) geliştirebilirler
Özgül basınç düşümü (Je) şu şekilde tanımlanır 1:
Sıradan işletmemaliyet parametreleri (faiz oranı, küçültme, elektrik maliyetleri) için, optimal genel ekonomi, konstrüksiyon malzemesine tabi olarak, özgül basınç düşümü (Je), 20100 kPaHTU aralığında olduğunda elde edilir Yukarıdaki değerler susu görevleri için verilmiştir; diğer akışkanlar için, Je için olan optimal değerinde oldukça yüksektir
Sıcaklık Geçişi :
Isı değiştiricisinde sıcaklık geçişinin olması, ısı değiştirici tipinin seçiminde dikkate alınması gereken öteki bir faktördür Soğuk akışkanın ısı değiştiriciden çıkış sıcaklığı, sıcak akışkanın çıkış sıcaklığından artı ise, bu ısı değiştiricide “sıcaklık geçişi vardır denir Eğer sıcaklık geçişi var ise, karşıt akışlı ısı değiştiricilerini göstermek gereklidir Karşıt akıntı yaratıcı üniteler ise, ya bütün karşıt akışlı üniteler ya da seri emrindeki fazla geçişli ünitelerdir Eğer sıcaklık geçişi yok ise, çapraz akışlı ya da karmakarışık akışlı üniteler yeterli olur
4 Kirlenme EĞİLİMLERİ
Kirlenme, sıvıların içinde bulunabilen katı cisimler ve kireçlenme ısı değiştirici seçiminde dikkate alınması gereken kayda değer faktörlerdir Bir akışkanın belirtilmiş bir yüzey tipine kadar kirlenme karakteristiklerine etki eden faktörler şunlardır 1, 2:
a Akışkanın hızı: Isı değiştirici kanal sistemindeki asgari hız, en manâlı etkendir
b Akışkan hızının kayma kuvveti, türbülans ve laminerkatman kalınlığına etkisi
c Yüzey civarında kalma süresi
d Kanallardaki sürat ya da cereyan dağılımı: Tüm kanal bölümlerinde iyi bir sürat veya eğilim dağılımı olmalıdır Eğer aniden fazla kanal var ise farklı alanlara yönlendirilmiş kanallar arasındaki cereyan dağılımının da iyi olması gerekir
Öteki herif ısı değiştiricilerinin kirlenme faktörleri karoser borulu ısı değiştiricilerine göre daha azdır Kirli bir görevin gereklerinin en iyi karşılandığı ısı değiştirici tipi spiral plakalı ısı değiştiricisidir Plakalı ısı değiştiricileri ve lamelli ısı değiştiricileri de kanallarda ve kanal aralarında iyi bir eğilim dağılımı olduğundan ve akımın tümünün türbülanslı olmasından dolayı benekli görevlere iyi harmoni sağlarlar Süspansiyon halinde elyaf içeren sıvılar için çoğunlukla spiral plakalı ısı değiştiricileri en uygun ısı değiştirici tipidir
5 Tetkik, ARITMA, TAMİR VE EK
Proses akımlarının karakteristikleri, temizleme (mekanik ya da kimyasal) ve ünitenin tümünün veya bir kısmının devirli değiştirilmesi için gereksinimleri karşılayacak şekilde dikkatlice incelenmelidir Eğer karoser borulu ısı değiştiricisindeki boru demeti, arıtma ya da değiştirilme için sökülecek ise, tatmin edici yer hacmi mevcut olmalı ve gerekli cihazların ısı değiştiricisine girişi ve çıkışı göz önüne alınmalıdır Eğer proses koşullarının değişimleri olasıysa, modifikasyon kolaylığı, ayrıca kayda değer etken olabilir 6
Göz önüne alınması gereken öteki bir etken, arıza sonucu akışkanların birbirine karışması veveya sızıntı yapmasıdır Fazla zehirleyici ve tutuşabilir akışkanlar için, arıza fazla pozitif kayda değer olabilir ve bu, ısı değiştirici tipini seçmeye karar verirken genelde önemli etmen olabilir Lamelli ve spiral ısı değiştiriciler akışkanların birbirine karışma olasılığını minimize eder Zehirli akışkanların kullanılacağı yerlerde, dış bağlantılara özel uyarı gösterilmelidir, çünkü bu bağlantıların yüksek bütünlük sağlaması gerekir
Tablo 1 ’de çeşitli ısı değiştiricilerinin muayene, temizleme, tamir ve ek bakımından uygunluk dereceleri karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir Bu kıyas göreceli ve yaklaşıktır; çünkü bir takım ısı değiştiricileri dizayn bakımından epeyce esneklik gösterirler Örneğin, spiral ısı değiştiricileri, kanal genişliği 525 mm aralığında hem saplamalı veya saplamasız olarak imal edilebilir 1
Tablo 1 Çeşitli Isı Değiştiricilerinin Tetkik, Temizleme, Tamir ve Ilave Bakımından Intibak Dereceleri 1
ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPİ
PLAKALI
SPİRAL
LAMELLİ
BORUSAL
Bir tarafta
Çİ
KE
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
ZYF
KEİMKSZ
Bir tarafta
KE
ÇİKE
Çİ
Çİ
İki tarafta
KE
ÇİKE
Çİ
Çİ
Bir tarafta
Çİ
ÇİZYF
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
İMKSZ
KEİMKSZ
Bir tarafta
Çİ
Çİ
KE
KE
İki tarafta
Çİ
Çİ
KE
KEZYF
Bir tarafta
Çİ
KEZYF
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
İMKSZ
KEİMKSZ
Ek
Çİ
İMKSZ
İMKSZ
İMKSZ
Tamir
Çİ
ZYF
ZYF
KE
Çİ : ÇOK IYI KE : MAKUL ZYF : Zayıf İMKSZ : İmkansız
6 AkışkanlarIN TİPLERİ VE FAZLARI
Burada başlıca manâlı olan, istikrarsız ve konstrüksiyon malzemeleri arasındaki uyumdur Eğer akışkanların korozyon karakteristikleri özellikle önemliyse, grafit, sırça veya teflon gibi korozyon direnci yüksek ısı değiştiricilerini seçmek düşünülmelidir Bu ısı değiştiricilerin basınç, sıcaklık ve kapasite sınırlamaları olduğu için yüksek korozyon karakteristikleri nedeniyle bu ısı değiştiricileri seçerken bu sınırlamalara dikkatli olmak gereklidir Örneğin contalı plakalı ısı değiştiricilerinde, akışkanla düzen sağlayacak conta malzemesi bulmak muhtemel olmayabilir Eğer yerinde plaka ve conta malzemeleri var ise hem contalıplakalı tip ısı değiştiricilerini göstermek da düşünülebilir
Seçilen ısı değiştiricisinin konstrüksiyon malzemeleri, akışkanlarla aşırı korozyon oluşturmamalıdır Kirlenmeye olan eğilim epeyce dikkatli bir şekilde değerlendirilmeli ve ısı değiştiricisi kirlenmeyi dikkate alarak, gerekli vakit çalışabilecek kapasitede olacak şekilde seçilmelidir Isı değiştiricisi, istikrarsız basınç ve sıcaklık farkları (ısıl gerilmeler) nedeniyle oluşacak gerilmelere dayanacak şekilde tasarı ve üretim edilme kapasitesinde olmalıdır Tablo 2 ’de çeşitli uygulamalar için yerinde ısı değiştirici tipinin seçimine ait bir takım genel noktalar kısaca verilmiştir 2
Tablo 2 Çeşitli Uygulamalar İçin Yerinde Isı Değiştirici Tipinin Seçimine Ait Bir Takım Genel Noktalar 2
Isı transfer görevi
Görüşler
Viskoz olmayan bir akışkan ile viskoz olmayan diğer bir sıvı halinde
minimum yüzey gerektiren değiştiriciler PID ’dir Korozif sıvılar halinde asbestos contalı bir PID ya da SID yahut LID tiplerini kullanınız Fazla yüksek hacimsel cereyan debileri, basınç ya da sıcaklıklar halinde ceset borulu tipleri kullanınız
Viskoz olmayan bir sıvı ile buhar halinde
Karbon çeliği ya da bakır alaşımı uygunsa bir beden borulu tip ekonomik olabilir Eğer paslanmaz çelik ya da yüksek alaşımlı malzemeler zorunlu ise bir SID ya da LID kullanınız Sağlık ya da elle temizleme sebeplerinden dolayı bir PID kullanınız
Viskoz bir akıcı ile su ya da buhar halinde
Bir beden borulu alıcı kullanıldığında genellikle birincil masraflar azdır, ama birçok vakit öteki sebeplerden dolayı bir PID veya SID ‘nin daha idareli olduğu düşünülebilir
Viskoz bir değişken ile öteki viskoz bir istikrarsız halinde
PID ’ler en verimli tiptir; bilhassa Newtonien olmayan sıvılar halinde Viskozite çok büyük ise (100000 cSt) bir SID kullanınız
Isıya karşı alıngan sıvılar halinde
Bu durumda bir PID ihtiyaçları en iyi şekilde karşılar Fakat uzun bir durma süresi söz konusu ise bir SID en iyi çözümdür
Havanın ısıtılması ya da soğutulması hali
Genelde havaya açık cepheli kolay ısı değiştiricileri kullanılır Kanatlı borular takılabilir
Gaz (hava) ile gaz (hava) hali
Çoğu vakit en iyi çözüm bir LID ’dır Bir taraftaki basınç düşüşü öteki taraftakine göre fazla artı olduğu hallerde kanatlı borulu bir beden borulu tip ısı değiştirici ikinci ve daha iyi bir alternatiftir
Dondurma uygulamalarında gaz yoğuşumu
Çok düşük sıcaklıklar için genellikle yığma plakalı bir SID veya LID en iyi çözümü verirler Sağlk açısından ince alüminyum kullanılabilir
Buhar yoğuşumu
Eğer karbonlu çelik kullanılabilirse vücut borulu müşteri tercih edilmelidir Paslanmaz çelik ya da yüksek bir alaşım gerekli ise bu durumda çapraz akımlı bir SID veya LID en iyi çözümü verir Arıtma ve sağlık sebeplerinden nedeniyle kutu tipi bir PID kullanılabilir
Gazbuhar karışımı yoğuşumu
Bilhassa bu durumlar için üretilmiş SID ’lerin kayıtlı tiplerini kullanınız
Damıtma, buharlaşma ve akışkan gazını alma tesisleri için ısı değiştiricileri
Saflaştırma kuleleri için modern ısı değiştiricileri çok uygundur Kaynatıcılar içi bir SID, LID veya zorlanmış sirkülasyonlu PID düşünülebilir Sıradan ısıtma ve soğutma için bir PID en iyi seçimdir, alternatif olarak bir SID kullanılabilir
Soğutma suyu
Kapalı bir devrede soğutma suyu en iyi bir şekilde paslanmaz çelik PID veya titan plakalar ya da hava soğutucuları ile soğutulur
Yüksek sıcaklıktaki uygulamalar
Özel sipariş ısı değiştiricileri Hızlı ısıl çevrimi haiz bir takım yüksek sıcaklıktaki uygulamalar için KBTID ’ler uygundur
7 Isı değiştiricinin boyutu
Isı değiştiricinin boyutuyla ilgili temel prensip, “seçilen ısı değiştiricinin boyutu, fazla sayıda paralel üniteye sahip olmayacak şekilde gereksinim duyulan görevi karşılayacak yerinde boyutta olmalıdır biçiminde ifade edilebilir Çünkü çok sayıda paralel ünitenin kullanılması durumunda akış yayılma problemleri oluşma olasılığı olduğu gibi fiyatı yüksek boru hattı ve vanaların kullanılması gerekebilir
Yukarıda açıklanmış prensiplerin yanına, eğer ısı değiştiricinin kullanılacağı yerde “yer problemi var ise, ilave kurulum maliyetleri oluşturmasına rağmen, çeşitli ısı değiştiricilerini paralel bağlayarak, bu maksimum boyut sınırlaması probleminin üstesinden gelmek tekrar tekrar mümkündür Boru donanımında ekstra maliyetler oluşturmasının yanına, çoklu ünitenin kullanımı ara sıra paralel üniteler aralarında sızıntı yayılma problemlerine yol açabilir
8 Bulunabilirlik
Bulunabilirlik, ısı değiştirici tipinin seçiminde önemli bir parametredir Özel ısı değiştiricilerini sağlayabilecek firma sayısı azdır, teslim süreleri uzundur ve bu ısı değiştiricileri uzmanlar tarafından tamir edilmelidir bu nedenle, eğer özel dizayn gerektiren bir ısı değiştirici seçilecek ise, bu ısı değiştiricinin dizayn ve imalatı için gerekli süre dikkate alınmalıdır Bu şart, çoğunlukla standart dizaynlara sahip olan ısı değiştirici tipinin seçilmesini zorunlu kılabilir böylece birincil seçimde bulunabilirlik faktörü itinalı bir şekilde göz önünde tutulmalıdır
9 Idareli faktörler
Eğer yukarıdaki maddelerde belirtilen gereksinimleri, çeşitli tip ısı değiştiricileri karşılıyorsa, son tercih ekonomi temelinde olmalıdır Isı değiştirici tipinin seçiminde maliyet fazla manâlı bir faktördür Isı değiştiricilerin toplam maliyeti, yatırım, montaj ve işletme maliyetinden oluşmaktadır en az yatırım maliyetine sahip olan ısı değiştirici tipi serviste önemli problemler oluşturabilir ve işletme maliyeti yüksek olabilir Her bir durum ayrı ayrı irdelenmelidir Sabit basınç düşümü (pompa gücü) için başlıca ekonomik faktör, yatırım maliyeti olacaktır Fakat tasarı parametrelerinin seçiminde geniş bir aralık olduğu durumlarda, pompa gücü ile yatırım maliyeti arasında bir ilişki olduğuna uyarı edilmeli ve bu şart şüphesiz gözden kaçırılmamalıdır Ayrıca montaj maliyetleri de çok manâlı olabilir 6 Karar verilmeden önce değişik ısı değiştirici tipi ve maliyet alternatiflerini göz önüne elde etmek gerekli olabilir
BIRINCIL SEÇIM
Birincil seçim; 3 kısımda kayıtlı alıştırma basıncı ve sıcaklığı, akışkanaraç gereç uyumu, kirlenme, bulunabilirlik vs gibi kriterler (birincil 8 madde) dikkate alınarak uygun olmayan ısı değiştiricilerin belirlenip bunların reddedilmesi anlamına gelir Bu kriterleri dikkate alarak seçim yaparken, 2 kısımda verilen ısı değiştiricilerin özellikleri, avantajları ve dezavantajları ile ilişkili bilgiler, özenli bir şekilde incelenmelidir Ilk seçimde göz önüne alınması gereken genel ilkeler şu şekilde özetlenebilir 5, 12:
a Borular ve silindirler plakalardan daha yüksek basınçlara dayanabilirler
b Basınç sınırlamaları takriben 30 barın üstündeki ve vakumdaki uygulamalar için plakalı ısı değiştiricilerinin seçilmemesini gerektirir
c 200 0C ’nin üstündeki sıcaklıklarda, conta malzemesi sınırlaması nedeniyle plakalı ısı değiştiricileri kullanılamaz
d Kirlenme ve arıtma açısından plakalı kanatlı ısı değiştiricilerinin kullanılmaması gerekebilir
e Düşük basınç sınırları, vücut borulu ve hava soğutmalı ısı değiştiricileri (boru tarafı) hariç birçok ısı değiştirici tiplerinin seçimin dışına atılmasını gerektirir
f Eğer ısı değiştirici pat diye pozitif malzemeden üretim edilebiliyorsa, ekstrem sıcaklıklar veya korozif akışkanlarla harmoni sağlayacak metali bulabilmek olası olmaktadır
g Fazla özel ısı değiştiricileri sağlayabilecek firma sayısı azdır, teslim süreleri uzundur ve bu ısı değiştiricileri uzmanlar göre tamir edilmelidir bu nedenle birincil seçimde bulunabilirlik faktörü itinalı bir şekilde göz önünde tutulmalıdır
Isı değiştiricinin ilk seçiminde kullanılabilecek kriterler, Tablo 3 ’de “Isı Değiştirici Seçim Kriterleri başlığı aşağıda kısaca verilmiştir Bu tabloda, ısı değiştirici tipleri, dayanabilecekleri en fazla sıcaklık ve basınç, tek bir ünite için yüzey alanı ve ısı değiştiricilerin kompaktlığı, bakım kolaylığı, korozyon riski, sızıntı riski vs gibi özellikleri verilmiştir Bu tablo, en yaygın kullanılan ısı değiştirici tiplerini kapsamaktadır Tablo incelendiğinde, en düşük “1, olasılıkla de “1 ’den pozitif ısı değiştirici tiplerinin özel bir uygulama için yerinde olduğu ortaya çıkar Yukarıdaki kriterler dikkate alınıp birincil seçim yapılırken bocalama oluşması durumunda, bu ısı değiştirici seçime dahil edilmeli ve son tercih kriterleri kullanılarak değer biçme yapılmalıdır
FİZİBİL ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPLERİ ARASINDA TERCIH (SON SEÇIM)
Ilk tercih yapıldıktan daha sonra birden pozitif ısı değiştiricinin fizibil olduğu bulunabilir Son tercih, ilk seçimde yerinde olduğu belirlenen ısı değiştirici tipleri aralarında maliyetler açısından en yerinde olan ısı değiştirici tipinin belirlenmesidir bu nedenle, Tablo 3 ve öteki ilgili kaynakları kullanarak özel bir başvuru için “fizibil olan ısı değiştirici tipleri belirlendikten sonra, yapılacak meslek, her bir ısı değiştirici tipinin maliyetlerini incelemektir Isı değiştiricilerin toplam maliyeti 3 maliyetten oluşmaktadır:
a Yatırım maliyeti
b Kurulum maliyeti
c İşletme maliyeti
Seçimde en önemli faktör yatırım maliyetidir Kurulum maliyetleri, kompakt ısı değiştiricileri hariç yatırım maliyetleri değin yüksek olabilir Montaj maliyetleri offshore uygulamalarda çok daha kayda değer olabilir Isı değiştiricilerin maliyetini saptamak için dağıtılmış yöntemler geliştirilmiştir Bu yöntemler, daha fazla yalnızca yatırım maliyetine dayanmaktadır 3, 6, 10, 11
Birincil seçimden sonradan, son değer biçme yapılarak kullanılacak ısı değiştirici tipi belirlendiğinden, son değerlendirmenin nasıl yapılacağı manâlı bir konudur Isı değiştirici tiplerinin son seçimini yaparken kullanılacak değerleme yöntemi özet olarak aşağıda verilmiştir 6:
1 Isıl dengeden
ısı yükü bulunur
2 D T ortalama sıcaklık farkı belirlenir
3 Her bir önerilen konfigürasyon için
oranı hesaplanır Gerekli olan özel ısı yükü için, sıcaklık farkı ayarlama katsayısı (F) değiştiğinden değerleri
değişecektir
4 Her bir ısı değiştirici tipi için verilmiş olan tablolardan,
kullanılarak, sıcak ve soğuk sıvı tipleri ve basınçlarına tarafından “C değerleri okunur “C, WK başına ısı değiştiricinin maliyetini göstermektedir ve birimi “$(WK) dir Icabında, C değerlerinin bulunabilmesi için logaritmik interpolasyon kullanılır C değerleri değişik kaynaklarda verilmektedir 3, 6, 10, 11
5 Her bir konfigürasyonun maliyeti “
ve “C değerleri çarpılarak bulunur:
Maliyet
Kurulum ile pompa maliyet farkları da dikkate alınarak maliyetler karşılaştırılır
6 Eğer bir konfigürasyon diğerlerinden fazla daha iyiyse (örneğin 15 kat gibi), bu tasarı seçilir ve detaylı hesaplamalar yapılır Eğer farklı alanlara yönlendirilmiş dizaynlar adeta aynı maliyetlere sahip iseler, bu durumda, tüm dizaynlar daha ayrıntılı bir şekilde hesaplanmalıdır Bu detaylı hesaplamalar sonucunda, maliyeti en az olan ısı değiştirici tipi seçilir
TABLO 3 ISI DEĞİŞTİRİCİ SEÇIM KRİTERLERİ 3, 4, 5, 6
Isı Değiştirici Tipi
Kıstas
HSID
PID
SID
LID
PKID
ÇBID
GID
GBID
Basınç, (bar)
350(1)
30
20
35 (10)
10 (11)
25 (13)
350 (14)
6
350(17)
Sıcaklık, (oC)
600
(40)(200) (5)
400
220 (10)
500 (11)
(260)(650)
(200)(600)
180
(200)(600)
Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, (m2)
5350(2)
11200
05350
11000
1230 m2m3 ’e dek
025200
(16)
101000
Kompaktlık
(3)
*
****
****
**
*****
*
***
*
Mekanik arıtma
**
*****
****
**
*
***
*
***
Kimyasal
temizleme
**
****
****
***
**
***
*****
***
Maliyetm2
**
(6)
****
(8)
***
(12)
**
*****
**
*
**
Bakım kolaylığı
**
*****
****
***
*
***
*
**
Korozyon riski
***
****
****
****
***
****
*****
**
Kirlenme riski
**
*****
****
***
**
***
***
*
Kirlenme etkisi
(4)
*
****
****
**
*
***
**
**
Sızıntı riski
**
(7)
*
(9)
*
**
****
(15)
***
*
(18)
**
Montajdan
sonradan tayin değişikliği
**
****
*
*
***
*
***
*
Sıcaklık geçişi
*
****
****
***
*****
***
***
**
Viskoz akıntı
*
****
****
**
*****
**
****
*
(19)
***
Isıya sağduyu akışkanlar
**
****
****
**
***
**
***
*
Katı akışı
*
**
****
**
*
***
*
*
Gazlar
****
*
***
***
****
****
***
****
Aşama değişimi
****
*
****
***
****
****
***
****
Fazla akışkanlı başkalaşım
***
***
*
**
*****
*
***
**
* : fazla kuvvetsiz, ** : çelimsiz, *** : uygun, ****: iyi, *****:mükemmel
NOTLAR:
(1): Tipik üstteki sınır fakat daha yüksek basınçlar için tasarı mümkün
(2): Paket tip demetler Eğer tatbik yerinde yapı edilirse daha büyük boyutlar mümkün
(3): Sık Sık boru raflarının üstüne ya da yakınlarına monte edilir
(4): Dış taraftaki kirlenme hava akışını azaltabilir ve MTD azalabilir
(5): Sıkıştırılmış asbestos fiberli contalar için 260 oC
(6): Düşük bağıl maliyet demir dışı malzemelere uygulanır
(7): Plaka kenarları kaynakla kaplanabilir ama bu durumda sökülme çok zorlama olur
(8): Bütün metaller için
(9): Bakınız (7)
(10): Çap 300 mm
(11): Çap 1000 mm
(12): Yalnızca demir dışı metaller için geçerli
(13): Kesit alanına yan olarak 80 bar ’a değin mevcut
(14): Tipik üstteki hudut ama daha yüksek basınçlar için dizayn mümkün
(15): Eğer hepsi kaynaklı ise
(16): Beden borulu müşteri: 161650 m2
Kübik ve dikdörtgen müşteri: 065153 m2
Multiblok herif: 022240 m2
Kartuş herif: 016186 m2
(17): Tipik üst hudut fakat çapa tabi olarak daha yüksek basınçlar muhtemel
(18): TEMA tiplerine bağlıdır
(19): Karoser tarafında ısıtılan viskoz akışkanlara uygulanır
KAYNAKLAR
1 Walker, G (1990) Industrial Heat Exchangers: A basic guide, second edition, Hemisphere Publishing Corporation
2 Alfa Laval ’ AB, Isı El Kitabı, Çeviren: Yelman GAZİMİHAL, Makina Mühendisleri Odası, Yayınlama No :74, 103119
3 Saunders, EAD (1988) “Heat ExchangersSelection, Design & Construction, Longman&Scientific Technical, 1160
4 Larowski, A and Taylor, M A, Systematic procedure for selection of heat exchangers Practical Applications of Heat Transfer, I Mech E CONFERENCE PUBLICATIONS 19824, 3762
5 Butterworth Dave, Heat Exchanger Selection AEA TECHNOLOGY Engineering Software, HTFS, 2000
6 Hewitt, G F, Shires, GL and Bott, TR Process Heat Aktarma
7 Genceli, OF (1999) Isı Değiştiricileri, Birsen Yayınevi, İstanbul, 180
8 Leopold R E (2000) Evaluation and Selection of Heat Exchangers Vulcanium Corporation, Northbrook, Illinois
9 Fraas, AP (1989) “Heat Exchanger Design, John Wiley&Sons
10 Engineering Science Veri Unit (ESDU) (1992) Selection and costing of heat exchangers, ESDU, London
11 Hewitt, GF, Guy, AR, and Marsland, RH (1982), Heat transfer equipment, in A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, Linnhoff, B, Townsend, DW, Boland, D, Hewitt, GF, Thomas, BEA, Guy, AR, and Marsland, RH, The Institution of Chemical Engineers, Rugby, England, Chap3
12 Kakaç, S (1996) Heat exchanger design course, Presented beygir Faculty of Engineering, Kasetsart University, BangkokThailand, December 1719
1 Konstrüksiyon malzemeleri
2 Basınç ve sıcaklık
3 Performans parametreleri sıcaklık programı, debiler, basınç düşümleri
4 Kirlenme eğilimleri
5 Tetkik, temizleme, tamir ve ek
6 Akışkanların tipleri ve fazları
7 Isı değiştiricinin boyutu
8 Bulunabilirlik
9 Ekonomik faktörler
ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPLERİ
Isı değiştiricileri, öbür sıcaklıklardaki iki veya daha pozitif istikrarsız aralarında ısıl enerjinin değişimini sağlayan cihazlardır Isı değiştiricileri; transfer prosesine, yüzey kompaktlığına, konstrüksiyon geometrisine, akış düzenlemesine, akıcı sayısına, ısı transfer mekanizmalarına ve başvuru alanlarına kadar sınıflandırılırlar Isı değiştiricileri, konstrüksiyon geometrisine tarafından 4 temel sınıfa ayrılır 12:
a Borusal ısı değiştiricileri
b Plakalı ısı değiştiricileri
c Genişletilmiş yüzeyli ısı değiştiricileri
d Rejeneratif ısı değiştiricileri
Borusal ısı değiştiricileri, esas olarak borulardan yapılırlar Bir akışkan borunun içerisinden akarken, diğer sıvı borunun dışından akar Boru çapı, boru sayısı, boru uzunluğu, boru adımı ve boru düzenlemesi istikrarsız böylece borusal ısı değiştiricilerin dizaynlarında oldukça elastikiyet vardır Borusal ısı değiştiricileri; çift borulu, karoser borulu ve spiral borulu ısı değiştiricilerinden oluşmaktadır
Plakalı ısı değiştiricileri, akış kanallarını yaratıcı ince plakalardan yapılırlar Bunlar, gaz, değişken ya da ikifazlı akımların herhangi bir kombinasyonu için ısı transfer etmek amacıyla kullanılırlar Contalıplakalı, spiral plakalı ve lamelli tiplerinden oluşmaktadır
Genişletilmiş yüzeyli ısı değiştiricileri, ısı transfer alanını artmak amacıyla ısı transfer yüzeyi (borusal ya da plakalı) üzerinde kanatçıklar ya da ilaveler bulunan ısı değiştiricileridir Gaz tarafındaki ısı taşınım katsayısı, akıcı tarafındaki ısı taşınım katsayısından çok düşük olduğundan, kanatçıklar gaz tarafında kullanılır En yaygın tipleri plakalıkanatlı ve borulukanatlı ısı değiştiricileridir
Rejeneratif ısı değiştiricileri, devirli akışlı ısı değiştiricileridir Bu ısı değiştiricilerine “Rejeneratörler de denilmektedir Rejeneratörlerde, ısı önce sıcak istikrarsız kadar bir ortamda depo edilir, sonra soğuk akışkana verilir Isı geçişi dolaylıdır
Altında endüstride çok yaygın olarak kullanılan tipik ısı değiştirici tipleri, özellikleri, avantajları ve dezavantajları özetle verilmiştir 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12
1 CESET BORULU ısı değiştiricileri (GBID)
Proses endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan ısı değiştirici tipidir; yaklaşık olarak kullanılan bütün ısı değiştiricilerinin % 60 ’ı ceset borulu ısı değiştiricidir Cisim borulu ısı değiştirici, boru ekseni gövdenin eksenine paralel olacak şekilde büyük silindirik cisim içine yerleştirilen birbirine paralel dairesel borulardan yapılır Akışkanlardan birisi boruların içinden, diğer istikrarsız ise cisim tarafında borulara paralel ya da çapraz olarak akar Esas elemanları; borular (ya da boru demeti), cisim, iki baştaki kafalar, boruların saptama edildiği ön ve arka ayna ile gövde içindeki akışı yönlendiren ve borulara takviye olabilen şaşırtma levhaları ve yardım çubuklarıdır Isıl devir, basınç düşümü, basınç seviyesi, kirlenme, imalat yöntemi ve maliyeti, korozyon ve arıtma problemlerine yan olarak değişik cisim tarafı ve boru tarafı akış düzenlemeleri kullanılır
Özellikleri :
– Maksimum basınç: Karoser tarafında 350 bar (mutlak), boru tarafında 1400 bar (mutlak)
– Sıcaklık aralığı: (200 0C) ile (600 0C) arasında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyebilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 10 – 1000 m2 arasında değişir
– Maksimum faaliyet : e 09 (çok geçişli ünitelerde etkinlik daha küçüktür) Faaliyet, akışkandaki sıcaklık yükselmesinin teorik olarak olası olan maksimum sıcaklık yükselmesine oranı olarak tanımlanır
– Minimum D T 5 K
– Olası olduğu zaman karbon çeliğinden yapılır
Avantajları :
– Az Daha bütün uygulamalar için kullanılabilir; örneğin petrol rafinerileri, termik santraller, kimya endüstrisi vs
– Son derece esnek ve sağlam dizayna sahiptir
– Temizleme için demonte edilebilecek, sökülebilecek şekilde dizayn edilebilir
– Bakımı ve tamiri kolaydır
– Piyasadan çok basit bir şekilde bulunabilir Bu ısı değiştiricilerini karşılayan firma sayısı oldukça fazladır
– Çoklu üniteleri yapmak kolaydır
– Bir çok metal ile imal edilebildiğinden akışkan sınırlaması fazla azdır
Dezavantajları :
– Yüksek plan alanı gerektirir Bunun yanına demeti sökebilmek için ekstra alana gereklilik vardır
– 16 bar basınç ve 200 0C sıcaklığın altındaki koşullarda plakalı ısı değiştiricileri daha ucuz olabilir
2 Çift borulu ısı değiştiricileri (ÇBID)
Çift borulu ısı değiştiricileri en basit ısı değiştirici tipidir Bir borunun daha büyük çaplı bir boru içerisine eşmerkezli olarak yerleştirilmesi ile elde edilir Akışkanlardan biri içteki borudan akarken, diğeri dışarıdaki borudan akar Bu ısı değiştiriciler, istenen basınç
düşümü ve sıcaklık farkı gereksinimlerini yerine getirmek için dağıtılmış seri ve paralel konfigürasyonlar biçiminde düzenlenebilir İçteki boru tek veya fazla borulu olabilir Eğer halkadaki ısı taşınım katsayısı düşükse eksenel kanatçıklara sahip iç boru (veya borular) kullanılabilir
Özellikleri :
– En Fazla basınç: Beden tarafında 350 bar (mutlak), boru tarafında 1400 bar (mutlak)
– Sıcaklık aralığı: (200 0C) ile (600 0C) aralarında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyebilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 025200 m2 arasında değişir
– En Fazla faaliyet : e 09
– Asgari D T 5K
– Genel Olarak çoklu üniteler kullanılır
– Olası olduğu vakit karbon çeliğinden yapılır
– başvuru alanı, küçük ısı aktarma alanlarının (50 m2 ’ye kadar) gerektiği proses akışkanlarının duyulur ısıtılması ve soğutulması içindir
Avantajları :
– Isıl kapasiteyi ve ısı geçiş yüzey alanını artırmak için seri halde montajları yapılabilir
– Karşıt akıntı elde etmek kolaydır
– Yüksek basınçlara dayanabilir
– Standart modüler konstrüksiyona sahiptir
– Bakımı ve tamiri kolaydır
– Temizlenmesi basit olduğundan, özellikle kirletici akışkanlar için uygundur
– Piyasadan basit şekilde bulunabilir
– Bir çok metal ile imal edilebildiğinden sıvı sınırlaması çok azdır
Dezavantajları :
– Özellikle küçük kapasiteler için uygundur
– Yüksek ısıl kapasiteler (1 MW ’dan daha pozitif) için pahalıdır
3 SPİRAL borulu ısı değiştiricileri (sBID)
Bir depo içine yerleştirilen spiral şeklinde sarılmış bir veya daha artı borulardan oluşmaktadır Isı transfer katsayısı, spiral bir boruda düz bir borudakinden daha yüksek olduğundan spiral sarım kullanılır Bu ısı değiştiricileri genel olarak havuz ve depolardaki akışkanların sıcaklık kontrolünde kullanılır Helisel bir şekilde yapılabilen serpantinin adımı, sarım çapı ve alanı yerinde bir şekilde seçilebilir Ufak serpantinlerin depo içinde desteğe ihtiyacı olmamasına karşın, büyük serpantinlerin desteklenmesi gerekir 7
Özellikleri :
– Temizleme az daha imkansız olduğundan, pak akışkanlar için uygundur
– Soğutma sistemlerinde kullanılan kondenserler ve benzeşeneksenli evaporatörler olarak tasarı edilirler
Avantajları :
– Kolay ve ucuz bir şekilde elde edilebilir
– Isıl genleşmenin oluşturduğu gerilme problemleri yoktur
– Spiral borunun dış yüzeyi ve depo kolaylıkla mekanik olarak temizlenebilir
Dezavantajları :
– Spiral borunun iç yüzeyi mekanik olarak basit bir şekilde temizlenemez
4 Contalı plakalı ısı değiştiricileri (PID)
Contalı plakalı ısı değiştiricileri, ince metal plakaların bir çerçeve içerisine sıkıştırılarak paket haline getirilmesi suretiyle yapılırlar Her bir metal plakanın dört tarafında akışkanların geçebilmesi için delikler vardır Plakalar birleştirilip paket yapılırken uygun contalar kullanılarak akışkanların birbirine karışması ve haricen sızıntı yapması önlenir Plakalar arasındaki boşluklardan, sıcak ve soğuk akışkanlar birbirlerine karışmadan akarlar 7 Rijitlik temin etmek, plakalar arasındaki mesafeyi sabitleştirmek ve ısı transferini iyileştirmek için plakalar dalgalı şekilde yapılırlar
Özellikleri :
– Azami basınç: Sıradan olarak 25 bar (mutlak) ’dır Özel dizaynlarla 40 bar (mutlak) ’a çıkabilir
– Sıcaklık aralığı: Normal olarak (25 0C) ile (+175 0C) aralarında değişir Özel malzemeler ile bu sıcaklık aralığı genişleyerek (40 0C) ile (+200 0C) olmaktadır
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 1 – 1200 m2 arasında değişir
– Maksimum etkinlik : e 095
– Minimum D T 1 K
– Plakalar paslanmaz çelikten ya da titanyum, Incoloy veya Hastelloy gibi yüksek dereceli malzemeden presle yapılır
– Contalar, kuvvetsiz noktalardır Contalar, nitril kauçuk, hypalon, viton ya da neoprenden yapılır
– Istikrarsız sınırlaması esas olarak conta kadar olmaktadır
– Gıda, sentetik lastik, kimya, selüloz ve kağıt endüstrisi, kombi cihazları vs gibi dilekçe alanlarına sahiptir
Avantajları :
– Yüksek ısı aktarma katsayısına sahiptir
– Isıl etkinliği yüksektir; 090095 değer etkinliğe değin çıkmak mümkündür
– D T ’si düşüktür; 1 K ’e değin düşebilmektedir
– Cisim borulu ısı değiştiricilerine göre daha kompakttır
– Plakalar ince olduğundan maliyet düşüktür Kullanılabildiği yerlerde bayağı olarak en ekonomiktir
– Erişilebilirliği iyidir, tetkik ve arıtma için zahmetsizce açılabilir
– Esnektir, ekstra plakalar ilave edilebilir
– Eksik istikrarsız miktarıyla kısa alıkoyma zamanına sahiptir bu nedenle sıcaklığa duyarlı ya da fiyatı yüksek akışkanlar (örneğin makyaj ve parfümeri malzemeleri) için uygundur
– Kirlenmesi azdır, çoğunlukla düşük kirlenme katsayıları mümkündür
– Modüler konstrüksiyona sahiptir
– Bakım kolaylığı avantajı vardır Kolaylıkla sökülüp temizlenebilir
– Akışkanlar arası karışma olasılığı azdır, kaçaklar dış tarafa doğrudur
– Titreşim yoktur
– Isı değiştirici içinde sıcak ve soğuk bölgeler oluşmaz
Dezavantajları :
– Plakaların düzlemsel oluşu, conta malzemeleri ve çerçevenin konstrüksiyonu nedeniyle yüksek basınçlara çıkılamaz
– Kapasitesi, portların boyutuyla sınırlıdır
– Özel geniş boşluklu plakalar kullanılmaz ise süspansiyon halindeki katılar kadar kolayca bloke edilebilir
– Plakalar, korozyon dikkate alındığında, organik solventler için uygundur lakin contalar uygun olmayabilir
– Sızıntı riski vardır, contalar defalarca akış riskini artırır
– Conta malzemeleri, belirli akışkanların kullanımını sınırlayabilir
– Sıcaklık, conta malzemesi göre sınırlandırılır
– Conta zamanla özelliğini kaybeder, bu nedenle kayıtlı zamanlarda bu contaları değiştirmek gerekebilir
– Gaz ikifazlı akıntı için çoğunlukla yerinde değildir
5 Spiral PLAKALI ısı değiştiricileri (SID)
Isı aktarma yüzeylerinin plakalardan oluştuğu, silindirik borulardan oluşmadığı plakalı alıcı ısı değiştiricidir Spiral plakalı ısı değiştiricileri, 150 ila 1800 mm genişliğindeki uzun ince iki metal plakanın herkes bir akıcı için edinmek üzere iki spiral, paralel kanal oluşturacak şekilde spiral şeklinde sarılması ile elde edilir İki plaka arasına konulan saplamalar ile sürükleyici bir aralık sağlanabilir Plakaların iki tarafı contalı kapaklar ile kapatılır Değişik akış konfigürasyonları mümkündür ve bu akış konfigürasyonlarına tarafından öbür tip spiral ısı değiştiricisi imal edilmiştir
Özellikleri :
– Dizayn basınçları çapa bağlıdır lakin 20 bar civarında değişmektedir
– Tasarı sıcaklıkları 400 0C ’ye dek çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 05350 m2 aralarında değişir
– Bilhassa süspansiyonlar ve fiber akışkanlar için uygundur bu nedenle kağıt, selüloz, sülfat ve sülfit fabrikaları ve mineral filizinin işlenmesi sektörlerinde sık kullanılır
– Belirlenmiş bir yüzey alanı için maliyetleri genel olarak plakalı ısı değiştiricileri ile vücut borulu ısı değiştiricileri arasındadır
– Malzeme paslanmaz çelik, titanyum, monel vs gibi soğuk olarak işlenebilen herhangi bir kaynak edilebilir malzeme olabilir
– Akıcı bakımından yalnızca konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
– Benekli ve tortulu akışkanlar için uygundur fakat temizlenmesi plakalı ısı değiştiricileri dek kolay değildir
Avantajları :
– Yüksek ısıl verime sahiptir
– Kirlenme eğilimi düşüktür
– Bakım kolaylığı vardır
– Temizlenmeleri kolaydır ve kimyasal temizleme etkili bir şekilde yapılabilir
– Basınç kayıpları, beden borulu ve contalı plakalı ısı değiştiricilerine kadar azdır
– Montaj maliyeti düşüktür
– Proses spesifikasyonuna zahmetsizce uyabilir
– Orta ve yüksek viskoziteli akışkanlar için son derece verimlidir
– Akış dağılımı iyi ve yüksek hızlar kullanılabildiğinden sıcaklığa sağduyu akışkanlar için fazla uygundur
– İstenirse plakalar üstüne oluklar yapılarak ısı transferi iyileştirilebilir
Dezavantajları :
– Bakım genellikle kolaydır ama zarar görmüş olan spirallere bakım zordur
– Boyutları sınırlıdır
– Conta malzemesi sebebiyle sıcaklık ve basınç sınırlamalarına sahiptir
6 Lamelli ısı değiştiricileri (LID)
Bir karoser içine yassılatılmış borulardan (lameller) yapılmış bir demetin yerleştirilmesi ile elde edilir Lameller genel olarak nokta veya elektrikli dikiş kaynağı ile birbirlerine tutturulur Akışkanlardan birisi lamelli boruların içinden akarken, diğer değişken lamellerin arasından akar Karoser içerisinde şaşırtma levhaları yoktur Sızıntı tek geçişli olup, benzer yönlü veya karşıt akışlı düzenleme kullanılabilir 7
Özellikleri :
– Dizayn basınçları çapa emrindeki olarak 35 bar basınca kadar çıkabilir
– Sıcaklık, teflon conta kullanıldığında 220 0C ’ye, asbest conta ve paslanmaz çelik kullanıldığında 500 0C ’ye kadar çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 11000 m2 arasında değişir
– Isı aktarma katsayıları karoser borulu ısı değiştiricilerinkinden büyük lakin plakalı ısı değiştiricilerinkinden küçüktür
– Kullanım alanları kağıt, besin ve kimya endüstrileridir
– Özellikle gazgaz görevleri için uygundur
– Malzemeler karbon, paslanmaz çelik, titanyum, Incoloy ve Hastelloy ’dur
– Sıvı bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
Avantajları :
– Tam karşıt akış elde edildiğinden ısıl verimleri yüksektir
– Hidrolik çap minik olduğundan büyük ısı taşınım katsayıları elde edilebilir
– En Az kirlenme eğilimine sahiptir
– Bakım kolaylığı vardır
– Beden borulu ısı değiştiricilerinden daha kompakttır
– Kimyasal arıtma etkili bir şekilde yapılabilir
– Akıcı sızıntı yollarına sahiptir
Dezavantajları :
– Lamellerin iç taraflarını mekanik olarak temizlemek zordur
7 Kaynaklı plakalı ısı değiştiricileri (CONTASIZ PLAKALI) (KPID)
Contalı plakalı ısı değiştiricileri çok iyi özelliklerine rağmen, 30 bar basınç ve 260 0C sıcaklıktan büyük basınç ve sıcaklıklarda kullanılamazlar Kaynaklı plakalı ısı değiştiricilerinde plakalar çevresel olarak kaynak edilerek, atmosfere olan sızıntı önlenip bu dezavantajlar ortadan kaldırılmış olur Bu Nedenle conta problemi gevşemiş olmasına karşın ısı değiştirici temizleme ve bakım için sökülemez Kaynak maliyetini azaltmak için plakalar, contalı plakalı ısı değiştiricilerinin plakalarından daha büyük yapılır
Özellikleri :
– Dizayn basınçları 30 bar basınca değin çıkabilir
– Dizayn sıcaklıkları 400 0C ’nin üstüne çıkabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı 10000 m2 ‘ye değin çıkabilir
– Büsbütün kaynaklı (lazer kullanan) konstrüksiyona sahip konvansiyonel plakalı ısı değiştirici tipleri geliştirilmiştir
– Kimyasal arıtma olası ise, ceset borulu ve contalı plakalı tiplere alternatiftir
– Sıvı bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
Avantajları :
– Plaka çiftleri kaynak edilebilir ve konvansiyonel bir çerçevede toplanabilir
– Conta problemi yoktur, dolayısıyla akıntı riski azdır
Dezavantajları :
– Lekeli ve tortulu görevler için uygun değildir
– Diferansiyel basınç 30 bar ’dan küçük olmalıdır
– Diferansiyel genleşme göz önüne alınmalıdır
8 plakalı KANATLI ısı değiştiricileri (PKID)
Kanatlar, paralel plakalar halindeki yüzeyler arasına mekanik olarak preslenerek, lehimlenerek ya da kaynak edilerek tespit edilir Kanatlar, düz, delikli, tırtıllı, zikzak vs şekillere sahiptir İki tarafında da gaz istikrarsız bulunan ısı değiştiricilerinde ısı geçiş yüzeyinin iki tarafına da kanat, gaz ve sıvı akışkanlar ile çalışan ısı değiştiricilerinde ise genelde yalnızca gaz tarafına kanat konulur 7
Özellikleri :
– Maksimum basınç: 80 bar (boyuta tabi)
– Sıcaklık aralığı: Alüminyumda (2000C) ile (+150 0C) arasında değişir Paslanmaz çelikte 600 0C ’ye kadar çıkabilir
– Minik boyut ve tartı için kullanılır Tipik olarak 500 m2m3 hacim kompaktlığa sahiptir lakin 1800 m2m3 hacim kompaktlığa kadar ulaşılabilir
– Dilekçe alanları, gaz ve buhar türbinleri, araba, kamyon, uçak motorları soğutma sistemleri, ısı pompaları, soğutma ve iklimlendirme tesisleri, elektronik devrelerin soğutma devreleri ile enerji geri kazanım sistemleridir
– Sıvı sınırlaması, araç gereç göre olmaktadır
– Tek fazlı ve çift fazlı akışlarda kullanılabilir
– Azami D T 50 0C tipik
Avantajları :
– Son derece kompakttır
– 12 ’ye dek (bayağı olarak 7) çok akıma sahip olabilir
– Yüksek etkinliğe sahiptir Faaliyet, 098 ’e değin çıkabilir
– Düşük D T ’ ye sahiptir D T, tipik olarak 01 0C ‘ye kadar inebilir
– Çaprazakışlı ya da karşıtakışlı akıntı konfigürasyonuna sahip olabilir
– Düşük ağırlığa sahiptir
– Kullanılan kanatlar ısı değiştiricinin rijitliğini artırır ve yüksek basınçlarda çalışmasını sağlar
– Çoklu eğilim kullanılabilir
Dezavantajları :
– Sadece pak akışkanlar ile kullanılır
9 BORULU KANATLI ısı değiştiricileri (BKID)
Bir tarafında gaz, öteki tarafında istikrarsız akan ısı değiştiricilerinde, akışkan tarafındaki ısı taşınım katsayısı yüksektir, bu nedenle çoğunlukla değişken akıcı tarafı kanat gerektirmez Yüksek basınçlı akışkan çoğunlukla boru içinden akıtılır Pratikte yuvarlak veya oval kesitli boru dışındaki kanatlı yüzeyler ile daha çok karşılaşılır Kanatlar boru ile birlikte imal edilebildiği gibi, daha sonra boru üstüne döküm, kaynak, lehim veya sıkı geçme tekniği ile saptama edilebilir 7
Özellikleri :
– Kompakttır, kompaktlığı 3300 m2m3 değerine kadar ulaşabilir
– Tatbik alanları, baskı santralleri, pervaneli soğutma grupları, taşıt araçları, iklimlendirme ve soğutma tesisatlarıdır
– Isı değiştiricinin kullanılabilme sıcaklığı kanatların boruya saptama şekline bağlıdır
Dezavantajları :
– Kanatların oluşturduğu ek basınç kayıpları göz önüne alınmalıdır
10 GRAFİT ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ (GID)
Grafit, ısı iletim katsayısı yüksek (çeliğin az daha üç katı), korozyona dayanıklı ve işlenmesi kolay bir araç gereç olarak ısı transfer cihazlarında konstrüksiyon malzemesi olarak kullanılır Grafit karoser borulu, kübik ve dikdörtgen, multiblok ve kartuş tipi edinmek üzere 4 tipte yapılabilir
Özellikleri :
– En Fazla basınç, ısı değiştirici tipine göre değişir:
Gövde borulu müşteri: 6 bar
Kübik ve dikdörtgen herif: 52 bar
Multiblok tip: 6 bar
Kartuş tip: 6 bar
– En Fazla sıcaklık 180 0C ’dir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, ısı değiştirici tipine göre değişir:
Ceset borulu herif: 161650 m2
Kübik ve dikdörtgen müşteri: 065153 m2
Multiblok müşteri: 022240 m2
Kartuş alıcı: 016186 m2
Avantajları :
– Mükemmel korozyon direncine sahiptir
– Kirlenme eğilimi düşüktür
Dezavantajları :
– Sıcaklık ve basınç sınırlamalarına sahiptir
– Grafit gövdeborulu ve multiblok tipler hariç, diğerlerinin kapasiteleri sınırlıdır
11 Hava soğutmalı ısı değiştiricileri (HSID)
Hava soğutmalı ısı değiştiricileri, çevre havasının boruların dışından aktığı, boruların içinden akan akışkanı yoğuşturmak veveya soğutmak için kullanılan borusal ısı değiştiricileridir
Özellikleri :
– Boru (proses) tarafındaki tipik basınç 350 bar ’dır (mutlak), özel dizaynlarla daha yüksek değerler elde etmek mümkündür
– En Fazla sıcaklık 600 0C ’dir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, demet başına 5350 m2 arasında değişir (çıplak boruya dayanmaktadır)
– Değişken bakımından sadece konstrüksiyon malzemesi sınırlaması vardır
– Isı atma sistemidir
Avantajları :
– Hava daima mevcuttur
– Bakım maliyetleri, olağan olarak su soğutmalı sistemlerden daha azdır
– Gücün kesilmesi durumunda, doğal konveksiyon ile bir miktar ısı transfer edebilirler
– Hava tarafındaki basınç, daima atmosfer basıncına yakın olduğundan, mekanik dizayn adi olarak daha basittir
– Hava tarafındaki kirlenme adi olarak ihmalkârlık edilebilir
– Epeyce standart dizayn ve kanatçıklara sahiptir
Dezavantajları :
– Şamata problemi vardır Az şamatalı fanlar bu problemi azaltır ama bu, fan verimi ve buna tabi olarak daha yüksek enerji maliyetleri pahasına gerçekleşir
– Soğuk havadan korunmak için özel özellikler gerektirebilir
– Soğutma kulesi kadar düşük sıcaklığa soğutamaz
12 Isı borulu ısı değiştiricileri (IBID)
Isı borusu, vakum prosesi uygulanmış, iç yüzeyleri gözenekli kılcal fitil ile kaplanmış kapalı boru ya da ayrı şekilli odalardır Isı borusunun temel elemanları; kapalı bir kap, egzersiz akışkanı ve gözenekli kılcal fitildir Isı borusunun bir ucu evaporatör, öteki ucu kondenser olarak işlev görür Çalışma akışkanı, evaporatörde dış ısı kaynağından alınan ısı vasıtasıyla buharlaşarak kondensere akar Kondenserde, alıştırma akışkanı bakımlı ısısını dış soğuk ortama vererek yoğuşur Kondensat kılcal hareket yardımıyla fitil her tarafında evaporatöre geri döner Bu Nedenle ısı borusu, buharlaşma gizli ısısını evaparatör kısmından kondenser kısmına durmadan aktarma eden bir ısı değiştiricidir
Özellikleri :
– En Fazla basınç: 40 bar
– Sıcaklık aralığı: (1000C) ile (+400 0C) aralarında değişir Özel ısı borusu alıştırma akışkanları ile daha yüksek sıcaklıklara çıkılabilir
– Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, 1001000 m2 aralarında değişir
– Düşük basınçta büyük hacimli gazlar arasındaki ısı alışverişi için ideal olarak uygundur
– Elektrikelektronik cihazlardan ısı atılması, köprüler, yollar vs için buzgiderme üniteleri, güneş kollektörleri, ısıtmahavalandırmaiklimlendirme uygulamaları, kurutma ve ısı geri kazanım sistemlerinde uygulama alanı bulmaktadır
Avantajları :
– Hareketli parçaları yoktur, dolayısıyla gürültüsüz çalışır
– Her iki gaz tarafında da genişletilmiş yüzeyler kullanılabilir
– Konstrüksiyonel olarak basittir
– Son derece iyi esnekliğe sahiptir
– Son derece düşük sıcaklık düşümüyle önemli mesafeye yüksek miktarda ısı aktarma kabiliyetine sahiptir
– Denetleme edilebilirliği iyidir
– Dış pompa gücü gerektirmez
Dezavantajları :
– Düşük basınçlı gazlar için uygundur
13 rejeneratörler
Rejeneratörlerde, ısı önce sıcak sıvı göre bir ortamda ambar edilir, sonra soğuk akışkana verilir Isı geçişi dolaylıdır Rejeneratör içerisinde ısının depolandığı gözenekli elemanlara “dolgu maddesi veya “matris adı verilir Pratik Olarak, “dönen, “değişmez dolgu maddeli ve “paket yataklı almak üzere 3 grup rejeneratör vardır
Özellikleri :
– Basıncı, atmosfer basıncı civarındadır
– Rotoru, alüminyum, çelik, paslanmaz çelik ya da Incoloy ’dan yapılabilir
– Sıcaklık alüminyum rotorlarda 200 0C, çelik rotorlarda 425 0C, paslanmaz çelik ya da Incoloy rotorlarda 980 0C ’ye çıkabilir
Avantajları :
– Kompaktlık koskocoman değerlere çıkabilir
– Diğer ısı değiştiricilerine kadar ilk yatırım maliyeti daha azdır
– Sistemin kendi kendini temizleme özelliği vardır
Dezavantajları :
– Sıcak ve soğuk akımlar aralarında daima bir miktar firari vardır
– Başvuru alanı, yüksek sıcaklıkta olsa bile düşük basınçlı gazlar arasındaki ısı değişimi ile sınırlıdır
– Akışkanlar birbirine tesir edebiliyorsa bu tip ısı değiştiricileri kuşkusuz kullanılmaz
Bu kısımda anlatılan ısı değiştiricileri bütün ısı değiştiricileri tiplerini kapsamamaktadır Örneğin bunların dışında, kabartmalı panel, sırça, teflon, bobinli boru, gazgaz ile gazistikrarsız uygulamaları için geliştirilmiş özel ısı değiştiricileri de bulunmaktadır Bu kısmın amacı, fazla sayıda ısı değiştirici tipi olduğunu kullanmak, daha yaygın olarak kullanılan ısı değiştirici tipleri ve özellikleri hakkında data verip, ısı değiştirici seçiminin fazla kayda değer ve özenle yapılması gereken bir konu olduğunu vurgulamaktır
Isı değiştirici tipini seçerken dikkate alınması gereken faktörler
Bu kısımda, ısı değiştirici tipini seçerken dikkate alınması gereken faktörler enine boyuna incelenecektir
1 KONSTRÜKSİYON MALZEMELERİ
Isı değiştirici için kullanılabilecek fazla dağıtılmış konstrüksiyon malzemesi seçeneği vardır Bunlardan bazıları gelişen maliyet sırasına göre altında verilmiştir 8:
a Çelik
b Paslanmaz çelik
c Titanyum
d Zikronyum
e Nikel alaşımları
f TFE ve PVDF plastikleri
g Grafit
h Kolumbiyum
i Tantalyum
Isı değiştirici için araç gereç, ekonomi ve performansın birlikte en iyi olması temeline ast olarak seçilir Orijinal aygıt maliyeti, cihazın beklenen ömrü ve bakım maliyetlerine rağmen dengelenmelidir Korozyon dikkate alındığında, kısa süreli prosesler hariç olmak üzere, yumuşak çelik ısı değiştiricilerinden kaçınılmalıdır Atmosfer ve çözeltilerin korozif etkilerinin düşük olduğu birçok sistemlerde 316 paslanmaz çelik kadar ekstra korunma, bayağı maliyetle sağlanabilir 316 paslanmaz çelik ısı değiştiricileri büyüyen ömür ve eksilen bakım dolayısıyla birincil maliyetinin daha fazlasını karşılar Daha korozif uygulamalarda, malzeme seçimi çok daha manâlı olur Bazı malzeme seçimleri basit ve açıktır; mesela kostik maddeler için paslanmaz çelik seçilir Bazı öteki seçimler daha az açıktır ve genel olarak deneyime dayanan tercihi gösterirler Bu durumda, korozyon tabloları malzeme seçiminde tezgâhtar olabilir Hakiki koşullara ait özellikler için bunlar da yeterli olmaz ise ısı değiştirici malzemesi seçimi için kimyasal firmaların hazırladığı rehber ölçütler kullanılabilir 8
Borusal ısı değiştiricileri korozyona dirençli olan herhangi bir malzemeden üretim edilebilir Kompakt ısı değiştiricilerinin (contalı plakalı, spiral ve lamelli ısı değiştiricileri) imalatı ise preslenebilen (plakalı) veya kaynak edilebilen (spiral ve lamelli) malzemeler ile sınırlıdır 1
Benzer ısıl görevler için borusal ısı değiştiricileri olağan olarak kompakt tiplerden daha pozitif malzeme gerektirirler Kaynaklı ısı değiştiricileri (borusal, spiral ve lamelli) plakalı ısı değiştiricilerinden imalat bakımından daha fazla işçilik gerektirir, lakin plakalı ısı değiştiricilerinin imalatı için büyük yatırım maliyeti gerekir Bağıl olarak fiyatı yüksek konstrüksiyon malzemesi gerektiği zaman, kompakt tipler için bilhassa plakalı ısı değiştiriciler için olan ilk maliyetler, borusal tipler için olan maliyetlerden oldukça yüksektir Kompakt tiplerin birim alanı başına maliyeti borusal tiplerden daha yüksektir, ama artan verim ve bunun sonucunda oluşan daha minik bölge gereksinimi, bu maliyetten daha fazlasını karşılayabilir 1
2 Basınç ve sıcaklık
Borusal ısı değiştiricileri, pratikte kullanılan yaklaşık olarak her basınç ve sıcaklığa göre tasarı edilirler Ekstrem durumlarda, malzeme kalınlığı ile ilişkili imalat problemleri ve baştan ünitenin ağırlığı bakımından sınırlamalar olabilir 1, 2
Kompakt ısı değiştiricileri, kesit alanında ani başkalaşım olmayan ince malzemelerden üretim edilirler İnce malzemelerin kullanılması, bu tiplerin çalışma basınç ve sıcaklıklarını sınırlar; lakin mekanik arızaya yol açan titreme, yorulma ve ısıl etkiler yoktur 1
Birçok ısı değiştirici tipleri yalnızca düşük basınçlarda kullanılabilir ve basıncın çok yüksek olduğu özel uygulamalarda bu tipler hemen seçimin dışına atılabilir Yeniden birçok ısı değiştirici tipleri yalnızca sınırlı sıcaklık aralığında çalışabilir ve bu kaide birçok tiplerin seçilmemesini gerektirir Eğer egzersiz basıncı 30 bar ’ın aşağı ve çalışma sıcaklığı 200 oC ’nin aşağı ise defalarca plakalıtip ısı değiştiricilere, bilhassa contalıplakalı alıcı ısı değiştiriciye öncelik verilmelidir Daha yüksek basınç ve sıcaklıklarda ise karoser borulu ısı değiştirici, kaynaklı plakalı ısı değiştirici ve çift borulu ısı değiştirici arasından seçim yapılmalıdır Ufak kapasiteli, yüksekbasınçlı uygulamalar için bilhassa çiftborulu ısı değiştirici yerinde olabilir 3
3 PERFORMANS PARAMETRELERİ
Performans parametreleri; istikrarsız antre ve çıkış sıcaklıkları, debiler ve basınç düşümü gibi parametrelerden oluşmaktadır Değiştirilecek ısı miktarı, akıcı giriş ve çıkış sıcaklıkları ve müsaade edilen basınç düşümü (ya da pompa gücü) çoğunlukla genel proses optimizasyonunun sonucu olarak belirlenir Seçilen her hangi bir ısı değiştirici bu gereksinimleri karşılama kapasitesinde olmalıdır 6
Isıl Uzunluk :
Isıl uzunluk (q ), veya ısı aktarma bölüm sayısı (HTU), ısı değiştiricinin performansının ölçüsü olan yardımcı bir kriterdir Tek fazlı akış taşıyan bir ısı değiştiricisi için ısıl uzunluk, bir akışkandaki sıcaklık değişiminin
, akışkanlar arasındaki sıradan sıcaklık farkına oranı olarak tanımlanır 1; yani:
Susu akışına sahip borusal bir ısı değiştiricide orta seviyede bir basınç düşümünde, neredeyse “05 HTUgeçiş değeri elde edilecektir Kompakt ısı değiştiricileri, özellikle plakalı alıcı, “ısıl olarak uzun kanallara sahiptir ve q değerleri “4 HTUgeçiş değerine kadar yükselmektedir 1
Akım :
Akım, ısı değiştirici tipinin seçimini etkileyen önemli bir parametredir Debinin sınırlanmasını etkileyen parametreler, kanal akıntı alanı ve müsaade edilen basınç düşümüdür Basınç düşümünün 20 kPa olduğu durumda, ticari olarak mevcut olan bir takım ısı değiştiriciler için sınırlayıcı hacimsel istikrarsız debi değerleri aşağıda verilmiştir 1:
Borusal ısı değiştiricileri : Sınırsız
Plakalı ısı değiştiricileri : 2000 m3h
Spiral ısı değiştiricileri
1 herif (her 2 tarafta spiral sızıntı) : 400 m3h
2 herif (bir tarafta çapraz sızıntı) : 8000 m3h
Lamelli ısı değiştiricileri : 4000 m3h
Suyun dışındaki diğer akışkanlar ya da ayrı basınç düşümleri için, hacimsel akım, bu değerlerden epeyce çeşitlilik gösterir
Basınç Düşümü :
Basınç düşümü, ısı değiştirici dizaynında önemlidir ve ısı transferi için ödenen bedeldir Basınç düşümü sınırlamaları, hesaplı (pompalama maliyetleri) nedenler ya da proses sınırlamaları kadar belirlenir Idareli tasarı için, herhangi belirlenen basınç düşümü sınırlamalarına tamamıyla uyulmalıdır 1 Proses dizayn edici göre, ısı değiştirici için basınç düşümü belirlenirken dikkat gösterilmelidir Bazen belli olan basınç düşümü sahiden proses gereksinimleri tarafından belirlenirken, fakat daha pozitif genelde, proses dizayn edicinin belirlemesi oldukça keyfi temelde olabilir Basınç düşümünün, dizaynın ekonomisi üzerinde kuvvetli etkisi olduğundan, tasarı edici kadar belirlenen basınç düşümü sorgulamadan kabul edilmesi gereken değer olarak düşünülmemelidir 6
Verimsiz basınç düşümünden kaçınılmalıdır; antre, çıkış ve dönüşdirsek kayıpları minimize edilmeli ve ufak boru tarafı geçiş sayısı kullanılmalıdır Plakalı ısı değiştiricileri geçiş başına öteki tiplerden daha yüksek q değerleri (ısı aktarma bölüm sayısı) geliştirebilirler
Özgül basınç düşümü (Je) şu şekilde tanımlanır 1:
Sıradan işletmemaliyet parametreleri (faiz oranı, küçültme, elektrik maliyetleri) için, optimal genel ekonomi, konstrüksiyon malzemesine tabi olarak, özgül basınç düşümü (Je), 20100 kPaHTU aralığında olduğunda elde edilir Yukarıdaki değerler susu görevleri için verilmiştir; diğer akışkanlar için, Je için olan optimal değerinde oldukça yüksektir
Sıcaklık Geçişi :
Isı değiştiricisinde sıcaklık geçişinin olması, ısı değiştirici tipinin seçiminde dikkate alınması gereken öteki bir faktördür Soğuk akışkanın ısı değiştiriciden çıkış sıcaklığı, sıcak akışkanın çıkış sıcaklığından artı ise, bu ısı değiştiricide “sıcaklık geçişi vardır denir Eğer sıcaklık geçişi var ise, karşıt akışlı ısı değiştiricilerini göstermek gereklidir Karşıt akıntı yaratıcı üniteler ise, ya bütün karşıt akışlı üniteler ya da seri emrindeki fazla geçişli ünitelerdir Eğer sıcaklık geçişi yok ise, çapraz akışlı ya da karmakarışık akışlı üniteler yeterli olur
4 Kirlenme EĞİLİMLERİ
Kirlenme, sıvıların içinde bulunabilen katı cisimler ve kireçlenme ısı değiştirici seçiminde dikkate alınması gereken kayda değer faktörlerdir Bir akışkanın belirtilmiş bir yüzey tipine kadar kirlenme karakteristiklerine etki eden faktörler şunlardır 1, 2:
a Akışkanın hızı: Isı değiştirici kanal sistemindeki asgari hız, en manâlı etkendir
b Akışkan hızının kayma kuvveti, türbülans ve laminerkatman kalınlığına etkisi
c Yüzey civarında kalma süresi
d Kanallardaki sürat ya da cereyan dağılımı: Tüm kanal bölümlerinde iyi bir sürat veya eğilim dağılımı olmalıdır Eğer aniden fazla kanal var ise farklı alanlara yönlendirilmiş kanallar arasındaki cereyan dağılımının da iyi olması gerekir
Öteki herif ısı değiştiricilerinin kirlenme faktörleri karoser borulu ısı değiştiricilerine göre daha azdır Kirli bir görevin gereklerinin en iyi karşılandığı ısı değiştirici tipi spiral plakalı ısı değiştiricisidir Plakalı ısı değiştiricileri ve lamelli ısı değiştiricileri de kanallarda ve kanal aralarında iyi bir eğilim dağılımı olduğundan ve akımın tümünün türbülanslı olmasından dolayı benekli görevlere iyi harmoni sağlarlar Süspansiyon halinde elyaf içeren sıvılar için çoğunlukla spiral plakalı ısı değiştiricileri en uygun ısı değiştirici tipidir
5 Tetkik, ARITMA, TAMİR VE EK
Proses akımlarının karakteristikleri, temizleme (mekanik ya da kimyasal) ve ünitenin tümünün veya bir kısmının devirli değiştirilmesi için gereksinimleri karşılayacak şekilde dikkatlice incelenmelidir Eğer karoser borulu ısı değiştiricisindeki boru demeti, arıtma ya da değiştirilme için sökülecek ise, tatmin edici yer hacmi mevcut olmalı ve gerekli cihazların ısı değiştiricisine girişi ve çıkışı göz önüne alınmalıdır Eğer proses koşullarının değişimleri olasıysa, modifikasyon kolaylığı, ayrıca kayda değer etken olabilir 6
Göz önüne alınması gereken öteki bir etken, arıza sonucu akışkanların birbirine karışması veveya sızıntı yapmasıdır Fazla zehirleyici ve tutuşabilir akışkanlar için, arıza fazla pozitif kayda değer olabilir ve bu, ısı değiştirici tipini seçmeye karar verirken genelde önemli etmen olabilir Lamelli ve spiral ısı değiştiriciler akışkanların birbirine karışma olasılığını minimize eder Zehirli akışkanların kullanılacağı yerlerde, dış bağlantılara özel uyarı gösterilmelidir, çünkü bu bağlantıların yüksek bütünlük sağlaması gerekir
Tablo 1 ’de çeşitli ısı değiştiricilerinin muayene, temizleme, tamir ve ek bakımından uygunluk dereceleri karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir Bu kıyas göreceli ve yaklaşıktır; çünkü bir takım ısı değiştiricileri dizayn bakımından epeyce esneklik gösterirler Örneğin, spiral ısı değiştiricileri, kanal genişliği 525 mm aralığında hem saplamalı veya saplamasız olarak imal edilebilir 1
Tablo 1 Çeşitli Isı Değiştiricilerinin Tetkik, Temizleme, Tamir ve Ilave Bakımından Intibak Dereceleri 1
ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPİ
PLAKALI
SPİRAL
LAMELLİ
BORUSAL
Bir tarafta
Çİ
KE
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
ZYF
KEİMKSZ
Bir tarafta
KE
ÇİKE
Çİ
Çİ
İki tarafta
KE
ÇİKE
Çİ
Çİ
Bir tarafta
Çİ
ÇİZYF
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
İMKSZ
KEİMKSZ
Bir tarafta
Çİ
Çİ
KE
KE
İki tarafta
Çİ
Çİ
KE
KEZYF
Bir tarafta
Çİ
KEZYF
KE
KE
İki tarafta
Çİ
KEİMKSZ
İMKSZ
KEİMKSZ
Ek
Çİ
İMKSZ
İMKSZ
İMKSZ
Tamir
Çİ
ZYF
ZYF
KE
Çİ : ÇOK IYI KE : MAKUL ZYF : Zayıf İMKSZ : İmkansız
6 AkışkanlarIN TİPLERİ VE FAZLARI
Burada başlıca manâlı olan, istikrarsız ve konstrüksiyon malzemeleri arasındaki uyumdur Eğer akışkanların korozyon karakteristikleri özellikle önemliyse, grafit, sırça veya teflon gibi korozyon direnci yüksek ısı değiştiricilerini seçmek düşünülmelidir Bu ısı değiştiricilerin basınç, sıcaklık ve kapasite sınırlamaları olduğu için yüksek korozyon karakteristikleri nedeniyle bu ısı değiştiricileri seçerken bu sınırlamalara dikkatli olmak gereklidir Örneğin contalı plakalı ısı değiştiricilerinde, akışkanla düzen sağlayacak conta malzemesi bulmak muhtemel olmayabilir Eğer yerinde plaka ve conta malzemeleri var ise hem contalıplakalı tip ısı değiştiricilerini göstermek da düşünülebilir
Seçilen ısı değiştiricisinin konstrüksiyon malzemeleri, akışkanlarla aşırı korozyon oluşturmamalıdır Kirlenmeye olan eğilim epeyce dikkatli bir şekilde değerlendirilmeli ve ısı değiştiricisi kirlenmeyi dikkate alarak, gerekli vakit çalışabilecek kapasitede olacak şekilde seçilmelidir Isı değiştiricisi, istikrarsız basınç ve sıcaklık farkları (ısıl gerilmeler) nedeniyle oluşacak gerilmelere dayanacak şekilde tasarı ve üretim edilme kapasitesinde olmalıdır Tablo 2 ’de çeşitli uygulamalar için yerinde ısı değiştirici tipinin seçimine ait bir takım genel noktalar kısaca verilmiştir 2
Tablo 2 Çeşitli Uygulamalar İçin Yerinde Isı Değiştirici Tipinin Seçimine Ait Bir Takım Genel Noktalar 2
Isı transfer görevi
Görüşler
Viskoz olmayan bir akışkan ile viskoz olmayan diğer bir sıvı halinde
minimum yüzey gerektiren değiştiriciler PID ’dir Korozif sıvılar halinde asbestos contalı bir PID ya da SID yahut LID tiplerini kullanınız Fazla yüksek hacimsel cereyan debileri, basınç ya da sıcaklıklar halinde ceset borulu tipleri kullanınız
Viskoz olmayan bir sıvı ile buhar halinde
Karbon çeliği ya da bakır alaşımı uygunsa bir beden borulu tip ekonomik olabilir Eğer paslanmaz çelik ya da yüksek alaşımlı malzemeler zorunlu ise bir SID ya da LID kullanınız Sağlık ya da elle temizleme sebeplerinden dolayı bir PID kullanınız
Viskoz bir akıcı ile su ya da buhar halinde
Bir beden borulu alıcı kullanıldığında genellikle birincil masraflar azdır, ama birçok vakit öteki sebeplerden dolayı bir PID veya SID ‘nin daha idareli olduğu düşünülebilir
Viskoz bir değişken ile öteki viskoz bir istikrarsız halinde
PID ’ler en verimli tiptir; bilhassa Newtonien olmayan sıvılar halinde Viskozite çok büyük ise (100000 cSt) bir SID kullanınız
Isıya karşı alıngan sıvılar halinde
Bu durumda bir PID ihtiyaçları en iyi şekilde karşılar Fakat uzun bir durma süresi söz konusu ise bir SID en iyi çözümdür
Havanın ısıtılması ya da soğutulması hali
Genelde havaya açık cepheli kolay ısı değiştiricileri kullanılır Kanatlı borular takılabilir
Gaz (hava) ile gaz (hava) hali
Çoğu vakit en iyi çözüm bir LID ’dır Bir taraftaki basınç düşüşü öteki taraftakine göre fazla artı olduğu hallerde kanatlı borulu bir beden borulu tip ısı değiştirici ikinci ve daha iyi bir alternatiftir
Dondurma uygulamalarında gaz yoğuşumu
Çok düşük sıcaklıklar için genellikle yığma plakalı bir SID veya LID en iyi çözümü verirler Sağlk açısından ince alüminyum kullanılabilir
Buhar yoğuşumu
Eğer karbonlu çelik kullanılabilirse vücut borulu müşteri tercih edilmelidir Paslanmaz çelik ya da yüksek bir alaşım gerekli ise bu durumda çapraz akımlı bir SID veya LID en iyi çözümü verir Arıtma ve sağlık sebeplerinden nedeniyle kutu tipi bir PID kullanılabilir
Gazbuhar karışımı yoğuşumu
Bilhassa bu durumlar için üretilmiş SID ’lerin kayıtlı tiplerini kullanınız
Damıtma, buharlaşma ve akışkan gazını alma tesisleri için ısı değiştiricileri
Saflaştırma kuleleri için modern ısı değiştiricileri çok uygundur Kaynatıcılar içi bir SID, LID veya zorlanmış sirkülasyonlu PID düşünülebilir Sıradan ısıtma ve soğutma için bir PID en iyi seçimdir, alternatif olarak bir SID kullanılabilir
Soğutma suyu
Kapalı bir devrede soğutma suyu en iyi bir şekilde paslanmaz çelik PID veya titan plakalar ya da hava soğutucuları ile soğutulur
Yüksek sıcaklıktaki uygulamalar
Özel sipariş ısı değiştiricileri Hızlı ısıl çevrimi haiz bir takım yüksek sıcaklıktaki uygulamalar için KBTID ’ler uygundur
7 Isı değiştiricinin boyutu
Isı değiştiricinin boyutuyla ilgili temel prensip, “seçilen ısı değiştiricinin boyutu, fazla sayıda paralel üniteye sahip olmayacak şekilde gereksinim duyulan görevi karşılayacak yerinde boyutta olmalıdır biçiminde ifade edilebilir Çünkü çok sayıda paralel ünitenin kullanılması durumunda akış yayılma problemleri oluşma olasılığı olduğu gibi fiyatı yüksek boru hattı ve vanaların kullanılması gerekebilir
Yukarıda açıklanmış prensiplerin yanına, eğer ısı değiştiricinin kullanılacağı yerde “yer problemi var ise, ilave kurulum maliyetleri oluşturmasına rağmen, çeşitli ısı değiştiricilerini paralel bağlayarak, bu maksimum boyut sınırlaması probleminin üstesinden gelmek tekrar tekrar mümkündür Boru donanımında ekstra maliyetler oluşturmasının yanına, çoklu ünitenin kullanımı ara sıra paralel üniteler aralarında sızıntı yayılma problemlerine yol açabilir
8 Bulunabilirlik
Bulunabilirlik, ısı değiştirici tipinin seçiminde önemli bir parametredir Özel ısı değiştiricilerini sağlayabilecek firma sayısı azdır, teslim süreleri uzundur ve bu ısı değiştiricileri uzmanlar tarafından tamir edilmelidir bu nedenle, eğer özel dizayn gerektiren bir ısı değiştirici seçilecek ise, bu ısı değiştiricinin dizayn ve imalatı için gerekli süre dikkate alınmalıdır Bu şart, çoğunlukla standart dizaynlara sahip olan ısı değiştirici tipinin seçilmesini zorunlu kılabilir böylece birincil seçimde bulunabilirlik faktörü itinalı bir şekilde göz önünde tutulmalıdır
9 Idareli faktörler
Eğer yukarıdaki maddelerde belirtilen gereksinimleri, çeşitli tip ısı değiştiricileri karşılıyorsa, son tercih ekonomi temelinde olmalıdır Isı değiştirici tipinin seçiminde maliyet fazla manâlı bir faktördür Isı değiştiricilerin toplam maliyeti, yatırım, montaj ve işletme maliyetinden oluşmaktadır en az yatırım maliyetine sahip olan ısı değiştirici tipi serviste önemli problemler oluşturabilir ve işletme maliyeti yüksek olabilir Her bir durum ayrı ayrı irdelenmelidir Sabit basınç düşümü (pompa gücü) için başlıca ekonomik faktör, yatırım maliyeti olacaktır Fakat tasarı parametrelerinin seçiminde geniş bir aralık olduğu durumlarda, pompa gücü ile yatırım maliyeti arasında bir ilişki olduğuna uyarı edilmeli ve bu şart şüphesiz gözden kaçırılmamalıdır Ayrıca montaj maliyetleri de çok manâlı olabilir 6 Karar verilmeden önce değişik ısı değiştirici tipi ve maliyet alternatiflerini göz önüne elde etmek gerekli olabilir
BIRINCIL SEÇIM
Birincil seçim; 3 kısımda kayıtlı alıştırma basıncı ve sıcaklığı, akışkanaraç gereç uyumu, kirlenme, bulunabilirlik vs gibi kriterler (birincil 8 madde) dikkate alınarak uygun olmayan ısı değiştiricilerin belirlenip bunların reddedilmesi anlamına gelir Bu kriterleri dikkate alarak seçim yaparken, 2 kısımda verilen ısı değiştiricilerin özellikleri, avantajları ve dezavantajları ile ilişkili bilgiler, özenli bir şekilde incelenmelidir Ilk seçimde göz önüne alınması gereken genel ilkeler şu şekilde özetlenebilir 5, 12:
a Borular ve silindirler plakalardan daha yüksek basınçlara dayanabilirler
b Basınç sınırlamaları takriben 30 barın üstündeki ve vakumdaki uygulamalar için plakalı ısı değiştiricilerinin seçilmemesini gerektirir
c 200 0C ’nin üstündeki sıcaklıklarda, conta malzemesi sınırlaması nedeniyle plakalı ısı değiştiricileri kullanılamaz
d Kirlenme ve arıtma açısından plakalı kanatlı ısı değiştiricilerinin kullanılmaması gerekebilir
e Düşük basınç sınırları, vücut borulu ve hava soğutmalı ısı değiştiricileri (boru tarafı) hariç birçok ısı değiştirici tiplerinin seçimin dışına atılmasını gerektirir
f Eğer ısı değiştirici pat diye pozitif malzemeden üretim edilebiliyorsa, ekstrem sıcaklıklar veya korozif akışkanlarla harmoni sağlayacak metali bulabilmek olası olmaktadır
g Fazla özel ısı değiştiricileri sağlayabilecek firma sayısı azdır, teslim süreleri uzundur ve bu ısı değiştiricileri uzmanlar göre tamir edilmelidir bu nedenle birincil seçimde bulunabilirlik faktörü itinalı bir şekilde göz önünde tutulmalıdır
Isı değiştiricinin ilk seçiminde kullanılabilecek kriterler, Tablo 3 ’de “Isı Değiştirici Seçim Kriterleri başlığı aşağıda kısaca verilmiştir Bu tabloda, ısı değiştirici tipleri, dayanabilecekleri en fazla sıcaklık ve basınç, tek bir ünite için yüzey alanı ve ısı değiştiricilerin kompaktlığı, bakım kolaylığı, korozyon riski, sızıntı riski vs gibi özellikleri verilmiştir Bu tablo, en yaygın kullanılan ısı değiştirici tiplerini kapsamaktadır Tablo incelendiğinde, en düşük “1, olasılıkla de “1 ’den pozitif ısı değiştirici tiplerinin özel bir uygulama için yerinde olduğu ortaya çıkar Yukarıdaki kriterler dikkate alınıp birincil seçim yapılırken bocalama oluşması durumunda, bu ısı değiştirici seçime dahil edilmeli ve son tercih kriterleri kullanılarak değer biçme yapılmalıdır
FİZİBİL ISI DEĞİŞTİRİCİ TİPLERİ ARASINDA TERCIH (SON SEÇIM)
Ilk tercih yapıldıktan daha sonra birden pozitif ısı değiştiricinin fizibil olduğu bulunabilir Son tercih, ilk seçimde yerinde olduğu belirlenen ısı değiştirici tipleri aralarında maliyetler açısından en yerinde olan ısı değiştirici tipinin belirlenmesidir bu nedenle, Tablo 3 ve öteki ilgili kaynakları kullanarak özel bir başvuru için “fizibil olan ısı değiştirici tipleri belirlendikten sonra, yapılacak meslek, her bir ısı değiştirici tipinin maliyetlerini incelemektir Isı değiştiricilerin toplam maliyeti 3 maliyetten oluşmaktadır:
a Yatırım maliyeti
b Kurulum maliyeti
c İşletme maliyeti
Seçimde en önemli faktör yatırım maliyetidir Kurulum maliyetleri, kompakt ısı değiştiricileri hariç yatırım maliyetleri değin yüksek olabilir Montaj maliyetleri offshore uygulamalarda çok daha kayda değer olabilir Isı değiştiricilerin maliyetini saptamak için dağıtılmış yöntemler geliştirilmiştir Bu yöntemler, daha fazla yalnızca yatırım maliyetine dayanmaktadır 3, 6, 10, 11
Birincil seçimden sonradan, son değer biçme yapılarak kullanılacak ısı değiştirici tipi belirlendiğinden, son değerlendirmenin nasıl yapılacağı manâlı bir konudur Isı değiştirici tiplerinin son seçimini yaparken kullanılacak değerleme yöntemi özet olarak aşağıda verilmiştir 6:
1 Isıl dengeden
ısı yükü bulunur
2 D T ortalama sıcaklık farkı belirlenir
3 Her bir önerilen konfigürasyon için
oranı hesaplanır Gerekli olan özel ısı yükü için, sıcaklık farkı ayarlama katsayısı (F) değiştiğinden değerleri
değişecektir
4 Her bir ısı değiştirici tipi için verilmiş olan tablolardan,
kullanılarak, sıcak ve soğuk sıvı tipleri ve basınçlarına tarafından “C değerleri okunur “C, WK başına ısı değiştiricinin maliyetini göstermektedir ve birimi “$(WK) dir Icabında, C değerlerinin bulunabilmesi için logaritmik interpolasyon kullanılır C değerleri değişik kaynaklarda verilmektedir 3, 6, 10, 11
5 Her bir konfigürasyonun maliyeti “
ve “C değerleri çarpılarak bulunur:
Maliyet
Kurulum ile pompa maliyet farkları da dikkate alınarak maliyetler karşılaştırılır
6 Eğer bir konfigürasyon diğerlerinden fazla daha iyiyse (örneğin 15 kat gibi), bu tasarı seçilir ve detaylı hesaplamalar yapılır Eğer farklı alanlara yönlendirilmiş dizaynlar adeta aynı maliyetlere sahip iseler, bu durumda, tüm dizaynlar daha ayrıntılı bir şekilde hesaplanmalıdır Bu detaylı hesaplamalar sonucunda, maliyeti en az olan ısı değiştirici tipi seçilir
TABLO 3 ISI DEĞİŞTİRİCİ SEÇIM KRİTERLERİ 3, 4, 5, 6
Isı Değiştirici Tipi
Kıstas
HSID
PID
SID
LID
PKID
ÇBID
GID
GBID
Basınç, (bar)
350(1)
30
20
35 (10)
10 (11)
25 (13)
350 (14)
6
350(17)
Sıcaklık, (oC)
600
(40)(200) (5)
400
220 (10)
500 (11)
(260)(650)
(200)(600)
180
(200)(600)
Tek bir ünite için tipik yüzey alanı, (m2)
5350(2)
11200
05350
11000
1230 m2m3 ’e dek
025200
(16)
101000
Kompaktlık
(3)
*
****
****
**
*****
*
***
*
Mekanik arıtma
**
*****
****
**
*
***
*
***
Kimyasal
temizleme
**
****
****
***
**
***
*****
***
Maliyetm2
**
(6)
****
(8)
***
(12)
**
*****
**
*
**
Bakım kolaylığı
**
*****
****
***
*
***
*
**
Korozyon riski
***
****
****
****
***
****
*****
**
Kirlenme riski
**
*****
****
***
**
***
***
*
Kirlenme etkisi
(4)
*
****
****
**
*
***
**
**
Sızıntı riski
**
(7)
*
(9)
*
**
****
(15)
***
*
(18)
**
Montajdan
sonradan tayin değişikliği
**
****
*
*
***
*
***
*
Sıcaklık geçişi
*
****
****
***
*****
***
***
**
Viskoz akıntı
*
****
****
**
*****
**
****
*
(19)
***
Isıya sağduyu akışkanlar
**
****
****
**
***
**
***
*
Katı akışı
*
**
****
**
*
***
*
*
Gazlar
****
*
***
***
****
****
***
****
Aşama değişimi
****
*
****
***
****
****
***
****
Fazla akışkanlı başkalaşım
***
***
*
**
*****
*
***
**
* : fazla kuvvetsiz, ** : çelimsiz, *** : uygun, ****: iyi, *****:mükemmel
NOTLAR:
(1): Tipik üstteki sınır fakat daha yüksek basınçlar için tasarı mümkün
(2): Paket tip demetler Eğer tatbik yerinde yapı edilirse daha büyük boyutlar mümkün
(3): Sık Sık boru raflarının üstüne ya da yakınlarına monte edilir
(4): Dış taraftaki kirlenme hava akışını azaltabilir ve MTD azalabilir
(5): Sıkıştırılmış asbestos fiberli contalar için 260 oC
(6): Düşük bağıl maliyet demir dışı malzemelere uygulanır
(7): Plaka kenarları kaynakla kaplanabilir ama bu durumda sökülme çok zorlama olur
(8): Bütün metaller için
(9): Bakınız (7)
(10): Çap 300 mm
(11): Çap 1000 mm
(12): Yalnızca demir dışı metaller için geçerli
(13): Kesit alanına yan olarak 80 bar ’a değin mevcut
(14): Tipik üstteki hudut ama daha yüksek basınçlar için dizayn mümkün
(15): Eğer hepsi kaynaklı ise
(16): Beden borulu müşteri: 161650 m2
Kübik ve dikdörtgen müşteri: 065153 m2
Multiblok herif: 022240 m2
Kartuş herif: 016186 m2
(17): Tipik üst hudut fakat çapa tabi olarak daha yüksek basınçlar muhtemel
(18): TEMA tiplerine bağlıdır
(19): Karoser tarafında ısıtılan viskoz akışkanlara uygulanır
KAYNAKLAR
1 Walker, G (1990) Industrial Heat Exchangers: A basic guide, second edition, Hemisphere Publishing Corporation
2 Alfa Laval ’ AB, Isı El Kitabı, Çeviren: Yelman GAZİMİHAL, Makina Mühendisleri Odası, Yayınlama No :74, 103119
3 Saunders, EAD (1988) “Heat ExchangersSelection, Design & Construction, Longman&Scientific Technical, 1160
4 Larowski, A and Taylor, M A, Systematic procedure for selection of heat exchangers Practical Applications of Heat Transfer, I Mech E CONFERENCE PUBLICATIONS 19824, 3762
5 Butterworth Dave, Heat Exchanger Selection AEA TECHNOLOGY Engineering Software, HTFS, 2000
6 Hewitt, G F, Shires, GL and Bott, TR Process Heat Aktarma
7 Genceli, OF (1999) Isı Değiştiricileri, Birsen Yayınevi, İstanbul, 180
8 Leopold R E (2000) Evaluation and Selection of Heat Exchangers Vulcanium Corporation, Northbrook, Illinois
9 Fraas, AP (1989) “Heat Exchanger Design, John Wiley&Sons
10 Engineering Science Veri Unit (ESDU) (1992) Selection and costing of heat exchangers, ESDU, London
11 Hewitt, GF, Guy, AR, and Marsland, RH (1982), Heat transfer equipment, in A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, Linnhoff, B, Townsend, DW, Boland, D, Hewitt, GF, Thomas, BEA, Guy, AR, and Marsland, RH, The Institution of Chemical Engineers, Rugby, England, Chap3
12 Kakaç, S (1996) Heat exchanger design course, Presented beygir Faculty of Engineering, Kasetsart University, BangkokThailand, December 1719