Açık devre soğutma kulelerinde plakalı eşanjör seçimi

Açık devre soğutma kuleleri ile plakalı eşanjörleri akuple (birleşik) çalıştırmak, kapalı devre bir soğutma sistemi ihtiyacını karşılarken, açık kulelerin verimliliğinden faydalanmanın akıllıca bir yoludur. Ancak bu entegrasyonda dikkat edilmesi gereken bazı önemli noktalar vardır:

1. Sıcaklık Yaklaşımı ve Verimlilik Kaybı (Delta T)

• Açık Devre Kulesi Performansı: Açık devre soğutma kuleleri, suyu ortam yaş termometre sıcaklığına yaklaştırarak soğutur. İstanbul'un Ağustos ayındaki 24.2°C'lik yaş termometre değeriyle, kule çıkışında 27-29°C civarında soğuk su elde edilebilir.
• Eşanjörün Etkisi: Bu soğuk su, plakalı eşanjörün birincil devresine girer. Eşanjör, iki akışkan arasında ısı transferi yaparken mutlaka bir sıcaklık yaklaşımı (delta T) gerektirir. Eşanjörün büyüklüğü, plaka sayısı, akış düzeni ve kirlilik durumu bu yaklaşımı etkiler.
• Proses Suyu Sıcaklığı: Genellikle, plakalı eşanjörlerdeki bu sıcaklık yaklaşımı nedeniyle ortalama 3°C'lik bir kayıp yaşanır. Bu durumda, soğutma kulesinden 27-29°C gelen su ile eşanjörden çıkan proses suyu sıcaklığı 30-32°C civarında olacaktır. Prosesinizin ihtiyaç duyduğu sıcaklık bu aralıkta mı? Bu kayıp, sistem tasarımında dikkate alınmalıdır.

2. Kirlenme (Fouling) ve Filtrasyon

Açık devre soğutma kuleleri, atmosferle doğrudan temas ettikleri için su içerisinde askıda katı maddeler, toz, biyolojik oluşumlar (yosun, bakteri) ve çözünmüş mineraller bulundurur. Bu kirleticiler, plakalı eşanjörün hassas kanallarında tıkanmalara ve kirlenmeye (fouling) yol açabilir.

• Plaka Aralığı Seçimi: Plakalı eşanjör seçerken, soğutma kulesi tarafından gelen suya uygun, daha geniş plaka aralıklarına sahip modelleri tercih etmek tıkanma riskini azaltır.
• Etkili Filtrasyon: Soğutma kulesi çıkışına ve eşanjör girişine mutlaka uygun kapasitede ve mikron hassasiyetinde bir filtre eklenmelidir. Otomatik geri yıkamalı filtreler, sürekli ve verimli çalışmayı destekler.
• Düzenli Temizlik ve Bakım: Eşanjör plakaları, periyodik olarak sökülüp temizlenebilir. Kirlenme, ısı transfer verimini düşürür ve enerji tüketimini artırır. Bakım kolaylığı sağlayan modeller tercih edilmeli ve eşanjörün temizliği için bypass hatları düşünülmelidir.

3. Korozyon ve Malzeme Seçimi

Soğutma kulesi suyu, içerdiği kimyasallar ve oksijen nedeniyle korozyona neden olabilir. Plakalı eşanjörün ömrü için malzeme seçimi kritik öneme sahiptir.

• Plaka Malzemesi: Soğutma kulesi suyu ile temas edecek eşanjör plakaları için suya ve kimyasal şartlandırmaya uygun paslanmaz çelik (örneğin AISI 316, SMO 254) veya daha agresif koşullar için titanyum gibi malzemeler düşünülmelidir.
• Conta Malzemesi: Plakalar arasındaki sızdırmazlığı sağlayan contaların da kule suyundaki kimyasallara ve çalışma sıcaklığına dayanıklı olması gerekir (örneğin NBR, EPDM).
• Su Şartlandırma: Kule suyunda doğru kimyasal dozajlama ve korozyon inhibitörleri kullanmak, eşanjörün korunması için olmazsa olmazdır.

4. Basınç Düşümü ve Pompa Seçimi

Plakalı eşanjör, sistemde ek bir basınç düşümüne neden olur. Bu durum, soğutma kulesi pompası veya ek bir eşanjör devresi pompası seçimini etkiler.

• Hesaplama: Eşanjörün debi, sıcaklık ve plaka yapısına göre oluşacak basınç düşümü doğru hesaplanmalıdır.
• Pompa Kapasitesi: Bu basınca karşı yeterli basma yüksekliği sağlayacak ve istenen debiyi geçirecek uygun pompa seçimi yapılmalıdır. Aşırı basınç düşümü, enerji tüketimini artırır.

5. Bypass Hatları ve Enstrümantasyon

• Bypass Hatları: Eşanjörün bakımı veya onarımı sırasında sistemin durmaması için eşanjör üzerinde bypass hatları bulunmalıdır. Bu sayede eşanjör devreden çıkarılırken, proses geçici olarak direkt soğutma kulesi suyuna yönlendirilebilir (ancak bu durumda proses suyu kirlilik riski taşır).
• Kirlenmeyi Giderme (Ters Yıkama): Eşanjörün kule tarafındaki normal çevrim yönüne ters bir by-pass hattı konularak ve by-pass çıkışına bir tahliye vanası eklenerek, periyodik olarak ters dönüşle yıkama yapılabilir. Bu yöntem sayesinde, plakalar üzerinde birikmeye başlayan olası kirlilikler taşlaşmadan %70-90 oranında uzaklaştırılarak eşanjörün temizliği ve verimi korunabilir.
• Eşanjör dizaynında dikkat edilmesi gereken akışkanların plaka yüzeyine düzgün dağılımının sağlayacak plaka yapısı seçilip prosesin izin verdiği basınç kayıplarını gözeterek yüksek türbülans yaratıp verimli ısı transferi sağlamak için uygun plaka yapıları seçilmelidir, yüksek türbülatif akış aynı zamanda süpürme etkisi ile kendi kendini temizleyen bir yapıda seçilerek kirlenme sürelerini ciddi oranda uzatacaktır.
• Enstrümantasyon: Eşanjörün giriş ve çıkış sıcaklıkları, basınçları ve akış hızı gibi parametrelerin izlenmesi için termometreler, manometreler ve debimetreler kurulmalıdır. Bu, eşanjörün verimliliğini takip etmek ve olası tıkanma/kirlenme durumlarını erken tespit etmek için önemlidir.

Açık devre soğutma kulesi ile plakalı eşanjör kombinasyonu, kapalı devre sistemlerin güvenliğini ve temizliğini sağlarken, açık devre kulelerin yüksek soğutma verimliliğinden faydalanmanın ekonomik bir yoludur. Ancak optimum performans ve uzun ömür için yukarıdaki teknik detaylara dikkat etmek büyük önem taşır.