Amonyaklı Soğutma Sistemleri için Uygun Plakalı Eşanjör Tipleri

Amonyak (R717), endüstriyel soğutma uygulamalarında onlarca yıldır güvenle kullanılan, yüksek verimli ve çevre dostu bir soğutucu akışkandır. Özellikle büyük ölçekli soğuk hava depoları, gıda işleme tesisleri, buz pistleri ve kimya endüstrisi gibi geniş bir yelpazede tercih edilir. Amonyağın mükemmel termodinamik özelliklerine karşın, toksik ve belirli konsantrasyonlarda yanıcı olması, sistem tasarımında özel önlemler ve doğru ekipman seçimini zorunlu kılar. Bu ekipmanların başında ise ısı transferinin kalbi olan eşanjörler gelir. Geleneksel borulu tip eşanjörlere kıyasla Plakalı Eşanjör modelleri, amonyaklı sistemlerde kompakt yapıları, yüksek ısı transfer katsayıları ve esneklikleri sayesinde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Ancak amonyağın özel kimyasal yapısı, her plakalı eşanjör tipinin bu sistemler için uygun olmadığı anlamına gelir.

Bu makalede, amonyaklı soğutma sistemlerinin özelliklerini, amonyakla uyumlu malzeme seçiminin önemini ve bu sistemler için hangi tip Plakalı Eşanjör modellerinin uygun olduğunu teknik detaylarıyla inceleyeceğiz.

Amonyaklı Soğutma Sistemlerinin Temel Özellikleri

Amonyaklı soğutma sistemleri, diğer soğutucu akışkanlara göre birçok avantaja sahiptir. Bu avantajlar, onu endüstriyel uygulamalarda popüler bir seçenek haline getirir.

• Yüksek Enerji Verimliliği: Amonyak, latent (gizli) ısı değeri yüksek bir akışkandır. Bu, buharlaşma ve yoğuşma sırasında birim kütle başına büyük miktarda ısı transferi yapabilmesi anlamına gelir, bu da sistem verimliliğini artırır.

• Çevre Dostu: Ozon tüketme potansiyeli (ODP) sıfır ve küresel ısınma potansiyeli (GWP) çok düşüktür. Bu özellikleriyle çevreye duyarlı bir seçenektir.

• Düşük Maliyet: Amonyak, diğer sentetik soğutucu akışkanlara göre genellikle daha uygun maliyetlidir.

• Kaçak Tespiti Kolaylığı: Keskin kokusu sayesinde olası kaçaklar kolayca fark edilebilir, bu da güvenlik açısından bir avantajdır.

Ancak, amonyağın bazı dezavantajları ve dikkat edilmesi gereken özellikleri de bulunur:

• Toksisite: Yüksek konsantrasyonlarda insanlar için zehirleyicidir.

• Yanıcılık: Belirli hava-amonyak karışım oranlarında (%16-25 hacimsel) yanıcı olabilir.

• Korozif Etki: Özellikle nem varlığında bakır, pirinç, çinko gibi bazı metallerle reaksiyona girerek korozyona neden olur. Bu nedenle malzeme seçimi kritik öneme sahiptir.

Bu özellikler, amonyaklı sistemlerde kullanılacak eşanjörlerin sızdırmazlık, malzeme uyumu ve basınç dayanımı açısından özel gereksinimlere sahip olmasını zorunlu kılar.

Amonyak ile Uyumlu Malzeme Seçimi: Kritik Bir Faktör

Amonyaklı soğutma sistemlerinde Plakalı Eşanjör ve diğer bileşenlerin malzeme seçimi, sistemin güvenliği, ömrü ve verimliliği için hayati derecede önemlidir. Amonyak, özellikle su varlığında, birçok yaygın metali korozyona uğratabilir.

Kesinlikle Kaçınılması Gereken Malzemeler:

• Bakır ve bakır alaşımları (pirinç, bronz vb.)

• Çinko ve çinko alaşımları (galvanizli çelik dahil)

• Alüminyum (saf amonyakla uyumlu olsa da, sistemdeki olası nem ve safsızlıklar nedeniyle genellikle kaçınılır)

Amonyakla Uyumlu ve Tercih Edilen Malzemeler:

• Paslanmaz Çelik: Özellikle AISI 304 ve AISI 316 kalite paslanmaz çelikler, amonyağa karşı mükemmel korozyon direnci gösterirler. Plakalı eşanjör plakaları için en yaygın tercihtir.

• Karbon Çeliği: Kuru amonyakla uyumludur ve genellikle borulama ve büyük basınçlı kaplarda kullanılır. Ancak nem varlığında korozyona uğrayabilir. Eşanjörlerde plaka malzemesi olarak nadiren tercih edilir.

Contalar (Gasketler) için Malzeme Seçimi:
Contalı plakalı eşanjörlerde conta malzemesi de amonyakla uyumlu olmalıdır.

• NBR (Nitril Kauçuk): Amonyağa karşı iyi direnç gösterir ve yaygın olarak kullanılır. Ancak yüksek sıcaklıklara dayanımı sınırlı olabilir.

• EPDM (Etilen Propilen Dien Monomer): Standart EPDM amonyak için uygun değildir. Ancak, amonyağa dayanıklı özel EPDM formülasyonları mevcuttur ve yüksek sıcaklık direnci gereken uygulamalarda tercih edilebilir.

• Kloropren (Neopren): Amonyak uygulamalarında sıkça tercih edilen bir diğer conta malzemesidir.

Malzeme seçimi, sistemin çalışma sıcaklıkları, basınçları ve amonyak içerisindeki olası safsızlıklar göz önünde bulundurularak dikkatle yapılmalıdır.

Amonyaklı Sistemler İçin Uygun Plakalı Eşanjör Tipleri Nelerdir?

Amonyaklı sistemlerin özel gereksinimleri (sızdırmazlık, malzeme uyumu, basınç dayanımı) göz önüne alındığında, her Plakalı Eşanjör tipi bu uygulamalar için ideal değildir. Başlıca uygun tipler şunlardır:

1. Yarı Kaynaklı (Semi-Welded) Plakalı Eşanjörler:
   Bu eşanjörler, amonyaklı sistemler için en popüler ve uygun çözümlerden biridir. Plaka çiftleri lazerle birbirine kaynaklanır ve bir kaset oluşturur. Amonyak bu kaynaklı kanallardan akarken, diğer akışkan (su, glikol vb.) contalı kanallardan geçer.

   • Avantajları:

     • Amonyak tarafında tam sızdırmazlık (kaynaklı yapı sayesinde).

     • Servis akışkanı tarafında contalı yapı sayesinde kolay temizlik ve bakım imkanı.

     • Yüksek basınç ve sıcaklıklara dayanım.

     • Kompakt tasarım.

   • Kullanım Alanları: Evaporatör, kondenser, ekonomizer, yağ soğutucu olarak yaygın kullanılır.

2. Tam Kaynaklı (Fully Welded) Plakalı Eşanjörler:
   Bu eşanjörlerde tüm plakalar birbirine kaynaklanmıştır, contalar bulunmaz. Bu yapı, maksimum sızdırmazlık ve yüksek basınç/sıcaklık dayanımı sağlar.

   • Avantajları:

     • Conta olmaması nedeniyle sızıntı riski minimumdur.

     • Çok yüksek basınç ve sıcaklıklara dayanabilir.

     • Kompakt ve sağlam yapı.

   • Dezavantajları:

     • Mekanik temizlik imkanı yoktur, kimyasal temizlik (CIP) gerektirir.

     • Plaka hasarı durumunda tamiri zordur veya imkansızdır.

   • Kullanım Alanları: Özellikle yüksek basınçlı amonyak uygulamaları, buhar kondenserleri gibi kritik görevlerde tercih edilir.

3. Contalı Plakalı Eşanjörler (Gasketed Plate Heat Exchangers – GPHE):
   Geleneksel contalı Plakalı Eşanjör modelleri, doğru conta malzemesi seçildiğinde ve tasarım basınçları uygun olduğunda amonyaklı sistemlerde kullanılabilir. Ancak, sızıntı riskinin daha yüksek olması ve contaların periyodik değişimi gerekliliği nedeniyle, özellikle büyük ve kritik amonyak sistemlerinde yarı kaynaklı veya tam kaynaklı tiplere göre daha az tercih edilirler.

   • Avantajları:

     • Düşük ilk yatırım maliyeti.

     • Kolay sökülüp temizlenebilme ve plaka/conta değişimi imkanı.

     • Esnek kapasite artırımı.

   • Dezavantajları:

     • Sızıntı riski (yarı kaynaklı ve tam kaynaklıya göre daha yüksek).

     • Conta ömrü ve periyodik değişim ihtiyacı.

     • Basınç ve sıcaklık limitleri diğer tiplere göre daha düşüktür.

   • Kullanım Alanları: Düşük basınçlı ve daha az kritik amonyak uygulamaları, küçük kapasiteli sistemler.

Plakalı eşanjörlerin genel özelliklerini öğrenmek için bu yazımıza göz atabilirsiniz: ➤ https://www.maxwor.com/makaleler/plakali-esanjor

Yüksek Basınç ve Korozyon Direnci Gereksinimi

Amonyaklı soğutma sistemleri genellikle yüksek basınçlarda çalışır. Örneğin, tipik bir amonyak kondenseri 15-20 bar basınçlarda çalışabilirken, sistemin bazı bölümlerinde bu basınçlar daha da yükselebilir. Bu nedenle, seçilecek Plakalı Eşanjör tipinin tasarım basıncı, sistemin maksimum çalışma basıncını güvenle karşılayabilmelidir.

Korozyon direnci, amonyakla uyumlu malzeme seçiminin temel nedenidir. Paslanmaz çelik (AISI 316 gibi molibden içeren türler klorürlü ortamlarda daha iyi performans gösterir, ancak saf amonyak için AISI 304 de genellikle yeterlidir) plaka malzemesi olarak standarttır. Kaynaklı eşanjörlerde kaynak kalitesi de korozyon direncini etkileyen önemli bir faktördür. Düzgün yapılmayan kaynaklar, gerilim korozyonu çatlamasına (SCC) yol açabilir.

Plaka ve Conta Malzemesi Seçiminde Dikkat Edilmesi Gerekenler

Plaka Malzemesi:

• AISI 304 Paslanmaz Çelik: Standart amonyak uygulamaları için genellikle yeterli ve ekonomik bir çözümdür.

• AISI 316 Paslanmaz Çelik: Eğer amonyak devresinde veya servis akışkanı tarafında klorür gibi agresif kimyasallar bulunma riski varsa, daha yüksek korozyon direnci için tercih edilir.

• Titanyum: Çok agresif ortamlar (örneğin deniz suyu ile soğutulan kondenserler) için kullanılabilir, ancak maliyeti yüksektir ve amonyak için genellikle gerekli değildir.

Conta Malzemesi (Contalı ve Yarı Kaynaklı Eşanjörler İçin):

• NBR (Nitril Butadien Kauçuk): Amonyağa karşı iyi kimyasal dirence sahiptir. Genellikle -20°C ile +110°C arası sıcaklıklarda kullanılır. Yağlara karşı da dirençlidir.

• Amonyak Uyumlu EPDM: Özel formüle edilmiş EPDM contalar, daha yüksek sıcaklıklara (-40°C ile +150°C) dayanabilir ve bazı durumlarda NBR’ye alternatif olabilir. Standart EPDM amonyak için uygun değildir.

• Kloropren (Neopren): Amonyak, yağlar ve soğutucu akışkanlar için iyi bir genel direnç sunar. Genellikle -35°C ile +100°C aralığında kullanılır.

Conta seçimi, sistemin çalışma sıcaklıkları, basıncı ve amonyakla temas eden diğer kimyasallar (örneğin yağ) dikkate alınarak yapılmalıdır. Yanlış conta seçimi, sızıntılara ve sistem arızalarına yol açabilir.

Enerji Verimliliği ve Bakım Kolaylığı Açısından Öneriler

Amonyaklı sistemlerde Plakalı Eşanjör seçimi ve işletmesi, enerji verimliliği ve bakım kolaylığı açısından da önemlidir:

• Doğru Boyutlandırma: Eşanjörün ne çok büyük ne de çok küçük seçilmesi önemlidir. Aşırı büyük eşanjörler gereksiz maliyet yaratırken, küçük eşanjörler yetersiz ısı transferine ve sistem verimsizliğine yol açar.

• Plaka Tasarımı: Plakaların üzerindeki olukların açısı (Chevron açısı) ve derinliği, ısı transfer katsayısını ve basınç düşüşünü etkiler. Uygulamaya göre optimize edilmiş plaka tasarımları, yüksek verimlilik sağlar.

• Kirlenme Faktörü (Fouling Factor): Tasarım yapılırken, zamanla plaka yüzeylerinde oluşabilecek kirlenme (fouling) göz önünde bulundurulmalıdır. Ancak gereğinden yüksek kirlenme faktörü seçimi, eşanjörün gereksiz yere büyük olmasına neden olur.

• CIP (Clean-In-Place) İmkanı: Özellikle kaynaklı ve yarı kaynaklı eşanjörlerde, yerinde kimyasal temizlik (CIP) imkanı önemlidir. Contalı eşanjörler ise sökülerek mekanik olarak temizlenebilir.

• Periyodik Bakım: Contaların durumu (contalı ve yarı kaynaklı tiplerde), olası kaçaklar ve performans düşüşleri düzenli olarak kontrol edilmelidir.

• Akışkan Dağılımı: Eşanjör içerisindeki akışkan dağılımının homojen olması, tüm plaka yüzeylerinin etkin kullanılmasını sağlar ve performansı artırır.

Daha fazla teknik detay için RSR Enerji’nin ilgili içeriğine ulaşabilirsiniz: ➤ https://rsrenerji.com/blog/plakali-esanjor

Sonuç: Amonyaklı Sistemlerde Güvenli ve Verimli Çözüm

Amonyaklı soğutma sistemleri, endüstriyel soğutmanın bel kemiğini oluşturmaya devam etmektedir. Bu sistemlerde kullanılacak Plakalı Eşanjör tipinin doğru seçilmesi, hem operasyonel verimlilik hem de güvenlik açısından büyük önem taşır. Yarı kaynaklı ve tam kaynaklı plakalı eşanjörler, amonyağın gerektirdiği yüksek sızdırmazlık, basınç dayanımı ve malzeme uyumu kriterlerini karşılamada öne çıkmaktadır.

Amonyaklı sistemlerde doğru plakalı eşanjör seçimi, uzun ömürlü ve güvenli işletme için kritik öneme sahiptir. Uygulama alanına göre mühendislik desteği almak her zaman en doğru adımdır. Malzeme uyumluluğu, çalışma koşulları ve bakım gereksinimleri gibi faktörler dikkatle değerlendirilerek, sisteminize en uygun Plakalı Eşanjör çözümünü belirleyebilirsiniz.