Plakalı Eşanjör Plaka Korozyonu: Türleri, Nedenleri ve Önleme Yöntemleri

Plakalı Eşanjörlerde Korozyon: Verimliliği Tehdit Eden Gizli Düşman ve Korunma Yolları

Endüstriyel tesislerin kalbi sayılan ısı değiştiriciler arasında plakalı eşanjörler (PHE – Plate Heat Exchanger), yüksek verimlilikleri ve kompakt tasarımlarıyla öne çıkar. Ancak bu sofistike ekipmanlar, doğru yönetilmediğinde ciddi bir tehditle karşı karşıyadır: Korozyon. Özellikle eşanjör plakalarında meydana gelen korozyon, sadece ısı transfer verimliliğini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda sızıntılara, ürün kirlenmesine, plansız duruşlara ve yüksek bakım maliyetlerine yol açabilir. Bu yazıda, endüstriyel tesis mühendisleri, bakım ekipleri ve proses sorumluları için plakalı eşanjör plaka korozyonu türlerini ve önleme yollarını detaylı bir şekilde ele alacağız.

Plakalı Eşanjörlerde Korozyon Nedir ve Neden Oluşur?

Korozyon, en basit tanımıyla, metal malzemelerin çevreleriyle kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyona girerek bozunmasıdır. Plakalı eşanjörlerde bu durum, metal plakaların içinden geçen akışkanlarla (proses sıvıları, soğutma suyu, buhar vb.) etkileşimi sonucu meydana gelir.

Korozyonun temel nedenleri şunlardır:

1. Malzeme ve Akışkan Uygunsuzluğu: Plaka malzemesinin, temas ettiği akışkanın kimyasal yapısı, pH değeri, sıcaklığı ve içerdiği iyonlarla (özellikle klorür, sülfat gibi) uyumlu olmaması.

2. Çalışma Koşulları: Yüksek sıcaklıklar, basınç dalgalanmaları, düşük veya aşırı yüksek akış hızları.

3. Tasarım ve Montaj Hataları: Yanlış conta seçimi, plakalar arası düzensiz sıkıştırma, ölü hacimlerin oluşması.

4. Bakım Eksiklikleri: Plaka yüzeylerinde biriken tortu, kireç veya biyofilm tabakaları altında korozyonun hızlanması.

Korozyon sadece metal kaybına neden olmaz; aynı zamanda ısı transfer yüzeyini pürüzlendirerek akış direncini artırır, ısı transfer katsayısını düşürür ve en kötü senaryoda plakalarda delinmelere yol açarak iki akışkanın birbirine karışmasına sebep olabilir.

Yaygın Korozyon Türleri

Plakalı eşanjör plakalarında en sık karşılaşılan korozyon türleri şunlardır:

1. Çatlak Korozyonu (Crevice Corrosion):

   • Tanım: Metal yüzeyler arasındaki dar aralıklarda veya metal ile metal olmayan bir malzeme (örneğin conta) arasındaki boşluklarda meydana gelen lokalize korozyon türüdür. Plakalı eşanjörlerde özellikle conta yuvaları ve plaka temas noktaları risk altındadır.

   • Mekanizma: Bu dar aralıklarda oksijen tükenir ve klorür gibi agresif iyonların konsantrasyonu artar. Bu durum, metal yüzeyindeki koruyucu pasif tabakanın bozulmasına ve hızla ilerleyen lokal korozyona neden olur.

2. Galvanik Korozyon (Galvanic Corrosion):

   • Tanım: Farklı elektrokimyasal potansiyele sahip iki farklı metalin, iletken bir sıvı (elektrolit) varlığında birbirleriyle temas etmesi sonucu oluşan korozyondur.

   • Mekanizma: Daha az soy (daha aktif) olan metal anot görevi görerek korozyona uğrarken, daha soy (daha pasif) olan metal katot görevi görür ve korunur. PHE’lerde farklı malzemeden yapılmış plakaların bir arada kullanılması (nadir durumlar) veya plaka malzemesi ile çerçeve/bağlantı elemanları arasında uygun olmayan malzeme kombinasyonlarında görülebilir.

3. Pitting (Çukurcuk) Korozyon:

   • Tanım: Metal yüzeyinde küçük noktacıklar veya çukurlar şeklinde başlayan, ancak hızla derinleşerek malzemenin delinmesine yol açabilen, oldukça sinsi ve tehlikeli bir lokalize korozyon türüdür.

   • Mekanizma: Genellikle klorür iyonlarının varlığında, paslanmaz çelik gibi pasifleşebilen metallerin yüzeyindeki koruyucu oksit tabakasının (pasif film) lokal olarak bozulmasıyla başlar. Bozulan noktada başlayan korozyon, çukurun içine doğru hızla ilerler.

4. Yüzey Korozyonu (Uniform Corrosion):

   • Tanım: Metal yüzeyinin tamamında veya geniş bir alanında nispeten eşit hızda meydana gelen genel korozyondur. Malzeme kalınlığında homojen bir azalmaya neden olur.

   • Mekanizma: Genellikle güçlü asit veya bazik çözeltilerle temas sonucu oluşur. Malzemenin genel kimyasal direncini aşan koşullarda görülür. Diğer lokalize korozyon türlerine göre daha öngörülebilir olsa da, kontrol altına alınmazsa ekipman ömrünü ciddi şekilde kısaltır.

Her Bir Korozyon Türünün Belirtileri ve Sonuçları

• Çatlak Korozyonu: Conta yuvalarında veya plaka temas noktalarında renk değişimi, pas lekeleri, küçük çukurcuklar veya yüzey pürüzlenmesi. Sonuçları: Conta sızıntıları, plaka altında ilerleyen korozyon, plaka delinmesi.

• Galvanik Korozyon: İki farklı metalin temas ettiği bölgede, daha az soy olan metalde belirgin korozyon hasarı. Sonuçları: Bir malzemenin hızla tükenmesi, yapısal bütünlüğün kaybı, sızıntılar.

• Pitting Korozyon: Plaka yüzeyinde küçük, iğne başı gibi delikler veya krater benzeri çukurlar. Genellikle tortu veya birikintilerin altında gizlenir. Sonuçları: Ani ve beklenmedik plaka delinmeleri, akışkanların karışması, ürün kirlenmesi, tespitinin zor olması.

• Yüzey Korozyonu: Plaka yüzeyinde genel matlaşma, pürüzlenme ve kalınlıkta ölçülebilir azalma. Sonuçları: Isı transfer verimliliğinde düşüş, artan basınç kaybı, plaka mukavemetinin azalması, genel ekipman ömrünün kısalması.

Korozyon Oluşumuna Neden Olan Sıvılar, Sıcaklıklar ve Çalışma Koşulları

Korozyon riskini artıran temel faktörler şunlardır:

• Akışkanlar:

  • Klorür İyonları (Cl⁻): Paslanmaz çelikler için en büyük tehditlerden biridir, pitting ve çatlak korozyonunu tetikler. Deniz suyu, kuyu suyu, bazı endüstriyel proses sıvıları ve hatta şehir şebeke suları yüksek klorür içerebilir.

  • Sülfat (SO₄²⁻), Bromür (Br⁻) gibi diğer agresif iyonlar.

  • Asidik veya Bazik Koşullar (Düşük veya Yüksek pH): Özellikle yüzey korozyonuna neden olabilirler.

  • Çözünmüş Gazlar: Oksijen (O₂), Karbondioksit (CO₂), Hidrojen Sülfür (H₂S) gibi gazlar korozyon reaksiyonlarını hızlandırabilir.

  • Katı Partiküller ve Birikintiler: Tortu, kireç, çamur veya biyofilm tabakaları yüzeyde birikerek çatlak korozyonu ve pitting için uygun ortamlar yaratır (Under-deposit corrosion).

  • Mikrobiyolojik Aktivite (MIC – Microbiologically Influenced Corrosion): Bazı bakteri türleri, metabolik faaliyetleriyle korozyonu hızlandıran veya başlatan kimyasallar üretebilir.

• Sıcaklık: Genel olarak, sıcaklığın artması kimyasal reaksiyon hızlarını artırdığı için korozyon oranını da yükseltir. Her malzemenin belirli bir sıcaklık limiti vardır.

• Çalışma Koşulları:

  • Akış Hızı: Çok düşük akış hızları birikinti oluşumunu teşvik ederken, çok yüksek akış hızları erozyon-korozyona (malzemenin hem mekanik aşınması hem de kimyasal korozyonu) yol açabilir.

  • Durgunluk (Stagnation): Eşanjörün uzun süre çalıştırılmaması veya içindeki sıvının durgun kalması, özellikle klorür varlığında pitting ve çatlak korozyonu riskini artırır.

  • Basınç Dalgalanmaları: Malzeme üzerinde mekanik stres yaratarak korozyona karşı hassasiyeti artırabilir.

Korozyona Karşı Alınabilecek Önlemler

Plakalı eşanjörlerde korozyonla mücadele, proaktif bir yaklaşım gerektirir. İşte temel önleme stratejileri:

1. Doğru Malzeme Seçimi: Bu, korozyonu önlemenin en kritik adımıdır. Plaka malzemesi, eşanjörden geçecek her iki akışkanın kimyasal bileşimi, maksimum çalışma sıcaklığı, basıncı ve pH değeri göz önünde bulundurularak dikkatlice seçilmelidir.

   • Yaygın Malzemeler:

     • Paslanmaz Çelik (AISI 304, 316L): Genel uygulamalar için yaygındır. 316L, 304’e göre klorür korozyonuna (özellikle pitting ve çatlak korozyonu) daha dayanıklıdır.

     • Titanyum: Klorürlü ortamlar (deniz suyu, tuzlu su), klorlu solventler ve birçok agresif kimyasal için mükemmel direnç gösterir.

     • Nikel Alaşımları (Hastelloy, Inconel vb.): Çok agresif kimyasallar, yüksek sıcaklıklar ve asidik ortamlar için tercih edilir.

     • Diğer Özel Alaşımlar: Uygulamanın özel gereksinimlerine göre farklı alaşımlar kullanılabilir.

   • Conta Malzemesi Seçimi: Conta malzemesi de akışkanlarla ve çalışma sıcaklığıyla uyumlu olmalıdır. Yanlış conta seçimi hem sızıntılara hem de contanın bozunarak korozyona katkıda bulunmasına neden olabilir. (NBR, EPDM, Viton vb.)

2. Kaplama Kullanımı ve Pasivasyon:

   • Pasivasyon: Paslanmaz çelik ve titanyum gibi malzemeler, yüzeylerinde doğal olarak oluşan veya kimyasal işlemlerle oluşturulan ince, yoğun ve koruyucu bir oksit tabakası (pasif film) sayesinde korozyona direnç gösterirler. Bu tabakanın bütünlüğünü korumak esastır. Yeni eşanjörlerin veya bakımdan sonra plakaların uygun şekilde pasive edilmesi önerilebilir.

   • Kaplamalar: Plakaların kendisi için özel kaplamalar yaygın olmasa da, bazı özel uygulamalarda veya çerçeve gibi diğer bileşenlerde korozyon direnci artırmak için epoksi veya diğer polimer bazlı kaplamalar kullanılabilir.

3. Sıvı Kontrolü ve Şartlandırma:

   • Su Arıtma: Özellikle soğutma suyu olarak kullanılan suların filtrelenmesi, yumuşatılması veya demineralize edilmesi, korozyona neden olabilecek iyonların (klorür, sertlik mineralleri) ve katı partiküllerin uzaklaştırılmasına yardımcı olur.

   • pH Kontrolü: Akışkanların pH değerini, seçilen plaka malzemesi için güvenli aralıkta tutmak önemlidir.

   • Korozyon İnhibitörleri: Sisteme uygun kimyasal inhibitörler eklenerek metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturulabilir veya korozyon reaksiyonları yavaşlatılabilir. Ancak inhibitör seçimi ve dozajı dikkatli yapılmalıdır.

   • Deaerasyon (Oksijen Giderme): Özellikle kapalı devre sistemlerde sudaki çözünmüş oksijen miktarını azaltmak korozyon riskini düşürür.

   • Biyosit Kullanımı: Mikrobiyolojik korozyon (MIC) riski olan sistemlerde (özellikle açık soğutma kuleleri) düzenli biyosit uygulaması gerekebilir.

4. Düzenli Bakım Uygulamaları:

   • Periyodik Temizlik: Plaka yüzeylerinde birikinti oluşumunu engellemek için düzenli temizlik (CIP – Cleaning In Place veya manuel sökerek temizlik) kritiktir. Temizlik prosedürü ve kullanılan kimyasallar plaka ve conta malzemeleriyle uyumlu olmalıdır.

   • Görsel Muayene: Bakım sırasında plakalar dikkatlice incelenmeli, korozyon başlangıcı (renk değişimi, küçük çukurlar, pürüzlenme) olup olmadığı kontrol edilmelidir.

   • Conta Kontrolü ve Değişimi: Contaların durumu düzenli olarak kontrol edilmeli, sertleşmiş, çatlamış veya hasar görmüş contalar değiştirilmelidir. Bu hem sızıntıları önler hem de çatlak korozyonu riskini azaltır.

   • İşletme Parametrelerinin Takibi: Basınç düşüşü ve sıcaklık farklarındaki ani değişimler, kirlenme veya korozyonun habercisi olabilir. Bu parametrelerin düzenli takibi önemlidir.

   • Doğru Sıkma Prosedürü: Eşanjörün montajı veya bakımdan sonra tekrar montajı sırasında plakaların üretici tarafından belirtilen tork değerlerinde ve düzgün bir şekilde sıkılması, hem sızıntıları önler hem de plakalar arası homojen akış sağlayarak korozyon riskini azaltır.

Sonuç

Plakalı eşanjör plaka korozyonu, endüstriyel tesisler için önemli bir maliyet ve risk faktörüdür. Ancak korozyon mekanizmalarını anlamak, doğru malzeme seçimi yapmak, çalışma koşullarını optimize etmek, akışkanları kontrol altında tutmak ve düzenli bakım uygulamalarını hayata geçirmek suretiyle bu risk büyük ölçüde yönetilebilir ve önlenebilir. Proaktif bir yaklaşımla, plakalı eşanjörlerinizin ömrünü uzatabilir, verimliliğini koruyabilir ve tesisinizin kesintisiz çalışmasını güvence altına alabilirsiniz. Unutmayın, korozyonla mücadele, ilk yatırım kararından başlayıp sürekli bir bakım ve izleme süreciyle devam eder.