Borulu Eşanjör Tasarımında Yapılan 7 Hata

borulu-esanjör

Borulu Eşanjör Tasarımında Yapılan 7 Hata

Borulu eşanjör tasarımı artık eskisi kadar zahmetli değil, ne de olsa artık piyasada kendini ispatlamış çok kapsamlı yazılım programları var. Fakat borulu eşanjör tasarımının temellerini anlamadan sadece yazılım programlarına güvenmek her zaman doğru sonuçlar vermez. Evet, borulu eşanjör tasarımına dair yazılacak çok şey var ama en azından bu yazımızı okuyarak sıkça yapılan hatalardan nasıl kaçınacağınızı öğrenebilirsiniz.

1. Eşanjör tipini doğru seçmemek
Her ne kadar borulu eşanjör tipleri çalışma prensibi olarak birbirine benzese de birbirinden farklı birçok eşanjör tipi tasarlanabilir. TEMA (Tüplü Eşanjör Üreticileri Birliği) eşanjör tiplerini standartlaştırmak için aşağıdaki tabloyu yayınlamıştır. Bu tabloya göre farklı kombinasyonlarla 100’den fazla tipte eşanjör tasarlamanız mümkün.

TEMA-borulu-esanjor-tipleri

Elbette her işe uygun tek tip bir eşanjör olsaydı bu kadar değişik tipte eşanjör üretilmesine de ihtiyaç duyulmazdı. Fakat malesef tasarım sırasında bu gerçek göz ardı edilebiliyor çünkü belli bir kaç tip eşanjör tasarlamaya alışan bir tasarımcı için her yeni eşanjör tipi risk demek. Bu durumda prosesi kendi alışkın olduğumuz eşanjör tiplerine adapte edemeyeceğimize göre düşünce tarzımızı değiştirmemiz gerekiyor.

Eşanjör tipini belirlerken en azından şu soruları sormanız gerekir:
• Eşanjörün amacı nedir (kondenser, boyler, vb.)?
• Hangi bölme soğuk akışkanı içerecektir?
• Akışkanlar arasındaki sıcaklık farkı ne kadar yüksektir?
• Eşanjörün gövdesinden geçen akışkan kirletici midir?
• Eşanjörün borularından geçen akışkan kirletici midir?
• Eşanjördeki maksimum basınç kayıpları nelerdir?
• Sızıntı ile sıcak ve soğuk akışkanın birbirine karışması risk yaratır mı?
• Ölçü olarak sınırlama var mıdır?

2. Mekanik tasarım koduna bağlı kalmamak
Bir proses mühendisi sizden bir eşanjör tasarlamanızı talep etti ve prosesle ilgili tüm bilgileri fazlasıyla verdi. Fakat eşanjörün mekanik tasarımının hangi koda göre (ASME, AD Merkblatter, vb. ) yapılacağını sorduğunuzda size yanıt verememe ihtimali yüksektir çünkü prosesin sahibi daha çok prosesin işleyişiyle ilgilenir, mekanik tasarım prosesi etkilemediği sürece sorun yoktur.

Şunu unutmamalısınız ki borulu eşanjörlerde yaşanan kazaların en önemli sebebi yüksek basınçtır. Dolayısıyla eşanjör tasarımında size belli bir mekanik tasarım kodu belirtilmese dahi standart bir tasarım kodunu benimsemelisiniz. Elbette temel mukavemet formüllerinden başlayarak sayfalarca hesap yapabilir ve en nihayetinde CFD simülasyonlarıyla tasarımınızı kendinizce garantileyebilirsiniz ancak bu hem ciddi zaman kaybına yol açar hem de başka kişi ve kurumların tasarımınızın doğruluğunu onaylamasını zorlaştırır. Bir de eşanjörün, tasarım koduna göre periyodik kontrollere tabi tutalacağını düşünürseniz bu tasarım şekli işleri iyice karmaşıklaştırır.

Eşanjör gibi basınçlı kapların tasarımlarını ve periyodik kontrollerini standardize etmek, tasarım sürecini kısaltmak ve uzun yıllar boyunca elde edilen tecrübelerden yararlanmak için şu mekanik tasarım kodları oluşturulmuştur:

• ASME BPV Code Section VIII Division 1 & 2 (Amerikan standardı)
• TEMA (Sadece eşanjörler için)
• PD 5500 (eski adıyla BS 5500, İngiliz standardı)
• AD 2000 (eski adıyla AD Merkblatter, Alman standardı)
• EN 13445

Eğer size belirtilen bir tasarım kodu yoksa eşanjörün kullanılacağı sektörün çoğunlukla hangi tasarım kodunu baz aldığını araştırmanızı öneririm (örneğin petrokimya sektörü çoğunlukla Amerikan standartlarını baz alır). Ayrıca müşteriniz olan kurumun menşei de bunda etkilidir, Alman menşeli bir firma muhtemelen AD 2000’i daha uygun bulabilir. Öte yandan eşanjörün kullanılacağı ülkenin standartları da önem kazanabilir (Rusya için GOST, Japonya için JIS, vb.). Türkiye’de en çok kabul gören kodlar TS EN 13445, ASME ve AD 2000’dir.

3. Isıl genleşmeyi öngörmemek
Genleşmenin ne olduğunu hepimiz biliyoruz evet, ama genleşmenin eşanjörün kapağını yerinden söküp duvardan fırlatacak kadar etkili olduğunu tahmin edemeyebilirsiniz.
Isı değiştiriciler akışkanların cinsi ve sıcaklık farkına bağlı olarak ciddi ısı kaynaklı basınçlara maruz kalabilir. Ayrıca eşanjörde boru malzemesi ve gövde malzemesi birbirinden farklı ise basınç riskleri daha belirgin olacaktır. Tasarladığınız eşanjörün tipi ne olursa olsun bu etkileri detaylı olarak analiz etmek ve gerekli önlemleri almak zorundasınız.

4. Uygunsuz malzeme seçimi
Şu ana kadar tasarladığınız 100 eşanjörün AISI 304 malzemeden imal edilmiş olması 101.’sinin de aynı malzemeden imal edilemesini gerektirmez. Her prosesin kendine özgü korozyon, gevrekleşme, vb. malzeme riskleri olabilir. Öte yandan malzeme seçiminde yukarıda bahsettiğim ısıl etkileri de göz önünde bulundurmak zorundasınız.

5. Titreşimi öngörmemek
Akış kaynaklı titreşimler eşanjör tasarımında atlanabilen bir diğer konudur. Eğer titreşim kontrollerini yapmadıysanız tasarladığınız eşanjör çalışmaya başladıktan bir süre sonra boruların parçalanması ihtimali var demektir. Bu sebeple her zaman titreşim analizleri yapılmalı ve gerekli önlemler alınmalıdır.

6. Çalışma koşullarını öngörmemek
Eşanjör, tasarımınıza göre imal edildi, devreye alındı ve saat gibi çalışıyor. Bundan daha iyi bir eşanjör tasarlanamazdı herhalde diyorsunuz ama o da ne (!) telefondaki proses mühendisi tasarladığınız eşanjörde yarılmalar olduğu için eşanjörü derhal devre dışı bıraktıklarını söylüyor. Peki bu nasıl olabilir deyip eşanjörün yanına gittiğinizde görüyorsunuz ki yerine sığmadığı için eşanjörün gövde izolasyonları sökülmüş. Üstelik bakım ekibi diğer ekipmanlarda yaptığı gibi boruları buharla temizlemiş. Elbette bu sizin yaptığınız tasarım öngörüsüne uygun değil ama çalışma şartlarını bilerek tasarım yapmak ve proses sahibine gerekli uyarılarda bulunmak sizin göreviniz.

7. Aşırı tasarım (Overdesign)
Aşırı tasarım çoğu zaman gözden kaçan bir konudur (malesef bu konu sadece eşanjörle de sınırlı değil). Hiçbir eşanjör temiz çalışmaz, zaman içinde gövdede ve borularda akışkandan kaynaklı sıvanmalar olur ki bu da eşanjörün etkinliğini düşürür. Bunu aşabilmek için eşanjörün makul bir aşırı tasarım yüzdesi olmalıdır. Öte yandan bu konuya kafa yormadan fazla fazla emniyetli olsun diyerek tasarım yapmak gereksiz yere ekipmanı büyütmenize ve maliyeti arttırmanıza yol açar.
Unutmayın, en uygun fiyata en dayanıklı ve işlevsel ekipmanı tasarlamak ileri seviye bir mühendislik göstergesidir.