Borulu (Shell & Tube) Eşanjör Nedir?
Borulu eşanjör; silindirik bir kabuğun (shell) içine yerleştirilmiş boru demetinden (tube bundle) oluşan, iki akışkanın fiziksel olarak temas etmeden ısı transferi gerçekleştirdiği bir endüstriyel ısı değiştiricidir. Akışkanlardan biri boruların içinden, diğeri kabuğun içinden geçer; ısı, paslanmaz boru cidarları üzerinden iletim yoluyla transfer olur.
Plakalı eşanjörlere göre yüksek basınç ve sıcaklığa daha dayanıklıdır, kirli/viskoz akışkanlarla çalışmaya daha uygundur ve uzun servis ömrü sunar.
Ne İşe Yarar?
- Isıtma: Soğuk akışkanı buhar/sıcak su ile istenen sıcaklığa çıkarmak (proses suyu ısıtma, kullanım suyu ısıtma).
- Soğutma: Sıcak prosesi soğuk akışkanla soğutmak (yağ soğutma, kondansat soğutma).
- Enerji geri kazanım: Atılacak sıcak akışkandan ısı çekip giriş suyunu ön ısıtmak (ekonomizer mantığı).
- Buhar yoğuşturma: Buharı yoğuşturup kondansat olarak geri toplamak.
- Proses ayrıştırma: Birbirine karışmaması gereken iki akışkan arasında ısı köprüsü kurmak (özellikle gıda ve farma).
Nasıl Çalışır? (Anatomi)
Tipik bir borulu eşanjör şu temel parçalardan oluşur:
| Parça | İşlevi |
|---|---|
| Kabuk (Shell) | Dış basınç gövdesi; bir akışkan bu hacimde dolaşır. |
| Boru demeti (Tube bundle) | İçinden ikinci akışkan geçer; ısı transfer yüzeyini oluşturur. |
| Boru aynası (Tube sheet) | Boruları kabuğun iki ucunda mühürleyerek akışkanları ayırır. |
| Saptırıcı (Baffle) | Kabuk tarafındaki akışkanı zigzag yönlendirerek türbülansı ve ısı transfer katsayısını artırır. |
| Ön/arka kafa (Head/Bonnet) | Boru tarafı akışkanın giriş/çıkışını yönetir, geçiş sayısını belirler. |
| Nozullar | Akışkan giriş/çıkış flanşları. |
Tasarım Hesabının Temelleri
Doğru bir borulu eşanjör seçimi için aşağıdaki parametreler birlikte değerlendirilir:
- Isı yükü (Q): İletilmesi gereken toplam enerji (kW veya kcal/h).
- LMTD (Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı): Karşı akım ve eş akım için farklı hesaplanır; karşı akım daha verimlidir.
- U değeri (toplam ısı transfer katsayısı): Akışkan çiftine ve yüzey durumuna göre belirlenir.
- Yüzey alanı (A): Q = U × A × LMTD denkleminden bulunur; boru sayısı ve uzunluğu bunu sağlayacak şekilde seçilir.
- Basınç kaybı (ΔP): Pompa kapasitesini ve enerji maliyetini etkiler; geçiş sayısı ve boru çapı ΔP'yi belirler.
- Kirlilik faktörü (Fouling factor): Akışkanın kireçlenme/kirlenme eğilimine göre tasarım yüzeyine güvenlik payı eklenir.
Plakalı Eşanjör vs Borulu Eşanjör — Hangisi Ne Zaman?
| Kriter | Borulu (Shell & Tube) | Plakalı (Plate) |
|---|---|---|
| Yüksek basınç (>25 bar) | ✓ Uygun | ✗ Sınırlı |
| Yüksek sıcaklık (>200 °C) | ✓ Uygun | ✗ Conta sınırı |
| Kirli/viskoz akışkan | ✓ Tıkanmaz, temizlenir | ✗ Plakalar tıkanır |
| Kompakt yer ihtiyacı | ✗ Hacimli | ✓ Çok kompakt |
| Yüksek verim, küçük debi | ✗ | ✓ |
| Demonte temizlik | Sökülebilir kapakla mümkün | Çok kolay |
| Buhar yoğuşturma | ✓ Tercih edilir | Sınırlı |
→ Pratik kural: Akışkan temiz, debi yüksek, basınç düşük ve yer dar ise plakalı; kirli/yüksek basınç/yüksek sıcaklık veya buhar varsa borulu.
Üretim Süreci (Özgen Paslanmaz'da)
- Termik hesap: Akışkan, debi, sıcaklık ve basınç verileriyle yüzey alanı, geçiş sayısı ve boru ölçüleri hesaplanır.
- Mekanik tasarım: Kabuk kalınlığı, baffle aralığı, tube sheet kalınlığı (ASME / PED prensipleriyle) belirlenir.
- Malzeme seçimi: Akışkan ve sıcaklığa göre 304, 304L, 316 veya 316L paslanmaz.
- İmalat: Boruların boru aynasına dövme veya kaynaklı bağlanması, baffle plakaların montajı, kabuk kaynak ve testleri.
- Hidrostatik test: Tasarım basıncının 1.5 katında sızdırmazlık ve mukavemet testi.
- Yüzey işlemi: Asit pasifizasyonu; gıda/farma için elektropolisaj opsiyonu.
- Etiketleme ve dokümantasyon: Kaynak prosedürleri, malzeme sertifikaları, test raporları.