Endüstriyel cihazlarda ısı enerjisi çeşitli yöntemlerle
transfer edilir; elektrikli ısıtıcılarda kondüksiyonla; ısı değiştiriciler,
kaynatma kazanları ve kondenserlerde kondüksiyon-konveksiyonla; fırınlar ve
radyant-ısılı kurutucularda radyasyonla; diğer bazı özel yöntemlerle.
Proses ısıtıcıları ve ısı değiştiriciler hammaddeyi,
distilasyon kulelerinde ve rafineri proseslerinde reaksiyon sıcaklığına
gelinceye kadar ısıtırlar (ön ısıtma). Isı değiştiriciler ya buhar (steam) veya
sıcak hidrokarbon kullanır; bunlar prosesin diğer bazı bölümlerinden transfer
edilir. Isıtıcılar, genellikle özel proses operasyonları için dizayn edilirler;
çoğu silindirik (dikey) veya kutu (box)-tip dizaynlardır.
Proses ünitelerine gerekli ısının büyük kısmı alevli
ısıtıcılardan sağlanır; bunlarda kullanılan yakıtlar rafineri gazları, doğal
gaz, distilat ve kalıntı yağlardır. Alevli ısıtıcılar hampetrol ve reformer ön
ısıtıcılarında, koklaştırıcı ısıtıcılarında ve büyük-kolon reboilerlerinde
bulunur.
Isı değiştirici, enerjinin bir akışkandan katı bir yüzey
aracılığıyla diğer bir akışkana transfer edildiği bir ekipmandır; örneğin, ön
ısıtıcılar, buhar kazanları ve kondenserler gibi.
Şekil-1: Tek
geçişli 1-1 karşı akımlı ısı değiştirici; A: bafıllar (perdeler), B: tüpler, C:
kılavuz çubukları, D: tüp tutucular (aynalar), E: ayırıcı tüpler
Şekil-2:
Paralel-karşı akımlı ısı değiştirici
Şekil-3: İki
geçişli yüzer kafalı kondenser
Isı Değiştiriciler
Tüpler ve Tüp Aynaları: Tüpler çeşitli metallerden
yapılır, standart BWG numaraları ile tanımlanır; tüpün et (duvar) kalınlığı ve
çapı belirtilir.
Kovan ve Bafıllar: Kovan çapları standarttır. 23 in
(58.4 cm) ve daha küçük kovanların çapları ATSM boru standartlarına uygundur.
Bafıllar (perdeler), gövde içerisine yerleştirilirler, gövde tarafından geçen
akışkanın gövde içerisinde daha uzun kalmasını sağlar.
U Tüp Demetli Isı Değiştiriciler: Tek bir aynaya
bağlı olduklarından sıcaklık değişikliğinin etkisi ile demetin uzaması bir
sakınca meydana getirmez. Bu nedenle tüp tarafı ile gövde tarafı arasında büyük
sıcaklık farklarına müsaade edilir.
Tek-Geçişli 1-1 Isı Değiştirici: Basit çift borulu
ısı değiştiricilerde tüp sayısı az olduğundan istenilen akış hızlarına
ulaşılamaz. Kovan-tüp konstrüksiyon için bir kaç tane çift-borulu değiştirici
kullanıldığında ise, dış tüpler için gerekli metalin ağırlığı çok fazla olur.
1-2 Paralel-Karşı Akımlı Isı Değiştirici: Çok geçişli
ısı değiştiricilerde tüp-tarafı geçişleri çift sayılıdır. Kovan tarafı
tek-geçişli veya çok-geçişli olabilir.
2–4 Isı Değiştiriciler: 1-2 Isı değiştiricide,
paralel akış olduğundan, bir akışkanın çıkış sıcaklığı, diğer akışkanın giriş
sıcaklığına fazla yakınlaşamaz; yani, 1-2 tipindeki değiştiricilerde,
geri-kazanılan ısı düşüktür.
Bazı proseslerden ısının uzaklaştırılması gerekir; bunun
için hava, su değiştiriciler, fanlar, gaz ve sıvı soğutucular ve tepe
kondenserleri kullanılır, veya diğer sistemlere transfer edilir. Bir veya daha
fazla proses ünitesine servis verebilen mekanik buhar-sıkıştırma soğutma
sisteminde, bir buharlaştırıcı, kompresör, soğutucu, kontrol mekanizmaları ve bağlantı
boruları bulunur. Çok kullanılan soğutucular su, alkol/su karışımları veya
çeşitli glikol çözeltileridir.
Kondenserler(Yoğunlaştırıcılar)
Buharları, iç ısılarını uzaklaştırarak yoğunlaştırmada
kullanılan özel ısı transfer cihazlarına kondenser denilmektedir. Bir
kondenser, işlem sırasında soğutucusunun sıcaklığı yükseldiğinden, aynı zamanda
bir ısıtıcı gibi de davranır.
Fakat yoğunlaştırıcı etkisi önemli olduğundan, kondenser adı
uygun bulunmuştur. Kondenserler iki gruba ayrılır:
- kovan-ve-tüp
kondenserler; yoğunlaşan buhar ve soğutucu, düz bir ısı transfer yüzeyi
ile ayrılır,
- kontaklı
(ilişkili)-kondenserler; soğutucu ve buhar (ikisi de sudur), fiziksel
olarak karışık haldedir, fakat kondenseri tek bir akım olarak terk
ederler.
Sağlık ve Güvenlik
Sağlık: Sistemler kapalı olduğundan normal çalışma
koşullarında maddelerle temas olasılığı çok azdır. Yakıt, proses operasyonu ve
ünitenin dizaynına bağlı olarak hidrojen sülfür, karbon monoksit,
hidrokarbonlar, buhar kazanı besleme suyu, tortu ve su işlemleme kimyasal
maddeleriyle temas potansiyeli vardır. Kazan buharlarında fenolik bileşikler
olabileceğinden cilde temasından kaçınılmalıdır. Güvenli çalışma eğitimleri
verilmeli ve/veya, kimyasal maddelerle çalışılırken ve gürültü, radyant ısı,
aşırı ısınmış buhar, sıcak hidrokarbondan korunma, örnek alma, kontrol etme,
bakım, genel duruş gibi hallerde, uygun personel koruyucu ekipmanların gereği
anlatılmalıdır,
Güvenlik: Isıtıcı tüplerden, başlıklar takılıp
çıkarılmadan önce tüm basınçlar kaldırılmalıdır. Isı değiştirici boru
sistemlerinde, sıvıyla doluyken bloke olmaması için basıncın uygun bir yöntemle
giderilmesine hazırlıklı olunmalıdır. Kontrol sistemleri yeteli olmazsa ısı
değiştiricinin her iki tarafında da sıcaklık ve basınç dalgalanmaları olur. Isı
değiştirici tüplerinin yetersizleşmesi ve proses basıncının ısıtıcı basıncından
büyük olması durumunda ürün alt akımla ısıtıcı içine girer.
Proses basıncı ısıtıcı basıncından daha düşükse ısıtıcıda
bulunan sıvı (akım) proses akışkanına
karışır. Sıvı veya gaz soğutucularda sirkülasyon yeterli değilse, artan ürün
sıcaklığı alt akım (downstream) operasyonlarını etkileyeceğinden basınç
düşürmelidir.
Yangın Önleme ve Korunma: Fırınlarda yakıt olarak
hafif hidrokarbonlar kullanıldığında patlama tehlikesine karşı su buharı pörcü
ile veya uygun bir yöntemle yanmayan hidrokarbon buharları ortamdan
sürüklenerek uzaklaştırılır. Her ünite için özel start-up (devreye alma) veya
acil durum işlemlerine gereksinim vardır. Eğer fanlarda (fin-fan) alevlenme
olursa, aşırı ısınma nedeniyle fanlar bozulur. Bir ısı değiştiriciden veya
soğutucudan herhangi bir delik olması durumunda alevlenebilir ürün kaçağı
yangına sebep olur.
