Enerji Santrallerinde Contalı Plakalı Eşanjör Kullanımı

Özet: Enerji üretim tesislerinde contalı plakalı eşanjör, jeotermal akışkanın ısısını temiz devreye aktarmaktan kojenerasyon motorunun ceket suyunu soğutmaya, kondens geri kazanımından trafo ve türbin yağı soğutmaya kadar birbirinden çok farklı işler yapar. Ortak nokta, hepsinde çok yakın sıcaklık yaklaşımının doğrudan elektrik veya yakıt kazancına dönüşmesidir. Bu yazıda enerji tesislerindeki uygulamaları, jeotermal akışkanın malzeme üzerindeki etkisini, kojenerasyon devre şemalarını ve kirlenme yönetimini sayısal örneklerle ele alıyoruz.

Enerji tesisinde eşanjör nerelerde kullanılır?

Kazan blöfü geri kazanımının ayrıntılı hesabı için ilgili yazımıza, bölge ısıtma arayüzü için abone istasyonu tasarımı rehberimize bakabilirsiniz.

Jeotermal: malzemeyi akışkan belirler

Jeotermal santrallerde plakalı eşanjörün görevi, yeraltından gelen agresif akışkanın ısısını temiz bir devreye aktarmak ve türbin, pompa, boru gibi ekipmanı bu akışkandan korumaktır. Kararı belirleyen üç bileşen vardır:

En sık yapılan tasarım hatası, jeotermal akışkanı gereğinden fazla soğutmaktır. Isı geri kazanımını artırmak için çıkış sıcaklığını düşürmek cazip görünür ama silika doygunluk sınırının altına inildiğinde plaka kanalları birkaç ayda sert kabukla kaplanır ve ünite kullanılamaz hale gelir. Tasarım çıkış sıcaklığı, akışkanın kimyasal analizinden hesaplanan silika doygunluk sıcaklığının üzerinde tutulmalıdır.

Bu ortamda plaka malzemesi neredeyse her zaman titanyum olur; 316L yalnızca klorür ve H₂S’in çok düşük olduğu ender sahalarda kullanılabilir. Karar kriterleri için 316L ve titanyum karşılaştırmamıza bakabilirsiniz. Titanyum plaka temini için eşanjör plakası sayfamıza göz atabilirsiniz.

Kojenerasyon: üç ayrı sıcaklık kademesi

Bir gaz motorunun ürettiği ısı tek bir sıcaklıkta değildir; üç ayrı kademede çıkar ve her birinin değeri farklıdır:

Plakalı eşanjörün asıl rolü ceket suyu ve ara soğutucu kademelerindedir. Buradaki tasarım kuralları:

• Motor devresi sabit debi ister. Bina veya proses tarafı değişken debili çalışıyorsa eşanjör iki devreyi ayırır ve motor her zaman kendi debisini görür.
• Ceket suyu sıcaklığı dar bir aralıkta tutulmalıdır. Motor üreticisinin izin verdiği giriş-çıkış sıcaklıkları kesin sınırdır; aşılması garanti kaybına yol açar.
• Ara soğutucu kademesi düşük sıcaklıklıdır ve bu ısıyı değerlendirmek zordur. Yakın yaklaşma sağlayabilen plakalı eşanjör burada belirleyici olur: 3 K yaklaşma ile 50 °C’lik bir kaynaktan 47 °C’lik su üretilebilir, bu da ön ısıtmada kullanılabilir.
• Glikol varsa kapasite düşer. Motor devrelerinde sıkça glikol bulunur; hesap glikollü özelliklerle yapılmalıdır. Ayrıntı için glikol oranı ve kapasite kaybı yazımıza bakınız.

Sayısal örnek: 1 MWe kojenerasyon ceket suyu

Motor ceket suyu 90 → 80 °C, ısı yükü 520 kW. Bina devresi 70 → 78 °C.

• Motor tarafı debi: 520 ÷ (4,186 × 10) = 12,4 kg/s ≈ 44,7 m³/h
• Bina tarafı debi: 520 ÷ (4,186 × 8) = 15,5 kg/s ≈ 55,9 m³/h
• LMTD: ΔT₁ = 90 − 78 = 12 K, ΔT₂ = 80 − 70 = 10 K → LMTD = (12−10) ÷ ln(12/10) = 2 ÷ 0,182 = 11,0 K
• Alan: U ≈ 5.500 W/m²K → A = 520.000 ÷ (5.500 × 11,0) = 8,6 m²; %20 kirlilik payıyla 10,3 m²
• 0,30 m² plakayla ≈ 34 ısı transfer plakası

Hesabın adım adım açılımı için LMTD ve plaka sayısı rehberimize bakabilirsiniz.

Kapalı devre soğutma suyu ara eşanjörü

Santrallerde türbin yağı, jeneratör, kompresör ve yardımcı ekipmanlar kapalı devre soğutma suyuyla soğutulur; bu devrenin ısısı ise açık kule, nehir veya deniz suyuna atılır. İki devreyi ayıran eşanjör tesisin en kritik yardımcı ekipmanlarından biridir.

• Yedeklilik şarttır. Tek büyük ünite yerine 2 × %60 veya 3 × %50 kapasiteli üniteler kullanılır; biri temizlikteyken santral tam yükte kalabilir.
• Açık taraf kirlenir. Kule suyunda biyofilm ve kireç, nehir suyunda askıda katı, deniz suyunda hem katı hem klorür. Açılabilir contalı tip bu nedenle zorunludur.
• Yakın yaklaşma değerlidir. 3 K yerine 6 K yaklaşma, kapalı devre sıcaklığını 3 K yükseltir; bu da soğutulan ekipmanın verimini doğrudan düşürür.
• Malzeme: Kule suyunda 316L (klorür kontrollüyse), deniz suyunda titanyum, nehir suyunda askıda katı aşındırıcıysa daha kalın plaka veya titanyum.

Serbest soğutma kurgusunda aynı eşanjörün ikinci bir görevi olabilir; bu konudaki devre şemaları ve saat kazancı hesabı için serbest soğutma yazımıza bakabilirsiniz.

Kirlenme ve temizlik yönetimi

Enerji tesislerinde kirlenme yönetiminin en pratik aracı, devreye almada kaydedilen temiz hal basınç kaybı referansıdır. Aynı debide basınç kaybı %25–30 arttığında veya yaklaşma sıcaklığı 2 K büyüdüğünde temizlik planlanır. Bu ölçüm olmadan bakım ya erken (gereksiz duruş) ya da geç (kapasite kaybı) yapılır. Devrede hava ve tortu yönetimi için separatörler ve ilgili yazımıza bakabilirsiniz.

Seçim kontrol listesi: enerji tesisi için

1. Akışkanın tam kimyasal analizi var mı? Jeotermal ve açık devre sularda klorür, H₂S, silika ve pH olmadan malzeme kararı verilemez.
2. Yedeklilik senaryosu ne? Tek ünite mi, 2 × %60 mı? Santralin duruş maliyeti bu kararı belirler.
3. Yakın yaklaşmanın parasal değeri hesaplandı mı? 1 K’lık iyileşmenin yıllık karşılığı bilinmeden alan kararı verilemez.
4. Glikol var mı? Varsa oran ve hesaba etkisi tanımlanmalı.
5. Conta hangi akışkanları görecek? Yağ tarafında NBR/HNBR, su-buhar tarafında EPDM; karışık hatlarda ayrı ayrı seçim.
6. Kirlilik payı gerçekçi mi? Jeotermal ve açık devrede %25–35, temiz kapalı devrede %15–20.
7. Çerçeve genişletilebilir mi? Kapasite artışı ve kirlenme payı için plaka ekleme boşluğu bırakılmalı.
8. Yedek conta ve plaka tedariki güvence altında mı? Santral duruşunda tedarik süresi doğrudan üretim kaybıdır.
9. Devreye alma değerleri kaydedilecek mi? Dört sıcaklık, iki debi, iki basınç kaybı — temiz hal referansı.

İlgili içerikler

• Endüstriyel proseste contalı plakalı eşanjör seçimi
• Contalı plakalı eşanjör · Borulu eşanjör · Eşanjör plakası
• Enerji sektörü çözümleri · Isı pompası ve yenilenebilir
• Petrokimya ve rafineride contalı plakalı eşanjör
• Kazan blöfü ısı geri kazanımı
• Bölge ısıtma abone istasyonu tasarımı
• 316L mi titanyum mu? Plaka malzemesi seçimi
• Özel imalat · Teknik servis · Mühendislik ve danışmanlık

Kaynaklar

1. IRENA — Geothermal energy
2. U.S. Department of Energy — Geothermal Basics
3. IEA — Industry energy system
4. Spirax Sarco — Introduction to Condensate Recovery

Jeotermal, kojenerasyon veya santral yardımcı devreleriniz için plakalı eşanjör seçimi, titanyum plaka ve özel conta üretimi ya da mevcut ünitelerin servisi konusunda destek almak isterseniz iletişim sayfamızdan ulaşabilir veya +90 216 620 83 32 numaralı hattımızı arayabilirsiniz.